Estudiar Física Cuántica

[paula bentabol]

hola pod!! acabo de entrar en la web porque tengo una duda que y me gustaia que alguien me contestase, soy primeriza en el mundo de la fisica, he visto varios documentales genericos sobre el mundo y el universo en el que vivimosy ultimamente me estoy adentrando mas en la fisica cuantica, voy a matricularme en febrero en la uned en psicologia y me gustaria tambien hacer un grado de ciencias, el que mas me interesa es fisica, ahi va mi duda, ya que la fisica cuantica me esta interesando tanto ultimamente y puesto que esta desmonta algunos aspectos de la fisica clasica, crees que seria una perdida de tiempo matricularme en fisica? es necesario esas nociones y conocimientos de fisica clasica para entender la fisica cuantica?? nose que hacer!!

[pod]

Hola Paula,

Cualquiera puede responder las preguntas. A parte, de eso, me extraña que me meciones... ¿nos conocemos?

voy a matricularme en febrero en la uned en psicologia y me gustaria tambien hacer un grado de ciencias, el que mas me interesa es fisica

Me parece un plan ambicioso. Las carreras universitarias son algo bastante exigente.

ahi va mi duda, ya que la fisica cuantica me esta interesando tanto ultimamente y puesto que esta desmonta algunos aspectos de la fisica clasica, crees que seria una perdida de tiempo matricularme en fisica? es necesario esas nociones y conocimientos de fisica clasica para entender la fisica cuantica?? nose que hacer!!

La respuesta corta es que la física clásica es la base de la cuántica. No puedes aspirar a comprender una sin la otra.

No sé cuál es tu nivel actual, pero suponiendo que és más o menos la Física de bachillerato, seguramente sólo estás familiarizada con la formulación de Newton. Una de las primeras que harás en la carrera es volver a aprender todo esto, pero con mayor nivel de rigurosidad y formalismo matemático. De hecho, probablemente lo vuelvas a aprender dos veces: primero con un formalismo más vectorial (esto se supone que se hace en bachillerato, pero tengo la impresión que en la carrera se sube un peldaño como mínimo); y después añadiendo ecuaciones diferenciales al cóctel.

Después, cuando ya domines realmente bien la mecánica de Newton, entonces aprenderás mecánica clásica de verdad: lo que a menudo se llama mecánica teórica, o mecánica analítica. Formulaciones de Lagrange, Hamilton, Hamilton-Jacobi, etc. Esta mecánica, que probablemente no sabes ni que existe (yo no lo sabía cuando entré la carrera) es algo realmente precioso, desde el punto de vista teórico. Es muy abstracta, y va realmente a las causas últimas del movimiento.

Solo cuando ya domines la mecánica teórica, entonces puedes empezar de verdad con la mecánica cuántica. Verás, el primer paso para estudiar cuánticamente un sistema físico es obtener su hamiltoniano. Eso es algo que se hace con las herramientas de la mecánica teórica; es decir, algo totalmente clásico. Luego, una vez tienes el hamiltoniano, aplicas lo que se llama "proceso de cuantización canónica". De ahí tenemos el hamiltoniano cuántico. Como ves, en este proceso es imprescindible dominar muy bien la mecánica clásica. No hay cuántica sin clásica.

La historia no se acaba ahí. Después de la mecánica cuántica tienes la teoría cuántica de campos. De nuevo, la teoría cuántica de campos se obtiene aplicando un proceso de cuantización a una formulación clásica del sistema. En este caso, se parte de una formulación clásica que incorpora la relatividad especial, en la que se usa una "cosa" llamada lagrangiano (es la formulación Lagrangiana de la mecánica teórica). De nuevo, para hacer teoría cuántica de campos es necesario partir de una fuerte formulación clásica.

Naturalmente, en la carrera de física hay mucho más que todo esto, hay muchas ramas más allá de la mecánica: relatividad, termodinámica, electromagnetismo, óptica, astronomía, etc.


A parte de todo este discurso que te he metido, uno podría responder la pregunta de otra forma. Dices que la cuántica "desmonta" algunas cosas de la clásica. En cierto sentido, es cierto. Ahora bien, en muchisimos sistemas físicos los efectos cuánticos son muy pequeños, indetectables. ¿Qué sentido tiene intentar hacer cuántica con una pelota de playa? ¿O con un avión? Intentar calcular donde caerá una pelota de playa que lanzas con física cuántica puede ser inmensamente difícil, y el resultado será muy similar al que daría la clásica porque el efecto cuántico es ridículamente pequeño. ¿Qué sentido tiene complicarse a hacer un cálculo prácticamente imposible, si uno puede aplicar la ley de Newton y acabar mucho antes, con un nivel de precisión suficiente?

En este sentido, las nuevas teorías no substituyen a las anteriores, sino que las extienden. De hecho, si toma la mecánica cuántica y toma el límite en que la acción es muy grande (en comparación con la constante de Planck), se puede demostrar matemáticamente que la mecánica cuántica se reduce a la mecánica clásica. Gracias a este límite, sabemos que podemos usar la física clásica con tranquilidad siempre que se cumpla esa condición (que la acción sea muy superior a la constante de Planck).