Hvorfor forekommer verden glat og kontinuerlig snarere end kornet som beskrevet af kvantefysik?

Du stiller et meget grundlæggende spørgsmål i hjertet af forholdet mellem kvantemekanik og vores daglige oplevelse. Her er en sammenbrud af, hvorfor verden virker glat:

1. Omfanget af kvanteeffekter:

* kvantefysik styrer den mikroskopiske verden: Den beskriver opførslen af ​​partikler som fotoner, elektroner og atomer.

* Vores daglige oplevelse er makroskopisk: Vi interagerer med genstande, der er sammensat af milliarder på milliarder af disse små partikler.

2. Gennemsnit og udjævning:

* gennemsnitlig gennemsnitlig gennemsnit: Når vi ser en glat overflade, er det, vi faktisk opfatter, den gennemsnitlige opførsel af utallige kvantepartikler. Deres individuelle, diskrete bevægelser udjævnes på grund af det store antal involverede.

* Klassisk fysik opstår: Reglerne for klassisk fysik, der beskriver den glatte, kontinuerlige verden, vi oplever, stammer fra kvantesystemers kollektive opførsel.

3. Målingens rolle:

* kvanteusikkerhed: Kvantemekanik siger, at visse egenskaber ved partikler (som position og momentum) ikke kan kendes med perfekt nøjagtighed samtidig.

* sammenbrud af bølgefunktionen: Når vi måler et kvantesystem, kollapser dets bølgefunktion (som beskriver sandsynligheden for at finde partiklen i en bestemt tilstand). Dette "måleproblem" er et af de mest diskuterede emner inden for fysik.

4. Heisenberg usikkerhedsprincip:

* grænser for præcision: Usikkerhedsprincippet siger, at jo mere præcist vi kender en partikels position, desto mindre præcist kan vi kende dens momentum (og vice versa).

* udjævning på grund af usikkerhed: Denne iboende usikkerhed i kvantemålinger bidrager til den tilsyneladende glathed i den makroskopiske verden.

5. Eksempler:

* lys: Lys er lavet af fotoner, der er kvantiserede energipartikler. Men når vi ser en lysbølge, opfatter vi den som kontinuerlig, fordi vi observerer den kollektive opførsel af utallige fotoner.

* faste stoffer: Atomerne i en fast vibration, men deres vibrationer er så små og mange, at de ser ud til os som en glat, kontinuerlig overflade.

I det væsentlige:

Den "glathed", vi observerer, er en konsekvens af det enorme antal partikler, der er involveret i makroskopiske genstande og de iboende målebegrænsninger i kvanteverdenen. Mens kvantefysik beskriver den grundlæggende virkelighed, er vores opfattelse formet af den gennemsnitlige makroskopiske opførsel af disse kvantepartikler.