Квантовые эксперименты в доиндустриальную эпоху

Мог ли ученый 18-го века или раньше столкнуться с явлениями, для объяснения которых требуются квантовые теории, при наличии аппаратуры, доступной в то время?

Я выберу 1805 год как крайнюю дату, потому что именно тогда микрометр Модслея произвел революцию в точности инструментов.

Ответы (3)

  1. Христиан Гюйгенс открыл в 1690 году поляризованный свет — это первый из когда-либо наблюдаемых квантовых эффектов. Трансформационное поведение лучей полностью поляризованного света было впервые описано Этьеном-Луи Малюсом в 1809 г. (который ввел название «поляризация»), а частично поляризованного света — Джорджем Стоуксом в 1852 г. В современной терминологии поведение, описанное Малюсом (соотв
    . Стокса) идентичен кубиту в чистом (соотв. смешанном) состоянии. Статья Стокса 1852 года содержит все современные квантовые явления для одного кубита, обсуждаемые в классических терминах. (Подробнее смотрите мою лекцию http://arnold-neumaier.at/ms/optslides.pdf )
    Поперечная природа поляризации была открыта Огюстеном Френелем в 1866 г., а описание в терминах (то, что сейчас называется) сферой Блоха Анри Пуанкаре в 1892 г. В современной терминологии поляризация является проявлением безмассовой природы спина 1 унитарного представления группы Пуанкаре, определяющей фотоны.

  2. Вторым старейшим наблюдаемым квантовым эффектом являются спектральные линии, впервые обсуждавшиеся в 1802 году Уильямом Хайдом Волластоном. (Историю спектроскопии см. на http://www.spectroscopyonline.com/spectroscopy/article/articleDetail.jsp?id=381944 ).

Оба явления требуют для своего объяснения квантовой физики (хотя поляризацию также можно объяснить статистической версией классической электродинамики).
Но, конечно, до 1900 года никто не считал их квантовыми эффектами. Спектральные линии были впервые описаны как квантовый эффект в 1913 году Нильсом Бором. Поляризация была впервые описана как квантовый эффект в 1930 году Норбертом Винером.

Винер написал квантовую статью? В 1930 году? Я понял, я думаю, ты имеешь в виду Юджина Вигнера. Мне не нравится идея, что поляризация является квантовой --- она ​​квантовая, только если у вас есть фотоны. Если нет, то это просто поле, которое трансформируется при вращении --- поле E и B.
@RonMaimon: Ссылки на оригинальные статьи Норберта (!) Винера и Стоукса находятся на слайдах моей цитируемой лекции. Прочтите статью Стокса, и вы увидите, что он точно и почти в современных терминах описывает все свойства кубита! Таким образом, нет сомнения, что он интерпретировал квантовый эффект.
@RonMaimon: То, что поляризация — это не просто электромагнитное поле, видно из явления частичной поляризации, которое невозможно в детерминированном поле Максвелла, но требует статистической интерпретации. Но даже при классическом расчете результаты идентичны квантовой статистике одиночного фотона.
Я думаю, что это неправда. Вы можете сделать поляризацию, просто имея классическую модель электронов на шариках, наклоненных относительно оси E электромагнитного излучения. Поляризация не является квантовой, если это не поляризация отдельных фотонов. Если вы не можете разрешить фотоны, вы не можете утверждать, что поляризация является квантовой, потому что вы получаете частичное пропускание и частичное поглощение с фрикционными зарядами с колебаниями, разрешенными только в определенных направлениях.
@RonMaimon: нет необходимости разрешать отдельные фотоны, чтобы заявить о квантовом эффекте. Например, лазерный свет определенно является квантовым, хотя обычно не удается разделить вовлеченные фотоны.

Очень мало в области химии имеет какой-либо смысл в деталях без квантовой механики. Если вам нужны «явления, для объяснения которых требуются квантовые теории», просто оглянитесь вокруг… почему древесина коричневая, а листья зеленые, а йод желтый? Какие химические вещества стабильны, а какие нестабильны, почему разные элементы реагируют по-разному, почему кристаллы соли образуют кубы, а лед — шестиугольники?

Ни на один из этих вопросов нельзя ответить правильно и последовательно, кроме как в рамках квантовой химии (и ее следствий, таких как орбитальная гибридизация, делокализованные электроны, стабилизация резонанса, принцип запрета Паули, электронные орбитали, связь поглощения и испускания света с электронной структура и т.д. и т.п.)

Такого рода вещи обычно не обсуждаются в качестве мотивации для квантовой механики, потому что это долгий и трудный путь от основных принципов квантовой механики до объяснения фактов в химии, таких как почему лед шестиугольный. Можно представить, что есть альтернативное объяснение всех фактов химии, не требующее квантовой механики... ну, нет, но нет особенно легкого и педагогичного способа убедить в этом людей. Для сравнения, существует относительно простой путь от основных принципов квантовой механики к эксперименту с двумя щелями.

По той же самой причине концептуальные прорывы в квантовой механике исторически не были результатом попытки объяснить, почему йод желтый. Путь слишком непрямой. Потребовались годы работы ПОСЛЕ создания квантовой механики, чтобы понять, почему квантовая механика была единственным разумным объяснением почти всего в химии.

Проблема в том, что химия требует обнаружения атомов.
Химия требует обнаружения атомов?? Ты серьезно?? Вам не нужно обнаруживать атомы, чтобы знать, что кристаллы льда имеют шестиугольную форму, или что пламя метана синее, или что газообразный азот менее горюч, чем кислород. Вам даже не нужно быть человеком, чтобы увидеть, что трава отличается от камня по цвету! Но если вы хотите объяснить эти факты в непротиворечивой и подробной структуре, эта структура ДОЛЖНА быть основана на квантовой механике.
Проблема в том, что разделы химии, демонстрирующие квантовую механику, требуют обнаружения атомов. Синяя вспышка могла исходить от сливового пудинга. Без рассеяния альфа-частиц на отдельном атоме вы не знаете, является ли оно квантовым.
Если вы хотите правильно объяснить, почему кристаллы льда имеют шестиугольную форму, вам нужно обратиться к принципу запрета Паули, квантовым суперпозициям, делокализованным электронам, спину электрона и т. д. и т. д. Разве это не часть квантовой механики??? Первоначальный вопрос касался «явлений, для объяснения которых требуется КМ». Нет другой теории, кроме квантовой механики, которая могла бы правильно и непротиворечиво предсказать форму каждого кристалла.
Вы можете объяснить это, сказав, что молекулы воды — это маленькие игрушки в форме шестиугольника. Это то, что предполагали доквантовые атомщики. Без механизма, позволяющего заглянуть внутрь атомов, вам не нужна квантовая механика для химии при комнатной температуре, но она вам понадобится для теплоемкости холодных молекул (исчезающих степеней свободы) и для теплового света абсолютно черного тела.
Вы хоть знаете, что такое электронные орбитали? Все аспекты химических связей и реакционной способности, не говоря уже о поглощении света, тесно связаны с подробными свойствами энергии, формы и фазы электронных орбиталей и их суперпозиций. Без квантовой механики вы можете сказать: «Кристаллы H2O гексагональны, потому что H2O такая же», и то же самое со всеми миллионами других кристаллов. Но проницательный человек заметит закономерности, исследует и обнаружит, что несколько правил объясняют ВСЕ закономерности... эти правила и есть квантовая механика!
Да, я хорошо знаю орбиты. Вы утверждаете, что можно вывести квантовую механику из того, как связываются молекулы. Я думаю, что если бы это был единственный способ сделать это, мы бы никогда его не открыли, потому что путь непрямой. Кроме того, мы даже не можем предсказать полную квантовую химию, зная квантовую механику и суперкомпьютеры, поэтому я думаю, что это безнадежно делать это для доиндустриального общества. Но аномалию теплоемкости можно было бы заметить при охлаждении (или, в принципе, при использовании духовки), но вам нужна термодинамика, чтобы понять, что это аномально.

используя аналогию между оптикой и ФИЗИКОЙ, РОУАН ГАМИЛЬТОН мог бы открыть квантовую механику с помощью уравнения Эйконала ( ∇ С ) 2 "=" Н

однако к этой эпохе не было эмпирических доказательств открытия Гамильтона, поэтому Гамильтон отверг идею «волновой механики» в XIX веке.

жаль, наука могла бы продвинуться вперед более чем на 50 лет, если бы Гамильтон и другие серьезно отнеслись к своим идеям :(

http://quantum-history.mpiwg-berlin.mpg.de/eLibrary/fileserverPub/Joas-Lehner_2009_Optical-mechanical.pdf/V1_Joas-Lehner_2009_Optical-mechanical.pdf

для большего

Работа Гамильтона была в 1833 году, то есть позже срока, установленного ФП.
Но уравнения Гамильтона мог бы сформулировать Лейбниц. Проблема в том, что сохранение энергии ценилось только во время промышленной революции, поскольку именно тепловые двигатели привели к анализу энтропии, который установил, что энергия вообще сохраняется.
Квантовые эксперименты в доиндустриальную эпоху
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v