Mi az a (meglehetősen kicsi) "határ távolság", ahol a kvantumfizika és a klasszikus fizika "váltják egymást"?

Főleg úgy,hogy a klasszikus fizika szabályrendszere ha jól tudom teljesen összeomlik egy megelehetősen kicsi távnál,tehát onnantól már kvantummechanika van érvényben,ami egyelőre elég ahhoz,hogy alkalmazni tudjuk valamire,vagy további elméleteket fedezzúnk fel,esetleg kísérletezzünk.

De tényleg nem vagyok szakember,úgyhogy ajánlanám nézz ennek utána a neten.

Nincs olyan határ, ameddig a kvantumfizika törvényei uralkodnak, és onnantól meg nem, hanem a klasszikus fizika törvényei. A kvantumfizika törvényei minden léptékben érvényesek. Csak egy bizonyos ponton már a klasszikus fizika is elég jó közelítést ad ahhoz, hogy ne kelljen kvantumfizikát használni. A kvantumfizika érvényességi köre a bővebb halmaz, és annak egy részhalmaza az, ahol a klasszikus fizika IS alkalmazható.

Egy proton körül keringő elektron viselkedése például leírható kalsszikus fizikával is, ha az elektron elég távol van a protontól. Ilyenkor a klasszikus fizika törvényei szerint sugároz, és egy sima, spirális pályán egyre közelebb kerül a protonhoz.

Ugyanezt a kvantummechanika is tudja, csak ott nem a gyorsulás miatt lép fel a sugárzás, hanem mert az elektron egyre alacsonyabb energiaszintekre esik vissza. Ha a távolság nagy, akkor ezek az energiaszintek még nagyon közel vannak egymáshoz, tulajdonképpen összmosódnak, ezért a kvantummechanika szerint is ugyanolyan szép sima pályán zuhan befelé az elektron, mint a klasszikus fizika szerint.

Aztán ahogy a távolság csökken, az energiaszintek egyre jobban elkülönülnek, és onnantól már "ugrálva" zuhan az elektron. Ezt a klasszikus fizika már nem tudja.

Mondok egy példát, hogy megértsd miért hülyeség a kérdés. Ha leejtesz egy tárgyat, akkor elhanyagolhatod a légellenállást? Legyen a közeg levegő és a leejtés magassága 1 m, és mindegyik tárgy ugyanolyan alakú. Így az, hogy elhanyagolhatod-e a légellenállást, a leejtett tárgy tömegének függvénye. Ha a tárgyad nagyon nehéz, akkor elhanyagolhatod, de ahogy egyre könnyebb lesz, a légellenállás hatása egyre nagyobb. Míg végül egy nagyon könnyű tárgy már tollként fog szépen lassan szállingózni, a légellenállás nagyon komoly meghatározó faktorrá válik.

Ugyanez a helyzet a kvantumfizikával. Ahogy egyre kisebb méretű rendszereket vizsgálsz, egyre nagyobb hatásuk van a kvantumos jelenségeknek. De nincsen egy éles határ, ami fölött már elhanyagolhatod ezeket. Nincsen fizikai változás, ami miatt már elhanyagolhatod. Egyszerűen a méret növelésével a kvantumos hatások csökkennek, és egy bizonyos méret fölött már elhanyagolhatóak. Ahogy a tömeg növelésével a légellenállás hatása elhanyagolhatóvá válik. Ez nem változtatja meg hirtelen a tárgy tulajdonságait, és nem is egy éles határ. Nem lehet valamit "kvantumossá tenni". A kvantumfizika csak egy számítási mód. Lehet valamit azzal számolni, és lehet klasszikusan, és van egy határ, ami fölött nem érdemes a kvantumosat használni, illetve ami alatt nem ad jó eredményt a klasszikus.

A kvantummechanika nem egy "világ", hanem egy számítási módszer, és klasszikus mechanika sem egy világ, hanem egy (jóval, JÓVAL egyszerűbb, de kis rendszerekre pontatlanabb) számítási módszer. Mint az, hogy csak a gravitációs gyorsulással számolsz-e, vagy beleveszed-e a légellenállást. A különbség csak a te számításodban létezik, a leejtett tárgyak nem változnak át ettől.

Egyébként kb. 10^-7-10^-10 m környékén van az a határ, ami alatt elkezdenek a kvantum hatások jelentőssé válni, a konkrét hatásoktól függően.

A kvantumfizikában sokszor egy-egy jelenséget csak statisztikai módszerrel lehet leírni, az egyes események sokszor véletlenszerűek. Mikor bomlik el egy atommag? Fene tudja. Egy atomra nem tudjuk megmondani, de nagyon-nagyon sok atomra tudunk mondani valószínűséget. Pl. a polónium-210 izotóp esetén 136 nap alatt 1 trillió atommagból kb. a fele, 50%-a fog elbomlani. De hogy egy adott atom fél perc múlva, honlap, jövőre, vagy 1000 év múlva? Nem lehet megmondani.

Egy analóg hasonlat: ha nagyítóval nézed a papír felületét, az eléggé egyenetlen, kvázi rostokból áll. A tollal húzott vonal is eléggé göcsörtös. Lásd:

[link]

Viszont minél távolabbról nézel minél nagyobb papírlapot, annál kevésbé látszik a felület egyenetlensége, egy vonal girbe-gurbasága.

De mekkora távolságnál tűnik el a felület egyenetlensége? Igazából soha, csak egy óriásplakátnál már a plakát méretéhez képes olyan kicsi az egyenetlenség, hogy elhanyagolható, a plakát felülete nagyon simának tűnik, kellően simának hogy a felület egyenetlenségét figyelmen kívül hagyjuk. Már ha papírról és plakátról van szó. Mert ha egy űrtávcső tükörfelületéről van szó, akkor még ez az egyenetlenség is túl sok. Ott nem nem elég ±0,01% egyenetlenség, hanem 0,0001% egyenetlenség esetén tekintjük simának a felületet, ez az az egyenetlenség, ami már lényegtelen. Attól függ tehát, hogy milyen pontosságot várunk el.

A véletlenszerű eseményekből ha nagyon sok van, akkor külön-külön azonos karakterisztikával rendelkeznek, de együtt, sok millió, milliárd véletlen összege egy egészen fix érték lesz. Az egyik polónium atommag 2 másodperc múlva fog elbomlani, a másik 1000 év múlva, de mivel egy mól anyag 6 * 10^23 atomot jelent, így 1 mól anyagnál már 136 nap alatt az atomok 50±0,000 001%-a fog elbomlani az esetek 99,999 999…%-ban, ami kellően fix érték ahhoz, hogy a ± rész elhagyjuk, a 99,999 999%-ot meg felfele kerekítsük.

"Állítólag többször is sikerült részecskét "a határ alá vinni", a kavntummechanika világába"

Részecskét? Akkor az kvantummechanika, bárhol is van.

Világos, hogy a kérdező nem ért hozzá (ezért kérdez), viszont nem értem, miért kell "letromfolni", főleg azért, mert az általa felvetett kérdés nagyon is valid, sőt, nem csak, hogy a mai napig kutatott terület, de a technológia fejlődésének köszönhetően ma már egyre intenzívebben kutatott téma.

Maga a kérdés ugye így szólt: "Mi az a (meglehetősen kicsi) "határ távolság", ahol a kvantumfizika és a klasszikus fizika "váltják egymást"?"

Felteszem, hogy a kérdezőt az érdekli, hol a határ a kvantum és a klasszikus között. (Spoiler: Megjegyzem, itt most épp, hogy nem feltétlenül a méret a lényeg. :) )

Nincs időm írni, de itt van párt releváns link:

Geszti tanár úr ismeretterjesztő írása:

[link]

Egy másik szerző írása, ami nem annyira jó (amennyiben van benne kissé pongyola megfogalmazás is), de azért rossznak sem mondanám:

[link]

Plusz - újra Gesztitől - egy pár slide, az egyik ilyen témájú előadásáról:

[link]