¿Cuál es la principal diferencia entre la mecánica cuántica y la relatividad general?


Respuesta 1:

En realidad, son una especie de polos separados en este momento. La diferencia es bastante obvia, pero profundicemos en algunos detalles. Será divertido.

El objetivo subyacente de la física y, por lo tanto, de los físicos es comprender la naturaleza. Para explicar las cosas que pasan a nuestro alrededor. Estas dos teorías son como dos libros de reglas para explicar la naturaleza. La relatividad general (GR) es una descripción excepcionalmente precisa a niveles cósmicos, es decir, explica cosas como planetas en órbita, satélites, colisiones de agujeros negros, galaxias, etc. Incluso explica nuestro universo acelerado. Así que, básicamente, GR maneja cualquier cosa lo suficientemente grande. La Mecánica Cuántica (QM) nació más o menos con Relatividad y nuevamente es excepcionalmente precisa a niveles microscópicos. Explica las tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza.

Esa es la diferencia más básica entre ellos, pero claramente no es muy ilustrativo, así que intentemos más. QM y GR son teorías fundamentales, y son fundamentalmente diferentes, y la diferencia no es solo algo sobre terminologías, sino que son descripciones completamente diferentes de la naturaleza. Si intenta un mismo problema con dos enfoques diferentes, la diferencia sería evidente. Insisto en que pruebe un problema de Griffiths, David J. (2005), Introducción a la mecánica cuántica, 2ª edición; Pearson Education - Problema 4.17. El problema básicamente es considerar el sistema Tierra-Sol como un análogo gigante del modelo cuántico del átomo de hidrógeno y calcular el radio de Bohr.

Ahora, llegando a una diferencia aún más sutil, lo cual es realmente muy problemático si lo piensas. GR requiere que el espacio-tiempo sea realmente suave o continuo. Se puede identificar cada punto, no importa cuán pequeño sea. QM, por otro lado, se trata de cuantización y discreción. Las cosas se cuantifican a nivel cuántico y la cuantización del espacio, definitivamente no es lo que GR ve. Y luego está la famosa paradoja de la información, que en términos muy duros significa que un astronauta que cae tiene dos posibles destinos contradictorios, que claramente no es muy, debería decir Natural.

No tenía la intención de que la respuesta fuera tan larga cuando decidí escribirla. Puedo agregar detalles si los recuerdo más tarde.


Respuesta 2:

La mecánica newtoniana describe el movimiento de los cuerpos en el espacio y el tiempo planos a velocidades mucho menores que la velocidad de la luz. La relatividad especial describe el movimiento de los cuerpos en el espacio-tiempo plano a velocidades cercanas a la velocidad de la luz.

La mecánica newtoniana y la relatividad especial son teorías clásicas. Es decir, no cuántico. No tienen en cuenta los efectos cuánticos y el comportamiento cuántico.

La relatividad general es también una teoría clásica: no cuántica. La relatividad general no predice la radiación de Hawking o la temperatura de Hawking. Estas son predicciones de la teoría del campo cuántico, predicciones que mencionamos como importantes aparte de nuestro análisis clásico. La relatividad general no representa correctamente todas las propiedades del agujero negro, como tampoco la mecánica de Newton predice correctamente el movimiento de las partículas que se mueven rápidamente.

Las ecuaciones de campo de la relatividad general clásica de Einstein predicen que nada, ni siquiera una señal luminosa, escapa del interior del horizonte de eventos de un agujero negro de Schwarzschild. Sin embargo, en 1973, Stephen Hawking demostró una excepción a esta conclusión utilizando la mecánica cuántica. Durante años, se sabía que la mecánica cuántica predice que pares de "partículas virtuales", pares de partículas-antipartículas, como un electrón y un positrón, se crean y recombinan continuamente en el espacio "vacío", a pesar del frío estado de vacío. Hawking demostró que cuando un par de partículas y antipartículas de este tipo se produce cerca, pero afuera, del horizonte de eventos de un agujero negro, un miembro del par ocasionalmente será absorbido por el agujero negro, mientras que el otro escapa a una gran coordenada r: ahora una partícula real. Las partículas escapadas forman lo que se llama radiación de Hawking. Antes de la emisión de partículas, teníamos solo el agujero negro; Después de la emisión de partículas, tenemos el agujero negro más la partícula real distante fuera del horizonte de eventos. ¿De dónde vino la energía de esta partícula distante? Para conservar la masa / energía, la masa del agujero negro debe disminuir en este proceso. Esta pérdida de masa hace que el agujero negro se "evapore". A medida que disminuye la masa del agujero negro, la tasa de pérdida aumenta hasta que, eventualmente, se vuelve explosiva, destruyendo el agujero negro.

Esta explicación se basa en las explicaciones de John Archibald Wheeler en sus libros Spacetime Physics and Exploring Black Holes.