Quantenexperimente im vorindustriellen Zeitalter

Hätte ein Wissenschaftler des 18. Jahrhunderts oder früher auf Phänomene stoßen können, für deren Erklärung Quantentheorien erforderlich sind, angesichts der damals verfügbaren Apparaturen?

Als Stichtag wähle ich das Jahr 1805, weil damals Maudslays Mikrometer die Präzision von Instrumenten revolutionierte.

Antworten (3)

  1. Christian Huygens entdeckte 1690 polarisiertes Licht – dies ist der erste jemals beobachtete Quanteneffekt. Das Transformationsverhalten von Strahlen von vollständig polarisiertem Licht wurde erstmals von Etienne-Louis Malus 1809 (der den Namen „Polarisation“ prägte) und das von teilweise polarisiertem Licht von George Stokes 1852
    beschrieben Stokes) ist identisch mit dem eines Qubits im reinen (bzw. gemischten) Zustand. Stokes 1852-Papier enthält alle modernen Quantenphänomene für ein einzelnes Qubit, die in klassischen Begriffen diskutiert werden. (Details siehe meinen Vortrag http://arnold-neumaier.at/ms/optslides.pdf )
    Die transversale Natur der Polarisation wurde 1866 von Augustin Fresnel entdeckt, und die Beschreibung in Form der (heute so genannten) Bloch-Sphäre von Henri Poincare 1892. In der modernen Terminologie ist Polarisation eine Manifestation der masselosen Spin-1-Natur der einheitlichen Darstellung der Poincare-Gruppe, die Photonen definiert.

  2. Der zweitälteste beobachtete Quanteneffekt sind Spektrallinien, die anscheinend erstmals 1802 von William Hyde Wollaston diskutiert wurden. (Zur Geschichte der Spektroskopie siehe http://www.spectroscopyonline.com/spectroscopy/article/articleDetail.jsp?id=381944 )

Beide Phänomene erfordern zu ihrer Erklärung die Quantenphysik (obwohl die Polarisation auch durch eine statistische Version der klassischen Elektrodynamik erklärt werden kann).
Aber natürlich hielt vor 1900 niemand diese für Quanteneffekte. Spektrallinien wurden erstmals 1913 von Niels Bohr als Quanteneffekt beschrieben. Polarisation wurde erstmals 1930 von Norbert Wiener als Quanteneffekt beschrieben.

Wiener hat ein Quantenpapier geschrieben? 1930? Ich verstehe, ich glaube du meinst Eugene Wigner. Ich mag die Idee nicht, dass Polarisation Quanten ist – es ist nur Quanten, wenn Sie Photonen haben. Wenn nicht, ist es nur ein Feld, das sich unter Rotation umwandelt – ein E- und B-Feld.
@RonMaimon: Verweise auf die Originalarbeiten von Norbert (!) Wiener und Stokes sind in den Folien meines Vortrags zitiert. Lesen Sie den Artikel von Stokes und Sie werden sehen, dass er alle Eigenschaften eines Qubits präzise und in fast modernen Begriffen beschreibt! Es besteht also kein Zweifel, dass er einen Quanteneffekt interpretierte.
@RonMaimon: Dass Polarisation nicht nur ein elektromagnetisches Feld ist, zeigt das Phänomen der Teilpolarisation, das in einem deterministischen Maxwell-Feld unmöglich ist, aber einer statistischen Interpretation bedarf. Aber auch bei klassischer Berechnung sind die Ergebnisse identisch mit der Quantenstatistik eines einzelnen Photons.
Ich denke, dass dies nicht wahr ist. Sie können eine Polarisation einfach durchführen, indem Sie ein klassisches Modell von Elektronen auf Kügelchen haben, die in Bezug auf die E-Achse der elektromagnetischen Strahlung geneigt sind. Polarisation ist kein Quantum, es sei denn, es handelt sich um eine Polarisation einzelner Photonen. Wenn Sie Photonen nicht auflösen können, können Sie nicht argumentieren, dass Polarisation Quanten ist, da Sie teilweise Transmission und teilweise Absorption mit Reibungsladungen erhalten, wobei Schwingungen nur in bestimmten Richtungen zulässig sind
@RonMaimon: Es ist nicht erforderlich, einzelne Photonen aufzulösen, um einen Quanteneffekt zu behaupten. Zum Beispiel ist Laserlicht definitiv Quantenlicht, obwohl man die beteiligten Photonen normalerweise nicht auflöst.

Ohne die Quantenmechanik ergibt in der Chemie im Detail kaum noch einen Sinn. Wenn Sie "Phänomene wollen, die Quantentheorien erfordern, um sie zu erklären", schauen Sie sich einfach um ... warum ist Holz braun und Blätter grün und jodgelb? Welche Chemikalien sind stabil und instabil, warum reagieren verschiedene Elemente unterschiedlich, warum bilden Salzkristalle Würfel, während Eis Sechsecke bildet?

Keine dieser Fragen kann korrekt und konsistent beantwortet werden, außer im Rahmen der Quantenchemie (und ihrer Konsequenzen wie Orbitalhybridisierung, delokalisierte Elektronen, Resonanzstabilisierung, Pauli-Ausschlussprinzip, Elektronenorbitale, das Verhältnis von Lichtabsorption und -emission zu elektronischen Struktur usw. usw.)

Solche Dinge werden normalerweise nicht als Motivation für die Quantenmechanik diskutiert, da es ein langer und schwieriger Weg von den Grundprinzipien der Quantenmechanik bis zur Erklärung chemischer Tatsachen ist, wie zum Beispiel, warum Eis sechseckig ist. Man könnte sich vorstellen, dass es eine alternative Erklärung aller Tatsachen der Chemie gibt, die keine Quantenmechanik erfordert ... nun, es gibt keine, aber es gibt keinen besonders einfachen und pädagogischen Weg, die Menschen davon zu überzeugen. Von den Grundprinzipien der Quantenmechanik zum Zweispaltexperiment führt dagegen ein relativ einfacher Weg.

Aus genau dem gleichen Grund sind die konzeptionellen Durchbrüche in der Quantenmechanik historisch nicht auf den Versuch zurückzuführen, zu erklären, warum Jod gelb ist. Der Weg ist zu indirekt. Es bedurfte jahrelanger Arbeit, NACHDEM die Quantenmechanik etabliert war, um zu verstehen, inwiefern die Quantenmechanik die einzig vernünftige Erklärung für fast alles in der Chemie war.

Das Problem ist, dass die Chemie den Nachweis von Atomen erfordert.
Chemie erfordert den Nachweis von Atomen?? Sind Sie im Ernst?? Sie müssen keine Atome erkennen, um zu wissen, dass Eiskristalle sechseckig sind oder dass Methanflammen blau sind oder dass Stickstoffgas weniger brennbar als Sauerstoff ist. Man muss nicht einmal ein Mensch sein, um zu sehen, dass Gras eine andere Farbe hat als Felsen! Aber wenn Sie diese Tatsachen in einem selbstkonsistenten und detaillierten Rahmen erklären wollen, MUSS dieser Rahmen auf der Quantenmechanik basieren.
Das Problem ist, dass die Teile der Chemie, die die Quantenmechanik demonstrieren, den Nachweis von Atomen erfordern. Der blaue Blitz könnte von Plumpudding kommen. Ohne die Streuung von Alphateilchen an einem einzelnen Atom weiß man nicht, ob es sich dort unten um Quanten handelt.
Wenn Sie richtig erklären wollen, warum Eiskristalle sechseckig sind, müssen Sie sich auf das Pauli-Ausschlussprinzip, Quantenüberlagerungen, delokalisierte Elektronen, Elektronenspin usw. usw. berufen. Sind diese nicht Teil der Quantenmechanik??? Die ursprüngliche Frage lautete „Phänomene, für deren Erklärung QM erforderlich ist“. Außer der Quantenmechanik gibt es keine Theorie, die die Form jedes Kristalls korrekt und konsistent vorhersagen kann.
Sie können dies erklären, indem Sie sagen, dass Wassermoleküle kleine sechseckige Bastelspielzeuge sind. Das haben Prä-Quanten-Atomisten angenommen. Ohne einen Mechanismus, um ins Innere von Atomen zu blicken, braucht man keine Quantenmechanik für die Chemie bei Raumtemperatur, aber für spezifische Wärmen kalter Moleküle (die verschwindenden Freiheitsgrade) und für thermisches Schwarzkörperlicht.
Weißt du überhaupt, was Elektronenorbitale sind? Alle Aspekte chemischer Bindungen und Reaktivität – ganz zu schweigen von der Lichtabsorption – sind eng mit den detaillierten Eigenschaften der Energie, Form und Phase von Elektronenorbitalen und ihren Überlagerungen verbunden. Ohne Quantenmechanik kann man sagen "H2O-Kristalle sind sechseckig, weil H2O so ist", und ebenso mit all den Millionen anderer Kristalle. Aber eine scharfsinnige Person wird Muster bemerken und nachforschen und feststellen, dass ein paar Regeln ALLE Muster erklären ... diese Regeln sind Quantenmechanik!
Ja, ich kenne Orbitale gut. Sie behaupten, dass es möglich sein könnte, aus der Art und Weise, wie Moleküle binden, auf Quantenmechanik_ zu schließen . Ich denke, wenn dies der einzige Weg wäre, würden wir es nie entdecken, weil der Weg so indirekt ist. Außerdem können wir mit Kenntnis der Quantenmechanik und mit Supercomputern nicht einmal die vollständige Quantenchemie vorhersagen, daher halte ich es für hoffnungslos, dies für eine vorindustrielle Gesellschaft auf diese Weise zu tun. Aber die spezifische Wärmeanomalie könnte bei Kühlung (oder im Prinzip bei Öfen) bemerkt werden, aber Sie brauchen Thermodynamik, um zu wissen, dass sie anomal ist.

mit einer Analogie zwischen Optik und PHYSIK hätte ROWAN HAMILTON die Quantenmechanik mit Hilfe der Eikonal-Gleichung entdecken können ( ∇ S ) 2 = N

jedoch gab es zu dieser Zeit keine empirischen Beweise für Hamiltons Entdeckung, so dass Hamilton die Idee einer „Wellenmechanik“ im 19. Jahrhundert ablehnte

Schade, die Wissenschaft hätte mehr als 50 Jahre vorankommen können, wenn Hamilton und andere ihre Ideen ernst genommen hätten :(

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

für mehr

Hamiltons Arbeit war 1833, also später als die vom OP festgelegte Frist.
Aber Hamiltons Gleichungen könnten von Leibniz formuliert worden sein. Das Problem ist, dass die Energieerhaltung nur während der industriellen Revolution anerkannt wurde, da es die Wärmekraftmaschinen waren, die die Analyse der Entropie vorangetrieben haben, die festgestellt hat, dass es überhaupt eine Energieerhaltung gibt.
Quantenexperimente im vorindustriellen Zeitalter
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v