Tan pronto como él * pueda entenderlo.
* “Él”, en el sentido sin género. Odio escribirle.
Lo entiendo, lo entiendo … mi respuesta fue tautológica. Pero también es intencionalmente provocativo. Mi punto es que la respuesta tiene dos ingredientes: lo que él sabe y lo bueno que eres como maestro. Si te sientas y enseñas QM como lo hace una clase de física de pregrado, entonces probablemente no va a funcionar muy bien. (Es decir, a menos que su hijo haya hecho muchas ecuaciones diferenciales a los 9 años).
Por otro lado, si te sientas y lees historias de la hora de dormir de un libro popular de QM o pseudo-QM como algo de John Gribben (en la primera categoría) o algo de Deepak Chopra (en la última categoría), estás probablemente haciendo más daño que bien. El contenido real es engañoso en el mejor de los casos, incorrecto en el peor. Además, estás dando la ilusión de una comprensión real. En otras palabras, se despertará a la mañana siguiente pensando que sabe QM, pero en realidad sabe menos que alguien que no sabe nada sobre QM.
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Pero hay una forma efectiva de hacerlo. Es lento. No entiendes las “cosas buenas”. Primero tienes que hablar sobre física clásica. Necesitas entender sobre la energía. (“Energía”, como en energía cinética, energía potencial, etc. No como en energía espiritual.) Debe comprender que los sistemas evolucionan. No necesariamente necesita conocer las ecuaciones de Euler-Lagrange y demás, pero necesita saber los conceptos básicos.
Para enseñar a los jóvenes, me enfocaría en los resultados experimentales. Puede pasar por alto las matemáticas, pero los resultados experimentales son (a) comprensibles, (b) memorables y (c) les serán útiles en su educación futura.
En QM, discutiría estas ideas:
- Existen átomos y moléculas.
- La primera evidencia se notó a principios de 1800, cuando los químicos (… si ese término se usó incluso; tal vez “filósofos naturales” o incluso alquimistas) notaron que las reacciones químicas involucran pequeñas proporciones de reactivos en masa. Por ejemplo, el carbono y el oxígeno pueden reaccionar de diferentes maneras. Como sabemos ahora, puede tener [matemáticas] C + O_2 \ a CO_2 [/ matemáticas] o puede tener [matemáticas] 2C + O_2 \ a 2 \; CO [/ matemáticas]. Pero incluso si no conocía la reacción química, puede ver experimentalmente que una reacción necesita el doble de oxígeno (en masa) que la otra. Otras reacciones químicas que se conocían en ese momento también siguieron este patrón.
Es una especie de pensamiento profundo, pero vale la pena detenerse en este hecho. Es una de las primeras pruebas experimentales de que existen átomos sugeridos.
- La ley de conservación de la masa es otro concepto importante que vale la pena discutir.
- Bien, los átomos existen. ¿Qué es lo que parecen? Unos 100 años después, se descubrió el electrón. (¿Cómo? Vale la pena analizar el brillante experimento de JJ Thompson, desviando un rayo catódico y calculando la relación carga-masa de un electrón. De nuevo, no tiene que hacer el cálculo … solo describa lo suficiente como para que la fuerza del campo magnético y el grado de desviación le indicaron [matemática] e / m [/ matemática] Eso sugirió el modelo de pudín de ciruela, en el que los electrones eran como “pasas” cargadas negativamente, más o menos uniformemente distribuidas en un “pudín cargado positivamente” … ”
- … hasta que se descubrió la estructura nuclear. Rutherford ideó un experimento en el que disparó partículas alfa en una lámina de oro muy muy delgada. Se dio cuenta de que la mayoría de las partículas alfa pasaban a través de la lámina sin desviarse, pero algunas se recuperaban casi directamente. Si creías en el modelo de pudín de ciruela, esto era (como dijo Rutherford famoso) como disparar una bola de canon al papel de seda y hacer que la bola de canon se recupere. Entonces ahora sabemos acerca de los núcleos.
- Lo que nos lleva al modelo de Bohr del átomo. El núcleo es como el sol, los electrones son como planetas en órbita alrededor del núcleo. Pero eso lleva a problemas … ¡continuará!
- Y en este punto, vale la pena describir el sagrado experimento de la doble rendija. Introduzca la dualidad onda / partícula no como una respuesta, o como una gran idea, sino como un fenómeno . Una idea loca como esta no se puede dejar caer en alguien. Tienen que entender de dónde viene la idea loca.
- Tiempo para el efecto fotoeléctrico. Los electrones son definitivamente partículas.
- De vuelta al modelo de Bohr. Si los electrones son partículas, esta es una noticia terrible . Habla sobre la catástrofe ultravioleta. Nuevamente, puedes pasar por alto las matemáticas, pero explica que tratar los electrones literalmente como planetas da predicciones ridículas sobre la radiación del cuerpo negro.
- ¡Tablón al rescate! La hipótesis cuántica, que los electrones unidos a un átomo solo pueden tener ciertos valores de energía discretos, es una idea totalmente estúpida. Excepto que es la única idea que parece resolver todos los problemas con la catástrofe ultravioleta. De nuevo, de mala gana , llegamos a aceptarlo. Porque el universo no explota cada vez que alguien enciende una bombilla.
Et voilà! Esa es una base sólida en QM. Busque las cosas (si las hay) que no le son familiares en Wikipedia.
El punto es que realmente creo que puedes tener esta discusión con un niño de 10 años si te enfocas en los experimentos y no en las matemáticas.
La relatividad podría ser un poco más fácil: experimento de Michaelson-Morely, reloj de luz, contracción de Lorentz. Principio de equivalencia para GR. Hecho.