Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Четыре основных области современной физики

Классическая физика - это группа физических теорий, которые предшествуют современным, более полным или более широко применимым теориям. Если принятая в настоящее время теория считается современной и ее введение представляет собой серьезный сдвиг парадигмы , то предыдущие теории или новые теории, основанные на старой парадигме, часто будут относиться к сфере «классической физики».

Таким образом, определение классической теории зависит от контекста. Классические физические концепции часто используются, когда современные теории излишне сложны для конкретной ситуации. Чаще всего классическая физика относится к физике до 1900 года, тогда как современная физика относится к физике после 1900 года, которая включает в себя элементы квантовой механики и теории относительности . [1]

Обзор [ править ]

Классическая теория имеет как минимум два различных значения в физике. В контексте квантовой механики классическая теория относится к теориям физики, которые не используют парадигму квантования , которая включает классическую механику и относительность . [2] Аналогичным образом, классические теории поля , такие как общая теория относительности и классический электромагнетизм , не используют квантовую механику. [3] В контексте общей и специальной теории относительности классические теории - это те, которые подчиняются теории относительности Галилея . [4]

В зависимости от точки зрения, среди разделов теории, иногда включаемых в классическую физику, варьируются:

  • Классическая механика
    • Законы движения Ньютона
    • Классический лагранжев и гамильтонов формализмы
  • Классическая электродинамика ( уравнения Максвелла )
  • Классическая термодинамика
  • Специальная теория относительности и общая теория относительности
  • Классическая теория хаоса и нелинейная динамика

Сравнение с современной физикой [ править ]

В отличие от классической физики, « современная физика » - это немного более свободный термин, который может относиться только к квантовой физике или к физике 20-го и 21-го веков в целом. Современная физика включает квантовую теорию и теорию относительности , когда это применимо.

Физическая система может быть описана классической физикой, когда она удовлетворяет таким условиям, что законы классической физики приблизительно справедливы.

На практике с помощью классической механики можно хорошо описать (понять) физические объекты, начиная от более крупных, чем атомы и молекулы , до объектов в макроскопической и астрономической сфере . Начиная с атомного уровня и ниже, законы классической физики нарушаются и, как правило, не обеспечивают правильного описания природы. Электромагнитные поля и силы могут быть хорошо описаны классической электродинамикой на масштабах длины и напряженности поля, достаточно больших, чтобы квантово-механическими эффектами можно было пренебречь. В отличие от квантовой физики, классическая физика обычно характеризуется принципом полного детерминизма , хотя детерминистские интерпретации квантовой механики действительно существуют.

С точки зрения классической физики как нерелятивистской физики, предсказания общей и специальной теории относительности существенно отличаются от предсказаний классических теорий, особенно в отношении течения времени, геометрии пространства, движения тел в свободном падении. , и распространение света. Традиционно свет примиряли с классической механикой, предполагая существование неподвижной среды, через которую распространяется свет, светоносного эфира , которого, как позже было показано, не существует.

Математически уравнения классической физики - это те уравнения, в которых постоянная Планка отсутствует. Согласно принципу соответствия и теореме Эренфеста , по мере того, как система становится больше или массивнее, имеет тенденцию возникать классическая динамика, за некоторыми исключениями, такими как сверхтекучесть . Вот почему мы обычно можем игнорировать квантовую механику, имея дело с повседневными объектами, и классического описания будет достаточно. Тем не менее, одна из самых активных областей исследований в физике - это классическое квантовое соответствие.. Эта область исследований связана с открытием того, как законы квантовой физики порождают классическую физику, находящуюся на пределе больших масштабов классического уровня.

Компьютерное моделирование и ручной расчет, современное и классическое сравнение [ править ]

Компьютерная модель будет использовать только квантовую теорию и релятивистскую теорию.

Сегодня компьютер выполняет миллионы арифметических операций за секунды, чтобы решить классическое дифференциальное уравнение , в то время как Ньютону (одному из отцов дифференциального исчисления) потребовались бы часы, чтобы решить то же уравнение вручную, даже если бы он был первооткрывателем этого конкретного уравнения. уравнение.

Компьютерное моделирование необходимо для квантовой и релятивистской физики. Классическая физика считается пределом квантовой механики для большого числа частиц. С другой стороны, классическая механика происходит от релятивистской механики . Например, во многих формулировках специальной теории относительности появляется поправочный коэффициент (v / c) 2 , где v - скорость объекта, а c - скорость света. Для скоростей, намного меньших, чем скорость света, можно пренебречь членами с c 2и выше, что появляются. Эти формулы затем сводятся к стандартным определениям ньютоновской кинетической энергии и импульса. Так и должно быть, поскольку специальная теория относительности должна согласовываться с ньютоновской механикой при малых скоростях. Компьютерное моделирование должно быть максимально реалистичным. Классическая физика внесла бы ошибку, как и в случае сверхтекучести . Для создания надежных моделей мира нельзя использовать классическую физику. Верно, что квантовые теории требуют времени и компьютерных ресурсов, и уравнения классической физики могут быть использованы для быстрого решения, но такое решение не будет надежным.

Компьютерное моделирование будет использовать только энергетические критерии, чтобы определить, какую теорию использовать: относительность или квантовую теорию при попытке описать поведение объекта. Физик использовал бы классическую модель, чтобы обеспечить приближение, прежде чем будут применены более точные модели и продолжатся эти вычисления.

В компьютерной модели нет необходимости использовать скорость объекта, если исключить классическую физику. Объекты с низкой энергией будут обрабатываться квантовой теорией, а объекты высокой энергии - теорией относительности. [5] [6] [7]

См. Также [ править ]

  • Словарь классической физики
  • Полуклассическая физика

Ссылки [ править ]

  1. ^ Вайднер и Sells, Elementary Современная физика Введение p.iii, 1968
  2. Перейти ↑ Morin, David (2008). Введение в классическую механику . Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521876223.
  3. ^ Барут, Асим О. (1980) [1964]. Введение в классическую механику . Нью-Йорк: Dover Publications . ISBN 9780486640389.
  4. ^ Эйнштейн, Альберт (2004) [1920]. Относительность . Роберт В. Лоусон. Нью-Йорк: Barnes & Noble. ISBN 9780760759219.
  5. ^ Войцех Х. Зурек, Декогеренция, einselection и квантовые истоки классического, Reviews of Modern Physics 2003, 75, 715 или arXiv : Quant-ph / 0105127
  6. Войцех Х. Зурек , Декогеренция и переход от квантовой к классической, Physics Today , 44, стр 36–44 (1991)
  7. ^ Войцех Х. Зурек: Декогеренция и переход от квантовой к классической - пересмотренный номер науки Лос-Аламоса 27 2002