Klassisk fysik - fysik före tillkomsten av kvantteorin och relativitetsteorin . Grunden till klassisk fysik lades under renässansen av ett antal vetenskapsmän, av vilka Newton , skaparen av klassisk mekanik , är särskilt framstående .
Klassisk fysik bygger på följande principer:
De grundläggande teorierna för klassisk fysik är
Från Galileo och Newton till Maxwell och Boltzmann skapades inom ramen för den klassiska fysiken en bild av den fysiska världens struktur, som under andra hälften av 1800-talet verkade oklanderligt korrekt och uttömmande.
I början av 1900-talet hade det samlats en rad frågor som inte gick att besvara inom ramen för den klassiska fysiken.
Diskrepansen mellan dessa och andra observerade fenomen och klassiska teorier gav upphov till tvivel om universaliteten hos de grundläggande principer som dessa teorier bygger på, inklusive lagarna för bevarande av massa, energi och momentum. Den berömda franske matematikern och fysikern Henri Poincaré kallade denna situation för "fysikens kris".
Vad förblir orört bland alla dessa ruiner?... Vilken ställning bör matematisk fysik inta i närvaro av denna allmänna förstörelse av principer? [ett]
År 1900 föreslår den tyske fysikern Max Planck en kvantteori om strålning , enligt vilken ljus inte sänds ut kontinuerligt (som antas av den klassiska teorin), utan diskret - i portioner, som Planck kallade kvanta . Trots den paradoxala karaktären hos denna teori (där ljusstrålningen betraktas som en kontinuerlig vågprocess, och samtidigt som ett flöde av partiklar - kvanta), beskrev den väl formen på det kontinuerliga spektrumet av termisk strålning av fasta och flytande kroppar.
År 1905 ger Albert Einstein , baserat på antagandet om ljusets kvantnatur, en matematisk beskrivning av fenomenet med den fotoelektriska effekten , medan den röda gränsen för den fotoelektriska effekten blir förklarlig . (Det är för detta arbete, och inte för Relativitetsteorin, som Einstein tilldelades Nobelpriset 1921.)
År 1926 föreslår Niels Bohr atomens kvantteorin , enligt vilken elektronerna som utgör atomens elektronskal endast kan vara i en räknebar uppsättning diskreta tillstånd (banor) med fasta parametrar ( kvanttal ), och elektron övergångar från omloppsbana till omloppsbana uppstår vid absorption eller strålning av ljus kvanta är inte kontinuerlig, utan plötsligt, utan mellanliggande tillstånd (Se Bohrs postulat ). Kvantprincipen utvidgade sig således, förutom ljus, till elektronens rörelse. Denna teori förklarade väl linjespektrumet för strålning och absorption av elektromagnetiska vågor av gaser, och dessutom gjorde det det möjligt att förstå den fysiska naturen hos en kemisk förening , egenskaperna hos kemiska element och Mendeleevs periodiska lag .
I framtiden blir kvantmekaniken det huvudsakliga verktyget för teoretisk fysik för att beskriva processerna i mikrovärlden . Under utvecklingen av kvantmekaniken övergavs den stela determinismen i klassisk fysik, och Heisenbergs osäkerhetsprincip antogs (se).
Tack vare kvantkoncept var det möjligt att hitta adekvata beskrivningar av de fenomen som förekommer i atomernas kärnor och i stjärnornas djup, radioaktivitet , elementarpartikelfysik , fasta tillståndets fysik , lågtemperaturfysik ( supraledning och superfluiditet ). Dessa idéer fungerade som en teoretisk grund för att skapa många praktiska tillämpningar av fysik: kärnenergi , halvledarteknik , lasrar , etc.
År 1905 föreslog Albert Einstein den speciella relativitetsteorin , som förkastar begreppet om rummets och tidens absoluthet, och deklarerar deras relativitet: storleken på rymd- och tidssegment relaterade till något fysiskt objekt beror på objektets hastighet i förhållande till det valda referenssystemet (koordinatsystemet). I olika koordinatsystem kan dessa storheter ha olika värden. I synnerhet var samtidigheten av oberoende fysiska händelser också relativ: händelser som inträffade samtidigt i ett koordinatsystem kunde inträffa vid olika tidpunkter i ett annat. Denna teori gjorde det möjligt att bygga en logiskt konsekvent kinematisk bild av världen utan att använda begreppen oobserverbart absolut rum, absolut tid och eter.
Under en tid förblev teorin en hypotes som inte hade experimentell bekräftelse, och 1916 publicerade Einstein den allmänna relativitetsteorin - mekanik , byggd på relativitetsprinciperna som deklarerades i den speciella teorin. Snart bekräftades denna teori - en förklaring till den anomala precessionen av Merkurius perihelion , som klassisk astronomi utan framgång försökte förklara genom närvaron i solsystemet av en annan planet närmare solen än Merkurius, och som inte kunde upptäckas. Idag finns det redan en stor mängd experimentella bevis på giltigheten av relativitetsteorin. I synnerhet förklaringen av det upptäckta redan på 1800-talet. beroende av en elektrons massa av dess hastighet: enligt relativitetsteorin är den observerade massan av en fysisk kropp större, ju större hastigheten är för dess rörelse i förhållande till observatören, och elektronerna som observeras i experiment har vanligtvis en tillräckligt hög hastighet för att manifestationen av relativistiska effekter ska bli märkbar.
Trots att många fenomen inte har beskrivits tillräckligt inom ramen för klassisk fysik, är den än idag en väsentlig del av den mänskliga kunskapens "gyllene fond", och är mest efterfrågad inom de flesta tillämpningar av fysik och ingenjörsdiscipliner. Det är en obligatorisk komponent i de allmänna fysikkurserna som lärs ut i alla naturvetenskapliga och tekniska utbildningsinstitutioner i världen.
Detta förklaras av det faktum att fördelarna med den "nya fysiken" bara påverkar i speciella fall.
Samtidigt är den klassiska fysikens matematiska apparat enklare och mer förståelig ur vardagsupplevelsens synvinkel, och i de flesta fall tillfredsställer noggrannheten av resultaten som erhålls med metoderna för klassisk fysik fullt ut praktikens behov.
Således ledde den "nya fysiken" inte bara till ett fullständigt förnekande av den klassiska fysikens metoder och prestationer, utan räddade den från det "allmänna nederlaget", som A. Poincaré skrev om 1905, till priset av att överge sådana. klassiska principer som determinism, kontinuiteten av förändringar i fysiska kvantiteter, och rummets och tidens absoluthet.