Классическая физика — это группа физических теорий, которые предшествуют современным, более полным или более широко применимым теориям. Если принятая в настоящее время теория считается современной, а ее введение представляет собой серьезный сдвиг парадигмы , то предыдущие теории или новые теории, основанные на старой парадигме, часто будут называться принадлежащими к области «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]
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 теорию относительности . [2] Точно так же классические теории поля , такие как общая теория относительности и классический электромагнетизм , не используют квантовую механику. [3] В контексте общей и специальной теории относительности классическими теориями являются те, которые подчиняются теории относительности Галилея . [4]
В зависимости от точки зрения, среди разделов теории, иногда включаемых в классическую физику, по-разному выделяются:
В отличие от классической физики, « современная физика » — это несколько 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, если она удовлетворяет условиям, при которых законы классической физики приблизительно справедливы.
На практике физические объекты, начиная от объектов крупнее атомов и молекул и заканчивая объектами макроскопической и астрономической сферы, могут быть хорошо описаны (поняты) с помощью классической механики. Начиная с атомного уровня и ниже, законы классической физики нарушаются и в целом не дают правильного описания природы. Электромагнитные поля и силы могут быть хорошо описаны классической электродинамикой в масштабах длины и при достаточно большой напряженности поля, чтобы квантово-механические эффекты были незначительными. В отличие от квантовой физики, классическая физика обычно характеризуется принципом полного детерминизма , хотя детерминистские интерпретации квантовой механики все же 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 примирялся с классической механикой, предполагая существование стационарной среды, через которую распространяется свет, светоносного эфира , существование которого, как позже было показано, не существует.
С математической точки зрения уравнения классической физики — это уравнения, в которых не появляется постоянная Планка . Согласно принципу соответствия и теореме Эренфеста , по мере того, как система становится больше или массивнее, имеет тенденцию проявляться классическая динамика, за некоторыми исключениями, такими как сверхтекучесть . Вот почему мы обычно можем игнорировать квантовую механику, когда имеем дело с повседневными объектами, и классического описания будет достаточно. Однако одной из наиболее энергичных текущих областей исследований в физике является классико-квантовое соответствие . Эта область исследований связана с открытием того, как законы квантовой физики порождают классическую физику, найденную на пределе больших масштабов классического уровня.
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 уравнения. конкретное уравнение.
Компьютерное моделирование имеет важное значение для квантовой и релятивистской физики. Классическая физика считается пределом квантовой механики для большого числа частиц. С другой стороны, классическая механика является производной 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, много меньших скорости света, можно пренебречь появляющимися членами с с 2 и выше. Эти формулы затем сводятся к стандартным определениям ньютоновской кинетической энергии и импульса. Так и должно быть, поскольку специальная теория относительности должна согласовываться с механикой Ньютона при низких скоростях. Компьютерное моделирование должно быть максимально реальным. Классическая физика внесла бы ошибку, как и в случае сверхтекучести . Чтобы построить надежные модели мира, нельзя использовать классическую физику. Это правда, что квантовые теории требуют времени и компьютерных ресурсов, и для быстрого решения можно было бы обратиться к уравнениям классической физики, но такому решению не хватило бы надежности.
Компьютерное моделирование будет использовать только энергетические критерии, чтобы определить, какую теорию использовать: теорию относительности или квантовую теорию при попытке описать поведение объекта. Физик будет использовать классическую модель для получения приближения, прежде чем применять более точные модели и продолжать расчеты.
В компьютерной модели нет необходимости использовать скорость объекта, если исключить классическую физику. Объекты с низкой энергией будут обрабатываться квантовой теорией, а объекты с высокой энергией — теорией относительности. [5] [6] [7]
