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 крупный 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, в то время как современная физика относится к физике после 1900 года, которая включает в себя элементы квантовой механики и теории относительности . [1]
Классическая теория имеет по крайней мере 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] Аналогично, классические теории поля , такие как общая теория относительности и классический электромагнетизм , — это те, которые не используют квантовую механику. [3] В контексте общей и специальной теории относительности классические теории — это те, которые подчиняются галилеевской относительности . [4]
В зависимости от точки зрения, в классическую физику иногда включают следующие разделы теории:
В отличие от классической физики, « современная физика » — это немного более свободный термин, который может относиться как к квантовой физике , так и к физике 20-го и 21-го века в целом. Современная физика включает в себя 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 тех, что больше атомов и молекул , до объектов в макроскопической и астрономической сфере, могут быть хорошо описаны (поняты) с помощью классической механики. Начиная с атомного уровня и ниже, законы классической физики перестают работать и, как правило, не дают правильного описания природы. Электромагнитные поля и силы могут быть хорошо описаны классической электродинамикой в масштабах длины и напряженности поля, достаточно больших, чтобы квантово-механические эффекты были пренебрежимо малы. В отличие от квантовой физики, классическая физика, как правило, характеризуется принципом полного детерминизма , хотя детерминистские интерпретации квантовой механики 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 распространения света. Традиционно свет согласовывался с классической механикой путем предположения о существовании неподвижной среды, через которую распространяется свет, светоносного эфира , который, как позже было показано, не существует.
Математически уравнения классической физики — это те, в которых постоянная Планка не появляется. Согласно принципу соответствия и теореме Эренфеста , по мере того, как система становится больше или массивнее, классическая динамика имеет тенденцию возникать, 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 самых энергичных текущих областей исследований в физике является классическо-квантовое соответствие . Эта область исследований связана с открытием того, как законы квантовой физики порождают классическую физику, обнаруженную на пределе больших масштабов классического уровня.
Сегодня компьютер выполняет миллионы арифметических операций за считанные секунды, чтобы решить классическое дифференциальное уравнение , в то время как Ньютону (одному из отцов дифференциального исчисления) потребовались бы часы, чтобы решить то же самое уравнение вручную, даже если бы он был первооткрывателем этого конкретного уравнения.
Компьютерное моделирование необходимо для квантовой и релятивистской физики. Классическая физика считается пределом квантовой механики для большого числа частиц. С другой стороны, классическая механика выводится из релятивистской механики . Например, во многих формулировках из специальной теории относительности появляется поправочный коэффициент ( v / c ) 2 , где v — скорость объекта, а c — скорость света. Для скоростей, намного меньших скорости света, можно пренебречь членами с c2 и выше , которые появляются. Затем эти формулы сводятся к стандартным определениям ньютоновской кинетической энергии и импульса. Так и должно быть, поскольку специальная теория относительности должна согласовываться с ньютоновской механикой при низких скоростях. Компьютерное моделирование должно быть максимально реальным. Классическая физика внесла бы ошибку, как в случае сверхтекучести . Для того чтобы создавать надежные модели мира, нельзя использовать классическую физику. Верно, что квантовые теории требуют времени и компьютерных ресурсов, и для быстрого решения можно было бы прибегнуть к уравнениям классической физики, но такое решение было бы ненадежным.
Компьютерное моделирование будет использовать только энергетические критерии для определения того, какую теорию использовать: относительность или квантовую теорию, при попытке описать поведение объекта. Физик будет использовать классическую модель, чтобы обеспечить приближение, прежде чем будут применены более точные модели и эти вычисления будут продолжены.
В компьютерной модели нет необходимости использовать скорость объекта, если классическая физика исключена. Низкоэнергетические объекты будут обрабатываться квантовой теорией, а высокоэнергетические объекты — теорией относительности. [5] [6] [7]
