У чому різниця між класичною механікою та квантовою механікою?


Відповідь 1:

Квантова фізика або класична фізика або релятивістська фізика, фізика - це фізика, правда? Це закони природи, чому існує окремий набір законів?

Почнемо з класичної фізики. Як випливає з назви, вона класична. Фундамент для цього були закладені вченими 17 століття, як Галілео, сер Ньютон, Кеплер, які розгадали таємниці сил, руху та зрештою сили тяжіння. Це було досить великою справою, адже перед Ньютоном ми насправді не мали поняття, що робить сила і що було причиною руху. Навіть сьогодні, якщо ви не взяли курс на науку, є хороший шанс, що ви не знаєте, що робить сила. Потім з'явилися закони електромагнетизму. Фундамент для цього були закладені вченими 19 століття, як Ерстед, Мікель Фарадей, Андре Ампер, шотландський маестро Джеймс Клерк Максвелл. Вони змогли розшифрувати закони електромагнетизму. Поряд з цим та деякими іншими галузями на кшталт механіки рідини, термодинаміки, це майже все, що стосується класичної фізики. Коротше кажучи, класична фізика - це правила, які керують речами на рівні, який ми бачимо і взаємодіємо з природою, щоденно.

Але до кінця 19 - початку 20 століття ми зрозуміли, що щось не склалося. У різних частинах фізики, особливо в електромагнетизмі, експерименти не відповідали прогнозованим теоретичним результатам. При більш ретельному дослідженні ми зрозуміли, що класична фізика починає давати абсолютно абсурдні та жахливі результати. Таким чином ми зрозуміли, що фізика неповна. З усіма нашими прогнозами класичної фізики, коли ми намагалися застосувати це до крихітних частинок, були натяки на щось жахливе. Не вдаючись до занадто багато деталей, головна проблема полягала в тому, що класична фізика передбачала, що все гладко і безперервно. Що речі можна нескінченно розділити. Незабаром ми зрозуміли, що це неправда. Такі речі, як енергія, не можна розділити на невизначений термін, але існує мінімальний квант. І енергія може входити лише в цілі кратні ці кванти. Так народилася квантова механіка.

Квантова механіка - це вивчення крихітних частинок, де все має мінімальний розмір кроку, квант. Розміри кроків настільки малі, що, коли ми дивимось на великі речі (макроскопічні об'єкти), ці кванти не грають ніякої ролі, і ми можемо припустити, що справи гладкі, але на мікроскопічному рівні ці припущення нещадно провалюються.

Ось аналогія, яку я люблю наводити.

Придумайте пандус і сходи. Якщо у вас є пандус, ви можете стояти там, де хочете на пандусі, це безперервно. Але сходи мають мінімальний розмір кроку, і ви можете стояти лише на певних висотах (інтегральні кратні розміри кроків)

Уявіть сходи, яка починається від вашої підлоги і веде до вашої стелі. Уявіть, що ця сходи має 25000 сходів. Наскільки маленькими будуть кроки? Я знаю правильно? Так неймовірно мало. Якщо ви покладете на нього тенісний м'яч, він би скотився. Якщо ви покладете свою дитину на неї, дитина буде ковзати вниз, кожен експеримент, який ви робите з цієї «сходової справи», підтвердить, що це пандус. Тому що він поводиться як пандус. Але тільки коли ви робите ретельні експерименти з дуже крихітними предметами, ви побачите справжню природу цього сходового корпусу. Ось таким є наш Всесвіт. Сподіваюся, ви зможете зрозуміти, що таке класична фізика та квантова фізика в цій 25000 божевільній аналогії сходів ;-)

Дякуємо за прочитане, приємного дня


Відповідь 2:

Історично класична механіка вийшла першою, тоді як квантова механіка - порівняно недавній винахід. Класична механіка виникла із законів руху Ісаака Ньютона в Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica; Квантова механіка була відкрита на початку 20 століття. Обидва прийнято вважати найбільш певними знаннями про фізичну природу. Класичну механіку особливо часто розглядали як модель для інших так званих точних наук. Важливим у цьому відношенні є широке використання математики в теоріях, а також визначальна роль, яку відіграє експеримент у їх генеруванні та тестуванні.

Квантова механіка має більшу сферу застосування, оскільки вона включає класичну механіку як піддисципліну, яка застосовується при певних обмежених обставинах. Відповідно до принципу листування, між двома суб'єктами немає протиріччя чи конфлікту, кожен просто стосується конкретних ситуацій. Принцип відповідності стверджує, що поведінка систем, описаних квантовими теоріями, відтворює класичну фізику в межах великих квантових чисел. Квантова механіка витіснила класичну механіку на рівні фундаменту і є незамінною для пояснення та прогнозування процесів на молекулярному, атомному та субатомному рівні. Однак для макроскопічних процесів класична механіка здатна вирішувати проблеми, які в квантовій механіці неможливо складно, а тому залишається корисними та добре використовуваними. Сучасні описи такої поведінки починаються з ретельного визначення таких величин, як переміщення (переміщення відстані), час, швидкість, прискорення, маса та сила. Приблизно до 400 років тому рух пояснювався зовсім з іншої точки зору. Наприклад, слідуючи ідеям грецького філософа і вченого Арістотеля, вчені аргументували, що гарматний куля падає через те, що його природне положення знаходиться на Землі; сонце, місяць і зірки подорожують по колу навколо землі, тому що це природа небесних об’єктів подорожувати ідеальними колами.

Галілей, часто посилаючись на батька сучасної науки, зібрав ідеї інших великих мислителів свого часу і почав аналізувати рух з точки зору відстані, пройденої від якоїсь вихідної позиції, і часу, який це пройшло. Він показав, що швидкість падіння предметів постійно зростає за час їх падіння. Це прискорення те саме для важких предметів, що і для легких, за умови дисконтування тертя повітря (опір повітря). Англійський математик та фізик Ісаак Ньютон вдосконалив цей аналіз, визначивши силу та масу та пов’язавши їх із прискоренням. Для об'єктів, що рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла, закони Ньютона були витіснені теорією відносності Альберта Ейнштейна. Для атомних і субатомних частинок закони Ньютона були витіснені квантовою теорією. Однак для повсякденних явищ три закони руху Ньютона залишаються наріжним каменем динаміки, тобто вивчення того, що викликає рух.


Відповідь 3:

Історично класична механіка вийшла першою, тоді як квантова механіка - порівняно недавній винахід. Класична механіка виникла із законів руху Ісаака Ньютона в Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica; Квантова механіка була відкрита на початку 20 століття. Обидва прийнято вважати найбільш певними знаннями про фізичну природу. Класичну механіку особливо часто розглядали як модель для інших так званих точних наук. Важливим у цьому відношенні є широке використання математики в теоріях, а також визначальна роль, яку відіграє експеримент у їх генеруванні та тестуванні.

Квантова механіка має більшу сферу застосування, оскільки вона включає класичну механіку як піддисципліну, яка застосовується при певних обмежених обставинах. Відповідно до принципу листування, між двома суб'єктами немає протиріччя чи конфлікту, кожен просто стосується конкретних ситуацій. Принцип відповідності стверджує, що поведінка систем, описаних квантовими теоріями, відтворює класичну фізику в межах великих квантових чисел. Квантова механіка витіснила класичну механіку на рівні фундаменту і є незамінною для пояснення та прогнозування процесів на молекулярному, атомному та субатомному рівні. Однак для макроскопічних процесів класична механіка здатна вирішувати проблеми, які в квантовій механіці неможливо складно, а тому залишається корисними та добре використовуваними. Сучасні описи такої поведінки починаються з ретельного визначення таких величин, як переміщення (переміщення відстані), час, швидкість, прискорення, маса та сила. Приблизно до 400 років тому рух пояснювався зовсім з іншої точки зору. Наприклад, слідуючи ідеям грецького філософа і вченого Арістотеля, вчені аргументували, що гарматний куля падає через те, що його природне положення знаходиться на Землі; сонце, місяць і зірки подорожують по колу навколо землі, тому що це природа небесних об’єктів подорожувати ідеальними колами.

Галілей, часто посилаючись на батька сучасної науки, зібрав ідеї інших великих мислителів свого часу і почав аналізувати рух з точки зору відстані, пройденої від якоїсь вихідної позиції, і часу, який це пройшло. Він показав, що швидкість падіння предметів постійно зростає за час їх падіння. Це прискорення те саме для важких предметів, що і для легких, за умови дисконтування тертя повітря (опір повітря). Англійський математик та фізик Ісаак Ньютон вдосконалив цей аналіз, визначивши силу та масу та пов’язавши їх із прискоренням. Для об'єктів, що рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла, закони Ньютона були витіснені теорією відносності Альберта Ейнштейна. Для атомних і субатомних частинок закони Ньютона були витіснені квантовою теорією. Однак для повсякденних явищ три закони руху Ньютона залишаються наріжним каменем динаміки, тобто вивчення того, що викликає рух.