Fizica clasică - fizică înainte de apariția teoriei cuantice și a teoriei relativității . Bazele fizicii clasice au fost puse în timpul Renașterii de către un număr de oameni de știință, dintre care Newton , creatorul mecanicii clasice , este deosebit de distins .
Fizica clasică se bazează pe următoarele principii:
Teoriile fundamentale ale fizicii clasice sunt
De la Galileo și Newton la Maxwell și Boltzmann , în cadrul fizicii clasice, a fost creată o imagine a structurii lumii fizice, care în a doua jumătate a secolului al XIX-lea părea impecabil de precisă și complet completă.
Până la începutul secolului al XX-lea, s-au acumulat o serie de întrebări la care nu s-a putut răspunde în cadrul fizicii clasice.
Discrepanța dintre acestea și alte fenomene observate și teoriile clasice a dat naștere la îndoieli cu privire la universalitatea acelor principii fundamentale pe care sunt construite aceste teorii, inclusiv legile de conservare a masei, energiei și impulsului. Renumitul matematician și fizician francez Henri Poincaré a numit această situație „criza fizicii”.
Ce rămâne neatins printre toate aceste ruine?... Ce poziție ar trebui să ia fizica matematică în prezența acestei distrugeri generale a principiilor? [unu]
În 1900, fizicianul german Max Planck propune o teorie cuantică a radiației , conform căreia lumina nu este emisă continuu (așa cum presupune teoria clasică), ci discret - în porțiuni, pe care Planck le-a numit cuante . În ciuda naturii paradoxale a acestei teorii (în care radiația luminii este considerată ca un proces continuu de undă și, în același timp, ca un flux de particule - cuante), a descris bine forma spectrului continuu al radiației termice. a corpurilor solide și lichide.
În 1905, Albert Einstein , bazat pe presupunerea naturii cuantice a luminii, oferă o descriere matematică a fenomenului efectului fotoelectric , în timp ce natura marginii roșii a efectului fotoelectric devine explicabilă . (Pentru această lucrare, și nu pentru Teoria relativității, Einstein a primit Premiul Nobel în 1921.)
În 1926, Niels Bohr propune teoria cuantică a atomului , conform căreia electronii care alcătuiesc învelișul de electroni a atomului nu pot fi decât într-un set numărabil de stări discrete (orbite) cu parametri fixe ( numere cuantice ) și electroni. tranzițiile de la orbită la orbită au loc la absorbția sau radiația cuantelor de lumină nu este continuă, ci brusc, fără stări intermediare (vezi postulatele lui Bohr ). Astfel, principiul cuantic, pe lângă lumină, s-a extins la mișcarea electronului. Această teorie a explicat bine spectrul de linie al radiațiilor și absorbția undelor electromagnetice de către gaze și, în plus, a făcut posibilă înțelegerea naturii fizice a unui compus chimic , proprietățile elementelor chimice și Legea periodică a lui Mendeleev.
În viitor, mecanica cuantică devine principalul instrument al fizicii teoretice în descrierea proceselor microlumii . În cursul dezvoltării mecanicii cuantice, determinismul rigid al fizicii clasice a fost abandonat și a fost adoptat principiul incertitudinii Heisenberg (vezi).
Datorită conceptelor cuantice, s-au putut găsi descrieri adecvate ale fenomenelor care au loc în nucleele atomilor și în adâncurile stelelor, radioactivitatea , fizica particulelor elementare, fizica stării solide , fizica temperaturii joase ( superconductivitate și superfluiditate ). Aceste idei au servit drept bază teoretică pentru crearea multor aplicații practice ale fizicii: energie nucleară , tehnologie semiconductoare , lasere etc.
În 1905, Albert Einstein a propus Teoria Specială a Relativității , care respinge conceptul de absolutitate a spațiului și timpului și declară relativitatea acestora: mărimea segmentelor de spațiu și timp legate de un obiect fizic depind de viteza obiectului în raport cu sistemul de referință selectat (sistemul de coordonate). În diferite sisteme de coordonate, aceste mărimi pot lua valori diferite. În special, simultaneitatea evenimentelor fizice independente a fost, de asemenea, relativă: evenimentele care au avut loc simultan într-un sistem de coordonate puteau avea loc în momente diferite în altul. Această teorie a făcut posibilă construirea unei imagini cinematice logic consistente a lumii fără a utiliza conceptele de spațiu absolut neobservabil, timp absolut și eter.
De ceva timp, teoria a rămas o ipoteză care nu a avut confirmare experimentală, iar în 1916 Einstein a publicat Teoria generală a relativității - mecanică , construită pe principiile relativității declarate în teoria specială. Curând a fost confirmată această teorie - o explicație pentru precesiunea anormală a periheliului lui Mercur , pe care astronomia clasică a încercat fără succes să o explice prin prezența în sistemul solar a unei alte planete mai aproape de Soare decât Mercur și care nu a putut fi detectată. Astăzi există deja o mare cantitate de dovezi experimentale ale validității teoriei relativității. În special, explicația celor descoperite în secolul al XIX-lea. dependența masei unui electron de viteza sa: conform teoriei relativității, masa observată a oricărui corp fizic este mai mare, cu atât viteza mișcării acestuia în raport cu observatorul este mai mare, iar electronii observați în experimente au, de obicei, un viteză mare pentru ca manifestarea efectelor relativiste să fie vizibilă.
În ciuda faptului că multe fenomene nu au fost descrise în mod adecvat în cadrul fizicii clasice, chiar și astăzi este o parte esențială a „fondului de aur” al cunoașterii umane și este cel mai solicitat în majoritatea aplicațiilor fizicii și disciplinelor ingineriei. Este o componentă obligatorie în cursurile de fizică generală predate în toate instituțiile de învățământ de științe naturale și inginerie din lume.
Acest lucru se explică prin faptul că avantajele „noii fizicii” afectează doar în cazuri speciale.
În același timp, aparatul matematic al fizicii clasice este mai simplu și mai ușor de înțeles din punct de vedere al experienței cotidiene, iar în majoritatea cazurilor acuratețea rezultatelor obținute prin metodele fizicii clasice satisface pe deplin nevoile practicii.
Astfel, „noua fizică” nu numai că nu a dus la o negare completă a metodelor și realizărilor fizicii clasice, dar a salvat-o de „înfrângerea generală”, despre care a scris A. Poincaré în 1905, cu prețul abandonării unor astfel de lucruri. principii clasice precum determinismul, continuitatea modificărilor cantităților fizice și caracterul absolut al spațiului și timpului.