Механика это в физике: Механика. Раздел кинематика - движение тел - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

это часть физики или математики? Или отдельная дисциплина? Почему во многих вузах нету матфаков, а есть мехмат и матмех?» — Яндекс Кью

2. Классическая механика и физика – это всего лишь приближения. Революция в физике

2. Классическая механика и физика – это всего лишь приближения

Теперь обсудим вкратце вопрос о том, какую роль современная физика отводит классической механике и физике. Разумеется, они полностью сохраняют свое практическое значение в той области явлений, для описания которой они были созданы и в которой их справедливость подтверждается опытом. Открытие квантов ни в коей мере не нарушает законов падения тел или законов геометрической оптики. Всякий раз, когда с определенной степенью точности подтверждается какой-либо закон (а всякий результат может быть проверен лишь с определенной точностью), можно утверждать, что этот результат в основном является окончательным и никакие последующие теории его не смогут опровергнуть.

Если бы это было не так, то никакая наука вообще не могла бы развиваться. Однако может так случиться, что появление новых экспериментальных данных или новых теорий приведет к тому, что найденные ранее законы будут рассматриваться лишь как некоторое приближение. Иными словами, при увеличении точности измерений справедливость их в конце концов нарушается. Такие случаи неоднократно встречались в истории развития науки. Из законов геометрической оптики, например, известно, что закон прямолинейности распространения света, хотя он и был проверен с большой степенью точности и считался вначале совершенно точным, оказался верным лишь приближенно. Это стало ясным после открытия явления дифракции и установления волновой природы света. Именно таким путем последовательных приближений, устраняя внутренние противоречия, и может развиваться наука. Созданные в процессе ее развития теории не будут полностью опровергнуты и уничтожены последующим развитием науки, а войдут в качестве составных частей в новые, более общие теории.

С этой точки зрения механику и классическую физику можно рассматривать как введение в квантовую физику.

Механика и классическая физика были созданы для описания явлений, протекающих в масштабе наших повседневных явлений. Они остаются справедливыми и для описания процессов, происходящих в еще больших астрономических масштабах. Но как только мы переходим к масштабам атома, существование квантов сразу ограничивает область применения механики и классической физики. С чем же это связано? А с тем, что величина кванта действия, характеризуемая знаменитой постоянной Планка, чрезвычайно мала по сравнению с нашими обычными единицами измерений. Возмущения, вносимые в измерения в результате существования квантов, оказываются в обычных условиях настолько малыми, что в используемых при этом единицах их практически невозможно заметить. Эти возмущения значительно меньше ошибок измерений, неизбежно возникающих в экспериментах, поставленных для проверки того или иного классического закона.

В свете квантовой теории классическая механика и физика уже не являются абсолютно точными. Однако в обычных условиях нарушение классических законов оказывается незаметным из-за имеющихся всегда ошибок измерений. Таким образом, для явлений, протекающих в наших обычных масштабах, классические механика и физика оказываются очень хорошим приближением.

Итак, здесь мы снова встречаемся с обычным процессом развития науки. Твердо установленные принципы, надежно проверенные законы, хотя и сохраняются в дальнейшем развитии науки, но уже рассматриваются не как абсолютно точные, а лишь как некоторое приближение, пределы применимости которого определяются новой, более общей теорией.

Поскольку все же для явлений нашего масштаба классическая механика и физика, совершенно не учитывающие наличия квантов, остаются справедливыми, то некоторые, возможно, скажут, что, в сущности, кванты не имеют такого уж всеобщего значения, какое им приписывается, поскольку в чрезвычайно широкой области явлений, включающей, в частности, область практических приложений, квантовую природу явлений можно совершенно не учитывать.

Однако подобная точка зрения кажется нам неправильной. Во-первых, в такой важной и перспективной области как атомная и ядерная физика, кванты играют настолько существенную роль, что без привлечения квантовой теории понять явления, относящиеся к этой области, оказывается совершенно невозможно. Во-вторых, в макроскопической физике, где благодаря малости величины квантов и неизбежным ошибкам эксперимента квантовая природа процессов не проявляется явно, наличие кванта действия влечет за собой все те следствия, на которые мы указали ранее. И если они практически не оказывают заметного влияния, то это никоим образом не умаляет их значения, как для физики, так и для философии. Поэтому в настоящее время квантовая теория является одной из существенных основ естествознания.

1. ТЕОРИЯ ВСЕГО

1. ТЕОРИЯ ВСЕГО (22 июня 1993)В западной печати все чаще в том или ином контексте говорят о теории всего на свете: о некой полной и окончательной картине физического мира.

Одни ученые верят в возможность построения такой теории, другие сомневаются. Среди первых – знаменитый

Глава I. Классическая механика

Глава I. Классическая механика 1. Кинематика и динамика В этой небольшой главе мы отнюдь не собираемся делать какого-либо, даже краткого, обзора принципов классической механики и, тем более, критически анализировать эту область физики. Для этого недостаточно было бы и

Глава II. Классическая физика

Глава II. Классическая физика 1. Дальнейшее развитие механики В предыдущей главе мы не собирались давать сколько-нибудь полного обзора классической механики. Тем более мы не собираемся излагать в этой главе всю классическую физику. Мы отметим здесь лишь ее основные

1. Классическая и квантовая физика

1. Классическая и квантовая физика Наступило время перейти к введению понятия квантов в физику. Однако прежде чем излагать историю появления квантов, необходимо в нескольких словах остановиться на глубоком различии между классическими, доквантовыми теориями и

ОБЫЧНАЯ КЛАССИЧЕСКАЯ САМОДИФФУЗИЯ

ОБЫЧНАЯ КЛАССИЧЕСКАЯ САМОДИФФУЗИЯ Я хочу рассказать о том непременном признаке жизни кристалла, который можно охарактеризовать так: «охота к перемене мест». Поэт считает, что применительно к людям это «весьма мучительное свойство». Кристалл мук не испытывает, но

«Если ученые всего мира…»

«Если ученые всего мира…» Этот маленький очерк был написан и опубликован в июле 1962 года. Я знал Льва Давидовича Ландау с моих студенческих лет, многократно встречался с ним после войны, и, может быть, поэтому мне как литератору выпала на долю невеселая удача — быть

Физика современная и физика фундаментальная

Физика современная и физика фундаментальная Прежде всего выясним суть новой физики, отличавшую ее от физики предыдущей. Ведь опыты и математика Галилея не выходили за пределы возможностей Архимеда, которого Галилей не зря называл «божественнейшим». В чем Галилей вышел

90. Разве лишь в нескольких галактиках скрываются гигантские черные дыры?

90. Разве лишь в нескольких галактиках скрываются гигантские черные дыры? В течение длительного времени после того, как квазары были обнаружены, их считали аномалиями — космическими диковинами, не связанными с нормальными галактиками.Постепенно стало понятно, что

Где легче всего?

Где легче всего? Земной шар, на котором мы живем, вращается, и вследствие вращения Земли все вещи на ее поверхности становятся легче. Чем ближе к экватору, тем больший круг успевают сделать вещи за 24 часа, тем, значит, они быстрее вращаются и оттого больше теряют в весе. Если

5.

Теория всего

5. Теория всего Самое непостижимое во Вселенной то, что она постижима. Альберт Эйнштейн Вселенная постижима, потому что ею управляют научные законы; то есть ее поведение можно смоделировать. Но что это за законы или модели? Первая сила, описанная математическим языком,

Механика – Физические эксперименты – Физика

Страница:

Показать 10 20 50 на странице

ВП1. 1.2.1
Этот продукт содержит опасные вещества!
ВП1.3.3.4
ВП1.4.2.1
ВП1. 4.3.3
ВП1.4.4.3
ВП1.4.5.1
ВП1. 4.6.1
ВП1.2.5.1
ВП1.2.6.1
ВП1. 1.1.1

Распечатать страницу

Как классическая физика возникает из квантовой механики?

Андрей Фельдман | 9 фев, 2023

Возникновение классичности утверждает, что квантовое описание большого объекта должно совпадать с его классическим описанием, но это не всегда так…

Квантовая физика используется для описания свойств элементарных частиц и обычно считается фундаментальной теорией в природе. Однако, когда мы покидаем субатомный мир, объекты лучше описываются законами классической физики, а это означает, что в какой-то момент квантовое описание больших тел должно быть каким-то образом сведено к ньютоновским понятиям.

«Квантовая механика считается фундаментальной теорией, и до сих пор она прошла все экспериментальные проверки, — пояснил Табиш Куреши, профессор Центра теоретической физики Джамия Миллия Исламия в Нью-Дели. «Но мир, который мы воспринимаем, — это классический мир, и если квантовая теория является фундаментальной теорией, она должна объяснить, как из нее возникает классический мир».

Это известно как появление классичности, которая утверждает, что квантово-механическое описание больших объектов должно быть таким же, как его классическое описание. Но так происходит не всегда — в некоторых мысленных экспериментах с очень массивными частицами, поведение которых теоретически должно подчиняться законам ньютоновской физики, эта классическая динамика не возникает.

Мысленный эксперимент Штерна и Герлаха

В недавнем исследовании, опубликованном в Annalen der Physik , Куреши и его сотрудники проанализировали модификацию некоторых фундаментальных концепций квантовой механики, предложенную ранее лауреатом Нобелевской премии Роджером Пенроузом. В отличие от обычных формулировок эта модификация приводит к возникновению классичности в одном мысленном эксперименте, что проблематично для стандартной квантовой механики.

«Мы теоретически проанализировали эксперимент, названный в честь Штерна и Герлаха, который включает динамику частицы, также действующей как крошечный магнит, проходящей через неоднородное магнитное поле», — пояснил Куреши.

«Ньютоновская динамика говорит нам, что траектория такой частицы будет зависеть от угла, под которым собственная магнитная ось частицы образует внешнее магнитное поле», — продолжил он. «Обычная квантовая теория говорит нам, что независимо от угла существуют только две возможные траектории частицы, по которым она движется одновременно — это можно осуществить с помощью принципа суперпозиции. Обычные квантовые законы никогда не приводят к сценарию, предсказываемому ньютоновской динамикой в этой установке».

В модификации Пенроуза постулируется, что две «копии» частицы, используемые в эксперименте Штерна-Герлаха, гравитационно взаимодействуют друг с другом, когда они движутся по двум путям к детектору. В традиционной квантовой механике, где классичность в этом эксперименте не проявляется, такой тип самодействия не допускается, поскольку это привело бы к деформации обеих их траекторий.

В текущем исследовании команда решила модифицированные квантовые уравнения для частиц разных масс и обнаружила, что если частица достаточно легкая, то форма траекторий или траекторий частиц остается такой же, как в традиционной квантовой механике, но когда она является массивным — что означает, что он более классический, чем квантовый — два пути сливаются в один из-за этого гравитационного взаимодействия с формой, зависящей от направления магнитного поля частицы, что означает, что классическое поведение восстанавливается.

«Короче говоря, включая гравитационное самодействие частицы, можно объяснить, как ньютоновская динамика возникает из квантовой теории в таком эксперименте», — сказал Куреши.

Эксперименты в реальном мире

Хотя эксперимент Штерна-Герлаха с использованием макроскопических частиц является чисто теоретическим, команда полагает, что в ближайшем будущем станет возможным провести реальное эмпирическое исследование с использованием частиц, достаточно тяжелых, чтобы можно было ожидать их классического поведения.

«Эксперимент Штерна-Герлаха, проведенный с частицами с массой, равной или превышающей 10 ^-13 грамма смогут проверить нашу теорию», — сказал Куреши. «Мы считаем, что проведение этого эксперимента вполне доступно современным технологиям, и мы ожидаем, что у некоторых экспериментаторов будет достаточно мотивации, чтобы реализовать его в ближайшее время».

Хотя в подходе Пенроуза к квантовой физике классическое поведение проявляется, как и ожидалось, у него есть недостатки. Одна из них заключается в том, что в самой наивной интерпретации модифицированная теория нарушает правило, согласно которому вероятность всех результатов измерения должна составлять в сумме 100 %, что в квантовой физике называется унитарностью.

«Свойства нашего уравнения несовместимы с фундаментальной унитарностью квантовой механики», — признал Куреши. «Однако в тех экспериментах, в которых до сих пор проверялась эта унитарность, различия между нашей теорией и обычной квантовой механикой незначительны, и модифицированная динамика унитарна для всех практических целей».

Механика это в физике: Механика. Раздел кинематика – движение тел