Klasik fizik

Bu makale, destekleyici belgelerle ( örneğin, bireysel kanıtlar ) yeterince sağlanmamıştır . Yeterli kanıt bulunmayan bilgiler yakında kaldırılabilir. Lütfen bilgileri araştırarak ve iyi kanıtlar ekleyerek Wikipedia'ya yardım edin .
"Klasik fizik" teriminin var olduğunu ve hangi konuların ona ait olduğunu gösteren delil eksikliği var. Bu, özellikle nicelleştirilmemiş (klasik?) Bir teori olarak görelilik teorilerinin ona ait olup olmadığı sorusu için geçerlidir.

Klasik fizik dallarını kapsamaktadır fiziği o kavramları olmadan nicelenmesinin ve dört boyutlu uzay- anlaşıyorsunuz. Bunlar klasik mekanik ( göksel mekanik ve klasik istatistiksel mekanik dahil ), klasik elektrodinamik ( optik dahil ) ve klasik termodinamik veya ısı teorisidir. İlgili teoriler 17. yüzyıldan itibaren oluşturulmuş ve o zamandan beri sürekli olarak geliştirilmiştir. Doğadaki ve teknolojideki makroskopik fiziksel süreçler için klasik fizik birçok alanda neredeyse eksiksiz bir anlayış sağlar. Ancak mikroskobik (temel parçacıklar, atomlar, moleküller ...) ve astronomik büyük olanı tanımlayamıyor. Bu nedenle, 1900'lerden beri fizik, topluca modern fizik olarak adlandırılan ve klasik fizikle tezat oluşturan radikal olarak yeni kavramlarla genişletildi . Modern fizik bağlamında, klasik fiziğin makroskopik koşullar altında incelendiğinde kesinlikle geçerli görünen bazı, bazen temel terim ve teorilerinin aslında sadece yaklaşık olarak geçerli olduğu ortaya çıkıyor.

önem

Son 100 yılda yapılan genişleme ve düzeltmelerle klasik fizik hiçbir şekilde önemini yitirmemiş, daha ziyade yerleşik uygulama alanında, yani her şeyden önce makroskobik fizikte eskisi ile aynı geçerliliğe sahiptir . Klasik fizik, modern fizikten yaklaşık olarak doğru olan gerçekliğin bir tanımı olarak ortaya çıkar. Fizikteki birçok soru, özellikle maddenin yapısı ve özellikleri, ancak kuantum teorisi ve görelilik teorisi ile açıklanabilir.

Klasik istatistiksel mekanik ve süreklilik mekaniği , elektrodinamik , klasik termodinamik ve optik dahil olmak üzere klasik mekanik , klasik fiziğe dahil edilir. Bazen özel görelilik teorisi de dahil edilir çünkü elektrodinamikten geliştirilmiştir. Görelilik teorisinin fizikte tetiklediği değişiklikler elektrodinamiğin çok ötesine geçer.

Klasik fizik, modern fiziğe göre, daha yakın deneyimlerimizde yaklaşık olarak doğru olan, ancak genellikle kesin olarak uygulanmayan bir dizi varsayıma dayanmaktadır :

Klasik fizik Modern fizik
Koordinat dönüşümleri Süreler ve uzunluklar mutlak miktarlardır; H. referans sistemi seçiminden bağımsız. Sonuç olarak, ışık hızı da dahil olmak üzere her hız, gözlemcinin hareket durumuna bağlıdır (bkz. Galileo dönüşümü ). Işık hızı mutlak bir niceliktir; H. referans sistemi seçiminden bağımsız. Sonuç olarak, süreler ve uzunluklar gözlemcinin hareket durumuna bağlıdır (bkz. Zaman uzaması , uzunluk kısalması ve Lorentz dönüşümü )
Uzayın yapısı Tüm fiziksel süreçler üç boyutlu bir Kartezyen uzayda gerçekleşir . Öklid geometrisinin yasaları geçerlidir . Zaman boşluktan bağımsız olarak geçer. Uzay ve zamanın üç boyutu iç içe geçmiştir ve birlikte dört boyutlu bir uzay - zamanı oluşturur .
Yerçekiminin doğası Isaac Newton'a göre, yerçekimi bir bir aksiyon , bir mesafe kanunu ile tarif edilir yerçekimi . Atalet kuvvetleri ve yerçekimi kuvvetleri birbirine eşdeğerdir . Uzay-zamanın eğriliği vasıtasıyla çalışırlar .
Kütle ve enerjinin korunumu Kütle ve enerji korunan miktarlardır . Enerji korunan bir niceliktir, ancak kütle değildir. Kütle-enerji denkliğinden dolayı , bir sistem enerji yaydığında da herhangi bir madde yaymamasına rağmen kütle kaybeder.
Niceleme Göre Maxwell denklemlerinin bir elektrodinamik , elektromanyetik dalgaların da ışık dahil, herhangi bir enerji içeriği ile var olabilir. Işık enerjisi her zaman nicelleştirilmiş biçimde oluşur , yani. H. ayrık enerji kısımlarında ( fotonlar ).
Fiziksel ölçüm doğruluğu Fiziksel bir nesnenin (veya diğer eşlenik büyüklük çiftlerinin ) konumu ve momentumu, ilke olarak, herhangi bir zamanda, herhangi bir yüksek derecede doğrulukla belirlenebilir. Teknik olarak elde edilebilen maksimum hassasiyet nedeniyle yalnızca pratik bir sınır vardır. Konum ve momentumu (veya diğer eşlenik büyüklük çiftlerini) belirlerken elde edilebilecek maksimum doğruluk, sadece pratik ölçümlerle sınırlı değildir, aynı zamanda Heisenberg'in belirsizlik ilkesine göre, her iki miktarı tanımlarken de prensipte sınırlıdır .
determinizm Tüm doğa yasaları ve parametreleri hakkında yeterince kesin bilgi ile, bir fiziksel sistemin davranışı tam olarak tahmin edilebilir ( klasik fiziğin determinizmi ). Kanunlarına göre kuantum fiziği , kesin ifadeler sadece sistemdeki farklı gelişmeler (olasılıkları hakkında yapılabilir Kopenhag yorumu ait kuantum mekaniği ).

Uygulamada, fiziksel sorular söz konusu olduğunda, klasik bir tedavinin mümkün olup olmadığına veya kuantum veya göreceli etkilerin hesaba katılması gerekip gerekmediğine genellikle gerekli doğruluk veya ilgili büyüklük sıraları temelinde karar verilir. Klasik fikirlerden yalnızca kısmen vazgeçen açıklayıcı modellere "yarı klasik" denir, örneğin B. Bohr'un atom modeli .

Tarih

Klasik fizik çağı 17., 18. ve 19. yüzyıllar civarındadır. Galileo Galilei tarafından deneysel yöntemin tanıtılması ve fiziksel süreçlerin matematiksel tanımlanmasıyla kurulmuştur. Hareketleri inceledi ve onları sistematik ve niceliksel olarak tanımlamaya çalıştı, kinematiği klasik mekaniğin ilk alt alanı olarak yarattı. Mekaniğin asıl temeli Isaac Newton tarafından atıldı. Sonsuz küçük hesabı fiziğe sokmakla kalmadı , aynı zamanda Newton yasaları ile kuvvetler ve hareketler arasında bir bağlantı kurarak tüm dinamik süreçler için tek tip bir temel sağladı. Buna ek olarak, kim olduğunu kurmak yasası yerçekimi , Henry Cavendish oldu laboratuvar deneylerinde kantitatif kontrol edebilirler. Newton'un bulguları daha sonra teorik olarak d'Alembert , Euler , Lagrange ve Hamilton tarafından derinleştirildi ve Bernoulli , Navier ve Stokes tarafından sıvılara genişletildi.

İlk başta, elektrik tamamen fenomenolojik olarak incelendi. On Benjamin Franklin bilgi sadece olduğunu, gider biri kesinlikle pozitif veya negatif olabilir kargo kullanılabilir türü. Suçlamalar arasındaki çekici ve itici kuvvetler, Coulomb tarafından , resmi olarak Newton'un yerçekimi yasasına benzeyen bir yasa ile tanımlandı . Elektrik kanunları devresi kaynaklanan den Ohm ve Kirchhoff . Manyetostatiklerin, Gilbert tarafından 16. yüzyılda araştırıldığı doğrudur . Elektrik ve manyetik kuvvetler arasındaki bağlantı, diğerleri arasında, Ampère ve Faraday tarafından, ancak kademeli olarak keşfedildi . Maxwell bu ilişkileri dört denklemde özetlemeyi başardı . Bu denklemlerden, Hertz'in deneylerde kanıtlayabileceği elektromanyetik dalgaların olması gerektiği çıkarılabilir . Bu dalgaların hızının ışık hızıyla uyuşması, ışığın elektromanyetik bir dalga olduğunu düşündürdü.

O zamana kadar ışığın doğası uzun süredir tartışma konusu olmuştu. Newton onu bir parçacık olarak tanımlamıştı, ancak Huygens zaten ışığın bir dalga olduğundan şüpheleniyordu. Bu, Young'ın çift ​​yarık deneyleriyle doğrulandı.

Termodinamik başlangıçta öncelikle gazların durumundaki değişikliklerle ilgiliydi, örn. B. fizikçiler Gay-Lussac , Boyle , Mariotte ve Amontons tarafından , nihayet genel gaz denklemine yol açtı . 19. yüzyılda, mekaniğin " yaşam gücü " ile termodinamiğin "sıcaklığının" birbiriyle ilişkili terimler olduğu fikri ortaya çıktı . Diğer şeylerin yanı sıra, Joule "mekanik ısı eşdeğerini" ölçebildi. Bu, bugün enerji dediğimiz evrensel bir fiziksel nicelik olduğu fikrini doğurdu . Mayer , bunun bir koruma meselesi olduğunu fark etti. Bu, termodinamiğin birinci yasasının temel içeriğidir. İkinci yasa, diğer şeylerin yanı sıra, enerjinin mekanik biçimlerinin istenildiği zaman termal enerji biçimlerine dönüştürülebilmesine rağmen, tersinin mümkün olmadığını belirtir. Bu yasa Clausius'a kadar uzanıyor . Termodinamiğin daha derin bir şekilde anlaşılması, ancak termodinamik süreçleri parçacık düzeyinde tanımlamaya başladığında elde edildi. Kontrol edilemeyecek kadar çok sayıda parçacık nedeniyle, bunu Boltzmann'a kadar uzanan istatistiksel mekanik araçlarıyla yapmak zorundaydı .

yapı

Aşağıdaki alanlar klasik fiziğe dahildir:

Limitler

19. yüzyılın sonunda, fizikçiler doğadaki belirli fenomenlerin o zamanlar bilinen klasik fizik yasalarıyla bağdaştırılamayacağını zaten biliyor olmasına rağmen, fizik neredeyse tamamlanmış sayılıyordu. Bazı örnekler:

  • Klasik hesaplamalarda, hızlandırılmış elektron, ölçüm kurulumuna bağlı olarak farklı kütlelere sahip görünüyordu . Biri "enine" ve "uzunlamasına" bir kütleden bahsetti. 1905'te Einstein, özel görelilik teorisinde, vücudun kütlesinin değişmediğini, ancak uzunlukların, sürelerin ve dürtülerin ve dolayısıyla vücudun eylemsiz davranışının referans sisteminin seçimine bağlı olduğunu gösterdi.
  • Perihelion klasik hesaplamalar açıklayabilir daha Merkür'ün yörüngesinin yıl Greater başına 0.43 yay saniye idi. Merkür'ün yörüngesinin tam olarak hesaplanması ancak 1915'te Einstein'ın genel görelilik teorisinin yardımıyla mümkün oldu.
  • Siyah bir cisimden gelen radyasyonun yoğunluğu, ancak düşük frekanslar aralığında iyi bir şekilde açıklanabilir. Öte yandan, yüksek frekanslar için klasik fizik, " ultraviyole felaketi " olarak adlandırılan absürt derecede yüksek sayısal değerler sağlıyordu . Deneyde hiçbir şey gözlemlenmedi. Max Planck, 1900 yılında kuantum hipotezinin tanıtılmasıyla bu sorunu çözmeyi başardı ( Planck'ın radyasyon yasasına bakın ).
  • Konunun yapısı klasik yöntemlerle açıklanamıyordu. Özellikle, elektronların bir atom çekirdeği etrafında kararlı yörüngelerde döndüğü bir atom fikri, klasik elektrodinamik yasalarıyla çelişiyordu. Böyle bir düzenleme, elektronlar kısa bir süre sonra atom çekirdeğine düşene kadar sürekli olarak enerji yaymak zorunda kalacaktı. 1926'da Erwin Schrödinger, elektronu klasik, dairesel bir parçacık olarak değil, atom çekirdeğinin elektrik alanında duran bir dalga olarak tanımlayarak hidrojen atomunu matematiksel olarak işlemeyi başardı.
  • Radyoaktivite zaten 1896 yılından beri biliniyordu fakat kendisi klasik madde kavramları sığmayacak izin vermedi. Bunları anlamak için, hem görelilik teorisindeki kütle-enerji denkliğine hem de etkileşimleri ve parçacıkları tanımlamak için kuantum fiziksel yaklaşımlara ihtiyaç vardır.

Bireysel kanıt

  1. ↑ Galileo Galilei: Discorsi e dimostrazioni matematiche , Leiden 1638, Almanca: Mekanik ve düşme yasaları ile ilgili iki yeni bilgi dalı hakkında sohbet ve matematiksel gösterim, çevrimiçi .
  2. ^ Isaac Newton: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica , 1687.
  3. ↑ James Clerk Maxwell: Elektromanyetik Alanın Dinamik Bir Teorisi . In: Philosophical Process of the Royal Society . Cilt 155, 1865, s. 459-512, doi: 10.1098 / rstl.1865.0008 .
  4. ↑ James Prescott Joule: Mekanik ısı eşdeğeri hakkında . In: Fizik ve Kimya Yıllıkları. Cilt 4, Verlag JA Barth, 1854, s. 601ff. (Yayının 1850'de yayınlanan Almanca versiyonu). Üzerinde kullanılabilir Google Kitaplar .
  5. ↑ Rudolf Clausius: JC Poggendorff (Ed.): Annalen der Physik und Chemie , Cilt 79, 1850, çevrimiçi olarak , ısının hareket gücü ve ısı teorisinin kendisi için bundan türetilebilecek yasalar hakkında .