Klassische Physik – Wikipedia

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Physik wie vor 1900 verstanden

Die vier Hauptbereiche der modernen Physik
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Klassische Physik ist eine Gruppe von Physiktheorien, die vor modernen, vollständigeren oder allgemein anwendbaren Theorien liegen. Wenn eine gegenwärtig akzeptierte Theorie als modern angesehen wird und ihre Einführung einen großen Paradigmenwechsel darstellt, werden die vorherigen Theorien oder neue Theorien, die auf dem älteren Paradigma basieren, häufig als zum Bereich der “klassischen Physik” gehörend bezeichnet.

Insofern hängt die Definition einer klassischen Theorie vom Kontext ab. Klassische physikalische Konzepte werden oft verwendet, wenn moderne Theorien für eine bestimmte Situation unnötig komplex sind. Meistens klassische Physik bezieht sich auf die Physik vor 1900, während moderne Physik bezieht sich auf die Physik nach 1900, die Elemente der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie enthält.[1]

Überblick[edit]

Die klassische Theorie hat in der Physik mindestens zwei unterschiedliche Bedeutungen. Im Kontext der Quantenmechanik bezieht sich die klassische Theorie auf Theorien der Physik, die nicht das Quantisierungsparadigma verwenden, das die klassische Mechanik und die Relativitätstheorie umfasst.[2] Ebenso sind klassische Feldtheorien wie die allgemeine Relativitätstheorie und der klassische Elektromagnetismus solche, die keine Quantenmechanik verwenden.[3] Im Kontext der allgemeinen und speziellen Relativitätstheorie sind klassische Theorien diejenigen, die der galiläischen Relativitätstheorie gehorchen.[4]

Je nach Sichtweise gehören zu den Zweigen der Theorie, die manchmal in der klassischen Physik enthalten sind, unterschiedliche:

Vergleich mit der modernen Physik[edit]

Im Gegensatz zur klassischen Physik ist “moderne Physik” ein etwas lockerer Begriff, der sich nur auf die Quantenphysik oder auf die Physik des 20. und 21. Jahrhunderts im Allgemeinen beziehen kann. Die moderne Physik umfasst gegebenenfalls Quantentheorie und Relativitätstheorie.

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Ein physikalisches System kann durch die klassische Physik beschrieben werden, wenn es Bedingungen erfüllt, so dass die Gesetze der klassischen Physik ungefähr gültig sind. In der Praxis können physikalische Objekte, die von Atomen und Molekülen bis hin zu Objekten im makroskopischen und astronomischen Bereich reichen, mit der klassischen Mechanik gut beschrieben (verstanden) werden. Beginnend auf atomarer Ebene und darunter brechen die Gesetze der klassischen Physik zusammen und liefern im Allgemeinen keine korrekte Beschreibung der Natur. Elektromagnetische Felder und Kräfte können durch die klassische Elektrodynamik auf Längenskalen und Feldstärken gut beschrieben werden, die groß genug sind, dass quantenmechanische Effekte vernachlässigbar sind. Im Gegensatz zur Quantenphysik ist die klassische Physik im Allgemeinen durch das Prinzip des vollständigen Determinismus gekennzeichnet, obwohl deterministische Interpretationen der Quantenmechanik existieren.

Aus Sicht der klassischen Physik als nicht-relativistische Physik unterscheiden sich die Vorhersagen der allgemeinen und speziellen Relativitätstheorie erheblich von denen der klassischen Theorien, insbesondere hinsichtlich des Zeitablaufs, der Raumgeometrie und der Bewegung von Körpern im freien Fall und die Ausbreitung von Licht. Traditionell wurde Licht mit der klassischen Mechanik in Einklang gebracht, indem die Existenz eines stationären Mediums angenommen wurde, durch das sich Licht ausbreitete, des leuchtenden Äthers, von dem später gezeigt wurde, dass es nicht existiert.

Mathematisch gesehen sind klassische physikalische Gleichungen solche, in denen die Plancksche Konstante nicht vorkommt. Nach dem Korrespondenzprinzip und dem Satz von Ehrenfest tritt die klassische Dynamik mit einigen Ausnahmen wie Superfluidität auf, wenn ein System größer oder massiver wird. Deshalb können wir die Quantenmechanik normalerweise ignorieren, wenn wir uns mit Alltagsgegenständen befassen, und die klassische Beschreibung wird ausreichen. Eines der intensivsten Forschungsgebiete in der Physik ist jedoch die klassische Quantenkorrespondenz. Dieses Forschungsgebiet befasst sich mit der Entdeckung, wie die Gesetze der Quantenphysik zur klassischen Physik führen, die an der Grenze der großen Skalen der klassischen Ebene liegt.

Computermodellierung und manuelle Berechnung, moderner und klassischer Vergleich[edit]

Ein Computermodell würde nur die Quantentheorie und die relativistische Theorie verwenden

Heutzutage führt ein Computer Millionen von Rechenoperationen in Sekunden aus, um eine klassische Differentialgleichung zu lösen, während Newton (einer der Väter der Differentialrechnung) Stunden brauchen würde, um dieselbe Gleichung durch manuelle Berechnung zu lösen, selbst wenn er der Entdecker dieser speziellen wäre Gleichung.

Computermodellierung ist für die Quanten- und relativistische Physik von wesentlicher Bedeutung. Die klassische Physik gilt als Grenze der Quantenmechanik für eine große Anzahl von Teilchen. Andererseits leitet sich die klassische Mechanik von der relativistischen Mechanik ab. Zum Beispiel in vielen Formulierungen aus der speziellen Relativitätstheorie ein Korrekturfaktor (v / c)2 erscheint, wobei v die Geschwindigkeit des Objekts und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Für Geschwindigkeiten, die viel kleiner als die des Lichts sind, kann man die Begriffe mit c vernachlässigen2 und höher, die erscheinen. Diese Formeln reduzieren sich dann auf die Standarddefinitionen der kinetischen Energie und des Impulses nach Newton. Dies ist so, wie es sein sollte, denn die spezielle Relativitätstheorie muss mit der Newtonschen Mechanik bei niedrigen Geschwindigkeiten übereinstimmen. Computermodellierung muss so real wie möglich sein. Die klassische Physik würde einen Fehler wie im Fall der Superfluidität einführen. Um zuverlässige Modelle der Welt herzustellen, kann man die klassische Physik nicht verwenden. Zwar verbrauchen Quantentheorien Zeit und Computerressourcen, und die Gleichungen der klassischen Physik könnten herangezogen werden, um eine schnelle Lösung zu liefern, aber eine solche Lösung würde nicht zuverlässig sein.

Bei der Computermodellierung wird nur anhand der Energiekriterien bestimmt, welche Theorie verwendet werden soll: Relativitätstheorie oder Quantentheorie, wenn versucht wird, das Verhalten eines Objekts zu beschreiben. Ein Physiker würde ein klassisches Modell verwenden, um eine Annäherung bereitzustellen, bevor genauere Modelle angewendet werden und diese Berechnungen fortgesetzt werden.

In einem Computermodell muss die Geschwindigkeit des Objekts nicht verwendet werden, wenn die klassische Physik ausgeschlossen ist. Objekte mit niedriger Energie würden durch die Quantentheorie und Objekte mit hoher Energie durch die Relativitätstheorie behandelt.[5][6][7]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Weidner und Sells, Elementare moderne Physik Vorwort S.iii, 1968
  2. ^ Morin, David (2008). Einführung in die klassische Mechanik. New York: Cambridge University Press. ISBN 9780521876223.
  3. ^ Barut, Asim O. (1980) [1964]. Einführung in die klassische Mechanik. New York: Dover-Veröffentlichungen. ISBN 9780486640389.
  4. ^ Einstein, Albert (2004) [1920]. Relativität. Robert W. Lawson. New York: Barnes & Noble. ISBN 9780760759219.
  5. ^ Wojciech H. Zurek, Dekohärenz, Einselektion und die Quantenursprünge der Klassik, Reviews of Modern Physics 2003, 75, 715 oder arXiv:quant-ph / 0105127
  6. ^ Wojciech H. Zurek, Dekohärenz und der Übergang vom Quanten zum Klassischen, Physik heute44, S. 36–44 (1991)
  7. ^ Wojciech H. Zurek: Dekohärenz und der Übergang vom Quanten zum Klassischen – überarbeitet Los Alamos Wissenschaft Nummer 27 2002


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