تفاوت بین مکانیک کلاسیک و مکانیک کوانتومی چیست؟


پاسخ 1:

فیزیک کوانتومی یا فیزیک کلاسیک یا فیزیک نسبیت گرایی ، آیا فیزیک درست است؟ آنها قوانین طبیعی هستند ، چرا قوانین جداگانه ای وجود دارد؟

بیایید با فیزیک کلاسیک شروع کنیم. همانطور که از نام آن پیداست ، کلاسیک است. پایه های این کار توسط دانشمندان قرن 17th مانند گالیله ، سر نیوتون و کپلر گذاشته شد ، که اسرار قدرت ، حرکت و سرانجام گرانش را کشف کردند. این یک اتفاق بسیار بزرگ بود ، زیرا ما قبل از نیوتن واقعاً نمی دانسته ایم چه نیرویی انجام داده است و چه عواملی باعث حرکت شده است. حتی امروز ، اگر شما یک دوره علمی را طی نکرده باشید ، احتمال دارد که شما نمی دانید چه نیرویی انجام می دهد. سپس قوانین الکترومغناطیس آمد. پایه های این کار توسط دانشمندان قرن نوزدهم همچون Oersted ، میشل فارادی ، آندره آمپر و جیمز کلرک ماکسول ، اسکاتلند اسکاتلندی گذاشته شد. آنها توانستند قوانین الکترومغناطیس را رمزگشایی کنند. در کنار این و چند زمینه دیگر مانند مکانیک سیالات و ترمودینامیک ، این تقریباً چیزی است که فیزیک کلاسیک در آن وجود دارد. به طور خلاصه ، فیزیک کلاسیک قانونی است که امور را در سطحی تنظیم می کند که هر روز می بینیم و با طبیعت در تعامل هستیم.

اما در اواخر قرن نوزدهم و آغاز قرن بیستم ، متوجه شدیم که اشتباهی رخ داده است. در بخش های مختلف فیزیک ، به ویژه الکترومغناطیس ، آزمایشات با نتایج نظری پیش بینی شده مطابقت نداشت. با بررسی دقیقتر ، فهمیدیم که فیزیک کلاسیک نتایج کاملاً پوچ و وحشتناکی به همراه دارد. بنابراین فهمیدیم که فیزیک ناقص است. شواهدی وجود داشت مبنی بر اینکه وقتی سعی کردیم آن را در ذرات ریز بکار ببریم ، با همه پیش بینی های ما درباره فیزیک کلاسیک ، اشتباه بسیار اشتباه وجود دارد. بدون اینکه به جزئیات بیش از حد بپردازیم ، مشکل اصلی پیش بینی فیزیک کلاسیک است که همه چیز صاف و مداوم است. اینکه همه چیز را می توان به طور نامحدود به اشتراک گذاشت. خیلی سریع فهمیدیم که این درست نیست. چیزهایی مانند انرژی را نمی توان به طور نامحدود به اشتراک گذاشت ، اما حداقل کوانتومی نیز وجود دارد. و انرژی فقط می تواند در چند عدد عظیم از این تعداد پنبه وارد شود. به این ترتیب مکانیک کوانتومی به دنیا آمد.

مکانیک کوانتومی مطالعه ذرات ریز است که در آن همه چیز دارای یک اندازه پله حداقل ، یک مقدار است. اندازه قدم ها به حدی اندک است که وقتی به چیزهای بزرگ (اشیاء ماکروسکوپی) نگاه می کنیم این کوانت ها اهمیتی ندارند و می توان فرض کرد که همه چیز صاف است ، اما در سطح میکروسکوپی این فرضیات بدبختانه ناکام می شوند.

در اینجا یک قیاس است که من دوست دارم ارائه دهم.

به یک سطح شیب دار و پله ها فکر کنید. اگر رمپ دارید می توانید در هر کجا که بخواهید روی رمپ بایستید ، این پیوسته است. با این حال ، یک راه پله حداقل اندازه پله را دارد و شما فقط می توانید در ارتفاعات معین (چند برابر عدد اندازه پله) بایستید.

پله ای را تصور کنید که از کف شما به سقف منتهی می شود. تصور کنید این پله 25000 پله دارد. مراحل چقدر کوچک خواهد بود؟ من قبلاً آن را خوب می دانم؟ خیلی باورنکردنی اگر توپ تنیس روی آن بگذارید ، می چرخد. اگر فرزند خود را روی آن بگذارید ، کودک به پایین می خورد. هر آزمایشی که روی این "پله" انجام می دهید ، تأیید می کند که این سطح شیب دار است. زیرا مانند رمپ رفتار می کند. اما تنها با آزمایش دقیق اشیاء بسیار کوچک می توانید ماهیت واقعی این پله را مشاهده کنید. این جهان ماست امیدوارم بتوانید بفهمید که فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتومی در این قیاس 25000 دیوانه پله چیست ؛-)

با تشکر از خواندن ، روز خوبی داشته باشید


پاسخ 2:

از نظر تاریخی ، مکانیک کلاسیک اولویت اصلی بود ، در حالی که مکانیک کوانتومی یک اختراع نسبتاً اخیر است. مکانیک کلاسیک از قوانین حرکت اسحاق نیوتن در Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica سرچشمه گرفته است. مکانیک کوانتومی در اوایل قرن بیستم کشف شد. هر دو به طور کلی امن ترین دانش موجود در مورد ماهیت بدنی تلقی می شوند. مکانیک کلاسیک مخصوصاً اغلب به عنوان الگویی برای سایر علوم به اصطلاح دقیق تلقی می شد. در این زمینه ضروری استفاده گسترده از ریاضیات در تئوری ها و نقش اساسی است که آزمایش ها در ایجاد و آزمایش آنها ایفا می کند.

مکانیک کوانتومی بزرگتر است زیرا شامل مکانیک کلاسیک به عنوان یک رشته فرعی است که تحت شرایط محدود خاصی اعمال می شود. مطابق اصل مکاتبات ، هیچ تضادی و تعارض بین این دو موضوع وجود ندارد ، هر یک فقط مربوط به موقعیتهای خاص است. اصل مکاتبات بیان می کند که رفتار سیستم هایی که توسط تئوری های کوانتومی توصیف شده اند ، فیزیک کلاسیک را در حد اعداد کوانتومی بزرگ بازتولید می کند. مکانیک کوانتومی مکانیک کلاسیک را در سطح پایه جایگزین کرده و برای توضیح و پیش بینی فرایندها در سطح مولکولی ، اتمی و زیر اتمی ضروری است. با این حال ، برای فرآیندهای ماکروسکوپی ، مکانیک کلاسیک قادر به حل مسائلی است که در مکانیک کوانتومی بسیار غیرقابل تفسیر است و بنابراین مفید و مورد استفاده قرار می گیرند. توضیحات مدرن از چنین رفتاری با تعریف دقیق متغیرهایی مانند جابجایی (مسافت طی شده) ، زمان ، سرعت ، شتاب ، جرم و نیرو آغاز می شود. با این حال ، تا حدود 400 سال پیش ، جنبش از منظر کاملاً متفاوت توضیح داده شد. به عنوان مثال ، طبق عقاید فیلسوف و دانشمند یونانی ارسطو ، دانشمندان نتیجه گرفتند که یک توپ توپ سقوط می کند زیرا موقعیت طبیعی آن روی زمین است. خورشید ، ماه و ستارگان در چرخه هایی در اطراف زمین حرکت می کنند زیرا این طبیعت اشیاء آسمانی است که در محافل کامل حرکت می کنند.

گالیله که غالباً از او به عنوان پدر علم مدرن یاد می شود ، ایده های دیگر متفکران بزرگ زمان خود را گرد هم آورد و شروع به تجزیه و تحلیل حرکات مربوط به مسافت طی شده از یک موقعیت شروع و زمان لازم برای آن کرد. وی نشان داد سرعت سقوط اشیاء به طور پیوسته در هنگام سقوط آنها افزایش می یابد. این شتاب در مورد اجسام سنگین همانند موارد سبک است ، مگر اینکه اصطکاک هوا (مقاومت هوا) در نظر گرفته شود. اسحاق نیوتون ، ریاضیدان و فیزیکدان انگلیسی ، این تجزیه و تحلیل را با تعیین نیرو و جرم و ارتباط آنها با شتاب بهبود بخشید. برای اشیاء که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می کنند ، قوانین نیوتن با نظریه نسبیت آلبرت انیشتین جایگزین شده اند. در مورد ذرات اتمی و زیر اتمی ، قوانین نیوتن با نظریه کوانتومی جایگزین شده است. با این حال ، در مورد پدیده های روزمره ، سه قانون حرکت نیوتن همچنان سنگ بنای پویایی است ، یعنی بررسی علل حرکت.


پاسخ 3:

از نظر تاریخی ، مکانیک کلاسیک اولویت اصلی بود ، در حالی که مکانیک کوانتومی یک اختراع نسبتاً اخیر است. مکانیک کلاسیک از قوانین حرکت اسحاق نیوتن در Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica سرچشمه گرفته است. مکانیک کوانتومی در اوایل قرن بیستم کشف شد. هر دو به طور کلی امن ترین دانش موجود در مورد ماهیت بدنی تلقی می شوند. مکانیک کلاسیک مخصوصاً اغلب به عنوان الگویی برای سایر علوم به اصطلاح دقیق تلقی می شد. در این زمینه ضروری استفاده گسترده از ریاضیات در تئوری ها و نقش اساسی است که آزمایش ها در ایجاد و آزمایش آنها ایفا می کند.

مکانیک کوانتومی بزرگتر است زیرا شامل مکانیک کلاسیک به عنوان یک رشته فرعی است که تحت شرایط محدود خاصی اعمال می شود. مطابق اصل مکاتبات ، هیچ تضادی و تعارض بین این دو موضوع وجود ندارد ، هر یک فقط مربوط به موقعیتهای خاص است. اصل مکاتبات بیان می کند که رفتار سیستم هایی که توسط تئوری های کوانتومی توصیف شده اند ، فیزیک کلاسیک را در حد اعداد کوانتومی بزرگ بازتولید می کند. مکانیک کوانتومی مکانیک کلاسیک را در سطح پایه جایگزین کرده و برای توضیح و پیش بینی فرایندها در سطح مولکولی ، اتمی و زیر اتمی ضروری است. با این حال ، برای فرآیندهای ماکروسکوپی ، مکانیک کلاسیک قادر به حل مسائلی است که در مکانیک کوانتومی بسیار غیرقابل تفسیر است و بنابراین مفید و مورد استفاده قرار می گیرند. توضیحات مدرن از چنین رفتاری با تعریف دقیق متغیرهایی مانند جابجایی (مسافت طی شده) ، زمان ، سرعت ، شتاب ، جرم و نیرو آغاز می شود. با این حال ، تا حدود 400 سال پیش ، جنبش از منظر کاملاً متفاوت توضیح داده شد. به عنوان مثال ، طبق عقاید فیلسوف و دانشمند یونانی ارسطو ، دانشمندان نتیجه گرفتند که یک توپ توپ سقوط می کند زیرا موقعیت طبیعی آن روی زمین است. خورشید ، ماه و ستارگان در چرخه هایی در اطراف زمین حرکت می کنند زیرا این طبیعت اشیاء آسمانی است که در محافل کامل حرکت می کنند.

گالیله که غالباً از او به عنوان پدر علم مدرن یاد می شود ، ایده های دیگر متفکران بزرگ زمان خود را گرد هم آورد و شروع به تجزیه و تحلیل حرکات مربوط به مسافت طی شده از یک موقعیت شروع و زمان لازم برای آن کرد. وی نشان داد سرعت سقوط اشیاء به طور پیوسته در هنگام سقوط آنها افزایش می یابد. این شتاب در مورد اجسام سنگین همانند موارد سبک است ، مگر اینکه اصطکاک هوا (مقاومت هوا) در نظر گرفته شود. اسحاق نیوتون ، ریاضیدان و فیزیکدان انگلیسی ، این تجزیه و تحلیل را با تعیین نیرو و جرم و ارتباط آنها با شتاب بهبود بخشید. برای اشیاء که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می کنند ، قوانین نیوتن با نظریه نسبیت آلبرت انیشتین جایگزین شده اند. در مورد ذرات اتمی و زیر اتمی ، قوانین نیوتن با نظریه کوانتومی جایگزین شده است. با این حال ، در مورد پدیده های روزمره ، سه قانون حرکت نیوتن همچنان سنگ بنای پویایی است ، یعنی بررسی علل حرکت.