Física clásica : física anterior al advenimiento de la teoría cuántica y la teoría de la relatividad . Los cimientos de la física clásica fueron establecidos durante el Renacimiento por una serie de científicos, entre los que se distingue especialmente Newton , el creador de la mecánica clásica .
La física clásica se basa en los siguientes principios:
Las teorías fundamentales de la física clásica son
Desde Galileo y Newton hasta Maxwell y Boltzmann , en el marco de la física clásica, se creó una imagen de la estructura del mundo físico, que en la segunda mitad del siglo XIX parecía impecablemente precisa y exhaustivamente completa.
A principios del siglo XX, se habían acumulado una serie de preguntas que no podían responderse dentro del marco de la física clásica.
La discrepancia entre estos y otros fenómenos observados y las teorías clásicas generó dudas sobre la universalidad de los principios fundamentales sobre los que se construyen estas teorías, incluidas las leyes de conservación de la masa, la energía y el momento. El famoso matemático y físico francés Henri Poincaré llamó a esta situación la “crisis de la física”.
¿Qué queda intacto entre todas estas ruinas?... ¿Qué posición debe tomar la física matemática ante esta destrucción general de principios? [una]
En 1900, el físico alemán Max Planck propone una teoría cuántica de la radiación , según la cual la luz no se emite de forma continua (como suponía la teoría clásica), sino de forma discreta , en porciones, a lo que Planck llamó cuantos . A pesar de la naturaleza paradójica de esta teoría (en la que la radiación de la luz se considera como un proceso ondulatorio continuo y, al mismo tiempo, como un flujo de partículas - quanta), describe bien la forma del espectro continuo de radiación térmica. de cuerpos sólidos y líquidos.
En 1905, Albert Einstein , basado en la suposición de la naturaleza cuántica de la luz, da una descripción matemática del fenómeno del efecto fotoeléctrico , mientras que la naturaleza del borde rojo del efecto fotoeléctrico se vuelve explicable . (Es por este trabajo, y no por La Teoría de la Relatividad, que Einstein recibió el Premio Nobel en 1921).
En 1926, Niels Bohr propone la Teoría Cuántica del Átomo , según la cual los electrones que componen la capa electrónica del átomo sólo pueden estar en un conjunto contable de estados discretos (órbitas) con parámetros fijos ( números cuánticos ), y el electrón Las transiciones de órbita a órbita se producen tras la absorción o radiación de cuantos de luz que no son continuos, sino abruptos, sin estados intermedios (Ver postulados de Bohr ). Así, el principio cuántico, además de la luz, se extendía al movimiento del electrón. Esta teoría explicaba bien el espectro lineal de radiación y absorción de ondas electromagnéticas por parte de los gases, y además, permitía comprender la naturaleza física de un compuesto químico , las propiedades de los elementos químicos y la Ley Periódica de Mendeleev.
En el futuro, la mecánica cuántica se convierte en la principal herramienta de la física teórica para describir los procesos del microcosmos . En el curso del desarrollo de la mecánica cuántica, se abandonó el determinismo rígido de la física clásica y se adoptó el principio de incertidumbre de Heisenberg (ver).
Gracias a los conceptos cuánticos fue posible encontrar descripciones adecuadas de los fenómenos que ocurren en los núcleos de los átomos y en las profundidades de las estrellas, radiactividad , física de partículas elementales , física del estado sólido , física de bajas temperaturas ( superconductividad y superfluidez ). Estas ideas sirvieron como base teórica para crear muchas aplicaciones prácticas de la física: energía nuclear , tecnología de semiconductores , láseres , etc.
En 1905, Albert Einstein propuso la Teoría Especial de la Relatividad , que rechaza el concepto de lo absoluto del espacio y el tiempo, y declara su relatividad: la magnitud de los segmentos de espacio y tiempo relacionados con algún objeto físico depende de la velocidad del objeto relativa a el sistema de referencia seleccionado (sistema de coordenadas). En diferentes sistemas de coordenadas, estas cantidades podrían tomar diferentes valores. En particular, la simultaneidad de eventos físicos independientes también era relativa: eventos que ocurrían simultáneamente en un sistema de coordenadas podían ocurrir en momentos diferentes en otro. Esta teoría hizo posible construir una imagen cinemática lógicamente consistente del mundo sin usar los conceptos de espacio absoluto inobservable, tiempo absoluto y éter.
Durante algún tiempo, la teoría permaneció como una hipótesis que no tenía confirmación experimental, y en 1916 Einstein publicó la Teoría General de la Relatividad - Mecánica , construida sobre los principios de la relatividad declarados en la teoría especial. Pronto se confirmó esta teoría, una explicación para la anómala precesión del perihelio de Mercurio , que la astronomía clásica intentó sin éxito explicar por la presencia en el sistema solar de otro planeta más cercano al Sol que Mercurio, y que no pudo ser detectado. Hoy ya existe una gran cantidad de evidencia experimental de la validez de la teoría de la relatividad. En particular, la explicación de lo descubierto en el siglo XIX. dependencia de la masa de un electrón con su velocidad: según la teoría de la relatividad, la masa observada de cualquier cuerpo físico es mayor cuanto mayor es la velocidad de su movimiento con respecto al observador, y los electrones observados en los experimentos suelen tener una suficiente alta velocidad para que la manifestación de los efectos relativistas sea perceptible.
A pesar de que muchos fenómenos no se han descrito adecuadamente en el marco de la física clásica, incluso hoy en día es una parte esencial del "fondo dorado" del conocimiento humano, y tiene una gran demanda en la mayoría de las aplicaciones de las disciplinas de la física y la ingeniería. Es un componente obligatorio en los cursos de física general que se imparten en todas las instituciones educativas de ciencias naturales e ingeniería del mundo.
Esto se explica por el hecho de que las ventajas de la "nueva física" afectan solo en casos especiales.
Al mismo tiempo, el aparato matemático de la física clásica es más simple y comprensible desde el punto de vista de la experiencia cotidiana y, en la mayoría de los casos, la precisión de los resultados obtenidos por los métodos de la física clásica satisface plenamente las necesidades de la práctica.
Así, la “nueva física” no sólo no condujo a la negación total de los métodos y logros de la física clásica, sino que la salvó de la “derrota general”, sobre la que escribió A. Poincaré en 1905, a costa de abandonar tales principios clásicos como el determinismo, la continuidad de los cambios en las cantidades físicas y el carácter absoluto del espacio y el tiempo.