科学家发现经典力学无法解释两类问题:一是怎样认

2020-10-16 社会 78阅读
经典力学是以牛顿运动定律为基础,以下分别列出三条牛顿运动定律:
第一定律:倘物体处于静止状态,或呈等速直线运动,只要没外力作用,物体将保持静止状态,或呈等速直线运动之状态。这定律又称为惯性定律。
第二定律:物体的加速度,与所受的净外力成正比。加速度的方向与净外力的方向相同。即;其中,是加速度,是净外力,是质量。
第三定律:两个物体的相互作用力总是大小相等,方向相反,同时出现或消失。强版第三定律还额外要求两支作用力的方向都处于同一直线。
经典力学推翻了绝对空间的概念:即在不同空间发生的事件是绝然不同的。例如,静挂在移动的火车车厢内的时钟,对于站在车厢外的观察者来说是呈移动状态的。但是,经典力学仍然确认时间是绝对不变的。
由伽利略和牛顿等人发展出来的力学,着重于分析位移、速度、加速度、力等等矢量间的关系,又称为矢量力学。它是工程和日常生活中最常用的表述方式,但并不是唯一的表述方式:约瑟夫·拉格朗日、威廉·哈密顿、卡尔·雅可比等发展了经典力学的新的表述形式,即所谓分析力学。分析力学所建立的框架是近代物理的基础,如量子场论、广义相对论、量子引力等。
微分几何的发展为经典力学注入了蒸蒸日盛的生命力,是研究现代经典力学的主要数学工具。在日常经验范围中,采用经典力学可以计算出精确的结果。但是,在接近光速的高速度或强大引力场的系统中,经典力学已被相对论力学取代;在小距离尺度系统中又被量子力学取代;在同时具有上述两种特性的系统中则被相对论性量子场论取代。虽然如此,经典力学仍旧是非常有用的。因为下述原因:
它比上述理论简单且易于应用。
它在许多场合非常准确。经典力学可用于描述人体尺寸物体的运动(例如陀螺和棒球),许多天体(如行星和星系)的运动,以及一些微尺度物体(如有机分子)。
虽然经典力学和其他“经典”理论(如经典电磁学和热力学)大致相容,在十九世纪末,还是发现出有些只有现代物理才能解释的不一致性。特别是,经典非相对论电动力学预言光波传播于以太内的速度是常数,经典力学无法解释这预测,因而导致了狭义相对论的发展。经典力学和经典热力学的结合又导出吉布斯佯谬(熵不具有良好定义)和紫外灾变(在频率趋向于无穷大时,黑体辐射的理论结果和实验数据无法吻合)。为解决这些问题的努力造成了量子力学的发展。
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