Η σχέση μεταξύ στη φυσική
Η φυσική είναι η φυσική επιστήμη που ερευνά την ύλη, τα θεμελιώδη συστατικά της, την κίνηση και τη συμπεριφορά στο χώρο και το χρόνο, καθώς και την ενέργεια και τη δύναμη. Η φυσική είναι ένα από τα πιο βασικά επιστημονικά πεδία, με στόχο την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του σύμπαντος.
Φυσική
Η φυσική είναι μια από τις παλαιότερες ακαδημαϊκές επιστήμες, αν όχι η παλαιότερη, γιατί περιλαμβάνει την αστρονομία. Η φυσική, η χημεία, η βιολογία και ορισμένες πτυχές των μαθηματικών αποτελούν μέρος της φυσικής φιλοσοφίας για πολλές από αυτές τις φυσικές επιστήμες που προέκυψαν ως διακριτοί ερευνητικοί κλάδοι κατά τη διάρκεια της Επιστημονικής Επανάστασης τον δέκατο έβδομο αιώνα. Πολλοί διεπιστημονικοί κλάδοι έρευνας, όπως η βιοφυσική και η κβαντική χημεία, είναι συνυφασμένοι με τη φυσική και τα όρια της φυσικής είναι θολά. Οι νέες έννοιες στη φυσική συχνά εξηγούν θεμελιώδεις αρχές που διερευνώνται από άλλες επιστήμες και προτείνουν νέες ερευνητικές κατευθύνσεις σε αυτά και σε άλλα ακαδημαϊκά θέματα όπως τα μαθηματικά και η φιλοσοφία.
Οι νέες τεχνολογίες συνήθως στρώνονται από ανακαλύψεις στη φυσική. Για παράδειγμα, οι εξελίξεις στον ηλεκτρομαγνητισμό, τη φυσική στερεάς κατάστασης και την πυρηνική φυσική οδήγησαν άμεσα στην ανάπτυξη νέων προϊόντων που έχουν μεταμορφώσει δραματικά τη σύγχρονη κοινωνία, όπως η τηλεόραση, οι υπολογιστές, οι οικιακές συσκευές και τα πυρηνικά όπλα. Η ανάπτυξη της εκβιομηχάνισης υποβοηθήθηκε από τις ανακαλύψεις στη θερμοδυναμική και η ανάπτυξη του λογισμού υποβοηθήθηκε από την πρόοδο της μηχανικής.
Κλασική φυσική
Η κλασική φυσική αναφέρεται σε ένα σύνολο θεωριών φυσικής που προηγούνται των σύγχρονων, πιο περιεκτικών ή ευρέως εφαρμόσιμων θεωριών. Εάν μια ευρέως αποδεκτή θεωρία θεωρείται σύγχρονη και η εισαγωγή της σήμαινε μια σημαντική αλλαγή παραδείγματος, οι προηγούμενες θεωρίες ή οι νέες θεωρίες που βασίζονται στο παλαιότερο παράδειγμα, αναφέρονται συχνά ως "κλασική φυσική".
Ως αποτέλεσμα, η έννοια της κλασικής θεωρίας εξαρτάται από το πλαίσιο. Όταν οι τρέχουσες θεωρίες είναι άσκοπα πολύπλοκες για μια δεδομένη περίσταση, εφαρμόζονται συχνά οι κλασικές φυσικές αρχές. Η κλασική φυσική αναφέρεται συνήθως στην επιστήμη πριν από το 1900, ενώ η σύγχρονη φυσική αναφέρεται στη φυσική μετά το 1900 που περιλαμβάνει την κβαντική μηχανική και τη σχετικότητα.
Στη φυσική, ο όρος «κλασική θεωρία» έχει τουλάχιστον δύο διαφορετικές έννοιες. Η κλασική θεωρία αναφέρεται σε θεωρίες φυσικής που δεν χρησιμοποιούν το παράδειγμα κβαντικοποίησης, όπως η κλασική μηχανική και η σχετικότητα, στο πλαίσιο της κβαντικής μηχανικής. Ομοίως, οι κλασικές θεωρίες πεδίου που δεν περιλαμβάνουν την κβαντική μηχανική περιλαμβάνουν τη γενική σχετικότητα και τον κλασικό ηλεκτρομαγνητισμό. Κλασικές θεωρίες είναι εκείνες που υπακούουν στη γενική σχετικότητα του Γαλιλαίου και στην ειδική σχετικότητα.
Κβαντική φυσική
Η κβαντομηχανική είναι μια θεμελιώδης φυσική θεωρία που περιγράφει τις φυσικές πτυχές της φύσης σε επίπεδο ατόμων και υποατομικών σωματιδίων. Όλη η κβαντική φυσική, συμπεριλαμβανομένης της κβαντικής χημείας, της κβαντικής θεωρίας πεδίου, της κβαντικής τεχνολογίας και της επιστήμης της κβαντικής πληροφορίας, είναι χτισμένη σε αυτή τη βάση.
Η κλασική φυσική ή το σύνολο των θεωριών που υπήρχαν πριν από την κβαντομηχανική, μπορεί να περιγράψει πολλά χαρακτηριστικά της φύσης σε μεγάλη (μακροσκοπική) κλίμακα, αλλά δεν μπορεί να τα περιγράψει σε μικροσκοπικά (ατομικά και υποατομικά) μεγέθη. Οι περισσότερες θεωρίες της κλασικής φυσικής μπορούν να προκύψουν ως μια προσέγγιση που ισχύει σε μεγάλες (μακροσκοπικές) κλίμακες από την κβαντική μηχανική.
Η κβαντομηχανική διαφέρει από την κλασική φυσική στο ότι η ενέργεια, η ορμή, η γωνιακή ορμή και άλλα δεσμευμένα μεγέθη συστήματος περιορίζονται σε διακριτές τιμές (κβαντισμός), τα αντικείμενα έχουν χαρακτηριστικά σωματιδίων και κυμάτων (δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου) και υπάρχουν όρια στην ακρίβεια της τιμής μιας φυσικής ποσότητας μπορεί να προβλεφθεί πριν από τη μέτρηση, δεδομένου ενός πλήρους συνόλου αρχικών συνθηκών (αρχή της αβεβαιότητας).
Η κβαντομηχανική προέκυψε σταδιακά από θεωρίες για να εξηγήσει παρατηρήσεις που δεν μπορούσαν να συμβιβαστούν με την κλασική φυσική, όπως η λύση του Max Planck στο πρόβλημα της ακτινοβολίας του μαύρου σώματος το 1900 και η εργασία του Albert Einstein το 1905 που εξηγούσε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, που εξηγούσε την αντιστοιχία μεταξύ ενέργειας και συχνότητας . Αυτές οι πρώιμες προσπάθειες κατανόησης μικροσκοπικών γεγονότων, σήμερα γνωστές ως «παλιά κβαντική θεωρία», οδήγησαν στους Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Max Born και άλλους να αναπτύξουν πλήρως την κβαντική μηχανική στα μέσα της δεκαετίας του 1920. Η σύγχρονη θεωρία εκφράζεται μέσω μιας ποικιλίας μαθηματικών φορμαλισμών που έχουν επινοηθεί ειδικά για αυτήν. Μια μαθηματική οντότητα γνωστή ως κυματική συνάρτηση χρησιμοποιείται σε μία από αυτές για να προσφέρει πληροφορίες με τη μορφή πλάτη πιθανότητας σχετικά με τις μετρήσεις της ενέργειας, της ορμής και άλλων φυσικών χαρακτηριστικών ενός σωματιδίου.
Εφαρμογές
Η κβαντομηχανική ήταν εξαιρετικά επιτυχημένη στην εξήγηση πολλών πτυχών του σύμπαντος μας, ιδιαίτερα μικρής κλίμακας και διακριτών μεγεθών και αλληλεπιδράσεων που δεν μπορούν να εξηγηθούν χρησιμοποιώντας παραδοσιακές προσεγγίσεις. [υποσημείωση 4] Η κβαντομηχανική είναι συχνά η μόνη θεωρία ικανή να αποκαλύψει τις ιδιαίτερες ενέργειες των υποατομικών σωματιδίων που αποτελούν όλους τους τύπους ύλης (ηλεκτρόνια, πρωτόνια, νετρόνια, φωτόνια και άλλα). Η κβαντομηχανική είναι απαραίτητη στη φυσική στερεάς κατάστασης και την έρευνα υλικών.
Η σύγχρονη τεχνολογία λειτουργεί σε μια κλίμακα όπου τα κβαντικά αποτελέσματα είναι σημαντικά από πολλές απόψεις. Η κβαντική χημεία, η κβαντική οπτική, οι κβαντικοί υπολογιστές, οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες, οι δίοδοι εκπομπής φωτός, ο οπτικός ενισχυτής και το λέιζερ, το τρανζίστορ και οι ημιαγωγοί όπως ο μικροεπεξεργαστής και η ιατρική και ερευνητική απεικόνιση όπως η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού και η ηλεκτρονική μικροσκοπία είναι όλες σημαντικές εφαρμογές του κβαντικού θεωρία. [32] Πολλά βιολογικά και φυσικά φαινόμενα, κυρίως το μακρομόριο DNA, έχουν εξηγήσεις που βασίζονται στη φύση των χημικών δεσμών.
Διαφορά μεταξύ κβαντικής φυσικής και κβαντικής μηχανικής
Η κβαντομηχανική είναι ένας κλάδος της κβαντικής φυσικής, ο οποίος αποτελεί από μόνη της σημαντικό αντικείμενο της επιστήμης. Η κβαντική φυσική είναι ένας κλάδος της επιστήμης που εστιάζει στην κβαντική μηχανική, ενώ η κβαντική μηχανική είναι η συλλογή αρχών που εξηγούν τη συμπεριφορά της ύλης και της ενέργειας.
Η κβαντική φυσική μπορεί επίσης να προβλέψει και να περιγράψει τα χαρακτηριστικά ενός φυσικού συστήματος, ενώ η κβαντομηχανική μπορεί να περιγράψει τις ιδιότητες των μορίων, των ατόμων και των υποατομικών σωματιδίων ως προς τις αλληλεπιδράσεις τους μεταξύ τους και με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Ως αποτέλεσμα, όσον αφορά την εφαρμογή, η κβαντική φυσική διαφέρει από την κβαντική μηχανική.
Συμπέρασμα
Αν και οι φράσεις κβαντική φυσική και κβαντική μηχανική χρησιμοποιούνται μερικές φορές εναλλακτικά, δεν είναι εναλλάξιμες. Η κβαντική φυσική είναι ένας κλάδος της επιστήμης που επικεντρώνεται στην κβαντική μηχανική, ενώ η κβαντική μηχανική είναι το σύνολο αρχών που εξηγεί τη συμπεριφορά της ύλης και της ενέργειας.
