Πότε η φυσική της Νεύτωνα αποτυγχάνει να εξηγήσει σωστά την κίνηση;
1. Σε πολύ υψηλές ταχύτητες (σχετικιστικές ταχύτητες):
* Ειδική σχετικότητα: Καθώς ένα αντικείμενο προσεγγίζει την ταχύτητα του φωτός, η Newtonian Physics δεν προβλέπει με ακρίβεια την κίνηση του. Οι επιδράσεις της χρονικής διαστολής και της συστολής μήκους καθίστανται σημαντικές, απαιτώντας το πλαίσιο της ειδικής σχετικότητας για να περιγράψει σωστά τη συμπεριφορά του αντικειμένου.
2. Σε πολύ ισχυρά βαρυτικά πεδία:
* Γενική σχετικότητα: Όταν η βαρύτητα είναι εξαιρετικά ισχυρή, όπως κοντά σε μαζικά αντικείμενα όπως μαύρες τρύπες ή αστέρια νετρονίων, η Newtonian Gravity δεν περιγράφει επαρκώς την καμπυλότητα του χωροχρόνου. Απαιτείται γενική σχετικότητα για να διαμορφώσει με ακρίβεια τις επιπτώσεις της βαρύτητας σε αυτές τις καταστάσεις.
3. Στο κβαντικό επίπεδο:
* Κβαντική μηχανική: Η Νευτώνεια φυσική είναι ντετερμινιστική. Προβλέπει την ακριβή διαδρομή ενός σωματιδίου δεδομένης της αρχικής του συνθήκες. Ωστόσο, στα ατομικά και υποατομικά επίπεδα, η κβαντική μηχανική διέπει τη συμπεριφορά των σωματιδίων, η οποία είναι εγγενώς πιθανολογική. Δεν μπορούμε να προβλέψουμε την ακριβή διαδρομή ενός σωματιδίου. Μπορούμε να υπολογίσουμε μόνο την πιθανότητα να το βρούμε σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία.
4. Που περιλαμβάνει το πολύ μικρό:
* Κβαντική μηχανική: Η Νεύτωνα φυσική υποθέτει ότι τα σωματίδια έχουν συγκεκριμένες θέσεις και ταχύτητες. Ωστόσο, η κβαντική μηχανική δείχνει ότι τα σωματίδια παρουσιάζουν δυαδικότητα κυμάτων-σωματιδίων, όπου συμπεριφέρονται τόσο ως κύματα όσο και ως σωματίδια. Η έννοια μιας σαφώς καθορισμένης διαδρομής διασπάται σε αυτή την κλίμακα.
5. Που περιλαμβάνει το πολύ μεγάλο:
* Κοσμολογία: Στις κοσμολογικές κλίμακες, η Νευτώνεια φυσική αγωνίζεται να εξηγήσει την επέκταση του σύμπαντος και τη φύση της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας. Η συμπεριφορά του σύμπαντος σε αυτές τις κλίμακες απαιτεί το πλαίσιο γενικής σχετικότητας και ενδεχομένως ακόμη και τροποποιήσεις στην κατανόηση της βαρύτητας.
Παραδείγματα:
* δορυφόροι GPS: Οι σχετικιστικές επιδράσεις πρέπει να ληφθούν υπόψη σε δορυφόρους GPS λόγω των υψηλών ταχύτητων και των αδύναμων βαρυτικών πεδίων.
* Μαύρες τρύπες: Η Newtonian Gravity δεν μπορεί να εξηγήσει την ακραία στρέβλωση του χωροχρόνου κοντά στις μαύρες τρύπες. Η γενική σχετικότητα είναι απαραίτητη για την κατανόηση αυτών των φαινομένων.
* Συμπεριφορά ηλεκτρονίων: Η συμπεριφορά των ηλεκτρονίων στα άτομα δεν μπορεί να εξηγηθεί από την κλασσική φυσική. Απαιτείται κβαντική μηχανική για την κατανόηση της ποσοτικοποίησης των επιπέδων ενέργειας και της πιθανοτικής φύσης της κίνησης των ηλεκτρονίων.
Είναι σημαντικό να θυμάστε ότι η Newtonian Physics παραμένει απίστευτα χρήσιμη για τις περισσότερες καθημερινές εφαρμογές. Ωστόσο, είναι σημαντικό να αναγνωρίσουμε τους περιορισμούς του και να κατανοήσουμε πότε είναι απαραίτητες άλλες θεωρίες για να εξηγηθούν με ακρίβεια το σύμπαν.
