Границы применимости законов ньютона

В основе классической механики лежали следующие постулаты: 1 Принцип относительности Галилея справедлив для инерциальных систем отсчета, согласно которому все механические процессы протекают одинаково в любой инерциальной системе отсчета. Отсюда следует равномерное прямолинейное движение центра масс любой системы материальных объектов. Отсюда вытекают законы сохранения импульса и момента импульса. Это означает, что скорость передачи взаимодействия в ньютоновской механике предполагается бесконечно большой.

Следствием этого является возможность характеризовать движение любой материальной частицы понятием траектории. Однако постепенно выявилась ограниченность этих постулатов и, следовательно, всего здания классической механики.

Практически оказалось, что все вышеперечисленные пункты в той или иной мере могут быть нарушены. Если честно записать уравнение движения тела в неинерциальной системе отсчета, то оно будет выглядеть иначе, чем второй закон Ньютона, и практически ничем не отличаться от уравнений движения в общей теории относительности Эйнштейна. Однако часто для упрощения рассмотрения вводится некая фиктивная "сила инерции", и тогда эти уравнения движения переписываются в форме, очень похожей на второй закон Ньютона.

Математически здесь все правильно, но с точки зрения физики новую фиктивную силу нельзя рассматривать как нечто реальное, как результат какого-то реального взаимодействия. Подчеркнем еще раз: "сила инерции" - это всего лишь удобная параметризация того, как отличаются законы движения в инерциальной и неинерциальной системах отсчета.

В общей теории относительности Эйнштейна силы инерции получают свою реальность, в t. Когда неинерциальная система произвольно движется относительно инерциальной системы, первый закон инерции Ньютона не имеет места в этой системе - свободные тела в ней будут менять свою скорость движения со временем. Второй закон Ньютона также должен быть изменен, чтобы учесть силы инерции.

Третий закон Ньютона будет верен на месте или при контакте, для пространственно разделенных взаимодействующих тел его применение будет затруднено или даже невозможно из-за сложности определения прямой линии между объектами взаимодействия. Термодинамика - еще одна область, в которой классическая механика терпит неудачу. Это связано с тем, что невозможно абсолютно точно определить состояние системы с большим числом в пределе - континуумом степеней свободы в произвольный момент прошлого и будущего.

Согласно классическому учению, состояние системы полностью определяется начальными условиями. Но в сложных системах невозможно абсолютно точно описать текущее состояние большого числа объектов и предсказать состояние каждого элементарного объекта в произвольный момент в будущем.

Для этого есть как субъективные, так и объективные причины. Согласно законам термодинамики, состояние больших сложных систем в будущем определяется только статистически: система стремится перейти в состояние с максимальной энтропией при некоторых средних значениях параметров.

Состояние больших сложных систем в будущем определяется только статистически.

Описание движения волновых процессов - здесь законы Ньютона также не работают. Несмотря на то, что описать сам процесс волнового движения и рассчитать его параметры можно в рамках ньютоновской механики, изучая процесс распространения возмущения в сплошной среде, конечное уравнение волнового движения оказывается не ковариантным относительно галилеевых преобразований координат.

В это уравнение явно войдет скорость движения фоновой сплошной среды, в которой распространяется волна, либо необходимо рассматривать волновое движение в АИСО среды. Получается, что для каждого направления распространения необходимо написать отдельное волновое уравнение. Сплошная среда нарушает принцип эквивалентности ИСО. Еще одним открытием, потрясшим основы классической механики, стало создание теории электромагнитного поля. Классическая механика пыталась свести все природные явления к силам, действующим между частицами материи - на этом была основана концепция электрических жидкостей.

В этой концепции реальным было только вещество и его изменения - здесь самым важным признавалось описание действия двух электрических зарядов с помощью связанных с ними понятий. Для понимания действия зарядов очень существенным было описание поля между этими зарядами, а не самих зарядов. Вот простой пример нарушения третьего закона Ньютона в таких условиях: если заряженная частица удаляется от проводника, по которому течет ток, и вокруг нее соответственно создается магнитное поле, то результирующая сила, действующая со стороны заряженной частицы на проводник с током, равна ровно нулю.

Созданной новой реальности не было места в механической картине мира. В результате физика стала иметь дело с двумя реальностями: веществом и полем.

Если классическая физика имела место в механической картине мира.

Если классическая физика была построена на концепции материи, то с выявлением новой реальности физическую картину мира пришлось пересмотреть. Попытки объяснить электромагнитные явления с помощью эфира оказались безуспешными.

Несмотря на то, что моделью для создания теории электромагнитного поля был именно "некий эфир". Эфир не удалось обнаружить экспериментально. Точнее, эфир был просто не нужен для объяснения линейной теории электромагнитных явлений.

Это привело к созданию теории относительности, которая заставила пересмотреть представления о пространстве и времени, характерные для классической физики. Вследствие развития физики в начале 20 века область применения классической механики стала еще более узкой: ее законы КМН удовлетворяются для движений, скорость которых намного меньше скорости света.

Оказалось, что масса тела увеличивается с ростом скорости. При последовательном рассмотрении этого факта оказывается, что свойства пространства-времени-материи также становятся не классическими взаимно независимыми, а тесно связанными. Эта связь прослеживается в специальной и общей теории относительности, открытой Альбертом Эйнштейном. Следующее несоответствие в классической механике связано с открытием микромира. В классической механике движения в пространстве и определение скорости изучались независимо от того, как эти движения осуществлялись.

Применительно к явлениям микромира такая ситуация, как оказалось, невозможна в принципе. Здесь пространственно-временная локализация, лежащая в основе кинематики, возможна лишь для некоторых частных случаев, которые зависят от конкретных динамических условий движения.

В макромасштабах.

В макромасштабах использование кинематики вполне приемлемо. Для микромасштабов, где основную роль играют кванты, кинематика, изучающая движение независимо от динамических условий, не имеет смысла.

Для микромасштабов кинематика, изучающая движение независимо от динамических условий, не имеет смысла.

Для масштабов микромира второй закон Ньютона также оказался несостоятельным - он действителен только для явлений большого масштаба. Оказывается, попытки измерить любую величину, характеризующую изучаемую систему, влекут за собой неконтролируемые изменения других величин, характеризующих эту систему: если делается попытка установить положение в пространстве и времени, это приводит к неконтролируемым изменениям соответствующей сопряженной величины, определяющей динамическое состояние системы.

Таким образом, невозможно точно измерить две взаимно сопряженные величины одновременно. Чем точнее определено значение одной величины, характеризующей систему, тем более неопределенно значение ее сопряженной величины.

Чем точнее определено значение одной величины, характеризующей систему, тем более неопределенно значение ее сопряженной величины.

Это обстоятельство повлекло за собой существенное изменение в понимании природы вещей. Так, классическая механика Ньютона изучает медленное движение макроскопических тел. Непоследовательность классической механики исходила из того, что будущее, в некотором смысле, полностью содержится в настоящем - это определяет возможность точного предсказания поведения системы в любой будущий момент времени.

Эту возможность предоставляет одновременное определение взаимно сопряженных величин. В царстве микромира это оказалось невозможным, что вносит существенные изменения в понимание возможностей предвидения и взаимосвязи явлений природы: поскольку значения величин, характеризующих состояние системы в определенный момент времени, могут быть установлены лишь с той или иной степенью неопределенности, невозможно точно предсказать значения этих величин в последующие моменты времени, то есть можно предсказать лишь вероятность получения определенных величин.

Так две концепции, теория относительности и квантовая теория, стали фундаментом для новых физических концепций. Если вы хотите узнать, что означает слово или фраза, в OPERA выделите словосочетание, щелкните правой кнопкой мыши и выберите "поиск в Если это текстовая ссылка, выделите ее, щелкните правой кнопкой мыши и выберите "перейти к...".

Если вам понравилась эта статья, поставьте лайк и подпишитесь на канал! Если не понравилась, все равно поставьте лайк и подпишитесь. Этим вы поможете каналу. Ссылка на мою статью Как писать формулы в статье Zen?

Навигация

thoughts on “Границы применимости законов ньютона

  1. В экзистенции обрисовалась тенденция к ухудшению жизненных кондиций, или, попросту сказать, дела были хреновей некуда.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *