1、經(jīng)典力學(xué)

經(jīng)典力學(xué)是一種描述可感知物體運(yùn)動(dòng)的實(shí)際假設(shè)，從機(jī)器零件到拋射體以及天體。例如，火箭、行星、恒星和星系。對(duì)于由經(jīng)典力學(xué)表示的物體，如果當(dāng)前狀態(tài)已知，可以想象預(yù)測(cè)它以后將如何運(yùn)動(dòng)(確定性)以及它以前是如何運(yùn)動(dòng)的(可逆性)。

經(jīng)典力學(xué)的最早發(fā)展通常被稱為牛頓力學(xué)。它包括艾薩克?牛頓、戈特弗里德?威廉?萊布尼茨和其他人在 17 世紀(jì)用來描述受一系列力作用的物體運(yùn)動(dòng)的實(shí)際思想和發(fā)明的數(shù)值方法。后來，更動(dòng)態(tài)的方法被創(chuàng)建。

這些促使對(duì)傳統(tǒng)力學(xué)進(jìn)行重新表述，稱為拉格朗日力學(xué)和哈密頓力學(xué)。這些進(jìn)步主要在 18 和 19 世紀(jì)取得，極大地?cái)U(kuò)展了牛頓的工作。這尤其通過它們對(duì)分析力學(xué)的運(yùn)用來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過一些修改，它們也被用于現(xiàn)代物理學(xué)的各個(gè)方面。

當(dāng)集中研究不是極其巨大且速度不接近光速的大物體時(shí)，經(jīng)典力學(xué)給出極其精確的結(jié)果。為了簡(jiǎn)單起見，它經(jīng)常將實(shí)際物體建模為點(diǎn)粒子(尺寸可忽略的物體)。一個(gè)點(diǎn)粒子的運(yùn)動(dòng)由幾個(gè)參數(shù)描述。這些參數(shù)是它的位置、質(zhì)量和作用在它上面的力。這些參數(shù)中的每一個(gè)都這樣進(jìn)行研究。

經(jīng)典力學(xué)利用關(guān)于物質(zhì)和力如何存在和相互作用的一般概念。它認(rèn)為物質(zhì)和能量具有明確、可理解的性質(zhì)。例如，空間中的位置和速度。非相對(duì)論力學(xué)還假設(shè)力立即起作用。

2、量子力學(xué)

量子力學(xué)是物理學(xué)中的一個(gè)基本假設(shè)。它在原子和亞原子粒子的尺度上描述了自然的實(shí)際性質(zhì)。它是包括量子計(jì)算、量子場(chǎng)論、量子化學(xué)和量子信息科學(xué)在內(nèi)的所有量子物理學(xué)的基礎(chǔ)。

經(jīng)典力學(xué)是在相對(duì)論和量子力學(xué)假設(shè)出現(xiàn)之前存在的力學(xué)描述。它在常規(guī)尺度上描述了自然的許多方面。而量子力學(xué)解釋了在小(原子核和亞原子)尺度上的自然方面，在這方面經(jīng)典力學(xué)是不足的。經(jīng)典力學(xué)中的大多數(shù)假設(shè)可以從量子力學(xué)中作為一個(gè)估計(jì)的大量宏觀尺度計(jì)算出來。

量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)不同。這是因?yàn)槟芰?、力、?dòng)量和一個(gè)束縛系統(tǒng)的不同參數(shù)被限制在離散的值(量子化)。物體具有粒子和波的屬性(波粒二象性)。在給定一組完整的初始條件下，對(duì)于在測(cè)量之前可以多精確地預(yù)測(cè)一個(gè)物理量的實(shí)際值的測(cè)量存在限制。

量子力學(xué)從為解釋不能用經(jīng)典力學(xué)容納的觀測(cè)結(jié)果的推測(cè)中逐步出現(xiàn)。例如，1900 年馬克斯?普朗克對(duì)黑體輻射問題的解答。另一個(gè)例子是阿爾伯特?愛因斯坦 1905 年的論文中能量和頻率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，該論文解釋了光電效應(yīng)。

20 世紀(jì) 20 年代，尼爾斯?玻爾、埃爾溫?薛定諤、維爾納?海森堡、馬克斯?玻恩和其他人對(duì)早期量子假設(shè)進(jìn)行了重大重新構(gòu)想。量子力學(xué)的第一個(gè)解釋是哥本哈根解釋，由尼爾斯?玻爾和維爾納?海森堡在 20 世紀(jì) 20 年代在哥本哈根創(chuàng)建。先進(jìn)的假設(shè)在不同的高度發(fā)展的數(shù)值方程中定義。在其中一個(gè)方程中，一個(gè)數(shù)值函數(shù)，即波函數(shù)，給出了關(guān)于一個(gè)分子的能量、力和其他實(shí)際性質(zhì)的可能性分布的數(shù)據(jù)。

3、相對(duì)論力學(xué)

相對(duì)論力學(xué)指與狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論相容的力學(xué)。它在粒子或流體的情況下給出了非量子力學(xué)的描述，其中運(yùn)動(dòng)物體的速度接近光速 c。因此，經(jīng)典力學(xué)有效地?cái)U(kuò)展到高速和高能量運(yùn)動(dòng)的粒子。它為粒子力學(xué)與電磁學(xué)提供了可預(yù)測(cè)的結(jié)合。

如果我們考慮伽利略相對(duì)性，這個(gè)概念在自然界中變得非常不現(xiàn)實(shí)。伽利略相對(duì)性表明粒子和光可以以任何速度運(yùn)動(dòng)，無論它們是否超過光速。相對(duì)論力學(xué)的基礎(chǔ)是狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的假設(shè)。當(dāng)狹義相對(duì)論與量子力學(xué)結(jié)合時(shí)，它產(chǎn)生了相對(duì)論量子力學(xué)。當(dāng)它與廣義相對(duì)論結(jié)合時(shí)，它被稱為量子引力，這是物理學(xué)中的一個(gè)未解決的問題。

雖然經(jīng)典力學(xué)的一些定義和概念確實(shí)擴(kuò)展到了狹義相對(duì)論。例如，功率作為能量的時(shí)間導(dǎo)數(shù)(牛頓第二定律)，一個(gè)分子所做的功是沿著路徑作用在分子上的力的線積分，力是功的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。對(duì)多余的定義和公式有各種關(guān)鍵的調(diào)整。

狹義相對(duì)論表明運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的。而且，物理定律對(duì)于所有實(shí)驗(yàn)者都是相同的，無論他們的慣性參考系如何。除了調(diào)整存在的概念外，狹義相對(duì)論促使人們重新思考質(zhì)量、力和能量的概念，這些都是牛頓力學(xué)中的重要概念。狹義相對(duì)論表明這些概念總體上是同一實(shí)際量的不同部分，就像它表明存在是相互關(guān)聯(lián)的一樣。

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