Física clásica

La física clásica es un grupo de teorías de la física que son anteriores a las teorías modernas, más completas o de mayor aplicación. Si una teoría actualmente aceptada se considera moderna y su introducción representó un cambio de paradigma importante, entonces las teorías anteriores, o las nuevas teorías basadas en el paradigma anterior, a menudo se considerarán pertenecientes al área de la "física clásica".

Como tal, la definición de una teoría clásica depende del contexto. Los conceptos físicos clásicos se utilizan a menudo cuando las teorías modernas son innecesariamente complejas para una situación particular. La mayoría de las veces , la física clásica se refiere a la física anterior a 1900, mientras que la física moderna se refiere a la física posterior a 1900 que incorpora elementos de la mecánica cuántica y la relatividad.

Visión de conjunto

La teoría clásica tiene al menos dos significados distintos en física. En el contexto de la mecánica cuántica, la teoría clásica se refiere a las teorías de la física que no utilizan el paradigma de cuantización, que incluye la mecánica clásica y la relatividad. Asimismo, las teorías de campo clásicas, como la relatividad general y el electromagnetismo clásico, son aquellas que no utilizan la mecánica cuántica. En el contexto de la relatividad general y especial, las teorías clásicas son aquellas que obedecen a la relatividad galileana.

Según el punto de vista, entre las ramas de la teoría que a veces se incluyen en la física clásica se encuentran de forma variable:

• Mecanica clasica
  • Las leyes del movimiento de Newton
  • Formalismos clásicos lagrangianos y hamiltonianos
• Electrodinámica clásica (ecuaciones de Maxwell)
• Termodinámica clásica
• Relatividad especial y relatividad general
• Teoría clásica del caos y dinámica no lineal

Comparación con la física moderna

A diferencia de la física clásica, la "física moderna" es un término un poco más amplio que puede referirse solo a la física cuántica o a la física de los siglos XX y XXI en general. La física moderna incluye la teoría cuántica y la relatividad, cuando corresponda.

Un sistema físico puede ser descrito por la física clásica cuando satisface condiciones tales que las leyes de la física clásica son aproximadamente válidas.

En la práctica, los objetos físicos que van desde los más grandes que los átomos y las moléculas, hasta los objetos del ámbito macroscópico y astronómico, pueden describirse (comprenderse) bien con la mecánica clásica. Comenzando en el nivel atómico e inferior, las leyes de la física clásica fallan y generalmente no brindan una descripción correcta de la naturaleza. Los campos y fuerzas electromagnéticos pueden describirse bien mediante la electrodinámica clásica en escalas de longitud e intensidades de campo lo suficientemente grandes como para que los efectos de la mecánica cuántica sean insignificantes. A diferencia de la física cuántica, la física clásica generalmente se caracteriza por el principio del determinismo completo, aunque existen interpretaciones deterministas de la mecánica cuántica.

Desde el punto de vista de la física clásica como física no relativista, las predicciones de la relatividad general y especial son significativamente diferentes de las de las teorías clásicas, particularmente en lo que respecta al paso del tiempo, la geometría del espacio, el movimiento de los cuerpos en caída libre., y la propagación de la luz. Tradicionalmente, la luz se reconciliaba con la mecánica clásica asumiendo la existencia de un medio estacionario a través del cual se propagaba la luz, el éter luminífero, que más tarde se demostró que no existía.

Matemáticamente, las ecuaciones de la física clásica son aquellas en las que no aparece la constante de Planck. De acuerdo con el principio de correspondencia y el teorema de Ehrenfest, a medida que un sistema se vuelve más grande o más masivo, tiende a surgir la dinámica clásica, con algunas excepciones, como la superfluidez. Esta es la razón por la que generalmente podemos ignorar la mecánica cuántica cuando tratamos con objetos cotidianos y la descripción clásica será suficiente. Sin embargo, uno de los campos de investigación en curso más vigorosos en física es la correspondencia cuántica clásica. Este campo de investigación se ocupa del descubrimiento de cómo las leyes de la física cuántica dan lugar a la física clásica que se encuentra en el límite de las grandes escalas del nivel clásico.

Modelado por computadora y cálculo manual, comparación moderna y clásica.

Hoy en día, una computadora realiza millones de operaciones aritméticas en segundos para resolver una ecuación diferencial clásica, mientras que Newton (uno de los padres del cálculo diferencial) tardaría horas en resolver la misma ecuación mediante cálculo manual, incluso si él fuera el descubridor de esa particular. ecuación.

El modelado por computadora es esencial para la física cuántica y relativista. La física clásica se considera el límite de la mecánica cuántica para un gran número de partículas. Por otro lado, la mecánica clásica se deriva de la mecánica relativista. Por ejemplo, en muchas formulaciones de la relatividad especial aparece un factor de corrección (v/c), donde v es la velocidad del objeto y c es la velocidad de la luz. Para velocidades mucho más pequeñas que la de la luz, se pueden despreciar los términos con cy superiores que aparecen. Estas fórmulas luego se reducen a las definiciones estándar de energía cinética y cantidad de movimiento newtonianas. Así es como debería ser, porque la relatividad especial debe estar de acuerdo con la mecánica newtoniana a bajas velocidades. El modelado por computadora tiene que ser lo más real posible. La física clásica introduciría un error como en el caso de la superfluidez. Para producir modelos confiables del mundo, uno no puede usar la física clásica. Es cierto que las teorías cuánticas consumen tiempo y recursos informáticos, y se podría recurrir a las ecuaciones de la física clásica para dar una solución rápida, pero tal solución carecería de fiabilidad.

El modelado por computadora usaría solo los criterios de energía para determinar qué teoría usar: la relatividad o la teoría cuántica, al intentar describir el comportamiento de un objeto. Un físico usaría un modelo clásico para proporcionar una aproximación antes de aplicar modelos más exactos y proceder con esos cálculos.

En un modelo de computadora, no hay necesidad de usar la velocidad del objeto si se excluye la física clásica. Los objetos de baja energía serían manejados por la teoría cuántica y los objetos de alta energía por la teoría de la relatividad.