人類將經典物理學運用到極致是什麼樣子的?

歐潤輝


答:我舉三個例子,可以看出牛頓經典力學巔峰時期的強大。


在二十世紀之前,經典力學在科學界各個領域取得了巨大的成功,一次又一次地震撼著科學家們,讓很多人堅信經典力學就是上帝制定的宇宙規律。

一、筆尖上發現的行星——海王星

基於萬有引力定律和牛頓三大定律,運用微積分知識可以直接推導出開普勒三大定律,這一偉大的成功創造了很多奇蹟。



典型的例子,就是海王星的發現過程:十九世紀初,科學家發現了天王星的引力攝動現象,通過天王星的數據研究,科學家大膽預測了在天王星外,還存在一顆未被發現的大行星。經過近20多年的研究,科學家反推出未知天體的軌道,再歷經兩個月多的預測軌道追蹤,科學家發現了這顆未知天體——海王星。

海王星的發現,極大鼓勵了科學家的信心,牛頓經典力學的強大在這體現得淋漓盡致,海王星也因此被稱之為“筆尖上的行星”。


二、微觀世界也適用——統計力學

統計力學是利用牛頓經典力學知識,研究大量粒子無規則運動規律的科學,統計力學的開創者是玻爾茲曼,後來經克勞修斯、麥克斯韋、開爾文等人發展,成為經典力學中一門極為成功的分支。

我們知道,宏觀物質可以細分為分子,甚至更小的原子,單個粒子的運動毫無規律可言。



可一旦利用牛頓力學的基本知識,加上統計學的處理方法,就可以把大量微觀粒子的運動速度、動能、動量等參數,和宏觀的氣體壓力、溫度、體積、熵值聯繫起來。

前者是牛頓經典力學,後者是熱力學,連接兩者的橋樑正是統計力學,這時候的科學界,可以說是牛頓經典力學一統天下的時代。



比如:熱力學溫度,就可以利用麥克斯韋分佈,轉化為粒子的運動參數,這絕對是非常美妙的事。


三、經典力學的巔峰——電磁學

牛頓建立經典力學後,歷經200多年的發展,經典力學迎來了它的巔峰時刻。

十九世紀末,麥克斯韋在經典力學的基礎上,建立了電磁學理論,這是繼牛頓統一運動學和動力學後,再一次實現了電和磁的統一。



利用麥克斯韋方程組,當時可以預言任何電和磁的現象,麥克斯韋根據他的方程結論,大膽預言了電磁波的存在,給人類踏入電氣時代打下了理論基礎。

電磁學的建立,是經典力學的巔峰,也是牛頓經典力學這棟輝煌大廈中最耀眼的一員;可惜,這也是經典力學最後的狂歡!

進入二十世紀後,科學家逐漸發現了經典力學的侷限性,繼而誕生了相對論和量子力學。


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