Тази публикация в блога разглежда как квантовата механика и класическата физика, въпреки че имат различни рамки, показват идентични решения при специфични екстремни условия, като по този начин се сливат в една единствена физика.
Физиката претърпя голяма трансформация през 20-ти век. Появата на специалната теория на относителността и квантовата механика, по-специално, доведе до революционни промени. И все пак, когато се погледне от гледна точка на това как се осъществява научният прогрес, тези два примера разкриват различни характеристики.
Специалната теория на относителността, публикувана през 1905 г., не само променя фундаментални понятия на физиката като време и пространство, но и налага пренаписване на много от формулите, появяващи се във физиката. Това включва правилото за събиране на скорости, отдавна прието като валидна формула за относително движение. Този закон обяснява наблюдението, основано на здравия разум, че влак, движещ се със 150 км/ч, вижда друг влак по релсите, движещ се в обратна посока със 150 км/ч, който сякаш бяга с 300 км/ч. Според специалната теория на относителността обаче този закон за събиране не е точен.
Това не означава, че класическата физика е била напълно отречена от новата теория. Дори от гледна точка на специалната теория на относителността, уравненията на класическата физика предоставят достатъчно точни описания и прогнози за повечето ситуации. Например, ако влакът, споменат по-рано, се движеше със 150 000 км/с, би възникнало явно несъответствие между новата теория и изчисленията на класическата физика. Въпреки това, дори при скорости, надвишаващи скоростта на звука, около 1,500 км/ч, резултатите и от двете изчисления предоставят достатъчно добри приближения. Докато специалната теория на относителността напълно обхваща обяснителната сила на класическата физика, класическата физика остава валидна в ограничената област на приложимост на специалната теория – а именно условието, че „скоростта не е особено висока“. Разглеждано по този начин, можем уверено да твърдим, че специалната теория на относителността е постигнала напредък във физиката, като е обхванала класическата физика, като същевременно е разширила сферата на обяснението и прогнозирането.
Какъв е тогава случаят с квантовата механика? През 1910 г. физиците се опитват да обяснят динамичните състояния на електроните, принадлежащи на атомите, но класическата физика се оказва неспособна на такова обяснение. В крайна сметка физиците изграждат рамката на квантовата механика, основана на предпоставки, несъвместими с класическата физика, като по този начин най-накрая предоставят точно и последователно обяснение на проблемните явления. Докато движението на свободни електрони, неограничени от атомите, може да бъде обяснено с класическата физика, квантовата механика е необходима за описание на електроните в атомите. Когато електрон вътре в атома придобие достатъчно енергия, той става свободен електрон. Това наподобява освобождаването на електрона и преминаването му от областта на квантовата механика в тази на класическата физика.
Проблемът е, че уравненията на квантовата механика не успяват да обяснят ефективно явленията, които класическата физика успешно е описала. Това повдига въпроса дали появата на квантовата механика наистина означава напредък във физиката. Явления като сблъсъци на билярдни топки, които самата квантова механика не може да обясни, все още са здраво присъщи в областта на класическата физика. Теорията на хаоса, която се развива от 1980 г. нататък, разкрива друг аспект от връзката между двете теории. Теорията на хаоса изследва как две начални състояния, които са много малко различни, се развиват с течение на времето. В квантовата механика обаче има случаи, в които значението на понятието „две начални състояния, които са много малко различни“, не може да бъде ясно дефинирано. Това означава, че теорията на хаоса може да се приложи само в рамките на класическата физика.
Въпреки това, квантовата механика и класическата физика са любопитно свързани. Ако приемем екстремните условия, съответстващи на електрон, току-що освободен от атом, забележително е, че уравненията на квантовата механика приемат форма, съвместима с тези, получени от класическата физика. Това показва, че двете теории, всяка от които обяснява различни области на явленията, се срещат на границата между тези области при екстремни условия, образувайки гладка връзка. Чрез тази връзка класическата физика и квантовата механика се утвърждават като допълващи се части, съставляващи физиката.
Ако класическата физика беше отхвърлена и изчезнала или ако класическата физика и квантовата механика не бяха успели да се свържат безпроблемно в едно, оценката на напредъка на физиката през 20-ти век щеше да бъде предмет на дебат. Когато обаче разгледаме цялостната физика, каквато я познаваме днес, става ясно, че самата поява на квантовата механика е довела до прогрес за физиката. Благодарение на класическата физика, специалната теория на относителността и квантовата механика, ние получихме „разнообразна, но взаимосвързана физика“ за „разнообразен, но взаимосвързан свят“.
