Αυτή η ανάρτηση ιστολογίου εξετάζει πώς η κβαντομηχανική και η κλασική φυσική, παρά το γεγονός ότι έχουν διαφορετικά πλαίσια, παρουσιάζουν πανομοιότυπες λύσεις υπό συγκεκριμένες ακραίες συνθήκες, συγκλίνοντας έτσι σε μια ενιαία φυσική.
Η φυσική υπέστη μια σημαντική μεταμόρφωση τον 20ό αιώνα. Η εμφάνιση της ειδικής σχετικότητας και της κβαντομηχανικής, ειδικότερα, έφερε επαναστατικές αλλαγές. Ωστόσο, όταν εξεταστούν από την οπτική γωνία του πώς συμβαίνει η επιστημονική πρόοδος, αυτά τα δύο παραδείγματα αποκαλύπτουν ξεχωριστά χαρακτηριστικά.
Η ειδική θεωρία της σχετικότητας, που δημοσιεύτηκε το 1905, όχι μόνο άλλαξε θεμελιώδεις έννοιες της φυσικής όπως ο χρόνος και ο χώρος, αλλά κατέστησε επίσης αναγκαία την επανεγγραφή πολλών από τους τύπους που εμφανίζονται στη φυσική. Αυτό περιλαμβάνει τον κανόνα πρόσθεσης για τις ταχύτητες, ο οποίος ήταν από καιρό αποδεκτός ως έγκυρος τύπος για τη σχετική κίνηση. Αυτός ο νόμος εξηγεί την παρατήρηση κοινής λογικής ότι ένα τρένο που ταξιδεύει με 150 km/h βλέπει ένα άλλο τρένο στις γραμμές να κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση με 150 km/h, φαίνεται να φεύγει με 300 km/h. Ωστόσο, σύμφωνα με την ειδική θεωρία της σχετικότητας, αυτός ο νόμος πρόσθεσης δεν είναι ακριβής.
Αυτό δεν σημαίνει ότι η κλασική φυσική αναιρέστηκε εντελώς από τη νέα θεωρία. Ακόμα και από την οπτική γωνία της ειδικής σχετικότητας, οι εξισώσεις της κλασικής φυσικής παρέχουν επαρκώς ακριβείς περιγραφές και προβλέψεις για τις περισσότερες καταστάσεις. Για παράδειγμα, αν το τρένο που αναφέρθηκε προηγουμένως ταξίδευε με 150,000 km/s, θα προέκυπτε σαφής απόκλιση μεταξύ της νέας θεωρίας και των υπολογισμών της κλασικής φυσικής. Ωστόσο, ακόμη και σε ταχύτητες που υπερβαίνουν την ταχύτητα του ήχου, περίπου 1,500 km/h, τα αποτελέσματα και των δύο υπολογισμών παρέχουν επαρκώς καλές προσεγγίσεις. Ενώ η ειδική θεωρία της σχετικότητας περιλαμβάνει πλήρως την επεξηγηματική δύναμη της κλασικής φυσικής, η κλασική φυσική παραμένει έγκυρη εντός του περιορισμένου πεδίου εφαρμογής της ειδικής θεωρίας - δηλαδή, της προϋπόθεσης ότι «η ταχύτητα δεν είναι ιδιαίτερα υψηλή». Από αυτή την άποψη, μπορούμε να ισχυριστούμε με βεβαιότητα ότι η ειδική θεωρία της σχετικότητας πέτυχε πρόοδο στη φυσική καλύπτοντας την κλασική φυσική, ενώ παράλληλα επεκτείνει το πεδίο της εξήγησης και της πρόβλεψης.
Τι συμβαίνει, λοιπόν, με την κβαντομηχανική; Το 1910, οι φυσικοί προσπάθησαν να εξηγήσουν τις δυναμικές καταστάσεις των ηλεκτρονίων που ανήκουν σε άτομα, αλλά η κλασική φυσική αποδείχθηκε ανίκανη για μια τέτοια εξήγηση. Τελικά, οι φυσικοί κατασκεύασαν το πλαίσιο της κβαντομηχανικής βασισμένοι σε υποθέσεις ασύμβατες με την κλασική φυσική, παρέχοντας έτσι τελικά μια ακριβή και συνεπή εξήγηση για τα προβληματικά φαινόμενα. Ενώ η κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων που δεν περιορίζονται από άτομα μπορεί να εξηγηθεί από την κλασική φυσική, η κβαντομηχανική είναι απαραίτητη για την περιγραφή των ηλεκτρονίων μέσα στα άτομα. Όταν ένα ηλεκτρόνιο μέσα σε ένα άτομο αποκτά επαρκή ενέργεια, γίνεται ελεύθερο ηλεκτρόνιο. Αυτό μοιάζει με το ηλεκτρόνιο που απελευθερώνεται και περνά από τον τομέα της κβαντομηχανικής σε αυτόν της κλασικής φυσικής.
Το πρόβλημα είναι ότι οι εξισώσεις της κβαντομηχανικής δεν καταφέρνουν να εξηγήσουν αποτελεσματικά φαινόμενα που η κλασική φυσική έχει περιγράψει με επιτυχία. Αυτό εγείρει το ερώτημα εάν η εμφάνιση της κβαντομηχανικής σηματοδοτεί πραγματικά πρόοδο στη φυσική. Φαινόμενα όπως οι συγκρούσεις μπάλες του μπιλιάρδου, τα οποία η κβαντομηχανική από μόνη της δεν μπορεί να εξηγήσει, εξακολουθούν να βρίσκονται σταθερά στον τομέα της κλασικής φυσικής. Η θεωρία του χάους, η οποία αναπτύχθηκε από το 1980 και μετά, αποκαλύπτει μια άλλη πτυχή της σχέσης μεταξύ των δύο θεωριών. Η θεωρία του χάους εξετάζει πώς δύο αρχικές καταστάσεις που είναι πολύ ελαφρώς διαφορετικές εξελίσσονται με την πάροδο του χρόνου. Ωστόσο, στην κβαντομηχανική, υπάρχουν περιπτώσεις όπου η έννοια της έννοιας «δύο αρχικές καταστάσεις που είναι πολύ ελαφρώς διαφορετικές» δεν μπορεί να οριστεί με σαφήνεια. Αυτό υπονοεί ότι η θεωρία του χάους μπορεί να ισχύει μόνο εντός του πεδίου της κλασικής φυσικής.
Ωστόσο, η κβαντομηχανική και η κλασική φυσική συνδέονται με έναν περίεργο τρόπο. Αν υποθέσουμε ότι οι ακραίες συνθήκες αντιστοιχούν σε ένα ηλεκτρόνιο που μόλις απελευθερώνεται από ένα άτομο, είναι αξιοσημείωτο ότι οι εξισώσεις της κβαντομηχανικής λαμβάνουν μια μορφή συμβατή με εκείνες που προκύπτουν από την κλασική φυσική. Αυτό δείχνει ότι οι δύο θεωρίες, καθεμία από τις οποίες εξηγεί διαφορετικούς τομείς των φαινομένων, συναντώνται στα όρια μεταξύ αυτών των τομέων υπό ακραίες συνθήκες, σχηματίζοντας μια ομαλή σύνδεση. Μέσω αυτής της σύνδεσης, η κλασική φυσική και η κβαντομηχανική καθιερώνονται ως συμπληρωματικά μέρη που αποτελούν τη φυσική.
Αν η κλασική φυσική είχε απορριφθεί και είχε εξαφανιστεί, ή αν η κλασική φυσική και η κβαντομηχανική δεν είχαν συνδεθεί άρρηκτα σε μία, η αξιολόγηση της προόδου της φυσικής του 20ού αιώνα θα ήταν θέμα συζήτησης. Ωστόσο, όταν εξετάζουμε το σύνολο της φυσικής όπως την γνωρίζουμε σήμερα, γίνεται σαφές ότι η ίδια η εμφάνιση της κβαντομηχανικής οδήγησε σε πρόοδο για τη φυσική. Χάρη στην κλασική φυσική, την ειδική σχετικότητα και την κβαντομηχανική, έχουμε αποκτήσει μια «ποικιλόμορφη αλλά διασυνδεδεμένη φυσική» για έναν «ποικιλόμορφο αλλά διασυνδεδεμένο κόσμο».
