Ovaj blog post ispituje kako kvantna mehanika i klasična fizika, unatoč različitim okvirima, pokazuju identična rješenja pod specifičnim ekstremnim uvjetima, čime se konvergiraju u jednu fiziku.
Fizika je u 20. stoljeću doživjela veliku transformaciju. Pojava specijalne teorije relativnosti i kvantne mehanike, posebno, donijela je revolucionarne promjene. Ipak, kada se promatraju iz perspektive načina na koji se događa znanstveni napredak, ova dva primjera otkrivaju različite karakteristike.
Specijalna teorija relativnosti, objavljena 1905. godine, ne samo da je promijenila temeljne koncepte fizike poput vremena i prostora, već je i zahtijevala prepisivanje mnogih formula koje se pojavljuju u fizici. To uključuje pravilo zbrajanja brzina, koje je dugo prihvaćeno kao valjana formula za relativno gibanje. Ovaj zakon objašnjava logično zapažanje da vlak koji putuje brzinom od 150 km/h vidi drugi vlak na tračnicama koji se kreće u suprotnom smjeru brzinom od 150 km/h, a čini se da bježi brzinom od 300 km/h. Međutim, prema specijalnoj teoriji relativnosti, ovaj zakon zbrajanja nije točan.
To ne znači da je klasična fizika potpuno negirana novom teorijom. Čak i iz perspektive specijalne teorije relativnosti, jednadžbe klasične fizike pružaju dovoljno točne opise i predviđanja za većinu situacija. Na primjer, ako bi se ranije spomenuti vlak kretao brzinom od 150 000 km/s, nastala bi jasna razlika između nove teorije i izračuna klasične fizike. Međutim, čak i pri brzinama koje prelaze brzinu zvuka, oko 1,500 km/h, rezultati oba izračuna pružaju dovoljno dobre aproksimacije. Dok specijalna teorija relativnosti u potpunosti obuhvaća objašnjavajuću moć klasične fizike, klasična fizika ostaje valjana unutar ograničenog područja primjenjivosti specijalne teorije - naime, uvjeta da 'brzina nije osobito velika'. Gledano na ovaj način, možemo s pouzdanjem tvrditi da je specijalna teorija relativnosti postigla napredak u fizici obuhvaćajući klasičnu fiziku, a istovremeno proširujući područje objašnjenja i predviđanja.
Što je onda slučaj s kvantnom mehanikom? Godine 1910. fizičari su pokušali objasniti dinamička stanja elektrona koji pripadaju atomima, ali klasična fizika pokazala se nesposobnom za takvo objašnjenje. U konačnici, fizičari su konstruirali okvir kvantne mehanike na temelju premisa nekompatibilnih s klasičnom fizikom, čime su konačno pružili točno i dosljedno objašnjenje problematičnih pojava. Dok se gibanje slobodnih elektrona neograničenih atomima može objasniti klasičnom fizikom, kvantna mehanika je neophodna za opisivanje elektrona unutar atoma. Kada elektron unutar atoma dobije dovoljno energije, postaje slobodni elektron. To nalikuje oslobađanju elektrona i prelasku iz područja kvantne mehanike u područje klasične fizike.
Problem je u tome što jednadžbe kvantne mehanike ne uspijevaju učinkovito objasniti fenomene koje je klasična fizika uspješno opisala. To postavlja pitanje znači li pojava kvantne mehanike doista napredak u fizici. Fenomeni poput sudara bilijarskih kugli, koje sama kvantna mehanika ne može objasniti, još uvijek čvrsto sjede unutar domene klasične fizike. Teorija kaosa, koja se razvijala od 1980. nadalje, otkriva još jedan aspekt odnosa između dvije teorije. Teorija kaosa ispituje kako se dva početna stanja koja se vrlo malo razlikuju razvijaju tijekom vremena. Međutim, u kvantnoj mehanici postoje slučajevi u kojima se značenje koncepta 'dva početna stanja koja se vrlo malo razlikuju' ne može jasno definirati. To implicira da teorija kaosa može opstati samo unutar područja klasične fizike.
Međutim, kvantna mehanika i klasična fizika su neobično povezane. Ako pretpostavimo ekstremne uvjete koji odgovaraju elektronu upravo oslobođenom iz atoma, izvanredno je da jednadžbe kvantne mehanike poprimaju oblik koji je sukladan onima izvedenim klasičnom fizikom. To ukazuje na to da se dvije teorije, od kojih svaka objašnjava različita područja fenomena, susreću na granici između tih područja pod ekstremnim uvjetima, tvoreći glatku vezu. Kroz ovu vezu, klasična fizika i kvantna mehanika uspostavljaju se kao komplementarni dijelovi koji čine fiziku.
Da je klasična fizika bila odbačena i nestala ili da se klasična fizika i kvantna mehanika nisu uspjele besprijekorno povezati u jedno, procjena napretka fizike 20. stoljeća bila bi predmet rasprave. Međutim, kada uzmemo u obzir cjelokupnost fizike kakvu danas poznajemo, postaje jasno da je sama pojava kvantne mehanike rezultirala napretkom fizike. Zahvaljujući klasičnoj fizici, specijalnoj teoriji relativnosti i kvantnoj mehanici, dobili smo 'raznoliku, ali međusobno povezanu fiziku' za 'raznolik, ali međusobno povezan svijet'.
