Ta objava na blogu preučuje, kako kvantna mehanika in klasična fizika, kljub različnim okvirom, kažeta enake rešitve v specifičnih ekstremnih pogojih in se tako zbližata v eno samo fiziko.
Fizika je v 20. stoletju doživela veliko preobrazbo. Pojav posebne teorije relativnosti in kvantne mehanike je zlasti prinesel revolucionarne spremembe. Vendar pa ta dva primera, če ju pogledamo z vidika znanstvenega napredka, razkrivata različne značilnosti.
Posebna teorija relativnosti, objavljena leta 1905, ni le spremenila temeljnih konceptov fizike, kot sta čas in prostor, temveč je zahtevala tudi prepisovanje številnih formul, ki se pojavljajo v fiziki. To vključuje pravilo seštevanja hitrosti, ki je bilo dolgo časa sprejeto kot veljavna formula za relativno gibanje. Ta zakon pojasnjuje logično opažanje, da vlak, ki potuje s hitrostjo 150 km/h, vidi drug vlak na tirih, ki se premika v nasprotni smeri s hitrostjo 150 km/h in se zdi, da beži s hitrostjo 300 km/h. Vendar pa po posebni teoriji relativnosti ta zakon seštevanja ni natančen.
To ne pomeni, da je nova teorija popolnoma zanikala klasično fiziko. Tudi z vidika posebne teorije relativnosti enačbe klasične fizike zagotavljajo dovolj natančne opise in napovedi za večino situacij. Če bi na primer prej omenjeni vlak vozil s hitrostjo 150,000 km/s, bi prišlo do očitne razlike med novo teorijo in izračuni klasične fizike. Vendar pa tudi pri hitrostih, ki presegajo hitrost zvoka, okoli 1,500 km/h, rezultati obeh izračunov zagotavljajo dovolj dobre približke. Medtem ko posebna teorija relativnosti v celoti zajema pojasnjevalno moč klasične fizike, klasična fizika ostaja veljavna znotraj omejenega področja uporabnosti posebne teorije – namreč pogoja, da »hitrost ni posebej visoka«. Gledano na to lahko z gotovostjo trdimo, da je posebna teorija relativnosti dosegla napredek v fiziki tako, da je zajela klasično fiziko, hkrati pa razširila področje razlage in napovedovanja.
Kaj pa je potem v primeru kvantne mehanike? Leta 1910 so fiziki poskušali razložiti dinamična stanja elektronov, ki pripadajo atomom, vendar se je klasična fizika izkazala za nezmožno takšne razlage. Na koncu so fiziki zgradili ogrodje kvantne mehanike na podlagi predpostavk, ki niso združljive s klasično fiziko, in s tem končno zagotovili natančno in dosledno razlago za problematične pojave. Medtem ko je gibanje prostih elektronov, ki jih ne omejujejo atomi, mogoče razložiti s klasično fiziko, je kvantna mehanika potrebna za opis elektronov znotraj atomov. Ko elektron znotraj atoma pridobi dovolj energije, postane prost elektron. To je podobno elektronu, ki se osvobodi in preide iz področja kvantne mehanike v področje klasične fizike.
Težava je v tem, da enačbe kvantne mehanike ne uspejo učinkovito razložiti pojavov, ki jih je klasična fizika uspešno opisala. To postavlja vprašanje, ali pojav kvantne mehanike resnično pomeni napredek v fiziki. Pojavi, kot so trki biljardnih krogel, ki jih kvantna mehanika sama ne more razložiti, še vedno trdno ležijo v domeni klasične fizike. Teorija kaosa, ki se je razvijala od leta 1980 naprej, razkriva še en vidik odnosa med obema teorijama. Teorija kaosa preučuje, kako se dve začetni stanji, ki se zelo malo razlikujeta, sčasoma razvijata. Vendar pa v kvantni mehaniki obstajajo primeri, ko pomena koncepta "dve začetni stanji, ki se zelo malo razlikujeta", ni mogoče jasno opredeliti. To pomeni, da teorija kaosa velja le znotraj območja klasične fizike.
Vendar sta kvantna mehanika in klasična fizika nenavadno povezani. Če predpostavimo ekstremne pogoje, ki ustrezajo elektronu, ki se je pravkar sprostil iz atoma, je presenetljivo, da enačbe kvantne mehanike dobijo obliko, ki je skladna s tistimi, ki jih je izpeljala klasična fizika. To kaže, da se teoriji, od katerih vsaka pojasnjuje različni področji pojavov, srečata na meji med tema področjema v ekstremnih pogojih in tvorita gladko povezavo. S to povezavo se klasična fizika in kvantna mehanika vzpostavita kot komplementarna dela, ki sestavljata fiziko.
Če bi bila klasična fizika zavržena in izginila ali če se klasična fizika in kvantna mehanika ne bi mogli brezhibno povezati v eno, bi bila ocena napredka fizike 20. stoletja predmet razprave. Ko pa pogledamo celotno fiziko, kot jo poznamo danes, postane jasno, da je že sam pojav kvantne mehanike privedel do napredka fizike. Zahvaljujoč klasični fiziki, posebni teoriji relativnosti in kvantni mehaniki smo pridobili »raznoliko, a hkrati medsebojno povezano fiziko« za »raznolik, a hkrati medsebojno povezan svet«.
