Was ist klassische Mechanik?
Die klassische Mechanik ist ein Zweig der Mathematik, der die Bewegung eines Objekts als Ergebnis seiner Masse und der darauf einwirkenden Kräfte beschreibt. Die Auswirkungen wurden erstmals im 17. Jahrhundert von Sir Isaac Newton beschrieben. Newton stützte seine Arbeit auf frühere Wissenschaftler, darunter Galileo Galilei, Johannes Kepler und Christiaan Huygens. Alle Theorien der klassischen Mechanik basieren auf oder leiten sich von Newtons Theorien ab, weshalb die klassische Mechanik oft als Newtonsche Mechanik bezeichnet wird.
Newton stellte seine drei Bewegungsgesetze in seinem berühmtesten Werk, Principia Mathematica, vor . Diese Gesetze beschreiben, wie Kräfte die Bewegung eines Körpers beeinflussen. Das erste Gesetz besagt, dass ein Körper in Ruhe bleibt oder sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bewegt, wenn die auf ihn einwirkenden Kräfte alle gleich sind. Das zweite Gesetz bezieht die Beschleunigung eines Körpers auf die auf ihn einwirkenden Kräfte, und das dritte besagt, dass es für jede Handlung eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion gibt.
Das Verhalten von Gasen und Flüssigkeiten, die Schwingung von Federn und Pendeln wurden alle mit der klassischen Mechanik beschrieben. Newton selbst verwendete seine Gesetze, um das Konzept der Schwerkraft und die Bewegung der Planeten um die Sonne zu definieren. Diese Theorien führten wiederum zu Dingen wie der europäischen industriellen Revolution des 19. Jahrhunderts und der Entwicklung der Satellitentechnologie und der Raumfahrt im 20. Jahrhundert.
Es gibt jedoch Einschränkungen für klassische mechanische Lösungen. Systeme mit extremer Masse, Geschwindigkeit oder Distanz weichen von Newtons Gesetzen ab. Das Newtonsche Modell kann zum Beispiel nicht erklären, warum Elektronen sowohl wellen- als auch partikelähnliche Eigenschaften aufweisen, warum sich nichts mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen kann oder warum die Schwerkraft zwischen entfernten Galaxien augenblicklich zu wirken scheint.
Zwei neue Bereiche der Physik sind entstanden: die Quantenmechanik und die Relativitätstheorie. Die Quantenmechanik, die von Edwin Schrödinger, Max Planck und Werner Heisenberg entwickelt wurde, interpretiert die Bewegungen sehr kleiner Objekte wie Atome und Elektronen. Große und weit entfernte Objekte sowie Objekte, die sich in der Nähe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, werden von relativ beschrieben, das von Albert Einstein entwickelt wurde.
Trotz dieser Einschränkungen hat die Newtonsche Mechanik einige Vorteile gegenüber der Quantenmechanik und dies relativ. Beide neueren Gebiete erfordern Kenntnisse der fortgeschrittenen Mathematik. In ähnlicher Weise können die Quanten- und die relativistischen Wissenschaften kontraintuitiv erscheinen, weil sie Verhaltensweisen beschreiben, die nicht beobachtet oder erfahren werden können.
Das Heisenbergsche Unsicherheitsprinzip besagt zum Beispiel, dass es unmöglich ist, sowohl die Geschwindigkeit als auch den Ort des Körpers zu kennen. Ein solches Prinzip widerspricht der alltäglichen Erfahrung. Die Mathematik der Newtonschen Mechanik ist weitaus weniger anspruchsvoll und dient zur Beschreibung der Bewegungen von Körpern im Alltag.