Vad är klassisk mekanik?

Klassisk mekanik är en gren av matematiken som beskriver rörelse hos ett objekt som ett resultat av dess massa och krafterna som verkar på det. Effekterna beskrevs först av Sir Isaac Newton under 1600-talet. Newton baserade sitt arbete på tidigare forskare, inklusive Galileo Galilei, Johannes Kepler och Christiaan Huygens. Alla teorier inom klassisk mekanik är baserade på eller härledda från Newtons teorier, varför klassisk mekanik ofta kallas Newtons mekanik.

Newton introducerade sina tre rörelselagor i sitt mest kända verk, Principia Mathematica . Dessa lagar beskriver hur krafter påverkar kroppens rörelse. Den första lagen säger att en kropp kommer att stanna i vila eller kommer att röra sig med jämn hastighet när krafterna som verkar på det är alla lika. Den andra lagen förknippar en kropps acceleration till de krafter som verkar på den, och den tredje säger att för varje handling finns det en lika och motsatt reaktion.

Uppförandet av gaser och vätskor, svängningen av fjädrar och pendlar har alla beskrivits med klassisk mekanik. Newton själv använde sina lagar för att definiera tyngdkraftsbegreppet och planeternas rörelse runt solen. I sin tur ledde dessa teorier till saker som den europeiska industriella revolutionen på 1800-talet och utvecklingen av satellitteknik och rymdresor under 1900-talet.

Det finns dock begränsningar för klassiska mekaniklösningar. System med extremer av massa, hastighet eller avstånd avviker alla från Newtons lagar. Den Newtonska modellen kan till exempel inte förklara varför elektroner uppvisar både vågliknande och partikelliknande egenskaper, varför ingenting kan röra sig med ljusets hastighet eller varför tyngdkraften mellan avlägsna galaxer verkar agera omedelbart.

Två nya grenar av fysik har dykt upp: kvantmekanik och relativitet. Kvantmekanik, pionjär av Edwin Schroedinger, Max Planck och Werner Heisenberg, tolkar rörelserna för mycket små föremål, såsom atomer och elektroner. Stora och avlägsna föremål såväl som föremål som går nära ljusets hastighet beskrivs av relativt, som utvecklades av Albert Einstein.

Trots dessa begränsningar har Newtonian mekanik flera fördelar jämfört med kvantmekanik och relativt. Båda de nyare områdena kräver kunskap om avancerad matematik. På liknande sätt kan kvant- och relativistiska vetenskaperna verka motsägelsefulla eftersom de beskriver beteenden som inte kan observeras eller upplevas.

Heisenbergs osäkerhetsprincip, till exempel, säger att det är omöjligt att veta både kroppens hastighet och placering. En sådan princip strider mot vardagens upplevelse. Newtons mekanikens matematik är mycket mindre utmanande och används för att beskriva kroppens rörelser i vardagen.