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經(jīng)典力學(xué)的局限性知識(shí)點(diǎn)
1.從低速到高速
經(jīng)典力學(xué)是從日常生活中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)中總結(jié)出來(lái)的規(guī)律，日常生活中的物體運(yùn)動(dòng)速度都為低速運(yùn)動(dòng)，其速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速，如行駛的汽車、發(fā)射的導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星及宇宙飛船等，因此經(jīng)典力學(xué)完全適用。有些微觀粒子在一定的條件下其速度可以與光速相接近，這樣的速度稱為高速。高速運(yùn)動(dòng)的物體，經(jīng)典力學(xué)就不再適用了，20世紀(jì)初，著名物理學(xué)家愛(ài)因斯坦建立了狹義相對(duì)論，狹義相對(duì)論闡述了物體在以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)所遵從的規(guī)律。
(1) 物體的質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)
在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是不隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的。按照20世紀(jì)初著名物理學(xué)家愛(ài)因斯坦建立的狹義相對(duì)論，質(zhì)量要隨物體運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大。物體的質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系是式中m0是物體靜止時(shí)的質(zhì)量，m是物體速度為v時(shí)的質(zhì)量，c是真空中的光速。
可見(jiàn)，當(dāng)v<
(2) 經(jīng)典力學(xué)中速度疊加原理不再成立
設(shè)河流中的水相對(duì)于河岸的速度為 ，船相對(duì)于水的速度為 ，則在經(jīng)典力學(xué)中，船相對(duì)于岸的速度為 (矢量和)，
這似乎是天經(jīng)地義的。但是，這個(gè)關(guān)系式涉及兩個(gè)不同的慣性參考系，而速度總是與位移(空間長(zhǎng)度)及時(shí)間間隔的測(cè)量相聯(lián)系。本節(jié)教材在“科學(xué)漫步”欄目《時(shí)間和空間是什么》一文中提到了牛頓和愛(ài)因斯坦的兩種不同的時(shí)空觀。
牛頓認(rèn)為：空間是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的，時(shí)間也是獨(dú)立于物體及其運(yùn)動(dòng)而存在的，這是一種經(jīng)典時(shí)空觀。在牛頓看來(lái)，位移和時(shí)間的測(cè)量與參考系無(wú)關(guān)，正是在這種時(shí)空的觀念下，上式才成立.
愛(ài)因斯坦則認(rèn)為：在研究物體的高速運(yùn)動(dòng)(速度接近真空中的光速)時(shí)，物體的長(zhǎng)度即物體占有的空間，以及物理過(guò)程、化學(xué)過(guò)程，甚至還有生命過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，都與它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，空間與時(shí)間與物體及其運(yùn)動(dòng)有密切的關(guān)系，不能獨(dú)立存在。這是一種嶄新的時(shí)空觀，并且還在進(jìn)一步研究。相對(duì)論認(rèn)為，同一過(guò)程的位移和時(shí)間的測(cè)量在不同的參考系中是不同的，因而上式不能成立，經(jīng)典力學(xué)也就不再適用了.
2.從宏觀到微觀
經(jīng)典力學(xué)是從日常生活中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)中總結(jié)出來(lái)的規(guī)律，因此所觀察到的物體都是宏觀的。19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，人們相繼發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，超出宏觀的日常生活經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)它們不僅具有粒子性，而且具有波動(dòng)性，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不能用經(jīng)典力學(xué)描述。20世紀(jì)20年代，建立了量子力學(xué)，它能夠正確地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性，并在現(xiàn)代科技中發(fā)揮了重要作用.相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，使人們認(rèn)識(shí)到經(jīng)典力學(xué)的適用范圍：只適用于低速運(yùn)動(dòng)，不適用于高速運(yùn)動(dòng);只適用于宏觀世界，不適用于微觀世界。
3.從弱引力到強(qiáng)引力
萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)解釋天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并預(yù)言和發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星，首次把天上的星體運(yùn)動(dòng)規(guī)律與地面物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律統(tǒng)一起來(lái).把經(jīng)典力學(xué)推上了當(dāng)時(shí)科學(xué)的巔峰。
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