Klasszikus fizika
A klasszikus fizika elnevezés egy retronima, ami alatt a kvantumelmélet és a relativitáselmélet nélküli fizikát értjük szűkebb értelemben, tágabb értelemben a relativitáselméletet is beleértjük. A klasszikus fizika skálája – az a terület, ahol jól működik – az izolált atomok és molekulák szintjétől a makroszkopikus méreteken át a csillagászatig terjed. Szubatomi szinten a kvantumelméletre kell hagyatkoznunk. A kvantummechanikától eltérően a klasszikus fizika determinisztikus elmélet.
Klasszikus témakörök
A klasszikus fizika részterületei többek között:
- Klasszikus mechanika
- Newton-törvények
- A klasszikus mechanika elvei, azaz a Lagrange- és Hamilton-formalizmus
- Klasszikus elektrodinamika (Maxwell-egyenletek)
- Klasszikus termodinamika
- Speciális relativitáselmélet és általános relativitáselmélet
- Klasszikus káoszelmélet
Matematikai értelemben a klasszikus fizika egyenleteiben általában a Planck-állandó nem jelenik meg.
A klasszikus fizika korlátai
A 19. században a természettudománnyal kapcsolatban az a felfogás uralkodott, hogy a fizikai világkép teljes, csak pontosításra szorul. A 19. század végén és a 20. század elején azonban több kísérleti eredmény is született, mely a klasszikus elméletekkel nem volt magyarázható. Nyilvánvalóvá vált, hogy a meglévő elméletek nem képesek megmagyarázni többek között az alábbi tapasztalatokat:[1][2]
Feketetest-sugárzás
A klasszikus Rayleigh–Jeans-törvénnyel magyarázott feketetest-sugárzás hosszúhullámú (azaz kisfrekvenciás) határesetben jól egyezik a tapasztalatokkal. A modell az ekvipartíció tétele alapján egyenlően osztja el az energiát a rendszer szabadsági fokai között. A problémát az jelenti, hogy a rövidhullámú (ultraibolya sugárzásnak megfelelő) rezgéseknél a hullámhossz csökkenésével a kisugárzott teljesítmény minden határon túl nőne. Ezt a jelenséget nevezzük ultraibolya katasztrófának.[3]
Rutherford-szóráskísérlet
A klasszikus, Thomson-féle, úgynevezett szilvapuding-atommodellben az ellentétes töltések keveredve találhatók.[4] Egy ilyen atomra 
Fényelektromos jelenség
A klasszikus fizikai képben a fény hullámtermészetű. Ezzel az állna összhangban, ha bármilyen kis frekvenciájú fény képes lenne az anyagban töltéshordozók keltésére. A tapasztalat szerint viszont van egy küszöbfrekvencia, mely alatt a jelenség nem jön létre. Fémekben ez úgy magyarázható, hogy az elektron kilépési munkáját az elnyelt fénynek kell fedeznie, a fény pedig olyan részecskeként vesz részt a kölcsönhatásban, melynek energiája a frekvenciától függ. Ez a részecske a foton, mely az elektromágneses sugárzás kvantuma.[7] A tapasztalatok magyarázatában mérföldkőnek számít Einstein elképzelése a fényelektromos jelenségről, melyért 1921-ben elnyerte a Fizikai Nobel-díjat.[8]
Compton-szórás
Az elektromágneses sugárzás és az anyag más kölcsönhatásaira is kísérleti eredmények mutattak. Azt a jelenséget, hogy a fény rugalmatlanul szóródik az anyagban található kötött elektronokon, Compton-szórásnak nevezzük,[9] mely leírásáért Arthur Holly Compton 1927-ben nyerte el a Fizikai Nobel-díjat.[10] A Compton-jelenség rámutat arra, hogy a fény egyes kölcsönhatásaiban részecskeként viselkedik, leírása nem lehetséges pusztán hullámformalizmussal.
Az elektron kettős természete
Miközben egyes kísérletek a klasszikusan hullámtermészetű elektromágneses sugárzás részecske-természetét mutatták ki, megjelentek olyan eredmények, melyek a klasszikusan részecskének tekintett elektron hullámtermészetére utaltak. Ilyen például a kétrés-kísérlet,[11][12] mely során fotonok vagy elektronok nyalábját vetítjük két résre, a rések mögött pedig egy ernyőn figyeljük az interferenciaképet. A kísérlet mind a fény, mind az elektronnyaláb hullámtermészetére utaló eredményt ad. Ez a felismerés alapozta meg a fizikai komplementaritás elvének kialakulását.[13][14][15]
Szilárdtestek hőkapacitása
A klasszikus fizikában a hőkapacitást a Dulong–Petit-szabály alapján származtathatjuk az alapján, hogy az ekvipartíciónak megfelelően az energia a rendszer szabadságfokai között egyenlően oszlik el. A modell bizonyos esetekben (magas hőmérsékleten) kellő pontossággal megadja a szilárdtestek hőkapacitását, azonban nem szolgáltat magyarázatot arról a tapasztalatról, hogy a hőkapacitás alacsony hőmérsékleten hőmérsékletfüggő, 0 K-en pedig eltűnik. A pontosabb leírást az Einstein-modell[16] és a Debye-modell[17] adja, melyek a klasszikus modellel ellentétben felteszik, hogy a szilárdtest rezgési állapotai csak adott kvantumokban változhatnak.