Известный советский космолог Абрам Леонидович Зельманов (1913–1987) выделяет шесть фундаментальных теорий [1], [2]: ньютонову механику (НМ), ньютонову теорию тяготения (НТТ), специальную теорию относительности (СТО), общую теорию относительности (ОТО), или эйнштейновскую теорию тяготения (ЭТТ), квантовую механику (КМ) и релятивистскую квантовую механику (РКМ). В каком соотношении между собой они находятся?
В основе классификации Зельманова16 (см. рис. 1) лежит ньютонова механика (НМ). Она справедлива при описании движения тел со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света, и не распространяется ни на гравитационные, ни на квантовые явления.
Рис. 1. Классификация физических теорий. «Куб Зельманова»
Ньютонову теорию тяготения можно рассматривать как обобщение ньютоновой механики – расширение ее на область гравитационных явлений. При отсутствии гравитации уравнения НТТ сводятся к уравнениям механики Ньютона.
При скоростях, близких к скорости света, ньютонова механика не применима. Это область специальной теории относительности. Она также не охватывает гравитационных явлений. Можно сказать, что специальная теория относительности есть обобщение ньютоновой механики на случай, когда скорость движения тел близка к скорости света. Если скорость движения много меньше скорости света, уравнения СТО переходят в уравнения механики Ньютона. Это позволяет рассматривать ее как частный случай СТО. А последнюю – как более общую теорию, включающую в себя НМ.
Ньютонова механика не применима также к области микромира. Здесь действуют законы квантовой механики. Они справедливы при условии, когда величины, имеющие размерность действия (произведение энергии движущейся частицы на время или произведение количества движения на пройденный путь), сопоставимы с квантом действия h (h – постоянная Планка). Если эти величины велики по сравнению с h – действуют законы ньютоновой механики. Таким образом, можно сказать, что квантовая механика есть обобщение механики Ньютона на область микромира.