مکانیک کلاسیک جابجایی اجسام تحت اعمال نیروها را به‌صورتی ریاضی بررسی می‌کند. اما چه کسی برای اولین بار ریاضیات را وارد مکانیک کرد؟ گالیلئو گالیله فصل تازه‌ای به کتاب مکانیک افزود. می‌دانید که ریاضیات نشات گرفته از عمیق‌ترین بخش ذهن انسان است. یعنی منطق! ریاضیات منطق محض است. فیزیک با ریاضیات، منطقی‌تر و قابل محاسبه‌تر می‌شود. پس می‌توان از طریق ریاضیات مدل‌های فیزیکی ارائه داد. گالیله در سال 1623، کتابی تحت عنوان مکانیک نوشت. در کتابش مفهوم نیرو را به دنیای فیزیک معرفی کرد. او در آن کتاب حرکت جسمی با شتاب ثابت را در نزدیکی سطح زمین بررسی کرد. 60 سال بعد از او، ایزاک نیوتن، قوانین معروفش را در کتابی به نام اصول ریاضی فلسفه‌ی طبیعی منتشر کرد. در سومین کتابش، یعنی در باب ساختمان جهان، پیچیده‌ترین و حل‌نشدنی‌ترین مساله‌ی دوران خودش را حل کرد. از قانون جهانی گرانش برای تعیین نحوه‌ی حرکت سیاره‌ها استفاده کرد. نیوتن رهیافت تازه‌ای در تحلیل پدیده‌های فیزیکی خلق کرده بود که حتی می‌توانست پدیده‌هایی که از نظر تجربی به‌سختی قابل اندازه‌گیری بودند را پیش‌بینی کند. یک قرن، کاربردهای مکانیک نیوتنی در حل مسائل مختلف فیزیکی، چارچوب جالب و ارزشمندی را برای فیزیک‌دانان رقم زد. نام اویلر را که همه شنیده‌اید؟ او فردی بود که توانست یک چارچوب نظام‌مند را برای حل مسائل اجسام صلب سه بعدی ایجاد کند. نتیجه‌ی کارهایش منجر به مجموعه‌ای از معادلات دینامیکی به نام معادلات حرکت اویلر شد.
نیرو کمیتی برداری و دردساز بود. آرام آرام که این مفهوم به اوج تکاملش نزدیک می‌شد، مفهوم انرژی در کنارش، خودش را نشان داد و پیشرفت کرد. در اواسط قرن نوزدهم اصل پایستگی انرژی کشف شد و سریعاً قوانین ترمودینامیک از آن حاصل شدند. جالب است بدانید، اصول پایستگی، قلب مکانیک نیوتنی است. پایستگی تکانه، انرژی و تکانه زاویه‌ای مکانیک کلاسیک را در قالبی جدید بازنویسی کردند.
به موازات همین دوران، روش های تجربی و ابزارهای ریاضی مکانیک نیوتنی، علاوه بر سیستم‌های صلب (یعنی سیستمی که پیوسته است مثل بدن خود شما! که از بی نهایت ذره‌ی به‌هم چسبیده تشکیل شده است) به سامانه‌ای از ذرات (یعنی تعداد زیادی از ذرات جدا از هم، که به هم نیرو وارد می‌کنند) هم اعمال شد و منجر به مکانیکی شد به نام مکانیک پیوسته!!! دانشمندان از روی همین علم، نظریه‌های پیشتازانه‌ی جدیدی را خلق کردند مثل مکانیک سیالات، مکانیک موجی و الکترومغناطیس! همین علوم به آرامی نظریه‌ای را تکامل بخشید که دنیای فیزیک نوین را متحول کرد. یعنی نطریه‌ی موجی نور! وقتی این نظریه مطرح شد، در ذهن خیلی‌ها تناقض‌های عجیب و غریب و سوالات جالبی به وجود آمد. یکی از این سوالات این بود؟؟؟
آیا نور در داخل ماده‌ی شگفت‌انگیزی منتشر می‌شود، مثلا اتر؟؟؟ چند آزمایش اپتیکی نشان دادند ( آزمایش های مایکلسون- مورلی) که این نظریه اشتباه است.خیلی ها سعی کردند همه چیز را با مکانیک کلاسیک توجیه کنند، اما موفق نشدند. سوالات آنچنان اساسی بود که کل مکانیک کلاسیک را زیر سوال برد. اصلا از همان اول کار، فرض مطلق بودن فضا و زمان اشتباه بود. آلبرت اینشتین، تنها کسی بود که با ارائه‌ی نظریه‌ی نسبیت خاص خود، توانست تناقض بین مکانیک نیوتنی و علم اپتیک را برطرف کند. نسبیت خاص، چارچوبی برای توصیف حرکت اجسامی با سرعت‌هایی قابل مقایسه با سرعت نور را بنا گذاشت (یعنی سرعت‌هایی در محدوده‌ی \(v>0.1c\)).
این نخستین نارسایی علم مکانیک نیوتنی بود. دومین تناقض وقتی به وجود می‌آید که به ابعاد ریز و بسیار کوچک نزدیک شویم! علمی که حرکت ذرات بسیار ریز را توصیف می‌کند، مکانیک آماری است. این علم از ذرات ریز شروع می کند و پلی بین خواص میکروسکوپی و ماکروسکوپی برقرار می کند. اما دقیقاً همین جا متوجه شدیم که مکانیک کلاسیک نمی تواند ویژگی‌های ترمودینامیکی (خواص ماکروسکوپی) گازها را توجیه کند. بهتر بگوییم حتی نمی توانست ویژگی‌های ترمودینامیکی را به صورت کیفی توجیه کند چه برسد به عددی! این جا بود که مکانیک کوانتومی به داد فیزیک رسید! مکانیک کوانتومی فیزیک ذره‌های ریز و کوچک را با دقتی باور نکردنی توصیف می‌کرد.
اما یک جای دیگر کار هم می‌لنگید. فیزیک کلاسیک نمی‌توانست حرکت اجسام بسیار سنگین را هم توصیف کند. طبق یک آزمایش تجربی فهمیدیم، قانون جهانی نیوتن باید جای خودش را با همتای قوی‌ترش یعنی نسبیت عام عوض کند. در انتهای قرن بیستم میلادی و اوایل قرن بیست و یک، مشاهداتی مثل انبساط عالم و خیلی چیزهای دیگر، مفهوم جدیدتری به نام انرژی تاریک را در قالب فیزیک نوین گنجاند. پس باید فکری به حال فرمول بندی فیزیک کنیم تا از این وضعیت اسف بار خارج شویم.