Co je kvantitativní fyzika?

Kvantitativní fyzika je odvětví fyziky, které zahrnuje výzkum opakovaným měřením a matematickou analýzou experimentálních výsledků. Liší se od některých oborů teoretické fyziky, jako je například výzkum kvantové mechaniky nebo teorie strun, kde většinu základní teorie nelze testovat v reálném světě nebo v laboratoři na Zemi se současnou technologií od roku 2011. Jakékoli pole kvantitativního výzkumu, jako je kvantitativní fyzika, odvozuje své závěry ze statistické analýzy velkého množství experimentálních dat. Tato data jsou však často tak rozsáhlá a složitá, že počítače se používají k matematickému modelování dat k jejich lepší interpretaci. Příklad použití kvantitativní fyziky by zahrnoval klimatické studie prováděné na superpočítačích za účelem předpovídání klimatologických změn z různých přírodních termodynamických sil při hře na Zemi nebo v její blízkosti, jakož i ze změn sluneční aktivity po dlouhou dobu. .

Studium fyziky v jeho jádru je měření změn hmoty a energie, a proto je většina fyzikálních výzkumů kvantitativní fyziky v té či oné formě. Kvantitativní studium je také důležité ve fyzice, protože mnoho fyzikálních zákonů, jako je rychlost světla nebo gravitační tah Země, nelze kvantitativně definovat pouhým lidským pozorováním s pěti smysly. Je možné pozorovat padající tělo, ale bez přesného měření rychlosti klesání nedochází k jasnému obrazu o tom, jak silná je gravitace. Kvantitativní výzkumná fyzika proto používá matematiku jako abstraktní způsob pochopení sil při práci ve vesmíru.

Procesy, které zahrnují kvantitativní studium, však nejsou vždy určeny k tomu, aby představovaly každodenní realitu. Fyzika určuje ideální podmínky, za nichž hmota, energie, prostor a čas interagují opakovaným měřením a pozorováním, a pak určuje pravděpodobnost výskytu událostí. Fyzikální rovnice použité pro toto jsou založené na abstraktních matematických pojmech, které jsou prokázány pouze s velkým počtem opakovaných experimentů. Kvantitativní fyzika může například předpovídat povrchovou plochu sférické planety ve vesmíru, ale v přírodním světě neexistuje nic jako dokonalá koule nebo jakýkoli jiný dokonalý geometrický tvar, takže proces je do jisté míry aproximací .

Ideální reprezentace ve fyzice, jako je balistická trajektorie kulky vzduchem, jsou založeny na kvantitativních fyzikálních principech gravitačního tahu a odporu vzduchu, ale mohou předpovídat pouze obecnou trajektorii kulky, nikoli skutečné, přesné místo, na kterém bude přistávat. Použití rovnic a rovnic v kvantitativní fyzice často zahrnuje zprůměrování některých proměnných, které přicházejí do hry, nebo použití matematických zkratek k negaci jejich účinku na rovnici. Je to proto, že cílem je v zásadě porozumět zákonům přírody nad zákonem konkrétních náhodných aplikací.

Výpočetní fyzika často doplňuje kvantitativní fyziku v laboratoři, kde rovnice nemohou být formálně nebo adekvátně testovány v experimentech reálného světa. K zefektivnění těchto výpočtů se často používají algoritmy. Algoritmy jsou množina matematických pravidel, která počítač používá ke snížení počtu výpočtů potřebných k vyřešení problému až do konečné řady kroků. Počítačová pomoc pro kvantitativní fyziku se obvykle používá v oblastech, kde dochází k velmi komplexním interakcím, například ve vědě o materiálech, výzkumu jaderného urychlovače a molekulární dynamice v biologii.