Co je kvantitativní fyzika?

Kvantitativní fyzika je odvětví fyziky, která zahrnuje výzkum opakovaným měřením a matematickou analýzou experimentálních výsledků. Liší se od některých větví teoretické fyziky, například, jako je kvantová mechanika nebo výzkum teorie řetězců, kde většina základní teorie nelze testovat v reálném světě nebo v laboratoři na Zemi s současnou technologií od roku 2011. Jakákoli oblast kvantitativního výzkumu, jako je kvantitativní fyzika, pochází její závěry statistické analýzy experimentálních dat. Tato data jsou však často tak obrovská a složitá, že počítače se používají k matematickému modelování dat, aby je lépe interpretovaly. Příkladem použití kvantitativní fyziky by zahrnovalo použití klimatických studií na superpočítačích k predikci klimatologických změn z různých přírodních termodynamických sil při hře na, nebo v blízkosti Země, jakož i ze změn ve sluneční aktivitě po dlouhou dobu.

Studium fyziky v jejím jádru je měření změn ve hmotě a energii, což je většina fyzikálního výzkumu kvantitativní fyzika v té či oné podobě. Kvantitativní studie je také důležitá ve fyzice, protože mnoho fyzických zákonů, jako je rychlost světla nebo gravitační tah Země, nelze kvantitativně definovat pouze lidským pozorováním s pěti smysly. Je možné pozorovat padající tělo, ale bez přesně měření jeho míry sestupu nedojde k žádnému jasnému obrazu, jak silná gravitace skutečně je. Fyzika kvantitativního výzkumu proto používá matematiku jako abstraktní způsob porozumění silám při práci ve vesmíru.

Procesy, které zahrnují kvantitativní studii, však nejsou vždy určeny k reprezentaci každodenní reality. Fyzika určuje ideální podmínky, za kterých záležitost, energie, prostor a čas interagují prostřednictvím opakovaného měření a OBServation a poté určuje pravděpodobnost událostí. Fyzikální rovnice použité pro toto jsou založeny na abstraktních matematických koncepcích, které jsou prokázány pouze s velkým počtem opakovaných experimentů. Například kvantitativní fyzika může předpovídat povrchovou plochu sférické planety ve vesmíru, ale neexistuje nic jako dokonalá koule nebo jiný dokonalý geometrický tvar v přírodním světě, takže proces je do jisté míry aproximací.

Ideální reprezentace ve fyzice, jako je balistická trajektorie kulky vzduchem, jsou založeny na principech kvantitativní fyziky gravitačního tahu a odolnosti proti vzduchu, ale mohou předpovídat pouze obecnou trajektorii kulky, nikoli na skutečné, přesné místo, na kterém přistál. Použití rovnic a vzorců v kvantitativní fyzice často zahrnuje průměrování některých proměnných, které přicházejí do hry nebo používají matematické zkratky, aby negovaly jejich účinek na rovnici. Je to proto, že cílem jepochopit přírodní zákony v zásadě ohledně zákonů konkrétních náhodných aplikací.

Výpočetní fyzika často doplňuje kvantitativní fyziku v laboratoři, kde rovnice nelze formálně nebo přiměřeně testovat v experimentech v reálném světě. Algoritmy se často používají k zefektivnění těchto výpočtů. Algoritmy jsou sadou matematických pravidel, která počítač používá ke snížení počtu výpočtů potřebných k vyřešení problému na konečnou řadu kroků. Počítačová pomoc pro kvantitativní fyziku se obvykle používá v oblastech, kde probíhají velmi složité interakce, například ve vědě o materiálech, výzkum jaderného akcelerátoru a molekulární dynamika v biologii.