Hvad er kvantitativ fysik?
Kvantitativ fysik er den gren af fysik, der involverer forskning ved gentagen måling og matematisk analyse af eksperimentelle resultater. Det adskiller sig fra nogle grene af teoretisk fysik, f.eks. Kvantemekanik eller strengteoriforskning, hvor meget af den underliggende teori ikke kan testes i den virkelige verden eller i et laboratorium på Jorden med nuværende teknologi fra 2011. Ethvert felt af kvantitativ forskning som kvantitativ fysik udleder sine konklusioner fra en statistisk analyse af store mængder eksperimentelle data. Disse data er dog ofte så omfattende og komplekse, at computere bruges til at udføre matematisk modellering af dataene for at fortolke dem bedre. Et eksempel på brugen af kvantitativ fysik ville omfatte det af klimastudier, der køres på supercomputere for at forudsige klimatologiske ændringer fra forskellige naturlige termodynamiske kræfter, der spiller på, i eller i nærheden af Jorden, samt fra ændringer i solaktivitet over lang tid. .
Undersøgelsen af fysik ved dens kerne er måling af ændringer i stof og energi, og dette gør de fleste fysik til at undersøge kvantitativ fysik i en eller anden form. Kvantitativ undersøgelse er også vigtig i fysikken, fordi mange af de fysiske love, såsom lysets hastighed eller jordens tyngdepunkt, ikke kan defineres kvantitativt blot ved menneskelig observation med de fem sanser. Det er muligt at observere et faldende legeme, men uden nøjagtigt at måle dens nedstigningshastighed opnås der et klart billede af, hvor stærk tyngdekraft faktisk er. Kvantitativ forskningsfysik bruger derfor matematik som en abstrakt måde at forstå kræfter på arbejdet i universet.
Processer, der involverer kvantitativ undersøgelse, er imidlertid ikke altid beregnet til at repræsentere hverdagens virkelighed. Fysik bestemmer de ideelle betingelser, under hvilke stof, energi, rum og tid interagerer gennem gentagen måling og observation og bestemmer derefter sandsynligheden for, at der sker begivenheder. Fysik ligninger anvendt til dette er baseret på abstrakte matematiske begreber, der kun bevises sandt med et stort antal gentagne eksperimenter. Kvantitativ fysik kan for eksempel forudsige overfladen af en sfærisk planet i rummet, men der er ikke sådan noget som en perfekt kugle eller nogen anden perfekt geometrisk form i den naturlige verden, så processen er til en vis grad en tilnærmelse .
Ideelle repræsentationer i fysik, såsom den kuglebane i en kugle gennem luften, er baseret på kvantitative fysikprincipper for tyngdekrafttrækning og luftmodstand, men de kan kun forudsige en generel bane for en kugle, ikke det faktiske, præcise sted, hvorpå det vil lande. Brug af ligninger og formler i kvantitativ fysik involverer ofte gennemsnit af nogle af de variabler, der kommer i spil eller ved hjælp af matematiske genveje til at bortfalde deres virkning på ligningen. Dette skyldes, at målet er at forstå naturlovene i princippet i forhold til specifikke, tilfældige anvendelser.
Beregningsfysik supplerer ofte kvantitativ fysik i laboratoriet, hvor ligninger ikke formelt eller tilstrækkeligt kan testes i virkelige eksperimenter. Ofte bruges algoritmer til at strømline sådanne beregninger. Algoritmer er et sæt matematiske regler, som computeren bruger til at reducere antallet af beregninger, der er nødvendige for at løse et problem ned til en endelig række trin. Computerhjælp til kvantitativ fysik anvendes normalt i områder, hvor meget komplekse interaktioner finder sted, såsom inden for materialevidenskab, nuklear accelerator-forskning og molekylær dynamik i biologi.