定量物理学とは何ですか？

定量的物理学は、実験結果の反復測定と数学的分析による研究を含む物理学の分野です。 量子力学や弦理論研究など、基礎となる理論の多くが現実の世界や2011年現在の技術を備えた地球の実験室でテストできない理論物理学のいくつかの分野とは異なります。定量的物理学のような定量的研究は、大量の実験データの統計分析から結論を導き出します。 ただし、このデータは非常に広大で複雑なことが多いため、コンピューターを使用してデータを数学的にモデリングして、データをより適切に解釈します。 定量的物理学の使用例には、スーパーコンピューターで実行される気候研究の例が含まれます。これは、地球上、地球内、または地球付近でのさまざまな自然の熱力学的力からの気候変化、および長期間にわたる太陽活動の変化を予測するものです。

核となる物理学の研究は、物質とエネルギーの変化の測定であり、これにより、ほとんどの物理学研究は、何らかの形の定量的物理学になります。 光の速度や地球の引力などの物理法則の多くは、五感による人間の観察だけでは定量的に定義できないため、物理学では定量的研究も重要です。 落下体を観察することは可能ですが、降下率を正確に測定しなければ、重力が実際にどれだけ強いかについて明確な画像は得られません。 したがって、量的研究物理学は、宇宙で働く力を理解する抽象的な方法として数学を使用します。

ただし、定量的な研究を伴うプロセスは、日常の現実を表すことを常に意図しているわけではありません。 物理学は、物質、エネルギー、空間、時間が相互に作用する理想的な条件を、測定と観察を繰り返して決定し、イベントが発生する確率を決定します。 これに使用される物理方程式は、多数の繰り返し実験でのみ証明される抽象的な数学的概念に基づいています。 たとえば、量的物理学は、宇宙の球状惑星の表面積を予測できますが、自然界には完全な球体やその他の完全な幾何学的形状などは存在しないため、プロセスはある程度近似です。

空気中の弾丸の弾道軌道などの物理学における理想的な表現は、重力による引力と空気抵抗の定量的物理学原理に基づいていますが、実際の正確なスポットではなく、弾丸の一般的な軌道のみを予測できます着陸します。 量的物理学で方程式と数式を使用するには、多くの場合、遊びに出てくる変数の一部を平均化するか、数学的なショートカットを使用して方程式への影響を無効にします。 これは、特定のランダムなアプリケーションの法則よりも原則として自然の法則を理解することが目標だからです。

計算物理学は、実世界の実験で方程式を正式にまたは適切にテストできない実験室での定量物理学を補完することがよくあります。 多くの場合、このような計算を合理化するためにアルゴリズムが使用されます。 アルゴリズムとは、問題を解くために必要な計算の数を有限の一連のステップに減らすためにコンピューターが使用する数学的な規則のセットです。 定量物理学のコンピューター支援は、通常、材料科学、核加速器研究、生物学の分子動力学など、非常に複雑な相互作用が発生する分野で採用されています。