Wat is kwantitatieve fysica?
Kwantitatieve fysica is de tak van de fysica die onderzoek omvat door herhaalde metingen en wiskundige analyse van experimentele resultaten. Het verschilt van sommige takken van theoretische fysica, zoals kwantummechanica of snaartheorie-onderzoek, waar veel van de onderliggende theorie niet kan worden getest in de echte wereld, of in een laboratorium op aarde met de huidige technologie vanaf 2011. Elk veld van kwantitatief onderzoek zoals kwantitatieve fysica ontleent zijn conclusies aan een statistische analyse van grote hoeveelheden experimentele gegevens. Deze gegevens zijn echter vaak zo uitgebreid en complex dat computers worden gebruikt om de gegevens wiskundig te modelleren om ze beter te interpreteren. Een voorbeeld van het gebruik van kwantitatieve fysica zou omvatten dat van klimaatstudies uitgevoerd op supercomputers om klimatologische veranderingen te voorspellen van verschillende natuurlijke thermodynamische krachten die spelen op, in of nabij de aarde, evenals van veranderingen in zonneactiviteit gedurende lange perioden .
De studie van fysica in de kern is het meten van veranderingen in materie en energie, en dit maakt dat de meeste fysica kwantitatieve fysica in een of andere vorm onderzoeken. Kwantitatief onderzoek is ook belangrijk in de fysica omdat veel van de fysische wetten, zoals de snelheid van het licht of de zwaartekracht van de aarde, niet kwantitatief kunnen worden bepaald, alleen door menselijke observatie met de vijf zintuigen. Het is mogelijk om een vallend lichaam waar te nemen, maar zonder precies de daalsnelheid te meten, wordt er geen duidelijk beeld verkregen van hoe sterk de zwaartekracht eigenlijk is. Kwantitatieve onderzoeksfysica gebruikt daarom wiskunde als een abstracte manier om krachten te begrijpen die werken in het universum.
Processen die kwantitatief onderzoek vereisen, zijn echter niet altijd bedoeld om de dagelijkse realiteit weer te geven. De fysica bepaalt de ideale omstandigheden waaronder materie, energie, ruimte en tijd op elkaar inwerken door herhaalde metingen en observatie, en bepaalt vervolgens de waarschijnlijkheid van gebeurtenissen. De fysica-vergelijkingen die hiervoor worden gebruikt, zijn gebaseerd op abstracte wiskundige concepten die alleen met grote aantallen herhaalde experimenten zijn bewezen. Kwantitatieve fysica kan bijvoorbeeld het oppervlak van een bolvormige planeet in de ruimte voorspellen, maar er bestaat niet zoiets als een perfecte bol of een andere perfecte geometrische vorm in de natuurlijke wereld, dus het proces is tot op zekere hoogte een benadering .
Ideale representaties in de fysica, zoals het ballistische traject van een kogel door de lucht, zijn gebaseerd op kwantitatieve fysica-principes van zwaartekracht en luchtweerstand, maar ze kunnen alleen een algemeen traject voor een kogel voorspellen, niet de werkelijke, precieze plek waarop het zal landen. Het gebruik van vergelijkingen en formules in de kwantitatieve fysica houdt vaak in dat een aantal van de variabelen die worden gebruikt, wordt gemiddeld of dat wiskundige snelkoppelingen worden gebruikt om hun effect op de vergelijking teniet te doen. Dit komt omdat het doel is om de natuurwetten in principe te begrijpen boven die van specifieke, willekeurige toepassingen.
Computationele fysica vormt een aanvulling op de kwantitatieve fysica in het laboratorium, waar vergelijkingen niet formeel of adequaat kunnen worden getest in echte experimenten. Vaak worden algoritmen gebruikt om dergelijke berekeningen te stroomlijnen. Algoritmen zijn een set wiskundige regels die de computer gebruikt om het aantal berekeningen dat nodig is om een probleem op te lossen te verminderen tot een eindige reeks stappen. Computerhulp voor kwantitatieve fysica wordt meestal gebruikt in gebieden waar zeer complexe interacties plaatsvinden, zoals in materiaalkunde, onderzoek naar nucleaire versnellers en moleculaire dynamica in de biologie.