Hva er kvantitativ fysikk?

Kvantitativ fysikk er den grenen av fysikk som involverer forskning ved gjentatt måling og matematisk analyse av eksperimentelle resultater. Det skiller seg fra noen grener av teoretisk fysikk, for eksempel kvantemekanikk eller strengteoriforskning, der mye av den underliggende teorien ikke kan testes i den virkelige verden, eller i et laboratorium på jorden med nåværende teknologi fra 2011. Ethvert felt av kvantitativ forskning som kvantitativ fysikk henter sine konklusjoner fra en statistisk analyse av store mengder eksperimentelle data. Disse dataene er imidlertid ofte så omfattende og komplekse at datamaskiner brukes til å gjøre matematisk modellering av dataene for å tolke dem bedre. Et eksempel på bruk av kvantitativ fysikk vil inkludere den av klimastudier som kjøres på superdatamaskiner for å forutsi klimatologiske forandringer fra forskjellige naturlige termodynamiske krefter som spiller på, i eller i nærheten av jorden, samt fra endringer i solaktivitet over lengre tid .

Studiet av fysikk i kjernen er måling av endringer i materie og energi, og dette gjør at de fleste fysikere forsker på kvantitativ fysikk i en eller annen form. Kvantitativ studie er også viktig i fysikken fordi mange av de fysiske lovene, for eksempel lysets hastighet eller gravitasjonstrekk på jorden, ikke kan defineres kvantitativt bare ved menneskelig observasjon med de fem sansene. Det er mulig å observere et fallende legeme, men uten nøyaktig å måle nedstigningshastigheten oppnås det noe klart bilde av hvor sterk tyngdekraft faktisk er. Kvantitativ forskningsfysikk bruker derfor matematikk som en abstrakt måte å forstå krefter på jobb i universet.

Prosesser som involverer kvantitativ studie, er imidlertid ikke alltid ment å representere hverdagens virkelighet. Fysikk bestemmer de ideelle forholdene under hvilke materie, energi, rom og tid samhandler gjennom gjentatt måling og observasjon, og bestemmer deretter sannsynligheten for at hendelser skal oppstå. Fysikklikninger som brukes for dette er basert på abstrakte matematiske begreper som bare er bevist sanne med et stort antall gjentatte eksperimenter. Kvantitativ fysikk kan for eksempel forutsi overflaten til en sfærisk planet i verdensrommet, men det er ikke noe som heter en perfekt sfære eller noen annen perfekt geometrisk form i den naturlige verden, så prosessen er til en viss grad en tilnærming .

Ideelle fremstillinger i fysikk, for eksempel den ballistiske banen til en kule gjennom luften, er basert på kvantitative fysikkprinsipper for gravitasjonstrekk og luftmotstand, men de kan bare forutsi en generell bane for en kule, ikke det faktiske, presise stedet der den vil lande. Å bruke ligninger og formler i kvantitativ fysikk innebærer ofte å beregne noen av variablene som kommer inn i spillet, eller bruke matematiske snarveier for å negere effekten deres på ligningen. Dette skyldes at målet er å forstå naturlovene i prinsippet over spesifikke, tilfeldige bruksområder.

Beregningsfysikk utfyller ofte kvantitativ fysikk i laboratoriet, der ligninger ikke kan testes formelt eller tilstrekkelig i virkelige eksperimenter. Ofte brukes algoritmer for å effektivisere slike beregninger. Algoritmer er et sett med matematiske regler som datamaskinen bruker for å redusere antall beregninger som trengs for å løse et problem ned til en begrenset rekke trinn. Datahjelp for kvantitativ fysikk blir vanligvis brukt i områder der svært komplekse interaksjoner finner sted, for eksempel innen materialvitenskap, kjerneverskelighetsforskning og molekylær dynamikk i biologi.