Co to jest fizyka ilościowa?

Fizyka ilościowa jest gałęzią fizyki, która obejmuje badania poprzez powtarzane pomiar i analizę matematyczną wyników eksperymentalnych. Różni się od niektórych gałęzi fizyki teoretycznej, na przykład, takimi jak mechanika kwantowa lub badania teorii strun, w których znaczna część teorii podstawowej nie można przetestować w świecie rzeczywistym lub w laboratorium na Ziemi z obecną technologią od 2011 r.. Każda dziedzina badań ilościowych, takich jak fizyka ilościowa, wywodzi swoje wnioski z statystycznej analizy dużych ilości ilości eksperymentów. Dane te są często tak ogromne i złożone, że komputery są używane do wykonywania matematycznego modelowania danych, aby lepiej je interpretować. Przykład zastosowania fizyki ilościowej obejmowałby badania klimatyczne przeprowadzane na superkomputerach w celu przewidywania zmian klimatologicznych z różnych naturalnych sił termodynamicznych, które grają na ziemi, lub w pobliżu Ziemi, a także zmiany aktywności słonecznej przez długi czas.

Badanie fizyki u jej podstaw jest pomiarami zmian materii i energii, co czyni większość badań fizyki fizyki ilościowej w takiej czy innej formie. Badanie ilościowe jest również ważne w fizyce, ponieważ wiele praw fizycznych, takich jak prędkość światła lub grawitacyjne przyciąganie Ziemi, nie można ilościowo zdefiniować tylko przez ludzką obserwację z pięcioma zmysłami. Możliwe jest obserwowanie spadającego ciała, ale bez precyzyjnego pomiaru jego szybkości zejścia nie osiągnie wyraźnego obrazu, jak faktycznie jest silna grawitacja. Fizyka badań ilościowych wykorzystuje zatem matematykę jako abstrakcyjny sposób zrozumienia sił pracujących we wszechświecie.

Procesy

obejmujące badanie ilościowe nie zawsze mają na celu reprezentowanie codziennej rzeczywistości. Fizyka określa idealne warunki, w których materia, energia, przestrzeń i czas oddziałują na powtarzane pomiar i oBservation, a następnie określa prawdopodobieństwo wystąpienia zdarzeń. Zastosowane do tego równania fizyki oparte są na abstrakcyjnych koncepcjach matematycznych, które są udowodnione tylko w przypadku dużej liczby powtarzających się eksperymentów. Na przykład fizyka ilościowa może przewidzieć powierzchnię sferycznej planety w przestrzeni, ale nie ma czegoś takiego jak idealna kula lub inny doskonały kształt geometryczny w świecie przyrody, więc proces jest w pewnym stopniu przybliżenie.

Idealne przedstawienia w fizyce, takie jak trajektoria balistyczna kuli w powietrzu, oparte są na zasadach fizyki ilościowej fizyki grawitacyjnej i odporności na powietrze, ale mogą jedynie przewidzieć ogólną trajektorię kuli, a nie faktyczne, precyzyjne miejsce, na którym wyląduje. Wykorzystanie równań i wzoru w fizyce ilościowej często obejmuje uśrednienie niektórych zmiennych, które wchodzą w grę lub stosowanie skrótów matematycznych w celu zredagowania ich wpływu na równanie. Jest tak, ponieważ celem jestAby zrozumieć prawa natury zasadniczo w stosunku do konkretnych, losowych zastosowań.

Fizyka obliczeniowa często uzupełnia fizykę ilościową w laboratorium, w której równania nie można formalnie lub odpowiednio testować w eksperymentach w świecie rzeczywistym. Często algorytmy są używane do usprawnienia takich obliczeń. Algorytmy są zestawem reguł matematycznych, których komputer używa do zmniejszenia liczby obliczeń potrzebnych do rozwiązania problemu do skończonej serii kroków. Pomoc komputerowa dla fizyki ilościowej jest zwykle stosowana w obszarach, w których odbywają się bardzo złożone interakcje, takie jak w naukach materiałowych, badania akceleratora jądrowego i dynamika molekularna w biologii.