Vad är kvantitativ fysik?

Kvantitativ fysik är den gren av fysik som involverar forskning genom upprepad mätning och matematisk analys av experimentella resultat. Det skiljer sig från vissa grenar av teoretisk fysik, till exempel kvantmekanik eller strängteoriforskning, där mycket av den underliggande teorin inte kan testas i den verkliga världen, eller i ett laboratorium på jorden med aktuell teknik från och med 2011. Alla fält av kvantitativ forskning som kvantitativ fysik härleder sina slutsatser från en statistisk analys av stora mängder experimentella data. Dessa data är dock ofta så omfattande och komplexa att datorer används för att göra matematisk modellering av data för att tolka dem bättre. Ett exempel på användning av kvantitativ fysik skulle inkludera klimatstudier som körs på superdatorer för att förutsäga klimatologiska förändringar från olika naturliga termodynamiska krafter som spelas på, i eller nära jorden, liksom från förändringar i solaktivitet under långa tidsperioder. .

Studien av fysik i dess kärna är mätningen av förändringar i materie och energi, och detta gör att de flesta fysiker forskar kvantitativ fysik i en eller annan form. Kvantitativ studie är också viktig i fysiken eftersom många av de fysiska lagarna, såsom ljusets hastighet eller jordens gravitationskraft, inte kan definieras kvantitativt bara genom mänsklig observation med de fem sinnena. Det är möjligt att observera en fallande kropp, men utan att noggrant mäta nedstigningshastigheten uppnås ingen tydlig bild av hur stark tyngdekraft faktiskt är. Kvantitativ forskningsfysik använder därför matematik som ett abstrakt sätt att förstå krafter i arbetet i universum.

Processer som involverar kvantitativ studie är dock inte alltid avsedda att representera vardagens verklighet. Fysiken bestämmer de ideala förhållandena under vilka materie, energi, rymd och tid interagerar genom upprepad mätning och observation och bestämmer sedan sannolikheten för att händelser inträffar. Fysikekvationer som används för detta är baserade på abstrakta matematiska begrepp som endast bevisas sanna med ett stort antal upprepade experiment. Kvantitativ fysik kan till exempel förutsäga ytan på en sfärisk planet i rymden, men det finns inget sådant som en perfekt sfär eller någon annan perfekt geometrisk form i den naturliga världen, så processen är i viss utsträckning en approximation .

Idealiska framställningar i fysik, såsom den kulistiska banan i en kula genom luften, är baserade på kvantitativa fysikprinciper för gravitationskraft och luftmotstånd, men de kan bara förutsäga en allmän bana för en kula, inte den faktiska, exakta platsen på vilken det kommer att landa. Att använda ekvationer och formler i kvantitativ fysik innebär ofta att medelvärdet av några av de variabler som spelas in eller genom att använda matematiska genvägar för att förhindra deras effekt på ekvationen. Detta beror på att målet är att förstå naturlagarna i princip framför specifika, slumpmässiga tillämpningar.

Beräkningsfysik kompletterar ofta kvantitativ fysik i laboratoriet, där ekvationer inte formellt eller tillräckligt kan testas i verkliga experiment. Ofta används algoritmer för att effektivisera sådana beräkningar. Algoritmer är en uppsättning matematiska regler som datorn använder för att minska antalet beräkningar som behövs för att lösa ett problem till en ändlig serie steg. Datorhjälp för kvantitativ fysik används vanligtvis inom områden där mycket komplexa interaktioner äger rum, till exempel inom materialvetenskap, kärnkraftsacceleratorforskning och molekylär dynamik inom biologi.