¿Qué es la física cuantitativa?

La física cuantitativa es la rama de la física que implica la investigación mediante mediciones repetidas y análisis matemáticos de resultados experimentales. Difiere de algunas ramas de la física teórica, por ejemplo, como la mecánica cuántica o la investigación de la teoría de cuerdas, donde gran parte de la teoría subyacente no se puede probar en el mundo real o en un laboratorio en la Tierra con tecnología actual a partir de 2011. Cualquier campo La investigación cuantitativa como la física cuantitativa deriva sus conclusiones de un análisis estadístico de grandes cantidades de datos experimentales. Sin embargo, estos datos a menudo son tan vastos y complejos que las computadoras se utilizan para modelar matemáticamente los datos para interpretarlos mejor. Un ejemplo del uso de la física cuantitativa incluiría el de los estudios climáticos realizados en supercomputadoras para predecir los cambios climatológicos de diversas fuerzas termodinámicas naturales en juego en la Tierra o cerca de ella, así como los cambios en la actividad solar durante largos períodos de tiempo. .

El estudio de la física en su núcleo es la medición de los cambios en la materia y la energía, y esto hace que la mayoría de las investigaciones de física cuantifiquen la física de una forma u otra. El estudio cuantitativo también es importante en física porque muchas de las leyes físicas, como la velocidad de la luz o la atracción gravitacional de la Tierra, no pueden definirse cuantitativamente solo por la observación humana con los cinco sentidos. Es posible observar una caída del cuerpo, pero, sin medir con precisión su velocidad de descenso, no se obtiene una imagen clara de cuán fuerte es la gravedad en realidad. La física de investigación cuantitativa, por lo tanto, utiliza las matemáticas como una forma abstracta de entender las fuerzas que actúan en el universo.

Sin embargo, los procesos que implican un estudio cuantitativo no siempre tienen la intención de representar la realidad cotidiana. La física determina las condiciones ideales bajo las cuales la materia, la energía, el espacio y el tiempo interactúan a través de mediciones y observaciones repetidas, y luego determina la probabilidad de que ocurran eventos. Las ecuaciones físicas utilizadas para esto se basan en conceptos matemáticos abstractos que solo se prueban verdaderos con un gran número de experimentos repetidos. La física cuantitativa, por ejemplo, puede predecir el área de superficie de un planeta esférico en el espacio, pero no existe en el mundo natural una esfera perfecta ni ninguna otra forma geométrica perfecta, por lo que el proceso es, en cierta medida, una aproximación .

Las representaciones ideales en física, como la trayectoria balística de una bala a través del aire, se basan en principios físicos cuantitativos de fuerza gravitacional y resistencia al aire, pero solo pueden predecir una trayectoria general para una bala, no el punto preciso real sobre el cual aterrizará Usar ecuaciones y fórmulas en física cuantitativa a menudo implica promediar algunas de las variables que entran en juego o usar atajos matemáticos para negar su efecto en la ecuación. Esto se debe a que el objetivo es comprender las leyes de la naturaleza en principio sobre las aplicaciones específicas y aleatorias.

La física computacional a menudo complementa la física cuantitativa en el laboratorio, donde las ecuaciones no pueden ser probadas formal o adecuadamente en experimentos del mundo real. A menudo, se utilizan algoritmos para simplificar tales cálculos. Los algoritmos son un conjunto de reglas matemáticas que la computadora usa para reducir la cantidad de cálculos necesarios para resolver un problema en una serie finita de pasos. La asistencia informática para la física cuantitativa generalmente se emplea en áreas donde se producen interacciones muy complejas, como en la ciencia de los materiales, la investigación del acelerador nuclear y la dinámica molecular en biología.