La fisica quantitativa è la branca della fisica che coinvolge la ricerca mediante misurazioni ripetute e analisi matematiche dei risultati sperimentali. Differisce da alcuni rami della fisica teorica, ad esempio, come la meccanica quantistica o la ricerca sulla teoria delle stringhe, in cui gran parte della teoria sottostante non può essere testata nel mondo reale o in un laboratorio sulla Terra con la tecnologia attuale a partire dal 2011. Qualsiasi campo della ricerca quantitativa come la fisica quantitativa trae le sue conclusioni da un’analisi statistica di grandi quantità di dati sperimentali. Questi dati sono spesso così vasti e complessi, tuttavia, che i computer vengono utilizzati per eseguire modelli matematici dei dati per interpretarli meglio. Un esempio dell’uso della fisica quantitativa includerebbe quello degli studi climatici eseguiti su supercomputer per prevedere i cambiamenti climatici dovuti a varie forze termodinamiche naturali in gioco su, dentro o vicino alla Terra, nonché dai cambiamenti nell’attività solare per lunghi periodi di tempo. .
Lo studio della fisica al suo centro è la misurazione dei cambiamenti nella materia e nell’energia, e questo fa sì che la maggior parte della fisica ricerchi la fisica quantitativa in una forma o nell’altra. Lo studio quantitativo è importante anche in fisica perché molte delle leggi fisiche, come la velocità della luce o l’attrazione gravitazionale della Terra, non possono essere definite quantitativamente solo dall’osservazione umana con i cinque sensi. È possibile osservare un corpo che cade, ma, senza misurare con precisione la sua velocità di discesa, non si arriva a un’immagine chiara di quanto sia effettivamente forte la gravità. La fisica della ricerca quantitativa, quindi, usa la matematica come un modo astratto di comprendere le forze all’opera nell’universo.
I processi che coinvolgono lo studio quantitativo, tuttavia, non sono sempre destinati a rappresentare la realtà quotidiana. La fisica determina le condizioni ideali in cui materia, energia, spazio e tempo interagiscono attraverso misurazioni e osservazioni ripetute, quindi determina la probabilità che gli eventi si verifichino. Le equazioni fisiche utilizzate per questo si basano su concetti matematici astratti che si dimostrano veri solo con un gran numero di esperimenti ripetuti. La fisica quantitativa, ad esempio, può prevedere l’area della superficie di un pianeta sferico nello spazio, ma non esiste una sfera perfetta o qualsiasi altra forma geometrica perfetta nel mondo naturale, quindi il processo è, in una certa misura, un’approssimazione .
Le rappresentazioni ideali in fisica, come la traiettoria balistica di un proiettile attraverso l’aria, si basano sui principi della fisica quantitativa dell’attrazione gravitazionale e della resistenza dell’aria, ma possono solo prevedere una traiettoria generale per un proiettile, non il punto effettivo e preciso su cui atterrerà. L’uso di equazioni e formule nella fisica quantitativa spesso comporta la media di alcune delle variabili che entrano in gioco o l’uso di scorciatoie matematiche per negare il loro effetto sull’equazione. Questo perché l’obiettivo è comprendere le leggi della natura in linea di principio rispetto a quelle di applicazioni specifiche e casuali.
La fisica computazionale spesso integra la fisica quantitativa in laboratorio, dove le equazioni non possono essere testate formalmente o adeguatamente negli esperimenti del mondo reale. Spesso vengono utilizzati algoritmi per semplificare tali calcoli. Gli algoritmi sono un insieme di regole matematiche che il computer utilizza per ridurre il numero di calcoli necessari per risolvere un problema fino a una serie finita di passaggi. L’assistenza informatica per la fisica quantitativa viene solitamente impiegata in aree in cui si verificano interazioni molto complesse, come la scienza dei materiali, la ricerca sugli acceleratori nucleari e la dinamica molecolare in biologia.