La physique quantitative est la branche de la physique qui implique la recherche par mesure répétée et analyse mathématique des résultats expérimentaux. Il diffère de certaines branches de la physique théorique, par exemple, telles que la mécanique quantique ou la recherche sur la théorie des cordes, où une grande partie de la théorie sous-jacente ne peut pas être testée dans le monde réel, ou dans un laboratoire sur Terre avec la technologie actuelle à partir de 2011. Tout domaine de la recherche quantitative comme la physique quantitative tire ses conclusions d’une analyse statistique de grandes quantités de données expérimentales. Cependant, ces données sont souvent si vastes et complexes que les ordinateurs sont utilisés pour effectuer une modélisation mathématique des données afin de mieux les interpréter. Un exemple de l’utilisation de la physique quantitative comprendrait celui des études climatiques exécutées sur des superordinateurs pour prédire les changements climatologiques de diverses forces thermodynamiques naturelles en jeu sur, dans ou près de la Terre, ainsi que des changements de l’activité solaire sur de longues périodes de temps. .
L’étude de la physique en son cœur est la mesure des changements dans la matière et l’énergie, ce qui fait que la plupart des recherches en physique font de la physique quantitative sous une forme ou une autre. L’étude quantitative est également importante en physique car de nombreuses lois physiques, telles que la vitesse de la lumière ou l’attraction gravitationnelle de la Terre, ne peuvent pas être définies quantitativement uniquement par l’observation humaine avec les cinq sens. Il est possible d’observer la chute d’un corps, mais sans mesurer avec précision sa vitesse de descente, aucune image claire n’est obtenue de la force réelle de la gravité. La physique de recherche quantitative utilise donc les mathématiques comme un moyen abstrait de comprendre les forces à l’œuvre dans l’univers.
Les processus qui impliquent une étude quantitative, cependant, ne sont pas toujours destinés à représenter la réalité quotidienne. La physique détermine les conditions idéales dans lesquelles la matière, l’énergie, l’espace et le temps interagissent par le biais de mesures et d’observations répétées, puis détermine la probabilité que des événements se produisent. Les équations de physique utilisées pour cela sont basées sur des concepts mathématiques abstraits qui ne sont prouvés vrais qu’avec un grand nombre d’expériences répétées. La physique quantitative, par exemple, peut prédire la surface d’une planète sphérique dans l’espace, mais il n’y a pas de sphère parfaite ou toute autre forme géométrique parfaite dans le monde naturel, donc le processus est, dans une certaine mesure, une approximation .
Les représentations idéales en physique, telles que la trajectoire balistique d’une balle dans l’air, sont basées sur les principes physiques quantitatifs de l’attraction gravitationnelle et de la résistance de l’air, mais elles ne peuvent prédire qu’une trajectoire générale pour une balle, pas l’endroit précis et réel sur lequel il atterrira. L’utilisation d’équations et de formules en physique quantitative implique souvent de faire la moyenne de certaines des variables qui entrent en jeu ou d’utiliser des raccourcis mathématiques pour annuler leur effet sur l’équation. En effet, l’objectif est de comprendre les lois de la nature en principe par rapport à celles d’applications spécifiques et aléatoires.
La physique informatique complète souvent la physique quantitative en laboratoire, où les équations ne peuvent pas être testées de manière formelle ou adéquate dans des expériences du monde réel. Souvent, des algorithmes sont utilisés pour rationaliser ces calculs. Les algorithmes sont un ensemble de règles mathématiques que l’ordinateur utilise pour réduire le nombre de calculs nécessaires pour résoudre un problème à une série finie d’étapes. L’assistance informatique pour la physique quantitative est généralement utilisée dans des domaines où des interactions très complexes ont lieu, comme la science des matériaux, la recherche sur les accélérateurs nucléaires et la dynamique moléculaire en biologie.