Digamos que enfrento un problema de física con una oda o pde que no tiene soluciones únicas. ¿Cómo puedo saber cuál es la solución real?

Esta es una buena pregunta. Es algo en lo que no se suele pensar. La respuesta es que la naturaleza del problema físico determina qué soluciones son correctas. Al comenzar el problema, debe asumir algunas propiedades sobre la naturaleza de la solución.

Para dar un ejemplo simple: si resuelve algo como la energía cinética, [matemática] 1 / 2mv ^ 2 [/ matemática], no puede ser negativa. Si una solución da números negativos, entonces obviamente no es la solución verdadera.

Más profundamente, observe una ecuación diferencial como [math] \ frac {du} {dx} = 0 [/ math]. Usualmente decimos que esto tiene una solución única dada por una constante. Pero en realidad, cualquier función constante por partes satisface esta ecuación *. Por ejemplo, [matemáticas] y = 2, x <3; y = 500, más [/ matemáticas]. Cuando decimos que la solución 'única' es una constante, hemos asumido que la solución es continua. Tales suposiciones se basan en una comprensión profunda de la naturaleza de la física.

* Donde hablamos de soluciones débiles a la ecuación diferencial.

La respuesta convencional sería que el problema no debe estar “bien planteado”: dado que se supone que las situaciones físicas reales solo pueden tener un estado estable (si es un sistema estático) o un curso de desarrollo (si es un sistema dinámico), generalmente se argumenta que un modelo matemático propuesto para tal que no tiene precisamente una solución físicamente realizable debe estar en error, en una o más de varias formas posibles. Estos incluyen (pero no se limitan a): deficiencias / inexactitudes en el modelo físico de la situación física; deficiencias / inexactitudes en el modelo matemático del modelo físico; deficiencias / inexactitudes en la especificación del modelo matemático; deficiencias / inexactitudes en la demostración de que el problema tal como se plantea no tiene precisamente una solución (es decir, tal vez lo que está mal es la afirmación de que el modelo propuesto no tiene una solución única físicamente significativa). HTH.

Además, cuando todas las soluciones son físicamente viables, las condiciones iniciales y / o límite, que se obtienen al observar la naturaleza del problema, determinan una solución única.

Por ejemplo, al resolver un PDE de difusión, también debe describir el sistema cualitativamente: cómo se ve el estado inicial, si hay un sumidero o una fuente en el límite, y así sucesivamente.