¿Cuál es la relación entre la física matemática y la física teórica?

Física matemática versus física teórica

El término “física matemática” a veces se usa para denotar investigaciones destinadas a estudiar y resolver problemas inspirados en la física o experimentos de pensamiento dentro de un marco matemáticamente riguroso. En este sentido, la física matemática cubre un ámbito académico muy amplio que se distingue solo por la combinación de la matemática pura y la física. Aunque relacionada con la física teórica, la física matemática en este sentido enfatiza el rigor matemático del mismo tipo que se encuentra en las matemáticas.

Por otro lado, la física teórica enfatiza los vínculos con las observaciones y la física experimental, que a menudo requiere que los físicos teóricos (y los físicos matemáticos en el sentido más general) utilicen argumentos heurísticos, intuitivos y aproximados. Tales argumentos no son considerados rigurosos por los matemáticos, pero eso está cambiando con el tiempo.

Dichos físicos matemáticos amplían y aclaran principalmente las teorías físicas. Debido al nivel requerido de rigor matemático, estos investigadores a menudo abordan preguntas que los físicos teóricos ya han considerado resueltas. Sin embargo, a veces pueden mostrar (pero no comúnmente ni fácilmente) que la solución anterior era incompleta, incorrecta o simplemente demasiado ingenua. Los problemas sobre los intentos de inferir la segunda ley de la termodinámica a partir de la mecánica estadística son ejemplos. Otros ejemplos se refieren a las sutilezas involucradas con los procedimientos de sincronización en la relatividad especial y general (efecto Sagnac y sincronización Einstein)

El esfuerzo por poner las teorías físicas sobre una base matemáticamente rigurosa ha inspirado muchos desarrollos matemáticos. Por ejemplo, el desarrollo de la mecánica cuántica y algunos aspectos del análisis funcional son paralelos entre sí de muchas maneras. El estudio matemático de la mecánica cuántica, la teoría cuántica de campos y la mecánica cuántica estadística ha motivado resultados en álgebras de operadores. El intento de construir una teoría rigurosa del campo cuántico también ha traído progreso en campos como la teoría de la representación. El uso de la geometría y la topología juega un papel importante en la teoría de cuerdas.

Fuente: Wikipedia

La física matemática proporciona varias herramientas teóricas, uno necesita hacer cálculos en física teórica.

Por ejemplo, las ecuaciones diferenciales parciales en física matemática. Las soluciones de estas ecuaciones también incluyen funciones especiales como las funciones de Bessel y las funciones de Legendre.

De manera similar, la teoría de la variable compleja en física matemática incluye los métodos de integración de contornos utilizando la fórmula integral de Cauchy.

Uno puede usar estas herramientas en los cálculos de física teórica. Por ejemplo, si uno está resolviendo la ecuación de onda de Schroedinger para el átomo de hidrógeno para calcular los diversos valores propios, sería necesario resolver una ecuación diferencial parcial tridimensional en coordenadas esféricas. La solución de esta ecuación también requeriría la aplicación de funciones Legendre.

Del mismo modo, un cálculo de la teoría del campo cuántico que involucra un campo cuántico de electrones y un campo cuántico de fotones y sus interacciones requeriría uno para evaluar integrales 4 dimensiones. La fórmula integral de Cachy es útil para llevar a cabo dicho cálculo.