Como otros han escrito, ¡es posible que los humanos generen ecuaciones cada vez más complejas, pero aún así correctas, sin límites!
Es interesante pensar en lo que significa conocer una ecuación … podemos escribir ecuaciones increíblemente complejas, e incluso probar su corrección, especialmente con la ayuda de computadoras, y podemos usar esas ecuaciones … pero en qué punto nos detenemos realmente entendiendo lo que significan?
Aquí hay un ejemplo del Capítulo 4 de mi tesis doctoral en física, en la que discutí las propiedades ópticas de las capas de grafeno en un sustrato.
Utilicé el método de matriz de transferencia para estudiar el contraste de materiales de múltiples capas. Introduje el concepto con un diagrama bastante simple que marca las amplitudes complejas de las ondas de luz que viajan en dos direcciones diferentes cerca de las superficies izquierda y derecha en la enésima capa de un material multicapa:

Y a partir de esta imagen y algunas definiciones básicas, deduje un par de ecuaciones que relacionan las amplitudes complejas de las ondas izquierda y derecha:

Y a partir de ahí, con algunas sustituciones y definiciones más, deduje la matriz de transferencia de una sola capa en una forma que me resultó conveniente para trabajar:

Hasta este punto, diría que entiendo estas ecuaciones, ¡o al menos lo hice hace 5 años, cuando estaba trabajando en escribir esto!
Podría razonar sobre estas ecuaciones.
Podría extraer términos específicos de la ecuación 4.7 y decirle lo que significaban: por ejemplo, [matemáticas] e ^ {- j \ Phi_n} [/ matemáticas] se refiere básicamente al cambio de fase en una onda de luz a medida que viaja a través de la n – th capa de material, y el factor general de [matemáticas] 1 / {t_ {n-1, n}} [/ matemáticas] tiene sentido intuitivo porque [matemáticas] x’_L \ gg x_R [/ matemáticas] y [matemáticas] y’_L \ gg y_R [/ math] si no hay transmisión de luz desde la capa n -1 hacia la capa n .
En cualquier caso, todo esto tenía sentido para mí 🙂
Pero fue entonces cuando las cosas comenzaron a complicarse …
Tomé este modelo de matriz de transferencia y lo apliqué a una estructura de múltiples capas de grafeno de una sola capa en SiO₂ en Si (este modelo ya había sido utilizado en un artículo publicado por Blake et al y estaba revisando su trabajo en este punto) :

Calculé la intensidad de reflectancia para esta estructura. Fue bastante tedioso, pero lo resolví de las matrices de transferencia con lápiz y papel y coincidió con el resultado de Blake (¡uf!).

Esta ecuación es correcta ; es una fórmula para la reflectancia de esta estructura, dado el modelo relativamente simple anterior y las definiciones directas de los coeficientes individuales.
Pero se está volviendo muy difícil para mí decir: ” Sé lo que significa esta ecuación “. Tengo cierta intuición básica sobre cómo un cambio en r ₀₁ debería afectar el resultado, pero tengo muy poca intuición sobre los efectos relativos de r ₁₂ y r ₂₃.
Sin embargo, podría usar esta ecuación para calcular el contraste esperado de grafeno en sustratos de varios grosores y mostrar cómo las mediciones reales de Blake se alinearon con estos cálculos:

Más adelante en el capítulo, utilicé el mismo método de matriz de transferencia para derivar fórmulas de reflectancia para estructuras multicapa más complicadas, como el grafeno con una capa de impureza ópticamente transparente encima. Aquí utilicé una biblioteca matemática simbólica (¡SymPy!) Para calcular el resultado correcto; hacerlo bien y verificarlo con lápiz y papel hubiera sido demasiado tedioso y demasiado lento para mí.

Nuevamente, utilicé el resultado de la ecuación 4.23 para predecir algunos números y compararlos con los resultados de mis propios experimentos y los de otros. Pero en este punto realmente no puedo decir que entiendo lo que significa toda esta ecuación. Tengo muy poca intuición sobre cómo los términos individuales se relacionan con el todo. Por ejemplo, ¿cuáles serían los efectos relativos en el resultado general de variar el grosor de la capa 2 frente a la capa 3? Si esta hubiera sido una pregunta importante para mí, podría haber reorganizado los términos y la presentación de esta ecuación para tratar de dilucidar estos efectos, tal vez con la ayuda de unos pocos gráficos, y de hecho grafiqué algo similar en mi tesis.
Escribí esta ecuación, y creo que se deriva correctamente del modelo de matriz de transferencia, y creo que la usé adecuadamente para modelar la realidad física del sistema que estaba estudiando. ¿Pero conozco esta ecuación? Apenas en absoluto.