Τι είναι η υπολογιστική φυσική;

Η υπολογιστική φυσική είναι ένα πεδίο που χρησιμοποιεί τόσο τους υφιστάμενους τύπους φυσικής όσο και τους αριθμητικούς αλγόριθμους για να κάνουν υπολογισμούς μεγάλης κλίμακας με υπολογιστές που θα ήταν εξαιρετικά χρονοβόρες και κουραστικές για να εκτελέσουν με το χέρι.Ουσιαστικά, είναι ένας κλάδος της φυσικής που ασχολείται με την κατασκευή μαθηματικών μοντέλων και λύσεων χρησιμοποιώντας υπολογιστές και προγραμματισμό.Τα μαθηματικά μοντέλα που οι φυσικοί στοχεύουν στη δημιουργία συχνά περιλαμβάνουν τεράστιες ποσότητες πληροφοριών που απαιτούν πολύ ισχυρούς υπολογιστές για επεξεργασία.

Η ακριβής ταξινόμηση της υπολογιστικής φυσικής στο συνολικό πεδίο της φυσικής συχνά συζητείται.Μερικοί θεωρούν ότι είναι ένας κλάδος της θεωρητικής φυσικής, καθώς τείνει να εμπλέκεται σε περιοχές της φυσικής που εξακολουθούν να είναι βαθιά θεωρητικές με ελάχιστη σταθερή πειραματική υποστήριξη.Άλλοι πιστεύουν ότι πρέπει να θεωρείται κλάδος της πειραματικής φυσικής, καθώς τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται συνήθως προέρχονται από πειράματα.Ως επί το πλείστον, όμως, οι επιστήμονες συμφωνούν ότι πέφτει κάπου μεταξύ των δύο κλάδων και έχει τόσο θεωρητικά όσο και πειραματικά συστατικά. Η σύγχρονη φυσική βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στους υπολογιστές για να επεξεργαστεί μεγάλο μέρος των σύνθετων μαθηματικών πτυχών των πειραμάτων και των θεωριών.Τα πεδία φυσικής όπως η αστροφυσική, η μηχανική υγρών και η φυσική του επιταχυντή εξαρτώνται από τον προγραμματισμό και τον υπολογισμό.Στη φυσική του επιταχυντή, για παράδειγμα, οι υπολογιστές πρέπει να παρακολουθούν, να καταγράφουν και να αναλύουν τεράστιες ποσότητες πληροφοριών κάθε φορά που τα σωματίδια συγκρούονται σε έναν επιταχυντή σωματιδίων.Η υπολογιστική φυσική στερεάς κατάστασης προσπαθεί να ανακαλύψει τη σχέση μεταξύ των ατομικών ιδιοτήτων των στερεών και των ιδιοτήτων τους μεγάλης κλίμακας, αναλύοντας μεγάλες ποσότητες πληροφοριών σχετικά με τα στερεά σε μοριακό επίπεδο.Κάτω από το πεδίο της υπολογιστικής φυσικής.Συχνά, τα καθήκοντα όπως η επίλυση διαφορικών και ολοκληρωμένων εξισώσεων ή η αξιολόγηση πολύ μεγάλων πινάκων χρησιμοποιούνται για την πραγματοποίηση υπολογισμών σχετικά με τα φυσικά συστήματα.Αυτά τα καθήκοντα θα μπορούσαν εύκολα να ταξινομηθούν είτε ως καθαρά μαθηματικά, τα οποία είναι τα μαθηματικά που εκτελούνται αποκλειστικά για χάρη των μαθηματικών.Ωστόσο, όταν εκτελούνται για να διακρίνουν πληροφορίες που σχετίζονται με τη φυσική, μπορούν εξίσου εύκολα να πέσουν στην κατηγορία της υπολογιστικής φυσικής.

Πολλά κολέγια προσφέρουν μαθήματα στην υπολογιστική φυσική, αν και οποιαδήποτε προ-κολλαγιά διδασκαλία στον τομέα είναι σπάνια.Τα εισαγωγικά μαθήματα κολλεγίων τείνουν να διδάσκουν βασικές αρχές προγραμματισμού και πώς να τα εφαρμόσουν σε προβλήματα που σχετίζονται με τη φυσική.Τα μεταγενέστερα μαθήματα, που συχνά διδάσκονται σε μεταπτυχιακό επίπεδο, διδάσκουν πώς να χειρίζονται και να λύσουν μεγάλα προβλήματα που αποτελούνται από μεγάλες ποσότητες δεδομένων μέσω της χρήσης αλγορίθμων και προηγμένων πρακτικών προγραμματισμού.