Co to jest fizyka obliczeniowa?

Fizyka obliczeniowa to pole, które wykorzystuje zarówno istniejące formuły fizyki, jak i algorytmy numeryczne do wykonywania obliczeń na dużą skalę z komputerami, które byłyby wyjątkowo czasochłonne i żmudne do wykonania ręcznie.Zasadniczo jest to gałąź fizyki, która dotyczy tworzenia modeli matematycznych i rozwiązań za pomocą komputerów i programowania.Modele matematyczne, które fizycy mają na celu tworzenie, często obejmują ogromne informacje, które wymagają bardzo potężnych komputerów do przetworzenia.

Dokładna klasyfikacja fizyki obliczeniowej w ogólnej dziedzinie fizyki jest często dyskutowana.Niektórzy uważają, że jest to gałąź fizyki teoretycznej, ponieważ zwykle jest zaangażowana w obszary fizyki, które są nadal głęboko teoretyczne z niewielkim solidnym wsparciem eksperymentalnym.Inni uważają, że należy to uznać za gałąź fizyki eksperymentalnej, ponieważ zastosowane dane zwykle pochodzą z eksperymentów.W większości jednak naukowcy zgadzają się, że spada gdzieś pomiędzy dwiema dyscyplinami i ma zarówno teoretyczne, jak i eksperymentalne elementy.

Nowoczesna fizyka w dużej mierze opiera się na komputerach, które opracowują wiele złożonych aspektów matematycznych eksperymentów i teorii.Pola fizyki, takie jak astrofizyka, mechanika płynów i fizyka akceleratora, zależą od programowania i obliczeń.Na przykład w fizyce akceleratora komputery muszą monitorować, rejestrować i analizować ogromne ilości informacji za każdym razem, gdy cząsteczki są zderzane w akceleratorze cząstek.Fizyka obliczeniowa w stanie stałym próbuje odkryć związek między właściwościami atomowymi ciał stałych a ich właściwościami na dużą skalę poprzez analizę dużych informacji o ciałach stałych na poziomie molekularnym.

Istnieje wiele innych zadań rozwiązanych poprzez obliczenia, które można luźno zgrupowaćw dziedzinie fizyki obliczeniowej.Często takie zadania, jak rozwiązywanie równań różnicowych i integralnych lub ocena bardzo dużych macierzy są wykorzystywane do wykonywania obliczeń dotyczących układów fizycznych.Zadania te można łatwo zaklasyfikować albo jako czysta matematyka, która jest matematyką wykonywaną wyłącznie ze względu na matematykę.Jednak, gdy są wykonywane w celu rozpoznania informacji związanych z fizyką, mogą one równie łatwo należeć do kategorii fizyki obliczeniowej.

Wiele szkół wyższych oferuje kursy fizyki obliczeniowej, chociaż wszelkie instrukcje przedkollegalne w tej dziedzinie są rzadkie.Kursy wstępne college'u zwykle uczą podstawowych zasad programowania i sposobu zastosowania ich do problemów związanych z fizyką.Późniejsze kursy, często nauczane na poziomie absolwentów, naucz się, jak manipulować i rozwiązywać duże problemy złożone z dużych ilości danych za pomocą algorytmów i zaawansowanych praktyk programowania.