Kas ir skaitļošanas fizika?

Īsā atbilde

Skaitļošanas fizika ir joma, kurā tiek izmantotas gan esošās fizikas formulas, gan skaitliskie algoritmi, lai ar datoriem veiktu liela mēroga aprēķinus, kuru veikšana ar rokām būtu ārkārtīgi laikietilpīga un nogurdinoša. Būtībā tā ir fizikas nozare, kas nodarbojas ar matemātisko modeļu un risinājumu izveidi, izmantojot datorus un programmēšanu. Matemātiskie modeļi, ko fiziķi cenšas izveidot, bieži ietver milzīgu informācijas daudzumu, kura apstrādei ir nepieciešami ļoti jaudīgi datori.

Bieži tiek apspriesta precīza skaitļošanas fizikas klasifikācija vispārējā fizikas jomā. Daži to uzskata par teorētiskās fizikas nozari, jo tā mēdz būt saistīta ar fizikas jomām, kas joprojām ir dziļi teorētiskas un kurām ir maz stabila eksperimentāla atbalsta. Citi uzskata, ka to vajadzētu uzskatīt par eksperimentālās fizikas nozari, jo izmantotie dati parasti nāk no eksperimentiem. Tomēr lielākoties zinātnieki ir vienisprātis, ka tas atrodas kaut kur starp abām disciplīnām, un tajā ir gan teorētiski, gan eksperimentāli komponenti.

Mūsdienu fizika lielā mērā paļaujas uz datoriem, lai izstrādātu lielu daļu sarežģīto eksperimentu un teoriju matemātisko aspektu. Fizikas jomas, piemēram, astrofizika, šķidruma mehānika un paātrinātāja fizika, ir atkarīgas no programmēšanas un skaitļošanas. Piemēram, akseleratora fizikā datoriem ir jāuzrauga, jāreģistrē un jāanalizē milzīgs informācijas daudzums katru reizi, kad daļiņas saduras daļiņu paātrinātājā. Cietvielu skaitļošanas fizika mēģina atklāt saikni starp cietvielu atomu īpašībām un to liela mēroga īpašībām, analizējot lielu daudzumu informācijas par cietām vielām molekulārā līmenī.

Ar aprēķinu palīdzību tiek atrisināti daudzi citi uzdevumi, kurus var brīvi grupēt skaitļošanas fizikas jomā. Bieži vien, lai veiktu aprēķinus par fiziskajām sistēmām, tiek izmantoti tādi uzdevumi kā diferenciālvienādojumu un integrālvienādojumu risināšana vai ļoti lielu matricu novērtēšana. Šos uzdevumus var viegli klasificēt kā tīru matemātiku, kas ir matemātika, kas tiek veikta tikai matemātikas dēļ. Tomēr, ja tie tiek veikti, lai atšķirtu informāciju, kas saistīta ar fiziku, tie tikpat viegli var ietilpt skaitļošanas fizikas kategorijā.

Daudzas koledžas piedāvā skaitļošanas fizikas kursus, lai gan pirmskoledžas apmācības šajā jomā ir reti. Koledžas ievadkursos mēdz mācīt programmēšanas pamatprincipus un to pielietošanu ar fiziku saistītām problēmām. Vēlākajos kursos, ko bieži pasniedz absolventu līmenī, tiek mācīts, kā manipulēt un atrisināt lielas problēmas, kas rodas no liela datu daudzuma, izmantojot algoritmus un progresīvas programmēšanas metodes.

Īsā atbilde

Saistītie jautājumi