Co je výpočetní fyzika?

Výpočtová fyzika je pole, které využívá jak existujících fyzikálních vzorců, tak numerických algoritmů k provádění rozsáhlých výpočtů s počítači, které by bylo velmi časově náročné a únavné provádět ručně. V podstatě se jedná o odvětví fyziky, které se zabývá tvorbou matematických modelů a řešení pomocí počítačů a programování. Matematické modely, které fyzici usilují o vytvoření, často zahrnují obrovské množství informací, které vyžadují zpracování velmi výkonných počítačů.

Přesná klasifikace výpočetní fyziky v celkovém poli fyziky je často diskutována. Někteří považují to za odvětví teoretické fyziky, protože má tendenci být zapojeni do oblastí fyziky, které jsou stále hluboce teoretické s malou solidní experimentální podporou. Jiní věří, že by to mělo být považováno za odvětví experimentální fyziky, protože použitá data obvykle pocházejí z experimentů. Z velké části však vědci souhlasí s tím, že to spadá někde mezi obě disciplíny a má jak teoretické, tak experimentální složky.

Moderní fyzika se do značné míry spoléhá na počítače, aby vypracovala mnoho složitých matematických aspektů experimentů a teorií. Fyzikální pole, jako je astrofyzika, mechanika tekutin a fyzika urychlovače, závisí na programování a výpočtu. Například ve fyzice urychlovače musí počítače monitorovat, zaznamenávat a analyzovat obrovské množství informací pokaždé, když se částice srazí v urychlovači částic. Výpočtová fyzika pevných látek se pokouší objevit spojení mezi atomovými vlastnostmi pevných látek a jejich velkými měřítky analýzou velkého množství informací o pevných látkách na molekulární úrovni.

Existuje mnoho dalších úkolů řešených výpočtem, které lze volně seskupit do oblasti výpočetní fyziky. K výpočtu fyzických systémů se často používají takové úkoly, jako je řešení diferenciálních a integrálních rovnic nebo vyhodnocení velmi velkých matic. Tyto úkoly lze snadno klasifikovat jako čistě matematiku, což je matematika prováděná čistě pro matematiku. Pokud však budou provádět informace týkající se fyziky, mohou stejně snadno spadat do kategorie výpočetní fyziky.

Mnoho vysokých škol nabízí kurzy výpočetní fyziky, i když jakákoli předškolská výuka v oboru je vzácná. Úvodní vysokoškolské kurzy mají tendenci učit základní principy programování a jak je aplikovat na problémy týkající se fyziky. Pozdější kurzy, často vyučované na postgraduální úrovni, učí, jak manipulovat a řešit velké problémy tvořené velkým množstvím dat pomocí algoritmů a pokročilých programovacích postupů.