Was ist Computerphysik?
Computerphysik ist ein Bereich, in dem sowohl vorhandene physikalische Formeln als auch numerische Algorithmen verwendet werden, um Berechnungen in großem Maßstab mit Computern durchzuführen, deren manuelle Ausführung extrem zeitaufwändig und mühsam wäre. Im Wesentlichen handelt es sich um einen Zweig der Physik, der sich mit der Erstellung mathematischer Modelle und Lösungen unter Verwendung von Computern und Programmierung befasst. Die mathematischen Modelle, die die Physiker erstellen möchten, enthalten häufig große Mengen an Informationen, für deren Verarbeitung sehr leistungsfähige Computer erforderlich sind.
Die genaue Einordnung der Computerphysik in das gesamte Gebiet der Physik wird häufig diskutiert. Einige halten es für einen Zweig der theoretischen Physik, da es sich in der Regel um Bereiche der Physik handelt, die mit wenig solider experimenteller Unterstützung noch tief theoretisch sind. Andere glauben, dass dies ein Zweig der experimentellen Physik sein sollte, da die verwendeten Daten typischerweise aus Experimenten stammen. Zum größten Teil stimmen die Wissenschaftler jedoch darin überein, dass es irgendwo zwischen den beiden Disziplinen liegt und sowohl theoretische als auch experimentelle Komponenten aufweist.
Die moderne Physik stützt sich stark auf Computer, um einen Großteil der komplexen mathematischen Aspekte von Experimenten und Theorien zu erarbeiten. Physikbereiche wie Astrophysik, Strömungsmechanik und Beschleunigerphysik hängen beide von Programmierung und Berechnung ab. In der Beschleunigerphysik müssen Computer beispielsweise jedes Mal, wenn Teilchen in einem Teilchenbeschleuniger kollidieren, große Informationsmengen überwachen, aufzeichnen und analysieren. Die computergestützte Festkörperphysik versucht, den Zusammenhang zwischen den atomaren Eigenschaften von Festkörpern und ihren großräumigen Eigenschaften zu ermitteln, indem sie große Mengen an Informationen über Festkörper auf molekularer Ebene analysiert.
Es gibt viele andere Aufgaben, die durch Berechnungen gelöst werden und die lose unter dem Gebiet der Computerphysik zusammengefasst werden können. Oft werden Aufgaben wie das Lösen von Differential- und Integralgleichungen oder das Auswerten sehr großer Matrizen verwendet, um Berechnungen über physikalische Systeme durchzuführen. Diese Aufgaben könnten leicht entweder als reine Mathematik klassifiziert werden, was Mathematik ist, die nur der Mathematik zuliebe durchgeführt wird. Wenn sie jedoch durchgeführt werden, um Informationen zu erkennen, die sich auf die Physik beziehen, können sie genauso leicht in die Kategorie der Computerphysik fallen.
Viele Fachhochschulen bieten Kurse in Computerphysik an, allerdings ist ein vorkollegialer Unterricht auf diesem Gebiet selten. Einführungskurse am College vermitteln in der Regel grundlegende Programmierprinzipien und deren Anwendung auf physikalische Probleme. In späteren Kursen, die häufig auf der Ebene der Hochschulabsolventen abgehalten werden, wird unter Verwendung von Algorithmen und fortgeschrittenen Programmierpraktiken das Manipulieren und Lösen großer Probleme mit großen Datenmengen vermittelt.