Che cos'è la fisica computazionale?
La fisica computazionale è un campo che utilizza sia le formule fisiche esistenti sia gli algoritmi numerici per eseguire calcoli su larga scala con computer che richiederebbero molto tempo e tediosi. In sostanza, è una branca della fisica che si occupa di realizzare modelli e soluzioni matematiche utilizzando computer e programmazione. I modelli matematici che i fisici mirano a creare spesso implicano enormi quantità di informazioni che richiedono l'elaborazione di computer molto potenti.
L'esatta classificazione della fisica computazionale nel campo generale della fisica è spesso discussa. Alcuni lo considerano un ramo della fisica teorica, in quanto tende ad essere coinvolto in aree della fisica che sono ancora profondamente teoriche con poco solido supporto sperimentale. Altri credono che dovrebbe essere considerato un ramo della fisica sperimentale, poiché i dati utilizzati in genere provengono da esperimenti. Per la maggior parte, tuttavia, gli scienziati concordano sul fatto che rientra da qualche parte tra le due discipline e ha componenti sia teoriche che sperimentali.
La fisica moderna si basa fortemente sui computer per elaborare gran parte dei complessi aspetti matematici di esperimenti e teorie. Campi di fisica come l'astrofisica, la meccanica dei fluidi e la fisica dell'acceleratore dipendono entrambi dalla programmazione e dal calcolo. Nella fisica dell'acceleratore, ad esempio, i computer devono monitorare, registrare e analizzare grandi quantità di informazioni ogni volta che le particelle si scontrano in un acceleratore di particelle. La fisica computazionale a stato solido tenta di scoprire il legame tra le proprietà atomiche dei solidi e le loro proprietà su larga scala analizzando grandi quantità di informazioni sui solidi a livello molecolare.
Ci sono molti altri compiti risolti attraverso il calcolo che possono essere raggruppati liberamente nel campo della fisica computazionale. Spesso, attività come la risoluzione di equazioni differenziali e integrali o la valutazione di matrici molto grandi vengono utilizzate per eseguire calcoli sui sistemi fisici. Questi compiti potrebbero facilmente essere classificati come matematica pura, ovvero matematica eseguita esclusivamente per il bene della matematica. Tuttavia, se eseguiti per discernere le informazioni relative alla fisica, possono facilmente rientrare nella categoria della fisica computazionale.
Molte università offrono corsi di fisica computazionale, sebbene qualsiasi istruzione pre-collegiale nel campo sia rara. I corsi universitari introduttivi tendono a insegnare i principi di programmazione di base e come applicarli ai problemi relativi alla fisica. I corsi successivi, spesso tenuti a livello universitario, insegnano come manipolare e risolvere grandi problemi costituiti da grandi quantità di dati attraverso l'uso di algoritmi e pratiche di programmazione avanzate.