計算物理学とは

計算物理学は、既存の物理学の公式と数値アルゴリズムの両方を利用して、手作業では非常に時間がかかり退屈なコンピューターで大規模な計算を行う分野です。 基本的に、コンピューターとプログラミングを使用して数学モデルとソリューションを作成することに関係する物理学の分野です。 物理学者が作成しようとする数学モデルには、処理するのに非常に強力なコンピューターを必要とする膨大な量の情報が含まれることがよくあります。

物理学全体の分野における計算物理学の正確な分類は、しばしば議論されています。 それは理論物理学の一分野であると考える人もいますが、それは物理学の分野に関与する傾向があり、固体の実験的支援がほとんどないまま、まだ深く理論的である分野です。 他の人は、使用されるデータは通常実験から来るので、それは実験物理学の分岐と見なされるべきであると信じています。 しかし、ほとんどの場合、科学者はそれが2つの分野の中間に位置し、理論的および実験的要素の両方を持っていることに同意します。

現代の物理学は、実験と理論の複雑な数学的側面の多くを解決するためにコンピューターに大きく依存しています。 天体物理学、流体力学、加速器物理学などの物理学分野は、どちらもプログラミングと計算に依存しています。 たとえば、加速器物理学では、粒子加速器で粒子が衝突するたびに、コンピューターは膨大な量の情報を監視、記録、分析する必要があります。 計算固体物理学は、分子レベルで固体に関する大量の情報を分析することにより、固体の原子特性とその大規模特性との関連性を発見しようとします。

計算によって解決される他の多くのタスクがあり、それらは計算物理学の分野で大まかにグループ化できます。 多くの場合、微分方程式や積分方程式を解いたり、非常に大きな行列を評価したりするタスクは、物理システムについての計算に使用されます。 これらのタスクは、数学のために純粋に実行される数学である純粋な数学として簡単に分類できます。 ただし、物理学に関連する情報を見分けるために実行すると、計算物理学のカテゴリに簡単に分類できます。

多くの大学が計算物理学のコースを提供していますが、この分野での大学進学前の指導はまれです。 大学入門コースでは、基本的なプログラミングの原則と、物理学に関連する問題にそれらを適用する方法を教える傾向があります。 多くの場合、大学院レベルで教えられる後期のコースでは、アルゴリズムと高度なプログラミング手法を使用して、大量のデータで構成される大きな問題を操作および解決する方法を教えます。