Wat is computationele fysica?
Computationele fysica is een veld dat zowel bestaande fysicaformules als numerieke algoritmen gebruikt om grootschalige berekeningen te maken met computers die extreem tijdrovend en lastig met de hand uit te voeren zouden zijn. In wezen is het een tak van de natuurkunde die zich bezighoudt met het maken van wiskundige modellen en oplossingen met behulp van computers en programmeren. De wiskundige modellen die natuurkundigen willen maken, bevatten vaak enorme hoeveelheden informatie die zeer krachtige computers moeten verwerken.
De exacte classificatie van computationele fysica in het algemene veld van fysica wordt vaak besproken. Sommigen beschouwen het als een tak van theoretische fysica, omdat het vaak betrokken is bij gebieden van de fysica die nog steeds diep theoretisch zijn met weinig solide experimentele ondersteuning. Anderen geloven dat het moet worden beschouwd als een tak van experimentele fysica, omdat de gebruikte gegevens meestal afkomstig zijn van experimenten. Voor het grootste deel zijn wetenschappers het er echter over eens dat het ergens tussen de twee disciplines valt en zowel theoretische als experimentele componenten heeft.
De moderne natuurkunde is sterk afhankelijk van computers om veel van de complexe wiskundige aspecten van experimenten en theorieën uit te werken. Natuurkundige velden zoals astrofysica, vloeistofmechanica en versnellingsfysica zijn beide afhankelijk van programmeren en rekenen. In de acceleratorfysica bijvoorbeeld moeten computers enorme hoeveelheden informatie bewaken, registreren en analyseren telkens wanneer deeltjes in een deeltjesversneller botsen. Computationele vaste-stoffysica probeert het verband tussen de atomaire eigenschappen van vaste stoffen en hun grootschalige eigenschappen te ontdekken door grote hoeveelheden informatie over vaste stoffen op moleculair niveau te analyseren.
Er zijn veel andere taken opgelost door middel van berekeningen die losjes onder het gebied van computationele fysica kunnen worden gegroepeerd. Vaak worden taken als het oplossen van differentiële en integraalvergelijkingen of het evalueren van zeer grote matrices gebruikt om berekeningen te maken over fysieke systemen. Deze taken kunnen gemakkelijk worden geclassificeerd als pure wiskunde, wat wiskunde is die puur omwille van de wiskunde wordt uitgevoerd. Wanneer ze echter worden uitgevoerd om informatie met betrekking tot fysica te onderscheiden, kunnen ze net zo gemakkelijk in de categorie computationele fysica vallen.
Veel hogescholen bieden cursussen in computationele fysica, hoewel pre-collegiale instructies in het veld zeldzaam zijn. Inleidende hogeschoolcursussen geven de neiging om basisprincipes van programmeren te leren en deze toe te passen op fysische problemen. Latere cursussen, vaak op universitair niveau, leren hoe grote problemen met grote hoeveelheden gegevens kunnen worden gemanipuleerd en opgelost door het gebruik van algoritmen en geavanceerde programmeermethoden.