Vad är beräkningsfysik?

Computational Physics är ett fält som använder både befintliga fysikformler och numeriska algoritmer för att göra storskaliga beräkningar med datorer som skulle vara extremt tidskrävande och tråkiga att utföra för hand. I huvudsak är det en gren av fysik som handlar om att göra matematiska modeller och lösningar genom att använda datorer och programmering. De matematiska modellerna som fysiker syftar till att skapa ofta involverar stora mängder information som kräver mycket kraftfulla datorer för att bearbeta.

Den exakta klassificeringen av beräkningsfysik inom det övergripande fysikområdet diskuteras ofta. Vissa anser att det är en gren av teoretisk fysik, eftersom den tenderar att vara involverad i fysikområden som fortfarande är djupt teoretiska med lite fast experimentellt stöd. Andra anser att det bör betraktas som en gren av experimentell fysik, eftersom de data som används vanligtvis kommer från experiment. Men för det mesta är forskarna eniga om att det faller någonstans i Bmellan de två disciplinerna och har både teoretiska och experimentella komponenter.

Modern fysik förlitar sig starkt på datorer för att träna mycket av de komplexa matematiska aspekterna av experiment och teorier. Fysikfält som astrofysik, vätskemekanik och acceleratorfysik beror båda på programmering och beräkning. I acceleratorfysik måste till exempel datorer övervaka, spela in och analysera stora mängder information varje gång partiklar kollideras i en partikelaccelerator. Beräkningsfysik för fast tillstånd försöker upptäcka kopplingen mellan atomegenskaperna hos fasta ämnen och deras storskaliga egenskaper genom att analysera stora mängder information om fasta ämnen på molekylnivå.

Det finns många andra uppgifter som är löst genom beräkning som kan grupperas löst under beräkningsfysik. Ofta sådana uppgifter som att lösa differentiellt och iTegrala ekvationer eller utvärdering av mycket stora matriser används för att göra beräkningar om fysiska system. Dessa uppgifter kan lätt klassificeras antingen som ren matematik, vilket är matematik som utförs rent för matematikens skull. Men när de utförs för att urskilja information relaterad till fysik kan de lika lätt falla i kategorin beräkningsfysik.

Många högskolor erbjuder kurser i beräkningsfysik, även om alla för-collegiate-instruktioner i fältet är sällsynt. Introduktionskolekurser tenderar att undervisa grundläggande programmeringsprinciper och hur man tillämpar dem på problem som rör fysik. Senare kurser, ofta undervisade på forskarnivå, undervisar hur man manipulerar och löser stora problem som består av stora mängder data genom användning av algoritmer och avancerad programmeringsmetoder.