Vad är beräkningsfysik?

Beräkningsfysik 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 med hjälp av datorer och programmering. De matematiska modeller som fysiker strävar efter att skapa innebär ofta stora mängder information som kräver mycket kraftfulla datorer för att bearbeta.

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

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

Det finns många andra uppgifter som löses genom beräkning som kan lösas i grupp inom beräkningsfysiken. Ofta används sådana uppgifter som att lösa differentiella och integrerade ekvationer eller utvärdera mycket stora matriser för att göra beräkningar om fysiska system. Dessa uppgifter kan lätt klassificeras antingen som ren matematik, vilket är matematik som endast utförs 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 förkollegiatundervisningar inom området är sällsynta. Inledande högskolekurser tenderar att lära sig grundläggande programmeringsprinciper och hur man kan tillämpa dem på fysikproblem. Senare kurser, ofta undervisade på forskarnivå, lär sig att manipulera och lösa stora problem som består av stora mängder data genom användning av algoritmer och avancerade programmeringsmetoder.