Kas yra skaičiavimo fizika?

Skaičiavimo fizika yra sritis, kurioje naudojamos esamos fizikos formulės ir skaitmeniniai algoritmai, kad būtų galima atlikti didelio masto skaičiavimus su kompiuteriais, kuriuos atlikti rankiniu būdu būtų labai daug laiko ir varginantis. Iš esmės tai yra fizikos šaka, kuri yra susijusi su matematinių modelių ir sprendimų kūrimu naudojant kompiuterius ir programavimą. Matematiniai modeliai, kuriuos fizikai siekia sukurti, dažnai apima daugybę informacijos, kuriai apdoroti reikia labai galingų kompiuterių.

Dažnai diskutuojama dėl tikslios kompiuterinės fizikos klasifikacijos visoje fizikos srityje. Kai kurie mano, kad tai yra teorinės fizikos šaka, nes ji dažniausiai yra susijusi su fizikos sritimis, kurios vis dar yra giliai teorinės ir turi mažai tvirtos eksperimentinės paramos. Kiti mano, kad tai turėtų būti laikoma eksperimentinės fizikos šaka, nes naudojami duomenys paprastai gaunami iš eksperimentų. Tačiau didžiąja dalimi mokslininkai sutinka, kad jis patenka kažkur tarp dviejų disciplinų ir turi tiek teorinių, tiek eksperimentinių komponentų.

Šiuolaikinė fizika labai remiasi kompiuteriais, kad nustatytų sudėtingus matematinius eksperimentų ir teorijų aspektus. Fizikos sritys, tokios kaip astrofizika, skysčių mechanika ir greitintuvo fizika, priklauso nuo programavimo ir skaičiavimo. Pavyzdžiui, greitintuvo fizikoje kompiuteriai turi stebėti, įrašyti ir analizuoti didžiulį informacijos kiekį kiekvieną kartą, kai dalelės susiduria su dalelių greitintuvu. Skaičiavimo kietojo kūno fizika bando atrasti ryšį tarp kietųjų kūnų atominių savybių ir didelio masto savybių, analizuodama didelius kiekius informacijos apie kietąsias medžiagas molekuliniu lygmeniu.

Yra daug kitų užduočių, išsprendžiamų skaičiuojant, kurias galima laisvai sugrupuoti į skaičiavimo fizikos sritį. Dažnai fizinių sistemų skaičiavimams atlikti naudojamos tokios užduotys kaip diferencialinių ir integralinių lygčių sprendimas arba labai didelių matricų įvertinimas. Šios užduotys gali būti lengvai priskiriamos grynajai matematikai, kuri yra matematika, atliekama tik dėl matematikos. Tačiau, kai jie atliekami siekiant atskirti su fizika susijusią informaciją, jie taip pat gali patekti į skaičiavimo fizikos kategoriją.

Daugelis kolegijų siūlo skaičiuojamosios fizikos kursus, nors bet koks šios srities mokymas prieš kolegiją yra retas. Įvadiniuose koledžo kursuose paprastai mokoma pagrindinių programavimo principų ir kaip juos pritaikyti sprendžiant su fizika susijusias problemas. Vėlesniuose kursuose, kurie dažnai dėstomi absolventų lygmeniu, mokoma, kaip manipuliuoti ir išspręsti dideles problemas, kurias sudaro dideli duomenų kiekiai, naudojant algoritmus ir pažangias programavimo praktikas.