Вычисли́тельная фи́зика — наука, изучающая численные алгоритмы решения задач физики , для которых количественная теория уже разработана. Обычно рассматривается как раздел теоретической физики , но некоторые ^{[ кто? ]} считают её промежуточной ветвью между теоретической и экспериментальной физикой .

Физики часто имеют очень точные математические теории, описывающие поведение систем. Часто бывает, что решение теоретических уравнений ab initio с целью получения полезных предсказаний, является непрактичным. Это особенно достоверно в квантовой механике , в которой есть лишь несколько простых моделей, допускающих замкнутые аналитические решения. В случаях, когда уравнения могут быть решены только приближённо, часто используются именно вычислительные методы.

Применение вычислительной физики

Численные методы в настоящее время являются важнейшим компонентом современных исследований в области физики ускорителей , астрофизики , механики жидкостей и газов , решёточной теории поля/решёточной калибровочной теории (особенно решёточной квантовой хромодинамики ), физики плазмы (в том числе при моделировании плазмы), физики твёрдого тела и физики мягкого конденсированного вещества . Вычислительная физика твёрдого тела, например, использует теорию функционала плотности для расчета свойств твёрдых тел, метод, аналогичный тому, который используется химиками для изучения молекул.

Многие численные методы, используемые в вычислительной физике, уже достаточно хорошо разработаны, однако в процессе расчета физических свойств моделируемых систем может потребоваться решение более общих численных и аналитических задач. Все эти методы включают (но не ограничиваются ими):

• Решение дифференциальных уравнений
• Оценка интегралов
• Стохастические методы, особенно метод Монте-Карло
• Специализированные методы дифференциальных уравнений в частных производных , например, метод конечных разностей и метод конечных элементов
• Матричные методы нахождения собственных значений — задачи нахождения собственных значений очень больших матриц и соответствующих им собственных векторов (в квантовой физике — собственных состояний)
• Псевдо-спектральный метод

Вычислительная физика охватывает также настройку структуры программного и аппаратного обеспечения для решения проблем. Подходы к решению проблем часто очень требовательны в плане вычислительной мощности или объёма памяти.

См. также

• Метод классической молекулярной динамики
• Вычислительная гидродинамика
• Американское физическое общество
• Математическая физика
• Вычислительная математика

Литература

• Кунин С. Вычислительная физика. — М. : Мир, 1992. — 418 с.

Примечания

Ссылки

• от 13 февраля 2015 на Wayback Machine