الفيزياء الحاسوبية

الفيزياء الحاسوبية هي مجال فرعي من مجالات الحوسبة العلمية التي تركز على إنشاء واستخدام نماذج الكمبيوتر لحل المشاكل الفيزيائية. ويستخدم بشكل عام الأساليب العددية لمحاكاة الأنظمة القائمة على الفيزياء والتنبؤ بسلوكها. يتم استخدام الفيزياء الحاسوبية للتحقيق في مجموعة واسعة من المواضيع من دون الذرية إلى الفلكية.

بدأت التطبيقات الأولى للفيزياء الحاسوبية في الأربعينيات من القرن الماضي عندما حفزت الحرب العالمية الثانية تطوير تقنيات النمذجة العددية. بحلول الخمسينيات من القرن الماضي، سمح الانفجار في صناعة الحوسبة للعلماء بتطوير برامج كاملة للفيزياء الحاسوبية لمحاكاة الظواهر الفيزيائية المعقدة.

وفي العقود التي تلت ذلك، سمح التقدم في مجال الحوسبة للفيزياء الحاسوبية بأن تصبح لاعبًا رئيسيًا في المجتمع العلمي. تتميز الأبحاث التي تستخدم النماذج الحسابية بكونها أقل تكلفة بكثير وتستهلك وقتًا أقل بكثير من التجارب التقليدية لحل المعادلات الفيزيائية الصعبة. يمكن الآن دراسة الظواهر الفيزيائية المعقدة، مثل جبهات الصدمات أو الاضطرابات، على نطاقات مفصلة بسبب انتشار الموارد الحسابية.

في جميع أنحاء مجال الفيزياء الحاسوبية، تم تطوير مجموعة واسعة من تقنيات النمذجة العددية بما في ذلك الديناميكيات الجزيئية، وطرق مونت كارلو، وطرق العناصر المحدودة، وطرق الفروق المحدودة، والطرق الطيفية. كل ذلك يتضمن استخدام أجهزة الكمبيوتر لحل المعادلات الرياضية المعقدة التي تصف فيزياء المشكلة المطروحة.

مع ازدياد قوة الحوسبة والخوارزميات بشكل أسرع وأكثر كفاءة، أصبح لدى الباحثين إمكانية الوصول إلى الدقة والقوة المتزايدة باستمرار. ولذلك أصبحت الفيزياء الحاسوبية أكثر وأكثر شعبية كأداة علمية. وقد ساعدتنا تطبيقاته على فهم عالمنا المادي بشكل أكبر، بدءًا من الغلاف الجوي الغريب لقلب الأرض وحتى الحركة السريعة للجزيئات في كأس من النبيذ.