Vật lý tính toán

Vật lý tính toán là một lĩnh vực con của tính toán khoa học, tập trung vào việc tạo ra và sử dụng các mô hình máy tính để giải quyết các vấn đề vật lý. Nó thường sử dụng các phương pháp số để mô phỏng các hệ thống dựa trên vật lý và đưa ra dự đoán về hành vi của chúng. Vật lý tính toán được sử dụng để nghiên cứu một loạt các chủ đề từ hạ nguyên tử đến thiên văn học.

Những ứng dụng đầu tiên của Vật lý tính toán bắt đầu vào những năm 1940 khi Thế chiến thứ hai thúc đẩy sự phát triển của các kỹ thuật mô hình số. Đến những năm 1950, sự bùng nổ trong ngành điện toán cho phép các nhà khoa học phát triển các chương trình Vật lý tính toán có độ dài đầy đủ để mô phỏng các hiện tượng vật lý phức tạp.

Trong những thập kỷ kể từ đó, những tiến bộ trong điện toán đã cho phép Vật lý tính toán trở thành một nhân tố chính trong cộng đồng khoa học. Nghiên cứu sử dụng các mô hình tính toán có ưu điểm là ít tốn kém và tốn thời gian hơn nhiều so với thử nghiệm truyền thống để giải các phương trình vật lý khó. Các hiện tượng vật lý phức tạp, chẳng hạn như mặt trận chấn động hoặc nhiễu loạn, giờ đây có thể được nghiên cứu ở quy mô chi tiết nhờ sự phát triển của các nguồn lực tính toán.

Trong suốt lĩnh vực Vật lý tính toán, nhiều kỹ thuật mô hình số đã được phát triển bao gồm động lực phân tử, phương pháp Monte Carlo, phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp sai phân hữu hạn và phương pháp quang phổ. Tất cả những điều này đều liên quan đến việc sử dụng máy tính để giải các phương trình toán học phức tạp mô tả tính chất vật lý của vấn đề.

Khi điện toán trở nên mạnh mẽ hơn và các thuật toán trở nên nhanh hơn và hiệu quả hơn, các nhà nghiên cứu có quyền truy cập vào độ chính xác và sức mạnh ngày càng tăng. Do đó, Vật lý tính toán ngày càng trở nên phổ biến như một công cụ khoa học. Các ứng dụng của nó đã giúp chúng ta hiểu rõ hơn về vũ trụ vật lý của chúng ta, từ bầu khí quyển kỳ lạ của lõi Trái đất đến chuyển động nhanh chóng của các phân tử trong ly sâm panh.