Hesablama fizikası

Hesablama fizikası (və ya kompüter fizikasına aid metodlar, ing. Computational physics) — fiziki hadisələri modelləşdirmək və simulyasiya etmək üçün kompüter əsaslı alqoritmlərdən və riyazi metodlardan istifadə edən fizika sahəsidir.[1] Bu sahə elmi hesablama və simulyasiya üsullarını birləşdirərək mürəkkəb fiziki prosesləri və sistemləri araşdırmağa kömək edir.[2]

Əsas tətbiq sahələri

[redaktə | mənbəni redaktə et]

Hesablama fizikasının əsas tətbiq sahələrinə aşağıdakılar daxildir:[3]

  1. Molekulyar dinamik modelləşdirmə — atom və molekulların hərəkətini təhlil etmək üçün istifadə olunur. Bu, kimya, biofizika və materialşünaslıqda çox faydalıdır.[4]
  2. Kvant mexanikası — hesablama fizikası kvant mexanikası problemlərinin həllində çox geniş istifadə olunur, xüsusilə atom və molekulyar strukturların modelləşdirilməsində.
  3. Termodinamik və statistik fizika — termodinamik sistemlərin davranışını proqnozlaşdırmaq üçün statistik metodlarla fiziki modellər qurulur.
  4. Astrofizika — ulduz sistemləri, qalaktikalar və qara dəliklər kimi böyük miqyaslı sistemlərin hərəkətini modelləşdirmək və təhlil etmək üçün istifadə olunur.
  5. Materialşünaslıq və qatı cisim fizikası — kristal strukturlar, metal və yarımkeçirici materialların xüsusiyyətlərini analiz etmək və yeni materiallar yaratmaq üçün istifadə olunur.[5]

Hesablama fizikasında ümumiyyətlə Monte Karlo metodları, sonlu fərq metodları, matris hesablamaları və Furir çevirmələri kimi riyazi və statistik metodlar istifadə olunur.[6]

Hesablama fizikasında problemlər

[redaktə | mənbəni redaktə et]

Hesablama fizikası problemlərini dəqiq həll etmək çox çətindir. Bu, bir neçə (riyazi) səbəblə bağlıdır: cəbri və/və ya analitik həll qabiliyyətinin olmaması, mürəkkəblik və xaos. Məsələn, güclü elektrik sahəsində bir atomun ətrafında fırlanan elektronun dalğa funksiyasının hesablanması (Stark effekti) kimi zahirən sadə görünən problemlər belə praktiki alqoritm (əgər tapılarsa) formalaşdırmaq üçün böyük səy tələb edə bilər — qrafik metodlar və ya axtarışı kimi digər daha qabarıq və ya daha sərt üsullar tələb oluna bilər. Daha inkişaf etmiş tərəfdən, bəzən riyazi təlaş nəzəriyyəsi də istifadə olunur (burada bu xüsusi nümunə üçün işləyən model göstərilir). Bundan əlavə, bir çox bədən problemləri (və onların klassik analoqları) üçün hesablama dəyəri və mürəkkəbliyi sürətlə artır. Makroskopik sistem adətən onu təşkil edən hissəciklərin sırasına görə ölçüyə malikdir, ona görə də bu, problem yaradır. Kvant mexanikasının məsələlərinin həlli, bir qayda olaraq, sistemin ölçüsündə eksponensial sıraya malikdir,[7] klassik N-cisimlər üçün isə N-kvadrat düzülüyə malikdir. Nəhayət, bir çox fiziki sistemlər təbiətcə ən yaxşı halda qeyri-xətti, ən pis halda isə xaotikdir: bu o deməkdir ki, hər hansı ədədi səhvlərin “həllin” faydasız olacağı nöqtəyə çatmamasını təmin etmək çətin ola bilər.

İstinadlar

[redaktə | mənbəni redaktə et]
  1. ↑ Sauer, Tim; Grebogi, Celso; Yorke, James A. "How Long Do Numerical Chaotic Solutions Remain Valid?". Physical Review Letters. 79 (1). 1997: 59–62. Bibcode:1997PhRvL..79...59S. doi:10.1103/PhysRevLett.79.59.
  2. ↑ A molecular dynamics primer Arxiv surəti 11 yanvar 2015 tarixindən Wayback Machine saytında Arxivləşdirilib 2015-01-11 at the Wayback Machine, Furio Ercolessi, University of Udine , Italy. Article PDF Arxiv surəti 24 sentyabr 2015 tarixindən Wayback Machine saytında Arxivləşdirilib 2015-09-24 at the Wayback Machine.
  3. ↑ Feynman, Richard P. "Simulating physics with computers". International Journal of Theoretical Physics (ingilis). 21 (6–7). 1982: 467–488. Bibcode:1982IJTP...21..467F. doi:10.1007/bf02650179. ISSN 0020-7748. Article PDF
  4. ↑ Thijssen, Jos. Computational Physics. Cambridge University Press. 2007. ISBN 978-0521833462.
  5. ↑ Landau, Rubin H.; Paez, Jose; Bordeianu, Cristian C. A survey of computational physics: introductory computational science. Princeton University Press. 2011. ISBN 9780691131375. 2017-05-13 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 2024-11-01.
  6. ↑ Landau, Rubin H.; Páez, Manuel J.; Bordeianu, Cristian C. Computational Physics: Problem Solving with Python. John Wiley & Sons. 2015. 2017-06-20 tarixində arxivləşdirilib. İstifadə tarixi: 2024-11-01.
  7. ↑ Feynman, Richard P. "Simulating physics with computers". International Journal of Theoretical Physics (ingilis). 21 (6–7). 1982: 467–488. Bibcode:1982IJTP...21..467F. doi:10.1007/bf02650179. ISSN 0020-7748. Article PDF