“计算物理学到底是干什么的？”

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原标题:计算物理学到底是什么？

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计算物理学家是实验物理学家、理论物理学家还是程序员？

在使用计算机处理某个问题时(这个过程叫做数值计算)，我想思考一下这是实验性的方法还是理论性的方法的问题。 不是哪一个？ 这个问题很普遍。 经常听说和不同行业的科学家聊天喝啤酒。 我觉得这个话题很重要。 我认为所有的身体都有助于理解科学的本质。

科学的本质

如果对科学的基本认识一致，就可以讨论计算科学的作用。 首先，让我简单概述一下科学。

科学的本质:科学毕竟是模型。 我们意识到现实生活中的现象，打算为此创造模型。 通过这个模型，我们可以预测现实生活中的未来(新)。 如果该模型与实际数据不一致，则修改该模型。 这样重复。

是的。 但是，现在需要定义什么是模型。 这个不太难。 模型可以是用于表达现实生活的任何东西(但不是现实生活本身)。 让我列举一些科学模型

阿米巴状粘土。

显示滑块沿工作台滑动时该过程中能量移动的图表。

力改变物体速度的观点。

描述两物体间引力的方程式。

描述弹簧中某质点运动的微分方程。

是的，空是计算存在气体阻力时棒球运动状态的计算机程序。 这也是模型。

因此，模型多种多样。 并不一定是数学模型，但数学模型是我们在科学行业最常见的东西。 我希望大家对我的这些论述没有异议。

接下来谈谈科学本质的最后一部分。 建立模型的过程是理论物理。 将模型指向现实世界的是实验物理。 科学家可以开展理论和实验物理学的研究——但是，对于高能物理等大项目来说，人们更倾向于关注某一方面，要么建立模型，要么测试模型。

计算物理学家

现在谈谈物理学教授吧。 他擅长为各种各样的东西(真的什么都行)制作计算模型。 这位教授的“实验室”由大量的计算机组成，可能有超强的计算机集群。

现在我们和这个计算物理学家开始了对话。 以下是对话中提到的要点。

在科学行业中，计算机很重要。

编写并运行程序，输出数据，然后分析这些数据。

既然计算机程序输出数据，这就非常类似于实验。 因为实验也会生成数据。

但是计算机程序是理论上的。 因为那是我们写的。

计算科学把理论和实验联系起来。 就像第三门科学(另一门是理论科学和实验科学)。

大部分计算科学家都这么说(但不是全部)。 。

计算机程序是一种模型

写程序的话，最后确实会返回一点数字。 而且，在运行程序之前，我不知道这些数值怎么样了。 但这并不意味着这个过程就像实际的实验。 毕竟，程序是人类而不是现实世界创造的。 一旦解开微分方程(所有人都认为是“理论科学”)，在得到最终的解之前，就不知道结果。 没有人把这个过程叫做实验。

要说现在我最着迷的模型。 如果把质点放在弹簧边上稍微移动一下会怎么样？ 是的，它往返做简单的共振。 这里只是建立弹簧上质点数值模型的一点小细节，但让我跳到最后一点。 下图显示了弹簧上质点运动的两种解法。 一个是求解微分方程，另一个是利用数值模型(数据点只有一个点)。

是的，这看起来像数据，但不是数据。 如果再缩小一点数值计算的步长，你可能就不知道这两种理论解法的区别了。 下图的数值模型比较好。 将其中一幅图上移一点，以免它们完全重叠。

这两个模型都展示了相当美丽的理想结果。 因为这完全一样。

我们应该如何看待计算物理学呢？

计算机程序是实验性的还是理论性的，问问自己，这两者之间是完全不同的吗？ 如果你同意我对科学本质的定义:

理论:建立模型。

实验:测试模型。

那么，计算机程序是制作模型还是测试模型呢？ 是的，正确的答案是计算机程序是科学中的“建立模型”。 必须对照实验结果对模型进行测试。 如果不用实际数据进行测试，也许和电脑游戏没什么区别。

别以为我劝人们不要叫他们计算物理学家。 建立数值模型非常困难，需要独特的技能。 但是，对于专门从事建立数学模型的人们来说，这简直是小菜一碟。 我们有专门研究高能物理实验和理论固体物理学的科学家。 但是科学仍然是关于建立模型和测试模型的。

事实上，我认为过去从事计算技术的科学家经历了艰苦的斗争。 其他科学家认为他们不从事“科学研究”。 他们不过是电脑程序员。 说明这些计算方法的合理比较有效性花了很多时间。 现在，大部分行业在某种程度上依赖数值计算。 没有人认为计算科学家不重要。 综上所述，我们建议在导论课中引入数值计算方法。 现在，这些计算工具非常简单。 此外，也没有借口将其排除在课程表之外。 学物理不教编程就像说“我们不打算解包含分数的数学题”一样。 是这样，我深有感触。 (写作:瑞特亚兰( rhett allain )翻译:徐丽审校:张奕林)

来源：成都新闻网