计算物理的发展与应用

物理学前沿论文（设计）论文题目：计算物理学的发展与应用

学生姓名：袁强

学号：2012118504147

院系：信息系

班级：电子信息1212班

完成日期：2013年12月11日

目录

一、计算机物理学的定义 (1)

二、计算物理学的发展与现状 (1)

三、计算物理学的应用 (2)

（一）计算机在物理学中的应用 (2)

1.计算机数值分析 (2)

2.实验数据处理 (2)

3.计算机模拟 (2)

4.计算机符号处理 (2)

（二）计算机在其他方面的应用 (2)

四、总结 (3)

参考文献 (4)

计算物理学的发展与应用

摘要

计算物理学是伴随着电子计算机的出现和发展而逐步形成的一门新兴的边缘学科。它是以电子计算机为工具,应用数学的方法,解决物理问题的应用科学。它是物理、数学和计算机三者结合的产物。计算物理学起源于第二次世界大战期间美国对核武器的研制,它是由于核科学技术的需要而产生,并且随着电子计算机的发展而发展。现在这门科学已广泛地应用于其他领域。本文就其发展和应用领域，阐述了计算物理在物理学中的重要性和作用。

关键词：计算物理学发展应用领域

The development and application fields of Computational physics

Abstract

Computational physics is along with the emergence and development of the electronic computer and gradually formed a new edge discipline.it was based on the electronic computer as the tool,applied mathematics,the method of the application to solve the problem of physical science.It is the product of physics,mathematics,and computer putational physics originated during the second world war the United States for the development of nuclear weapons,it is produced due to the need of nuclear science and technology,and develops with the development of the electronic computer.now the science has been widely used in other areas.In this paper,the development and the application field,this paper expounds the importance of computational physics in physics and function.

Key word:computational physics application fields develop

一、计算机物理学的定义

计算物理学（Computational Physics）是物理学、数学、计算机科学三者结合的产物，与理论物理和实验物理有着密切的关系。定义为以计算机及计算机技术为工具和手段，运用计算数学的方法，解决复杂的物理现象问题的一门应用型学科。[1]如原子弹的爆炸、火箭的发射，以及代替风洞进行高速飞行的模拟试验等。应用计算物理学的力一法，还可研究恒星，特别是太阳的演化过程。

二、计算物理学的发展与现状

由于计算方法的深入发展和过去几十年中高速计算机的出现和普及，随着物理学基础理论的进一步突破，物理学家们逐步可以应用一些更严格和更全面的复杂模型，来定量研究实际的复杂体系的物理性质。基于物理学基本原理的数值计算和模拟已经成为将理论物理和实验物理紧密联系在一起的一座重要桥梁：它不仅能够弥补简单的解析理论模型难以完全描述复杂物理现象的不足，而且可以克服实验物理中遇到的许多困难，例如直接模拟实验上不能实现或技术条件要求很高、实验代价昂贵的物理系统等。计算机模拟技术已经渗透到物理学的各个领域，包括凝聚态物理、核物理、粒子物理、天体物理等，导致了计算物理这一新学科的突破性发展和成熟。从20世纪40年代开始，计算物理学家们已经发展了大量新数值方法(如MonteCarlo方法、分子动力学方法、快速Fourier变换等)，由此发现了很多未曾预料到的新现象，并给理论和实验物理学提出了许多新问题。总之，计算物理已成为物理学家揭示多层次复杂体系的物理规律的重要手段，同时也广泛应用于处理实验结果和提出物理解释。[2]

在近50年的时间里，计算物理学首先在原子核物理领域获得应用和发展。与此同时，计算物理学的方法和技巧也迅速地向其他科学领域渗透。在流体力学领域，出现了计算流体力学和计算空气动力学。目前，计算流体力学和计算空气动力学可在超级计算机上模拟复杂几何形状物体的流体运动过程。在材料科学领域，通过理论计算和设计，可以“订做”有特定性能的新材料，这就是计算材料科学和材料设计。在电磁场和微波技术领域，为解决复杂电磁场理论间题和新型雷达工程问题，出现了计算电磁学。闭在物理学的各个相关学科与技术领域，都出现了与计算物理学有关的分支学科。[3]

与此同时，物理学研究中大量计算和仿真的需求，也极大地促进了计算机科学与技术的发展。可以预言，随着光学存储和光计算机、量子晶体和量子计算机等开拓性研究的深人，物理学及相关技术将随着新一代计算机的出现而得到飞速的发展。