کاربرد رایانه در فیزیک

امروزه کامپیوتر تقریبا در تمام علوم برای خود جای پایی ایجاد کرده است. و اغرق آمیز نیست، اگر بگوییم که در آینده کامپیوتر یکی از لوازم ضروری زندگی بشر خواهد بود. یعنی همانطور که امروزه در هر خانه‌ای تلویزیون وجود دارد و تقریبا کمتر خانه‌ای است که در آن تلویزیون وجود نداشته باشد، لذا در آینده نیز کامپیوتر تقریبا در هر خانه‌ای وجود خواهد داشت.
اما نقش کامپیوتر در علوم مهندسی و علومی که با محاسبات پیچیده سرو کار دارند، بسیار پررنگ‌تر است. بر این اساس در علم فیزیک مباحثی تحت عنوان کاربرد کامپیوتر در فیزیک مطرح می‌شود. مباحث زیرین به توسط این این علم و فیزیک محاسباتی پیگیری می‌شود.
● محاسبات عددی
تعداد مسائلی که در دنیای فیزیک با استفاده از روشهای تحلیلی حل می‌شوند، کم است. بر این اساس در حل مسائل از روشهای دیگری استفاده می‌کنند. یک روش که به جوابهای کاملا دقیق منجر نمی‌شود، روش تقریبی است. نظریه اختلال در مکانیک کوانتومی از جمله این روشهای تقریبی می‌باشند.
طریقه دوم در حل مسائل استفاده از روشهای عددی است. در این روشهای برنامه‌های کامپیوتری مناسب با مسئله مورد نظر نوشته می‌شود، سپس داده‌های مربوط به مسئله به کامپیوتر داده شده و نتیجه آن به صورت خروجی بدست می‌آید.
● حل معادلات جبری
منظور از حل یک معادله جبری بدست آوردن ریشه‌های حقیقی آن معادله است. البته برای این کار روش‌های مختلفی وجود دارد که هر روش بر اساس میزان خطا و دقت از روشهای دیگر متمایز می‌گردد. از جمله این روش‌ها می‌توان به روش تنصیف ، روش ناجابجایی و روش تکرار اشاره نمود.
● حل معادلات دیفرانسیل
دستگاههای با تعداد مجهولات کم به آسانی توسط روشهای عددی حل می‌شوند، اما در حل معادلات با تعداد مجهولات بیشتر با شکل مواجه می‌شویم. بنابراین در این حالت به روشهای عددی متوسل می‌شویم. از روشهایی که در این حالت از آنها استفاده می‌کنیم، روش حذفی گوسی و روش تکرار است. میزان دقت روش تکرار بیشتر از روش گوسی است.
● حل انتگرالهای نامعین
در حل عددی انتگرالها از روشهای ذوزنقه ، روش سیمسون و روش گوس استفاده می‌گردد. البته لازم به ذکر است که در هر مسئله تناسب با نوع مسئله از روش خاصی استفاده می‌شود. اغما یک روشی که تداد خطای آن خیلی کمتر است و علاوه بر آن در مورد انواع انتگرالها قابل اعمال است، روش مونت کارلو می‌باشد. با استفاده از این روش می‌توان انتگرالهای n گانه را با دقت خوب حل کرد.
هر کدام از این روش‌ها یک سری محاسن و با معایبی دارند. به عنوان مثال حسن روش گاوسی در سرعت عمل حل مسائل با دقت خوب است. در صورتی که دقت روش ذوزنقه در مقایسه با این روش کم است. ولی عیب آن در حل انتگرالهای چندگانه است. که برای رفع این عیب روش مونت کارلو ابداع شده است.
● برنامه نویسی کامپیوتری
برای استفاده از کامپیوتر جهت محاسبات عددی ، باید بتوانیم معلومات مسئله و الگوریتم (مراحل مختلف در روش مورد استفاده) متناسب با روش بکار رفته را به زبان ماشین ترجمه کنیم. برای این کار باید به زبان برنامه نویسی آشنا باشیم.
زبان مورد استفاده جهت حل مسئله نیز باید متناسب با مسئله مورد نظر انتخاب گردد. بعد از نوشتن برنامه ، داده‌ها یا معلومات مسئله را به کامپیوتر می‌دهند و خروجی یا نتیجه را در روی صفحه کامپیوتر مشاهده می‌کنند .

منبع : سایر منابع