Física computacional

Es denomina física computacional a una branca de la física que se centra en l'elaboració de models per ordenador de sistemes en molts graus de llibertat para els quals ya existix una teoria computacional. En general, s'efectuen models microscòpics en els quals les "partícules" obedixen a una dinàmica simplificada, i s'estudia el que puguen reproduir-se les propietats macroscòpiques a partir d'este model molt simple de les parts constituents. Les simulacions es fan resolent equacions que governen el sistema. Per lo general, són grans sistemes d'equacions diferencials ordinàries, equacions diferencials a derivades parcials i equacions diferencials estocàstiques, que no poden ser resolts explícitament de manera analítica.

A sovint, la dinàmica simplificada de les "partícules" té cert grau d'aleatorietat. En general, este alvertent es denomina método de Montecarlo, nom que li ve pels cassinos de Montecarlo com a forma jocosa de recordar que el método usa la aleatorietat.

Atres simulacions es basen que l'evolució d'una "partícula" en el sistema depén, exclusivament, de l'estat de les partícules veïnes, i es rig per mig de regles molt simples i, en principi, determinades. A açò se li crida simulacions en autómates celulars. Un eixemple clàssic, encara que més matemàtic que físic, és el famós joc de la vida, ideat per John Horton Conway.

La física computacional té les seues aplicacions més rellevants en física de l'estat sòlit (magnetisme, estructura electrònica, dinàmica molecular, canvis de fase, etc.), física no-llineal, dinàmica de decorreguts, astrofísica (simulacions del sistema solar, per eixemple), física de partícules (teoria de camps/teoria gauge en un retícul espai-temporal, especialment per a la Cromodinámica Quàntica (QCD) ).

Les simulacions que es realisen en física computacional requerixen gran capacitat de càlcul, per lo que en molts casos és necessari utilisar supercomputadores o clusters de computadors en paralel.

Bibliografia

• A.K. Hartmann, Practical Guide to Computer Simulations, World Scientific (2009)
• International Journal of Modern Physics C (IJMPC): Physics and Computers [1] archivat en Wayback Machine., World Scientific
• Steven E. Koonin, Computational Physics, Addison-Wesley (1986)
• T. Pang, An Introduction to Computational Physics, Cambridge University Press (2010)
• B. Stickler, E. Schachinger, Basic concepts in computational physics, Springer Verlag (2013). ISBN 9783319024349.
• E. Winsberg, Science in the Age of Computer Simulation. Chicago: University of Chicago Press, 2010.