Abstrato

Utilização de computadores em física

Stanley R.

A física da computação, como ramo da ciência computacional, é fundamental para os esforços científicos atuais. É um campo no qual os supercomputadores são utilizados para fazer cálculos baseados em leis físicas estabelecidas e para simular condições que são difíceis de alcançar com a tecnologia existente, ou que só podem ser realizadas através de experiências, ou nas quais grandes quantidades de dados experimentais devem ser tratadas. Domínios de estudo variados têm diferentes exigências de recursos computacionais, mas as aplicações de física computacional em geral requerem um poder de execução de ponto flutuante e uma largura de banda de memória extremamente elevados, pelo que tais cálculos só podem ser feitos em clusters razoavelmente grandes. A física computacional é o estudo e implementação da análise numérica para desvendar problemas de física para os quais já existe uma teoria quantitativa. Historicamente, a física computacional foi a principal aplicação dos computadores recentes na ciência e é agora um subconjunto da ciência computacional. Por vezes é considerada uma subdisciplina (ou ramificação) da física teórica, mas outros consideram-na um ramo intermédio entre a física teórica e a experimental, uma vizinhança de estudo que complementa tanto a teoria como a experiência [1]. Os problemas em física computacional são notoriamente difíceis de resolver com precisão. Isto deve-se a uma variedade de fatores (matemáticos), incluindo a ausência de solubilidade algébrica e/ou analítica, complexidade e caos. Mesmo problemas aparentemente simples, como o cálculo da função de onda de um eletrão que orbita um átomo durante um campo forte (efeito Stark), podem exigir um esforço significativo para formular um algoritmo prático (se é que algum pode ser encontrado); outras técnicas mais grosseiras ou de força bruta, como métodos gráficos ou localização de raízes, também podem ser necessárias [2]. Na extremidade mais avançada do espectro, a teoria matemática das perturbações é ocasionalmente empregue. Além disso, o custo computacional e a complexidade computacional para problemas de muitos corpos (e as suas contrapartes clássicas) tendem a crescer rapidamente. Um sistema macroscópico apresenta normalmente um tamanho da ordem das partículas constituintes, pelo que é algo aborrecido. A resolução de problemas de mecânica quântica é geralmente de ordem exponencial dentro do tamanho do sistema e para N-corpos clássicos é de ordem N-quadrado. Finalmente, muitos sistemas físicos são inerentemente não lineares, na melhor das hipóteses, e, na pior, caóticos: isto sugere que é muitas vezes difícil garantir que quaisquer erros numéricos não cresçam ao ponto de tornar a “solução” inútil. Devido à ampla classe de problemas que a física computacional trata, é uma componente importante da investigação recente em diversas áreas da física, nomeadamente: física de aceleradores, astrofísica, hidráulica (dinâmica de fluidos computacional), teoria de campos de redes/teoria de calibre de rede (especialmente cromo quântico de rede). dinâmica), física (ver modelação de plasma), simulação de sistemas físicos (usando, por exemplo, dinâmica molecular), engenharia de códigos de computador,previsão da estrutura das proteínas, previsão do tempo, física do estado sólido, física da matéria condensada mole, física do impacto da hipervelocidade, etc. sólidos, uma forma quase semelhante à empregada pelos químicos para rever moléculas [3]. Outras grandezas de interesse na física do estado sólido, como a estrutura da banda electrónica, as propriedades magnéticas e as densidades de carga são frequentemente calculadas por este e por uma série de outros métodos, incluindo o método de Luttinger-Kohn/kp e os métodos ab-initio. Para cada assunto importante da física, como a mecânica computacional e a eletrodinâmica computacional, pode ser encontrado um ramo computacional correspondente. A mecânica computacional inclui a Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), a Mecânica dos Sólidos (Mecânica dos Sólidos Computacional) e a Mecânica de Contacto Computacional (Mecânica de Contacto Computacional). A magnetohidrodinâmica computacional é uma área na interseção do CFD e da modelação eletromagnética. A questão quântica de muitos corpos leva naturalmente à química computacional, uma área vasta e em rápida expansão [4]. O software VASP baseia-se na teoria de primeiros princípios e calcula utilizando a abordagem de onda plana pseudopotencial e é amplamente utilizado em computação para física do estado sólido, ciência dos materiais e física de partículas, entre outros campos. É empregado em astronomia, geofísica e também noutros campos, o que o torna uma das aplicações científicas mais essenciais. Durante muitos anos, a Inspur realizou extensas pesquisas teóricas e algorítmicas sobre o VASP, obtendo informações valiosas.e também noutros campos, tornando-se uma das aplicações científicas mais essenciais. Durante muitos anos, a Inspur realizou extensas pesquisas teóricas e algorítmicas sobre o VASP, obtendo informações valiosas.e também noutros campos, tornando-se uma das aplicações científicas mais essenciais. Durante muitos anos, a Inspur realizou extensas pesquisas teóricas e algorítmicas sobre VASP, obtendo informações valiosas.