Physique informatique

Physique informatique

La physique informatique est l'étude et l'implémentation des algorithmes numériques afin de résoudre des problèmes physiques pour laquelle une théorie existe déjà. Elle est souvent considérée comme une sous-discipline de la physique théorique mais certains la considèrent comme une branche intermédiaire entre la physique théorique et la physique expérimentale.

En général, les physiciens définissent un système et son évolution grâce à des formules mathématiques précises. Malheureusement, il arrive souvent que la solution des équations basées sur les principes de la physique fondamentale ne soit pas adaptée à la description du système. C'est particulièrement vrai avec la mécanique quantique, où seulement une poignée de modèles simples ont les solutions analytiques complètes. Dans les cas où les systèmes ont seulement les solutions numériques, des calculs numériques sont employés.

Domaines d'application

Les calculs numériques sont employées couramment dans la physique du solide, la mécanique des fluides, et la théorie de champ, la théorie de la mesure et en particulièrement la théorie quantique des champs, et dans d'autres secteurs. En physique du solide, par exemple, l'outil informatique est employé avec la théorie fonctionnelle de densité pour calculer des propriétés des solides;les chimistes utilise une méthode semblable pour étudier les molécules. En physique du solide, l'organisation électronique de la matière, les propriétés magnétiques et les densités électroniques de charge peuvent être calculées par plusieurs méthodes, y compris par calcul numérique et les méthodes ab initio de Luttinger-Kohn k.p.

Beaucoup d'autres problèmes numériques plus généraux tombent se retrouve inévitablement dans le domaine de la physique informatique, bien qu'ils pourraient être considérés comme des problèmes purement mathématiques. Ceux-ci sont :

• Solution des équations ;
• Intégrales de évaluation ;
• Méthodes stochastiques, particulièrement la méthode de Monte Carlo ;
• Méthodes des équations différentielles partielles, par exemple la méthode des différences finies et la méthode d'élément fini ;
• Le calcul de valeur propre et leurs vecteur propre correspondants pour des matrices très grandes (exemple : l'état propre en physique de quantique) ;
• La méthode pseudo-spectrale.

Toutes ces méthodes et plusieurs autres sont employées pour calculer les propriétés physiques des systèmes à modéliser ou simuler. La physique informatique couvre également la conception de logiciel et le paramétrage de structures informatiques (réseau, cluster) pour résoudre les problèmes. En général, La résolution de ces problèmes peuvent nécessiter des ressources informatiques importantes tels que la mémoire et l' unité de traitement des données ( processeur).

Voir aussi

• Calcul numérique ;
• Simulation numérique ;
• Aérodynamique numérique ;
• Chimie numérique ;
• Physique numérique ;
• Modélisation ;
• Physique mathématique.

Bibliographie

Liens externes

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