《计算物理学》课程教学资源（讲义）第一章 引言 Computational Physics

第一章引 "Computational Physics" "Computer physics 计算物理学是以计算机及计算机技术为工具和手段,坛用 计箕数学的方法,解决复杂物理问题的一门应用科掌。 1.1计算物理的起源和发展 电子计算机的敬明和应用。 学科之间的交叉渗,良计算物理学;以蓬勃的发民。 计算物理学对解决复杂物理问题的巨大能力,良它成为物 理学的第三文桂,并在物理学研究中占有量要的位量。 ●计犷物颯学与颯论物理和实验物理有着切的联系。计犷 物理学的研究内容涉及到物理学的各个领域 1.2计算物理学在物理学研究中的应用 计箕机在物理学中的应用可以大致分为四类: (1)计算机数值分析 计犷机是物理学研究的数值分祈的工具。 (2)计算机待号处理 计箕机在物理学中应用的另一个量要方面是利用计箕机 的符号处理系统选行解析讣算、公式的推导和高贛度的教值 计算。这在理论物理研究领域的龙义就特别量大

第一章 引 言 “Computational Physics” “Computer Physics” 计算物理学是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，解决复杂物理问题的一门应用科学。 1．1 计算物理的起源和发展 z 电子计算机的发明和应用。 z 学科之间的交叉渗透，使计算物理学得以蓬勃的发展。 z 计算物理学对解决复杂物理问题的巨大能力，使它成为物 理学的第三支柱，并在物理学研究中占有重要的位置。 z 计算物理学与理论物理和实验物理有着密切的联系。计算 物理学的研究内容涉及到物理学的各个领域。 1． 2 计算物理学在物理学研究中的应用 计算机在物理学中的应用可以大致分为四类: （1）计算机数值分析 计算机是物理学研究的数值分析的工具。 （2）计算机符号处理 计算机在物理学中应用的另一个重要方面是利用计算机 的符号处理系统进行解析计算、公式的推导和高精度的数值 计算。这在理论物理研究领域的意义就特别重大

(3)计算机模拟 为物理学家提供了“讣算杋桃拟寥验η这个新的研究手段。 通过计算机模拟实验会给物理学家带来新的物理概念,墩现 新的物理现隶。当前讣算模拟巳经成为继理论和实验砑究方 法外,物理学研究的第三种手段。 (4)计算机奥时挖制 物理实验中的讣箕机控制也是十分量要的。现在几予所有 的大型实验中,它的大多数实验设鲁部逦过换口与控制讣算 机相接。并绪合在能教据取和分析程序就可以对奥验装 量的蓬个验选程敵旳控制,物理实验可以在没冇人在 场的情况下自己监测设备的正常运行。自动采集和分析奥验 數据。 计犷机在物理实验中的庇用大政可以分为两个部分,即计 算机的在纜分析和高能分析。在窦验装量运行过程中由计算 杋实觊欻据貘取和数据分析就称为验的在纜分析。以粒子 物理验为创。在绕分析的任奪包括四个方面 (a)控制系統运行。 (b)采棄实验数据。 (c)监视仪器状庵。 (d)数据在戴分析。 髙分析是将实验数据送到计犷中心作选一步的浓缩、过 滤和理论分析工作。粒子物理的高能分析还包括对物理过程

（3）计算机模拟 为物理学家提供了“计算机模拟实验”这个新的研究手段。 通过计算机模拟实验会给物理学家带来新的物理概念，发现 新的物理现象。当前计算模拟已经成为继理论和实验研究方 法外，物理学研究的第三种手段。 （4）计算机实时控制 物理实验中的计算机控制也是十分重要的。现在几乎所有 的大型实验中，它的大多数实验设备都通过接口与控制计算 机相连接，并结合在线数据获取和分析程序就可以对实验装 置的整个实验进程做实时控制，使物理实验可以在没有人在 场的情况下自己监测设备的正常运行，自动采集和分析实验 数据。 计算机在物理实验中的应用大致可以分为两个部分，即计 算机的在线分析和离线分析。在实验装置运行过程中由计算 机实现数据获取和数据分析就称为实验的在线分析。以粒子 物理实验为例，在线分析的任务包括四个方面： （a）控制系统运行。 （b）采集实验数据。 （c）监视仪器状态。 （d）数据在线分析。 离线分析是将实验数据送到计算中心作进一步的浓缩、过 滤和理论分析工作。粒子物理的离线分析还包括对物理过程

的理论模拟、探测器楳拟、夲庥分析、理论和实验τ例的分 析对照普。 髙分析又可以划分为两部分工作。一个是事例模拟;另 一个是物理分析。事例模拟也就是“计算机实验”它包括 对所研究过程及可能形成该过程本底的背景过程的模拟。 计犷机在粒子物理硏究中的应用,就是属于常称为“计 算高能物理学”( Computational High Energy Physics) 学科领域。 计算机在物理学研究中还有其他许多用進,如:用于语言 大亨处理、过计机网络选行信丸或科学教据的交流 、计算机橚助教学瞢

的理论模拟、探测器模拟、本底分析、理论和实验事例的分 析对照等。 离线分析又可以划分为两部分工作。一个是事例模拟；另 一个是物理分析。事例模拟也就是“计算机实验”，它包括 对所研究过程及可能形成该过程本底的背景过程的模拟。 计算机在粒子物理研究中的应用，就是属于通常称为“计 算高能物理学”(Computational High Energy Physics)的 学科领域。 计算机在物理学研究中还有其他许多用途,如:用于语言 文字处理、通过计算机网络进行信息或科学数据的交流传 递、计算机辅助教学等等