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介绍“计算物理”发展概况


Vol 12 Seismoligy : Body Waves and Sources (1973)
Vol 13 Geophysics (1973) Vol 14 Radio Astronomy (1975)
Vol 15 Vibrational Propertics of Solids (1976)
Vol 16 Controlled Fusion (1976)
据查证“计算物理” 一词首次正式出现是美国在 1963年开始出版的“计算物理方法”丛书。
1959 年 5 月美国总统发布命令,可以揭开曼哈顿计划的 内幕,部分内容可以解密。故以“计算物理方法”丛书的名 义陆续编辑出版。这套丛书从1963 年到1977年共出版17 卷, 内容涉及到统计物理、量子力学、流体力学、核粒子运动、 核物理、天体物理、固体物理、等离子体物理、原子与分子 散射、地震波、地球物理、射电天文、受控热核反应和大气 环流等方面的物理问题。反映了当时在计算机上进行计算时 所需要的计算方法和取得的研究成果。这套丛书也大致反映 了“计算物理”的应用范围。


计算物理学(Computational Physics)是伴随着电子计算机 的出现和发展而逐步形成的一门新兴的边缘学科。它是以电子 计算机为工具,应用数学的方法,解决物理问题的应用科学, 它是物理、数学和计算机三者相结合的产物。
计算物理学起源于第二次世界大战期间美国国对核武器的 研制,适应核科学技术的需要而产生。当时的物理学提出了大 量的计算要求,同时又提供了计算机发展所需要的材料和元件, 推动计算技术的迅猛发展。由于计算机的出现,彻底改变了物 理实验室的面貌,扩大了“实验”的涵义;也改变了理论工作 者的生活方式,同时利用计算机在计算过程中本身也产生新的 物理概念,带来了新的物理学——计算物理学
Vol 2 Quantum Mechanics (1963.7)
Vol 3 Fundamental Methods in Hydrodynamic (1964.6)
Vol 4 Applcation in Hydrodynamics (1965.4)
Vol 5 Nuclear Particle Kinematics (1965.12) Vol 6 Nuclear Physics (1966.9)
Vol 17 General Circulation Models of the Atmosphere (1977)
注:以上各卷的内容介绍可见《计算物理概论》一书。
2.3.2 “Springer Series in Computational Physics”
Editors: R. Glowinski,M. Holt,P. Hut,H.B. Keller,J. illeen, S.A.Orszag, V. V. Rusanov (1) Numerical Methods in Fluid Dynamics,M. Holt (1977) (2) A Computational Method in Plasma Physics,F. Bauer, O.Betancourt,P. Garabedian (1978)
1949年8月美国发现苏联第一次原子弹爆炸后,杜鲁 门总统在1950年1月31日下令继续研究各种类型的原子武 器,成立以氢弹之父特勒(E.Teller)为首的氢弹研制小 组。直到1952年10月31日爆炸了代号为“麦克”的核试验 装置.但是苏联也在1953年8月8日发表声明:“氢弹的生 产并不为美国所垄断”。开始了新一轮的核军备竞赛。 在研制原子弹和氢弹的过程中,许多物理规律必须通 过计算机上的计算才能摸清楚,因而计算物理就这样不知 不觉地自然诞生了。计算物理、理论物理与实验物理相辅 相成相互促进共同发展,形成现代物理学的三大分支。
2. 1 学 会
( 1) 欧洲物理学会(EPS)的“计算物理联合会” ( CPG) 1971年,欧洲物理学会(European Physics Society)成立 了欧洲计算物理联合会(Computational Physics Group), 并召开了首次学术会议,有力地推动了计算物理在欧洲各 国的发展,之后各种形式的学术交流会,如 Workshop, Symposium,Seminar,Summer Course等在欧洲各国相继 举办,至今仍十分活跃。 ( 2) 美国物理学会(APS)的“计算物理分会” (DCOMP) 1986年,美国物理学会(American Physics Society)成立 了计算物理分会(Division of Computational Physics).美 国物理学会现有会员超过4万人,1999年在亚特兰大召开 一百周年纪念庆典。现有分会14个.计算物理分会是其中 之一。下设执行(Executive)委员会、提名(Nominating)
原则上讲,凡是没有被充分认识的自然现象,只要是局部 瞬时的物理规律已知(或被假定),都可以借助于计算机的高 速度与大存贮量来求得大范围、长时间的物理规律,都属于计 算物理学的研究领域。计算物理学的目的不是计算,而是理解、 预言和发现新的物理规律 。在这一点上,它与传统的实验物理 和理论物理没有什么不同,差别仅在于使用的工具和方法。有 人强调和突出这个差异性,干脆简单地称计算物理为“复杂系 统的数值模拟”,或为“计算机实验”。所进行的计算其目的 不是为了得到一堆数据,而是为洞察、发现新的物理规律。认 识到研究对象的“复杂性”,这是理解计算物理重要性的关键。 也只有体会到这一点,才能充分地认识到计算物理学的发展为 什么具有如此旺盛的生命力和它在现代物理大厦中所占有的举 足轻重的地位。
委员会、研究基金( Fellowship)评议委员会。对计算物 理论文设有 Aneesur Rahman奖金(Prize),对杰出博士论 文设有Nicholas Metropolls奖品(Award)等. ( 3) 国际纯粹与应用物理联盟( IUPA)的“计算物理委 员会”( C20: Commission on Computational Physics)
(6) Computational Methods for Fluid Flow,R. Peyret, T. D. Taylor (1983)
( 7 ) Computational Methods in Bifurcation theory and Dissipative Structures,M. Kubicek, M. Marek (1983) (8) Optimal Shape Design for Elliptic Systems, O. Pironneau (1983) (9) The Method of Differential Approximtion, Yu. I. Shokin (Trans by K. G. Roesne) (1983) (10) Computational Galerkin Methods, C.A.J. Fletcher (1984) (11) Numerical Methods for Nolinear Variational Problems, R.Glowinski (1984) (12) Numerical Methods in Fluid Dynamics,Second Edition M. Holt (1984) 注:前十二本的内容介绍可见《计算物理概论》一书。
(4) International Journal of Modern Physics C (IJMPC): Physics and Computers. 1990年创刊,Singapore: World Scientific.
2. 3 丛 书
2.3.1 “ Methods in Computational Physics: advances in research and applications” (New York: Academic Press) Editors: B Alder,S. Fernbach ,M. Rotenberg Vol 1 Statistical Physics (1963.4)
(3) Implementation of Finite Elemem Methods for Navier-Stokes Equations,T. Thomasset (1981) (4) Finite Difference Techniques for Vectorized Fluid Dynamics Calculations,Edited by D. Book (1981) (5) Unsteady Viscous Flows, D. P. Telionis (1981)
介绍“计算物理”发展概况
张 锁 春
(中国核学会计算物理学会副理事长)
中国科学院数学与系统科学研究院应用数学研究所
北京 100080
E-mail: zsc@
一、引 言
二、 国外“计算物理”的发展 三、 国内“计算物理”的发展
四 、“计算物理”的大学教育 五、 “计算物理”领域的新发展
1996年,国际纯粹与应用物理联盟(International Union of Pure and Applied Physics)成立了“计算物理委员会” (Commission on Computational Physics)。这是该联盟自 1931年成立第1个委员会(CI)以来的第20个委员会 (C20),它的成立对计算物理在全世界范围内的发展起 了极大的推动作用.它是应APS和EPS在物理计算(PC) 方面的联席会议的筹划指导(Steering)委员会建议而成 立的,他们认为有必要在欧洲和美国之外地区组织会议, 在全世界更广泛的范围内开展活动.
它随着计算机的发展和普及,已广泛地应用到自然科 学研究的各个领域、工程技术的各部门,成为一门与国民 经济、科学研究、国防建设有密切联系,能解决实际问题 的应用科学。 从学科角度看,计算物理学与传统的实验物理学和理 论物理学互相依赖、相互促进,形成三足鼎立,相辅相成 地发展。故有人称它为物理学的第三个分支 。更通俗形象 地讲,计算物理学可以称之为用计算机武装起来的理论物 理学,“打印纸”上的实验物理学。 从研究手段看,大型计算、理论分析、科学实验已成 为当今人类认识客观物理世界的 三种手段 。随着研究对 象的复杂和深入,随着超级计算机的发展,计算将成为科 学研究中的主要手段,有时是唯一有效的手段,物理学作 为纯实验科学的时代早已结束,仅仅作为实验和理论密切 结合的时代也正在过去,现代物理学是立足于实验、理论 和计算三大支柱 之上的科学。
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