物理学是研究什么的学科|物理学专业有没有什么研究方向是不需要做实验只需要编程的？

2017-04-04　　来源：网　点击：

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你问的这个，就是计算物理。具体包括：对电子结构的计算（量子化学、密度泛函理论等）、对宏观多粒子体系性质的计算（分子模拟）以及对其他问题的计算（如等离子体物理、核物理）。量子分子动力学模拟Au+Au原子核多重碎裂传统的研究方法有两大类，理论和实验。但随着二战后电子计算机的出现，科学家们立刻想到了用这种新的强大的计算能力，来研究以前无法研究的问题。现在计算科学家经常说：计算已经跟实验和理论鼎足而三，成了一种基本的研究方法。下面来解释一下这句话。让我们想一想，在计算机模拟出现之前，人们是怎么预测物质的宏观性质的？比如说，对于真实气体的状态方程，你能够想到什么？你可能回答：范德瓦尔斯方程，维里方程。以范德瓦尔斯方程为例，(p+a/v^2)(v-b)=kBT，p是压强，v是体积除以分子数，a和b是两个依赖于物质的常数。这个方程背后的思想是：分子间的吸引力减小了气体的压强，所以要加上；分子本身的大小增加了气体的体积，所以要扣除。想法很有趣，但你如何检验呢？原则上，如果你知道了分子间相互作用势，这样的理论（又如电解质稀溶液的Debye-Hückel理论）就能做预测。但是，我们对绝大多数体系的势场也所知甚少。如果实验跟理论的结果不符，问题就来了：是理论错了？还是势场错了？还是两者都错了？在分子模拟出现之前，我们完全搞不清。有了分子模拟之后，我们的处境就大为改善了。给定势场，把模拟的结果跟实际体系的实验结果相比较，如果不一致，说明势场不对，需要改进势场。给定势场，把模拟的结果跟同样势场下理论模型的解析结果相比较，如果不一致，说明理论不对，需要改进理论。在这个意义上，分子模拟相当于一种计算机实验，跟纯理论相比它发挥了实验的作用。这种计算机实验的方法论非常重要，它导致了一些广受尊敬的理论不得不改写，其中有些都能追溯到Boltzmann的时代。它也改变了我们构筑新理论的方式。以前人们提出一个理论，径直就发表了，对不对那是实验家去检验的事。现在你不先做个模拟验证一下理论，审稿人都不让你过。

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