Physique numérique

Laphysique numérique(ou parfoisphysique informatique) est l'étude et l'implémentationd'algorithmesnumériques dans le but de résoudre des problèmesphysiquespour lesquels unethéorieexiste déjà. Elle est souvent considérée comme une sous-discipline de laphysique théoriquemais certains la considèrent comme une branche intermédiaire entre laphysique théoriqueet laphysique expérimentale.

En général, les physiciens définissent unsystèmeet son évolution grâce à des formules mathématiques précises. Il arrive souvent que la solution des équations basées sur les principes de laphysique fondamentalene soit pas adaptée à la description du système. Ceci est particulièrement vrai dans le cas de lamécanique quantique,où seulement une poignée demodèlessimples pos sắc dent des solutionsanalytiquescomplètes. Dans les cas où les systèmes ont seulement des solutions numériques, des calculs numériques sont employés.

Domaines d'application

Les calculs numériques sont employés couramment, notamment dans le cadre de laphysique du solide,de lamécanique des fluides,de lathéorie quantique des champs,de lathéorie de la mesure,et dans bien d'autres secteurs. Enphysique du solide,par exemple, l'outil informatique est employé avec la théorie fonctionnelle de densité afin de calculer des propriétés des solides; leschimistesutilisent une méthode semblable pour étudier lesmolécules.En physique du solide, l'organisation électronique de la matière, les propriétés magnétiques et lesdensités électroniquesde charge peuvent être calculées par plusieurs méthodes, y compris par calcul numérique et les méthodesab initio(via différentes théories et/ou méthodes).

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

• Résolution deséquations;
• Évaluation d'intégrales;
• Méthodesstochastiques,particulièrement laméthode de Monte Carlo;
• Méthodes des équationsdifférentiellespartielles, par exemple la méthode desdifférences finieset laméthode des éléments finis;
• Le calcul devaleurs propreset leursvecteurs proprescorrespondants pour des matrices très grandes. Par exemple: l'état propreen physique quantique). On peut utiliser laméthode de la puissance itérée;
• Laméthode pseudo-spectrale.

Toutes ces méthodes et plusieurs autres sont employées pour calculer les propriétés physiques des systèmes à modéliser ou àsimuler.La physique numérique couvre également laconception de logicielet le paramétrage de structures informatiques (réseau,cluster) pour résoudre les problèmes. En général, la résolution de ces problèmes peut nécessiter desressources informatiquesimportantes, notamment en ce qui concerne les capacités demémoireet de l'unité de traitement des données (processeur).

Voir aussi

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