Hisoblash fizikasi
Hisoblash fizikasi fizikaning boshqa bo’limlari - atom fizikasi, geofizika, plazma fizikasi, tutash muhitlar mexanikasi, astrofizika o’rganadigan ob’ekt va hodisalarni o’rganadi. Biroq bu tekshirishlar olib boriladigan usul bir oz boshqachadir. U elektron hisoblash mashinalaridan foydalanib, fizik hodisalarni modellashtirishdan iboratdir.
Bunday modellashtirish nima uchun kerak? Juda ko’p fizik hodisalar borki, ularni eksperimental o’rganish ancha qiyinchiliklar bilan bog’liq yoki fanning mazkur rivojlanish bosqichida umuman mumkin ham emasligi yaxshi ma’lum. SHar chaqmoq qanday tuzilgan? YUpiterdagi mashhur Qizil dog’ nimadan iborat? Aytaylik, 1000 km/s tezlik bilan uchib ketayotgan jismlar to’qnashganda nima bo’ladi? Bo’lajak termoyadro reaktorining birinchi devorini yuqori energiyali zarralar oqimidan qanday himoya qilgan ma’qul? Kometaning yadrosi nimadan tuzilgan? Savollar ro’yxatini yana ham davom ettirish mumkin. Bunga o’xshash savollarga eksperimental ma’lumotlar yetarli bo’lmagani uchun to’liq javob olish ancha qiyin. Tabiiyki, eksperimental metodlar uzluksiz rivojlanib bormoqda. Masalan, yaqin yillarda Quyoshga yaqinlashayotgan Galley kometasi atroflariga bir qator kosmik apparatlar uchirish ko’zda tutilgan. Bu uni o’rganish bo’yicha birinchi urinish bo’ladi. Shunday bo’lsa-da, «qiyin» savollar ro’yxati fizik eksperiment imkoniyatlaridan tezroq o’smoqda.
Hozircha yetarli o’rganilmagan hamma fizik hodisalarni, odatda, yaxshi ma’lum bo’lgan fizik qonunlar bilan boshqarish qiziqdir. Bu hodisalarni ularning nihoyatda murakkabligidan biz tushunmaymiz. Bunda insonga juda murakkab va og’ir masalalarni hal qilish uchun maxsus yaratilgan elektron hisoblash mashinalari (EHM) yordamga keladi.
EHM da fizik hodisalarni modellash qanday bajariladi? Dastlab, o’rganilayotgan hodisaning fizik modeli ishlab chiqiladi, unda o’rganilayotgan ob’ekt yoki hodisa haqidagi bilimlarning hammasi hisobga olinishi kerak. Model ishlab chiqilgandan so’ng u fizika qonunlaridan foydalanib, u yoki bu tenglama bilan ifodalanadi. Va nihoyat, hosil bo’lgan matematik masalaning yechimini algoritmi va EHM uchun programma tuziladi. Bu bosqichda hisoblash matematikasi usullari qo’llanadi.
Butun ish bosqichlarinn o’zimiz aniq tasavvur qilishimiz uchun bir nechta misol qarab chiqamiz. Bizni quyidagi amaliy ish qiziqtirayotgan bo’lsin: 100 km/s tezlikdagi meteorit urilganda kosmik apparat qanday zarar ko’radi? Laboratoriya sharoitlarida qattiq jismga bunday tezlik berishga erishib bo’lmaydi, shuning uchun bu masalani hozircha eksperimental o’rganish mumkin emas. Sonli modellashdan foydalanamiz. Fizik modelni yasaymiz. Oddiy aniqlashlardan ko’rinib turibdiki, 100 km/s atrofidagi urilish tezliklarida materialning qattiqlik xossalari hech qanday ahamiyatga ega emas. Shuning uchun apparatning devorini va u tomon uchib kelayotgan zarrani siqiluvchi suyuqliklar deb hisoblash va urilish vujudga keltirgan harakatni gidrodinamika tenglamalari sistemasi bilan tavsiflash mumkin (Gidroaeromexanika). So’ngra energiyani issiqlik o’tkazuvchanlik va nurlanish bilan ko’chirish kuzatilayotgan sharoitlarda katta ahamiyatga ega emasligini va bu jarayonlarni hisobga olmasa ham bo’lishini ko’rsatish mumkin. Gidrodinamika tenglamalarini yechish uchun effektiv sonli metodlar ishlab chiqilgan. yechishning konkret metodini tanlash masalaning xususiyatlariga bog’liq. Gidrodinamika tenglamalarini yechib, tez zarralarning devorni teshish yoki, agar zarraning massasi kichik bo’lsa, krater vujudga kelish manzarasini hosil qilish mumkin.
Plazma fizikasida yacheykalardagi zarralar metodi keng tarqaldi. Uning g’oyasi shundan iboratki, plazmaga juda katta sonli (bir necha milliongacha) zaryadlangan zarralar to’plami sifatida qaralib, bu zarralar tashqi va kuchlari vujudga keltirgan elektr va magnit maydonlarda harakatlanadi. Bunday usuldagi modellarda plazmali turbulentlikning, tashqi maydonlarda plazma barqaror bo’lmasligining, plazma konfiguratsiyasi evolyutsiyasining muhim xossalarini aniqlash mumkin bo’ladi. Mazkur metod yordamida gidrodinamik noustuvorlikning, jismlar suyriligining, to’lqinlar o’zaro ta’sirlarining ko’pgina masalalari hal qilindi.
Hisoblash fizikasi hal qiladigan yana bir doira muammolar atomlar, molekulalar va qattiq jismlar xossalarini kvantomexanik hisoblash bilan bog’liq (Kvant mexanika).
Ba’zan hisoblash fizikasi metodlari bevosita eksperimental tekshiriladigan masalalarni yechishda muvaffaqiyatli qo’llaniladi. Bu eksperiment juda qimmatga tushadigan bo’lganda yoki uni o’tkazish uchun juda ko’p vaqt talab qilinganda shunday bo’ladi. Juda ko’p sondagi variantlardan eng qulayini tanlash kerak bo’lganda ham hisoblash fizikasi yordam beradi.
Sonli eksperimentlar natijalarining ishonchliligi eng takomillashgan model va algoritmlardan foydalanilganligiga, EHM ning imkoniyatlariga bog’liq. Juda qisqa vaqt ichida va juda kichik fazoviy sohalarda ro’y beradigan hodisalarni sonli modellash juda muhim ahamiyatga ega bo’ldi. Masalan, u inertsion termoyadro sintezi muammosini muvaffaqiyatli hal qilishga yordam bermoqda.
