物理学理论物理计算物理学

计算物理在物理学界是什么样的地位?

地铁风
不会撸程序的设计狮不是好科研狗

在我做的 QCD 這塊已經開始形成實驗、理論、計算三足鼎立的狀態。主要是因爲 QCD 理論實在是沒法算,模型又不靠譜。而 lattice QCD 至少是第一性的。現在像 muon g-2 這些量用模型計算和實驗值衝突,就需要 lattice 來算一下。

凝聚態那邊計算用的也很多,貌似是比如有人搞出一個巨詭異的作用量,大家一時間不知道怎麼算,就先模擬一下這樣,不過我不是很瞭解。

我的感覺是計算的角色會越來越重要。超級計算機的效率正在越來越高,更重要的是在高能這一塊,計算的週期一般比實驗要短,高能實驗一做動輒就是五到十年,發出論文來成百上千的作者… 感覺略坑爹啊…

作爲一個搞计算的科學工作者,我跟人聊天時經常把「未來是計算的世界」這句話掛在嘴邊…

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UPDATE: 今天(2015-07-15)的 lattice 会议有一个很牛逼的 talk 是算 CKM matrix 里的矩阵元,精度已经比实验高了,而且为解决试验和理论的 discrepency 提供了很好地 input. 牛逼闪闪,我很欣慰。

30 赞同 7 感谢 21 收藏 11 条已备份评论 发布于 2014-10-14 知乎原页 ↗

评论 11

计算物理会用到很多算法方面的知识吗?比如数值求解偏微分方程之类的,研究生也是做的高能物理,很多模型都是别人写好的,想独自写模型也是不太现实的。感觉做计算的确实有点低端,基本上模型的框架还是需要对实验和理论的敏锐的理解,这一点只有一流的物理学家能做,而把框架翻译成代码,这只要找一个程序员就能做吧?至于用别人写好的模型进行计算,这跟做试验的没多大区别,甚至比做试验的都差一些,因为实验好好做至少能得到可靠的结果,而数值模拟就很难说了,结果不正常的话,模型如果不是自己做的也很难办。而且现在高能物理的模型都不怎么准,基本上一个模型只能给出某几个正常的观测量。计算机再强大,搞计算的还是得依赖人类对物理现象的理解,而这种理解只有顶尖物理学家能做啊。说白了,搞计算的其实和计算机没多大关系。。。我也不知道我的这些理解是不是对。
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地铁风回复 Alex .Z作者
我覺得計算最大的好處就是可以拋棄模型,完全第一性。比如 lattice QCD 就是在一個空空的網格上解狄拉克方程,基本假設就是對稱性,然後就沒了。也有很多人在算模型,比如凝聚態里我知道有人測完晶體以後會用模型算一算,加強說服力神馬的(不懂,聽同事說的…),因爲系統實在是複雜,沒法第一性,這時計算確實就淪爲實驗的附屬了,感覺低端也是正常的。

算法方面,其實解微分方程也好啦,蒙特卡洛也好啦,本質上都是矩陣求逆(或者對角化),其它東西我感覺都是附加的,比如有些時候需要迭代地近似一個東西神馬的。把算法翻譯成代碼,確實找程序猿就可以做。Lattice QCD 領域有一個著名的代碼庫叫 Chroma, 就是 JLab 請 CS 的人寫的,比我們這些屌絲寫的可是漂亮多了,美輪美奐,看都看不懂,只有讚賞的份...

關於結果可靠性的問題,如果是第一性的話,主要問題基本上是統計量,也就是要堆機時… 當然也會有別的東西,比如把空間離散化的時候引入的對稱性破缺,基本就是個大 bug,很難辦的,lattice qcd 社區從一開始就在吵這個…

當然你說的最後那個我完全同意,每當我過多的沉迷在代碼里的時候,老闆就會教導我,物理是最重要的。於是我就總也寫不出程序猿們寫的那種代碼啦… 計算要搞得好,對物理的理解纔是最重要的,代碼神馬的,能跑,略快,以後能看懂,就行了~~然後我還是學生,只是寫起知乎來比較裝逼而已,嘿嘿~~ 逃跑…
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Alex .Z回复 地铁风
第一原理算不太现实,计算量随系统复杂性岂止是以几何级数增加啊!计算机计算能力没有几次质的飞跃是无法办到的。格点QCD理论也不是什么都能算,太复杂的也没办法吧。哎,还是理论不完善,物理图像不清晰,真实世界太TM复杂。
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地铁风回复 Alex .Z作者
嗯,是的,现在连氦核都不行… 不过计算机发展总是很快的么嘿嘿~~
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我怎么觉得g-2的问题是算高阶圈图比较麻烦,lattice微扰非微扰兼容并包呢
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地铁风回复 西林作者
g-2 的 QCD 部分貌似是模型算的?
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西林回复 地铁风
原则上从lagrangian总是能算一个g-2出来的。我就知道他们算QED的g-2搞得风生水起,10阶圈图的QED都有人算。
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地铁风回复 西林作者
10 階… 讓我想起有一次去開格點會,一個人做報告,題目叫“xxxxxx renormalization under 20 loops”…
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知乎用户n6975Q回复 西林

这种多圈图计算一般都不是算完整的圈图,而是找到一部分Leading的色结构来算的,比如认为nf远大于1的话,多圈图实际上就变成了一堆bubble图,记得之前看过一个研究renormalon的文章也算了十几圈。

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知乎用户n6975Q回复 西林

仔细一看才发现是两年前的问题了……打扰了。

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