Was heißt ``Physik auf dem Computer''

Diese Vorlesung möchte eine Einführung geben in die vielfältigen Arten und Weisen, wie der Computer als Hilfsmittel in der modernen Physik eingesetzt wird.

Physik auf dem Computer umfasst drei verschiedene Disziplinen:

1. Physik
2. Numerische Analysis (Mathematik)
3. Computerprogrammierung (Informatik).

Alle drei Disziplinen sind wichtig für die ``Physik auf dem Computer''. Trotzdem ist diese Vorlesung kein Programmierkurs, keine Vorlesung in numerischer Analysis und keine reine Physikvorlesung, sondern es werden Lehrinhalte aus allen drei Disziplinen vorkommen.

``Physik auf dem Computer'' bedeutet in dieser Vorlesung dabei im wesentlichen die Anwendung des Computers zur:

• Auswertung experimenteller Daten.
  Hat man einmal einen Datensatz (z.B. Flugbahn eines UFO's oder Spannungsverlauf an einem Sensorkontakt), so kann man unzählige Auswertungsoperationen durchführen. Aus der Flugbahn kann man durch Extrapolation vorhersagen, woher das Flugobjet kommt oder wohin es fliegt. Die Daten lassen sich interpoliern, approximieren, glätten, filtern oder anders auswerten.
• Numerischen Lösung physikalischer Probleme und Gleichungen.
  Nur wenige Probleme und Gleichungen der Physik sind analytisch ``mit Papier und Bleistift'' lösbar. Viele Gleichungen sind in Form komplizierter Differential- oder Integralgleichungen gegeben. Der Computer hilft hier, numerisch Lösungen (oder Näherungslösungen) zu finden.
• Durchführung numerischer ``Modellexperimente'' auf dem Computer.
  Der Computer lässt sich wie ein Labor verwenden. Experimente, besonders an Systemen, die experimentell nur schwer zugänglich sind, lassen sich ``simulieren''. Beispiele sind etwa Experimente an Elementarteilchen, an Sonnen, Sternen oder gar an schwarzen Löchern, Experimente, in denen die Gravitation ausgeschaltet wird, oder Experimente mit Materialien und Werkstoffen, die es noch gar nicht gibt. Aber auch ganz alltägliche Phänomene, wie eine schwingende Saite, werden häufig simuliert.

Natürlich gibt es noch andere Anwendungen des Computers in der Physik. Beispiele wären etwa

• das Schreiben der Diplom- oder Doktorarbeit auf dem Computer,
• Benutzung des Computers zur Kommunikation zwischen Physikern (email, Internet), oder
• die Steuerung von Laborexperimenten mit dem Computer oder
• die Benutzung des Computers als besserer Taschenrechner.

Abgesehen vielleicht vom letzten Punkt sollen diese Verwendungen aber hier nicht im Mittelpunkt stehen.