计算物理学是随着计算机技术的飞跃进步而不断发展的一门学科，在借助各种数值计算方法的基础上，结合了实验物理和理论物理学的成果，开拓了人类认识自然界的新方法。

传统的观念认为，理论是理论物理学家的事，而实验是实验物理学家的事，两者之间不见得有必然的联系，但现代的计算机实验已经在理论和实验之间建立了很好的桥梁。一个理论是否正确可以通过计算机模拟并于实验结果进行定量的比较加以验证，而实验中的物理过程也可通过模拟加以理解。

当今，计算物理学在自然科学研究中的巨大威力的发挥使得人们不再单纯地认为它仅是理论物理学家的一个辅助工具，更广泛意义上，实验物理学、理论物理学和计算物理学已经步入一个三强鼎立的“三国时代”，它们以不同的研究方式来逼近自然规律。计算机数值模拟可以作为探索自然规律的一个很好的工具，其理由是，纯理论不能完全描述自然可能产生的复杂现象，很多现象不是那么容易地通过理论方程加以预见。

说明这个观点的一个最好的例子是，20 世纪50 年代初，统计物理学中的一个热点问题是，一个仅有强短程排斥力而无任何相互吸引力的球形粒子体系能否形成晶体。计算机模拟确认了这种体系有一阶凝固相变，但在当时人们难于置信，在1957 年一次由15 名杰出科学家参加的讨论会上，对于形成晶体的可能性，有一半人投票表示不相信。其后的研究工作表明，强排斥力的确决定了简单液体的结构性质，而吸引力只具有次要的作用。

另外一个著名的例子是粒子穿过固体时的通道效应就是通过计算机模拟而偶然发现的，当时，在进行模拟入射到晶体中的离子时，一次突然计算似乎陷入了循环无终止地持续了下去，消耗了研究人员的大量计算费用。之后，在仔细研究了过程后，发现此时离子运动方向恰与晶面几乎一致，离子可以在晶面形成的壁之间反复进行小角碰撞，只消耗很少的能量。

因此，计算模拟不仅仅是一个数学工具。作为工具，我们至少知道结果应该如何，哪怕不了解具体过程。

清华大学出版社图书

图书信息

书名：计算物理(第2版)

ISBN：9787302165729

作者：Nicholas J.Giordano等

定价：46元

出版日期：2007-12-1

出版社：清华大学出版社

图书简介

普渡大学的Nicholas J. Giordano 和Hisao Nakanishi具有多年的科研和教育经验，所著的本书是计算物理领域的一本优秀教材。它紧扣一些非常基本但难以解析求解的物理问题逐步展开，围绕各个物理学专题介绍了物理学研究中各种基本的计算机数值模拟方法，深入浅出地讨论其理论基础和实际应用，着重于解决实际物理问题的基本数值方法。这样可以使读者通过学习，对物理学中应用的主要计算技术有一个全面的了解，从而具有利用计算机进行数值计算解决复杂体系物理问题的能力。

本书包含了很多物理学专题，方便教师在教学内容及其深度的选择方面有较大的灵活性。

前言

由于计算方法的深入发展和过去几十年中高速计算机的出现和普及，随着物理学基础理论的进一步突破，物理学家们逐步可以应用一些更严格和更全面的复杂模型，来定量研究实际的复杂体系的物理性质。基于物理学基本原理的数值计算和模拟已经成为将理论物理和实验物理紧密联系在一起的一座重要桥梁：它不仅能够弥补简单的解析理论模型难以完全描述复杂物理现象的不足，而且可以克服实验物理中遇到的许多困难，例如直接模拟实验上不能实现或技术条件要求很高、实验代价昂贵的物理系统等。计算机模拟技术已经渗透到物理学的各个领域，包括凝聚态物理、核物理、粒子物理、天体物理等，导致了计算物理这一新学科的突破性发展和成熟。从20世纪40年代开始，计算物理学家们已经发展了大量新数值方法（如Monte Carlo方法、分子动力学方法、快速Fourier变换等），由此发现了很多未曾预料到的新现象，并给理论和实验物理学提出了许多新问题。总之，计算物理已成为物理学家揭示多层次复杂体系的物理规律的重要手段，同时也广泛应用于处理实验结果和提出物理解释。对一个成功的物理学家来说，掌握必要的计算物理学知识和手段已变得越来越重要。越来越多的大学已针对将要从事物理学及相关学科研究的研究生和本科生开设了计算物理课程。

过去的十年中国际上已涌现出一些很好的计算物理专著和教材。由Purdue大学物理系的Nicholas Giordano教授和Hisao Nakanishi教授在其多年计算物理教学和科研工作基础上合作撰写的Computational Physics（Second Edition）一书就是其中的突出代表。该书紧扣一些非常基本但难以解析求解的物理问题逐步展开，围绕各个物理学专题介绍了物理学研究中各种基本的计算机数值模拟方法，深入浅出地讨论其理论基础和实际应用，着重于解决实际物理问题的基本数值方法。这样可以使读者通过学习，对物理学中应用的主要计算技术有一个全面的了解，从而具有利用计算机进行数值计算解决复杂体系物理问题的能力。该书的另一个特点是包含了很多的物理学专题，这使得该书作为教材使用时教师在教学内容及其深度的选择方面有较大的灵活性。

清华大学出版社将该书引入国内，无疑将有利于从事物理科学及其相关研究的科研工作者和学生掌握必要的计算物理学方法和手段，并促进计算物理学科的的发展。