1、浅谈物理学知识和计算机科学的交叉融合 余冠阳 大庆实验中学高三十八班 摘 要： 提及物理很多同学对它的印象都是枯燥刻板的, 也正是这样一门严谨枯燥的学科对我们今天的高品质生活做出了突出贡献。本文从计算机的诞生开始说起, 简略阐述了物理学科与计算机科学的交叉和融合。关键词： 物理学; 计算机; 交叉; 融合; 1941 年 5 月 12 日, 德国工程师 Konrad Zuse 完成了他的图灵完全机电一体计算机“Z3”, 这是第一部具有自动二进制数学计算特色以及可行的编程功能的计算机。虽然它的功能还不及我们现在所用的电子计算机千分之一, 但是它依然是计算机技术里程碑式的重要进步, 是人类文明史上最伟大的发明之一。从那以后一百多年的时间, 计算机技术呈现跳跃式发展, 对我们的生产和生活产业了巨大影响。1 物理科学推动计算机不断进步说到计算机大家都不陌生, 它现在已经逐渐转变成为我们生活的一部分, 日常的办公、娱乐、学习、休闲、购物等都离不开它, 之所以可以做到功能如此强大依托于其优良的性能。再回到第一台计算机, 据记载它由 17, 468 个电子管, 60000 个电阻器, 10000 电。

2、容器和 6000 交换机组成, 重达 30 吨, 占地 160 平方米, 功耗 174 千瓦, 耗资 45 万美元。相信这样一件庞然大物只会令我们望而生畏, 谈何广泛应用, 由于材料物理学在计算机更加小巧、轻便的道路上起到了决定性作用, 使得计算机可以大量普及。计算机的硬件发展经历了五个关键阶段:电子管计算机晶体管计算机集成电路计算机大规模与超大规模集成电路计算机智能计算机。它的电子元件从电子管到晶体管, 再到中小规模集成电路, 以及现在的大规模集成电路。计算机的内存最初使用的是水银 (汞) 延迟线存储器, 存储慢而且容量小;后来随着电磁感应原理的发现, 改良成了磁芯, 但是容量依然有限;后来的半导体存储器, 以及现在的光存储器都是科学家们结合依据物理原理进行多次改良的结果。计算机结构的改良除了使得机器携带更加方便之外, 机器本身的运行速度也获得质的飞跃。除了硬件方便计算机的软件控制方面, 即人机对话方向也有很多程序都是参考物理学的基础模型来衍生和发展的。计算机经典的叠加、统计功能都是在物理实验的基础上发展而来, 计算机的虚拟层面概念就是基于物理的实际理论衍生而来。计算机科学中的人工智。

3、能更是与物理科学中的热力学前沿动态不谋而合, 物理统计学的进步也加快了云计算的脚步, 当前物理学的很多前沿领域, 概率云和分形等都呈现出与计算机学科的交叉。2 计算机技术的进步进一步推动物理学科的发展物理学与计算机的关系就好比天文学与望远镜的关系, 望远镜越精良, 天文观测到的数据就越精确, 得出的结论也更有价值。计算机技术的不断进步, 计算的速度和准确性都得以快速提升, 也进一步推动了物理学科的发展。2.1 计算机大大缩短了物理计算的时间:学习物理我们可以知道, 物理学科本身非常的严谨, 每个结论的得出都需要大量的科研数据和反复的实验来论证和支持, 计算机技术的不断进步就大大缩短了物理计算的时间。通过计算机我们可以快速设定出一套固定的计算方式, 将实验所得的数据输入电脑之后, 电脑会自行对数据进行分析、整理和归纳, 在最短的时间内得出数量关系和曲线方程, 对于出现重大偏差的数据也会及时筛选, 方便下一步工作的开展。此外, 计算机还可以对数字、文字、声音、图形、图像、视频等各种形式的数据进行加工和处理, 还能对逻辑结果进行判定。2.2 计算机辅助实现了微观世界的宏观呈现:物理研究的范围。

4、非常的广泛, 除了宏观世界的可见变化外, 物理对于分子层面、原子层面、电子层面的研究也从未终止。对于中学阶段的学生而言, 物理学的很多理论非常抽象, 宏观可见的一些现象还比较容易理解, 但是对于微观层面的很多现象和原理, 单凭教师的口述和课本的表达, 中学生很难深刻理解。计算机辅助教学不仅帮助学生更加的容易的理解和识记知识, 还把中学生带入了一个更为色彩斑斓的绚丽世界, 吸引我们去从事更为深入的学习和科研。2.3 机器人的出现拉近了学科距离:汽车制造商和航空航天设备生产商都已经大规模引用自动化的机器人系统, 协作机器人下一个主要适用领域是消费者电子品的组装生产, 该行业目前主要依赖人力。安全而高效的协作机器人, 将会对组装生产线、家务劳动服务、健康保险领域以及物流产业产生革新作用。物理学给我们提供的理论很多时候都是理想化的模型, 而现实生活中处处都有潜在的危险, 尤其是在工业环境中, 危险品、辐射、有毒气体等限制了人类科研前进的脚步。例如电子产品行业, 对柔性生产和灵活制造的需求比较高。机器人双臂设计、多功能智能双手、通用小件进料器、精密运动控制、基于机器视觉的部件定位, 以及先进的控制系统和软件, 可以代替我们去做得更好。相信为了计算机技术与物理学科的深度融合将会令世界的一切都变得不同。3 小结我们可以发现, 物理学在推动计算机技术的进步方面起了非常重要的作用, 同时计算机技术的进步也推动了物理学科继续发展。科学界中本来也没有那么多的界限, 很多时候人们只是为了研究方便, 人为的把他们划分成不同的学科, 当学科发展到一定的高度又会呈现出新的融合, 把原本的界限打消, 形成一个个交叉学科, 如计算机物理, 生物化学等, 也正是由于这些新兴学科的出现, 才使得我们的世界更加丰富多彩, 科学的世界里永远充满着未知等待我们去发现。参考文献1李虹轶.高维量子位在量子计算中的应用及其物理实现研究D.国防科学技术大学, 2013. 2赵悦.浅谈物理学与科学技术的关系J.教育科学:引文版, 2017 (2) :00296-00296. 3张艺.浅谈物理学在计算机硬件中的应用J.教育科学:引文版, 2017 (2) :00223-00223. 。

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