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Física Computacional: como funciona?

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O desenvolvimento da ciência atual permitiu a criação de tecnologias cada vez mais avançadas que vem surpreendendo nós cidadãos a cada dia, e a física computacional é bastante relevante nesse processo evolutivo. No último século tivemos o prazer de entrar em contato com a tecnologia eletrônica e digital que continua evoluindo cada dia mais em nosso século.

A ciência, sem dúvida, influência fortemente o surgimento de novas tecnologia as quais nos consumidores temos acesso. Fornecem novas ferramentas para o avanço do conhecimento científico, fechando um ciclo virtuoso de criatividade e progresso.

Para os físicos, as leis que regem o Universo podem ser citadas matematicamente. Sendo assim, os primeiros pesquisadores que desenvolveram a Ciência como nós a vemos nos dias de hoje utilizam a matemática para descrever também a realidade.

Entretanto, Kurt Gödel afirmou em nota que não seria possível mencionar toda a realidade através da matemática, uma vez que todo sistema lógico não pode ser ao mesmo tempo completo e consistente.

O desenvolvimento da computação

Em 1945 os Estados Unidos iniciaram o uso do primeiro computador eletrônico. Alguns anos mais tarde, este tipo de máquina permitiria a realização de muitos cálculos por segundo, algo impensável para um ser humano. Desse modo, mesmo que a teoria matemática não pudesse descrever toda a realidade, seria possível aprofundar o conhecimento sobre alguns setores desta realidade.

Atualmente alguns supercomputadores que estão hospedados em centros de pesquisa são capacitados para realizar dezenas de petaflops, ou seja, quadrilhões de funções acontecendo ao mesmo tempo a todo segundo. Com uma velocidade como está, é possível fazer uma simulação confiável de fenômenos subatômicos, meteorológicos e até galáticos.

Para criar este formato de simulação são necessários os famosos conhecimentos de Física e em conjunto com os de Computação, formando então uma nova disciplina que ficou conhecida como Física Computacional.

A física computacional no Brasil

Algumas universidades situadas no Brasil chegam a disponibilizar o bacharelado para quem quiser se formar em Física Computacional. Uma das universidades que oferecem o curso é a Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR).

Segundo informações que nós consultamos no site da instituição: o curso tem ênfase na modelagem de problemas físicos para que possam ser resolvidos com o auxílio de computação.

Qual a importância desse segmento científico?

Certos problemas não podem ser resolvidos através do estímulo direto das teorias. Um exemplo bem singelo é a descoberta dos números primos. Não há, até o momento, uma teoria matemática para listar todos os números primos ou prever se um número grande será primo de fato. Porém, com o auxílio dos computadores é possível realizar contagens maiores e complexas e testar se um número é primo.

É impossível prever com grande anterioridade o acontecimento de fenômenos meteorológicos. Porém, a partir de dados obtidos de dispositivos no mundo inteiro, supercomputadores são capazes de simular alguns acontecimentos atmosféricos com anterioridade e precisão extremamente surpreendentes.

Para isso, é necessário desenvolver modelos computacionais a partir do conhecimento teórico que temos disponível atualmente. Esses modelos são executados em computadores como o Tupã, capaz de realizar 258 teraflops, equivalente a 258 trilhões de cálculos de ponto-flutuante por segundo. Tupã atualmente o computador mais rápido que está hospedado no hemisfério sul e está situado no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, o INPE, em São Paulo.

Onde seus resultados são utilizados?

A instalação de computadores para alcançar um conhecimento superior a natureza capacita a ciência durante sua exploração de fenômenos considerados extremos, como por exemplo as famosas colisões de partículas subatômicas. Este conhecimento se sobrepõe diretamente a criação de novas tecnologias que estimulam os supercomputadores.

Os modelos criados por engenheiros a partir da física computacional vêm atuando diretamente nos campos da biologia, química, engenharia, medicina, novos materiais, dispositivos eletrônicos, nanotecnologia e até nas análises que acontecem no mercado financeiro. Princípios e métodos originados através de estudos por profissionais da física são usados para trazer avanços para a computação, com novos algoritmos e aplicações de código em computação quântica.


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