Форма физика: определение слова “форма” по физике

Таблица 3. Символы, стандартная форма и представление больших количеств.

. Таблица

Примеры стандартной формы с использованием единиц

Стандартная форма очень полезна при работе с математикой, единицами измерения и вычислениями в физике. Многие величины очень малы, например заряд электрона, его масса или даже давление в паскалях. См. следующие примеры использования стандартной формы.

Рассчитайте общий заряд альфа-частицы в кулонах и выразите результат в стандартной форме. 9{-1}\)

Важнейший риск устаревания компьютерной программы по физике частиц

Недавно я наблюдал, как один коллега-физик, занимающийся элементарными частицами, рассказывал о вычислении, которое он поднял до новой высоты точности. Его инструмент? Компьютерная программа 1980-х годов под названием FORM.

Физики элементарных частиц используют одни из самых длинных уравнений во всей науке. Чтобы искать признаки новых элементарных частиц в столкновениях на Большом адронном коллайдере, например, они рисуют тысячи картинок, называемых диаграммами Фейнмана, которые изображают возможные исходы столкновений, каждая из которых кодирует сложную формулу, которая может состоять из миллионов членов. Суммировать такие формулы с ручкой и бумагой невозможно; даже добавление их с помощью компьютеров является проблемой. Правила алгебры, которые мы изучаем в школе, достаточно быстры для домашней работы, но для физики элементарных частиц они ужасно неэффективны.

Программы, называемые системами компьютерной алгебры, стремятся справиться с этими задачами. И если вы хотите решить самые большие уравнения в мире, за 33 года выделяется одна программа: FORM.

Разработанная голландским физиком элементарных частиц Йосом Вермасереном, FORM является ключевой частью инфраструктуры физики элементарных частиц, необходимой для самых сложных расчетов. Однако, как и в случае с удивительно многими важными элементами цифровой инфраструктуры, обслуживание FORM в основном возлагается на одного человека: самого Вермасерена. А в 73 года он начал отходить от разработки FORM. Из-за структуры стимулов академических кругов, которые ценят опубликованные статьи, а не программные инструменты, преемника не появилось.

FORM появился в середине 1980-х годов, когда роль компьютеров быстро менялась. Его предшественник, программа Schoonschip, созданная Мартинусом Велтманом, была выпущена как специализированный чип, который вы подключали к компьютеру Atari. Вермасерен хотел сделать более доступную программу, которую могли бы скачать университеты по всему миру. Он начал программировать его на компьютерном языке ФОРТРАН, что означает перевод формул. Название FORM было отсылкой к этому. (Позже он переключился на язык программирования под названием C.) Вермасерен выпустил свое программное обеспечение в 1989. К началу 90-х его скачали более 200 учреждений по всему миру, и их число продолжало расти.

С 2000 года статья по физике элементарных частиц со ссылкой на FORM публикуется в среднем каждые несколько дней. «Большинство [высокоточных] результатов, полученных нашей группой за последние 20 лет, были в значительной степени основаны на коде FORM», — сказал Томас Германн, профессор Цюрихского университета.

Частично популярность FORM была обеспечена специализированными алгоритмами, которые создавались годами, такими как трюк для быстрого умножения определенных частей диаграммы Фейнмана и процедура перестановки уравнений, чтобы иметь как можно меньше операций умножения и сложения. Но самым старым и самым мощным преимуществом FORM является то, как он обращается с памятью.

Так же, как у людей есть два типа памяти, кратковременная и долговременная, у компьютеров есть два типа: основная и внешняя. Основная память — оперативная память вашего компьютера — легкодоступна на лету, но ограничена по размеру. Устройства внешней памяти, такие как жесткие диски и твердотельные накопители, содержат гораздо больше информации, но работают медленнее. Чтобы решить длинное уравнение, вам нужно сохранить его в основной памяти, чтобы вы могли легко с ним работать.

В 80-х оба типа памяти были ограничены. «FORM был создан в то время, когда почти не было памяти, а также не было места на диске — по сути, не было ничего», — сказал Бен Руйл, бывший студент Vermaseren и разработчик FORM, который сейчас является исследователем с докторской степенью в Швейцарском федеральном институте.