I 15 migliori strumenti di fisica per il sistema Linux per insegnare la fisica

Ogni particella dell'universo obbedisce alle regole della fisica. Questo è il motivo per cui la fisica è chiamata la branca più fondamentale della scienza. Se la fisica è considerata la teoria, allora ogni altro ramo della scienza ne è l'applicazione. Se vogliamo capire il nostro universo e, soprattutto, noi stessi, dobbiamo imparare la fisica. La conoscenza della fisica è molto pratica. Quindi, se vogliamo comprendere la fisica dal profondo, dobbiamo scoprirla sperimentando e analizzando i dati registrati. E quello è il momento in cui abbiamo bisogno di usare alcuni programmi per computer. Ci sono molti strumenti di fisica open source disponibili su Internet. Quasi tutti sono compatibili con Linux. Quindi, se stavi cercando i migliori strumenti di fisica per Linux, sei nel posto giusto.

I migliori strumenti di fisica per Linux

Esistono diversi tipi di applicazioni del software di fisica Linux nello studio e nella ricerca della fisica teorica e applicata. Quindi, è molto difficile definire un singolo software il migliore. Qui abbiamo selezionato una raccolta dei 15 migliori strumenti di fisica per Linux.

Alcuni servono per l'analisi dei dati, altri per applicazioni numeriche, altri per la simulazione e persino alcuni ti aiuteranno a programmare la soluzione di diversi problemi legati alla fisica. Siamo certi che, qualunque sia la tua esigenza, adorerai questa raccolta curata di software di fisica per Linux.

1. RADICE

La struttura di ricerca di fama mondiale CERN lo sviluppa. È una libreria di programmazione che funziona in base al metodo orientato agli oggetti. È usato per risolvere molti problemi di fisica delle alte energie. ROOT è stato inizialmente sviluppato per analizzare i dati della fisica delle particelle. Ma dopo il graduale processo di sviluppo, ora viene utilizzato per risolvere alcuni problemi astronomici e data mining.

Caratteristiche principali di ROOT

• Fornisce istogrammi e grafici per visualizzare diverse funzioni.
• ROOT può eseguire il rendering di varie forme geometriche 2D e 3D per visualizzare i dati.
• Strumento per l'analisi della regressione o l'adattamento della curva e la minimizzazione delle funzioni.
• Sistema di calcolo a quattro vettori per l'uso nella fisica delle alte energie.
• Opzione di reti neurali avanzate per l'analisi dei dati multivariata.
• Gli utenti possono utilizzare la funzione di calcolo distribuito per l'opportunità di analisi parallele dei dati.
• Interfaccia di programmazione Python e Ruby a due direzioni integrata.

2. ApriFOAM

OpenFOAM è uno strumento di fisica molto popolare per Linux. È una libreria C++ e un motore di simulazione. Le equazioni alle derivate parziali possono essere risolte senza problemi. Dispone di numerose classi C++ integrate per il volume finito, gli elementi finiti e il tracciamento delle particelle lagrangiane. Utilizza il codice di primo livello che ti fornisce la rappresentazione diretta dell'equazione da risolvere.

Caratteristiche principali di OpenFOAM

• Ha programmi di risoluzione integrati come combustione, trasferimento di calore, elettromagnetismo, dinamica dei solidi, ecc.
• Ha la possibilità di personalizzare i programmi preinstallati e persino di crearne di nuovi.
• La GUI C++ integrata denominata FoamX può essere utilizzata per gestire i file dei casi.
• Supporto per diversi tipi di modellazione, inclusa la modellazione lagrangiana, la modellazione termofisica, la modellazione multifase e così via.
• Questo strumento può generare mesh e convertirle o manipolarle di conseguenza.
• OpenFOAM ha un enorme set di librerie che otterrai per l'utilizzo immediato.

3. McStas

È un software di simulazione ray-trace di neutroni per Linux. Questo strumento open source viene utilizzato in diversi esperimenti riguardanti lo scattering di neutroni. Questo strumento supporta un linguaggio di alto livello, ed è per questo che è molto facile da usare. Ha un compilatore integrato che tradurrà le tue istruzioni nel linguaggio ANSI-C.

Caratteristiche principali di McStas

• Funziona velocemente e senza intoppi su qualsiasi tipo di dispositivo.
• McStas supporta funzionalità a tre assi e strumenti del tempo di volo.
• È dotato di una vasta libreria di componenti, tra cui sorgenti stazionarie e pulsate, monocromatori/analizzatori, guide, collimatori, ecc., per la diffusione di neutroni.
• Genera istogrammi di facile lettura in diversi formati.

4. Polpo

Octopus è uno strumento di fisica molto popolare per Linux. È particolarmente utilizzato per le simulazioni della dinamica elettrone-ione. I campi elettromagnetici utilizzati per questo sono totalmente dipendenti dal tempo. Molte proprietà statiche possono essere ottenute da questo strumento. Può anche utilizzare le unità di elaborazione grafica (GPU) di un computer tramite OpenCL e CUDA.

Caratteristiche principali di Octopus

• Funziona in modalità 1D, 2D e 3D.
• Supporta condizioni al contorno periodiche in 1, 2 o 3 direzioni.
• Octopus supporta diversi tipi di risposte lineari e non lineari, tra cui, attraverso la propagazione temporale, la formulazione di Marc Casida, il formalismo della risposta lineare di Sterheimer, ecc.
• Questo strumento funziona sia in precisione singola che doppia.

5. Elmer

Questo è uno strumento di simulazione gratuito utilizzato nel campo della fisica. È stato creato da un'organizzazione finlandese. Elmer è utilizzato per simulare la meccanica delle materie fluide, la meccanica delle strutture solide, il trasporto di calore, ecc. È dotato di una moderna GUI che può essere programmata in base alle proprie esigenze.

Caratteristiche principali di Elmer

• Questo pacchetto software contiene una vasta raccolta di risolutori di problemi per diversi problemi riguardanti la fisica.
• Ha una vasta collezione di metodi numerici moderni.
• Ha schemi di integrazione temporale per le equazioni del primo e del secondo ordine.
• Elmer presenta metodi risolutivi per problemi agli autovalori.
• Questo strumento fornisce solutori BEM senza accelerazione multipolare.

6. Gigante4

Geant4 originariamente sta per GEometry ANd Tracking. Questo software di fisica Linux viene utilizzato per la simulazione del passaggio delle particelle attraverso la materia. Il CERN ha aiutato nel processo di sviluppo di questa serie di software. Implementa la programmazione orientata agli oggetti per risolvere i problemi della fisica. Oltre alla fisica teorica, questo strumento è utilizzato principalmente nella scienza medica e spaziale.

Caratteristiche principali di Geant4

• Ha la possibilità di gestire bene la geometria degli oggetti.
• La risposta del rilevatore viene registrata quando le particelle lo attraversano.
• Si avvicina persino a come un vero rivelatore risponderebbe in questi casi.
• Utilizza la potenza della GPU del computer per la visualizzazione dei dati utilizzando OpenGL.
• Geant4 ha un potente generatore di numeri casuali per scopi diversi.

7. CP2K

È uno strumento di fisica a stato solido gratuito e open source per Linux. È anche popolare per la ricerca nel campo della chimica e della biologia. Può eseguire simulazioni complesse dei diversi stati delle cose. Questo strumento può eseguire calcoli di pura onda piana o gaussiana. CP2K è un simulatore ab-initio per la dinamica molecolare.

Caratteristiche principali di CP2K

• Il ridimensionamento lineare dei sistemi molecolari utilizza un metodo ondulatorio denominato ALMO-SCF, che è un metodo molto conveniente.
• Ha funzioni XC ibride e doppie ibride integrate. Può persino caricare funzionalità XC aggiuntive tramite la libreria LibXC.
• Questo strumento supporta forze ed energie HF, MP2 e DFT per la risoluzione di problemi complessi.

8. Passo

"Step" è un software di fisica basato su simulatore interattivo per Linux. Ti aiuterà a sentire l'essenza della fisica. È possibile creare una scena campione con diversi oggetti in questo programma. Quindi puoi simulare gli effetti di diverse forze, come la gravità o il carico della molla, su quegli oggetti. Puoi persino apportare modifiche in tempo reale mentre simula gli effetti.

Caratteristiche principali di Step

• Supporto per simulazioni bidimensionali di fenomeni meccanici.
• Diversi tipi di generatori di forza, tra cui gravità, carico elastico, particelle e forze di Coulomb.
• Ha una funzione avanzata di rilevamento delle collisioni integrata direttamente nel simulatore.
• Step può convertire automaticamente tra unità e può eseguire calcoli di espressioni.
• Supporta la risoluzione di equazioni fino all'ottavo ordine, esplicite o implicite.
• Questo strumento può visualizzare i risultati tramite un grafico, un misuratore o un tracciante.

9. PITIA

È uno strumento di fisica open source per computer basati su Linux. PYTHIA viene utilizzato per creare alcuni eventi ad alta energia per scopi di ricerca. Ha una libreria integrata di teorie e modelli per vari aspetti della fisica. Può simulare le conseguenze sperimentali dei modelli teorici. Può anche essere utilizzato per lo sviluppo di strategie di ricerca e interpretazione di dati sperimentali.

Caratteristiche principali di PYTHIA

• Può simulare diversi fenomeni, tra cui frammentazione, interazioni multiparton, distribuzioni parton, ecc.
• Sebbene prenda in prestito molte formule, si basa in gran parte su ricerche originali.
• Questo strumento supporta anche programmi per computer di terze parti tramite interfacce integrate.
• Può usare particelle elementari per mostrare le collisioni ad alta energia tra loro.

10. ASL- Libreria di simulazione avanzata

Questo strumento di fisica open source è una piattaforma di simulazione multifisica. È anche in grado di calcolare equazioni differenziali, in particolare PDE complesse. Sebbene il motore computazionale di questo software di fisica Linux sia scritto in OpenCL, gli utenti non devono avere una conoscenza preliminare di OpenCL. Poiché è ben nascosto sotto alcune classi C++, consente a chiunque di passare direttamente dalla progettazione assistita da computer alla simulazione, il che riduce gli sforzi di pre-elaborazione.

Caratteristiche principali di ASL

• Può essere utilizzato per analizzare sensori virtuali, chirurgia guidata da immagini, progetti di esplorazione spaziale, ecc.
• ASL supporta diversi tipi di metodi numerici tra cui Differenza Finita, Lattice Boltzmann, Immersed Boundary.
• Può importare ed esportare file in vari formati e supporta diversi programmi per computer popolari.
• Ha un approccio di confine immerso e senza mesh che supporta l'importazione diretta di file CAD.

11. Fastjet

FastJet è uno strumento di fisica open source basato su C++ per Linux. Fornisce una vasta gamma di strumenti per la ricerca e l'analisi dei getti. Ha diversi tipi di algoritmi jet integrati. A parte questo, può caricare ulteriori algoritmi jet di terze parti attraverso il suo meccanismo di plug-in. Fornisce strumenti aggiuntivi per determinare le aree del getto e controllare il livello del rumore del getto.

Caratteristiche principali di FastJet

• FastJet ha alcuni algoritmi jet integrati, tra cui "Cambridge/Aachen Jet Algorithm", "Longitudinally Invariant k_t Jet Algorithm" e molto altro.
• Ha un gestore di plug-in avanzato per l'installazione di algoritmi di terze parti.
• Ha MassDropTagger, CASubJetTagger, ecc., per scopi di codifica.
• Supporto per la stima e la sottrazione in background utilizzando JetMedianBackgroundEstimator e GridMedianBackgroundEstimator.

12. Localizzatore

Questo è uno strumento di analisi video di modellazione cum costruito con il linguaggio di programmazione Java. Sebbene sia progettato per gli studenti universitari di fisica, è molto popolare tra i professionisti. Funziona come un software di editing video, ma può essere efficacemente utilizzato nel campo della fisica. Perché in vari esperimenti è necessario analizzare i file video per ottenere il risultato desiderato.

Caratteristiche principali del tracker

• Questo strumento può ridurre il rumore in un video e può aggiungere effetti o miglioramenti speciali.
• Gli utenti possono analizzare i colori rosso, verde e blu nello spettro e ottenere profili di linea.
• Se lavori con particelle ad alta energia, le molteplici viste del quadro di riferimento di collisioni e altri movimenti ti aiuteranno a ottenere la simulazione esatta.
• Supporta vari formati, inclusi mov, avi, Flv, mp4, WMV, ecc.
• Tracker può copiare e stampare immagini di qualsiasi fotogramma del video da qualsiasi angolazione per l'utilizzo in laboratori e altri documenti.

13. CompHEP

CompHEP è uno strumento di fisica ad alta energia per computer Linux. Questo pacchetto software viene utilizzato per calcoli automatici, che consistono in programmi simbolici e numerici. Gli utenti possono creare nuovi modelli fisici utilizzando uno strumento chiamato LanHEP. A parte questo, i processi calcolati da CompHEP possono essere interfacciati con PYTHIA e HERWIG come nuovi processi esterni.

Caratteristiche principali di CompHEP

• Questo programma può generare diagrammi di Feynman e visualizzarli.
•  Ha un calcolatore simbolico integrato che può essere utilizzato per calcolare espressioni basate sulla matrice quadrata.
• CompHEP può generare codici C ottimizzati per ulteriori calcoli numerici.
• Questo strumento può identificare le particelle in uscita o in entrata e può selezionare il processo di conseguenza.

14. LHAPDF

È un popolare software di fisica Linux per la valutazione di PDF da file di dati discretizzati. Gli utenti possono accedere a questa libreria scrivendo codice in C++. Supporta anche i linguaggi Python e Fortran in misura limitata. L'ultima versione, LHAPDF6, ha superato alcune limitazioni del suo predecessore. Ora non ha restrizioni sul numero di PDF simultanei. Supporta anche l'opzione per caricare un singolo file piuttosto che un intero set.

Caratteristiche principali di LHAPDF

• Supporto per l'importazione di file di dati compressi.
• Consente i contenuti Parton attraverso lo schema del codice ID PDG, che lo rende un processo più efficiente.
• Questo strumento utilizza un sistema di metadati flessibile che corregge molti errori fondamentali nei metadati.
• Puoi utilizzare i tuoi codici esistenti su questo strumento di fisica open source compatibile con la versione precedente.

15. Gerris Flow Solver

Questo strumento è un simulatore utilizzato per simulare lo stato fluido di una materia. Può persino gestire automaticamente confini solidi arbitrariamente complessi. Questo software di fisica Linux è supportato dal National Institute of Water and Atmospheric research e dall'Institut Jean le Rond d'Alembert. Gerris utilizza una tecnica avanzata di "confine incorporato" per risolvere i problemi di flusso.

Caratteristiche principali di Gerris Flow Solver

• La funzione di rifinitura adattiva della mesh aiuta ad adattare dinamicamente la risoluzione alle caratteristiche del flusso.
• Supporta un numero illimitato di traccianti passivi diffusi.
• Ha una specifica flessibile orientata agli oggetti delle condizioni al contorno.
• Gerris Flow Solver è in grado di risolvere equazioni di Eulero, Stokes o Navier-Stokes a densità variabile incomprimibili dipendenti dal tempo.

Pensieri finali

Senza l'aiuto dei programmi per computer, la fisica moderna non sarebbe arrivata così lontano. Gli strumenti di cui sopra sono molto utili nel campo della fisica moderna. Questi strumenti di fisica per il tuo sistema Linux sono molto in grado di gestire fenomeni fisici ad alta energia. In definitiva, è l'utente che può utilizzare al meglio uno strumento. Quindi, scegli saggiamente il software desiderato provando e testando diverse opzioni. Se hai uno strumento di fisica open source preferito in particolare, puoi commentare di seguito per farlo sapere agli altri.