автореферат диссертации по истории, специальность ВАК РФ 07.00.10
диссертация на тему: История формирования вычислительной физики

Полный текст автореферата диссертации по теме "История формирования вычислительной физики"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ИСТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ

На правах рукописи

СОКОЛЬСКАЯ Анна Вячеславовна ИСТОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ

тэт

07.00.10 - история науки и техники

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1990

Работа вшолнена в оекторе иотории физики и механики ИИЕТ ии. С.И. Вавилова АН СССР.

й^чиыи Рчко&оАиТЫЬ: к.ф.'М.Х $,Л, [ИИ£Т

Официальные оппоненты: ^

доктор физико-иатеыатичеоких наук Леванов Е.И.

доктор физико-иатеыатических наук Ку.чиков Н.И.

ведущее научное учреждение - Факультет ВНиК М1У ии.

Й.В. Ломоносова

Защита юосгоптоя • года в ^Г" ча-

сов на заседании специализированного совета К 000.II.04 в ШЕТ АН СССР по адресу: 103012, Москва, Старопанский пер. д. I/5". С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИИЕТ АН

СХР.

Автореферат разослан ' 199^1 года.

Ученый се1фетарь специализированного совета

- г -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Последние десятилетия резко изменили характер естествознания. Возникло множество научных дисциплин, характеризующихся новыми предметом и методами исследования. К ним принадлежит и вычислительная физика (ВФ) i дисциплина.,, зарождение и становление которой связано прежде всего с компьютеризацией естествознания. Представленная диссертация является первой работой по истории ВФ в СССР.

Вопросы компьютеризации и информатизации общества являются исключительно вакными. И история вычислительной физики монет выявить некоторые закономерности в развитии этого процесса.

На основе анализа научных и научно-популярных работ,,, а> такие в результате бесед со специалистами по ВФ предлагается рассматривать ее как науку, изучающую физические процессы и явления, с помощью различных методов компьютерной обработки их нелинейных, многопараметрических моделей.

Цель исследования - выявить главные черты ВФ как новой области науки и основные этапы ее становления с особым вниманием к институциализации этой дисциплины в> СССР..

Научная новизна. Историко-научные работы,, поовященные формированию ЬФ в СССР отсутствуют. Автором впервые проанализированы работы А.Н. Тихонова. A.A. Самарское, Д»Лк. Костомарова и других физиков-вычислителей. Показан их вклад в-формирование ВФ.

Выявлены основные методы решения задач ВФ, показана- их специфика. Продемонстрирована роль ВФ в формировании новых физических теорий. Впервые рассмотрен социокультурный контекст

компьютеризации советской науки от 30-х годов (предыстория) до нашего времени. Результаты диссертации помогают объяснить современное состояние компьютеризации науки и могут служить основой для дальнейшего изучения развития ВФ, для анализа эволюции методов ВФ и их влияния на физику в целом.

Результаты диссертации, связанные с социокультурным фоном, на котором происходило развитие ВО, с анализом меядисцишшяар-ных аспектов ее ра вития, с проблемами восприятия новых идей научным сообществом могут быть использованы специалистами по гражданской истории, социологии, науковедению.

Практическая ценность. Результаты работы могут быть использованы при преподавании в высшей школе и'создании учебников и пособий по вопросам компьтеризации современной физики. Они могут быть полезны при определении приоритетных направлений в компьютеризации науки, решении вопросов о создании компьютерных сетей, баз и банков данных.

Реализация результатов. Результаты работы нашли свое отражение в опубликованных и принятых к печати работах, приведенных в списке литературы.

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования докладывались ка заседании сектора истории физики ЖЕГ АН СССР (март, 1990 г), XXX, ХШ и ХШ конференциях молодых ученых ШЕТ АН СССР (1987-1989), на Всесоюзной шкапе-конференции "Современные методы вычислительной математики и математической физики" (Черноголовка, 1988), конференции молодых ученых "Философия и ценности современной эпохи" (ИФ АН СССР), на конференциях "Тоталитаризм как исторический феномен" (Москва, ^ 1989), "Социальная история советской науки" (Ленинград, 1989;, Москва, 1990), на семинарах "Наука и новые информационные тех-

- ц -

нологии" (ИПЕТ АН СССР, 1989), "Проблемы компьютеризации науки" (МГУ, 1990), в ИСК АН СССР (1991), в ВЦШ АН СССР (1991). С результатами исследований ознакомлены участники Всесоюзной школы "Социокультурные предпосылки эффективности научной деятельности" (Нарва-Еыяуу, ноябрь 1988) и Всесоюзных Кедров-ских чтений "Синтез знания. Современный этап" (Одесса, сентябрь 19°0), конференции "Будущее марксизм и современный мир" (Франция, Медон, март 1991).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 145 страницах машинописного текста, списка использованной литературы из 341 наименования, 22 рисунков и трех приложений. Общее количество страниц - 244 с.

Основные положения. выносимые на защиту

1. Предлагается определить вычислительную физику как новую область науки, исследующую физические процессы и явления, труднокссдедуемые экспериментальный путей, с помощью компьютерной обработки их нелинейных многопараметрических моделей.

ВФ занимается разработкой математической подели для физической задачи, построением численного метода ее решения с использованием всех аппаратных и программных средств ЭВМ и анализом физических результатов.

2. Выделены основные этапы формирования ВФ, показано изменение структуры ВФ на разных этапах ее развития, показана роль компьютерных технологий в развитии ВФ.

ё. Продемонстрированы основные методы решения задач ВФ: разностные методы реиения нелинейных дифференциальных уравнений , методы статистических испытаний (Монте-Карло) и молекулярной динамики.

4. На примере физики плазмы показаны удельный вес и значение методов ВФ в современных научных исследованиях.

5. В результате анализа развития ВФ в СССР доказана неприменимость 'в этой ситуации традиционных схем развития науки. Выявлены причины задернки институциализации ВФ в нашей стране, показано, что несмотря на трудности, сама необходимость решения многих научных проблем способствовала дисциплннаризации этого направления. Существование центроз ВФ в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Нижнем Новгороде, появление журнала "Математическое моделирование", посвященного проблемам ВФ, курсов лекций в МГУ, ЫФТИ, МИФИ, ЛГУ и других вузах,первых советских монографий и научно-популярных изданий позволяет говорить об активном развитии ВФ в нйшей стране на современном этапе. Вместе

с тем изменения, политической обстановки в стране и связанная с ними суверенизация научных сообществ, характер финансирования исследований, отток кадров за рубея и переориентация части научных сообществ на занятия компьютерным бизнесом не позволяют делать определенного прогноза о развитии ВФ в нашей . стране в ближайшие годы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение

В связи с тем, что представленная диссертация является первой работой по истории ВФ в СССР, во введении обсукдаются различные определения ВФ, данные математиками, физиками, философами.

Автором предложено определить ВФ ка.{ науку, изучающую физические процессы и явления, трудноисследуемые экспериментальным путем, с помощью обработки их нелинейных, многопараметрических моделей. Вычислительная физика занимается разработкой математических моделей для физической задачи, пос-

троениемчиелейного метода ее решения с.использованием всех аппаратных и программных средств ЭВМ и анализом полученных результатов. При этом на примере физики плазш будет продемонстрировано, что результат является физическим, т.е. на основании анализа математической модели регистрируется новый физический процесс или явления.

В то же время показано, что четкое определение структуры ВФ затрудняется мевдисциплшгарным характером ВО, а также тем, что полученные методами ВФ результаты принадлежат к разным предметным областям физики.

Глава I. Предыстория вычислительной йизикд-

История вычислительной физики делится на несколько периодов.

Специалисты разных школ видят истоки ВФ либо в развитии прикладной математики, от которой ВФ заимствовала математический аппарат, направленность на конкретный результат, тесную связь с экспериментом, либо в обяих изменениях в характере физики XX века. Краткая история исследований, проводившихся в этих обоих направлениях, представлена в §§ I, 2 первой главы. Третий параграф первой главы посвящен некоторым социокультурным аспектам развития математики и физики в СССР. Несмотря на неоднозначность представленного здесь материала автор считает необходимым остановиться на нем по следующим причинам:

во-первых, диссертанту представляется весьма плодотворной идея В.С.Степина о важности социокультурных факторе® при отборе одного из возможных путей развития научной дисциплины;

во-вторых, интерес к социальной истории физики является отражением неоэкстерналистского характера историконаучных ис-

следований во всем мире;

в-третьих, необходимость при анализе истории формирования любой области науки изучения процессов становления новых научных сообществ требует учета социокультурного контекста.

Глава П. Начальный период вычислительной сТизики

Первый параграф главы посвящен появлению ЭВМ. В работы, связанные с использованием ЭВМ,сразу же активно включились физики Э.Теллер (создатель водородной бомбы), Э.Ферми, предсказавший усиление интереса к нелинейным задачам, Дк.Майер и М. Гепперт-Майер (Нобелевские лауреаты, специалисты по статистической физике), М.Розенблют (один из первых специалистов по математическому моделированию плазмы), математики .С.Улам, А.Н.Тихонов, С.Л.Соболев, А.А.Ляпунов и многие другие.

В то же время ситуация с компью?ерязацией науки в СССР была далеко не благоприятной.

Во многом это замедлило институциализацию нового направления, помешало обмену информацией, созданию сети научных коммуникаций.

Второй параграф посвящен формированию основных методов решения задач ВФ.

1949 год считается датой рождения метода Монте-Карло, одного из первых методов компьютерных расчетов. Это название предложил Дж.фон Нейман, обративший внимание на его плодотворность при решении многомерных дифференциальных уравнений, к' которым сводятся математические модели для большинства физических задач. Идеология метода Монте-Карло основана на применении ЭВМ. Дело в том, что главное в этом методе - моделирование случайных (или псевдослучайных) чисел. Осуществить это моделирование без ЭВМ в разумные сроки невозможно. Методы Монте-Кар-

ло (или "метода повторения испытаний") стали одним из самых популярных с появлением многопроцессорных компьютеров. Вероятно, что возможность анализа случайных процессов является одним из самых плодотворных последствий компьютеризация физики.

В то же время метода Монте-Карло не позволяют анализировать временную эволюцию системы. На это были направлены метода молекулярной динамики, развиваемые с момента появления в 1959 году работы В.йлдера и Т.Вэйнррйта. Метода молекулярной динамики в дальнейшем были распространены на решение уравнений Ньютона, Эйнштейна или Шредингера. Они дали исследователям возможность работать с большими системами, что является одной из отличительных черт ВФ.

В СССР в это время проводились исследования методов решения нелинейных дифференциальных уравнений. Сформировались школы специалистов по конечно-разностным методам (А.А.Самарский, Г.И.Марчук, Н.Н.Яненко).

А.Н.Тихонов провел ставшие классическими исследования методов решения некорректных задач. Метод регуляризации Тихонова, основанный на введение в систем апрпорной нетривиальной информации сочетал в себе подход физика-экспериментатора и^чис-таго"математика. Он позволил эффективно решать некорректные и обратные задачи, к которой относятся многие задачи геофизики, физики плазмы, aspo- и гаэо-динашки. Таким образом, к началу 60-х годов сложились основана методы ВФ. Это:

- численные методы решения нелинейных дифференциальных уравнений (ь частности, метода решения некорректных п обратных задач) ;

- методы Монте-Карло;

- методы молекулярной динамигл.

СледающпЯ параграф посвящен становлению технологии вычислительного эксперимента

В 1961 году Л.А.Арцимович впервые сфорщлировал критерии применимости ВЭ, высказав очень глубокую мысль о том, что вмешательство экспериментатора часто нарушает естественный ход физ.процесса, следовательно необходимо искать другие пути исследования поведения объекта (в данном случае - плазш). По воспоминаниям Р.Е Загдеева термин "компьютерный эксперимент" входит в научный обиход с середины 60-х годов. К этому времени уже был проведен ряд масштабных вычислительных экспериментов.

Уже в 1959 году в США был проведен первый машинный (тогда еще не говорили - вычислительный) эксперимент "Аргус", связанный с распространением радиации в атмосфере. Были проведены теоретические расчеты относительно того, какие последствия будет иметь взрыв атомной бомбы за пределами земной атмосферы. Решалась задача изучения движения заряженных частиц в магнитном поле. Затем, с помощью ракеты на высоту около 500 км была поднята и взорвана небольшая бомба. Для измерений характеристик радиационного потока были запущены ракеты и искусственные спутники, орбиты которых пересекали радиационный слой. Данные, переданные приборами на Земли, практически совпали с результатами предварительных расчетов.

Тогда же была разработана методика решения задачи об отсоединенной ударной волне. Исследовалось течение газа вокруг осёсимметричнаго затушенного тела (головки снаряда). Решение проводилось методом степенных рядов, предложенным С.В.Ковалевской для доказательства существования решения задачи Ксш. Была разработана специальная машинная арифметика, позволяющая избежать потери точности при расчетах. Из этих двух примеров

видны следующие особенности ВЭ: интерес к труднонаблюдаемым процессам или уникальным экспериментам, косвенная проверка результатов, разработка специальных методов, делающих задачу вычисляемой.

В 60-е года в СССР возникло несколько научных центров, занимающихся ВЭ. Прежде всего необходимо назвать ШШ им. М.В. Келдаиа (основан в 1953 том), ВЦ АН СССР (1955 год), ИТШ СО АН СССР (1964 roi), ВЦ МГУ (1956 год).

Работы по ВЭ публиковались в ЖВМ и МФ, 2ЭТФ, ЗТФ и многих других журналах. За рубежом возникли такие журналы, как "Computer Physics Commun. ", "Journal of Соир-Physic зпИ другие. С 1963 года в США начало выходить 17-томное издание "Method.« in Conputational Physics " .

Все это говорило о том, что идет активный процесс развития новой дисциплины.

Глава Ш. История математического моделирования в йизике плазмы ftarç пример Формирование задач

Дальнейшая история ВФ рассмотрена в главе Ш на примере математического моделирования в физике плазш.

Физика плазш является той областью, в которой компьютер! стали применяться с момента их возникновения. Это сьязано с тем, что задачи получения y удержания высокотемпературной плаз-ш неразрывным образом связаны о решением проблеш УТС. Уникальность экспериментальных установок, на которых проводилось исследование этой проблема, потребовала замены реального эксперимента вычислительным. В то же время теоретическое исследование поведения плазш практически невозможно из-за нелинейности и шсгопараметричности уравнений. Но ВЭ в плазме дал не только конкретнее прикладные результаты. В результате проведе-

ния различных вычислительных экспериментов в плазме А.Н.Тихоновым, А.А.Самарским, Р.З.Сагдеевым, А.А.Галеевым, Л.П.Костомаровым, Ю.Н.Днестровским, В.Д.Шафрановым, М.Розенблютом, Р. Постом, Г.Бейтманом, Б.Коппи, Дж. Гримом, Дк. Грином, Р.Гальвао (Бразилия), К.Мерсье (Франция), К.Лакнером (ФРГ) и другими было обнаружено множество фундаментальных явлений и эффектов, во многом изменивших старое представление о ней, как об ионизированном газе. Это различные неустойчивости, образование групп ускоренных зарядов и частиц, со скоростями значительно большими тепловых; развитие в плазме сложных колебательных и волновых процессов, наличие в ней самовбзникающих и самоподдержиаахидих структур, особый характер взаимодействия плазмы с различными материалами.

Эти фундаментальные результаты послужили основой для решения таких практических задач, как строительство плазменных ускорителей, развитие плазменных технологий получения новых веществ, конструирования МГД-генераторов с.Т-слоем.

На этих примерах хорото видны такие характерные особенности ВФ, как взаимодействие в ее рамках нескольких научных дисциплин и тесная связь между фундаментальными и прикладными исследованиями. .

Вместе с тем, вычислительная физика плазмы - это одна из немногих научных областей, в которой (во многом благодаря ез;е И.В.^рчатову) с 1956 года практически отсутствовали деформа^и, связанные с секретности). Это дает возможность проводить сравнительный анализ плазменных исследований в разных странах, изучать становление сети информационных коютникаций, без чего невозможно становление любой новой области науки.

В результате изучения истории вычислительной физики плазмы

можно сделать вывод о том, что 60-70-е годы были годами активного развития ВО.

Ка эти года приходится рост научного сообщества флзиков вычислителей.

Отдельный параграф главы Ш посвящен открытию Т-слоя в плазме.

В 1967 году в СССР появилась публикация,посвященная Т-слао, а в 1969 гоху впервые б.тло зарегистрировано открытие нозого не наблюдаемого ранее физического явления в плазме, обнаруженного с помощью вычшительного эксперимента сотрудникиИПМ игл. М.В. Келдыша и ИТ и ПМ СО АН СССР.

В данном случае с помощью ЭВМ решались 3 задачи: .

1. Автомодельная задача о расширении электропроводного газа в магнитном поле,

2. Задача о.расширении электропроводного газа в магнитном поле-из некошрого начального состояния (эта задача аналогична первой, но не содержит автомодельности).

3. Задача о распаде МГД разрыва в среде с конечной проводимостью (т.е. об отражении и прохождении ударной волны в магнитном поле), описываемая системой уравнений одномерной нестационарной МГД. Очевидно, что уже сама постановка этих задач требовала использования ЗВМ при юс решении.

Суть эффекта состоит в том, что при исследовании нестационарных процессов взаимодействия снимаемой электропроводной среды с магнитным толем было обнаружено существование самоподдерживающегося, высокотемпературного, электропроводного слоя (Т-слоя), возникающего вследствие прэиьотцественного выделения тепла в некоторой массе газа. Это явление близко к известно^ скин-эффекту и к явлениям диссипативной неустойчивости в МГД.

однако ' не сводится к ним. Авторы описали особенности явления и усляйия его возникновения. Это дало возможность экспериментаторам начать целенаправленный поиск Т-слоя, который спустя пять лет увенчался успехом.

Кроме того, значение этой работы состоит в том, что впервые в СССР обсуждалась методика проведения ВЭ. Представление о Т-слое нашло свое дальнейшее развитие при изучении теории самоорганизующихся структур и явилось примером получения фундаментальных результатов методами ВФ.

В § 4 главы Щ. обсуждается новая задача: повышение КПД то-камаков. Аналогом КПД в УТС является величина р , характеризующаяся отношением плотности энергии длазш к плотности энергии магнитного поля. Именно в работах, связанных с увеличением , наиболее полно проявился новый подход, свойственный ВФ.

Во-первых, физикам было очевидно, что ^ нельзя увеличивать до предела и существует некоторое ^ ¡^-¡¡^^ после которого развитие неустойчивостей будет неуправляемым. В то же время, эксперимент по выявлению таких предельных ^ невозможен, так как он может быть связан с потерей экспериментальной установки.

Во-вторых, возникающие при этом задачи диагностики плазш являются, в основном, обратными (т.е. ориентированными против хода причинно-следственной связи). Они некорректны и для своего решения требуют специальных, численных метсдов, разработанных' академиком А.Н.Тихоновым и его школой.

В-третьих, и это пояалуй самое главное, сама разрабатываемая фцзлкэми методика увеличения бгша ориентирована на ВЭ. Т.е. состроенные для этой цели математические модели дают несравнимо больше степеней свобода, чем физические установки и позволяли проводить серийные расчеты с изменением различных па-

раметров. В настоящее время предложено 5 способов увеличения^, каждый из которых ориентирован на ВЭ и активный диалог с ЭВМ . в ходе выбора параметров для реального физического лроцосса.

Таким образом, на примере развития физики плазмы можно отметить основные черты ВФ:

а) работа с нелинейными моделями;

б)' многомерный характер задач и исследование специализированных моделей (что невозможно в реальном эксперименте);

в)' наличие специальных методов, делающих задачу "вычислимой"; :

г) активное использование вероятностных методов;

д) интерес к изучению экстремальных ситуаций (и возможность их изучения);

е) стремление к получению качественного результата.

Глава 1У. Вычислительная Физика на современном этапе

Новый этап ВФ начался с внедрением в физику персонального компьютера. ' . .

Два первых параграфа посвящены достижениям ВФ последних 20 лет и эволюции методов решения задач ВФ.

В 1977 году американские исследователи с помощью вычислительного эксперимента открыли новый тип неустойчивостеЛ плазмы - баллонные моды.

В 1979 году Нобелевской премия по медицине была удостоена работа А.Кармана и Г.Хаунсфилда в области вычислительной томографии. В 1982 году Нобелевская премия по физике была присуждена К.Вильсону, предложившее и численно исследовавшего ряд фундаментальных моделей в теории элементарных частиц и критических явлений, а премии по химии была удостоена группа ученых, которые методами вычислительной топография восстановили струк-

туру вируса по данным электронной микроскопии.

В 1983 году в Женеве, в Европейской организации ядерных исследований было объявлено об открытии новой частицы ^ -бозона. Открытие этой частицы давно уже ожидалось и было предсказано несколько лет назад. Опытные оценки массы частиц оказались очень близки к теоретическим, предсказанным с помощью ЭВМ.

Исключительно интересные результаты были получены в квантовой хромодипамике. В 1979 году американские ученые А.Джекобе, М.Кро!яч(и К.Ребби разработали методику ВЭ в калибровочных теориях. Эта мотодика '¡была основана на применении метода Монте-Карло (реализация которого невозможна без ЭВМ) и являлась традиционной не для квантовой теории педя, а для статистической физики. Итогом ее применения явилось большое число работ, выполненных с помощью вычислительного эксперимента на основании моделей, лежащюс на стыке этих двух областей, в'которых были рас-читаны многие важные явления, обусловленные сильным взаимодействием.

Важные результаты были получены при исследовании нелинейных структур, такая дисциплина как синергетика во многом - дитя ВЭ.

Советские достижения последних.десятилетий иенее эффектны. Не уступая, по мкечио" Р.З.Пагдеевя,; А. Н.ти.лоцовс!, зарубежным • учеши концептуально," советские специалисты ск завы, в основном/ бедности) машинного парка, негибкостью нгших произведет- ' венных структу!.'монопольным характером науки.'

Ъ тс кэ время работы, связанные с применением синергети-ческих гринщшов, работы физикоЕ-теоротиков, связанные с ЭЕМ, • ВЭ по изучению кометы Галлея а мятематическону моделирсвашш полета "Бурана", моделирование глобальных процессов в атмосфа-

ре, расчеты для токямака ШОЙ (МАГАТЭ) ничуть не уступают по уровню зарубежным.

Третий параграф посвящен особенностям институциализации BS в СССР.

Автором на основании публикаций по проблемам вычислительной физики и вычислительного эксперимента, а также бесед,с Р.З. Сагдеевым, H.H.Моисеевым, А.Н.Тихоновым, В.Д.Щафрановым, учеными из ИШ им. М.В.Келдыша, ИКИ, ВЦ АН, ®АН, лаборатории ВФ совета."Кибернетика", МГУ и др. показана специфика формирования новых научных сообществ в СССР.

Все опрошенные отмечали трудности, связанные с институци-ализацией нового направления. По мнению автора, причина этих трудностей в следующем:

во-дервых, негативное воспринятие кибернетики и последовавший за этим кибернетический бум не дали возможности вовремя начать обсуждение методологических проблем ВФ и сформировать у научного сообщества определенное'мнение об этой дисциплине;

во-вторых, режим закрытости, окружавший решение многих задач ВФ, затруднял и научные контакты и обмен информацией;

в-третьих, в решении задач ВФ должны работать в одном коллективе специалисты разных направлений, что крайне сложно

при жесткой структуре наших научных учреждений;

J.h

в-четвертых, бедность советского машинного парка и всей науки неизбежно приводила и привода: к выделению приоритетных направлений, на которые тратится оснозная часть средств. Часто эти приоритетные направления определяются "заказчиком" и в научном плане сводятся к достаточно рутинному вычислитальному эксперименту.

Б настоящее время в СССР сложилось научное сообщество

физиков-вычислителей. Его центрами являются ШИЛ им. М.В.Келдыша (и создающийся на его базе Всесоюзный центр математического моделирования), ИТиПМ СО АН СССР, ВЦ АН СССР, лаборатория ВФ совета "Кибернетика", факультет ВМиК МГУ (в основном коллектив кафедр математической физики, вычислительной математики и автоматизации эксперимента), ИКИ АН СССР. Появился журнал "Математическое моделирование", посвященный проблемам ВФ. Таким образом можно утверждать, что в СССР практически сформировалось новое перспективное научное направление со своим предметом и методом исследования.

'. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Формирование вычислительной физики как науки, изучающей физические процессы и явления методами математического моделирования, завершилось в нашей стране к середине 80-х годов.

К этому времени и в СССР и за рубежом сложились научные сообщества физиков-вычислителей, появились научные школы, демонстрирующие преемственность традиций нескольких поколений ученых (например, в ИПМ им. М.В.Келдаша; А.Н.Тихонов —-А.А.Самарский —«- С.П.Курдюмов->- школа, изучающая нелинейные :1вления и нестационарные структуры, (Т.С.Ахромеева, В.А. Дородницын, Г.Г.Еленин, Г.Г.Малинецкий, А.Б.Потапов и др.), возникли курсы лекций, вышли монографии и учебники.

Исследуемой тематике посвящены журналы "Journal of Computational Phys.Я, "Computer Phys. Commun. "Computers in physics ", » Comp. phys. rep. " , " Japanese Journ-of Appl. Phys. " , « Journal of She Inst, for Sathe Katies ajnd it's Applioatiou " (Великобритания)^

SI AM Journal of' Hum. Analysis » { SIAM ' - общество

по использованию математики в промышленности), "Numorische nsathematik * (ФРГ), BIT (Скандинавия), ACM "Transaction of Mathem- Software n (ACI.Í - ассоциация по вычислительной технике), SBM и МФ, "Математическое моделирование".

' Статьи по прблемам ВФ публи^ются и в "традиционных" физических журналах, таких как "Physic^ Fluids" , "Fhys<. Bull."

" Physics Today " ЕЭТФ, УФН, "Nuclear fu3ionn,,'$n3HKa плазмы" (Так, например, в УФН 1990 г в 2% статей для получения результатов применялись ЭВМ).

Оформился предмет исследований ВФ. Характерная черта большинства решаемых в ее рамках задач - это рассмотрение экстремальных состояний объекта исследования или его уникальность, что приводит к невозможности экспериментального изучения этих явлений.,

Изучение теоретическое в этом случае также практически невозможно из-за нелинейности математических моделей и их многомерности.

Именно в этой ситуации наиболее ярко проявляются возможности ВЭ, как инструмента исследования. На качественно новом уровне реализуется "возможность проверки гипотез с помощью математики как инструмента познания физического мира"(Д. S. Иигл^лJ

Все это приводит к получению физическиа результатов, не-•достижимых другим путем. Методами ЕФ решаются задача аэродинамики, физики плазш, лазерного сийгеза, астрофизики, физики высоких энергий. .

Анализ методов ВФ и результатов, полученных в этой облас ти, проведенный автором,' позволяет говорить об основных чертах ВФ как новой области науки:

I. Строятся модели явлений,с трудом поддающиеся изучению

экспериментальным путем.

2. В рамках ВФ изучаются, в основном, нелинейные и нели-' неаризуемые задачи.

3. Результаты получаются при сочетании детерминистского и стохастического подхода.

4. Большое внимание уделяется решению некорректных задач, остающихся вне сферы интересов "классической физики".

5. Активно изучаются многофа игорные и многопараметрические модели. i

6. Формируются новые подходы к дискретно^ и непрерывно^ описанию физических процессов.

7. Усиливается интерес к синергетическим исследованиям.

8. Идет переосмысление понятий "порядок", "хаос", "информация" .

. Кроме того видно, что на развитие ВФ оказывают влияние уровень развития чистой и прикладной математики, прикладного и системного программирования и компьютерных технологий в целом. При этом, задачи, решаемые в рамках могут быть отнесены либо к областям экспериментальной физики (ВЭ заменяет натурный эксперимент из-за его невозможности или уникальности), либо к областям физики теоретической.

Как уже говорилось выше, структура ВФ несколько размыта,и различна в разных странах. Это проиллюстрировано на примере ВФ в СЕА, Японии, Франции, ФЕТ и СССР.

Если сравнить структуру ВФ с уровнем институциализации дисциплины, то можно видеть, что самый широкий спектр физических исследований в сочетании с надежной аппаратной поддержкой ч

п дружественным программным обеспечением соответствует самрй ранней дисциплинвризадаи -ВФ (США). В Европе и Японии этот пррг

цесс проходил на основе исследований по программе УТС и в меньшей степени был связан с военными проектами.

Б СССР же, наоборот, исследовательские программы ЗФ лежали кроме решения проблемы УТС в военной области. Следствием этого явилась недостаточная методологическая разработка проблем ВФ в СССР, что в сочетании с бедкой машинной базой, отставанием в развитии новых информационных технологий явилось одной из причин задержки з институциализации Советской ВФ на 10-15 лет.

Роль и место ВФ в современных физических исследованиях могут быть продемонстрированы на примере задач УТС.

На рисунке показан рост объема компьютерных исследований в программе УТС.

Значение компьютерных исследований в физике плазмы возрастает с каждым -годом. Во-первых, ученые всего rapa подошли к такому рубежу, где уже невозможен натурный эксперимент, во-вторых, чернобыльская катастрофа потребовала форсировать работы по термоядерному синтезу.

Приведенные в заключении данные позволяют утверждать, что ЭВМ значительно изменили характер всей современной физики.

Компьютеризация физики, являющаяся частью компьютеризации науки, становится выходом за рамки старой естественнонаучной парадигмы, позволяет получать качественно ноЕые результаты и является следствием перехода к нсв'оод этапу в развитии физики.

3 приложении I приведет! материалы бесед с советсткики специалистами по ВФ.

В приложении П на примере численных расчетоз МГД-равнове-сия тороидального плазменного шнура рассказывается о формировании математического аппарата ВФ.

7

/о

loo

Яо-

SO

io

io

■За--.

Jo

Результаты, полученные с помощью S3M

/

7 / /-

/

/

//

I

v i

mo JMS т ню iMs A» /Ms д»о

х- "Физика плазмы" оон. в 1975 году. • - , Phyitti if Pluite '

*- статьи в ЖЗХФ, посвященные фцзике плазиы. +- » ftuc&as $uiiw,f

F- Начало строительства токаиаков в СИЛ и Франции.

SO

Рис. I.

В приложении Ш представлена таблица, синхронизирующая основные этапы в развитии информационных технологий, физики плазмы и дисциплинаризации Bö.

Основные положения диссертации опубликованы • в следующих работах:

1. Дегтярев Л.М., Медведев С.Ю., Сокольская A.B. Некоторые расчеты предельных значений в токамаке // Вена, МАГАТЭ. 1986.

2. Сокольская A.B. Проблема управляемого термоядерного синтеза (1956-64) // Труды XXX конференции молодых ученых ИИЕГ АН СССР. М.: ВИНИТИ. 1987. С. 39-47.

3. Сокольская A.B. О прикладной математике з России ХУШ-XIX вв / Социокультурные предпосылки эффективности научной деятельности. М.: ПК ВЛКСМ, ИИЕГ АН СССР. 1988. С. I09-III.

4. Панкратьев О.В., Сокольская A.B. Развитие программного обеспечения вычислительного эксперимента, как фактор повышения эффективности научных исследований Дам же. С. 24-26.

Б.Панкратьев О.В., Сокольская A.B. Пакеты прикладных программ, как качественно новый этап развития вычислительного, эксперимента /Современные исследования по науковедению и истории науки. М.: ИИЕГ АН СССР. 1988. С. 87-95.

6. Сокольская A.B. О поЕятмЙвычислительная физика // Труда XXXI конференции молодых ученых ИИЕГ АН СССР. М.: ВИНИТИ. 1988. С. 50-60.

7. Панкратьев О.В., Сокольская A.B. Наука и тоталитаризм (к истории кибернетики) / Тоталитаризм как исторический феномен. М.: Философское общество СССР, Всесоюзная ассоциация колодах философов. 1989. С. 314-320.

8. Сокольская A.B. Компьютеризация физики в СССР и проблемы формирования новых научных сообществ // Тезисы второй конференции по социальной истории советской науки . М. : ИИЕТ АН СССР. 1990. С. 55-56.

9. Сокольская A.B. История метода Монте-Карло как пример формирования методов решения задач вычислительной физики

// Материалы ХЕШ Всесоюзной научной конференции аспирантов и молодых специалистов по истории естествознания и техники, часть I. М.: ИИ2Г АН СССР. 1990. С. 59-61.

10. Сокольская A.B. Вычислительная физика как пример синтеза знания на современном этапе развития науки / Всесоюзные Кедровские чтения-"Синтез знания. Современный этап" // Одесса. 1990. C.9L-

'"чт j . ■