Každá částice vesmíru se řídí fyzikálními pravidly. To je důvod, proč se fyzika nazývá nejzákladnějším vědním oborem. Je-li fyzika považována za teorii, pak je její aplikací každé jiné odvětví vědy. Pokud chceme pochopit náš vesmír a hlavně sami sebe, musíme se naučit fyziku. Znalost fyziky je velmi praktická. Pokud tedy máme porozumět fyzice z hloubi nitra, musíme ji objevit experimentováním a analýzou zaznamenaných dat. A to je okamžik, kdy potřebujeme použít nějaké počítačové programy. Na internetu je k dispozici mnoho open source fyzikálních nástrojů. Téměř všechny jsou kompatibilní s Linuxem. Pokud jste tedy hledali nejlepší fyzikální nástroje pro Linux, jste na správném místě.
Nejlepší fyzikální nástroje pro Linux
Existují různé typy aplikací linuxového fyzikálního softwaru při studiu a výzkumu teoretické a aplikované fyziky. Je tedy velmi obtížné označit jeden kus softwaru za nejlepší. Zde jsme zařadili kolekci 15 nejlepších fyzikálních nástrojů pro Linux.
Některé z nich jsou pro analýzu dat, některé pro numerické aplikace, některé pro simulaci a dokonce vám některé pomohou při programování řešení různých problémů souvisejících s fyzikou. Jsme si jisti, že bez ohledu na to, jaké jsou vaše požadavky, tuto vybranou sbírku linuxového fyzikálního softwaru si zamilujete.
1. ROOT
Vyvíjí ji světoznámé výzkumné zařízení CERN. Jedná se o programovací knihovnu, která funguje na základě objektově orientované metody. Používá se pro řešení mnoha problémů fyziky vysokých energií. ROOT byl původně vyvíjen pro analýzu dat částicové fyziky. Ale po postupném procesu vývoje se nyní používá při řešení některých astronomických problémů a dolování dat.
Klíčové funkce ROOT
- Poskytuje histogramy a grafy pro vizualizaci různých funkcí.
- ROOT dokáže vykreslit různé 2D a 3D geometrické tvary pro vizualizaci dat.
- Nástroj pro regresní analýzu nebo prokládání křivek a minimalizaci funkcí.
- Čtyřvektorový výpočetní systém pro použití ve fyzice vysokých energií.
- Pokročilá možnost neuronových sítí pro vícerozměrnou analýzu dat.
- Uživatelé mohou využít funkci distribuovaného počítání pro příležitost paralelní analýzy dat.
- Vestavěné dvousměrné programovací rozhraní Python a Ruby.
2. OpenFOAM
OpenFOAM je velmi populární fyzikální nástroj pro Linux. Je to knihovna C++ a simulační engine. Parciální diferenciální rovnice lze řešit bez jakýchkoli potíží. Má četné vestavěné třídy C++ pro konečný objem, konečné prvky a Lagrangeovo sledování částic. Používá kód nejvyšší úrovně, který vám poskytuje přímou reprezentaci řešené rovnice.
Klíčové vlastnosti OpenFOAM
- Má vestavěné programy řešení, jako je spalování, přenosy tepla, elektromagnetické pole, dynamika pevných látek atd.
- Má možnost přizpůsobit předinstalované programy a dokonce vytvářet programy nové.
- Pro správu souborů případů lze použít integrované grafické uživatelské rozhraní C++ s názvem FoamX.
- Podpora různých typů modelování, včetně lagragiánského modelování, termofyzikálního modelování, vícefázového modelování atd.
- Tento nástroj dokáže generovat sítě a podle toho je převádět nebo s nimi manipulovat.
- OpenFOAM má obrovskou sadu knihoven, které budete používat hned po vybalení.
3. McStas
Je to software pro simulaci neutronového záření pro Linux. Tento open-source nástroj se používá v různých experimentech týkajících se rozptylu neutronů. Tento nástroj podporuje jazyk na vysoké úrovni, a proto je jeho použití velmi snadné. Má vestavěný kompilátor, který přeloží vaše instrukce do jazyka ANSI-C.
Klíčové funkce McStas
- Běží rychle a plynule na jakémkoli typu zařízení.
- McStas podporuje funkce tří os a nástroje pro měření doby letu.
- Zahrnuje rozsáhlou knihovnu komponent, včetně zdrojů v ustáleném stavu a pulzních zdrojů, monochromátorů/analyzátorů, vodítek, kolimátorů atd. pro rozptyl neutronů.
- Generuje snadno čitelné histogramy v různých formátech.
4. Chobotnice
Octopus je velmi populární fyzikální nástroj pro Linux. Používá se speciálně pro simulace dynamiky elektron-iontů. Elektromagnetická pole, která se k tomu používají, jsou zcela závislá na čase. Tímto nástrojem lze získat mnoho statických vlastností. Může také používat grafické procesorové jednotky (GPU) počítače prostřednictvím OpenCL a CUDA.
Klíčové funkce Octopus
- Funguje v režimu 1D, 2D a 3D.
- Podporuje periodické okrajové podmínky v 1, 2 nebo 3 směrech.
- Octopus podporuje různé typy lineárních a nelineárních odezev, včetně formulace Marca Casidy, Sterheimerova formalismu lineární odezvy, a to prostřednictvím časového šíření atd.
- Tento nástroj běží v jednoduché i dvojité přesnosti.
5. Elmera
Toto je bezplatný simulační nástroj používaný v oblasti fyziky. Vytvořila ho finská organizace. Elmer se používá pro simulaci mechaniky tekutých látek, mechaniky pevných struktur, transportu tepla atd. Vyznačuje se moderním GUI, které lze naprogramovat podle potřeby.
Klíčové vlastnosti společnosti Elmer
- Tento softwarový balík obsahuje obrovskou sbírku řešení problémů pro různé problémy týkající se fyziky.
- Má velkou sbírku moderních numerických metod.
- Má schémata časové integrace pro rovnice prvního a druhého řádu.
- Elmer nabízí metody řešení problémů s vlastními hodnotami.
- Tento nástroj poskytuje řešení BEM bez vícepólového zrychlení.
6. Geant4
Geant4 původně znamená GEometry AND Tracking. Tento linuxový fyzikální software se používá pro simulaci průchodu částic hmotou. CERN pomáhal v procesu vývoje této softwarové řady. Implementuje objektově orientované programování pro řešení problémů fyziky. Kromě teoretické fyziky se tento nástroj používá především v lékařství a vesmírné vědě.
Klíčové funkce Geant4
- Má zařízení pro pěkné zacházení s geometrií objektů.
- Odezva detektoru se zaznamená, když jím částice projdou.
- Dokonce se přibližuje, jak by v takových případech reagoval skutečný detektor.
- Využívá výkon GPU počítače pro vizualizaci dat pomocí OpenGL.
- Geant4 má výkonný generátor náhodných čísel pro různé účely.
7. CP2K
Je to bezplatný a open source nástroj pro fyziku pevných látek pro Linux. Je dokonce populární pro výzkum v oblasti chemie a biologie. Může provádět komplexní simulace různých stavů věcí. Tento nástroj může provádět čistě rovinné nebo gaussovské výpočty. CP2K je ab-initio simulátor pro molekulární dynamiku.
Klíčové vlastnosti CP2K
- Lineární škálování molekulárních systémů využívá vlnovou metodu nazvanou ALMO-SCF, což je velmi pohodlná metoda.
- Má vestavěné hybridní a dvojité hybridní XC funkce. Může dokonce načíst další funkce XC prostřednictvím knihovny LibXC.
- Tento nástroj podporuje síly a energie HF, MP2 a DFT pro řešení složitých problémů.
8. Krok
„Step“ je interaktivní fyzikální software založený na simulátoru pro Linux. Pomůže vám to pocítit podstatu fyziky. V tomto programu můžete vytvořit ukázkovou scénu s různými objekty. Poté můžete simulovat účinky různých sil, jako je gravitace nebo pružinové zatížení, na tyto objekty. Během simulace efektů můžete dokonce provádět změny v reálném čase.
Klíčové funkce Step
- Podpora pro dvourozměrné simulace mechanických jevů.
- Různé typy generátorů síly, včetně gravitace, zatížení pružiny, částic a coulombových sil.
- Přímo v simulátoru je integrována pokročilá funkce detekce kolizí.
- Step umí automaticky převádět mezi jednotkami a může provádět výpočty výrazů.
- Podporuje řešení rovnic až 8. řádu, ať už je explicitní nebo implicitní.
- Tento nástroj dokáže vizualizovat výsledky prostřednictvím grafu, měřiče nebo sledovače.
9. PYTHIA
Jedná se o open-source fyzikální nástroj pro počítače založené na Linuxu. PYTHIA se používá k vytváření některých vysokoenergetických událostí pro výzkumné účely. Má vestavěnou knihovnu teorií a modelů pro různé aspekty fyziky. Dokáže simulovat experimentální důsledky teoretických modelů. Může být také použit pro vývoj vyhledávacích strategií a interpretaci experimentálních dat.
Klíčové funkce PYTHIA
- Může simulovat různé jevy, včetně fragmentace, multipartonových interakcí, Partonových distribucí atd.
- Přestože si vypůjčuje mnoho vzorců, je z velké části založen na původním výzkumu.
- Tento nástroj také podporuje počítačové programy třetích stran prostřednictvím vestavěných rozhraní.
- Může použít elementární částice k zobrazení vysokoenergetických srážek mezi sebou samými.
10. ASL- Advanced Simulation Library
Tento open-source fyzikální nástroj je multifyzikální simulační platforma. Je také schopen počítat diferenciální rovnice, zejména komplexní PDR. Přestože je výpočetní jádro tohoto linuxového fyzikálního softwaru napsáno v OpenCL, uživatelé nemusí mít předchozí znalosti OpenCL. Protože je pěkně skryt pod některými třídami C++, umožňuje komukoli přejít od počítačově podporovaného návrhu přímo k simulaci, což snižuje úsilí o předběžné zpracování.
Klíčové vlastnosti ASL
- Lze jej použít k analýze virtuálního snímání, obrazem naváděné chirurgie, návrhů průzkumu vesmíru atd.
- ASL podporuje různé typy numerických metod včetně konečných rozdílů, Lattice Boltzmann, Immersed Boundary.
- Umí importovat a exportovat soubory do různých formátů a podporuje různé oblíbené počítačové programy.
- Má bezsíťový, ponořený hraniční přístup, který podporuje přímý import souborů CAD.
11. FastJet
FastJet je open-source fyzikální nástroj založený na C++ pro Linux. Poskytuje širokou škálu nástrojů pro vyhledávání a analýzu jetů. Přímo v něm jsou zabudovány různé typy tryskových algoritmů. Kromě toho může načíst další tryskové algoritmy třetích stran prostřednictvím mechanismu zásuvných modulů. Poskytuje další nástroje pro určení oblastí trysek a ovládání úrovně hluku trysky.
Klíčové funkce FastJet
- FastJet má některé vestavěné tryskové algoritmy, včetně „Cambridge/Aachen Jet Algorithm“, „Longitudinally Invariant kt Jet Algorithm“ a mnohem více.
- Má pokročilého správce pluginů pro instalaci algoritmů třetích stran.
- Pro účely označování má MassDropTagger, CASubJetTagger atd.
- Podpora pro odhad na pozadí a odečítání pomocí JetMedianBackgroundEstimator a GridMedianBackgroundEstimator.
12. Tracker
Toto je nástroj pro modelování cum video analyzátor postavený s programovacím jazykem Java. Přestože je určen pro vysokoškolské studenty fyziky, je velmi oblíbený mezi profesionály. Funguje jako software pro úpravu videa, ale lze jej efektivně využít v oblasti fyziky. Protože v různých experimentech potřebujete analyzovat video soubory, abyste získali požadovaný výsledek.
Klíčové funkce nástroje Tracker
- Tento nástroj může snížit šum ve videu a může přidat speciální efekty nebo vylepšení.
- Uživatelé mohou analyzovat červené, zelené a modré barvy ve spektru a získat profily čar.
- Pokud pracujete s vysokoenergetickými částicemi, vícenásobné zobrazení referenčních snímků kolizí a jiných pohybů vám pomůže získat přesnou simulaci.
- Podporuje různé formáty, včetně mov, avi, Flv, mp4, WMV atd.
- Tracker může kopírovat a tisknout snímky libovolného snímku videa z libovolného úhlu pro použití v laboratořích a dalších dokumentech.
13. CompHEP
CompHEP je vysokoenergetický fyzikální nástroj pro počítače se systémem Linux. Tento softwarový balík se používá pro automatické výpočty, které se skládají ze symbolických a numerických programů. Uživatelé mohou vytvářet nové fyzické modely pomocí nástroje LanHEP. Kromě toho mohou být procesy počítané pomocí CompHEP propojeny s PYTHIA a HERWIG jako nové externí procesy.
Klíčové funkce CompHEP
- Tento program dokáže generovat Feynmanovy diagramy a zobrazovat je.
- Má vestavěnou symbolickou kalkulačku, kterou lze použít k výpočtu výrazů na základě čtvercové matice.
- CompHEP může generovat optimalizované kódy C pro další numerické výpočty.
- Tento nástroj dokáže identifikovat odchozí nebo příchozí částice a podle toho vybrat proces.
14. LHAPDF
Jedná se o populární fyzikální software Linux pro vyhodnocování souborů PDF z diskretizovaných datových souborů. Uživatelé mohou přistupovat k této knihovně napsáním kódu v C++. V omezené míře podporuje také jazyky Python a Fortran. Nejnovější verze, LHAPDF6, překonala některá omezení svého předchůdce. Nyní nemá žádná omezení na počet souběžných souborů PDF. Podporuje také možnost načíst jeden soubor namísto celé sady.
Klíčové funkce LHAPDF
- Podpora pro import komprimovaných datových souborů.
- Umožňuje obsah Parton prostřednictvím schématu kódů PDG ID, což z něj činí efektivnější proces.
- Tento nástroj používá flexibilní systém metadat, který opravuje mnoho základních chyb metadat.
- V tomto otevřeném fyzikálním nástroji, který je kompatibilní s předchozí verzí, můžete použít své stávající kódy.
15. Gerris Flow Solver
Tento nástroj je simulátor používaný při simulaci tekoucího stavu hmoty. Dokáže si dokonce automaticky poradit s libovolně složitými pevnými hranicemi. Tento linuxový fyzikální software je podporován Národním institutem pro výzkum vody a atmosféry a Institut Jean le Rond d’Alembert. Gerris používá pokročilou techniku „vestavěných hranic“ pro řešení problémů s tokem.
Klíčové vlastnosti Gerris Flow Solver
- Funkce adaptivního zpřesnění sítě pomáhá dynamicky přizpůsobovat rozlišení vlastnostem toku.
- Podporuje neomezený počet rozptýlených pasivních sledovačů.
- Má flexibilní objektově orientovanou specifikaci okrajových podmínek.
- Gerris Flow Solver dokáže řešit časově závislé nestlačitelné Eulerovy, Stokesovy nebo Navier-Stokesovy rovnice s proměnnou hustotou.
Poslední myšlenky
Bez pomoci počítačových programů by moderní fyzika nedošla tak daleko. Výše uvedené nástroje jsou velmi užitečné v oblasti moderní fyziky. Tyto fyzikální nástroje pro váš systém Linux jsou velmi schopné vypořádat se s jevy fyziky vysokých energií. V konečném důsledku je to uživatel, kdo může nástroj nejlépe využít. Vybírejte tedy svůj požadovaný software moudře zkoušením a testováním různých možností. Pokud máte nějaký konkrétní oblíbený open-source fyzikální nástroj, můžete jej komentovat níže a dát tak ostatním vědět.