Browse By

Fizik & Komputer

Apabila kita bercakap mengenai fizik, agak-agak apa yang beramain di dalam fikiran anda? Admin berani jamin ramai yang akan terfikirkan formula, terbitan, eksperimen bermain dengan elektrik dan magnet. Tapi mungkin ramai yang tak sedar bahawa fizik juga ada berkait dengan komputer. Penyelidikan di dalam bidang fizik boleh dibahagikan kepada 2 pecahan yang utama, iaitu teoritikal dan eksperimental. Apa beza teoritikal dan eksperimental? Secara asasnya, teoritikal adalah kajian fizik untuk penghasilan teori-teori baru ataupun gubahan teori, manakala eksperimental pula secara mudah boleh dikatakan sebagai pembuktian teori yang sedia ada. Tetapi ada juga kes di mana teori-teori baru terbit selepas eksperimen dijalankan. Cabang teoritikal kebiasaannya akan bermain-main dengan fungsi, persamaan matematik, dan penjanaan model berdasarkan persamaan yang diterbitkan. Untuk cabang eksperimental pula, penyelidik kebiasaannya akan menggunakan alatan untuk mengkaji fenomena dan cuba untuk teli dengan teori yang diterbitkan. Contoh alatan adalah seperti teleskop radio & optik, laser, dan alat-alat untuk mengkaji dan menganalisa struktur sesuatu bahan (SEM, UV-Vis, FTIR, XRD).

Mungkin anda pernah terdengar bahawa seorang ahli fizik teori akan cuma menggunakan pen dan kertas sahaja untuk menerbit dan mengubah persamaan-persamaan matematik, namun ianya bukan 100% benar. Pada zaman teknologi maklumat ini, kemudahan komputer sangat membantu ahli fizik dan juga matematik. Ini kerana segala pengiraan dan jalan kerja matematik boleh dikendalikan oleh komputer. Sebagai contoh perisian Wolfram MathematicaMembolehkan para penyelidik fizik untuk melakukan pengiraan dan pemodelan sesuatu fungsi atau persamaan fizik tu. Perisian ini menggunakan bahasa pengaturcaraan (programming language) Wolfram, C, C++ dan juga Java. Sila klik pada pautan berikut untuk mengetahui lebih lanjut mengenai Wolfram Mathematica: https://www.wolfram.com/mathematica/

Graph plotting untuk Morse Potential di dalam1 dimensi menggunakan Wolfram Mathematica.

Selain daripada itu, terdapat juga bahasa pengaturcaraan lain yang masih membolehkan para penyelidik fizik dan matematik membuat pengiraan dan pemodelan. Contoh yang lain pula adalah Python. Python yang admin maksudkan ini bukan ular sawa okay, ini adalah bahasa pengaturcaraan komputer macam juga yang admin sebutkan di atas itu tadi. Setiap penyilidik fizik dan matematik yang menggunakan bahasa pengaturcaraan untuk menyelesaikan permasaalahan fizik mereka akan menggunakan bahasa pengaturcaraan yang mereka selesa. Python ini pada pendapat admin lebih mudah berbanding dengan bahasa pengaturcaraan yang lain. Contoh pertama di bawah adalah skrip pengaturcaraan Python yang digunakan untuk mengira jarak sesuatu projectile motion. Contoh yang kedua pula adalah pengiraan matematik yang kompleks di dalam Python menjadi lebih mudah. Sila klik pada pautan berikt untuk memuat turun dan mengetahui lanjut mengenai Pyton: https://www.python.org/

Di samping perisian Wolfram Mathematica dan bahasa pengaturcaraan Python, terdapat perisian yang dinamakan sebagai PYTHIA dan juga ROOT. Dua perisian ini sangat terkenal dalam kalangan penyelidik fizik zarah. PYTHIA secara mudah merupakan perisian yang membolehkan para penyelidik fizik zarah membuat simulasi pelanggaran zarah (positron, elektron dan proton) manakala ROOT pula digunakan untuk menganalisa hasil perlanggaran tersebut di dalam betuk graf. Cara PYTHIA berfungsi adalah dengan menggunakan satu kaedah yang dinamakan sebagai kaedah Monte Carlo. Kaedah Monte Carlo secara mudah merupakan kaedah yang digunakan untuk menganalisa sesuatu fenomena yang mempunyai taburan kemungkinan (probability distribution). Dunia kuantum penuh dengan kemungkinan dan di dalam fizik zarah, sesuatu zarah mempunyai kemungkinan untuk mereput kepada satu zarah yang lain dan ini dinamakan sebagai branching ration / branching fractionjadi kaedah ini telah dijadikan dalam bentuk perisian untuk digunakan. PYTHIA dan ROOT menggunakan bahasa pengaturcaraan C++ dan Python. Untuk mengetahui lebih lanjut dan memuat turun perisian PYTHIA sila klik pada pautan berikut: http://home.thep.lu.se/~torbjorn/Pythia.html manakala pautan berikut untuk ROOT: https://root.cern.ch/

Output dariapda simulasi perlanggaran zarah menggunakan perisian PYTHIA.

Graf hasil perlanggaran zarah menggunakan PYTHIA dan dipaparkan menggunakan ROOT.

Selain daripada perisian dan bahasa pengaturcaraan yang telah disebutkan, terdapat banyak lagi yang digunakan untuk menganalisa, membuat pengiraan dan pemodelan fizik seperti R, Eclipse, MadGraph, Geant4, DarkSUSY dan banyak lagi. Setiap perisian adalah khas untuk sesuatu cabang fiziknya yang tersendiri. Wolfram Mathematica digunakan oleh sebilangan besar penyelidik fizik kuantum seperti di UPM dan USM manakala ROOT pula digunakan oleh para  penyelidik fizik zarah di Pusat Fizik Zarah Kebangsaan (NCPP) UM. Mungkin ada juga di antara pembaca Fiziklah! yang mahir dan berpengalaman menggunakan perisian-perisian ini.

Walaupun perisian dan bahasa pengaturcaraan banyak digunakan di dalam bidang fizik teori, namun ianya juga digunakan untuk menjalankan simulasi di dalam fizik eksperimental. Ini adalah kerana kos untuk menjalankan eksperimen sebenar mungkin memerlukan modal yang besar seperti perlanggaran zarah di CERN. Simulasi komputer membolehkan kita menjangka hasil sesuatu eksperimen itu dan data boleh dibandingkan dengan hasil eksperimen sebenar. Komputer telah memudahkan dan mempercepatkan lagi perjalanan penyelidikan sains kerana pengiraan dan pemodelan dapat dihasilkan dengan tepat dan segera. Dengan kelajuan pemprosesan komputer yang semakin pantas lebih banyak breakthrough di dalam bidang sains khususnya fizik akan dapat dilakukan pada masa akan datang.