Linux システムで物理を教えるのに最適な物理ツールトップ 15

宇宙のすべての粒子は、物理法則に従っています。これが、物理学が科学の最も基本的な分野と呼ばれる理由です。物理学が理論と見なされる場合、科学の他のすべての分野は理論の応用です。私たちの宇宙、そして何よりも自分自身を理解したいのであれば、物理学を学ばなければなりません。物理学の知識は非常に実用的です。ですから、物理学を深く理解するためには、記録されたデータを実験して分析することによって、それを発見する必要があります。そして、それは私たちがいくつかのコンピュータープログラムを使用する必要がある瞬間です.インターネット上には、オープンソースの物理ツールが数多くあります。それらのほとんどすべてが Linux と互換性があります。したがって、Linux 用の最高の物理ツールを探しているなら、ここが正しい場所です。

Linux に最適な物理ツール

理論物理学と応用物理学の研究と研究において、Linux 物理学ソフトウェアにはさまざまな種類のアプリケーションがあります。そのため、単一のソフトウェアを最高と呼ぶことは非常に困難です。ここでは、Linux 用の 15 の最高の物理ツールのコレクションを集めました。

それらのいくつかはデータの分析用、数値アプリケーション用、シミュレーション用、さらにはさまざまな物理関連の問題の解決策をプログラミングするのに役立つものもあります.要件が何であれ、この精選された Linux 物理ソフトウェアのコレクションを気に入っていただけると確信しています。

1.ルート

世界的に有名な研究機関CERNが開発。オブジェクト指向の手法に基づいて動作するプログラミングライブラリです。高エネルギー物理学の多くの問題を解決するために使用されます。 ROOT は当初、素粒子物理学のデータを分析するために開発されました。しかし、段階的な開発プロセスを経て、現在では天文学的な問題の解決やデータマイニングに使用されています。

ROOT の主な機能

さまざまな機能を視覚化するためのヒストグラムとグラフを提供します。
ROOT は、さまざまな 2D および 3D の幾何学的形状をレンダリングしてデータを視覚化できます。
回帰分析またはカーブフィッティングおよび関数最小化ツール
高エネルギー物理学で使用する 4 ベクトル計算システム
多変量データ分析のための高度なニューラルネットワークオプション
ユーザーは分散コンピューティング機能を使用して並列データ分析を行うことができます。
組み込みの双方向 Python および Ruby プログラミングインターフェース。

2. OpenFOAM

OpenFOAM は、Linux 用の非常に人気のある物理ツールです。 C++ ライブラリおよびシミュレーションエンジンです。偏微分方程式は問題なく解くことができます。有限体積、有限要素、およびラグランジュ粒子追跡のための多数の組み込み C++ クラスがあります。解かれている方程式を直接表現するトップレベルコードを使用します。

OpenFOAM の主な機能

燃焼、熱伝達、電磁気、固体力学などの解法プログラムが組み込まれています。
プリインストールされたプログラムをカスタマイズしたり、新しいプログラムを作成したりするオプションがあります。
FoamX という名前の統合 C++ GUI を使用して、ケースファイルを管理できます。
ラグランジアンモデリング、熱物理モデリング、多相モデリングなど、さまざまなタイプのモデリングのサポート
このツールはメッシュを生成し、それに応じてメッシュを変換または操作できます。
OpenFOAM には、箱から出してすぐに使用できる膨大なライブラリセットがあります。

3.マクスタ

Linux用の中性子線追跡シミュレーションソフトウェアです。このオープンソースツールは、中性子散乱に関するさまざまな実験で使用されます。このツールは高級言語をサポートしているため、非常に使いやすいです。命令を ANSI-C 言語に変換するコンパイラが組み込まれています。

McStas の主な機能

どのような種類のデバイスでも高速かつスムーズに動作します。
McStas は、3 軸機能と飛行時間計器をサポートしています。
中性子散乱用の定常およびパルス光源、モノクロメーター/アナライザー、ガイド、コリメーターなどを含むコンポーネントの膨大なライブラリを備えています。
読みやすいヒストグラムをさまざまな形式で生成します。

4.タコ

Octopus は、Linux 用の非常に人気のある物理ツールです。電子イオンダイナミクスのシミュレーションに特に使用されます。それに使用される電磁界は時間に完全に依存しています。このツールでは、多くの静的プロパティを取得できます。また、OpenCL と CUDA を介してコンピューターのグラフィカルプロセッシングユニット (GPU) を使用することもできます。

Octopus の主な機能

1D、2D、3D モードで動作します。
1、2、または 3 方向の周期境界条件をサポートします。
Octopus は、時間伝播による Marc Casida の定式化、Sterheimer 線形応答形式など、さまざまな種類の線形および非線形応答をサポートしています。
このツールは、単精度と倍精度の両方で実行されます。

5.エルマー

これは、物理学の分野で使用される無料のシミュレーションツールです。フィンランドの組織によって作成されました。 Elmer は、流体力学、固体構造の力学、熱の輸送などのシミュレーションに使用されます。必要に応じてプログラムできる最新の GUI を備えています。

Elmer の主な機能

このソフトウェアパッケージには、物理学に関するさまざまな問題を解決する膨大なコレクションが含まれています。
最新の数値計算方法の大規模なコレクションがあります。
一次方程式と二次方程式の時間積分スキームがあります。
Elmer は、固有値問題の解法を特集しています。
このツールは、多極加速のない BEM ソルバーを提供します。

6. Geant4

Geant4 はもともと Geometry AND Tracking の略です。この Linux 物理ソフトウェアは、粒子が物質を通過するシミュレーションに使用されます。 CERN は、このソフトウェアシリーズの開発プロセスを支援しました。オブジェクト指向プログラミングを実装して、物理の問題を解決します。理論物理学とは別に、このツールは主に医療および宇宙科学で使用されます。

Geant4 の主な機能

オブジェクトジオメトリを適切に処理する機能があります。
粒子が検出器を通過すると、検出器の応答が記録されます。
そのような場合に実際の探知機がどのように反応するかを概算します.
OpenGL を使用したデータの視覚化にコンピュータの GPU パワーを使用します。
Geant4 には、さまざまな目的のための強力な乱数ジェネレーターがあります。

7. CP2K

これは、Linux 用の無料でオープンソースの固体物理学ツールです。化学や生物学の分野の研究でも人気があります。さまざまな状態の複雑なシミュレーションを実行できます。このツールは、純粋な平面波またはガウス計算を実行できます。 CP2K は、分子動力学の第一原理シミュレータです。

CP2K の主な機能

分子システムの線形スケーリングでは、非常に便利な ALMO-SCF という波動法を使用します。
ハイブリッドおよびダブルハイブリッド XC 機能が組み込まれています。 LibXC ライブラリを介して追加の XC 関数を読み込むこともできます。
このツールは、複雑な問題を解決するために HF、MP2、DFT の力とエネルギーをサポートします。

8.ステップ

「Step」は Linux 用のインタラクティブなシミュレータベースの物理演算ソフトウェアです。物理の本質を感じさせてくれます。このプログラムでは、さまざまなオブジェクトを使用してサンプルシーンを作成できます。次に、それらのオブジェクトに対する重力やばね荷重などのさまざまな力の効果をシミュレートできます。効果をシミュレートしながら、リアルタイムで変更を加えることもできます。

ステップの主な機能

機械現象の 2 次元シミュレーションのサポート
重力、ばね荷重、粒子、クーロン力など、さまざまなタイプの力発生器
高度な衝突検出機能がシミュレータに組み込まれています。
ステップは、単位間の自動変換と式の計算を実行できます
明示的か暗黙的かに関係なく、8 次までの方程式の解法をサポートします。
このツールは、グラフ、メーター、またはトレーサーを介して結果を視覚化できます。

9.ピシア

これは、Linux ベースのコンピューター用のオープンソースの物理ツールです。 PYTHIA は、研究目的でいくつかの高エネルギーイベントを作成するために使用されます。物理学のさまざまな側面の理論とモデルのライブラリが組み込まれています。理論モデルの実験結果をシミュレートできます。検索戦略の開発や実験データの解釈にも使用できます。

PYTHIA の主な機能

フラグメンテーション、マルチパートン相互作用、パートン分布など、さまざまな現象をシミュレートできます。
多くの公式を借用していますが、主に独自の調査に基づいています。
このツールは、組み込みインターフェースを介してサードパーティのコンピュータープログラムもサポートしています。
素粒子を使用して、素粒子同士の高エネルギー衝突を示すことができます。

10. ASL - 高度なシミュレーションライブラリ

このオープンソースの物理ツールは、マルチフィジックスシミュレーションプラットフォームです。また、微分方程式、特に複雑な偏微分方程式を計算することもできます。この Linux 物理演算ソフトウェアの計算エンジンは OpenCL で記述されていますが、ユーザーは OpenCL の事前知識を持っている必要はありません。一部の C++ クラスの下に適切に隠されているため、誰でもコンピューター支援設計からシミュレーションに直接移行でき、前処理の労力が削減されます。

ASL の主な機能

バーチャルセンシング、画像誘導手術、宇宙探査設計などの分析に使用できます。
ASL は、有限差分、格子ボルツマン、浸漬境界など、さまざまな種類の数値計算法をサポートしています。
ファイルをさまざまな形式にインポートおよびエクスポートでき、さまざまな一般的なコンピュータープログラムをサポートします。
CAD ファイルの直接インポートをサポートする、メッシュのない没入境界アプローチを備えています。

11.ファストジェット

FastJet は、Linux 用の C++ ベースのオープンソース物理ツールです。ジェットの発見と分析のための幅広いツールを提供します。さまざまなタイプのジェットアルゴリズムが組み込まれています。それとは別に、プラグインメカニズムを介して追加のサードパーティ製ジェットアルゴリズムを読み込むことができます。ジェット領域を決定し、ジェットノイズのレベルを制御するための追加ツールを提供します。

FastJet の主な機能

FastJet には、「Cambridge/Aachen Jet Algorithm」、「Longitudinally Invariant k_t」など、いくつかの組み込みジェットアルゴリズムがあります。 Jet Algorithm など。
サードパーティのアルゴリズムをインストールするための高度なプラグインマネージャーがあります。
タグ付けのために、MassDropTagger、CASubJetTagger などがあります。
JetMedianBackgroundEstimator と GridMedianBackgroundEstimator を使用したバックグラウンド推定と減算のサポート

12.トラッカー

これは、Java プログラミング言語で構築されたモデリング兼ビデオアナライザーツールです。物理学の大学生向けに設計されていますが、専門家の間で非常に人気があります。動画編集ソフトとしても機能しますが、物理学の分野で効果的に使用できます。さまざまな実験では、目的の結果を得るためにビデオファイルを分析する必要があるためです。

トラッカーの主な機能

このツールを使用すると、動画のノイズを減らしたり、特殊効果や拡張機能を追加したりできます。
ユーザーはスペクトル内の赤、緑、青の色を分析し、ラインプロファイルを取得できます。
高エネルギー粒子を扱う場合、衝突やその他の動きの複数の参照フレームビューが正確なシミュレーションの取得に役立ちます。
mov、avi、Flv、mp4、WMV など、さまざまな形式をサポートしています。
トラッカーは、ラボやその他のドキュメントで使用するために、ビデオの任意のフレームの画像を任意の角度からコピーおよび印刷できます。

13. CompHEP

CompHEP は、Linux コンピューター用の高エネルギー物理学ツールです。このソフトウェアパッケージは、記号プログラムと数値プログラムで構成される自動計算に使用されます。ユーザーは、LanHEP というツールを使用して新しい物理モデルを作成できます。それとは別に、CompHEP によって計算されたプロセスは、新しい外部プロセスとして PYTHIA および HERWIG と連携できます。

CompHEP の主な機能

このプログラムは、ファインマン図を生成して表示できます。
二乗行列に基づいて式を計算するために使用できる組み込みの記号計算機があります。
CompHEP は、さらなる数値計算のために最適化された C コードを生成できます
このツールは、出入りする粒子を識別し、それに応じてプロセスを選択できます。

14. LHAPDF

これは、離散化されたデータファイルから PDF を評価するための一般的な Linux 物理ソフトウェアです。ユーザーは、C++ でコードを記述してこのライブラリにアクセスできます。また、Python および Fortran 言語も限定的にサポートしています。最新バージョンの LHAPDF6 は、その前身のいくつかの制限を克服しています。現在、同時 PDF の数に制限はありません。また、セット全体ではなく単一のファイルをロードするオプションもサポートしています。

LHAPDF の主な機能

圧縮されたデータファイルのインポートのサポート
PDG ID コードスキームを通じてパートンのコンテンツを許可するため、より効率的なプロセスになります。
このツールは、多くの基本的なメタデータエラーを修正する柔軟なメタデータシステムを使用します。
以前のバージョンと互換性のあるこのオープンソースの物理ツールで、既存のコードを使用できます。

15.ジェリスフローソルバー

このツールは、物質の流れ状態をシミュレートするシミュレータです。任意の複雑な固体境界を自動的に処理することもできます。この Linux 物理学ソフトウェアは、国立水および大気研究研究所およびジャンルロンダランベール研究所によってサポートされています。 Gerris は、フローの問題を解決するために高度な「埋め込み境界」手法を使用します。

Gerris Flow Solver の主な機能

アダプティブメッシュリファインメント機能は、解像度をフローの特徴に動的に適応させるのに役立ちます。
無制限の数の拡散パッシブトレーサーをサポートします。
境界条件の柔軟なオブジェクト指向仕様を備えています。
Gerris Flow Solver は、時間依存の非圧縮性可変密度オイラー、ストークス、またはナビエストークス方程式を解くことができます。

最終的な考え

コンピュータープログラムの助けがなければ、現代の物理学はここまで発展しなかったでしょう。上記のツールは、現代物理学の分野で非常に役立ちます。 Linux システム用のこれらの物理ツールは、高エネルギーの物理現象を扱うことができます。最終的に、ツールを最大限に活用できるのはユーザーです。したがって、さまざまなオプションを試してテストすることにより、目的のソフトウェアを賢く選択してください。お気に入りのオープンソースの物理ツールがあれば、下にコメントして他の人に知らせることができます。

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