La fisica computazionale è un campo che utilizza sia formule fisiche esistenti che algoritmi numerici per eseguire calcoli su larga scala con computer che richiederebbero molto tempo e sarebbero noiosi da eseguire a mano. Essenzialmente, è una branca della fisica che si occupa di creare modelli e soluzioni matematiche utilizzando computer e programmazione. I modelli matematici che i fisici mirano a creare spesso coinvolgono grandi quantità di informazioni che richiedono computer molto potenti per essere elaborate.
L’esatta classificazione della fisica computazionale nel campo generale della fisica è spesso dibattuta. Alcuni lo considerano una branca della fisica teorica, poiché tende a essere coinvolta in aree della fisica che sono ancora profondamente teoriche con scarso supporto sperimentale solido. Altri ritengono che dovrebbe essere considerata una branca della fisica sperimentale, poiché i dati utilizzati provengono tipicamente da esperimenti. Per la maggior parte, tuttavia, gli scienziati concordano sul fatto che si colloca da qualche parte tra le due discipline e ha componenti sia teoriche che sperimentali.
La fisica moderna fa molto affidamento sui computer per elaborare gran parte dei complessi aspetti matematici di esperimenti e teorie. I campi della fisica come l’astrofisica, la meccanica dei fluidi e la fisica degli acceleratori dipendono entrambi dalla programmazione e dal calcolo. Nella fisica degli acceleratori, ad esempio, i computer devono monitorare, registrare e analizzare grandi quantità di informazioni ogni volta che le particelle entrano in collisione in un acceleratore di particelle. La fisica computazionale dello stato solido tenta di scoprire il legame tra le proprietà atomiche dei solidi e le loro proprietà su larga scala analizzando grandi quantità di informazioni sui solidi a livello molecolare.
Ci sono molti altri compiti risolti attraverso il calcolo che possono essere raggruppati in modo approssimativo nel campo della fisica computazionale. Spesso, per eseguire calcoli sui sistemi fisici vengono utilizzati compiti come la risoluzione di equazioni differenziali e integrali o la valutazione di matrici molto grandi. Questi compiti potrebbero essere facilmente classificati come matematica pura, che è matematica eseguita esclusivamente per amore della matematica. Tuttavia, quando vengono eseguiti per discernere informazioni relative alla fisica, possono altrettanto facilmente rientrare nella categoria della fisica computazionale.
Molti college offrono corsi di fisica computazionale, sebbene qualsiasi istruzione pre-universitaria nel campo sia rara. I corsi universitari introduttivi tendono a insegnare i principi di programmazione di base e come applicarli a problemi relativi alla fisica. Corsi successivi, spesso tenuti a livello di laurea, insegnano come manipolare e risolvere grandi problemi costituiti da grandi quantità di dati attraverso l’uso di algoritmi e pratiche di programmazione avanzate.