Computer Simulation in Physics and Engineering

Mit der stetig steigenden Rechenleistung moderner Computer hat die Bedeutung von numerischen Methoden und rechnerbasierten Simulationsverfahren für die Physik, bzw. die Naturwissenschaften allgemein, in den letzten Jahren stark zugenommen. Dies spiegelt sich auch in der universitären Ausbildung durch immer mehr entsprechende Kursangebote wider. Die dabei zu vermittelnden Inhalte sind vielschichtig: Sie reichen vom Verständnis moderner Rechner­architekturen, dem Erlernen und Anwenden einer Programmiersprache über numerische Mathematik bis hin zur algorithmischen Umsetzung eines physikalischen Problems.

Während viele Lehrbücher auf dem Gebiet lediglich Teilbereiche abdecken, also beispielsweise eine Programmiersprache oder numerische Methoden, beleuchtet Steinhauser in seinem Buch „Computer Simulation in Physics and Engineering“ alle Aspekte gleichermaßen. Als Konsequenz dieses Ansatzes lässt sich natürlich jeder Teilbereich nicht mit der gleichen Tiefe behandeln, wie das in einem spezialisierten Buch möglich wäre. Trotzdem ist der Ansatz lohnend, weil er einen Motivationsbogen für das gesamte Buch liefert.

Beinahe die erste Hälfte des Buches ist den Grundlagen maschinellen Rechnens, Algorithmen, der Modellbildung und einer Einführung in die Programmiersprache C gewidmet. Letzteres ist geschickt mit der Vermittlung grundlegender numerischer Verfahren wie der numerischen Integration verbunden und endet mit kleinen Projekten, die zum Anwenden des Erlernten einladen. Die nächsten zwei Kapitel führen in die statistische Physik und die Verwendung von Potential-Modellen zur Beschreibung von Teilchen- und Molekülwechselwirkungen ein. Obwohl auf den ersten Blick nicht direkt zum Titel des Buches passend, bieten sie doch die Motivation und physikalischen Grundlagen zum Verständnis der folgenden Kapitel.

Anschließend werden mit den Molekulardynamik- und Monte-Carlo-Methoden zwei grund­legende und für die Physik wichtige Verfahren eingeführt und mit Beispielen verdeutlicht. Besonders hilfreich sind sicherlich die zahlreichen ­Lösungsvorschläge als Quelltext, die zum Weitermachen animieren.

Insgesamt ist Steinhausers Lehrbuch eine gelungene Einführung in moderne, rechnerbasierte Simula­tionsverfahren für das Bachelorstudium, wobei weder die theoretischen Grundlagen noch die Anwendungen zu kurz kommen. Und es hat sicher eine große Stärke in den vielen Beispielen und Übungen zum Nachprogrammieren.

Prof. Dr. Carsten Urbach, Helmholtz Ins­titut für Strahlen und Kernphysik, Universität Bonn