1、利用MATLAB进行物理问题可视化与计算

利用MATLAB进行物理问题可视化与计算

1. 背景与工具发展

在过去的十年里，MATLAB工具经历了显著的发展，从脚本发展到应用程序（Apps），再到如今的实时代码（Live code）。实时代码包备受青睐，因为它能将文本、方程和MATLAB代码整合在一处，代码结果也会直接显示，方便用户更改特定问题的参数并立即查看解决方案的变化。

同时，物理学领域也发生了诸多变化。近年来的诺贝尔物理学奖反映了这些进展：
| 年份 | 获奖内容 |
| ---- | ---- |
| 2006年 | 发现宇宙微波背景（CMB）极端各向同性中百万分之一级别的温度小扰动，暗示宇宙曾经历快速膨胀的“暴胀”时期 |
| 2011年 | 通过超新星作为“标准烛光”观测到宇宙加速膨胀，该膨胀归因于“暗能量”的存在 |
| 2013年 | 发现希格斯玻色子，它是首个且唯一的基本标量粒子，具有与真空相同的量子数，可能是“暴胀”的驱动因素 |
| 2017年 | 利用引力波探测器观测到引力辐射 |
| 2019年 | 阐释CMB的结构以及宇宙“标准模型”的出现，宇宙由物质、光子、暗物质和暗能量组成 |
| 2020年 | 阐述广义相对论（GR）奇点的性质，即黑洞 |

这些奖项影响了问题的选择，修订后的问题比第一版更复杂，但内容更具时效性，MATLAB工具也能胜任实时脚本的工作。

2. MATLAB的优势与目标

在物理学中，可直接求解的问题较少，但这些问题很有用，因为可以绘制解的方程并改变定义解的参数，从而探索解对问题变量的依赖关系，帮助学生建立物理直觉。而对于其他问题，需要数值方法，计算较为