Un settore fondamentale è rappresentato dalle simulazioni computazionali, che permettono (grazie a potenti supercomputer) di ricreare il comportamento di sistemi fisici in modo dettagliato. Ciò è molto utile per esempio per simulare “in anticipo” i possibili risultati di un esperimento, orientando così la stessa definizione degli obiettivi sperimentali e confrontando poi le previsioni della simulazione con i dati reali. Anche nella fisica teorica le simulazioni sono importanti: la teoria delle interazioni forti, la QCD, discretizzata su un reticolo di punti dello spazio-tempo, può essere simulata per ottenere predizioni numeriche di processi fisici che non sono calcolabili altrimenti.
Un altro aspetto chiave delle simulazioni è la capacità di esplorare scenari che non possono essere riprodotti sperimentalmente: gran parte della ricerca in ambito astrofisico si basa su simulazioni, che possono modellare per esempio l’evoluzione delle galassie su scale temporali molto lunghe, consentendo ai ricercatori di studiare processi altrimenti impossibili da osservare direttamente. Un altro esempio molto importante dell’uso di modelli e simulazioni è rappresentato dalla fisica dell’atmosfera e dalla climatologia, dove l’integrazione di una vasta gamma di dati atmosferici, terrestri e oceanici può consentire di prevedere le variazioni climatiche nel tempo e i loro potenziali impatti sui sistemi ecologici e sociali.
