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数学模型与科学模拟 用科学研究解答设想

2020年06月30日 10:03:05来源:仪器网

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  【仪器网 时事聚焦】火星,距离太阳第四近的行星,在很长一段时间被认为是有可能开发成第二颗适宜人们居住的行星的星球,而在许多科幻作品中,甚至将火星移民视为人类太空移民的第一步,可见在火星上建立人类文明在大众中具有很高的认可度。
 
 
  那么,你是否想过,加入人类真的可以远渡火星,那么建设火星文明至少需要多少人参与呢?近日,一篇来自法国学者的论文对这个问题作出了解答——在火星建设一个能自我维持的文明,可能至少需要110人。
 
  或许很多人会觉得离谱,毕竟从目前人类的航空发展来看,我们还没在火星留下脚印,甚至对于火星的了解还停留在火星车传输回的数据中,很难理解为什么可以得到一个如此详实的数据。但是,如果你了解了数学模型和科学模拟对于科研的重要性,就会发现,这个110人的数据,并非无稽之谈。
 
  事实上,提出该数据的萨洛蒂是在充分考虑“自我维持的人类文明”需要的客观条件后,才编写出这篇论文的。而其中,萨洛蒂针对植物的生长、水的循环利用、生态链的建立都做了细致的说明,并且还提到了天然过滤材料等内容,包括用现有科学技术,模拟火星环境条件下如何建设起生态。客观的来说,是同时考虑了自然因素和人为介入两方面要素的。
 
  那么这项假设有什么实际意义吗?至少从目前来看,它能够为人类未来的火星探测之路提供一定的方向性意见,对于相关技术,例如水循环等,也有一定的促进作用。而如果将眼光放得更长远,便不难发现,用数学模型建立假设来解决实际问题,其实本身也是一种常见的科学研究模式。
 
  首先,我们要知道数学本身也是一种科学,并且作为一门学问,数学对于提升原始创新能力有重要意义,随着技术的不断进步,科学研究对于数学的依赖是愈渐强烈的。而数学模型是一种运用数学逻辑方法与数学语言构建的科学或工程模型。使用数学模型,大多时候能让问题更加直观,或者可以通过更为直接的方式,将解决问题的方法通过模型的帮助模拟出来。
 
  而更重要的一点是,数学模型对于科研来说,是能够起到辅助作用的。科学仪器可以为科研提供准确的数据,可以帮助实验往更实事求是的方向靠拢,但是,如果既定方向超过了实验所能模拟或者触及到的极限,那么这种时候往往就需要数学模型的介入,来辅助实验完成数据的收集与结论的产生。这也是为什么数学模型能够细分出生物学数学模型、医学数学模型、气象学数学模型、经济学数学模型、天文学数学模型……这些很多时候是研究方向决定的。
 
  当然,数学模型得出的结论大多时候是暂时性的,是受限于目前技术水平的,或许随着技术的革新或者新的发现,结论也会发生质的改变,关键在于,如何运用好数学模型与科学模拟解答实际环境下设想出的问题,为后续研究推进提供方向和思路,或者给当前研究提出一个阶段性的成果。

(本文参考资料来源:参考消息)
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