模拟方法

根据研究对象即原型的某种特征，建立或选择与原型相似的模型，然后通过模型来探讨原型的结构、功能、过程、机制、量值和规律的一种方法。原型既可以是自然界中的事物，也可以是人类改造自然的计划中所预期的产物。最初的含义是直观的模仿或仿制，主要体现在工具的制造上，例如骨针是鱼刺的模拟。后来转变为复杂工程技术中对自然物和发明物原型的模拟，例如用船体模型来模拟设计中要建造的船。现代发展为工程技术中仿生研究和科学实验中模型研究的主要方法。现代模拟方法以20世纪30年代臻于完善的相似理论为科学依据。根据相似理论，可以确定相似现象的基本性质、必要和充分条件，定量地设计模型，把模拟实验结果定量地推广到原型中去。主要分为物理模拟和数学模拟两大类。物理模拟亦称实物模拟，是以模型与原型之间的物理状态或实物状态相似为基础的一种模拟方法。数学模拟是以模型和原型之间在数学形式相似的基础上进行的一种模拟方法。电子模拟计算机的出现使数学模拟的发展进入新阶段，现已用它来研究地壳沉降、天气变化等复杂自然事物的运动规律。模拟方法作为科学研究的手段，其优点主要是：（1）可以在人工条件下重演时过境迁的自然现象。例如，在实验室中模拟原始地球的自然条件合成生命的基本构成物质，以此探讨生命起源的过程。（2）可以从时间和空间上伸缩自然现象发生、发展的过程和范围。模拟实验既能把经历了漫长年代、在很大区域里发生的自然演化过程（如生命起源）缩短到几周、几月内和狭小的实验室室间内，也可延续、重复瞬时出现的自然过程（例如闪电雷鸣、地震山崩、岩石滑坡），以便作详细研究。（3）可以从空间上变换客体运动的位置和运动方式，使原来难以或无法在天然条件下进行的实验，能够在比较便利、安全的环境中进行。例如用电子计算机模拟和设计各种高性能的飞机。（4）可对将来的事物进行预测和估计。未来学研究的一个重要方法是通过建立模型来预测。（5）具有替代性功能，可使人在某些特殊实验中趋利避害。如在宇宙航行中用哺乳动物作为生理模型代替人进行某些太空生理实验。