自从计算机技术发达之后，计算机数值模拟加入到科学研究的方法行列。可以说现在的科学是理论，实验和数值模拟三足鼎立。

       现实中很多体系是非线性系统，或者由于时域、空域太广、太小等林林总总的限制，现有的理论和实验手段研究难度较大。如今计算机计算能力的发展，使得人们能够方便通过数值运算的方法，模拟现实的体系。

       在会议中，就像从前理论学家和实验学家常常打嘴仗一样，也碰到做数值模拟的科学家和实验学家打嘴仗。倒是少有听说理论学家和模拟学家打嘴仗，一方面因为模拟学家用的模型体系是建立在理论学家的理论之上，不好攻击祖师爷，不少模拟学家还是从理论学家转型而来，另一方面也是因为模拟的应用确实让理论学家能够观察那些难以得到解析解的复杂体系。

       其中几个常问的问题就是：

1. 有了计算机模拟，我们还要做实验吗？

       许多信奉模拟的学者往往从两点出发：一是实验可能带入误差的因素颇多，例如污染，操作失误等等；另一点是实验也是一个简化模型体系，并不是完全的现实。

2. 当实验结果和模拟不同的时候，我们是否应当信奉实验结果？

       这些和当年理论／实验的争论如出一辙，我不禁想到了拉普拉斯魔鬼。会议上，我们就有这个争论，一些做模拟的人认为，模拟是从已有的物理定律出发，比如宏观条件下应用的牛顿第二定律，或者微观条件下的量子力学。而计算机程序的逻辑是可以被检验的。因此完备的模拟程序必定预知，并跑出合乎现实的结果。而实验过程中不可控的因素较多，误差和错误不可避免。因此计算机模拟可以替代实验，当实验结果和模拟冲突的时候，我们应当信奉模拟。

       我想，要回答这个问题，不可避免要问到我们如何认识世界，以及科学是什么。人类想要对未来有所预测，以便提升应对未来，尤其是灾难的能力。因此各种认识世界的方法应运而生。其中有一种方法被称为（希腊）自然哲学，即现在被称为Science的科学。科学并不解决宇宙是否有先验的支配规律这个问题，这个归于哲学认识论的范畴。但撇开这个问题，科学认为一个在时间和空间上逻辑、自恰的体系是可以仿真现实的。这个体系可以通过观察，抽象和逻辑思维建立，并且得以用之在时间和空间上一定程度地预测现实的发展。其他的方法包括卜筮，占星术，宗教，宿命论，巫术，东方自然哲学等等。

       然而，无论宇宙有无先验的支配规律，物理定律，数学定律架构出的科学体系还是受制于人的思维——人的思维本身在现实之中，人的思维能否认识包括自身在内的现实，这是其一。更为重要的一点是，现有的科学并不涵盖世界的全部，仍然有大量未知。何以通过理论或者基于理论的模拟来预测未知的现实。我们通过直接观察，或者设计实验观察，所观察到的才是现实。

       即使是量子力学，甚至标准模型，也只是人们抽象一部分现实，为这一部分的现实建立的模型，它至少受制于前提条件。例如标准模型的其中一个前提条件就是“基本的粒子为零维点粒子”。弦理论将其扩展到多维弦和膜以试图解决引力场量子化的问题。更不要说在求解，以及计算机模拟中引入的种种近似了。这些近似使得理论和模拟的结果一步步偏离现实。当然这个偏离是可以估计的。但无论如何，在科学的框架内，理论和模拟都必须通过观察，或者实验观察来验证，即通过现实验证。

       我碰到不少人问道：实验中的系统误差，操作误差如何检验。

       首先要说明的一点是，实验是在一个控制下的体系内观察现实。即便是所谓“错误”的实验结果，也是现实，只是实验体系由于种种因素偏离了设计的体系（失控了），但结果仍然是现实，只是受到这些因素影响的现实，难以分析总结罢了。所以，任何实验得出的结果，都要通过平行的实验进行重复性检验。科学上认为，通过可重复性的检验，可以最大程度地避免这些误差。

       另一点则是，实验中哪一部分是可信的。这也是理论学家和模拟学家质疑实验的一点——即实验的数据分析和结论是基于理论的。只是上，除了记录了现实的原始数据，一切经过分析过程的数据都是应当被质疑和检验的。举个例子，通过自由落体运动测量重力加速度。实验测量了自由落体实验的位置坐标，时间，重力体的体积，质量。这是原始数据，一切后续的分析，包括运动方程，重力加速度测得值都不是实验本身，都是可以被质疑的。

       此外，在最后，除了重复和平行实验之外，还要和理论，模拟互相验证。毕竟，即便是实验，最终也要转化为简洁的理论，以用于预测未来。科学毕竟是实验，理论，模拟三条腿走路，缺一不可。

转自豆瓣网：https://www.douban.com/note/284767645/，原题：理论科学？实验科学？数值模拟科学？