【探索22-2】計算機世界中的真實——談電腦模擬在科學上的應用

18世紀至20世紀初期間,「計算」持續在天文學、大氣科學、物理學、統計力學等領域扮演要角,但被認為「只是計算而已」,不被視為獨立的學科。不過,為了計算上的需要,數學家相繼發明了為日後奠基的數值算法,至今仍在使用。有了理論和數值以後,便可以利用計算解析物理與化學模型隨著時間的變化。英文的computer一詞,最早指的就是一群有組織在從事計算的人,在當時這些計算師們大多是女性,例如對天文學發展有重要貢獻的哈佛計算師(Harvard Computers)即是著例。

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【人物專訪】理論計算到電腦模擬之路——專訪鄭原忠

出身於傳統農村的鄭原忠教授,自幼便沐浴在大自然中,對於自然奧秘的熱愛及響往,促使他走向化學之路。大約是在高中期間,首次接觸化學課及化學實驗,便對其著迷,覺得化學變化很有趣也很特別,因此大學及研究所都就讀化學相關科系。然而,大學時期的一門書報討論課,成為踏入理論計算及電腦模擬的起始點。

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機器人重現漫步中的古生物

羊膜動物(amniote)的出現是地球生物演化的一個里程碑,這些動物可以終其一生在陸地上成長,不再如兩棲類須經過水生幼體的過度階段。在德國發現的Orobates pabsti是目前已知最早的羊膜動物之一,其化石保存完整,外型似小型犬。近日考古學家利用電腦模擬與機器人,重現三億年前其在地表漫步的姿態。對於已滅絕動物的生物,考古學家能了解該生物運動方式的方法相對單一:或藉由骨骼化石結構或足跡化石的分析,或直接以實體機器人模擬。但前者可能高估關節的運動範圍,也忽略了能量消耗和運動時質心偏移等現象的限制;後者則容易忽略解剖學上的限制,並且針對現有物種的研究發現,擁有不同解剖學結構的物種也可能有類似的運動特徵。

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