中国科协发布10大前沿科学问题-仿真技术可贡献哪些力量？
导读：众所周知，仿真技术在前沿科学研究中价值非凡。它跨越了学科界限，突破了实验条件、时空和成本的限制，从理论验证到应用开发，从微观世界探索到宏观系统研究，为科研人员提供了强大的研究手段，推动前沿科学不断向前发展，为人类认识世界、改造世界创造更多可能。
一、2025 前沿科学问题洞察
7月6日，在第二十七届中国科协年会主论坛上，中国科协重磅发布了10个前沿科学问题，涵盖了数学、物理、化学、地球科学、生态环境、信息科技、先进材料、资源能源、空天科技、农业科技、生命健康等多个关键领域。这些问题犹如科技海洋中的灯塔，指引着全球科研人员探索未知的方向。具体问题如下：
二、仿真技术在前沿科学研究中的价值
1、复杂系统建模与分析
对于流形的拓扑和几何分类、宏观生态系统空间格局形成机理等复杂问题，仿真技术可以构建高保真的数学模型，模拟不同因素相互作用下系统的动态变化。例如，在研究生态系统时，通过仿真可以模拟物种之间的竞争、共生关系，以及环境因素对生态系统结构和功能的影响，帮助科学家直观地观察和分析复杂生态过程，揭示内在规律。
关于潜艇外形阻力流体拓扑优化，我们借助流体动力学仿真技术，对潜艇外形进行系统性优化的过程。其核心是通过建立潜艇航行时的流场模型，模拟不同外形下流体的流动状态，分析阻力来源，进而基于拓扑优化算法，在满足潜艇结构强度、内部空间等约束条件的前提下，调整外形曲面、线型等关键参数，以最小化流体阻力为目标，优化潜艇外形，从而提升潜艇的航速、续航能力，降低能耗。这一过程综合运用了流体力学、结构力学和优化算法，是提高潜艇水下性能的重要手段。
2、微观世界模拟与预测
在希格斯粒子性质研究、多维度超分子机器组装等涉及微观世界的领域，实验观测往往受到技术和成本的限制。仿真技术能够在原子、分子尺度上进行模拟，预测粒子的行为和分子的组装过程。比如，利用量子力学仿真方法，可以精确计算希格斯粒子与其他粒子的相互作用截面，为实验研究提供理论指导；通过分子动力学模拟，能够探索超分子机器的组装路径和稳定性，加速新型超分子材料的研发。
3、极端条件与风险评估
台风路径异常与强度突变、暗能量与哈勃常数危机等问题涉及到极端自然条件和宇宙尺度的现象，难以通过常规实验进行研究。仿真技术可以创造虚拟的极端环境，模拟台风在不同海洋温度、大气环流条件下的演变，预测其路径和强度变化；在宇宙学研究中，通过数值模拟可以构建不同的宇宙演化模型，探索暗能量的性质和哈勃常数的演化，评估宇宙未来的发展趋势，为天文学家提供研究方向。
4、优化与创新设计
在准金属替代过渡金属用于催化反应、作物野生近缘种育种等应用研究中，仿真技术可以对不同的设计方案进行快速评估和优化。例如，在催化反应研究中，通过模拟不同准金属催化剂的电子结构和催化活性，筛选出最佳的催化材料和反应条件，减少实验次数，缩短研发周期；在作物育种中，利用基因组学仿真技术预测杂交后代的性状表现，指导育种工作，提高育种效率，培育出更具抗逆性和高产性能的作物品种。
5、安全与可靠性保障
在人工智能安全、人体微生态与健康研究等领域，仿真技术可以用于评估系统的安全性和可靠性。在人工智能安全方面，通过模拟各种攻击场景，测试人工智能系统的防御能力，优化安全防护策略；在人体微生态研究中，利用仿真模型预测微生物群落变化对人体健康的影响，评估新型益生菌或药物干预的安全性和有效性，为临床应用提供依据。
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来源：仿真秀App
