科普系列 - 計算科學不是計算機科學（二）

由於這些計算技巧在生物或化學研究裏面非常重要，我們在不同諾貝爾得獎學科裏面 都會找到這些計算科學的足跡。2013年諾貝爾化學獎三位得主作出的貢獻，就是 關於計算化學。根據諾貝爾獎網頁所提到的，他們之所以得獎是因為他們建立了一些多尺度（Multiscale）的模型應用在複雜化學系統的貢獻（多尺度計算在數學本身也是非常有趣，有機會再另外開一個題目仔細討論）。年代久遠一些，1998年諾貝爾化學獎兩位得獎者就是由於運用了密度泛函理論（Density-functional Theory）建立了一些重要的計算技巧，對量子化學作出了深遠的影響。

計算科學本身，有好一些非常有趣的特性。其中一個是他有着非常明顯的跨學科和多樣性的性質。以上面這個計算化學的例子，研究問題本身聽起來就已經好像是一個生物科的研究課題。計算技巧，就好像是一個數學問題。由於有着這些跨學科特性，不同背景的科學家，都可以運用這些技巧在不同領域上。剛剛提到的1998年諾貝爾化學獎得獎者，Prof. W. Kohn [1] 和Prof. J.A. Pople [2] 都可以說是物理學家。而2013年其中一位化學獎得主Prof. M. Levitt  [3] 是史丹佛大學（Stanford University）結構生物學 （Structural Biology）的教授。

我們也可在計算流體力學這個範疇看出計算科學本身的跨學科特性。在應用上面來說， 不僅不同的工程學也會使用到計算流體力學（上面的飛行器設計就是一個例子），在氣象學上面，也會見到他的身影。最簡單的，可以想像颱風軌跡的預測。裏面就要依靠不同氣象模型提供的數據，加進去氣象的流體動力系統，去猜測颱風跟附近氣象數據比如氣壓等等的相互影響。這裏就不只需要用到流體力學的知識，也需要一點地球物理學的背景。2014年，我們科大的高等研究院，舉辦了一個很有趣的學術會議。題目是「生物啟發的飛行系統和生物啟發的自治系統」（Bio-inspired Flight System and Bio-inspired Autonomous System）[4] 。目的是希望從不同生物身上學習到如何設計飛行工具。裏面就有一些很有趣的例子。首先科學家運用很多不同的高速相機（High Speed Camera），從不同角度拍攝蚊子飛行的狀況。運用這些照片，我們就可以做出一個蚊子翅膀的模型出來。然後我們運用計算流體力學的技巧，把這個「飛行系統」可以產生的承托力計算出來。 根據這些成果，我們就可以研究，是否可以將這蚊子啟發的「飛行工具」放大成可載人的工具。會議裏面也提到另外一個很特別的生物。相對起一對非常細小的翅膀，甲蟲（或者是瓢蟲）的身軀非常重，問題是，為什麼他的翅膀可以產生那麼大的承拓力？在這些例子裏面，我們就可以看到不單單是計算流體力學本身的問題，也可以看到在生物學或者是工程學上面另外一些應用。