模型在材料科学中的作用-金属实验材料显微镜

模型在材料科学中的作用-金属实验材料显微镜
模型在材料科学中扮演着重要的角色。它们为材料的结构和性能之间建立了联系，而这就是材料科学的全部!
    模型不是真实的，它是人们思维的构建，为在一定的体系下对观察到的现象提供解释。因此，模型描述的是我们已知(“经验”)但并不“理解”的，即缺乏一个统一的理论概念。同时，为某一系统设计的模型可以预测一定条件下该系统可能发生的现象。只要实验结果与模型所预测的结果相吻合，那么就认为该模型是对系统属性的一个合理描述，否则该模型就必须进行修正或者不得不建立一个新的模型。    很多情况下，虽然已知模型不能对所有的实验现象进行合理解释，但仍被使用。当然，一个相对简单的模型虽然不可能解释所观察到现象的所有细节，但在许多情况下甚至比从基本粒子间相互作用出发的“从头计算”更适合于揭示和解释自然界主要的运动规律。关注太多的细节只会掩盖而不是揭示材料的内部结构。
    可以通过一个简单的例子来解释用模型来描述自然现象的局限性。人们可以观察到任何咖啡机投入一枚硬币以后，咖啡机就会自动倒出一杯咖啡。对这种现象至少有两个可能解释，即可以给出两个实际的模型。这台机器可能由一个包括发动机、泵和齿轮等结构在内的系统组成，并通过电力驱动；或者机器里面可能住着某一侏儒，他被训练成只要有硬币投入就准备一杯咖啡。即便有模型解释了迄今为止观察到的所有现象，但最终也不可能确定这一模型是否正确，只有打开机器对其内部进行观察，才能得到最终的结论。这种“打开”系统往往不是我们通常能做到的，只能通过建立模型来完成。实验由此成为了判定一个模型是否比其他模型更接近事实的决定性因素。对于上述那个有趣的例子，我们可以尝试停止给那个咖啡机供电。如果机器在投币后没有提供咖啡的话，那么“电动机／水泵／齿轮”模型的提出者就会立刻宣称这个实验验证了他们的模型。然而，提出“侏儒”模型的人就会假设侏儒需要电力来让他看见操作过程或者他不愿意在黑暗里操作。这个例子说明了关于哪个模型更适当、更有效的争论很难平息。实际上，科学史上充满了这种长期的争论，这也是科学研究活动的最主要特征之一。