近年来，计算机技术在化学上的应用日益广泛，给化学化工界带来了新兴而又深邃的影响，出现了“计算化学”——化学与计算机学科两者结合的新兴交叉学科，这是当前化学，尤其是未来化学的重要发展方向，它将大大改变传统化学的面貌，也必将出现于计算化学有关的新名词、新概念、新范畴、新规律和新情况，“计算机实验”就是在这种形势下脱颖而出了。

在计算机上进行科学实验的见解，{zx0}可能是苏联学者A  Camapcnun提出的，随着新技术革命的兴起，计算机逐渐在科学实验中发挥越来越重要的作用、使科学实验出现了新的起色。如在当代科学研究时。常常遇到这些充满矛盾的问题：传统形式的食物实验由于太复杂、费用大和富于危险性而难以进行，而现有的计算方法又不能令人满意地描述所必须探讨的现象。然而，计算机在科学实验中的运用，则可以相当满意地解决这类问题。人们凭计算机就可以进行“科学实验”作出科学发明、解决科学技术实际问题。而此类问题在传统上人们总是习惯于来用实物实验来解决，而其中有些甚至是目前实物实验的能力与水平所难以做到的。Camapcnun从一些科学事实出发，认为在现代科学研究中，计算机在许多情况下起的作用与传统式的科学实验在实质上是类似的。因此，很可能出现了一种新兴的“计算实验”【1】。不过“计算实验”的提法似乎有些似是而非、含义模糊。我们认为。

将在计算机上进行的科学实验的情形，称之为“计算机实验”倒是比较合适。名正才能言顺。在确定了这个名称之后，本文中的一切内容都是围绕“计算机实验”进行议题的。虽说作者只有一个人，作出的议论却可能伸缩性很大，甚至有自相矛盾之处。议论纷纷令相反相成，新兴事物的物议往往正是如是。

我们知道计算机具有逻辑判断，信息存储，高速xx计算和自动运行等功能，它在科学和社会上广泛的应用，带来了今天所谓 “信息时代”。计算机与科学实验有着密切的关系，在新技术革命的今天，它正在引起观察，实验方法革命性的变革，是科学技术现代化的重要标志。显然，“计算机实验”给传统科学实验提出了强烈的挑战，相应的也给我们带来了值得思考的理论性认识问题。在这里我们试图探讨计算化学在化学实验中的运用，什么是“计算机实验，“它是怎样进行的，它与传统实物实验的关系等等。

           计算机实验到底是什么样子？

“计算机实验“是一个新的说法。传统的科学训练给人的印象是：要么是计算，要么是实验，界限甚为分明。如果说是实验方面的计算，那也不过是计算有关化学物品分量或处理实验数据罢了。如果说在计算机上进行化学实验，用繁巨的数值运算代表实物化学变化的过程，那就会引起许多人的不可理解了。尽管如此，化学家还是给我们绘声绘色地描述了用计算机进行“化学实验”的情形。

在通常的化学研究中，要知道某个化合物的物理化学性质和结构，或者某种化学反应能够发生就得要做实验。将来我们可能进入这样一个“化学实验“其中既没有化学试剂，也没有测试仪器，只有少数人操作的电子计算机在忙碌地进行“化学实验”并且可以多快好省地把所需要的资料和结论打印或显示在人们面前”。【2】

这就是我们所说的计算机“实验”，或者称新奇的“化学实验”它与传统形式的化学实验简直大相径庭。如果说“计算机实验”的说法在以抽象思维著称的数学、物理学、天文学以及经济学等学科领域还较易接受的话，那么，在以实验观察为特征的化学、生物学、医学等传统经验性学科中则似乎难以容纳了。因为在传统观念之中，后一类学科是以事实、现象作为认识世界的基础、具体而言、主要是以科学实验、自然现象作为认识世界的基础，并加以整理归纳而形成自身的理论体系的学科，尤其在传统的化学实验中，研究化学实物直接接触的一切过程，包括理化性质，合成、分析等方面的内容及应用，进而认识化学物质运动变化的规律，或多或少地带有经验的色来。从传统的观念上说，计算机的操作过程、不是物质的相互作用。因为在化学家眼中，所谓物质的相互作用其义乃分子—原子水平上的化学变化和反应过程，而计算机操作却不会发生直观的化学反应，但还是有其他种类或层次的物质变化，如电磁运动，机械运动等物理变化。这大概是造成了不承认“计算机实验”为化学实验的理由之一吧。然而，如果我们从另一角度将”计算机实验“与人们观念中的化学实验加以简单的比较，那么我们或许很快就会说把“计算机实验”看做一种新型而又奇特的化学实验亦未尝不可。计算机可视作一个小而全的化学设备，如同红外、紫外、核磁共振和质谱四大谱机一样，形成了一种新奇的实验技术、亦可视作集中了高度信息的新型“实验室”使用的原料不是各种各样的化学试剂，而是有关的微观参数。化学实验的过程不再是试管的倒来倒去，而是在给定问题的程序存储后，输入计算所需要的数据，计算机按照程序的指令执行，{zh1}得出“实验结果。”很有意思的是计算机还可以计算出“实验误差”，如对于比乙烷大一些的分子，目前常用的半径验自洽场（SCF）得的实验误差“：键长~0.02A键角~1°，力常数~10%，生成热~1Kcal/mol与传统的实物实验误差颇为相近。“计算机实验”无疑是个“别有洞天”、没有繁杂的化学仪器，亦嗅不到某些令人不愉快的药品气味，人们面前只有一台台现代化得计算机。故可以想象，这种“计算机实验”的发展前景还是很能引人兴趣的。

      “计算机实验”是数学实验吗？

有人认为，“计算实验”首先是一种“数学实验”。【3】因为计算机提供了进行多次实验计算的可能性使数学也能进行“实验”从而为数学研究提供了有力的实验工具。这方面的”数学实验“取得的突出成就之一是，在电子计算机上进行了一种非线性问题色散波方程的数值解析实验，终于在荧光屏上获得了孤立子解。同时，有人还认为这种”数学实验“也同样存在于其他科学领域，如物理学、化学和生物学等等。并说：”在计算机上进行的数学实验，有可能代替一些技术复杂，价值昂贵的实验。“【4】

称“计算机实验“等价于”数学实验“，无疑是对科学实验的创造性认识。问题不在于仅仅提出一个新的名词，而是应从科学实验的本身意义对于“计算机实验”作一认真的探讨。“计算机实验”是不是单纯的“数学实验”呢？单纯就数学学科而言，这种说法似乎争议不大，而对其他学科的情况有所不同。虽然，在各学科的“计算机实验”中，使用了许多数学公式，巨量的数学运算，等等。在“计算机实验”的根本内容，却是依据本学科所要求解决的“实验”问题而定的。而且，我们还可以从“计算机实验”中操作的诸方面来说明，用”数学实验“一词代替’计算机实验”是不全面的，因而也是不太适当的。

首先，从输入的数据来看，有许多是从以前人们在传统科学实验中观测到的，有的虽然不是直接的。但归根到底是实验事实的反映，一旦缺乏了它，“计算机实验”就难以进行。

其次，在进行“计算机实验”时，关键乃是建立一个合适的数理模型或物理化学模型，依据一些已有的理论公式和定律，有许多是直接来自科学实验和生产实践，是在大量事实基础上作理性的概括，抽象和推导而来的，其他的虽然不是直接来自科学实验和生产实践，但却经受了长期的实验考核和生产斗争的检阅，是被事实证实了的被认为uzhengque的学识。因此，计算机的操作仍然是建立在科学事实的基础之上的。

再其次，编入程序在“计算机实验”中，形式上表现为算术和符号的操作问题，但在执行的每一步上，都是严格按照一定的编码指定。有关程序总是力求符合实验内容，在实质上相当于传统化学实验中的实验步骤，不过，作为一个现代化学家，不仅要熟悉传统的科学实验内容，亦要掌握算法语言，如Basic和Fortran两种{zlx}的计算机用语。

{zh1}，“计算机实验”的结果以及由此所作出的推论，理应是严格按照选择的事实和坚实的理论而得出的。从某种意义上说，较其他近似的方法推算出来的结果或许要xx得多，或许更接近实验事实。况且，这些结果和推论还将接受实物实验和生产实践的检验或证实。不合事实或缺陷较多的结果将被大大修改或摒弃不用。

“计算机实验“作为一种新型科学实验，在不同学科得到了重视和运用。显然，不同学科的研究对象不同，具体情况当然不同，实验的要求自然不同，相应的数学公式和运算途径就很不一样，得出的结论和推论分属不同领域里的事情，如化学家和数学家对待”计算机实验“的看法xx不是一回事。数学家认为”数学实验“不过是一种新的极为方便的”计算方法“。如果要说是”实验“的话，那不过是除了一杯茶，一张纸，一支笔和一支香烟以外，再多了一种仪器“计算机”。而在化学家的眼里，“计算机实验”采用的数学仅是一种方法，一种工具。是解决问题的外在形式，而起决定作用的化学学科的具体内容和所研究的自然规律。因此，笼统地采用“数学实验”的说法，似为欠妥。按黑格尔的说法，凡是存在的一定是合理的，想必这种见解也有一定用处吧。

“计算化学”与“计算机实验’

   “计算化学“顾名思义，可说是用计算器作为一种方法、一种工具去研究化学问题【5】如果从更为广泛的意义上讲，“计算化学”可以说是计算机在化学上的运用，一般包括数据处理，理论研究，条件预测，提高灵敏度和选择性，实现自动化等方面以及分析化学应用软件，数据库等专家系统。我国于1984年召开了{dy}届“计算机化学”学术盛会【6】

与会论文涉及甚广，内容精彩丰富，大致分为量子化学计算，复杂体系热力学计算，生物大分子性能。络合物的构型，结构分析，各种分析、测量仪器的计算机智能化、自动化、各种化学数据库建立和应用，化学模型式识别和化学教学等许多方面。由该会议大致可知我国当时计算化学的现状和趋势。

       量子化学计算是“计算化学”极为重要的方面，有人甚至认为“计算化学”即是量子化学计算，如美国出版的《计算化学》杂志大都刊登量化计算方面的论文。自从量子化学建立和发展以来，原则上可以在分子 ——原子水平的微观世界进行理论探索，如从薛定谔方程计算分子基态和激发态的几何构型，能级高低，电荷分布，偶极矩，反应焓和势能面等。然而在五十年代，对除了氢和类氢分子以外的几乎所有的分子的性质作有价值的从头计算法是不可想象的。当时有一本量子化学专著就这样说道：“我们xx能期望得到【关于有机化合物】满意的从头计算法计算。”又说：“一开头就放弃任何得到到比氢分子离子更复杂的体系薛定谔方程xx解得试图是明智的。”xx化学家鲍林用量子化学方法探讨分子结构时，仅仅列出有关的数学方程组，而没有，去考虑如何求解【8】。计算机在量子化学上面的运用，取得了{zy1}的科学果实，成功地冲破了“量子化学不能计算”的科学禁区，被囚禁的普罗米修斯不再被囚禁了。xx的三中心积分和四中心积分求解问题过去根本不能进行，现在有关的计算程序已列出，用以xx求算，现在正在计算含有几十个甚至数百个原子的大分子结构与动态反应历程。分子越大，量子化学计算越复杂，而这往往决定于化学家所用计算机的存储容量和速度。只有发展了更大更快的计算机，才能处理更大的分子。

       有人认为：计算化学就其对化学对象的描述而言，可以算作新奇的“化学实验“，这种看法曾经引起很大的争议，并且还有待于进一步商讨。事实上”计算化学“代表的意义甚为庞杂，它包括许多方面，只有那些与传统化学实验起着基本相同作用，或是起着独立而不单是辅助性实验工作性质的”计算化学“课题才可称之为”计算机实验“。一句话，称为‘计算机实验”的“计算化学”课题研究必须符合科学实验的根本要求。对此，我们必须对“计算机实验”作适当的甄别工作。到底哪些可视作“计算机实验”呢？就笔者所见，大约有三、四种。一 预测实验。根据已知的实验事实和自然科学定律去预测化学变化的那种情况。如“用计算化学的方法去予测反应发生的可能性跟踪化学反应的历程，测得反应的级数和速率，中间产物的性状，从而对实验情况进行合理予测。这样的工作在目的、在本质上与传统的化学动力学实验理无二致。二，条件实验，对于一定的化学变化过程，采用计算机进行大量的数值处理，研究各种情况下的化学情况，然后再与几个条件下的实物实验相印证，可以大大提高化学实验的效率。如”实验人员根据已有的实验结果和要做的工作需要，设计出实验程序，列出相应的程序，通过键盘控制实验过程，对各种实验情形进行反复实验，调整实验条件，找出{zj0}反应情况。三，模拟实验。根据积累的实验资料，来用计算机从各方面对真实的实验的情况进行模拟，依据真实的实验条件列出对应的计算程序，在计算机上再现真实实验的情况。计算机模拟实验可以代替某些费用高、危险性大、有毒的实验。如爆炸实验用计算机控制和描述爆炸现象的反应历程，并在现实终端直观地反映出来。这方面的工作国内已经开始，在化学数学方面取得了一定成效，化学家一般承认“计算机模拟实验”是化学实验，这样的 “计算机实验”可以大大减轻化学实验的工作量，使化学家从复杂的繁琐的日常操作中超脱出来，腾出时间和精力去从事新的化学实验工作。还可以扩大化学实验的范围，提高化学实验的效率，促进化学实验的现代化。

       计算机在化学实验方面的运用，确实使化学实验发生了很大的变化，但远非所有方面的“计算化学”课题研究都是所谓“计算机实验”。除了 “计算机实验”以外，“计算化学”在化学实验里至少还有如下重要作用：

       首先，使化学仪器自动化、智能化、如傅里叶变换在光谱、波谱、电化学中的应用，各种分析仪器配备的谱图数据库的智能化识别，操作条件，联机和数据实时处理，等等。【9】外电报道，存储九千种化合物的红外数据与未知物的谱图的鉴别，计算机仅用了一分钟。随着人工智能的重大突破，计算机操纵的机器人进入实验室，引起化学实验的一场深刻的变革。

       其次，化学信息收集全面。存取快捷。所谓化学信息是指来源不同的化学数据经过处理加工之后的结果，美国化学文摘社在1980年推出了一套联机情报检索系统（CAS-ONLINE），此系统收录了1965年以来各种科技文摘中出现的所有化学物质，目前已达600万个，为全世界xxx的化学物质信息库。这种先进的系统具有如下特点：1，更新迅速。一星期就有7000个新化学物质进入系统，要求随时都能进行更换。2，每一化学物质所包含的信息能够不断增加。3，响应时间快。并不受数据库的增加而减慢速度。

       其三，结构模拟设计。计算机具有一定的逻辑推理能力，可以根据分子一定的数据，按照系统的化学知识而推出”结构。“国外已经出现了由计算机控制的联级系统，某一种新的化学物质，只要输入系统，经过系统中的各种仪器的分析，检验和反馈，就可以获知该化学物质的大量信息。如，一个分子量在200左右的化合物，在只有质谱数据的情况下，经过计算机“思考”后，就可以确定它的分子结构。在xx化学的研究中，计算化学亦是大有作为的”。嵇汝运指出：“量子化学计算的辅助新xx的结构的设计，将提高寻找新xx的效率。”【10】

       计算机在化学实验上的运用较为广泛，亦很复杂。因此，很难把“计算机实验“与计算机在化学实验中的其他作用决然地分开。上面所陈列的三番方面当然可以说是传统化学实验的延伸，或者是化学实验的辅助手段，成为化学实验的重要组成部分。但是，计算机”结构模拟设计“所引起的作用与效果，比较在传统化学实验中，往往要做出大量的分析，鉴定实验工作才能获得。在这个意义上说，称之为“计算机实验”亦未尝不可。

   太极图启示的互补——

            “计算机实验”与“实物实验”的关系

     “太极图”这个古老中国流传下来的有哲理意味的道家图象，业已受到人们的重视，图像里面黑白互回，对比鲜明，又统一在xx的图形之中，今天人们认为它代表着现代科学中的“互补”含义。【插图在本页末】

      “计算机实验”一旦出现，人们就敏锐地尝试将其与传统的化学实验加以比较。那么，“计算机实验”与“实物实验”两者的关系又是怎样的呢？

      化学实验是以化学现象及其变化规律进行专门的系统的实验研究为目的，通过特定的仪器、设备、有意识地控制实验条件，或模拟化学现象，突出研究对象的主要矛盾，排除干扰，进行直接、精密的、反复的观察和测量，然后通过分析综合，从而揭示因果关系，找出研究对象运动变化的规律，从这个定义和涵义上来说，“计算机实验”与传统的“实物实验”的研究对象、研究目的是一致的、两者的本质是统一的

       即是为了认识某一化学现象，检验某种化学理论或假设而进行的观察和研究的方法与活动。不过，传统的实物实验在直观上说是真实的。而“计算机实验”研究的则是假设的，模拟的化学现象。前面、我们已经把“计算机实验”与“实物实验”的具体情形作了深入仔细的比较，可知“计算机实验”是以知识形态出现的，而传统的“实物实验”是以实物形态出现的。两者表面上容易看作是相互隔离的、分立的，其实却是既相互对立、又互相补充、互相匹配、构成了现代化学实验的不可或缺的两个组成部分。在化学家的脑海里，经常浮现各种各样的思想实验，这些闪烁着智慧光芒的思维，既可以通过实物实验直观地呈现在人们的面前，还有许多是难以用这种传统形状表现的。现在，计算机实验的出现，则可以弥补这一大“遗憾”，它可以用繁杂的数学运算充分地反映化学家的思想实验活动。因此，实物实验与计算机实验在这个意义上是xx一致的，只是表现方式、表现时间不同而已，它充分体现了现代化学实验的复杂性和多层次结构性状。

      传统的实物实验在准备和进行时，要花费大量的金钱和时间，对某一化学现象，要求特定的仪器和实验方法，如果现有的仪器设备不够理想或不能胜任的话，还得引进和装备新的一起。而“计算机实验”着重强调的是科研设计人员的智慧与知识、当然缺乏不了一起——计算机。由于使用的仪器单一，便于控制，可以在实验中不断加以调整试验过程，以达到预定目的，而且可以多次重复使用、不致损失。故可以节省开支。

   “ 计算机实验”是按照预定的程序进行，成功与否起决于“实验模型”的完善程度。一般说来，它的实验时间快捷。可以在短期内完成大量的实验工作，相形之下、传统的实物实验延续很长时间，从准备工作到实验结果，要经过很多的中间环节，而每一环节都必须做许多重复操作，有时还有意想不到的失误，收效较慢。

      用“计算机实验”还可以完成目前实物实验难做或不能做的工作，如果费用高昂，极为危险，规模浩大的化学实验工作，“计算机实验”则可以在这里大显身手。再说，在动力学上跟踪化学反应的历程，以便决定稳定性极差的正碳离子之类的中间产物的性状的问题，采用传统的实物实验根本是不能做的，即是是分辨率高达10秒的红外激光也观察不了化学键形成和破裂的超快速过程。计算机实验不但可以详细的说明化学反应的过程，而且可以求出反应的活化能和生成热，尤其在生物化学领域，要搞清复杂的生物大分子的构型是一项十分艰难的工作，必须经过大量的生物化学实验和结构测定实验。而在过去十几年内，“计算机实验”在这方面获得了很大发展，可以从原理上探明一个复杂分子的所有可能构型，近年来，这方面的显著成果是探索核昔酸的排列顺序，并求得其特别构型。【11】今后的发展方向是如何用“计算机实验”去解决由一个完整的DNA分子的重迭片段如何组合的问题，以求得一个完整的核苷酸构型。

     “计算机实验“固然是一种先进的化学实验，但归根到底离不开实物实验，依照哲学观点，“计算机实验”这种知识形态的化学实验，与实物形态的实物实验有着密不可分的关系。”计算机实验“的实验模型是建立在已经掌握的化学规律的基础之上，这些规律大都是从实物实验中总结出来的，其实虽说是纯数学推导，但都经历了大量的事实考验并认为是真理性的东西。“计算机实验”获得的各种结果所发现的化学规律，必须经受实物实验的检验，而实物实验也不应该因为“计算机实验”标新立异，就拒不承认，后者是化学实验的新形式，两者必须是互相补充，密切配合，才能大大推进化学实验的兴旺发达。如车之两轮，即是说，知识形态的“计真机实验”与实物形态的“实物实验”存在互补关系。就以测定分子性质的数据为例，既可以运用量子化学原理采用“计算机实验”方法求算出来，亦可以用观察方法，如X射线衍射，电子能谱核磁共振等物理化学测定。理论的计算【按：指，“计算机实验”】和实验的方法必须互相补充与配合，才能获得更大效用，决不应用一种方法去代替甚或排斥其他方法。“【10】

       在化学实物实验中，以合成化学最为重要，它一般在传统的化学实验室中进行的，在研究过程中基本上是一种“经验选择”。长期以来，合成化学为社会发展和人民生活繁荣提供了不可胜计的物质财富。但前不久，有人认为，随着计算化学的发展，计算机实验的出现，合成化学的发展方向应该是“无试剂化学”。这意味着在未来合成化学中，既不需要什么化学试剂，也不需要什么测试仪器，更主要的是不要进行大量的“实实在在”的化学合成实验。而仅排在分子结构理论的指导下进行的“计算机实验”——分子设计。对于这种说法，国内外化学界亦曾争议甚大。我们认为：提出“分子设计”的科学预测是可取的，它的到来将予示着化学的一场巨大的革命，标志着人类征服自然的又一次重大飞跃。但是“分子设计”仅仅只是预测，虽然可以通过“计算机实验”进行这种“预测实验”。但只是未来合成化学实验的准备性探讨，至于这些“预测实验”能否实实在在地实现，是否符合客观实际仍须由合成化学实验来判决。况且，今天离“分子工程学”的时代还相差很远，提出”无试剂化学“的口号显然是不合适的。一旦没有了经验性的合成化学实验仍至整个实物实验，那么，”计算机实验“就会成了”无源之水“，只是化学家口头上的游戏，于国计民生毫无效益。事实上，合成化学不光要理论上的指导，更主要的合成出现实的更有价值的化学物质。

                “计算机实验的”的方法论

    “计算机实验“首要的任务是根据假设的实验情况，建立一个合理的科学模型。从很早的时候起，人们就企图把各种现象，各种物质的相互作用以简明的统一的方式表达出来，数量的、图形的方法，便构成了早期的”科学模型“，如中国古代的八卦，古希腊毕达哥拉斯关于世界的“数”、都是企图以简洁的形式表示世界的统一性，到了今天，人们借助于已知的自然规律，把所研究的现象的各个因素的量之间的依赖关系用高等数学（间或有简单关系）的形式——微分方程、积分方程、代数方程等等的各种组合。再加上解题所必须的已知数值，如初始条件、边界条件、方程系数和经验参数等等，一起构成了研究现象的科学模型，因为一般是用严格的数学形式表示的，又成为“数学模型”。

        在“计算机实验”中建立“科学模型”的指导思想是：充分认识到自然现象是无限复杂的、要在一个研究课题中考察它所涉及的所有问题，所有的因素是不可能的。只有抓住主要的问题，关键的因素，而忽略次要的因素，紧紧把握住实物的本质，这样才能做好工作。与传统的实物实验中有意识地控制实验条件，变革自然过程一样，科学家在作出科学模型时要作出决定性的判断，考虑哪些因素应该在模型上表现出来，哪些因素可以忽略不计，哪些因素在什么情况下发挥作用。然后力求建立最便于在电子计算机中进行计算的方程，加以程序化。于是，科学模型就变成了以整套数字符号系统，可以称为科学模系。“计算机实验”便是在科学模系指令下的计算机内部进行的。在这种“计算机实验”中人们不能像传统的化学实验那样进行直接的反复的观察和测量，而由计算机代替了人们的这些活动，并且可以进一步通过分析和综合，掌握实验内容的因果关系，从而发现研究对象运动变化的规律。

       具体而言，在建立科学模系时，设计者要考虑到诸如此类的问题：所列出的数学方程，公式是否有解？如果有解，为了有更简洁的方法求解，能否对方程作某种简化？所得的解是否{wy}？对过于复杂的计算或解决不了的问题是否通过某些近似的方法用已知参数优化？怎样设计合理的程序、使其{zj0}化？在可能遇到的不同情况下，可能发生什么合适的程序的变换？当操作结果可能失败时，应该采用什么补偿措施，等等。

       上面的问题，是由“计算机实验”面临的实际情况决定的，人们在考虑上述问题，不得不注意xx度和计算时间这两个因素，电子计算机具有一定的逻辑思维能力，容量大、速度快、对于一般较简单的问题是可以得出较xx的答案。但在科学研究中，对于复杂的问题来说，它的容量仍然太小，速度太慢，甚至有一些问题解决不了。以量子化学而论，关于含有数十个原子的分子的运算问题，在几分钟之内，电子计算机可以作出上亿个的积分运算，但大分子的运算问题比我们想象的复杂的多。【12】由于多电子分子中相互作用十分复杂，在作严格的计算时，即使在物理上忽略电子间的相互作用，亦会碰到一系列的数学困难，比如，对C25N14N4O7分子的量子化学的严格计算要做一百亿个积分，即使目前{zd0}型的计算机也无能为力！因此、计算的方法只能另辟途径。目前，量子化学计算主要是依据分子轨道理论作近似的计算，由于变量选用的多少和经验参数的确定方法不同、出现了许多的近似程度不同的方案。以C7H14正离子为例，一个自洽场计算，用较xx得“从头计算法”4——31G方案要一个小时以上，而半经验的MINDO方案只要12秒钟处理的方法不同，计算的时间自然不同，从而会导致有关结论会有所不同，反应的近似处理有高低之别。这样得出的结果是否可靠呢？有时可以用实物实验去证实，有时科学家认为，目前的量子化学方法已经不是十分严格的计算方法，因为它不是严格按照量子力学原理来应用的。有人甚至戏称之为“凑数据”方法，或者是“撑杆跳”的方法。这样虽然是一种目前实用的方法，但它的可靠性仍然是值得怀疑的。另一方面，人们总是祈求实验计算结果的xx度，以求得对问题的正确认识。零一方面，由于研究问题的复杂程度，使得人们又忽略xx性，采用近似的方法去解决问题，加快计算时间。这给科学模系的设计带来了两大困难：一个是复杂性，一个是不可靠性。这是两个称为“拦路虎“的问题。尽管研究的问题、现象是十分复杂的、难以处理，科学模型在数学表达上还是要足够地简明扼要，要抛弃一些不能解决或并非十分必要的东西，不能象所研究的现象那样纷沓复杂、以至于让现有的计算机发挥充分地作用。但在简化以后，又不要丧失实验现象，实验内容的“合理内核”，不丧失实物的本质，有相当的可靠性。显然，这并不是很容易做到的。它需要理性抽象，经验和直觉的高度统一的能力，这也是一种高级的科学研究的艺术。

     一个有成效的科学家，对所进行的“计算机实验“中的各种问题，要能列出适当的数学表示式，知道解题的方法，并巧妙地加以安排，化成一系列合乎逻辑的算法，表现为计算机的程序，这样便建立了科学模系。科学模系应该是多功能的高效率的有机整体，既可以储存、处理数据、也可以进行复杂的“计算机实验”。

     在进行“计算机实验”时，有时会遇到不同的科学模系，因为根据同一实验问题做出的不同实验方案会有所差异。对此，就必须根据具体情况进行全面的衡量，适当地选择“科学模系”。选定后，就要充分利用该模系的功能进行“计算机实验”了。在进行时，通过改变问题的各个变量【因素】，在采用科学模系的范围内，对所研究的化学物质的运动过程，各种现象作详尽的研究。在假定其它因素不变的情况下，改变其中一个因素，观察其数值对化学运动的方向、内容、程度有何影响，一次的进行.......。这样就可估计各种因素对自然现象，变化过程的作用情况。与传统的化学实验类似，“计算机实验”也是大量地搜集资料，研究实验进行的过程，探讨实验的结果。不同之处在于：按程序工作的电子计算机代替了自然现象的本身。巴莆洛夫指出：“实验仿佛把现象掌握在自己手内一样，时而推动这一种现象，时而推动另一种现象，因此就在人工的，简单的组合中确定了现象之间的真正联系。”【13】综上所述，这段富含哲理的话用来形容“计算机实验”是再恰当不过了。

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                       总结

     计算机在化学上的应用，给这一基础性领域以深远的影响，尤其是化学实验研究发生了很大的变化，出现了“计算机实验”这种新型的化学实验，符合化学实验的本质。所谓“计算机实验”现在似乎可以下如此的定义：在化学上采用计算机对化学问题进行系统的实验研究，其表现形式是数值运算。因此，它是介乎经典演绎研究方法和经典实验研究方法之间的一种新型方法。该研究方法的实质“是在于它不是对客体本身进行实验，如同古典实验方法中常见的那样，而是对用相应的【适合这一目的的】数学分支的语言，对客体所作的描述进行的实验。”【14】当然，“计算机实验”作为一种新的化学实验形式，尚容争议，但至少可以说是化学实验的重要发展，它可以加强人们的实验能力，加强变革和控制自然的能力，更可以大大丰富人们对化学实验的认识。“计算机实验”与“实物实验”的关系并不是互相排斥而是互相补充，互相配合，共同形成了化学实验的内容。“计算机实验”在目前用得还不多，但已经充分显示了强大的生命力、取得了{zy1}的成效。随着计算机技术的发展，尤其是第五代具有生物智能的计算机在科学实验上的应用，“计算机实验”将发挥越来越大的作用，加速化学实验发生更大的变革。它可以促进化学研究由宏观到微观，由定性到定量、由观察、描述向推理、抽象方向的发展。化学学科将始终保持着充满生机活力的局面。

    在本文写作过程中曾受到中山大学哲学系杨维增付教授，北京大学阮慎康，清华大学汪广仁等老师的指教，谨致谢意。

    注释：

    (1)A．CAMAPCNUN，“什么是计算实验”，倪锄非译，《世界科学》，【7】38—41【1980】

   （2）游效曾，“新奇的化学实验——计算化学”，《化学通报》，【1】11—12【1980】

   （3）《自然辩证法讲义》【初稿】第233页。

   （4）《自然辩证法讲义》【初稿】，人民教育出版社，1979年版，第380页

   （5）顾镜清，《二000年的科学技术【现状和预测】》，上海科学技术的出版社，1978年 版， 第99页

   （6）【通讯】“计算化学首届盛会”，《化学通报》，【11】【1984】

   （7）Ira.N赖文，《量子化学》，宁世光等译，人民教育出版社，1980版，第590页。

   （8）L.Pauling于1982年6月在北京大学办公楼礼堂讲演，笔者有幸亲聆。

   （9）胡鑫娆，张良平，“计算机在化学中应用的展望”，《化学通报》，【10】【1984】

   （10）嵇汝运，“量子化学——xx研究的有力工具”，《化学通报》【4】18—22【1984】

   （11）赵台安编译，“电子计算机与生物学家”，《世界科学》，【7】44、47—49.【1981】

   （12）解强，“量子化学在理论化学中的地位和作用”，《自然辩证法通讯》，【4】20—23【1982】

   （13）《巴莆洛夫选集》，科学出版社，1955年版，第115页。

   （14）G.M.格鲁什可夫，见《国外自然辩证法与科学哲学研究》第131页。此条资料承汪广仁老师提供。

           该文章在1985年全国科学哲学学会南京会议上发表，引起重视。

          ————————  完  ————————