Computersimulation — eine Schlüsseltechnologie

Experiment, Modellbildung und numerische Simulation. In den Naturwissenschaften ist man bestrebt, die komplexen Vorgange in der Natur moglichst genau zu modellieren. Der erste Schritt in diese Richtung ist dabei die Naturbeschreibung. Sie dient zunachst dazu, ein geeignetes Begriffssystem zu bilden. Die reine Beobachtung eines Vorganges erlaubt es allerdings in den meisten Fallen nicht, die ihm zugrundeliegenden Gesetzmasigkeiten zu finden. Dazu sind diese zu kompliziert und lassen sich von anderen sie beeinflussenden Vorgangen nicht exakt trennen. Nur in seltenen Ausnahmefallen konnen aus reiner Beobachtung Gesetzmasigkeiten abgeleitet werden, wie dies beispielsweise bei der Entdeckung der Gesetze der Planetenbewegung durch Kepler der Fall war. Statt dessen schafft sich der Wissenschaftler (soweit dies moglich ist) die Bedingungen unter denen der zu beobachtende Vorgang ablaufen soll selbst, das heist, er fuhrt ein Experiment durch. Dieses Vorgehen erlaubt es, Abhangigkeiten des beobachteten Ergebnisses von den im Experiment gewahlten Bedingungen herauszufinden und so Ruckschlusse auf die Gesetzmasigkeiten zu ziehen, denen das untersuchte System unterliegt. Das Ziel ist dabei die mathematische Formulierung der beobachteten Gesetzmasigkeiten, also eine Theorie der untersuchten Naturerscheinungen. Meist beschreibt man dabei mit Hilfe von Differential- und Integralgleichungen, wie sich bestimmte Grosen in Abhangigkeit von anderen verhalten und sich unter bestimmten Bedingungen uber die Zeit andern. Die resultierenden Gleichungen zur Beschreibung des Systems beziehungsweise des Prozesses bezeichnet man als mathematisches Modell.