数字孪生是建立在计算机科学、数学、工程学和生命科学融合基础上的新兴技术。数字孪生是一个对象或系统的虚拟表示，它跨越其生命周期，根据实时数据更新，并利用模拟、机器学习和推理来帮助决策。一旦获得这些数据，虚拟模型就可用于运行模拟、研究性能问题并生成可能的改进方案，然后再将其应用到原始物理对象上。通过实现预测性洞察和有效优化、监控性能以检测异常和特殊情况，以及模拟动态系统行为，数字孪生有能力彻底改变科学研究、提高运营效率、优化生产战略，并为科学和工业增长与创新开辟新途径。
数字孪生具有改变科学和工业实践的潜力，因此吸引了各学科和各领域专业人士的关注和想象。数字孪生有可能带来更安全、更高效的产品和服务，支持改善我们社区的健康和福祉，并增进我们对周围世界的了解，从而支持可持续决策。要实现这些优势，就必须持续、全面地致力于综合研究议程，解决数学、统计和计算领域的基础性数字孪生挑战。
《基础研究的差距与未来：数字孪生的发展方向》探讨了在科学、医学、工程和社会应用中推进数字孪生的数学、统计和计算基础的需求和机遇。本书还探讨了如何缩小目前阻碍数字孪生在科学研究和工业流程中有效实施的差距。书中提供了切实可行的建议，使数字孪生在当前及未来都能实现其价值前景。