Grenzen von Modellen in der Wissenschaft

Ein Modell ist eine Beschreibung eines natürlichen Phänomens, mit der Wissenschaftler Vorhersagen treffen können. Ein gutes Modell ist sowohl so genau wie möglich und so einfach wie möglich, was es nicht nur leistungsstark, sondern auch leicht verständlich macht. Egal wie gut sie sind, Modelle haben jedoch fast immer Einschränkungen.

Die meisten Modelle können nicht alle Details komplexer Naturphänomene einbeziehen. Wenn Sie beispielsweise Entfernungen um die Erde messen, ist es praktisch, die Erde als Kugel zu modellieren, aber das ist nicht der Fall Berücksichtigung von Entfernungsunterschieden aufgrund von Gebirgszügen, Tälern und anderen topologischen Merkmalen, die der Reisende benötigt Traverse. Die Einbeziehung dieser zusätzlichen Details würde das Modell für eine einfache Verwendung zu komplex machen. Da Modelle einfach genug sein müssen, um Vorhersagen treffen zu können, lassen sie oft einige Details aus.

Die meisten Modelle enthalten einige Näherungen, um etwas zu beschreiben, das in der Natur passiert. Diese Näherungen sind nicht genau, daher unterscheiden sich Vorhersagen, die auf ihnen basieren, in der Regel ein wenig von dem, was Sie tatsächlich beobachten – nah, aber nicht genau. In der Quantenmechanik gibt es beispielsweise für Atome ab Helium keine exakten Lösungen der Schrödinger-Gleichung; exakte Lösungen gibt es nur für Wasserstoff. Folglich verwenden Physiker Näherungen für höhere Elemente. Diese Näherungen sind gut, aber dennoch sind sie Näherungen.

Manchmal kann ein Modell genauer gemacht werden, aber auf Kosten der Einfachheit. In solchen Fällen ist das einfachere Modell möglicherweise sogar überlegen, da es Ihnen die Möglichkeit bietet, einen Prozess zu visualisieren, damit Sie ihn verstehen und Vorhersagen darüber treffen können. In der Chemie beispielsweise sind Strukturformeln und Kugel-Stab-Modelle unrealistische Abbildungen von Molekülen; sie ignorieren völlig, was Chemiker aus der Quantenmechanik über die Natur der Materie auf subatomarer Ebene wissen. Dennoch sind sie einfach, leicht zu zeichnen und bieten eine Fülle von Einblicken in molekulare Struktur und Eigenschaften auf eine leicht zu visualisierende und verständliche Weise. Folglich verwenden Chemiker weiterhin sowohl Strukturformeln als auch Kugel-Stab-Modelle.

Letztlich unterliegen Modelle einigen Kompromissen. Sie wollen so viel Vorhersagekraft wie möglich. Gleichzeitig möchten Sie, dass das Modell so einfach wie möglich ist. Die Natur ist dem menschlichen Bedürfnis nach Einfachheit und Verständlichkeit gleichgültig, und viele Naturphänomene sind komplex. Denken Sie zum Beispiel an die Kette biochemischer Prozesse, die lediglich stattfinden, um Informationen von den Photorezeptoren in Ihrem Auge an die Sehrinde Ihres Gehirns weiterzuleiten. Wenn Sie versuchen, alles, was tatsächlich passiert, in ein Modell zu integrieren, wird es unhandlich und schwierig zu bedienen. Am Ende stellen Sie fest, dass Sie sich bis zu einem gewissen Grad auf Annäherungen und konzeptionelle Rahmen verlassen, die einen Prozess leicht zu visualisieren machen, aber nicht unbedingt die wahre Natur der Realität widerspiegeln.