Limitazioni dei modelli nella scienza

Un modello è una descrizione di un fenomeno naturale che gli scienziati possono utilizzare per fare previsioni. Un buon modello è il più accurato possibile e il più semplice possibile, il che lo rende non solo potente ma anche facile da capire. Tuttavia, non importa quanto siano buoni, i modelli avranno quasi sempre dei limiti.

La maggior parte dei modelli non può incorporare tutti i dettagli di fenomeni naturali complessi. Ad esempio, quando si misurano le distanze intorno alla Terra è conveniente modellare la Terra come una sfera, ma questo non incorporare variazioni di distanza a causa di catene montuose, valli e altre caratteristiche topologiche che il viaggiatore deve attraversare. Incorporare questi dettagli aggiuntivi renderebbe il modello troppo complesso per un facile utilizzo. Poiché i modelli devono essere abbastanza semplici da poter essere utilizzati per fare previsioni, spesso tralasciano alcuni dettagli.

La maggior parte dei modelli include alcune approssimazioni come modo conveniente per descrivere qualcosa che accade in natura. Queste approssimazioni non sono esatte, quindi le previsioni basate su di esse tendono ad essere un po' diverse da ciò che osservi effettivamente: vicine, ma non esatte. Nella meccanica quantistica, per esempio, non esistono soluzioni esatte dell'equazione di Schrodinger per gli atomi dall'elio in poi; esistono soluzioni esatte solo per l'idrogeno. Di conseguenza, i fisici usano approssimazioni per elementi superiori. Queste approssimazioni sono buone, ma sono comunque approssimazioni.

A volte un modello può essere reso più accurato ma a scapito della semplicità. In casi come questi, il modello più semplice può effettivamente essere superiore, perché ti dà un modo per visualizzare un processo in modo da poterlo capire e fare previsioni al riguardo. In chimica, ad esempio, le formule strutturali ei modelli a sfera e bastoncino sono rappresentazioni irrealistiche di molecole; ignorano completamente ciò che i chimici sanno dalla meccanica quantistica sulla natura della materia a livello subatomico. Tuttavia, sono semplici, facili da disegnare e offrono una vasta gamma di informazioni sulla struttura e le proprietà molecolari in un modo facile da visualizzare e comprendere. Di conseguenza, i chimici continuano a utilizzare sia formule di struttura che modelli a sfera e bastoncino.

In definitiva, i modelli sono soggetti ad alcuni compromessi. Vuoi quanto più potere predittivo possibile. Allo stesso tempo, vuoi anche che il modello sia il più semplice possibile. La natura è indifferente al bisogno umano di semplicità e facilità di comprensione, tuttavia, e molti fenomeni naturali sono complessi. Basti pensare, ad esempio, alla catena di processi biochimici che hanno luogo semplicemente per trasmettere informazioni dai fotorecettori dell'occhio alla corteccia visiva del cervello. Se provi a incorporare tutto ciò che accade effettivamente in un modello, diventa ingombrante e difficile da usare. Alla fine scopri di fare affidamento in una certa misura su approssimazioni e strutture concettuali che rendono un processo facile da visualizzare ma non riflettono necessariamente la vera natura della realtà.