Een model is een beschrijving van een natuurverschijnsel waarmee wetenschappers voorspellingen kunnen doen. Een goed model is zowel zo nauwkeurig mogelijk als zo eenvoudig mogelijk, waardoor het niet alleen krachtig maar ook gemakkelijk te begrijpen is. Maar hoe goed ze ook zijn, modellen zullen bijna altijd beperkingen hebben.
Ontbrekende details
De meeste modellen kunnen niet alle details van complexe natuurlijke fenomenen bevatten. Bij het meten van afstanden rond de aarde is het bijvoorbeeld handig om de aarde als een bol te modelleren, maar dit variaties in afstand opnemen vanwege bergketens, valleien en andere topologische kenmerken die de reiziger moet travel traverse. Het opnemen van deze aanvullende details zou het model te complex maken voor eenvoudig gebruik. Omdat modellen zo eenvoudig moeten zijn dat je ze kunt gebruiken om voorspellingen te doen, laten ze vaak enkele details weg.
De meeste zijn benaderingen
De meeste modellen bevatten enkele benaderingen als een handige manier om iets dat in de natuur gebeurt te beschrijven. Deze benaderingen zijn niet exact, dus voorspellingen die erop zijn gebaseerd, zijn meestal een beetje anders dan wat je feitelijk waarneemt - dichtbij, maar niet knallend. In de kwantummechanica zijn er bijvoorbeeld geen exacte oplossingen voor de Schrodinger-vergelijking voor atomen vanaf helium; exacte oplossingen bestaan alleen voor waterstof. Daarom gebruiken natuurkundigen benaderingen voor hogere elementen. Deze benaderingen zijn goed, maar het zijn toch benaderingen.
Eenvoud
Soms kan een model nauwkeuriger worden gemaakt, maar dit gaat ten koste van de eenvoud. In dergelijke gevallen kan het eenvoudigere model zelfs superieur zijn, omdat het je een manier geeft om een proces te visualiseren, zodat je het kunt begrijpen en er voorspellingen over kunt doen. In de chemie zijn bijvoorbeeld structuurformules en ball-and-stick-modellen onrealistische afbeeldingen van moleculen; ze negeren volledig wat chemici uit de kwantummechanica weten over de aard van materie op subatomair niveau. Desalniettemin zijn ze eenvoudig, gemakkelijk te tekenen en bieden ze een schat aan inzichten in de moleculaire structuur en eigenschappen op een manier die gemakkelijk te visualiseren en te begrijpen is. Bijgevolg blijven chemici zowel structuurformules als ball-and-stick-modellen gebruiken.
Trade-offs
Uiteindelijk zijn modellen onderhevig aan enkele compromissen. U wilt zoveel mogelijk voorspellende kracht. Tegelijkertijd wil je ook dat het model zo eenvoudig mogelijk is. De natuur staat echter onverschillig tegenover de menselijke behoefte aan eenvoud en begrijpelijkheid, en veel natuurlijke fenomenen zijn complex. Denk bijvoorbeeld aan de keten van biochemische processen die alleen plaatsvinden om informatie van de fotoreceptoren in je oog door te geven aan de visuele cortex van je hersenen. Als je alles wat er werkelijk gebeurt in een model probeert te verwerken, wordt het onpraktisch en moeilijk te gebruiken. Uiteindelijk merk je dat je tot op zekere hoogte vertrouwt op benaderingen en conceptuele kaders die een proces gemakkelijk te visualiseren maken, maar die niet noodzakelijk de ware aard van de werkelijkheid weerspiegelen.