Ограничения моделей в науке

Модель - это описание природного явления, которое ученые могут использовать для прогнозов. Хорошая модель должна быть максимально точной и максимально простой, что делает ее не только мощной, но и легкой для понимания. Однако какими бы хорошими они ни были, у моделей почти всегда будут ограничения.

Большинство моделей не могут учесть все детали сложных природных явлений. Например, при измерении расстояний вокруг Земли удобно моделировать Землю в виде сферы, но это не так. учитывать различия в расстоянии из-за горных хребтов, долин и других топологических особенностей, которые путешественник должен траверс. Включение этих дополнительных деталей сделало бы модель слишком сложной для удобного использования. Поскольку модели должны быть достаточно простыми, чтобы вы могли использовать их для прогнозов, они часто не учитывают некоторые детали.

Большинство моделей включают некоторые приближения как удобный способ описания того, что происходит в природе. Эти приближения неточны, поэтому прогнозы, основанные на них, как правило, немного отличаются от того, что вы наблюдаете на самом деле - близко, но не удачно. В квантовой механике, например, нет точных решений уравнения Шредингера для атомов, начиная с гелия; точные решения существуют только для водорода. Следовательно, физики используют приближения для высших элементов. Эти приближения хороши, но тем не менее они являются приближениями.

Иногда модель можно сделать более точной, но за счет простоты. В подобных случаях более простая модель может оказаться лучше, потому что она дает вам способ визуализировать процесс, чтобы вы могли его понять и сделать прогнозы. В химии, например, структурные формулы и шарообразные модели представляют собой нереалистичные изображения молекул; они полностью игнорируют то, что химики знают из квантовой механики о природе материи на субатомном уровне. Тем не менее, они просты, их легко нарисовать, и они предлагают обширную информацию о молекулярной структуре и свойствах, которые легко визуализировать и понять. Следовательно, химики продолжают использовать как структурные формулы, так и шаровые модели.

В конечном счете, модели допускают некоторые компромиссы. Вам нужна как можно большая прогностическая сила. В то же время вы также хотите, чтобы модель была максимально простой. Однако природа безразлична к человеческой потребности в простоте и легкости понимания, а многие природные явления сложны. Подумайте, например, о цепочке биохимических процессов, которые происходят просто для того, чтобы передавать информацию от фоторецепторов в вашем глазу в зрительную кору головного мозга. Если вы попытаетесь включить в модель все, что происходит на самом деле, она станет громоздкой и сложной в использовании. В конце концов вы обнаружите, что в какой-то степени полагаетесь на приближения и концептуальные рамки, которые упрощают визуализацию процесса, но не обязательно отражают истинную природу реальности.