Begränsningar av modeller inom vetenskap

En modell är en beskrivning av naturfenomen som forskare kan använda för att göra förutsägelser. En bra modell är både så exakt som möjligt och så enkel som möjligt, vilket gör den inte bara kraftfull utan också lätt att förstå. Oavsett hur bra de är, har modeller nästan alltid begränsningar.

De flesta modeller kan inte innehålla alla detaljer i komplexa naturfenomen. Till exempel, när man mäter avstånd runt jorden är det bekvämt att modellera jorden som en sfär, men det gör det inte införliva variationer i avstånd på grund av bergskedjor, dalar och andra topologiska egenskaper resenären måste korsa. Att använda dessa ytterligare detaljer skulle göra modellen för komplex för enkel användning. Eftersom modeller måste vara tillräckligt enkla för att du ska kunna använda dem för att förutsäga, utelämnar de ofta en del av detaljerna.

De flesta modeller innehåller några approximationer som ett bekvämt sätt att beskriva något som händer i naturen. Dessa approximationer är inte exakta, så förutsägelser baserade på dem tenderar att vara lite annorlunda än vad du faktiskt observerar - nära, men inte slå på. I kvantmekanik finns det till exempel inga exakta lösningar på Schrodinger-ekvationen för atomer från helium och framåt; exakta lösningar finns endast för väte. Följaktligen använder fysiker approximationer för högre element. Dessa approximationer är bra, men de är ändå approximationer.

Ibland kan en modell göras mer exakt men på bekostnad av enkelhet. I sådana fall kan den enklare modellen faktiskt vara överlägsen, eftersom den ger dig ett sätt att visualisera en process så att du kan förstå den och göra förutsägelser om den. I kemi är till exempel strukturformler och kul-och-stick-modeller orealistiska skildringar av molekyler; de ignorerar helt vad kemister vet från kvantmekanik om materiens natur på subatomär nivå. Ändå är de enkla, lätta att rita och erbjuder en mängd insikter i molekylär struktur och egenskaper på ett sätt som är lätt att visualisera och förstå. Följaktligen fortsätter kemister att använda både strukturformler och kul-och-stick-modeller.

I slutändan är modellerna föremål för vissa avvägningar. Du vill ha så mycket förutsägbar kraft som möjligt. Samtidigt vill du också att modellen ska vara så enkel som möjligt. Naturen är likgiltig med det mänskliga behovet av enkelhet och förståelse, och många naturfenomen är komplexa. Tänk till exempel på kedjan av biokemiska processer som bara sker för att vidarebefordra information från fotoreceptorerna i ditt öga till den visuella hjärnbarken. Om du försöker integrera allt som faktiskt händer i en modell blir det svårt och svårt att använda. I slutändan ser du att du till viss del litar på approximationer och konceptuella ramar som gör en process lätt att visualisera men inte nödvändigtvis återspeglar verklighetens sanna natur.