Model científic

Eixemple d'un model científic. Un esquema dels processos químics i de transport relacionats en la composició atmosfèriques.

Un model científic és una representació abstracta, conceptual, gràfica o visual (vore, per eixemple: mapa conceptual), física de fenomens, sistemas o processos a fi d'analisar, descriure, explicar, simular (en general, explorar, controlar i predir) eixos fenomens o processos. Un model permet determinar un resultat final a partir d'unes senyes d'entrada. Es considera que la creació d'un model és una part essencial de tota activitat científica.

Encara que hi ha pocs acorts generals sobre l'us de models, la ciència moderna oferix una colecció creixent de métodos, tècniques i teories sobre els diversos tipos de models. Les teories o propostes sobre la construcció, ocupació i validació de models es troben en disciplines tals com la metodologia, filosofia de la ciència, teoria general dels sistemes i en el camp relativament nou de visualisació científica. En la pràctica, diferents branques o disciplines científiques tenen les seues pròpies idees i normes sobre tipos específics de models. No obstant, i en general, tots seguixen els principis de la modelació.

Deu distinguir-se entre un model científic i una teoria, aun cuando abdós es troben molt estretament relacionats, puix el model per a una teoria equival a una interpretació d'esta teoria. Una teoria donada pot tindre diversos models per a poder ser explicada.

Per a fer un model és necessari plantejar una série d'hipòtesis, de manera que lo que es vol estudiar estiga suficientment plasmat en la representació, encara que també es busca, normalment, que siga lo prou senzill com per a poder ser manipulat i estudiat.

Tot coneiximent de la realitat comença en idealisacions que consistixen en abstraure i elaborar conceptes; és dir, construir un model sobre la realitat. El procés consistix en atribuir a lo percebut com a real certes propietats, que freqüentment, no seran sensibles. Tal és el procés de conceptualización i la seua traducció al llenguage.

Això és possible perque se suprimixen certs detalls destacant uns atres que nos permeten establir una forma de vore la realitat, encara sabent que no és exactament la pròpia realitat. El procés natural seguix lo que tradicionalment s'ha considerat baix el concepte d'analogia. Pero en la ciència el contingut conceptual solament es considera precís com a model científic de lo real, quan dit model és interpretat com a cas particular d'un model teòric i es puga concretar dita analogia per mig d'observacions o comprovacions precises i possibles.

L'objecte modele és qualsevol representació esquemàtica d'un objecte. Si l'objecte representat és un objecte concret llavors el model és una idealisació de l'objecte, que pot ser pictòrica (per eixemple, un dibuix) o conceptual (una fòrmula matemàtica); és dir, pot ser figurativa o simbòlica. L'informàtica oferix ferramentes per a l'elaboració d'objectes-modele a pur de el càlcul numèric.

La representació d'una cadena polimèrica en un collar de contes de colors és un model anàlec o físic; un sociograma desplega les senyes d'algunes de les relacions que poden existir entre un grup d'individus. En abdós casos, per a que el model siga model teòric deu estar emmarcat en una estructura teòrica. L'objecte modele aixina considerat devé, en determinades circumstàncies i condicions, en model teòric.

Un model teòric és un sistema hipotètic-deductivo concernent a un objecte modele que és, a la seua volta, representació conceptual esquemàtica d'una cosa o d'una situació real o suposta real. El model teòric sempre serà menys complex que la realitat que intenta representar, pero més ric que l'objecte modele, que és solament una llista de traces de l'objecte modelizado. Bunge esquematiza estes relacions de la següent forma:

Cosa o fet	Objecte-model	Model teòric
Deuterón	Pou de potencial del protón neutró	Mecànica quàntica del pou de potència
Solut en una solució diluïda	Gas perfecte	Teoria cinètica dels gasos
Tràfic a l'hora punta	Corrent contínua	Teoria matemàtica de la corrent contínua
Organisme que deprén	Caixa negra markoviana	Model de l'operador llineal de Bush i Mosteller
Cigarras que canten	Colecció d'osciladors acoplats	Mecànica estadística dels osciladors acoplats

Qualsevol objecte modele pot associar-se, dins de certs màrgens, a teories generals per a produir diversos models teòrics. Un gas pot considerar-se com un «eixam de partícules enllaçades per forces de Van der Waals», pero es pot insertar tant en el marc teòric de la teoria clàssica com en el de la teoria relativista quàntica de partícules, produint diferents models teòrics en cada cas.

Parts generals d'un model científic

Archiu:Geological bodies modelling.jpg

Modelat de plegaments geològics en Institut Geofísico AS CR, República Checa.

En térmens generals es pot dir que un model consta de:

• Regles de representació del input i el output. Les regles de representació permeten construir partint d'una realitat física definir un conjunt de senyes d'entrada o input, a partir dels quals el model proporcionarà un output o resultat final, que també serà una interpretació de l'efecte de les condicions inicials elegides sobre la realitat física.
• Estructura interna que dependrà del tipo de model. Esta estructura interna permet definir una correspondència entre el input i el output. Un model és determinista si al mateix input li correspon el mateix output i no determinista si al mateix input poden correspondre-li diferents outputs.

Naturalment tant les regles de representació com el funcionament o llògica interna del model solament tindran sentit en un determinat àmbit científic. En situacions alienes a l'àmbit del model pot no existir una representació adequada de les senyes o els resultats no ser interpretables en térmens reals, o pot ser que l'estructura interna no siga adequada o vàlida per a eixe tipo de situació fòra de l'àmbit normal del model.

Classificació de models científics

Archiu:Caps block 7 diagram -edited-3.gif

Diagrama de Hertzsprung-Russell: Representació conceptual de lluminositat/magnitut absoluta en relació en el color de les estreles.

Animació (fer clic) mostrant l'agitació tèrmica d'un gas. Cinc partícules han segut coloreadas de roig per a facilitar el seguiment dels seus moviments.

Generalment, els models es classifiquen per la seua estructura interna més que pels detalls formals del input, el output o la forma de representació. Sobre eixa base d'estructura interna els models es classifiquen en:

• Models físics: És una representació o còpia —generalment a escala, ya siga major o menor— d'algun objecte d'interés i que permet el seu examen en diferents circumstàncies (vore Maqueta i Prototip). L'escala no és necessàriament la mateixa en tots els eixos (per eixemple, en modelacions topogràfiques a voltes s'utilisen diferents escales verticals i horisontals).
• Models matemàtics: Busca representar fenomens o relacions entre ells a través d'una formulació matemàtica. Una classificació d'estos models els ordena com:
  • Models determinista: Aquells en els quals s'assumix que tant les senyes amprades com l'o els fenomen(s) mateix(s) són completament coneguts, per lo manco en principi, i que les fòrmules amprades són lo suficientment exactes com per a determinar precisament el resultat, dins dels llímits determinats per l'observació. (per eixemple: les fòrmules de la llei de gravitació universal de Newton)
  • Models estocàstics i provabilístics: En el qual no s'assumix lo anterior, lo que implica que el resultat és una provabilitat. Existix per tant incertitut (per eixemple, algunes de les formulació de la Relació de indeterminación de Heisenberg i Model estadístic).
  • Models numèrics: En els que la realitat física i les condicions inicials es representen per mig d'un conjunt de números, a partir d'ells es calculen o obtenen per algun mig atres resultats numèrics que reflectixen cert efecte de les condicions inicials. Estos models permeten “experimentar” a través de simulacions en un computador o ordenador de models matemàtics o llògics. (per eixemple: Simulació numèrica i Método de Montecarlo)
• Models gràfics: Són la representació de senyas, generalment numèrics, per mig de recursos gràfics (tals com llíneas, vectores, superfícies o símbols), per a que la relació entre els diferents elements o factors guarden entre sí es manifesten visualment. (vore també Iconografia de les correlació)

• Models anàlecs: Es basen en les analogia que s'observen des del punt de vista del comportament de sistemes físics diferents que, no obstant, estan regits per formulació matemàtiques idèntiques. Per eixemple, fins als anys 1970 el modelaje de sistemes d'aigües subterrànees es realisava en rets elèctriques de resistències i condensadores. Este procediment, prou engorroso i costós, es va substituir en el modelaje purament matemàtic en la mida en que va aumentar la capacitat dels computadors i es va popularisar l'us del càlcul numèric.
• Models conceptuals: Poden entendre's com un mapa de conceptes i les seues relacions, incloent suposicions sobre la naturalea tant dels fenomens que eixos conceptes representen com les seues relacions. Estos models impliquen un alt nivell d'abstracció, concentrant-se en aspectes de categories semàntiques o conceptuals que són considerats fonamentals per a la comprensió de lo representat. Eixemples inclouen el model atòmic de Bohr. El model OSI; descripció de referència per a la definició de arquitectura d'interconexió de sistemes de comunicacions, i el model cíclico de l'evolució del Univers). Els models conceptuals es podrien classificar en models que es referixen a entitats o fenomens aïllats o únics (l'àtom, l'univers) i els que es referixen a entitats específiques per lo manco en principi en relació en un grup de tals entitats. P. ej., una estrela i les seues característiques en relació en unes atres o una molècula i la seua energia cinètica en relació en la temperatura d'un cos.