Vědecké modelování

Vědecké modelování, tvorba fyzického, koncepčního nebo matematického vyjádření skutečného jevu, který je obtížné přímo pozorovat. Vědecké modely se používají k vysvětlení a předpovědi chování skutečných objektů nebo systémů a používají se v různých vědních oborech, od fyziky a chemie po ekologii a vědy o Zemi. Ačkoli je modelování ústřední součástí moderní vědy, jsou vědecké modely přinejlepším aproximací objektů a systémů, které představují – nejedná se o přesnou repliku. Vědci tedy neustále pracují na zdokonalování a zdokonalování modelů.

Přečtěte si více o tomto tématu

principy fyzikální vědy: Zjednodušené modely

Proces pitvy byl brzy přijat na hranici svých možností v kinetické teorii plynů, která ve své moderní podobě v podstatě začala …

Účel vědeckého modelování se liší. Některé modely, například trojrozměrný model dvojšroubovice DNA, se používají především k vizualizaci objektu nebo systému, často vytvářeného z experimentálních dat. Další modely jsou určeny k popisu abstraktního nebo hypotetického chování nebo jevu. Například prediktivní modely, jako jsou ty, které se používají při předpovídání počasí nebo při promítání výsledků epidemií nemocí na zdraví, jsou obecně založeny na znalostech a datech jevů z minulosti a při předpovědi budoucích budoucích hypotéz se budou opírat o matematické analýzy těchto informací. jevy. Prediktivní modely mají pro společnost významnou hodnotu z důvodu jejich potenciální role ve varovných systémech, například v případě zemětřesení, tsunami, epidemií a podobných rozsáhlých katastrof. Protože však žádný jediný prediktivní model nedokáže zohlednit všechny proměnné, které mohou ovlivnit výsledek, musí vědci učinit předpoklady, které mohou ohrozit spolehlivost prediktivního modelu a vést k nesprávným závěrům.

Omezení vědecké práce modelování je zdůrazněno skutečností, že modely obecně nejsou úplnými reprezentacemi. Bohrův atomový model například popisuje strukturu atomů. Ale i když to byl první atomový model, který začlenil kvantovou teorii, a sloužil jako základní koncepční model elektronových drah, nebyl to přesný popis podstaty obíhajících elektronů. Rovněž nebyl schopen předpovědět energetické hladiny atomů s více než jedním elektronem.

Ve skutečnosti je ve snaze plně porozumět objektu nebo systému zapotřebí více modelů, z nichž každý představuje část objektu nebo systému. Kolektivně modely mohou být schopny poskytnout úplnější reprezentaci nebo alespoň úplnější pochopení skutečného objektu nebo systému. To je ilustrováno vlnovým modelem světla a částicovým modelem světla, které společně popisují dualitu vln-částice, ve které je světlo chápáno tak, že má vlnové i částicové funkce. Teorie vln a teorie částic světla byly dlouho považovány za protichůdné. Na počátku 20. století však došlo k poznání, že se částice chovají jako vlny, a proto byly tyto dva modely těchto teorií uznány jako doplňkové, což byl krok, který značně usnadnil nové poznatky v oblasti kvantové mechaniky.

Existuje mnoho aplikací pro vědecké modelování. Například ve vědách o Zemi je modelování atmosférických a oceánských jevů relevantní nejen pro předpovědi počasí, ale také pro vědecké pochopení globálního oteplování. V druhém případě je jedním z nejdůležitějších modelů obecný cirkulační model, který se používá k simulaci změny klimatu vyvolané člověkem i jiným člověkem. Modelování geologických událostí, jako je konvekce uvnitř Země a teoretické pohyby zemských desek, má pokročilé vědce v oblasti sopek a zemětřesení a vývoje zemského povrchu. V ekologii lze modelování využít k porozumění populací zvířat a rostlin a dynamice interakcí mezi organismy. V biomedicínských vědách se k vyšetřování funkcí genů a proteinů používají fyzické (materiálové) modely, jako jsou mouchy Drosophila a hlístice Caenorhabditis elegans. Podobně se trojrozměrné modely proteinů používají k získání vhledu do funkce proteinů a k pomoci s návrhem léků. Vědecké modelování má také aplikace v městském plánování, výstavbě a obnově ekosystémů.