Modelado científico

Modelado científico, la generación de una representación física, conceptual o matemática de un fenómeno real que es difícil de observar directamente. Los modelos científicos se utilizan para explicar y predecir el comportamiento de objetos o sistemas reales y se utilizan en una variedad de disciplinas científicas, que van desde la física y la química hasta la ecología y las ciencias de la Tierra. Aunque el modelado es un componente central de la ciencia moderna, los modelos científicos en el mejor de los casos son aproximaciones de los objetos y sistemas que representan, no son réplicas exactas. Por lo tanto, los científicos trabajan constantemente para mejorar y perfeccionar los modelos.

Lea más sobre este tema

principios de la ciencia física: modelos simplificados

El proceso de disección se llevó temprano a su límite en la teoría cinética de los gases, que en su forma moderna comenzó esencialmente con …

El propósito del modelado científico varía. Algunos modelos, como el modelo de ADN de doble hélice tridimensional, se utilizan principalmente para visualizar un objeto o sistema, que a menudo se crea a partir de datos experimentales. Otros modelos están destinados a describir un comportamiento o fenómeno abstracto o hipotético. Por ejemplo, los modelos predictivos, como los empleados en la predicción meteorológica o en la proyección de los resultados de salud de las epidemias de enfermedades, generalmente se basan en el conocimiento y los datos de fenómenos del pasado y se basan en análisis matemáticos de esta información para pronosticar sucesos hipotéticos futuros de fenómenos similares. fenómenos. Los modelos predictivos tienen un valor significativo para la sociedad debido a su papel potencial en los sistemas de alerta, como en el caso de terremotos, tsunamis, epidemias y desastres similares a gran escala. Sin embargo, debido a que ningún modelo predictivo único puede dar cuenta de todas las variables que pueden afectar un resultado, los científicos deben hacer suposiciones que pueden comprometer la confiabilidad de un modelo predictivo y conducir a conclusiones incorrectas.

Las limitaciones de El modelado se enfatiza por el hecho de que los modelos generalmente no son representaciones completas. El modelo atómico de Bohr, por ejemplo, describe la estructura de los átomos. Pero si bien fue el primer modelo atómico que incorporó la teoría cuántica y sirvió como modelo conceptual básico de las órbitas de los electrones, no fue una descripción precisa de la naturaleza de los electrones en órbita. Tampoco pudo predecir los niveles de energía para átomos con más de un electrón.

De hecho, en el intento de comprender completamente un objeto o sistema, se necesitan múltiples modelos, cada uno representando una parte del objeto o sistema. En conjunto, los modelos pueden proporcionar una representación más completa, o al menos una comprensión más completa, del objeto o sistema real. Esto se ilustra con el modelo de onda de la luz y el modelo de partícula de la luz, que juntos describen la dualidad onda-partícula en la que se entiende que la luz posee funciones tanto de onda como de partícula. Durante mucho tiempo se consideró que la teoría de las ondas y la teoría de las partículas de la luz estaban en desacuerdo. Sin embargo, a principios del siglo XX, al darse cuenta de que las partículas se comportan como ondas, los dos modelos de estas teorías fueron reconocidos como complementarios, un paso que facilitó en gran medida nuevos conocimientos en el campo de la mecánica cuántica.

Existen numerosas aplicaciones para el modelado científico. Por ejemplo, en las ciencias de la Tierra, el modelado de fenómenos atmosféricos y oceánicos es relevante no solo para la predicción del tiempo, sino también para la comprensión científica del calentamiento global. En el último caso, un modelo digno de mención es el modelo de circulación general, que se utiliza para simular el cambio climático inducido por humanos y no humanos. El modelado de eventos geológicos, como la convección dentro de la Tierra y los movimientos teóricos de las placas de la Tierra, ha avanzado el conocimiento de los científicos sobre los volcanes y terremotos y sobre la evolución de la superficie de la Tierra. En ecología, el modelado se puede utilizar para comprender las poblaciones de animales y plantas y la dinámica de las interacciones entre organismos. En las ciencias biomédicas, los modelos físicos (materiales), como las moscas Drosophila y el nematodo Caenorhabditis elegans, se utilizan para investigar las funciones de genes y proteínas. Asimismo, se utilizan modelos tridimensionales de proteínas para comprender mejor la función de las proteínas y ayudar con el diseño de fármacos. La modelización científica también tiene aplicaciones en la planificación urbana, la construcción y la restauración de ecosistemas.