Modelarea științifică, generarea unei reprezentări fizice, conceptuale sau matematice a unui fenomen real care este dificil de observat direct. Modelele științifice sunt utilizate pentru a explica și prezice comportamentul obiectelor sau sistemelor reale și sunt utilizate într-o varietate de discipline științifice, de la fizică și chimie la ecologie și științele Pământului. Deși modelarea este o componentă centrală a științei moderne, modelele științifice în cel mai bun caz sunt aproximări ale obiectelor și sistemelor pe care le reprezintă – nu sunt replici exacte. Astfel, oamenii de știință lucrează constant pentru a îmbunătăți și perfecționa modelele.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Scopul modelării științifice variază. Unele modele, cum ar fi modelul tridimensional cu dublă helix al ADN-ului, sunt utilizate în primul rând pentru a vizualiza un obiect sau sistem, fiind adesea create din date experimentale. Alte modele sunt destinate descrierii unui comportament sau fenomen abstract sau ipotetic. De exemplu, modelele predictive, cum ar fi cele utilizate în prognoza meteo sau în proiectarea rezultatelor asupra sănătății epidemiilor de boli, se bazează în general pe cunoștințe și date despre fenomenele din trecut și se bazează pe analize matematice ale acestor informații pentru a prognoza apariții ipotetice viitoare ale unor fenomene. Modelele predictive dețin o valoare semnificativă pentru societate datorită rolului lor potențial în sistemele de avertizare, cum ar fi în cazul cutremurelor, tsunami-urilor, epidemiilor și al dezastrelor similare la scară largă. Cu toate acestea, deoarece niciun model predictiv unic nu poate explica toate variabilele care pot afecta un rezultat, oamenii de știință trebuie să facă presupuneri, care pot compromite fiabilitatea unui model predictiv și pot duce la concluzii incorecte.
Limitările științifice modelarea este accentuată de faptul că modelele nu sunt în general reprezentări complete. Modelul atomic Bohr, de exemplu, descrie structura atomilor. Dar, deși a fost primul model atomic care a încorporat teoria cuantică și a servit ca model conceptual de bază al orbitelor electronilor, nu a fost o descriere exactă a naturii electronilor care orbitează. Nici nu a fost capabil să prezică nivelurile de energie pentru atomii cu mai mult de un electron.
Encyclopædia Britannica, Inc.
De fapt, în încercarea de a înțelege pe deplin un obiect sau sistem, sunt necesare mai multe modele, fiecare reprezentând o parte a obiectului sau sistemului. În mod colectiv, modelele pot fi capabile să ofere o reprezentare mai completă sau cel puțin o înțelegere mai completă a obiectului sau sistemului real. Acest lucru este ilustrat de modelul de undă al luminii și modelul de particule ale luminii, care împreună descriu dualitatea undă-particulă în care se înțelege că lumina posedă atât funcții de undă, cât și particule. Teoria undelor și teoria particulelor luminii au fost mult timp considerate a fi în conflict între ele. La începutul secolului al XX-lea, totuși, odată cu realizarea faptului că particulele se comportă ca niște unde, cele două modele pentru aceste teorii au fost recunoscute ca fiind complementare, un pas care a facilitat foarte mult noi perspective în domeniul mecanicii cuantice.
University of Oxford / Getty Images
Există numeroase aplicații pentru modelarea științifică. De exemplu, în științele Pământului, modelarea fenomenelor atmosferice și oceanice este relevantă nu numai pentru prognoza meteo, ci și pentru înțelegerea științifică a încălzirii globale. În acest din urmă caz, un model de notă este modelul general de circulație, care este utilizat pentru a simula schimbările climatice induse de om și non-uman. Modelarea evenimentelor geologice, cum ar fi convecția în Pământ și mișcările teoretice ale plăcilor Pământului, au avansat cunoștințele oamenilor de știință despre vulcani și cutremure și despre evoluția suprafeței Pământului. În ecologie, modelarea poate fi utilizată pentru a înțelege populațiile de animale și plante și dinamica interacțiunilor dintre organisme. În științele biomedicale, modelele fizice (materiale), cum ar fi muștele Drosophila și nematodul Caenorhabditis elegans, sunt utilizate pentru a investiga funcțiile genelor și proteinelor. La fel, modelele tridimensionale de proteine sunt utilizate pentru a obține o perspectivă asupra funcției proteinelor și pentru a ajuta la proiectarea medicamentelor. Modelarea științifică are, de asemenea, aplicații în planificarea urbană, construcția și restaurarea ecosistemelor.
Centrul NOAA pentru Cercetarea Tsunami