Modelado científico

En ciencia, un modelo es una representación de una idea, un objeto o incluso un proceso o un sistema que se utiliza para describir y explicar fenómenos que no se pueden experimentado directamente. Los modelos son fundamentales para lo que hacen los científicos, tanto en su investigación como cuando comunican sus explicaciones.

Los modelos son una forma mentalmente visual de vincular la teoría con el experimento, y guían la investigación al ser representaciones simplificadas de una realidad imaginada que permiten que las predicciones se desarrollen y prueben mediante experimentos.

Por qué los científicos usan modelos

Los modelos tienen una variedad de usos – desde proporcionar una forma de explicar datos complejos hasta presentarlos como hipótesis. Puede haber más de un modelo propuesto por los científicos para explicar o predecir lo que podría suceder en circunstancias particulares. A menudo, los científicos argumentarán sobre la «corrección» de su modelo y, en el proceso, el modelo evolucionará o será rechazado. En consecuencia, los modelos son fundamentales para el proceso de construcción de conocimiento en la ciencia y demuestran cómo el conocimiento científico es provisional.

Piense en un modelo que muestre la Tierra – un globo. Hasta 2005, los globos terráqueos fueron siempre la representación de un artista de cómo pensábamos que era el planeta. (En 2005, se produjo el primer globo terráqueo que utilizó imágenes de satélite de la NASA). El primer globo conocido que se fabricó (en 150 aC) no era muy preciso. El globo terráqueo fue construido en Grecia, por lo que tal vez solo mostrara una pequeña cantidad de tierra en Europa, ¡y no habría tenido Australia, China o Nueva Zelanda! A medida que la cantidad de conocimiento se ha acumulado durante cientos de años, el modelo ha mejorado hasta que, cuando se produjo un globo terráqueo hecho a partir de imágenes reales, no hubo una diferencia notable entre la representación y la realidad.

Construyendo un modelo

Los científicos comienzan con una pequeña cantidad de datos y construyen una representación cada vez mejor de los fenómenos que están explicando o usando para la predicción a medida que pasa el tiempo. En estos días, es probable que muchos modelos sean matemáticos y se ejecuten en computadoras, en lugar de ser una representación visual, pero el principio es el mismo.

Uso de modelos para predecir

En algunas situaciones, los científicos desarrollan modelos para intentar predecir cosas. Los mejores ejemplos son los modelos climáticos y el cambio climático. Los seres humanos no conocen el efecto completo que están teniendo en el planeta, pero sabemos mucho sobre los ciclos del carbono, los ciclos del agua y el clima. Con esta información y una comprensión de cómo interactúan estos ciclos, los científicos están tratando de averiguar qué podría suceder. Los modelos se basan además en el trabajo de los científicos para recopilar datos de calidad para alimentarlos. Para obtener más información sobre el trabajo para recopilar datos para modelos, consulte el Proyecto Argo y el trabajo que se está realizando para recopilar datos de temperatura y salinidad a gran escala para comprender qué papel juega el océano en el clima y el cambio climático.

Por ejemplo, pueden usar datos para predecir cómo será el clima en 20 años si seguimos produciendo dióxido de carbono al ritmo actual; qué podría suceder si producimos más dióxido de carbono y qué sucedería si producimos menos. Los resultados se utilizan para informar a los políticos sobre lo que podría suceder con el clima y lo que se puede cambiar.

Otro uso común de los modelos es en la gestión de la pesca. La pesca y la venta de pescado a los mercados de exportación es una industria importante para muchos países, incluida Nueva Zelanda (con un valor de 1.400 millones de dólares en 2009). Sin embargo, la sobrepesca es un riesgo real y puede provocar el colapso de los caladeros. Los científicos utilizan información sobre los ciclos de vida de los peces, los patrones de reproducción, el clima, las corrientes costeras y los hábitats para predecir cuántos peces se pueden capturar de un área en particular antes de que la población se reduzca por debajo del punto en el que no se puede recuperar.

Los modelos también se pueden usar cuando los experimentos de campo son demasiado costosos o peligrosos, como los modelos que se usan para predecir cómo se propaga el fuego en los túneles de carreteras y cómo podría desarrollarse un incendio en un edificio.

¿Cómo sabemos si un modelo funciona?

Los modelos se utilizan a menudo para tomar decisiones muy importantes, por ejemplo, reducir la cantidad de pescado que puede ser sacado de un área podría sacar a una empresa del negocio o impedir que un pescador tenga una carrera que ha estado en su familia durante generaciones.

Los costos asociados con la lucha contra el cambio climático son casi inimaginables, por lo que es Es importante que los modelos sean correctos, pero a menudo se trata de utilizar la mejor información disponible hasta la fecha. Los modelos deben probarse continuamente para ver si los datos utilizados proporcionan información útil. Una pregunta que los científicos pueden hacer a un modelo es: ¿Se ajusta a los datos que conocemos?

Para el cambio climático, esto es un poco difícil. Podría encajar con lo que sabemos ahora, pero ¿sabemos lo suficiente? Una forma de probar un modelo de cambio climático es ejecutarlo al revés.¿Puede predecir con precisión lo que ya ha sucedido? Los científicos pueden medir lo que sucedió en el pasado, por lo que si el modelo se ajusta a los datos, se cree que es un poco más confiable. Si no encaja, es hora de trabajar un poco más.

Este proceso de comparar las predicciones del modelo con datos observables se conoce como «verificación del terreno». Para la gestión pesquera, la verificación en el terreno implica salir y tomar muestras de peces en diferentes áreas. Si no hay tantos peces en la región como predice el modelo, es hora de trabajar un poco más.

Obtenga más información sobre la verificación terrestre en los satélites que miden el espesor del hielo marino. Aquí los científicos están validando datos satelitales sobre el espesor del hielo en la Antártida para que los datos puedan usarse para modelar cómo el clima de la Tierra, la temperatura del mar y los niveles del mar pueden estar cambiando.