En esta serie de post (Cosas que habría que saber antes de estudiar ciencia) he hablado de la verdad científica (I y II), los hechos científicos, las teorías científicas y las leyes científicas. Todos esto es muy importante y se estudia, sobre todos las leyes y las teorías científicas, desde los primeros cursos de la educación obligatoria hasta las carreras de ciencias. Pero quizá lo más útil para el científico, y que no se suele enseñar en colegios, institutos y universidad (algunos sí lo intentamos: El contenido como medio no como fin), son los modelos, mejor dicho, a hacer modelos, a acotar su utilidad y a saber qué representan.

[pullquote]Descubrir una ley científica (…) es algo reservado para unos pocos privilegiados[/pullquote]Descubrir una ley científica o aportar algo significativo para que se afiance una teoría o refutarla es algo reservado para unos pocos privilegiados: Kepler, Newton, Einstein, Bohr, etc. Si le preguntamos a un científico de a pie si en toda su larga carrera ha descubierto una ley nueva, seguramente nos dirá que no, y seguro que se considera un científico en toda regla.  Lo que sí suelen hacer en bastante ocasiones los científicos son modelos que ayuden a explicar y predecir ciertos fenómenos; a modelar el crecimiento de una población de animales, el aumento de tamaño de una concha de mar o la formación de una galaxia.

¿Qué es un modelo?

El modelo es una representación de la realidad que da asimismo una descripción capaz de explicar el comportamiento de una parte del universo reduciéndolo a los hechos fundamentales, los más básicos, y, al mismo tiempo, debe servir para hacer predicciones del comportamiento de determinado sistema del universo y ponerlas a prueba en circunstancias diversas.

Por ahora dejemos solamente la definición.

Tipos de modelos.

Existen varios tipos de modelos:

• Icónicos: que se asemeja “directamente” a una propiedad o conjunto de propiedades de un hecho, proceso, sistema entre otros.

Por ejemplo: dibujos, planos, mapas, la maqueta de un edificio o la representación física del átomo o del ADN.

• Analógicos: que pretenden ser una abstracción mayor que el anterior, y se construyen a partir de la representación por analogía. Se expresa lingüísticamente.

Por ejemplo; el modelo del sistema planetario,  el modelo del sistema planetario aplicado a la representación del átomo o el proceso de desarrollo de una planta desde que nace hasta que muere aplicado a la historia de las culturas.

• Topológico: que consiste en la colocación de elementos en un plan de tal forma que se ordenan los elementos del sistema que se intente representar.

Por ejemplo: Diagramas, cuadros, esquemas, mapas conceptuales…

• Simbólico, que tiene que ver con la fórmula o representación, por medio de símbolos del sistema, proceso o sistema que se estudia.

Por ejemplo el símbolo H₂O para representar al agua.

• Matemático (¡el que teme todo el mundo!), que son representaciones aritméticas, esto es, un conjunto de proposiciones matemáticas que, por tanto, utiliza los símbolos y las reglas de dicha disciplina. Este modelo permite inferir teoremas a partir de unas suposiciones o postulados.

Por ejemplo, una ecuación (E=mc²) o un algoritmo serían ejemplos de este tipo de modelo.

Características de los modelos.

[pullquote]Un modelo es una representación de la realidad, no la realidad.[/pullquote]Este apartado es importante porque no dice muchas cosas sobre qué son los modelos y sobre su utilidad.

• En primer lugar, el valor de un modelo se fundamenta en su utilidad para hacer predicciones acerca de situaciones semejantes aun si no conocemos cada una de ellas.

Por ejemplo, aun cuando el modelo esférico de la Tierra se ideó para explicar hechos de la navegación, la gente instruida aplicó la idea para entender los eclipses lunares.

• Debemos de tener presente que los modelos cambian y que nunca ha habido un modelo científico absolutamente completo. Cuando las observaciones creíbles de una nueva situación entran en conflicto con las predicciones de un modelo, algo tiene que cambiar, porque la información o el modelo son incorrectos. Por tanto, todos los modelos tienen limitaciones y no existe un modelo capaz de explicar cada detalle de un fenómeno.

Por ejemplo, si queremos predecir la distancia que debemos recorrer para ir de Almería a Madrid,  podemos usar el modelo esférico de la Tierra, pero nuestro cálculo resultará bastante inexacto porque, aunque la Tierra es esférica, hay muchos rasgos topográficos en su superficie. El modelo tendría que incluir la orografía.

• Otro aspecto que en ocasiones se nos olvida es que los modelos no son exclusivos de la ciencia.

La propia escritura es un modelo simbólico que me permite hablar de objetos, fenómenos o situaciones sin la necesidad de que estén presentes. Así, cuando escribo casa todos nos imaginamos un mismo objeto, aunque cada persona se imagina una casa diferente. El lenguaje escrito es muy útil para la literatura, ya que no busca tanta precisión y objetividad como la ciencia, y un poema puede ser interpretado por una persona de forma distinta a otra, pero resulta bastante pobre para la ciencia que busca la precisión y toda la objetividad posible.

• Y quizás el punto más importante: un modelo es una representación de la realidad, no la realidad. Esto resulta algo chocante, sobre todo para aquellos que han estudiado una carrera científica.

Un modelo no es la realidad.

En este punto no me queda más remedio que recomendaros la conferencia «Malditos modelos» de Carlos Chordá, autor del blog La ciencia es bella, que realizó en evento Naukas Bilbao 2012, y coger un pedacito de ella para plasmar este punto.

Por ejemplo, si consideramos esto dos modelos y preguntamos qué modelo es más real, ¿cuál será la respuesta habitual?

Se tiende a pensar que el modelo más real es el átomo representado con sus protones, neutrones y electrones en órbita frente al modelo de bolitas rígidas. Pero tampoco la estructura de un átomo corresponde a este dibujo donde los electrones equivalen a planetas dando vueltas alrededor del núcleo. Realmente, ninguno se acerca más a la realidad que otro sino que los dos tienen una utilidad diferente. El primero, para saber la estructura tridimensional de una molécula y el segundo para saber la disposición electrónica que me puede explicar el enlace entre átomos. Pero lo importante es que estos modelos sean útiles y expliquen y predigan un fenómeno.

No resulta fácil hacer un modelo.

No siempre es fácil hacer un modelo y se complica dependiendo del fenómeno o parte de la realidad que queramos representar. Dos cosas que complican un modelo son la escala y las variables que influyen.

En ciertas situaciones, como a escala humana, es más sencillo realizar un modelo. Por ejemplo, es relativamente sencillo hacer un modelo de la forma de un árbol, ya que está a nuestra escala, pero se complica más cuando los fenómenos que queremos entender sobre la naturaleza no están a nuestra escala como son el mundo atómico o el Universo. En ocasiones, resulta casi imposible hacer un modelo que represente fielmente algo. Un ejemplo típico es el sistema solar que no podemos representarlo de manera práctica a escala ya que algunos planetas tendríamos que reducirlos al tamaño de un grano de arena o un guisante y las distancias serían tan grandes que no cabrían en los museos de ciencia ni en los libros de texto.

Como he dicho, también se complica la cosa cuando influyen muchas variables. Dos ejemplos típicos son el clima o la transmisión de energía en un ecosistema.

Diferencia entre modelo y teoría.

En esta apartado voy a hacer referencia al blog Xatacaciencia que tiene dos entradas donde ejemplifica la diferencia entre modelo y teoría: Teorías y modelos (I) y Teorías y modelos (II).

Una teoría nos dice cómo se comporta esa parte del universo que estamos estudiando pero no nos dice qué hay exactamente en él.

Un modelo nos dice qué hay en la universo.

Por ejemplo, para estudiar la caída de un objeto por un plano inclinado tenemos que enumerar los elementos que interviene y sus interacciones (Peso, Normal, Rozamiento…). Cuando realizamos el típico dibujo del plano inclinado estamos haciendo un modelo. Pero es la teoría la que nos dice cómo se va a comportar dicho objeto en el plano inclinado. Como he dicho, podéis verlo más desarrollado en Teorías y modelos (II)«.

A modo de esquema: