Ideal and material models — Ιδεατά και υλικά μοντέλα

Η αμφισημία του όρου «μοντέλο», ο τεράστιος αριθμός τύπων μοντελοποίησης και η ταχεία ανάπτυξή τους καθιστούν σήμερα δύσκολη την κατασκευή μιας λογικά ολοκληρωμένης ταξινόμησης μοντέλων που να ικανοποιεί όλους. Οποιαδήποτε τέτοια ταξινόμηση είναι συμβατική, διότι αντικατοπτρίζει, αφενός, την υποκειμενική άποψη των συγγραφέων, και αφετέρου, τους περιορισμούς των γνώσεών τους σε ένα πεπερασμένο αριθμό τομέων επιστημονικής γνώσης.

Η παρούσα ταξινόμηση πρέπει να θεωρηθεί ως προσπάθεια κατασκευής ενός εργαλείου ή μοντέλου για τη μελέτη των ιδιοτήτων και χαρακτηριστικών της ίδιας της διαδικασίας μοντελοποίησης. Η μοντελοποίηση ανήκει στις γενικές επιστημονικές μεθόδους γνώσης. Η χρήση της μοντελοποίησης στα εμπειρικά και θεωρητικά επίπεδα έρευνας οδηγεί στη συμβατική διάκριση των μοντέλων σε υλικά και ιδεατά.

Η υλική μοντελοποίηση είναι μοντελοποίηση κατά την οποία η μελέτη ενός αντικειμένου πραγματοποιείται με τη χρήση ενός υλικού ανάλογού του, το οποίο αναπαράγει τα βασικά φυσικά, γεωμετρικά, δυναμικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά του αντικειμένου αυτού. Οι κύριες παραλλαγές της υλικής μοντελοποίησης είναι η φυσική (in situ) και η αναλογική. Και οι δύο τύποι μοντελοποίησης βασίζονται στις ιδιότητες της γεωμετρικής ή φυσικής ομοιότητας.

Η ιδεατή μοντελοποίηση διαφέρει από την υλική στο ότι δεν βασίζεται σε μια υλοποιημένη αναλογία μεταξύ αντικειμένου και μοντέλου, αλλά σε μια ιδεατή, νοητή αναλογία, και έχει πάντοτε θεωρητικό χαρακτήρα. Η ιδεατή μοντελοποίηση είναι πρωταρχική σε σχέση με την υλική. Αρχικά σχηματίζεται στο μυαλό του ανθρώπου το ιδεατό μοντέλο, και στη συνέχεια, με βάση αυτό, κατασκευάζεται το υλικό.

Υλική μοντελοποίηση

Οι κύριες παραλλαγές της υλικής μοντελοποίησης είναι η φυσική (in situ) και η αναλογική. Και οι δύο τύποι μοντελοποίησης βασίζονται στις ιδιότητες της γεωμετρικής ή φυσικής ομοιότητας. Δύο γεωμετρικά σχήματα είναι όμοια εάν η αναλογία όλων των αντίστοιχων μηκών και γωνιών είναι ίδια. Εάν είναι γνωστός ο συντελεστής ομοιότητας — η κλίμακα — τότε με απλό πολλαπλασιασμό των διαστάσεων ενός σχήματος επί την τιμή της κλίμακας προκύπτουν οι διαστάσεις του άλλου, ομοίου του γεωμετρικού σχήματος. Δύο φαινόμενα είναι φυσικά όμοια εάν από τα δεδομένα χαρακτηριστικά του ενός μπορεί να εξαχθούν τα χαρακτηριστικά του άλλου με απλή μετατροπή, ανάλογη με τη μετάβαση από ένα σύστημα μονάδων μέτρησης σε άλλο. Τη μελέτη των συνθηκών ομοιότητας των φαινομένων ασχολείται η θεωρία ομοιότητας.

Η φυσική μοντελοποίηση (in situ) είναι μοντελοποίηση κατά την οποία σε ένα πραγματικό αντικείμενο αντιστοιχεί ένα μεγεθυμένο ή σμικρυμένο υλικό ανάλογό του, το οποίο επιτρέπει τη μελέτη (κατά κανόνα σε εργαστηριακές συνθήκες) μέσω της μεταφοράς των ιδιοτήτων των μελετούμενων διεργασιών και φαινομένων από το μοντέλο στο αντικείμενο βάσει της θεωρίας ομοιότητας.

Η αναλογική μοντελοποίηση είναι μοντελοποίηση που βασίζεται στην αναλογία διεργασιών και φαινομένων διαφορετικής φυσικής φύσης, τα οποία όμως περιγράφονται τυπικά με τον ίδιο τρόπο (με τις ίδιες μαθηματικές σχέσεις, λογικά και δομικά διαγράμματα). Η βάση της αναλογικής μοντελοποίησης είναι η σύμπτωση των μαθηματικών περιγραφών διαφόρων αντικειμένων.

Τα μοντέλα φυσικού και αναλογικού τύπου αποτελούν υλική απεικόνιση του πραγματικού αντικειμένου και συνδέονται στενά με αυτό μέσω των γεωμετρικών, φυσικών και λοιπών χαρακτηριστικών τους. Ουσιαστικά, η διαδικασία μελέτης μοντέλων αυτού του τύπου ανάγεται στη διεξαγωγή μιας σειράς φυσικών πειραμάτων, όπου αντί του πραγματικού αντικειμένου χρησιμοποιείται το φυσικό ή αναλογικό μοντέλο του.

Ιδεατή μοντελοποίηση

Η ιδεατή μοντελοποίηση διακρίνεται σε δύο βασικούς τύπους: την διαισθητική και την επιστημονική.

Η διαισθητική μοντελοποίηση είναι μοντελοποίηση που βασίζεται σε διαισθητική (μη τεκμηριωμένη από τη σκοπιά της τυπικής λογικής) αντίληψη του υπό μελέτη αντικειμένου, η οποία δεν επιδέχεται τυποποίηση ή δεν τη χρειάζεται. Ως πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα διαισθητικού μοντέλου του περιβάλλοντος κόσμου μπορεί να θεωρηθεί η βιωματική εμπειρία κάθε ανθρώπου. Κάθε εμπειρική γνώση χωρίς εξήγηση των αιτίων και μηχανισμών του παρατηρούμενου φαινομένου πρέπει επίσης να θεωρείται διαισθητική.

Η επιστημονική μοντελοποίηση είναι πάντοτε λογικά τεκμηριωμένη μοντελοποίηση, η οποία χρησιμοποιεί τον ελάχιστο αριθμό παραδοχών που γίνονται δεκτές ως υποθέσεις βάσει παρατηρήσεων του αντικειμένου μοντελοποίησης.

Η βασική διαφορά της επιστημονικής μοντελοποίησης από τη διαισθητική έγκειται όχι μόνο στην ικανότητα εκτέλεσης των αναγκαίων λειτουργιών και ενεργειών κατά την ίδια τη μοντελοποίηση, αλλά και στη γνώση των «εσωτερικών» μηχανισμών που χρησιμοποιούνται σε αυτή. Μπορεί να ειπωθεί ότι η επιστημονική μοντελοποίηση γνωρίζει όχι μόνο πώς πρέπει να μοντελοποιεί κανείς, αλλά και γιατί πρέπει να το κάνει έτσι. Πρέπει να τονιστεί ο εξαιρετικά σημαντικός ρόλος της διαίσθησης και των διαισθητικών μοντέλων στην επιστήμη — καμία έστω και ελαφρώς νέα γνώση δεν είναι εφικτή χωρίς αυτά. Το τελευταίο δεν είναι εφικτό αποκλειστικά με τις μεθόδους της τυπικής λογικής.

Η διαισθητική και η επιστημονική (θεωρητική) μοντελοποίηση δεν μπορούν σε καμία περίπτωση να αντιτίθενται η μία στην άλλη. Αλληλοσυμπληρώνονται ιδανικά, μοιράζοντας τους τομείς εφαρμογής τους.

Σημειακή ονομάζεται η μοντελοποίηση που χρησιμοποιεί ως μοντέλα σημειακές αναπαραστάσεις οποιουδήποτε τύπου: διαγράμματα, γραφήματα, σχέδια, σύνολα συμβόλων, συμπεριλαμβανομένου επίσης του συνόλου νόμων και κανόνων με τους οποίους μπορεί κανείς να χειρίζεται τα επιλεγμένα σημειακά μορφώματα και στοιχεία. Ως παραδείγματα τέτοιων μοντέλων μπορεί να αναφερθεί οποιαδήποτε γλώσσα, για παράδειγμα: της προφορικής και γραπτής ανθρώπινης επικοινωνίας, η αλγοριθμική κ.λπ. Η σημειακή μορφή χρησιμοποιείται για τη μεταβίβαση τόσο επιστημονικής όσο και διαισθητικής γνώσης. Η μοντελοποίηση με τη βοήθεια μαθηματικών σχέσεων αποτελεί επίσης παράδειγμα σημειακής μοντελοποίησης.

Η διαισθητική γνώση αποτελεί γεννήτορα νέας γνώσης. Ωστόσο, δεν αντέχουν όλες οι εικασίες και ιδέες στη μετέπειτα επαλήθευση από το πείραμα και τις μεθόδους της τυπικής λογικής που χαρακτηρίζουν την επιστημονική προσέγγιση, η οποία λειτουργεί ως ένα είδος φίλτρου για την ανάδειξη των πιο πολύτιμων γνώσεων.