Mô hình lý tưởng và mô hình vật chất

Sự không rõ ràng của thuật ngữ «mô hình», số lượng khổng lồ các kiểu mô hình hóa và sự phát triển nhanh chóng của chúng hiện nay gây khó khăn cho việc xây dựng một phân loại các mô hình hoàn chỉnh về mặt logic và được mọi người chấp nhận. Bất kỳ phân loại nào như vậy đều mang tính quy ước, vì một mặt nó phản ánh quan điểm chủ quan của các tác giả, mặt khác — sự hạn chế về kiến thức của họ trong một số hữu hạn các lĩnh vực nhận thức khoa học.

Phân loại này cần được xem như một nỗ lực xây dựng một công cụ hay mô hình nào đó để nghiên cứu các thuộc tính và đặc điểm của chính quá trình mô hình hóa. Mô hình hóa thuộc về các phương pháp nhận thức khoa học chung. Việc sử dụng mô hình hóa ở cấp độ thực nghiệm và lý thuyết của nghiên cứu dẫn đến sự phân chia có điều kiện các mô hình thành mô hình vật chất và mô hình lý tưởng.

Mô hình hóa vật chất là mô hình hóa trong đó việc nghiên cứu đối tượng được thực hiện bằng cách sử dụng mô hình tương tự vật chất của nó, tái tạo các đặc điểm vật lý, hình học, động lực học và chức năng chính của đối tượng đó. Các loại chính của mô hình hóa vật chất là mô hình hóa thực nghiệm tự nhiên và mô hình hóa tương tự. Cả hai loại mô hình hóa này đều dựa trên tính chất đồng dạng hình học hoặc vật lý.

Mô hình hóa lý tưởng khác với mô hình hóa vật chất ở chỗ nó không dựa trên sự tương tự được vật chất hóa giữa đối tượng và mô hình, mà dựa trên sự tương tự lý tưởng, có tính chất tư duy, và luôn mang tính lý thuyết. Mô hình hóa lý tưởng có tính chất sơ cấp so với mô hình hóa vật chất. Đầu tiên trong ý thức con người hình thành mô hình lý tưởng, rồi trên cơ sở đó mới xây dựng mô hình vật chất.

Mô hình hóa vật chất

Các loại chính của mô hình hóa vật chất là mô hình hóa thực nghiệm tự nhiên và mô hình hóa tương tự. Cả hai loại mô hình hóa này đều dựa trên tính chất đồng dạng hình học hoặc vật lý. Hai hình hình học được gọi là đồng dạng nếu tỷ lệ giữa tất cả các chiều dài và góc tương ứng là như nhau. Nếu biết hệ số đồng dạng — tỷ lệ xích — thì bằng cách nhân đơn giản các kích thước của hình này với giá trị tỷ lệ xích, ta xác định được kích thước của hình kia đồng dạng với nó. Hai hiện tượng được gọi là đồng dạng vật lý nếu từ các đặc điểm đã biết của hiện tượng này có thể thu được các đặc điểm của hiện tượng kia bằng cách quy đổi đơn giản, tương tự như việc chuyển từ hệ đơn vị đo lường này sang hệ đơn vị đo lường khác. Lý thuyết đồng dạng nghiên cứu các điều kiện đồng dạng của các hiện tượng.

Mô hình hóa thực nghiệm tự nhiên là mô hình hóa trong đó đối tượng thực được đặt tương ứng với mô hình tương tự vật chất được phóng to hoặc thu nhỏ của nó, cho phép nghiên cứu (thông thường trong điều kiện phòng thí nghiệm) thông qua việc chuyển các thuộc tính của các quá trình và hiện tượng được nghiên cứu từ mô hình sang đối tượng trên cơ sở lý thuyết đồng dạng.

Mô hình hóa tương tự là mô hình hóa dựa trên sự tương tự của các quá trình và hiện tượng có bản chất vật lý khác nhau nhưng được mô tả giống nhau về mặt hình thức (bằng các quan hệ toán học, sơ đồ logic và cấu trúc giống nhau). Cơ sở của mô hình hóa tương tự là sự trùng khớp của các mô tả toán học của các đối tượng khác nhau.

Các mô hình kiểu vật lý và tương tự là sự phản ánh vật chất của đối tượng thực và có liên hệ chặt chẽ với nó qua các đặc điểm hình học, vật lý và các đặc điểm khác. Thực chất quá trình nghiên cứu các mô hình loại này được rút gọn thành việc thực hiện một loạt thí nghiệm thực nghiệm, trong đó thay vì đối tượng thực, mô hình vật lý hoặc tương tự của nó được sử dụng.

Mô hình hóa lý tưởng

Mô hình hóa lý tưởng được chia thành hai loại chính: trực giác và khoa học.

Mô hình hóa trực giác là mô hình hóa dựa trên sự biểu diễn trực giác (không được lý giải từ góc độ logic hình thức) về đối tượng nghiên cứu, không thể được hình thức hóa hoặc không cần thiết phải hình thức hóa. Ví dụ tiêu biểu nhất của mô hình trực giác về thế giới xung quanh có thể coi là kinh nghiệm sống của bất kỳ con người nào. Bất kỳ kiến thức thực nghiệm nào mà không giải thích nguyên nhân và cơ chế của hiện tượng quan sát được cũng cần được coi là trực giác.

Mô hình hóa khoa học là mô hình hóa luôn có cơ sở logic, sử dụng số lượng giả thiết tối thiểu được chấp nhận như các giả thuyết dựa trên quan sát đối tượng mô hình hóa.

Sự khác biệt chính của mô hình hóa khoa học so với mô hình hóa trực giác không chỉ nằm ở khả năng thực hiện các thao tác và hành động cần thiết của bản thân quá trình mô hình hóa, mà còn ở việc nắm vững các cơ chế «bên trong» được sử dụng trong đó. Có thể nói rằng mô hình hóa khoa học biết không chỉ cần phải mô hình hóa như thế nào, mà còn tại sao cần phải làm như vậy. Cần nhấn mạnh vai trò vô cùng quan trọng của trực giác, các mô hình trực giác trong khoa học — không có kiến thức mới nào dù ít hay nhiều có thể thiếu chúng. Kiến thức mới không thể đạt được chỉ bằng các phương pháp logic hình thức.

Mô hình hóa trực giác và mô hình hóa khoa học (lý thuyết) không thể đối lập nhau theo bất kỳ nghĩa nào. Chúng bổ sung tốt cho nhau, phân chia các lĩnh vực ứng dụng của mình.

Mô hình hóa ký hiệu là mô hình hóa sử dụng các hình ảnh ký hiệu thuộc loại nào đó làm mô hình: sơ đồ, đồ thị, bản vẽ, tập hợp ký tự, bao gồm cả tổng thể các quy luật và quy tắc theo đó có thể thao tác với các cấu trúc và phần tử ký hiệu đã chọn. Ví dụ về các mô hình như vậy có thể kể đến bất kỳ ngôn ngữ nào, chẳng hạn: ngôn ngữ giao tiếp bằng miệng và bằng văn bản của con người, ngôn ngữ thuật toán, v.v. Hình thức ký hiệu được sử dụng để truyền đạt cả kiến thức khoa học lẫn kiến thức trực giác. Mô hình hóa bằng các quan hệ toán học cũng là ví dụ của mô hình hóa ký hiệu.

Kiến thức trực giác là nguồn tạo ra kiến thức mới. Tuy nhiên, không phải tất cả các phỏng đoán và ý tưởng đều vượt qua được sự kiểm tra tiếp theo bằng thực nghiệm và các phương pháp logic hình thức đặc trưng của cách tiếp cận khoa học, vốn đóng vai trò như một bộ lọc đặc biệt để chắt lọc những kiến thức có giá trị nhất.