מודל (מדע)

במדע, מודל (בעברית: דגם) הוא ייצוג תאורטי של מערכת מורכבת, שמטרתו לחקות את המערכת בהיבטים מהותיים. המודל אינו מתאר כל תופעה במערכת, אלא מתייחס להיבטים מוגדרים ומצומצמים שלה. המודל מבוסס על קירוב של המציאות בדרך של הפשטה, איחוד ישויות והתעלמות מגורמים שהשפעתם אינה מהותית. יעילות המודל נבחנת באותם קריטריונים שבהם נבחנת תאוריה מדעית: יכולתו להסביר תופעות שנצפו בעבר, ויכולת הניבוי שלו לגבי תופעות בעתיד. השימוש במודלים הוא אחד מאבני הפינה של השיטה המדעית. מודל בדוק ומבוסס המציע הסבר אחיד ובר-הפרכה למספר תופעות נקרא תאוריה. למודל אפשר לתת תיאור מתמטי, שבו הוא מאופיין על ידי הערכים של משתנים המצייתים למשוואות מתאימות. תיאור זה נקרא מודל מתמטי. מן המודל המתמטי אפשר לחשב תכונות של המודל, ודרכן להעריך כיצד מתנהגת המערכת כולה. אם המודל פשוט, אפשר לבצע את החישובים באופן ישיר. במקרים מסובכים יותר, כמו במודלים של מזג האוויר, אפשר להסתפק בסימולציה ממוחשבת. המודל המתמטי מאפשר להעריך את התנהגותה של המערכת כתוצאה משינוי של ערכי הפרמטרים, ועל ידי כך לבחון תאוריות שונות על מהות התופעה שאותה מתאר המודל. המודל ההידרודינמי הבסיסי מניח שנוזל הוא חומר הומוגני הנתון ללחצים עצמיים, ומתעלם מן העובדה הידועה שכל נוזל מורכב מאטומים הקשורים זה בזה בקשרים כימיים. המודל מאבד מידע רב, ודווקא משום כך הוא מאפשר לחשב את התנהגות הנוזל בתנאים כלליים למדי. תחת תנאים קיצוניים מאבד המודל את אחיזתו במציאות, ואז יש להחליפו במודל מתאים אחר. המודל העתיק של החומר התייחס אל האטומים כאל כדורוני חומר זערוריים שאינם משתנים. ניסויים שנערכו בסוף המאה ה-19 חייבו להחליף את המודל הזה במודל עוגת הצימוקים של ג'יי ג'יי תומסון, שהוחלף עד מהרה במודל הפלנטרי, ואחר-כך במודל האטום של בוהר. במודל ההליוצנטרי של ניקולאוס קופרניקוס - מסלולי כוכבי הלכת עגולים; המודל הזה מאפשר לעקוב אחרי תנועות גרמי השמיים ברמת דיוק מסוימת. כדי להשיג דיוק גדול יותר, יש להניח שהמסלולים אליפטיים, אלא שגם הנחה זו, המקובלת היום, אינה מדויקת: היא מתעלמת במכוון מהשפעתם של אסטרואידים וגרמי שמיים קטנים אחרים, שהשפעתם על המסלולים זניחה, ומן המבנה הפנימי של כוכבי הלכת. ערך מורחב – אורגניזם מודל אורגניזם מודל (באנגלית: Model organism) הוא יצור חי אשר נחקר באופן אינטנסיבי בביולוגיה או בפסיכולוגיה. למונח אורגניזם מודל אין משמעות מדעית רשמית, ומספרם של אורגניזמי המודל משתנה לעיתים; יצורים רבים שאינם ידועים כאורגניזמי מודל נחקרים לעיתים אף הם בצורה אינטנסיבית. יש להבדיל מחקר באורגניזם מודל לבין מחקר על חיות בר או חיות חקלאיות שמנסה להבין את אורחות חייהן של חיות אלה ואינו משתמש בהן כמודל עבור אורגניזמים אחרים. דוגמאות מפורסמות ונפוצות: החיידק Escherichia coli הפטריה החד תאית שמר האפייה צמח התירס הצמח תודרנית לבנה (Arabidopsis thaliana) התולעת העגולה (נמטודה) Caenorhabditis elegans זבוב הפירות דבורת הדבש דג זברה עכבר מצוי חולדה קביה ארנבון כאשר מבקשים במחקר מדעי להסביר תופעה שלא יודעים כיצד היא פועלת, משתמשים לעיתים במה שמכונה "מודל צעצוע" ("Toy model") מודל פשוט יותר (בעיקר מבחינה מתמטית) המפשט את התופעה ומציג התנהגות או תכונות הדומים לנושא המחקר, שמבחינה מדעית קל יותר לנתח. דוגמה להפשטות שמבצעים במודל צעצוע: הקטנת מספר הממדים בבעיה (למשל, בחינת מודל חד-ממדי), הפיכת גדלים וקטוריים לגדלים סקלריים, הנחת סימטריה בבעיה, בחירה נוחה של קבועים ובחירת פונקציות פשוטות ונוחות (בדרך כלל או פונקציה אנליטית חלקה או פונקציית מדרגות). כאשר מוצאים סתירה במודל צעצוע אחד עוברים לאחר; ככל שהמודל דומה יותר לתופעה הנחקרת, כך ניתן ללמוד עליה יותר. לעיתים קרובות משמש מודל צעצוע גם לצרכים פדגוגים ומאפשר להדגים בפני התלמידים תופעה או אפקט כלשהו מבלי להסתבך בחישובים ארוכים המסתירים את המנגנון ומסיחים את הדעת מהעיקר. מערכת מודל דוד אדלר, ‏מה הוא "מודל"? מדוע מודלים הם כה פופולרים במחקר המדעי, באתר "הידען", 3 ביוני 2010