На написание статьи о роли математических моделей в современной науке меня подвиг вот этот текст, обнаруженный на просторах Дзена:
Стоит отметить, что современная наука очень активно использует математические модели, которые еще называют моделями компьютерными (так как высчитываются они в наши дни на компьютерах) и которые довлеют над реальными экспериментами. Проблема однако в том, что математические модели оказываются верными только при учете всех входных данных. Для примера - представьте себе, что я пишу исследование, на тему применения дна пруда для выращивания картофеля. В данном исследовании, я указываю что скопившийся на дне ил - великолепное удобрение, что пруд находится на открытой местности, а значит посадки будут получать вдоволь солнечной энергии. И заключаю в конце, что дно пруда - отличный выбор для посадки картофеля. Вот только я не учитываю в своей работе один фактор - трехметровую толщу воды над гипотетическими картофельными грядками.
Далее следует вывод, что полагаться на утверждения современной науки явно не стоит. Надо признать, что этот текст гораздо адекватнее многих, имеющих тот же идейный посыл. Автор не насилует здравый смысл, не ссылается на некие древние источники знаний, обходя молчанием историю их обнаружения. Не объявляет себя истиной в последней инстанции. Он просто выказывает здоровый, в общем-то, скептицизм в отношении того, о чём у него мало информации. Он даже, сообщает настоящие факты. Проблема в том, что это не все факты, которые надо бы знать, чтобы вынести по вопросу адекватное суждение. Автор абсолютно прав, когда утверждает, что «наука очень активно использует математические модели», но он умалчивает о том, как именно она их использует. Автор прав, когда утверждает, что математическая модель может оказаться неверной из-за какого-то одного неучтённого параметра, но дело в том, что в научном мире об этом прекрасно осведомлены, и секрета из этого не делают. Такое неоднократно случалось, в том числе, и при моделировании процессов на экзопланетах. Более того, неправильных, не получивших в дальнейшем подтверждения моделей гораздо больше, чем правильных. Математические модели не используются для доказательства той или иной теории, они используются для того, чтобы дать прогноз, который поддаётся проверке. Теория переходит в разряд доказанных только после того, как предсказанное моделью положение вещей подтверждается несколькими независимыми способами. Если модель верна, то характеристики, которые можно зафиксировать инструментально, в такой-то момент и в таком-то месте будут иметь следующие значения. Если нет, то извините. Идите и переделывайте вашу модель заново, ищите неучтённый фактор.
Приведу пример. Многолетнее изучение Солнца подкинуло астрономам немало сложных вопросов. В частности температура в ближайших окрестностях нашего центрального светила ведёт себя, на первый взгляд, странно. Самой холодной частью Солнца (всего 4500 кельвинов) является фотосфера, слой, который мы на глаз воспринимаем как его «поверхность». А вот в короне температура распределена по какому-то очень хитрому алгоритму, образуя «петли» и «арки». При этом температура на некоторых участках короны достигает миллиона кельвинов. Астрофизики заподозрили, что виной тому так называемые альвеновские волны, способные осуществлять обмен энергией между удаленными областями космического пространства. Волны эти имеют очень большую длину и специфические условия образования, которые возникают в космосе, но их очень трудно воспроизвести в лабораторных условиях. Именно в таких случаях на помощь приходит математическое моделирование. Согласно созданной модели избирательного нагрева ионов, зона перегрева должна лежать ниже так называемой альвеновской поверхности.
Модель разработали довольно давно, но некоторое время она имела статус неподтверждённой. Наконец, 4 июня 2019 г. в журнале Astrophysical Journal Letters , группа учёных из Мичиганского университета (США) во главе с Джастином Каспером (Justin Kasper) опубликовала работу, в которой данные о распределении температуры в солнечной короне были получены совершенно другим способом. В основе исследования лежат материалы многолетних наблюдений за солнечным ветром с помощью зонда GGS WIND, который с 1994 года работает в точке Лагранжа L1 прямо на линии Земля- Солнце. На аппарате установлены инструменты, позволяющие измерять самые разнообразные характеристики ионов солнечного ветра. Какова же была радость астрофизиков, когда полученные таким образом данные замечательно легли на ранее существующую модель!
Теперь эта модель имеет статус подтверждённой, но по-прежнему не считается полностью доказанной. Для окончательного подтверждения ждут результатов работы зонда «Паркер», который отправился к Солнцу 12 августа 2018 и сейчас подобрался к нашей звезде ближе, чем какой-нибудь другой аппарат за всю историю космических исследований. Под его прочным термостойким углепластиковым панцирем, в 11,43 см толщиной, укрыты приборы, которые позволяют проводить измерение в непосредственной близости от объекта, а не косвенно, по состоянию ионизированных частиц, которые уже почти достигли Земли. Только в том случае, если новые данные будут соответствовать модели, её можно будет считать полностью доказанной и смело использовать для новых построений.
Автор: Кот-учёный.