科学模型（三）

根据Woodward的（2003）理论，模型是关于在某些事实或流程之间持有的因果关系的工具，这是这些关系的解释性工作。 更具体地，解释提供关于解法人员与解释性的反事实依赖模式的信息

如果解释者中引用的因素以各种可能的方式不同，请查看它为解释性的差异是什么样的差异。 （伍德沃德2003：11）

因果解释的说法也导致了各种索赔，关于理想化模型如何提供解释，探索理想化允许通过解释模型（Elgin和Sober 2002; STREVENS 2004,2008; Potochnik 2007; Weisberg 2007,2013）。 然而，具有与真实系统共同的因果关系中的特征继续在显示理想化模型如何是解释性方面的基本作用。

但它真的是使模型解释的解释者的真理吗？ 其他作者追求更激进的线，并认为虚假模型不仅解释了他们的虚假，而且事实上是因为他们的虚体。 Cartwright（1983：44）认为“真相并没有解释太多”。 在她所谓的“simulacrum的解释”中，她建议我们通过构建一个拟合现象的模型来解释一种现象，该模型符合大学的基本框架（1983：Ch。8）。 在此帐户中，模型本身是我们寻求的解释。 这个方块与基本的科学直觉相吻合，但它让我们带来了什么概念在工作中的概念（参见Elgin和2002年）以及在模型解释中发挥的解释功能是什么（2018,2019）。 WiMSATT（2007：CH.6）强调虚假模型的作用是到达真实理论的手段。 Batterman和Rice（2014）争辩说模特解释，因为表征特定系统的细节并不重要。 Bokulich（2008年，2009年，2011年，2012年）追求类似的推理和模型的解释性，因为与他们的虚构性密切相关。 Bokulich（2009）和Kennedy（2012）呈现出模型解释的非代表性账户（另见jebeile和肯尼迪2015）。 Reiss（2012）和Woody（2004）提供了一般性讨论代表性与解释之间的关系。

3.4与模型的理解

许多作者指出，理解是科学的核心目标之一（例如，参见，例如，2017; Elgin 2017; Khalifa 2017; Potochnik 2017）。 在某些情况下，我们希望了解一定的现象（例如，为什么天空是蓝色的）; 在其他情况下，我们希望了解占问题现象的特定科学理论（例如，量子力学）。 有时，我们通过了解相应的理论或模型来获得对现象的理解。 例如，Maxwell的电磁理论有助于我们了解为什么天空是蓝色的。 然而，有争议的是理解现象总是预设对应理论的理解（De Regt 2009：26）。

虽然有许多不同的方式获得了理解，模型和科学建模的活动在这里特别重要（de Regt等人2009; Morricon 2009; Potochnik 2017;米2016）。 这种洞察力可以追溯到伦敦勋爵，在他着名的1884年的哈尔的摩讲座上的分子动态和光波理论上，维持“我们的考验”我们还是我们不理解物理学中的特定主题？“是'我们可以制作它的机械模型？”（Kelvin 1884 [1987：111];另见Bailer-Jones 2009：Ch。2;和De Regt 2017：Ch。6）。

但为什么模特在对主题的理解中发挥如此至关重要的作用？ Elgin（2017）认为，尽管如此，但由于模特的实际上是假的。 她认为虚假模型是占据科学认识论中的中心阶段的“富有的虚假”，并提到遗传学中的理想气体模型以及遗传学中的哈迪 - Weinberg模型，作为其各自的核心的字面虚假模型的示例学科。 理解是整体，它涉及一个主题，纪律或主题，而不是孤立的索赔或事实。 获得对上下文意味着的理解

事实上，全面，系统地联系的信息的认知承诺是促进了原因或证据的正式响应，并实现了关于信息所属主题（Elgin 2017：44）的非动力推理，论证和行动

模型可以在追求这些认知承诺中发挥至关重要的作用。 有关埃尔金对模型和理解的讨论，请参阅Baumberger和Brun（2017）和Frigg和Nguyen（即将到来）。

Elgin（2017），Lipton（2009）和米饭（2016）都认为模型可以用来独立理解他们提供解释的能力。 其他作者，其中包括Strevens（2008,208,2013），争辩说，理解预设了一个科学的解释

一个人对一个真正的对这种现象的正确科学解释进行了科学的理解。 （STREVENS 2013：510;请参阅，SULLIVAN和KHALIFA 2019）

在这个账户上，理解包括特定形式的认知访问，个人科学家必须解释。 对于Strelvens，这方面是“Grasping”，而De Regt（2017）是“可懂度”。 重要的是要注意，斯特朗森和德·雷德特认为这种“主观”方面是科学哲学中调查的一个有价值的话题。 这与传统观点相比（参见，例如Hempel 1965），使他们授予心理学领域。 查看弗里德曼（1974），鳟鱼（2002）和Reutlinger等。 （2018）进一步讨论理解。

3.5其他认知功能

除了已经提到的功能外，还有各种各样地强调，模型执行许多其他认知功能。 Knuuttila（2005年，2011年）认为，模型的认知价值不仅限于他们的代表性函数，并开发一个观看模型作为认识工件的账户，使我们能够以各种方式收集知识。 Nersessian（1999年，2010）强调模拟模型在概念形成和其他认知过程中的作用。 Hartmann（1995）和Leplin（1980）讨论模型作为理论建设的工具，并强调他们的启发式和教学价值。 Epstein（2008）列出了社会科学中若干模型的特定功能。 Peschard（2011）调查模型可用于构建其他模型并生成新目标系统的方式。 和ISAAC（2013）讨论了不依赖其代表能力的模型的非解释用途。

4.模型和理论

一个重要问题涉及模型与理论之间的关系。 在从属于从属于理论的模型的模型，有一个完整的位置。

4.1款式作为子公司理论

为了讨论科学中模型与理论之间的关系，有助于简要重新推移模型的概念和逻辑理论。 一个理论被认为是一种正式的语言（通常减扣）的一组句子。 模型是一种结构（在第2.3节中引入的意义），当其符号被解释为指数，关系或结构的函数时，使理论的所有句子都是真实的。 该结构是理论的模型，即它是正确描述的理论（参见贝尔和Machover 1977或1997年的详细信息）。 逻辑模型有时也称为“理论模型”，表明它们是抽象正式系统的解释。

科学的模型有时会从逻辑中携带，这是一种抽象微积分解释的想法（Hesse 1967）。 这在物理学中是突出的，其中一般法律 - 例如牛顿的运动方程在理论的核心。 这些法律适用于特定的系统-e.g。，由选择特殊力函数，使得围绕摆锤的质量分布的假设。结果模型是一般法的解释（或实现）。

保持逻辑和代表模型的概念是一个单独的（Thomson-Jones 2006）的概念：这些是不同的概念。 某些东西可以是逻辑模型而不是代表模型，反之亦然。 然而，这并不意味着某些东西不能立即成为两个感官的模型。 事实上，正如黑森州（1967年）所指出的那样，科学的许多模型都是逻辑和代表性的模型。 牛顿的行星运动模型是一种情况：模型：模型，由位于否则的空间中的两个均匀的完美球体组成，彼此引力地吸引，同时是逻辑模型（因为它在它们时使牛顿力学的公理是真实的解释为指示模型）和代表模型（因为它代表真正的太阳和地球）。

科学理论有两个主要概念，所谓的理论句法观和所谓的理论语义观（参见科学理论的结构的进入）。 在这两个概念模型上都在为理论发挥子公司，尽管以非常不同的方式。 理论的句法视图（请参阅语法视图上的条目部分）保留了模型的逻辑概念和理论。 它将一个理论作为一组句子中的一组句子，以及一个模型作为某个微积分的替代解释（Braithwaite 1953; Campbell 1920 [1957]; Nagel 1961; Spector 1965）。 例如，如果我们参加气体的动力学理论中使用的数学，并以使其参考台球的方式重新诠释这一演算的术语，台球是诸如此外的气体动力学理论的模型理论的句子出现了。 该模型的意思是我们熟悉的东西，它是制作抽象正式微积分更加明显的目的。 给定的理论可以具有不同的模型，我们选择的型号取决于我们的目标和背景知识。 句法观的支持者不同意模型的重要性。 Carnap和Hempel认为模型只为教学或审美目的服务，最终可分配，因为所有相关信息都包含在理论中（Carnap 1938; Hempel 1965;另见Bailer-Jones 1999）。 另一方面，Nagel（1961）和Braithwaite（1953）强调了模型的启发式作用，Schaffner（1969）提出了理论术语从模型中至少获得了它们的意义。

理论的语义视图（参见语义视图上的入口部分）用句子在公共逻辑系统中的句子分配，并将理论限制为模型系列。 在这种观点上，一个理论上是一个类，群集或模型系列 - 模型是科学理论的构建块。 语义视图的不同版本与模型的不同概念一起工作，但是如在2.3节中所指出的那样，在语义视图模型中主要被解释为设定理论结构。 有关不同选项的讨论，我们将读者将读者提交给此百科全书（在本段开始时的相关条目）。

4.2独立于理论的型号

在句法和理论的语义视图中，模型被视为从属于理论，并且在理论的背景之外扮演没有角色。 作者指出，这种模型的愿景已经以多种方式受到挑战，其中型号在许多情况下，模型享有各种自由度和自主的自由。 独立可以采取许多形式，在模型上的大部分文献涉及调查各种形式的独立性。

模型完全独立于理论。 从理论为中心的模型分析的最激进的偏离是实现了有完全独立于任何理论的模型。 这种模型的一个例子是Lotka-Volterra模型。 该模型描述了两种群体的相互作用：捕食者和猎物动物之一（Weisberg 2013）。 该模型仅使用关于捕食者和猎物的相对常见的假设以及微分方程的数学来构建。 捕食者 - 猎物互动理论或人口增长理论没有上诉，而该模型与其主题的理论无关。 如果在没有理论可用的域中构造了模型，则该模型有时被称为“替代模型”（Groenewold 1961），因为模型替换了理论。

模型作为探索理论的手段。 模型也可用于探索理论（摩根和莫里森1999）。 这种可能发生这种情况的明显方式是当模型是理论的逻辑模型时（参见第4.1节）。 逻辑模型是一组对象和属性，使正式句子为真，因此可以在模型中看到理论的原理如何在特定的环境中发挥作用，他们决定了哪些行为。 但并非所有用于探索理论的模型都是逻辑模型，而模型可以以其他方式代表理论的功能。 例如，考虑混沌理论。 非线性系统的方程，例如描述三体问题的那些，具有太复杂的解决方案，其无法与纸张和铅笔方法进行研究，甚至计算机模拟以各种方式受到限制。 摘要关于解决方案定性行为的摘要表明存在有一种机制被称为“拉伸和折叠”（参见入口混乱）。 为了获得表现出伸展和折叠的动态的复杂性的思想，令人厌恶地研究了现在被称为“马蹄形地图”（Tabor 1989）的简单模型 - 为拉伸和折叠性质提供了重要的见解。 这种模型的其他示例是KAC环模型，用于在牛顿力学（Norton 2003）中研究统计力学（Lavis 2008）和Norton圆顶的系统的平衡性质。

模型作为理论的补充。 在意义上可能不完全指定一个理论，即它仅施加某些一般限制，但对由模型提供的具体情况的细节保持沉默（红发1980）。 这种情况的特殊情况是已知定性理论并且模型引入了定量措施（使徒1961）。 以这种方式有限的理论的红发的示例是公理量子场理论，它只对量子字段施加某些一般限制，但不提供特定领域的叙述。 Harré（2004）注意到，即使在理论上未指明的流程机制，也可以补充理论，即使它们负责提出观察到的现象，也可以为理论中未指明的流程进行补充。

理论可能太复杂地处理。 在这种情况下，模型可以通过提供允许解决方案的理论场景的简化版本来补充理论。 例如，量子色动力学不能轻易用于研究原子核的物理，即使是相关的基本理论。 为了解决这个困难，物理学家构建了有效地描述了所考虑的系统的相关自由度（Hartmann 1999,2001）的贸易现象学模型（如麻省理工学袋模型）。 这些模型的优势在于它们会产生导致理论保持沉默的结果。 他们的缺点是，通常不清楚如何理解模型与理论之间的关系，因为这两个是严格来说，矛盾。

模型作为初步理论。 模型作为理论替代的模型的概念与发展模型的概念密切相关。 该术语由Leplin（1980）创造，他们指出了有用的模型在早期量子理论的发展中是如何发展的，它现在用作遮阳篷概念涵盖的案例，其中模型是某种初步运动的案例。

也密切相关是探测模型（或“学习模式”）的概念。 这种模型不执行代表功能，并且预计不会指导我们超出模型本身的任何内容。 这些模型的目的是测试以后用于构建代表模型的新型理论工具。 例如，在现场理论中，广泛研究所谓的φ4模型，不是因为它被认为代表任何真实的，而是因为它提供了多种启发式功能：φ4模型的简单性允许物理学家“获得一种感觉”的量子领域理论就像，并提取一些具有更复杂的模型的一般功能。 物理学家可以在简单的环境中研究复杂的技术，如重整化，并且可以熟悉重要机制 - 在这种情况下，可以在不同的背景下使用，以后可以用于不同的背景（Hartmann 1995）。 这不仅适用于物理。 正如WiMSATT（1987,2007）所指出的那样，遗传学中的假模型可以执行许多有用的功能，其中包括以下内容：虚假模型可以帮助回答有关更多现实模型的问题，为有关更复杂模型的属性的问题提供了一个竞技场，“因子淘汰”现象否则不会被看到，用作更一般模型的限制情况（或两个错误模型可以定义实际情况应该撒谎的案例连续的极端情况，或导致识别相关变量和它们的值的估计。

解释模型。 Cartwright（1983,1999）认为，模特不仅可以帮助应用不完整的理论; 她声称，每当应用具有总体数学结构的理论时，也涉及模型。 物理学机械，电动，量子力学等主要理论，落入此类别。 这种情况的理论是在需要混合的抽象概念方面制定，以便提供目标系统的描述，并引入了相关概念，具体化的理想物体和过程。 例如，在施加经典力学时，必须用诸如重力的混凝土力替换抽象的力概念。 为了获得易操作方程，必须将该过程应用于简化的场景，例如在否则空间中的两个完全球形和均匀的行星，而不是在其全部复杂性中实现。 结果是一种解释模型，这将数学理论应用于现实世界目标。 这些模型与理论无关，因为该理论不确定其形式，然而它们是将理论应用于具体问题所必需的。

模型作为调解员。 模型和理论之间的关系可以复杂和无序。 摩根和莫里森（1999）编辑的关于模型的想法的程序的程序化集成的贡献者，这些想法是模型是在理论和世界之间调解的仪器。 模型是“自主代理”，因为它们独立于理论及其目标系统，这是这种独立性，使他们能够在两者之间进行调解。 理论不为我们提供用于建造模型的算法; 它们不是“自动售货机”，其中一个人可以插入问题，并且窗口窗外（咖啡件1999）。 模型的构造通常需要关于材料，近似方案和设置的详细知识，并且这些理论不提供这些。 此外，模型的内部工作通常由许多不同的理论行驶。 例如，在当代气候建模中，不同理论的元素 - 其中流体动力学，热力学，电磁 - 被合作地工作。 递增结果不是一个理论的严格应用，而是在一个模型中在合唱中使用时不同理论的声音。

在复杂的案例中，如激光系统或全球气候，模型和理论可以得到如此纠结，尚不清楚两个应该绘制两者之间的线路：模型结束和理论开始在哪里？ 这不仅是哲学分析的问题; 它也出现在科学实践中。 Bailer-Jones（2002）采访了一群物理学家关于他们对模型的理解及其与理论的关系，并报告广泛发散的观点：（i）模型与理论之间没有实质性差异; （ii）当他们的确认程度增加时，模型成为理论; （iii）模型包含简化和遗漏，而理论是准确的，完整的; （iv）理论比模型更通用，建模是将一般理论应用于特定情况。 第一个建议似乎是太激进的，以便对练习的许多方面进行正当性，在那里，模型和理论的区分是明确的。 第二种视图符合共同的思考，其中术语“模型”和“理论”有时用于表达某人对特定假设的态度。 “这只是一个模型”的短语表明，股权的假设仅暂时宣称，或者甚至被称为假，而某些东西被授予标签“理论”如果获得了一定程度的一般接受。 然而，这种“模型”的使用与我们在第1至3节中看到的用途不同，因此如果我们的目标是理解科学模型和理论之间的关系（并且顺便提及，人们可以同样地解雇推测索赔是“只是一个理论”）。 第三个提案在将模型与理想化和简化相关联的情况下是正确的，但它通过将其限制为模型而过度 事实上，理论也可以包含理想化和简化。 第四个视图似乎与解释性模型紧密对齐，而模型是调解器的想法，但更为一般的是渐进的概念，因此不提供明确的标准，以区分理论和模型。

5.科学哲学中的模型和其他辩论

对科学模式的辩论对科学哲学中的其他问题具有重要的影响（对于关于模型的哲学讨论的历史记录，见Bailer-Jones 1999）。 传统上，在理论方面，争论，科学的现实主义，简化主义和自然法则，因为理论被视为科学知识的主要载体。 一旦模特被承认占据科学大厦的重要位置，这些问题必须重新考虑模型。 问题是，当我们如何将焦点从理论转向模型的理论时，这些问题的讨论如何变化。 到目前为止，没有出现任何这些问题的基于全面的模型账户，但模型在这些主题的讨论中留下了重要的迹线。

5.1模型，现实主义和自然定律

正如我们在第1节中所见，模型通常提供其目标的扭曲表示。 如果一个人认为科学主要是基于模型的，这可以采取这一点来建议反对前论者的科学诠释。 然而，现实主义者否认模型中的理想化的存在使得科学的真实主义方法是不可能的，并指出了一个良好的模型，而不是实际上真实的，通常至少是真实的，和/或它可以通过解理化（Laymon 1985; McMullin 1985; Nowak 1979; Brzezinski和Nowak 1992）。