Khoa học là gì? và điều gì thúc đẩy sự tiến bộ của khoa học?
1. Khoa học là gì (What Is Science?)
Khi bạn nghe thấy từ “Khoa học” (Science), bạn nghĩ đến điều gì? Một cuốn sách đồ sộ với với các tri thức hàn lâm, nhà khoa học mặc áo khoác trắng trong phòng thí nghiệm và kính hiển vi, một nhà thiên văn nhìn bầu trời qua kính viễn vọng, các phương trình của Einstein được viết nguệch ngoạc trên bảng phấn… Mặc dù những hình ảnh này phản ánh các khía cạnh khác nhau của khoa học, nhưng không cái nào trong số này thực sự là sự hiện thân của khoa học.
Một cách thông thường, khoa học có thể được xem là một tổng thể của kiến thức về thế giới (những thứ chúng ta đã khám phá), và quá trình thu nhận kiến thức mới (thông qua quan sát và thử nghiệm, giả thuyết và kiểm tra). Cả kiến thức và quá trình đều phụ thuộc lẫn nhau, hướng đến việc giải thích bản chất thế giới và cách nó vận động. Bất kể ai cũng có thể có ý tưởng giải thích về cách vận động của thế giới, nhiều khi nó ‘có vẻ đúng’, nhưng đối với một nhà khoa học thì điều này là chưa đủ. Một nhà khoa học sẽ có ý tưởng ‘dự đoán’ cách vận động của thế giới (điều này được gọi là giả thuyết – hypothesis) và sau đó tìm cách thử nghiệm ý tưởng đó trong thế giới thực. Nếu một giả thuyết dự đoán chính xác một thứ gì đó sẽ hoạt động như thế nào hoặc giải thích được tất cả những sự kiện hoặc bằng chứng chúng ta tìm thấy, thì chúng ta gọi nó là ‘lý thuyết’ (Theory). Để một ý tưởng (hoặc giả thuyết) trở thành một lý thuyết, các nhà khoa học cần tiến hành một loạt các bước chặt chẽ để khám phá cách vận động của thế giới, chúng ta gọi nó là ‘phương pháp khoa học’ (Scientific method). Nói chung, các khoa học đều dựa trên ‘Chủ nghĩa thực chứng logic’ (Logical Positivism), tức là phải từ các quan sát để phát triển lý thuyết. Khoa học phản ánh những gì có thể quan sát được (tôi biết nó khi tôi thấy nó), những gì không quan sát được là phi khoa học và vô nghĩa.
Riêng lĩnh vực “Toán học”, mặc dù nó đã tự phân loại chính xác như một khoa học, nhưng vẫn là vấn đề gây nhiều tranh cãi dưới phương diện thực chứng logic. Một số nhà triết học xem toán học như một khoa học, và nó không cần thiết phải liên quan đến thực chứng, xem những bằng chứng toán học là tương đương với với thực nghiệm thực chứng. Những người khác thì không xem toán học như một khoa học bởi vì nó không đòi hỏi một thực nghiệm cho một lí thuyết hoặc giả thuyết nào của nó. Các định lí và công thức toán học là thu được bằng các dẫn xuất logic chứa đựng hệ thống tiên đề giả định (tiên nghiệm), chứ không phải là sự kết hợp giữa các quan sát thực nghiệm và lập luận logic để được gọi là phương pháp khoa học (Scientific method). Để dung hòa các quan điểm ấy thì chúng ta thừa nhận “khoa học tự nhiên” (Natural science) và “khoa học xã hội” (Social science) là dạng “khoa học thực nghiệm” (Empirical science), còn “toán học” là dạng “khoa học hình thức” (Formal science) [1]. Vì vậy, toán học là rất cần thiết cho các ngành khoa học, chức năng quan trọng của nó trong khoa học khác là đóng vai trò biểu diễn các mô hình khoa học (Scientific model). Các lĩnh vực của toán học hầu như chi phối đến các khoa học khác, ví dụ như phương pháp thống kê của toán học giúp cho việc tổng hợp và phân tích dữ liệu để đánh giá mức độ tin cậy và phạm vi biến thiên trong các kết quả thí nghiệm trong các ngành khoa học tự nhiên và khoa học xã hội.
Điều thú vị nhất của khoa học là nó không bao giờ kết thúc. Mỗi khám phá đều dẫn đến nhiều câu hỏi hơn, những bí ẩn mới, đến những thứ khác cần giải thích. Đó là lý do tại sao ‘chúng ta càng biết nhiều, chúng ta càng biết rằng chúng ta không biết gì cả‘. Ví dụ, chúng ta khám phá ra khối lượng của electron xấp xỉ bằng 9.1×10-31Kg, nhưng chúng ta dẫn đến một câu hỏi khác, ví dụ, cái gì tạo ra khối lượng? Nói chung, khoa học giống như một điều bí ẩn mà bất kỳ ai quan tâm đều trở thành những thám tử và tham gia vào cuộc vui không có hồi kết.
Ngay cả trong một tổng thể kiến thức hiện có về thế giới mà khoa học đã tích lũy được, cũng không có gì được ‘chứng minh’ (proven). Mặc dù chúng ta có thể có rất nhiều dữ liệu để hỗ trợ lý thuyết rằng lực hấp dẫn thực sự tồn tại, nhưng chúng ta vẫn không ngừng tinh chỉnh và đáng giá lại dữ liệu. Ví dụ như sự dịch chuyển của “Cơ học Newtonian” (Newtonian mechanics) sang “Thuyết tương đối tổng quát” (General Relativity) được đặt nền móng bởi Albert Einstein (1879-1955) vào năm 1915. Các bằng chứng quan sát và thực nghiệm có thể hỗ trợ cho lý thuyết chứ không thể chứng minh được điều đó. Trong nhiều trường hợp, chúng ta có thể tìm thấy những bằng chứng ngược lại. Do vậy, chúng ta thường ‘chấp nhận tạm thời’ một lý thuyết là đúng. Do vậy, khoa học liên tục thu thập bằng chứng bổ sung liên quan đến các lý thuyết đã biết…
Sự trải nghiệm của chúng ta trong thế giới sẽ luôn có những câu hỏi cần giải đáp, chẳng hạn như ‘điều gì xảy ra sau khi chúng ta chết?, nguyên nhân gì khiến chúng ta mơ?’ Chính sự tò mò bẩm sinh của loài người và nỗ lực muốn biết ‘tại sao’, đã thúc đẩy khám phá khoa học tiến lên phía trước, nhưng không phải đến từ sự thiếu cố gắng.
2. Điều gì thúc đẩy sự tiến bộ của khoa học?
Mọi thứ bắt đầu bằng câu hỏi: Điều gì thúc đẩy sự tiến bộ của khoa học?
Những quan điểm truyền thống cho rằng ‘khoa học là sự tiến bộ ổn định của việc tích lũy những kiến thức mới dựa trên các phương pháp nhất định của thực nghiệm có hệ thống’. Cụ thể hơn, quan điểm của chúng ta về khoa học bị chi phối bởi những ý tưởng triết học về cách nó phải phát triển (tức là “phương pháp khoa học”). Nhưng quan điểm này đã trở nên sai lầm khi nó không giải thích được sự tiến bộ vượt bậc của khoa học trong quá khứ.
Nhưng một ‘chu trình tiến bộ khoa học’ ra đời năm 1962 bởi Thomas Kuhn trong tác phẩm “The Structure of Scientific Revolutions” (tạm dịch: Cấu trúc của cách mạng khoa học) đã thay đổi cách nhìn của chúng ta về sự tiến bộ khoa học. Trong cuốn sách, Kuhn đã thách thức những quan niệm hiện tại về sự tiến bộ của khoa học, thay vào đó, Kuhn cho rằng khoa học phát triển vượt bậc bởi những bùng nổ mang tính cách mạng về tri thức mới, mỗi cuộc cách mạng được kích hoạt bằng cách giới thiệu những cách tư duy mới, được gọi là ‘hệ hình’ (paradigm). Kuhn đã định nghĩa một hệ hình là một thành tựu khoa học được công nhận trên toàn cầu, cung cấp các giải pháp và vấn đề mô hình cho cộng đồng các nhà nghiên cứu thuộc lĩnh vực đó. Ví dụ sự chuyển đổi đổi hệ hình nghiên cứu vũ trụ từ là “Thuyết địa tâm” (geocentric) ở Thế kỉ 4 TCN được Aristotle (384-322 TCN) ủng hộ sang “Thuyết nhật tâm của Copernican”. Hoặc, sự chuyển đổi về ‘Thuyết hành vi’ sang ‘Thuyết nhận thức, Thuyết kiến tạo, Thuyết nhân văn’ khi giải thích bản chất về học tập của con người. Đó là hai trong vô số sự tiến bộ của khoa học mà nguồn gốc từ sự thay đổi về ‘hệ hình’. Tóm lại, hệ hình là một mô hình hiểu biết toàn diện cung cấp cho các thành viên của lĩnh vực đó các quan điểm và quy tắc về cách nhìn nhận các vấn đề và cách giải quyết chúng.
Trong cuốn sách của mình, Kuhn giới thiệu một chu trình chuyển đổi hệ hình của khoa học, được gọi là Chu trình Kuhn (Kuhn Cycle).
Hình 1. Chu trình Kuhn
Chu trình của Kuhn hoạt động như thế nào?
– Tất cả các lĩnh vực khoa học mới đều bắt đầu trong ‘Tiền khoa học’ (Pre-Science), nơi mà những mầm mống với những vấn đề chưa có khả năng giải quyết hoặc chưa tạo ra bước tiến lớn hơn.
– Những nỗ lực cung cấp một mô hình để hiểu biết vấn đề cuối cùng có thể đạt được tiến bộ lớn đối với các vấn đề trung tâm (central problems). Nó đưa một lĩnh vực này trở thành một ‘khoa học thông thường’ (Normal Science). Trong giai đoạn này, một cộng đồng các nhà nghiên cứu có chung một khuôn khổ trí tuệ – được gọi là hệ hình. Họ tham gia vào việc giải thích các câu đó bởi sự ‘dị thường, bất thường’ (anomalies) được tiết lộ từ các hệ hình dự đoán và các thông tin quan sát – thực nghiệm. Hầu hết thời gian, các dị thường được giải quyết bằng các thay đổi gia tăng (incremental changes) đối với hệ hình, hoặc bằng cách phát hiện ra lỗi quan sát hoặc thử nghiệm.
– Vấn đề là trong thời gian dài hơn, những dị thường chưa được giải quyết sẽ tích tụ và cuối cùng đi đến mức một số nhà khoa học bắt đầu đặt câu hỏi về chính hệ hình đó. Có những câu hỏi mới xuất hiện mà hệ hình hiểu biết hiện tại không thể trả lời. Khi có nhiều điểm bất thường (dị thường) này, mô hình hiện tại càng yếu đi, và đó là bước ‘Trôi dạt mô hình’ (Model Drift).
– Nếu có đủ điểm bất thường không thể giải quyết xuất hiện, thì bước ‘Khủng hoảng mô hình’ (Model Crisis) xuất hiện. Đó là một cuộc khủng hoảng bởi vì các quyết định không còn có thể được đưa ra một cách lý trí. Phỏng đoán và trực giác phải được sử dụng để thay thế. Những điều này có xu hướng thất bại. Ngành khoa học bước vào một giai đoạn khủng hoảng, theo cách nói của Kuhn, “đó là sự sẵn sàng thử bất cứ điều gì, sự bày tỏ sự bất mãn rõ ràng, sự cầu viện đến triết học và tranh luận về các nguyên tắc cơ bản”
– Cuối cùng, cuộc khủng hoảng được giải quyết bằng một sự thay đổi mang tính cách mạng trong thế giới quan, trong đó hệ hình hiện tại được thay thế bằng một hệ hình mới hơn, được gọi là giai đoạn ‘Cách mạng mô hình’ (Model Revolution). Hệ hình mới hoàn toàn khác với hệ hình cũ, vì vậy hai hệ hình khác nhau là không tương xứng. Mỗi người sử dụng các quy tắc riêng của mình để đánh giá người kia. Vì vậy, các tín đồ trong mỗi hệ hình không thể giao tiếp tốt. Điều này gây ra kháng thay đổi hệ hình.
– Khi một hệ hình mới được một vài người ủng hộ có ảnh hưởng chấp nhận, bước ‘Thay đổi mô hình’ (Paradigm Change) sẽ bắt đầu. Việc chuyển đổi từ hệ hình cũ sang hệ hình mới bằng sự cải thiện hệ hình mới. Cuối cùng, hệ hình cũ được thay thế bằng hệ hình mới và trở thành một ‘Khoa học thông thường’ mới của lĩnh vực này. Điều cuối cùng mà các nhà khoa học bình thường tìm cách làm là bác bỏ các lý thuyết được đưa vào hệ hình của họ!
Quan điểm của Kuhn về sự tiến bộ khoa học đã kích hoạt sự phát triển của rất nhiều ngành khoa học mới (đặc biệt trong khoa học xã hội), chẳng hạn như: Chính trị học (Political Science), Kinh tế học (Economics), Xã hội học (Sociology), Tâm lí học (Psychology), Sinh học (Biology)…
Thay cho lời kết, nhiền người có thể đã nói vui rằng (bạn là đam mê khoa học?), nếu bạn đang lập một danh sách những cuốn sách cần đọc trước khi chết, thì tác phẩm của Kuhn là một.
Tài liệu tham khảo
- Bunge, Mario Augusto (1998). Philosophy of Science: From Problem to Theory. Transaction Publishers. p. 24. ISBN 0-7658-0413-1.
- Kuhn, T. S. (2012). The structure of scientific revolutions. University of Chicago press.
