THẾ nào là một lí THUYẾT KHOA học

Không nghi ng ờ gì, một trong những nhiệm vụ chính của các nhà khoa h ọc là sản xuất những lí thuyết, đư ợc quan niệm như những hệ thống giải thích thế giới bao quanh ta.. Trong nghĩa nà

THẾ NÀO LÀ MỘT LÍ THUYẾT KHOA HỌC?

Karl Popper (1902 -1994) Thế nào là một lí thuyết khoa h ọc?

Lí thuyết vạn vật hấp dẫn của Newton, lí thuy ết tiến hóa c ủa Darwin, lí thuyết tương đối rộng của Einstein là b ấy nhiêu ví d ụ về những thành tựu lỗi lạc của điều tra khoa học Không nghi ng ờ gì, một trong những nhiệm

vụ chính của các nhà khoa h ọc là sản xuất những lí thuyết, đư ợc quan niệm như những hệ thống giải thích thế giới bao quanh ta Nhưng chính xác th ế nào là một “lí thuy ết”?

Một mặt, dư ờng như đó là hình d ạng của nhận thức khoa học sau m ột quá trình điều tra sâu rộng; những khoa học lúc khởi đầu không được trình bày dưới dạng có hệ thống như những lí thuyết hoàn chỉnh nhất Trong nghĩa này, lí thuyết là sự hoàn tất cuộc điều tra khoa h ọc; một khi đư ợc xác lập trên cơ sở một sự quan sát tỉ mĩ những hiện tượng, đến lượt nó lí thuyết cho phép ta dự báo các hiện tượng này bằng suy lu ận chặt chẽ Mặt khác, ý niệm lí thuyết mang trong b ản thân nó m ột giá trị giả định và tư bi ện cao:

ví dụ, lí thuy ết big bang, hay lí thuy ết dây, còn xa m ới đư ợc xác thực và có thể được những lí thuyết khác thế chỗ Như v ậy, ý ni ệm lí thuy ết đặt chúng

ta đối mặt với một nghịch lí lạ lùng: lí thuyết vừa là dạng thức hoàn chỉnh

và có hệ thống của nhận thức khoa học vừa là, do b ản chất, điều bao gi ờ cũng có thể bị đặt thành vấn đề Khía cạnh không chắc chắn và tạm thời này của lí thuyết, như nhà tri ết học Karl Popper đã ch ỉ ra, cũng làm nên chính giá tr ị của nó Thật vậy, Popper nhìn th ấy trong tính ch ất phản bác được của một một giả thiết dấu ấn của tính khoa học của giả thiết ấy; theo ông, một giả thiết càng “rủi ro” thì nó càng đáng quan tâm v ề mặt khoa học, vì không tầm thường

Lí thuyết khoa h ọc chống lí thuy ết siêu hình

Đó không phải là khó khăn duy nhất mà việc xem xét trên bình diện triết học ý niệm lí thuy ết phải đối mặt Để hiểu rõ ngu ồn gốc những vấn đề khác nhau mà việc xem xét này g ặp phải, hãy b ắt đầu bằng việc nhấn mạnh điều sau: triết học về các khoa học, một công cu ộc nhằm làm rõ b ản chất và những cơ sở của nhận thức khoa h ọc, có tham vọng ban đ ầu là xác l ập sự phân biệt rõ ràng gi ữa khoa học và những kiểu diễn ngôn khác v ề thế giới, như siêu hình học, tôn giáo, hay những khoa học giả như thuật chiêm tinh, vốn cũng sản xuất những “lí thuy ết” Như vậy những triết gia v ề các khoa học thường tự đặt nhiệm vụ xác định một “tiêu chí phân bi ệt” giữa những

gì là khoa h ọc và không khoa h ọc Nếu các ý kiến có thể khác nhau về bản chất của tiêu chí này và nơi đ ặt đường ranh gi ới thì tất cả mọi ý kiến đều đồng ý rằng các ý tưởng về tính duy lí và phương pháp khoa h ọc đòi hỏi là những khẳng định của các nhà khoa học phải có thể chịu sự thử thách của thực nghiệm Điều này có nhiều hệ quả quan tr ọng cho các lí thuy ết

Thomas Carlyle (1795 -1881)

Một trong những hệ quả này là, trái v ới diễn ngôn của các nhà siêu hình học hay thần học, các lí thuyết khoa học phải nói cho chúng ta v ề thế giới quan sát được, thế giới của kinh nghiệm trực quan Thật vậy, người ta chỉ

có thể đối chiếu với quan sát một phát biểu về những vật thuộc lĩnh vực cái quan sát được, nghĩa là đạt được bằng kinh nghiệm Bởi vậy, theo một nghĩa nào đó, diễn ngôn khoa học gần với diễn ngôn thông thường mô tả những quy lu ật theo kinh nghi ệm chung (ví d ụ khẳng định rằng bao gi ờ sau ánh chớp cũng có ti ếng sấm) hơn là di ễn ngôn của những hệ thống siêu hình lớn vốn quy chiếu về những điều không thu ộc về lĩnh vực của kinh nghiệm trực quan (như các “entéléchies”[ 1 ], “hư vô” hay “Chúa”)

Một lí thuy ết không ch ỉ đơn giản là một sự trình bày các quan sát

Henri Poincaré (1854 -1912)

Tuy nhiên, và ở đây ta đối mặt với một căng thẳng mới ngay trong ý ni ệm

lí thuyết, những lí thuyết khoa học khác v ới kiến thức thông thư ờng mà mỗi ngư ời có đư ợc qua kinh nghi ệm hằng ngày, và khác trên nhi ều quan điểm Trái với việc trình bày đơn giản các quan sát (cho dù chính xác và đầy đủ đến mấy), một lí thuyết không tự giới hạn ở việc mô tả các hiện tượng: nó còn phải cho phép dự báo và giải thích các hiện tượng ấy Như nhà toán học Henri Poincaré đã vi ết, người ta làm khoa h ọc với những sự kiện như làm nhà với những tảng đá; nhưng n ếu một số đá chất đống không làm nên m ột cái nhà thì vi ệc tích lũy các sự kiện cũng không làm nên m ột khoa học Một diễn ngôn k ể một số sự kiện không ph ải là một lí thuy ết nếu

nó không th ể hiện những giả thiết cho phép làm nh ững tiên đoán Poincaré còn nói thêm: “trước hết, một nhà bác học phải dự báo” Carlyle đã viết đâu đó đại khái là “Duy chỉ sự kiện mới quan trọng; Jean sans Terre (John Lackland - ND) đã đến đây, đó là m ột điều thật tuyệt vời, và là m ột sự thật

mà tôi sẵn sàng đánh đ ổi lấy tất cả lí thuyết trên đời” […] Đó là ngôn ng ữ của sử gia Còn nhà v ật lí học sẽ nói: “Jean sans Terre đã đ ến đây; tôi chả mấy quan tâm vì ông ấy sẽ không đến nữa”[ 2 ] Gợi ý rằng khoa h ọc lịch sử không đưa đến những lí thuyết nhưng chỉ thuật lại các sự kiện, trái ngược với khoa học vậy lí[ 3 ], Poincaré nói rằng công vi ệc của một lí thuy ết gia là một công vi ệc khái quát hóa Đi ều này có nghĩa r ằng, trái với việc quan tâm đến những sự kiện biệt lập, nhà lí thuyết tìm cách xác lập những đều đặn và do đó phải đi xa hơn quan sát trong quá kh ứ để có những phát biểu tổng quát mà ngư ời ta g ọi là “qui luật” hay “giả thiết” Hành động lí thuy ết này, dưới dạng điều được các nhà logic học gọi là sự “quy nạp”, có một phần rủi ro: phát bi ểu một định luật tổng quát từ một tập hữu hạn những quan sát là đánh cược rằng những gì đã xảy ra cho đến nay sẽ lại xảy ra

trong tương lai, do đó đánh cư ợc rằng những sự kiện biệt lập là những trường hợp đặc biệt của những định luật tổng quát hơn

Một lí thuy ết là một mô tả có tính bi ểu tư ợng

Pierre Duhem (1861 -1916)

Hơn nữa, các lí thuyết không chỉ là những phát biểu vô cùng tổng quát về thế giới Dù sao đi n ữa, diễn ngôn bình thư ờng cũng vư ợt qua sự quan sát đơn giản những sự kiện biệt lập và phát biểu những qui luật chung cho phép làm những tiên đoán “Ti ếng sấm bao giờ cũng đi sau ánh ch ớp”,

“mọi người rồi sẽ chết” là những biểu hiện của những đều đặn vượt qua kinh nghi ệm của quá khứ bằng cách đ ặt cư ợc là trong tương lai s ự việc tiếp dục diễn ra theo cùng cách ấy Điều gì phân biệt những định luật thật sự lí thuyết với những khẳng định chung chung như th ế? Để trả lời câu hỏi này,

ta xét cơ học Newton mà nguyên lí cơ bản (còn gọi là định luật thứ hai của Newton) cho chúng ta bi ết rằng lực bằng với tích c ủa khối lượng và gia tốc Chắc chắn đây không ph ải là một khái qu át hóa đơn giản đư ợc qui nạp

từ thực nghiệm: định luật này vận dụng những khái ni ệm (lực, khối lư ợng, gia tốc) cũng như hình th ức hóa toán h ọc, tất cả những điều không đơn giản quy về kinh nghiệm Do đó, dư ờng như việc phát bi ểu những định luật như thế là kết quả của một hành động lí thuyết thứ hai, sau hành động quy nạp đư ợc mô tả ở trên Như nhà tri ết học Pierre Duhem đã ch ỉ ra, bư ớc

chuyển sang lí thuy ết là bư ớc chuyển sang việc biểu tượng những hiện tượng thường nghiệm chứ không chỉ đơn giản là việc phát biểu tính đều đặn của các hiện tượng này[ 4 ] Không chỉ liệt kê những đều đặn thường nghiệm, lí thuyết còn tập hợp chúng dưới những công thức tổng quát hơn,

có tính biểu tượng và trừu tượng: ví d ụ, ý nghĩa c ủa khái niệm lực không thể được đơn giản xác l ập bằng cách quy chi ếu về những vật quan sát đư ợc Như vậy, lí thuyết vượt qua kinh nghiệm và có tính giả thiết theo một ý nghĩa khác: lí thuyết quy chiếu về những thực thể và quá trình không quan sát được và do đó cương vị của nó có tính giả thiết

Nan đề của nhà lí thuyết

Như vậy, những công thức biểu tượng và trừu tượng được dùng làm gì? Có thể gợi ý rằng chúng mang đ ến một lời giải thích cho những đều đặn

thường nghiệm mà bản thân các đều đặn này chỉ cho phép tiên đoán hiện tượng Chẳng hạn, nói rằng tiếng sét luôn theo sau ánh ch ớp cho phép tiên đoán tiếng sấm trong một số tình thế, nhưng không có giải thích Để giải thích tiếng sấm (và để giải thích mối liên hệ giữa ánh chớp và ti ếng sấm) phải cầu viện đến những quá trình đi ện và nhi ệt nằm sau hiện tư ợng này Hơn nữa, có một định luật lí thuyết cho phép, trong một số trường hợp, tiên đoán những hiện tượng thường nghiệm mới chưa từng được quan sát Do

đó, nhờ các khái niệm lí thuyết mà các lí thuyết có được sức mạnh giải thích và tính tiên đoán phong phú

Nhưng phải chăng như thế ta đã quay trở về điểm xuất phát, và đang làm điều mà trên đây ta đã tố cáo các nhà siêu học từng làm? Viện đến những thực thể và quá trình không th ể quan sát quy lại há chẳng là nói những lời hão huyền và làm như th ể giải thích b ằng cách khẳng định những điều

không thể kiểm tra được? Điều gì khiến ý niệm lực tĩnh đi ện học thành một

ý niệm có giá tr ị giải thích hơn ý ni ệm entéléchi e, hay để lấy lại lời của

Molière trong v ở Bệnh nhân gi ả tưởng, ý niệm “phẩm tính gây ng ủ của

thuốc phiện” Dư ờng như ý ni ệm lí thuyết buộc chúng ta đ ối mặt với một nan đề thật sự, mà nhà triết học Carl Hempel gọi bằng “thế lưỡng nan của nhà lí thuy ết” với hai lựa chọn sau: a) hoặc các khái ni ệm lí thuy ết của chúng ta, cu ối cùng, quy chi ếu về thế giới thư ờng nghiệm; nhưng trong trường hợp này chúng không đưa đến một giải thích nào cả và khoa học chỉ

là một danh m ục (tất nhiên là khá tinh vi) nh ững sự kiện quan sát; b) hoặc các khái niệm lí thuyết của chúng ta quy chi ếu về những thực thể và quá trình phi thường nghiệm; nhưng như thế làm sao chúng có tham vọng giải thích bất kì điều gì và làm th ế nào để kiểm tra các gi ả thiết? Sự căng thẳng giữa, một mặt, sức mạnh tiên đoán và, m ặt khác, sự neo buộc vào thường nghiệm cấu thành chính ngay ý ni ệm lí thuy ết, và đặt ra nhiều vấn đề Thuyết duy thực và thuy ết công c ụ

Đặc biệt, vấn đề cương vị của những khái niệm và định luật lí thuyết đã dẫn đến một trong những cuộc tranh luận quan tr ọng nhất của suy tưởng cổ điển về các lí thuyết khoa học, cuộc tranh luận giữa thuyết duy thực và thuyết công c ụ Duy thực luận là luận điểm cho rằng các lí thuyết nhắm đến chân lí, và phải được kiến giải như những khẳng định về những thực thể và quá trình thực tế Như vậy, khi lí thuy ết lượng tử nói đến spin của một electron thì nó ti ền giả định rằng các electron t ồn tại và spin là m ột đặc tính có thật Công cụ luận, ngược lại, giới hạn chức năng của các lí thuyết vào chức năng công c ụ cho phép tiên đoán, nhưng không kh ẳng

định, theo nghĩa đen của từ này, gì cả về thế giới Như vậy, đối với Duhem, các lí thuyết là những mô tả có tính bi ểu tượng các hiện tượng nhưng

không cung cấp bất kì giải thích nào Đi ều đó có nghĩa r ằng các lí thuy ết

sử dụng những kí hiệu để phân loại, sắp xếp và khái quát hóa, nhưng các kí hiệu này không quy chi ếu về những quá trình hay th ực thể không quan sát được Các công thức kí hiệu của lí thuyết không đúng và cũng không sai: chúng không phải là những khẳng định Chúng là nh ững thể thức mà, nếu ta

tuân thủ một số quy tắc, cho phép ta suy ra nh ững phát biểu về thế giới thường nghiệm Theo quan niệm này, các lí thuyết là những hệ thống suy luận trừu tượng, trong đó ta d ịch chuyển theo những định luật của logic, và gắn liền với thế giới thường nghiệm bằng những quy t ắc biểu tượng không giống với những quy t ắc của ngôn ngữ bình thư ờng

Lí thuyết thể theo các nhà thực chứng logic

Trào lưu những nhà thực chứng logic đã phát triển xuất sắc quan niệm trên

về lí thuyết khoa h ọc như những hệ thống suy luận trừu tượng Trào lưu này, ra đời ở Đức và Áo trong những năm 1920, sau đó đã th ống trị triết học về các khoa học trong các nước anglo -saxon trong nh ững năm 1960 Các nhà thực chứng logic có tham v ọng ban đầu xác lập những cơ s ở vững chắc cho khoa học và cho rằng, còn hơn các nhà th ực chứng trong quá kh ứ, công việc này trư ớc tiên phải loại bỏ khỏi diễn ngôn triết học mọi tàn dư siêu hình h ọc Khác v ới Duhem, tác gi ả nhìn thấy trong siêu hình h ọc một diễn ngôn chính đáng, tuy là không th ực nghiệm và do đó không khoa h ọc, các nhà th ực chứng logic thiết lập một sự tương đương giữa ý nghĩa và tính kiểm tra thực nghiệm Điều này có nghĩa rằng một phát bi ểu chỉ có ý nghĩa nếu có khả năng kiểm định nó bằng thực nghiệm; theo cách nhìn này,

những phát biểu của siêu hình học là thuần túy và đơn giản không có ý nghĩa: tất cả những gì có thể khẳng định đúng hay sai đều thuộc về khoa học của thực tại Vấn đề còn lại là giải thích bản chất và nội dung các lí thuyết khoa h ọc mà ta đã thấy là dư ờng như chứng vư ợt ra ngoài những giới hạn của điều quan sát đư ợc

Rudolf Carnap (1891 -1970)

Chính nhằm mục đích này mà các nhà th ực chứng logic, đ ặc biệt là nhà triết học và logic h ọc Rudolp Carnap, đ ề xuất việc tiên đề hóa các lí thuy ết khoa học theo mô hình c ủa các lí thuyết toán học Trong toán h ọc, tiên đề hóa là một phương pháp trình bày có h ệ thống các định lí (bắt đầu từ

Euclide), được suy ra một cách chặt chẽ từ những ý niệm đầu tiên, tiên đề

và định đề Dự án của Carnap nhằm mở rộng quan niệm này về các lí

thuyết, lúc đầu giới hạn ở toán học, sang các khoa h ọc thực nghiệm, nghĩa

là các bộ môn nghiên cứu những hiện tượng của thế giới bên ngoài Carnap

đề nghị xem những lí thuyết của các khoa học thực nghiệm như là cấu

thành bởi một bộ xương toán học mà triết gia về các khoa học phải tìm cách làm rõ nội dung và trình bày m ột cách có hệ thống nhất có thể Do là những khoa h ọc thực nghiệm, bộ xương này sau đó ph ải đư ợc nối liền với những hiện tư ợng của thế giới bằng những nguyên t ắc nghiêm ngặt mà Carnap gọi là những “quy tắc tương ứng” Bản chất và cương vị của các quy tắc này đã đư ợc nhiều cuộc tranh luận khó khăn đào x ới trong nhiều thập kỉ; các cuộc tranh luận này đều liên quan đ ến sự căng thẳng, đã nói trên đây, giữa một mặt là một lí thuyết phải còn hơn cả một trình bày các quan sát và, mặt khác, sự cần thiết đảm bảo cho lí thuyết đư ợc neo vào thực nghiệm Tính kĩ thu ật của dự án này có thể gây ngạc nhiên vì nó có v ẻ

khá xa với điều khoa h ọc thật sự là gì Nhưng ch ớ quên rằng đó là kết quả của tham vọng ban đầu nhằm chứng thực một cơ sở thực nghi ệm cho những

lí thuyết để đảm bảo tính khoa h ọc của các lí thuy ết ấy

Những cách trình bày cơ h ọc cổ điển: chỉ có một lí thuy ết duy nh ất?

Newton (1643-1727)

Trong thực tiễn, các lí thuy ết còn xa mới hiện ra dư ới một dạng lí tư ởng đến thế Ngay cả cơ học cổ điển, vốn là một ví dụ chuẩn mực về lí thuyết khoa học và dư ờng như rất thích h ợp cho m ột cách xử lí bằng tiên đề, cũng đặt thành vấn đề: bên cạnh cách trình bày sở đẳng nhất, được gọi là của Newton, còn có nh ững cách trình bày khác đư ợc gọi là “phân tích” (chia thành cách c ủa Lagrange và cách c ủa Hamilton để quy chiếu về những phát triển toán h ọc do hai tác gi ả này đưa vào trong th ế kỉ XVIII và XIX) Các cách trình bày này khác nhau ở những khái ni ệm và nguyên lí cơ b ản (lực đối lại năng lượng, nguyên lí vi phân đối lại nguyên lí hành động tối

thiểu), ở ngôn ngữ toán học (ngôn ngữ vectơ đối lại ngôn ngữ biến phân), cũng như ở những hệ tọa độ được dùng để biểu diễn các vật thể đang

chuyển động