Thế nào là một lí thuyết khoa học?

Karl Popper (1902-1994)
Karl Popper (1902-1994)

Thế nào là một lí thuyết khoa học?

Lí thuyết vạn vật hấp dẫn của Newton, lí thuyết tiến hóa của Darwin, lí thuyết tương đối rộng của Einstein là bấy nhiêu ví dụ về những thành tựu lỗi lạc của điều tra khoa học. Không nghi ngờ gì, một trong những nhiệm vụ chính của các nhà khoa học là sản xuất những lí thuyết, được quan niệm như những hệ thống giải thích thế giới bao quanh ta. Nhưng chính xác thế nào là một “lí thuyết”?

Một mặt, dường như đó là hình dạng của nhận thức khoa học sau một 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 học; một khi được 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 luận chặt chẽ. Mặt khác, ý niệm lí thuyết mang trong bản thân nó một giá trị giả định và tư biện cao: ví dụ, lí thuyết big bang, hay lí thuyết dây, còn xa mới được xác thực và có thể được những lí thuyết khác thế chỗ. Như vậy, ý niệm lí thuyết 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 bản chất, điều bao giờ cũng có thể bị đặt thành vấn đề. Khía cạnh không chắc chắn và tạm thời này của lí thuyết, như nhà triết học Karl Popper đã chỉ ra, cũng làm nên chính giá trị của nó. Thật vậy, Popper nhìn thấy trong tính chất 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 về mặt khoa học, vì không tầm thường.

Lí thuyết khoa học chống lí thuyết siêu hình

Đó không phải là khó khăn duy nhất mà việc xem xét trên bình diện triết học ý niệm lí thuyết phải đối mặt. Để hiểu rõ nguồn gốc những vấn đề khác nhau mà việc xem xét này gặp phải, hãy bắt đầu bằng việc nhấn mạnh điều sau: triết học về các khoa học, một công cuộc nhằm làm rõ bản chất và những cơ sở của nhận thức khoa học, có tham vọng ban đầu là xác lập sự phân biệt rõ ràng giữa khoa học và những kiểu diễn ngôn khác về thế giới, như siêu hình học, tôn giáo, hay những khoa học giả như thuật chiêm tinh, vốn cũng sản xuất những “lí thuyết”. Như vậy những triết gia về các khoa học thường tự đặt nhiệm vụ xác định một “tiêu chí phân biệt” giữa những gì là khoa học và không khoa học. Nếu các ý kiến có thể khác nhau về bản chất của tiêu chí này và nơi đặt đường ranh giới thì tất cả mọi ý kiến đều đồng ý rằng các ý tưởng về tính duy lí và phương pháp khoa học 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 trọng cho các lí thuyết.

Thomas Carlyle (1795-1881)
Thomas Carlyle (1795-1881)

Một trong những hệ quả này là, trái với diễn ngôn của các nhà siêu hình học hay thần học, các lí thuyết khoa học phải nói cho chúng ta về 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 luật theo kinh nghiệm chung (ví dụ khẳng định rằng bao giờ sau ánh chớp cũng có tiếng sấm) hơn là diễn ngôn của những hệ thống siêu hình lớn vốn quy chiếu về những điều không thuộc về lĩnh vực của kinh nghiệm trực quan (như các “entéléchies”[1], “hư vô” hay “Chúa”).

Một lí thuyết không chỉ đơn giản là một sự trình bày các quan sát

Henri Poincaré (1854-1912)
Henri Poincaré (1854-1912)

Tuy nhiên, và ở đây ta đối mặt với một căng thẳng mới ngay trong ý niệm lí thuyết, những lí thuyết khoa học khác với kiến thức thông thường mà mỗi người có được qua kinh nghiệm hằng ngày, và khác trên nhiều 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 viết, người ta làm khoa học với những sự kiện như làm nhà với những tảng đá; nhưng nếu một số đá chất đống không làm nên một cái nhà thì việc tích lũy các sự kiện cũng không làm nên một khoa học. Một diễn ngôn kể một số sự kiện không phải là một lí thuyết nếu nó không thể hiện những giả thiết cho phép làm những 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 một điều thật tuyệt vời, và là một sự thật mà tôi sẵn sàng đánh đổi lấy tất cả lí thuyết trên đời”. […] Đó là ngôn ngữ của sử gia. Còn nhà vật lí học sẽ nói: “Jean sans Terre đã đến đây; tôi chả mấy quan tâm vì ông ấy sẽ không đến nữa”[2]. Gợi ý rằng khoa học 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 việc của một lí thuyết gia là một công việc khái quát hóa. Điều này có nghĩa rằng, 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 khứ để có những phát biểu tổng quát mà người ta gọi là “qui luật” hay “giả thiết”. Hành động lí thuyết này, dưới dạng điều được các nhà logic học gọi là sự “quy nạp”, có một phần rủi ro: phát biểu 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 cược rằng những sự kiện biệt lập là những trường hợp đặc biệt của những định luật tổng quát hơn.

Một lí thuyết là một mô tả có tính biểu tượng

Pierre Duhem (1861-1916)
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 nữa, diễn ngôn bình thường cũng vượt qua sự quan sát đơn giản những sự kiện biệt lập và phát biểu những qui luật chung cho phép làm những tiên đoán. “Tiếng sấm bao giờ cũng đi sau ánh chớp”, “mọi người rồi sẽ chết” là những biểu hiện của những đều đặn vượt qua kinh nghiệm của quá khứ bằng cách đặt cược là trong tương lai sự 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 thế? 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 biết rằng lực bằng với tích của khối lượng và gia tốc. Chắc chắn đây không phải là một khái quát hóa đơn giản được qui nạp từ thực nghiệm: định luật này vận dụng những khái niệm (lực, khối lượng, gia tốc) cũng như hình thức hóa toán học, tất cả những điều không đơn giản quy về kinh nghiệm. Do đó, dường như việc phát biểu những định luật như thế là kết quả của một hành động lí thuyết thứ hai, sau hành động quy nạp được mô tả ở trên. Như nhà triết học Pierre Duhem đã chỉ ra, bước chuyển sang lí thuyết là bước 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 dụ, ý nghĩa của khái niệm lực không thể được đơn giản xác lập bằng cách quy chiếu về những vật quan sát được. 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 đến 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 chớp 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 tiếng sấm) phải cầu viện đến những quá trình điện và nhiệt nằm sau hiện tượng 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 thể quan sát quy lại há chẳng là nói những lời hão huyền và làm như thể giải thích bằng cách khẳng định những điều không thể kiểm tra được? Điều gì khiến ý niệm lực tĩnh điện học thành một ý niệm có giá trị giải thích hơn ý niệm entéléchie, hay để lấy lại lời của Molière trong vở Bệnh nhân giả tưởng, ý niệm “phẩm tính gây ngủ của thuốc phiện”. Dường như ý niệm lí thuyết buộc chúng ta đối mặt với một nan đề thật sự, mà nhà triết học Carl Hempel gọi bằng “thế lưỡng nan của nhà lí thuyết” với hai lựa chọn sau: a) hoặc các khái niệm lí thuyết của chúng ta, cuối cùng, quy chiếu về thế giới thường nghiệm; nhưng trong trường hợp này chúng không đưa đến một giải thích nào cả và khoa học chỉ là một danh mục (tất nhiên là khá tinh vi) những sự kiện quan sát; b) hoặc các khái niệm lí thuyết của chúng ta quy chiếu 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 thế nào để kiểm tra các giả thiết? Sự căng thẳng giữa, một mặt, sức mạnh tiên đoán và, mặt khác, sự neo buộc vào thường nghiệm cấu thành chính ngay ý niệm lí thuyết, và đặt ra nhiều vấn đề.

Thuyết duy thực và thuyết công cụ

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 trọng nhất của suy tưởng cổ điển về các lí thuyết khoa học, cuộc tranh luận giữa thuyết duy thực và thuyết công cụ. 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 thuyết lượng tử nói đến spin của một electron thì nó tiền giả định rằng các electron tồn tại và spin là một đặc tính có thật. Công cụ luận, ngược lại, giới hạn chức năng của các lí thuyết vào chức năng công cụ cho phép tiên đoán, nhưng không khẳng 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 biểu tượng các hiện tượng nhưng không cung cấp bất kì giải thích nào. Điều đó có nghĩa rằng các lí thuyết sử dụng những kí hiệu để phân loại, sắp xếp và khái quát hóa, nhưng các kí hiệu này không quy chiếu về những quá trình hay thực 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 những thể thức mà, nếu ta tuân thủ một số quy tắc, cho phép ta suy ra những 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 dịch chuyển theo những định luật của logic, và gắn liền với thế giới thường nghiệm bằng những quy tắc biểu tượng không giống với những quy tắc của ngôn ngữ bình thường.

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 học như những hệ thống suy luận trừu tượng. Trào lưu này, ra đời ở Đức và Áo trong những năm 1920, sau đó đã thống trị triết học về các khoa học trong các nước anglo-saxon trong những năm 1960. Các nhà thực chứng logic có tham vọng ban đầu xác lập những cơ sở vững chắc cho khoa học và cho rằng, còn hơn các nhà thực chứng trong quá khứ, công việc này trước tiên phải loại bỏ khỏi diễn ngôn triết học mọi tàn dư siêu hình học. Khác với Duhem, tác giả nhìn thấy trong siêu hình học một diễn ngôn chính đáng, tuy là không thực nghiệm và do đó không khoa học, các nhà thực chứng logic thiết lập một sự tương đương giữa ý nghĩa và tính kiểm tra thực nghiệm. Điều này có nghĩa rằng một phát biểu 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 học mà ta đã thấy là dường như chứng vượt ra ngoài những giới hạn của điều quan sát được.

Rudolf Carnap (1891-1970)
Rudolf Carnap (1891-1970)

Chính nhằm mục đích này mà các nhà thực chứng logic, đặc biệt là nhà triết học và logic học Rudolp Carnap, đề xuất việc tiên đề hóa các lí thuyết khoa học theo mô hình của các lí thuyết toán học. Trong toán học, tiên đề hóa là một phương pháp trình bày có hệ 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 học 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 một cách có hệ thống nhất có thể. Do là những khoa học thực nghiệm, bộ xương này sau đó phải được nối liền với những hiện tượng của thế giới bằng những nguyên tắc nghiêm ngặt mà Carnap gọi là những “quy tắc tương ứng”. Bản chất và cương vị của các quy tắc này đã được nhiều cuộc tranh luận khó khăn đào xới trong nhiều thập kỉ; các cuộc tranh luận này đều liên quan đến 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 được neo vào thực nghiệm. Tính kĩ thuật của dự án này có thể gây ngạc nhiên vì nó có vẻ khá xa với điều khoa học thật sự là gì. Nhưng chớ quên rằng đó là kết quả của tham vọng ban đầu nhằm chứng thực một cơ sở thực nghiệm cho những lí thuyết để đảm bảo tính khoa học của các lí thuyết ấy.

Những cách trình bày cơ học cổ điển: chỉ có một lí thuyết duy nhất?

Newton (1643-1727)
Newton (1643-1727)

Trong thực tiễn, các lí thuyết còn xa mới hiện ra dưới một dạng lí tưởng đến thế. Ngay cả cơ học cổ điển, vốn là một ví dụ chuẩn mực về lí thuyết khoa học và dường như rất thích hợp cho một 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 những cách trình bày khác được gọi là “phân tích” (chia thành cách của Lagrange và cách của Hamilton để quy chiếu về những phát triển toán học do hai tác giả này đưa vào trong thế kỉ XVIII và XIX). Các cách trình bày này khác nhau ở những khái niệm và nguyên lí cơ bản (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.

Lagrange (1736-1813)
Lagrange (1736-1813)

Tuy nhiên người ta cho rằng các cách trình bày này là những biến thể của cùng một lí thuyết duy nhất, vì có thể chỉ ra sự tương đương về mặt toán học giữa các nguyên lí của những biến thể này. Nếu, như các nhà thực chứng logic, ta cho rằng nội dung của một lí thuyết là toàn bộ những hệ quả mà ta có thể suy ra một cách logic từ những nguyên lí thì những khác biệt trong trình bày là không đáng kể, và chính công việc tiên đề hóa là để làm nổi bật cấu trúc logic bên dưới của các cách trình bày khác nhau này. Việc các cách trình bày vận dụng những khái niệm khác nhau và dường như gợi ý những sự vật khác nhau về thế giới chỉ là hiệu ứng của ngôn ngữ được sử dụng; nếu ta nhớ rằng những khái niệm lí thuyết chỉ là những kí hiệu trừu tượng cho phép suy ra những phát biểu thực nghiệm thì khái niệm lực hay khái niệm năng lượng là khái niệm hàng đầu không phải là điều quan trọng. Trong cách nhìn này, nếu những hệ quả thực nghiệm là giống nhau thì chúng có cùng một lí thuyết.

Hamilton (1805-1865)
Hamilton (1805-1865)

Hướng đến một cách tiếp cận nhận thức vể hoạt động lí thuyết

Tuy nhiên quan niệm trừu tượng này không thể hiện rõ thế nào là một “lí thuyết”. Dù chấp nhận quan điểm duy thực luận hay công cụ luận thì ta cũng dễ dàng thừa nhận rằng chức năng chủ yếu của một lí thuyết là tiên đoán và giải thích các hiện tượng (nếu không gán cho ý niệm giải thích một nghĩa siêu hình). Ta cũng thừa nhận rằng chính bằng cách cung cấp một biểu trưng các hiện tượng mà lí thuyết đảm nhận chức năng tiên đoán và giải thích. Thế thì thế nào là một biểu trưng? Đó là một tập những “dấu ấn” có thứ tự theo một số quy tắc, chuyển tải một nội dung nhất định về sự vật được biểu trưng: một hình ảnh, một sơ đồ, một biểu đồ, một mô tả ngôn ngữ là những biểu trưng thuộc những kiểu khác nhau cho phép chuyển tải những loại thông tin khác nhau về đối tượng của những biểu trưng này. Để truy cập vào những thông tin hàm chứa trong một biểu trưng, chủ thể phải nắm vững điều mà triết gia Nelson Goodman gọi là “hệ thống biểu tượng” của biểu trưng này[5] và đọc nó theo những quy tắc của biểu trưng ấy. Ví dụ, để đọc một đồ thị biểu trưng diễn tiến của nhiệt độ Paris trên một năm thì phải nắm vững những quy tắc xây dựng các đồ thị. Những biểu trưng khác nhau có thể chứa đựng cùng một số thông tin giống nhau tuy được trình bày dưới những dạng khác nhau, ít nhiều dễ đọc cho con người. Ví dụ, một đồ thị về nhiệt độ cho phép tức thì rút ra những thông tin về diễn tiến hằng năm của nhiệt độ (ví dụ mùa đông lạnh hơn mùa hè) trong lúc phải mất nhiều thời gian và nỗ lực hơn để rút ra thông tin này từ một danh sách tương đương với những dữ liệu bằng con số.

Marion Vorms

Phó giáo sư đại học Paris I Panthéon-Sorbonne

Nguyễn Đôn Phước dịch

Nguồn: Histoire et philosophie des sciences, Éditions Sciences Humaines, 2013

——–

[1] Trạng thái hoàn hảo, viên mãn (ND).

[2] H. Poincaré, La science et l’hypothèse (1902), Flammarion, “Champs”, 2009, ch.9, p.158.

[3] Xem thêm sự so sánh của Pierre Duhem giữa phương pháp thực nghiệm của nhà sinh lí học, được đại diện bởi Claude Bernard, người tìm cách xác lập các sự kiện một cách chính xác và, trong chừng mực có thể, để lí thuyết “ở ngoài cửa” với công việc lí thuyết của nhà vật lí (La théorie physique, II, ch. 6, §1).

[4] P. Duhem, La théorie physique, son objet, sa structure, Vrin 2007.

[5] Xem N. Goodman, Langages de l’art. Une approche de la théorie des symboles, Jacquelin Chambon, 1998.

Advertisements

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Đăng xuất / Thay đổi )

Connecting to %s