Vật lý là sự thật tuyệt đối của vũ trụ hay chỉ là những dự đoán có cơ sở?

Khi nói về khoa học, bạn nghĩ đến điều gì? Có phải những thí nghiệm kì thú? Hay những công thức toán học phức tạp? Có phải lý thuyết tuyệt đối bất biến hay đơn thuần là công cụ dự đoán tự nhiên? Khi tiếp cận khoa học, ta không thể tránh khỏi những quan điểm trái chiều về bản chất thực sự của nó. Nhiều người tin rằng khoa học là những chân lý tuyệt đối, là những khẳng định không thể chối cãi và chỉ có sự thật tuyệt đối mới xứng đáng gọi là khoa học. Điều này có thể không phản ánh đúng được bản chất của khoa học, mục tiêu của khoa học hiện đại đã không còn là đạt đến chân lý, vốn là thứ mà các triết gia xa xưa quan tâm khi nói đến lĩnh vực này. Góc nhìn trên còn được gọi là Chủ nghĩa Hiện thực Khoa học (Scientific realism) — Cho rằng khoa học chỉ có giá trị khi nó chính xác.

Điều này không nhất thiết sai (triết học không có sai hay đúng) nhưng theo tôi, nó không còn là một quan điểm phù hợp trong bối cảnh khoa học hiện đại. Bài viết này lấy Vật lý học làm trọng tâm, ta sẽ tìm hiểu về một quan điểm thay thế — Instrumentalism (không tìm được thuật ngữ tiếng Việt tương đương), nơi mà giá trị của khoa học không nằm ở tính đúng đắn mà nằm ở khả năng dự đoán mà nó mang lại.

Giả thiết là trái tim và lập luận là bộ não của khoa học. Lập luận sao cho logic, chặt chẽ chính là mục tiêu tuyên quyết. Một lý thuyết khoa học không thể là lời nói suông, không thể chỉ nhìn mà kết luận. Để thuyết phục một cộng đồng khoa học lớn trên toàn thế giới, điều quan trọng nhất là một lập luận logic và chặt chẽ. Ta không có thời gian để tranh luận với tất cả mọi người và do đó, một lập luận không thể chối cãi là vô cùng cần thiết.

Lập luận là một phương pháp lý luận vô cùng quan trọng, nó là suy luận một cách chặt chẽ dựa vào các nguyên lý cơ bản của logic, từ nguyên nhân đến kết quả, từ giả thiết đến kết luận. Trái với trực giác, thứ mà ta rất khó để giải thích và thuyết phục, bất kì điều gì mà suy ra được từ lập luận thì có thể làm cho người khác cũng tin vào nó. Do đó, logic chính là phương pháp chứng minh mạnh mẽ nhất mà chúng ta có, nếu ta chứng minh được một điều bằng logic thì nếu các tiên đề (những điều mà người viết tin vào) được chấp nhận, điều đó sẽ trở nên không thể chối cãi.

Euclid là người sáng tạo ra phương pháp tiên đề thông qua tác phẩm toán học Cơ sở của mình, thứ mà sẽ tiếp tục được sử dụng cho tới ngày hôm nay như một phương pháp suy luận mạnh mẽ. Sử dụng một hệ tiên đề, ông đã khai sinh ra thứ mà sau này ta gọi là hình học Euclid hay hình học phẳng. Sau đây là ví dụ về một hệ tiên đề:

(Tiên đề 5 đặc biệt hơn các tiên đề khác. Nó không hiển nhiên nhưng lại không thể chứng minh được bằng 4 tiên đề còn lại)

Các tiên đề là phần quan trọng nhất của lập luận, đóng vai trò như giả thiết trong mối quan hệ kéo theo. Từ đây, Euclid đã, một cách logic xây dựng tất cả mọi thứ mà ta đã học về hình học phẳng, từ định lý Pythagore đến sự tồn tại của hình vuông, mọi thứ đều được suy ra theo một cách logic, tuyệt đối.

Điểm đặc biệt nhất của các tiên đề đó là chúng không thể được chứng minh, đó là bởi vì một lập luận chỉ hợp lý khi nó là một quan hệ kéo theo, tức từ các giả thiết suy ra kết luận. Không có tiên đề thì không có giả thiết và ta không thể chứng minh từ hư không. Điều quan trọng cần nhớ đó chính là các tiên đề không phải là chân lý tuyệt đối mà là các giả định mang tính nền tảng. Chúng có thể không đúng với thực nghiệm hoặc bị thay bằng một tiên đề khác sao cho hệ tiên đề giữ được tính nhất quán (tức là không có mâu thuẫn), khi đó thì mọi thứ dựa trên nó cần được thay đổi phù hợp với giả định mới. Minh chứng điển hình nhất chính là sự ra đời của hình học phi Euclid, vốn chỉ thay tiên đề 5 Euclid bằng một tiên đề khác.

Ta đã nghe về các lý thuyết trụ cột của vật lý học như thuyết cơ học Newton, thuyết tương đối hay thuyết lượng tử, nhưng đã bao giờ bạn tự hỏi rằng lý thuyết là thế nào chưa? Một lý thuyết vật lý chính là kết quả của một quá trình suy luận logic về một hoặc nhiều hiện tượng tự nhiên, như thuyết cơ học Newton miêu tả cách mà vật chất chuyển động dưới tác dụng của lực hay thuyết lượng tử là kết quả của việc xem vật chất như sóng (đơn giản hoá). Một điểm quan trọng cần nêu rõ đó chính là các lý thuyết vật lý đều dựa vào những khẳng định được công nhận, hay nói cách khác là các tiên đề. Trong cơ học Newton ta có ba định luật: Định luật quán tính, F = ma, định luật phản lực; hay thuyết tương đối có hai tiên đề quan trọng là: Sự tương đối trong các hệ quy chiếu và sự hằng của vận tốc ánh sáng đo được. Điều này có nghĩa là những khẳng định này là không thể chứng minh, ta buộc phải tin rằng vật không gia tốc nếu không có lực, rằng một vật tác dụng lực thì nhận một phản lực. Do đó, ta phải hiểu rằng chúng không phải là chân lý, không phải là sự thật không thể chối cãi. Lịch sử đã cho ta thấy giới hạn của các lý thuyết: Cơ học Newton không phải là mô tả chuyển động hoàn hảo, nó không giải thích được sự dịch chuyển điểm cận nhật của Sao Kim cũng như sự sai sót về thời gian trên GPS, thứ mà thuyết tương đối làm tốt hơn rất nhiều. Sự thật đã quá rõ ràng: Ta không thể chứng minh các tiên đề là đúng nhưng ta có thể chứng minh chúng là sai khi bằng chứng thực nghiệm được đưa ra.

Cách để không bị ám ảnh với điều này đó là thay đổi mindset, cách mà ta nhìn nhận vật lý và khoa học nói chung. Thay vì xem vật lý học như là những chân lý, cách mà vũ trụ THỰC SỰ vận hành, ta nên xem nó như là kết quả của nỗ lực mô hình hóa những quan sát của chúng ta về vũ trụ bằng toán học. Vậy việc nó không phải chân lý có ảnh hưởng gì hay không? Câu trả lời là Không, mục đích của khoa học không nhất thiết phải là đạt đến chân lý tuyệt đối, nó có thể là đưa ra được những dự đoán chính xác và ứng dụng vào công nghệ. Những phát minh mà ta có, từ điện thoại, vi tính, Internet, v.v đều dựa trên những lý thuyết không hoàn hảo của hiện thực. Ta không cần biết sự thật của vũ trụ để áp dụng nó cho đời sống.

Nếu lý thuyết khoa học không phải là chân lý tuyệt đối thì giá trị của chúng nằm ở đâu? Quan điểm của Instrumentalism là dùng độ hữu ích của một ý tưởng làm thước đo cho giá trị của nó, thay vì hỏi rằng “lý thuyết này có đúng với thực tế không?”, các Instrumentalist chỉ quan tâm đến “lý thuyết này có đưa ra dự đoán chính xác hay không?”. Theo đó, một Lý thuyết khoa học không cần phải tiết lộ một sự thật đúng sai về thế giới mà chỉ cần đưa ra các dự đoán hữu ích và thiết thực. Các lý thuyết khoa học giờ đây không phải là các quy tắc mà vũ trụ tuân theo mà chỉ đơn thuần là một công cụ, một mô hình giúp loài người có thể dự đoán những hiện tượng với một độ chính xác đủ lớn.

Việc xem vật lý học như một mô hình thay vì cố gắng gán nó với tự nhiên còn giúp ta nhìn nhận nó một cách sâu sắc hơn. Các lý thuyết phản trực giác cũng trở nên dễ chịu hơn và ta có thể dễ dàng chấp nhận câu nói kinh điển của vật lý lượng tử “shut up and calculate” (hãy im lặng và tính đi) mà không đặt câu hỏi quá nhiều về nó, làm sao mà vật chất tồn tại trong nhiều trạng thái chồng chất nhưng khi quan sát lại chỉ thấy một trong các trạng thái đó (chồng chất lượng tử và hàm sóng)? Nó đơn giản là đi theo các tiên đề, cách nhìn nhận vật chất như sóng, điều quan trọng nhất chính là vũ trụ không nhất thiết phải vận hành như vậy, suy cho cùng thì 2 + 2 = 4 và 3 + 1 = 4, có nhiều cách để ta đạt đến một kết quả quan sát được, không nhất thiết là lượng tử. Trên thực tế, Cơ học Bohmian, một cách nhìn nhận thay thế không có sự chồng chất vẫn cho ra kết quả tương đương với thuyết lượng tử hiện đại.

Tất nhiên quan điểm quá đỗi “khiêm tốn” và “trái với số đông” của Instrumentalism không thể tránh khỏi những tranh cãi. Nhiều nhà khoa học lo ngại rằng việc xem khoa học như một công cụ đơn thuần sẽ làm mất đi động lực nghiên cứu sâu sắc về vũ trụ. Họ cho rằng khoa học thuần túy — nghiên cứu khoa học vì khoa học mới chính là chìa khóa thúc đẩy sự phát triển. Tuy nhiên, dưới góc độ của Instrumentalism, nó không phải đang cố gắng hạ thấp khoa học thuần túy hay cố gắng biến khoa học thành thực dụng, nó chỉ là lời nhắc về giới hạn hiểu biết của con người, thừa nhận việc chân lý là rất khó đạt tới cũng như giữ cho mình một tư duy mở: sẵn sàng thay đổi các mô hình khi có bằng chứng mới, không bám víu vào những lý thuyết cũ chỉ vì chúng từng "đúng". Lịch sử cũng đã chứng minh rằng sự linh hoạt này cũng góp phần không nhỏ cho sự tiến bộ tiến bộ của khoa học.

Tóm lại, khoa học không phải là bức tranh cuối cùng về vũ trụ, mà là hành trình không ngừng hoàn thiện các mô hình để phản ánh thế giới ngày càng chính xác hơn. Vì vậy, thay vì xem khoa học như ‘chân lý tuyệt đối’, ta nên nhìn nhận nó như công cụ tốt nhất mà con người có để vừa hiểu, vừa cải biến thế giới. Và chính sự khiêm tốn đó mới giúp khoa học tiếp tục tiến lên. Đó chính là quan điểm của Instrumentalism, bạn nghĩ gì về góc nhìn này? Giá trị của khoa học nằm ở ứng dụng hay hiện thực? Hãy đưa ra quan điểm của mình.

Đây là bài viết đầu tay của tôi cũng như đã cố gắng lược giảm mức độ hàn lâm, do đó, bài viết không thể tránh khỏi những sai sót. Mong độc giả thông cảm.