Cách mạng khoa học - sự thay đổi khuôn mẫu (Paradigm)

Đặng Mộng LânKhoa học & Nhân văn
04:04' CH - Thứ ba, 03/02/2015


B. Dị thường và khủng hoảng, khám phá và phát minh khoa học

Khoa học chuẩn như đã trình bày ở trên là một hoạt động có tính tích luỹ, một sự mở rộng không ngừng phạm vi và độ chính xác của kiến thức khoa học. Trong những thời kỳ của khoa học chuẩn, các nhà nghiên cứu không tìm cách kiểm chứng hay bác bỏ các giả thiết của khoa học chuẩn, và cũng ít bàn cãi về các khái niệm cơ bản của nó. Họ chấp nhận các khái niệm lý thuyết và các phương thức nghiên cứu xác định khuôn mẫu đang thống trị, coi là hợp pháp dù không phát biểu điều đó một cách tường minh. Đó là hình ảnh phổ biến nhất của hoạt động khoa học. Đó cũng là những thời kỳ quan trọng của sự tiến bộ của kiến thức.
Do bản chất của nó, khoa học chuẩn không đi tìm những cái mới lạ (novelties), về sự kiện cũng như về lý thuyết, và nếu như nó thành công thì những cái tưởng như là mới lạ cuối cùng sẽ không tồn tại.

Trên thực tế, trong nghiên cứu khoa học, sẽ có những hiện tượng mới được phát hiện và những lý thuyết mới được đề xuất. Nhưng hiện tượng mới và lý thuyết mới đó sẽ là "mới lạ" nếu như nó không thể bao hàm được trong khuôn mẫu đang sử dụng mà đòi hỏi phải thay đổi khuôn mẫu đó. Dưới đây chúng ta sẽ xem xét vấn đề này, trước hết là những cái mới lạ về sự kiện, tức là những khám phá (discoveries), sau đến những cái mới lạ về lý thuyết, tức là những phát minh (inventions).

1. Dị thường và sự xuất hiện các khám phá khoa học

Khám phá khoa học bắt đầu với việc nhận ra dị thường, nghĩa là thừa nhận rằng trong tự nhiên có một cái gì đó vi phạm những diều được chờ đợi dựa trên khuôn mẫu của khoa học chuẩn. Tiếp tục sự thừa nhận đó là một quá trình thám sát lĩnh vực của dị thường với quy mô lớn bé khác nhau tùy từng trường hợp. Quá trình đó chỉ kết thúc khi nào khuôn mẫu đã được điều chỉnh để cái dị thường trở thành cái được chờ đợi.

Lấy thí dụ việc khám phá ra oxy. Joseph Priestley, một nhà khoa học người Anh, sau một quá trình dài nghiên cứu về “không khí" phát ra từ một số chất rắn, vào năm 1774 đã cho rằng chất khí thu được từ oxy thủy ngân đỏ nung nóng là oxy nitơ, và năm 1775, sau một số thử nghiệm, là không khí thông thường với lượng nhiên tố (chất được giả thiết là tồn tại để giải thích sự cháy) ít hơn. Sau Priestley ít lâu, năm 1775, nhà hóa học người Pháp Antoine Laurent Lavoisier đã báo cáo rằng chất khí thu được khu nung nóng oxy thủy ngân đỏ là không khí hoàn toàn không có thay đổi gì trừ một điều là tinh khiết hơn và dễ hít thở hơn. Năm 1777, có thể là dựa trên nhận xét lần thứ hai của Priestley, Lavoisier đã kết luận rằng chất khí thu được là một loại riêng, một trong hai thành phần chính của khí quyển, điều này chưa bao giờ Priestley thừa nhận.

Câu hỏi có thể đặt ra là: Ai là người đã khám phá ra oxy, Priestley hay Lavoisier? Sự phân tích vấn đề này khá dài dòng và kết luận mà chúng ta cần rút ra trước hết phải là: khám phá la một hiện tượng mới là một sự kiện phức tạp, một sự kiện bao gồm vừa phải là một cái gì đó vừa phải là cái đó là cái gì. Nói cách khác, quan sát và hình thành khái niệm (conceptualization), sự kiện và sự đồng hóa vào lý thuyết, là hai phương diện gắn bó chặt chẽ với nhau tạo thành khám phá do vậy là một quá trình và cần phải có thời gian.

Tiếp theo là vấn đề khám phá có dẫn đến sự thay đổi khuôn mẫu hay không? Khó có thể trả lời câu hỏi này một cách tổng quát nhưng trong thí dụ trên, ta có thể đưa ra sự khẳng định. Cái đáng nói nhiều hơn trong công trình năm 1777 của Lavoisier không phải là việc khám phá ra oxy mà là lý thuyết oxy của sự cháy. Lý thuyết này là cơ sở để phát biểu lại hóa học ở quy mô rất rộng lớn đến mức là người ta đã gọi nó là cuộc cách mạng hóa học. Để thấy rõ hơn công lao của Lavoisier, chúng ta lưu ý rằng từ lâu trước khi có đóng góp vào việc tìm ra chất khí mới, ông đã tin rằng có cái gì sai đó trong lý thuyết nhiên tố và các vật cháy có hấp thụ một phần nào đó của khí quyển. Công trình về oxy đã làm cái việc là nói cho Lavoisier biết cái điều mà ông đã chuẩn bị để khám phá - bản chất của chất mà sự cháy lấy nó đi từ khí quyển. Lavoisier đã nhìn thấy ở những thí nghiệm như các thí nghiệm của Priestley cái chất khí mà Pliestley tự mình không thể thấy được Nói cách khác, cái chính của Priestley là ông đã không thể sự cần thiết xem lại khuôn mẫu để nhìn thấy cái mà Lavoisier đã nhìn thấy.

Nhìn chung, có thể nêu các đặc điểm của một khám phá như sau:
- Nhận thấy có dị thường,
- Dần dần và đồng thời thừa nhận dị thường cả về mặt quan sát cũng như về mặt khái niệm,
- Thay đổi các phạm trù và các phương thức khuôn mẫu, thường có sự chống đối kèm theo.

Ngoài ra, ta lưu ý rằng khoa học chuẩn, mặc dầu không có ý định đi tìm những cái mới lạ và có xu hướng lúc đầu là khử bỏ chúng, lại là có hiệu quả trong việc làm chúng xuất hiện. Trong sự phát triển của bất kỳ lĩnh vực khoa học nào thì khuôn mẫu đầu tiên được chấp nhận cũng thường được xem là hoàn toàn có kết quả đối với hầu hết các quan sát và thí nghiệm có thể thực hiện được một cách dễ dàng đối với những người làm việc trong lĩnh vực khoa học đó. Sau đó, tiếp tục sự phát triển của lĩnh vực khoa học được xét, đã xuất hiện sự cần thiết chế tạo những thiết bị tinh vi hơn) việc phát triển những từ ngữ và kỹ năng chuyên sâu hơn, và việc làm cho tinh tế hơn những khái niệm mà lúc đầu gần gũi hơn với lý trí bình thường. Quá trình chuyên nghiệp hóa đó một mặt dẫn đến sự giới hạn quan điểm của nhà khoa học và sự chống lại sự thay đổi khuôn mẫu, khoa học do đó sẽ mỗi ngày một khô cứng hơn, mặt khác, trong những lĩnh vực mà khuôn mẫu thu hút sự chú ý của những nhóm nghiên cứu, nó dẫn đến sự chi tiết hóa thông tin và sự chính xác hóa sự phù hợp giữa quan sát và lý thuyết mà không thể thực hiện được theo một cách nào khác.

2. Khủng hoảng và sự xuất hiện các lý thuyết khoa học

Các khám phá khoa học, như đã nói ở trên, hoặc là gây ra hoặc là góp phần vào sự thay đổi của khuôn mẫu. Sự thay đổi này vừa có tính phá hủy vừa có tính xây dựng. Sau khi khám phá đã được đồng hoá, các nhà khoa học có thể xem xét các hiện tượng tự nhiên trên một phạm vi rộng hơn hoặc, đối với những hiện tượng đã biết, với độ chính xác cao hơn. Điều này chỉ đạt được bằng cách từ bỏ một số điều được tin tưởng hay một số phương thức tiêu chuẩn đã có từ trước và bằng cách thay thế một số thành phần của khuôn mẫu trước đây bằng một số thành phần khác.

Các khám phá không phải là nguồn duy nhất của sự thay đổi khuôn mẫu. Còn có một loại nguồn khác rộng lớn hơn mà chúng ta sẽ xét ngay sau đây: sự phát minh ra các lý thuyết.
Nếu như sự nhận ra dị thường dẫn đến khám phá thì để đi đến phát minh, quá trình cũng có một tiền đề tương tự nhưng sâu xa hơn. ở đây, nói chung, việc nhận ra dị thường kéo dài hơn và phát triển sâu hơn đến mức là lĩnh vực chịu tác động của nó, một cách thích hợp, cần được mô tả như là trong một cuộc khủng hoảng đang phát triển. Vì sự xuất hiện của lý thuyết mới đòi hỏi sự phá hủy khuôn mẫu ở quy mô lớn hơn và sự dịch chuyển các vấn đề và các kỹ thuật của khoa học chuẩn ở mức độ cao hơn cho nên đi trước nó, nói chung phải là cả một thời kỳ mà sự chuyên nghiệp trở thành không còn là an toàn nữa. Sự không an toàn đã nảy sinh là bởi vì khoa học chuẩn đã thất bại khi tìm cách giải quyết các vấn đề đặt ra mà nó nghĩ là phải giải quyết được và tình trạng này đã tồn tại một cách dai dẳng.

Để làm thí dụ, ta hãy xét việc phát minh ra lý thuyết tương đối từ cuộc khủng hoảng trong vật lý học cuối thế kỷ XIX. Một trong những nguồn gốc của cuộc khủng hoảng này là việc phê phán vào cuối thế kỷ XVII quan điểm của Newton về không gian tuyệt đối, chủ yếu do Leibniz tiến hành. Những người phê phán Newton đã gần như chỉ ra rằng vị trí tuyệt đối và chuyển động tuyệt đối là không có chức năng gì trong hệ thống Newton, và cần phải có một quan điểm hoàn toàn tương đối về không gian và chuyển động. Song sự phê phán của họ chỉ thuần tuý là logic. Họ không nghĩ đến những quan sát hệ quả của sự chuyển sang hệ thống tương đối. Kết quả là quan điểm của họ đã đi vào sự quên lãng vào những thập kỷ đầu của thế kỷ XVIII và chỉ sống lại vào những thập kỷ cuối cùng của thế kỷ XIX khi chúng được nhìn nhận trong một quan hệ với thực tiễn vật lý khác trước.

Các vấn đề kỹ thuật có liên quan với triết học tương đối về không gian bắt đầu đi vào khoa học chuẩn khi người ta chấp nhận lý thuyết sóng của ánh sáng vào khoảng năm 1815 mặc dầu chúng chưa gây ra một cuộc khủng hoảng nào cho đến những năm 90 của thế kỷ XIX. Nếu ánh sáng là chuyển động sóng lan truyền trong ête cơ học theo các định luật của Newton thì các quan sát thiên văn cũng như thí nghiệm trên Trái Đất phải phát hiện ra sự kéo theo ête. Nhiều thiết bị đặc biệt đã được chế tạo nhằm xem xét vấn đề này song người ta không quan sát thấy có sự kéo theo nào và vấn đề đã được chuyển từ các nhà thực nghiệm sang các nhà lý thuyết. Trong thời gian vào quãng giữa thế kỷ XIX, A.J.Fresnel, G.G.Stokes và một số người khác đã đưa ra nhiều lập luận về lý thuyết ête để giải thích việc không quan sát thấy có hiện tượng kéo theo. Mỗi kiểu lập luận đưa ra một giả định về phần ête bị kéo theo vật chuyển động đủ để có thể giải thích được các kết quả quan sát và thí nghiệm, kể cả thí nghiệm nối tiếng Michelson-Morley.

Tình hình đã lại thay đổi khi người ta dần dần công nhận lý thuyết điện từ của J.C.Maxwell vào hai thập kỷ cuối của thế kỷ XIX. Maxwell là người theo trường phái của Newton, ông tin rằng ánh sáng và hiện tượng điện từ nói chung là do ở sự dịch chuyển các hạt của ête cơ học. Song lập luận của ông đã phải chuyển từ cách này sang cách khác. Tìm ra một lập luận thích hợp rõ ràng là một thách đố lớn đặt ra cho Maxwell cũng như những người kế tục của ông. Lý thuyết của Maxwell cuối cùng đã dẫn đến sự khủng hoảng của khuôn mẫu mà từ đó nó đã nảy sinh. Cuộc khủng hoảng là gay gắt nhất ở vấn đề chuyển động đối với ête.

Lập luận của Maxwell về diễn biến điện từ của các vật thể chuyển động không nói đến sự cản của ête, và việc đưa sự cản đó vào trong lý thuyết của ông đã tỏ ra là rất khó thực hiện. Kết quả là những quan sát được tiến hành lúc đầu nhằm phát hiện sự kéo theo ête đã trở thành dị thường. Do đó sau năm 1890 người ta đã cố gắng về thực nghiệm cũng như về lý thuyết tìm cách phát hiện chuyển động đối với ête và đưa sự cản của ête vào trong lý thuyết của Maxwell. Cố gắng đầu đã không thành công, còn cố gắng sau đã có một số khởi đầu tỏ ra có hứa hẹn, đặc biệt là các lập luận của H.A.Lorentz và G.F.Fitzgerald, nhưng rồi từ đó lại nảy sinh những khó khăn khác. Trong hoàn cảnh lịch sử như vậy, vào năm 1905, lý thuyết tương đối hẹp của Einstein đã ra đời.

Thí dụ trên cũng như nhiều thí dụ khác cho thấy rằng một lý thuyết mới lạ chỉ xuất hiện sau một thất bại nặng nề trong hoạt động giải quyết vấn đề theo khoa học chuẩn. Lý thuyết mới là một sự đáp ứng trực tiếp đối với khủng hoảng.

Có một vấn đề đáng được nhắc đến ở đây. Đó là việc Aristarchus vào thế kỷ III trước công nguyên đã đưa ra hệ nhật tâm song không được mọi người chú ý. Có ý kiến cho rằng nếu như khoa học Hy Lạp ít suy diễn hơn và ít bị đè nặng hơn bởi các giáo điều thì hệ nhật tâm đã được phát triển từ 18 thế kỷ trước Copernicus. Nói như vậy là đã quên mất hoàn cảnh lịch sử của phát minh. Vào thời kỳ của Aristarchus và rất lâu sau đó, hệ địa tâm tỏ ra rất hợp lý trong khi hệ nhật tâm thiếu những cơ sở cần thiết để có thể đứng vững.

Khủng hoảng là điều kiện tiên quyết để có những lý thuyết mới xuất hiện. Tuy nhiên, các nhà khoa học không phải ngay từ đầu đã có thể từ bỏ cái khuôn mẫu đã đưa họ tới khủng hoảng. Một lý thuyết chỉ bị tuyên bố là không đúng khi có một lý thuyết khác có thể thay thế nó. Quyết định từ bỏ một khuôn mẫu luôn luôn đi liền với quyết định chấp nhận một khuôn mẫu khác, vì nếu từ bỏ một khuôn mẫu mà không có khuôn mẫu khác thay thế thì điều đó có nghĩa là đã từ bỏ khoa học.

Trong những thời kỳ mà khủng hoảng đã được thừa nhận là tồn tại, các nhà khoa học có xu hướng quay sang các phân tích triết học, xem đó như là cách để tìm ra căn nguyên của những bí ẩn trong lĩnh vực đang nghiên cứu, tuy rằng có thể là nói chung họ không muốn trở thành nhà triết học. Không phải là vô cớ mà sự xuất hiện vật lý học Newton vào thế kỷ XVII và lý thuyết tương đối và cơ học lượng tử vào thế kỷ XX lại được đi trước và đồng hành bởi những phân tích triết học cơ bản về truyền thống nghiên cứu đương thời.

Trên đây là một trong nhiều triệu chứng của sự quá độ từ nghiên cứu chuẩn sang nghiên cứu bất thường, từ khuôn mẫu đã từng là cơ sở của nghiên cứu khoa học sang một khuôn mẫu mới. Đó là sự kiện được gọi là “cách mạng khoa học" mà sau đây chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn.

Thomas Samuel Kuhn (18-7-1922 – 17-6-1996)
Thomas Samuel Kuhn (18-7-1922 – 17-6-1996)
ChúngTa.com @ Facebook
Thống kê truy cập
Số lượt truy cập: .
Tổng số người truy cập: .
Số người đang trực tuyến: .
.
Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)
Thiết kế web, Thiết kế website, Thiết kế website công ty, Dịch vụ thiết kế website, Dịch vụ thiết kế web tối ưu, Giải pháp portal cổng thông tin, Xây dựng website doanh nghiệp, Dịch vụ web bán hàng trực tuyến, Giải pháp thương mại điện tử, Phần mềm dịch vụ web, Phần mềm quản trị tác nghiệp nội bộ công ty,