Vì sao ta BIẾT hòn đá sẽ rơi?

Hồi xưa khi đi học khoa học ở trường, tụi mình học những kiến thức khoa học thế nào?

Tụi mình biết là khi thả cục đá từ trên cao, nó nhiều khả năng sẽ rơi xuống mặt đất. Đây là sự thật nè. Mình nhìn thấy rõ ràng mà. Ai cũng quan sát được.

Một ví dụ khác. Chúng ta biết hôm nay mặt trời đã và đang mọc. Đây cũng là sự thật, ta nhìn thấy rõ ràng. Nhưng lạ thay, chúng ta cũng biết, một cách chắc chắn rằng, ngày mai mặt trời sẽ mọc.

Vì sao chúng ta biết điều này? Kiến thức “ngày mai mặt trời mọc” hay “cục đá sẽ rơi” trong đầu chúng ta từ đâu ra?

Để trả lời câu hỏi “Làm sao chúng ta biết?”, hãy thử trả lời câu hỏi “Tại sao?” trước. Tại sao cục đá rơi? Tại sao mỗi sáng mặt trời mọc?

Tới đây cam go hơn vì mình cần lời giải thích (explanation). Aristotle có đưa ra lí do rằng sự vật có xu hướng quay trở về vị trí tự nhiên của nó. Cục đá có mang một phần Trái đất bên trong nên khi rơi sẽ rơi về Trái đất. (Bạn luôn cần cẩn thận với Aristotle.)

Lời giải thích này được coi là một kiến thức cho người xưa học. Vậy người ta học cái gì? “Vật rơi xuống vì có xu hướng quay trở về vị trí tự nhiên của nó” – Cả lớp đồng thanh đáp.

Sau này, Kepler, Galile và Newton, hay Hooke và Halley, đưa ra những lời giải thích khác như khái niệm Lực hấp dẫn (Gravitational Force), dùng toán học như một ngôn ngữ để kí hiệu, ghi ra thành công thức.  

Lời giải thích này được gọi bằng tên khác là Định luật (Law) vì chúng áp dụng rộng khắp cho nhiều trường hợp. Cách giải thích này được đưa vào các lớp học tới tận bây giờ. Vậy người học học gì? “Vật rơi xuống Trái đất do lực hấp dẫn giữa Trái đất và vật. Hút lẫn nhau nhưng do vật nhẹ hơn nên nó rơi về Trái đất thay vì ngược lại.”

Vậy trở lại câu hỏi Làm sao ban đầu: Làm sao Aristotle hay Newton biết điều này? Nói cách khác, những lời giải thích của họ đến từ đâu?

Một câu trả lời ta hãy nghĩ tới ngay là vì chúng ta “thấy được”. Chúng ta nhìn thấy điều này hàng ngày, từ quá khứ tới hiện tại chưa khi nào khác. Thả cục đá ra nó là sẽ rơi xuống. Sáng nào thức dậy cũng thấy trời sáng. Rõ ràng, sự lặp đi lặp lại của hiện tượng ta quan sát được khiến ta đoán được những kiến thức này một cách tương đối chắc chắn. Nói cách khác, ta nghĩ ta có được kiến thức này nhờ vào quan sát một hiện tượng lặp đi lặp lại.

Tuy nhiên, giả sử một người đứng ở hai cực Trái đất hay trên quỹ đạo quanh Trái đất để quan sát mặt trời lặn mọc thì nhiều khả năng thông tin họ nhận được sẽ rất khác bình thường. Rõ ràng khi đó, nếu một lời giải thích chỉ căn cứ dựa vào quan sát của người này để kết luận về chuyển động của Trái đất và Mặt trời thì không ổn lắm.

Vì sao ta BIẾT về vũ trụ?

Hãy xét thử vài ví dụ khác mà ta, e hèm, biết rõ.

Làm sao ta biết Mặt trời là một lò phản ứng hạt nhân? Chưa ai đặt chân lên bề mặt mặt trời cơ mà? Hay một câu hỏi khác: Hàng đêm ngẩng đầu lên nhìn ngắm bầu trời, làm sao ta biết những đốm sáng chúng ta thấy là sao kềnh đỏ và quasar? Hay làm sao ta biết được có sự tồn tại của lỗ đen vũ trụ trước cả khi “nhìn” thấy nó?

Đây là những điều tuyệt vời mà ta biết về vũ trụ. Vũ trụ tuyệt vời thì đúng rồi, nhưng chuyện chúng ta – loài người trần mắt thịt BIẾT được những điều này cũng đáng ngưỡng mộ không kém. Hãy dành ra một 5 giây để tự khen giống loài mình nào. Làm sao chúng ta BIẾT những điều này?

Có phải chúng xuất phát từ cảm nhận qua các giác quan của ta về sự vật, sự việc, như ví dụ cục đá hay mặt trời? Trường phái Empiricism cho rằng kiến thức khoa học có nền tảng dựa trên những thứ ta có thể “nhìn”, “sờ” thấy.

Đây là một hiểu lầm lớn về bản chất kiến thức khoa học. Những trải nghiệm mắt thấy tai nghe là hiện tượng não phản hồi sau khi tiếp nhận những tín hiệu ánh sáng, âm thanh mà ta thu được qua mắt-tai. Chưa kể nguồn phát tín hiệu từ rất xa, tới chỗ mình cảm nhận được thì đã thay đổi, sai lệch rất nhiều. Cái chúng ta nhìn thấy, nghe thấy rất có thể không còn là “chính nó” nữa.

Vậy nên có một quan điểm khác cho rằng, thực ra những lời giải thích này được bắt nguồn trước nhất từ những ý tưởng của con người.

Ví dụ: để nhìn nhận những đốm sáng trên bầu trời là những quả cầu nóng rực trắng sáng thì trước hết một người phải có ý tưởng về sự tồn tại của một ý niệm về quả cầu đó trước. Rồi họ phải giải thích tại sao nó có thể nóng sáng ghê vậy? Những điều này không thể nhìn hay sờ thấy được mà, chỉ có thể … đoán.

Những ý tưởng và lời giải thích thường được gọi bằng nhiều cái tên vì bản chất và phạm vi giải thích của chúng khác nhau, chẳng hạn như dự đoán, giả thuyết, lý thuyết, mô hình, định luật, …

Một lời giải thích tốt hơn là một lời giải thích gần với tự nhiên hơn, giải thích được trong nhiều trường hợp hơn. Và nó cũng cần khách quan nhất có thể để không phụ thuộc vào người quan sát. Như trong ví dụ người nhìn mặt trời ở hai cực Trái đất.

Ta đã học gì trong lớp học khoa học?

Để ý một chút ta sẽ thấy những kiến thức mình học trong lớp khoa học bao gồm:

• một, sự tồn tại của một hiện tượng hoặc vấn đề nào đó;
  – hai, “lời giải thích” cho hiện tượng – vấn đề đó,
  – ba, sự biểu diễn lời giải thích nguồn gốc đó bằng một thứ đại diện gọi là mô hình.

Ví dụ:

• Thả cục đá từ trên cao nó rơi xuống. Đây là một hiện tượng ta quan sát thấy.
  – Chúng ta có nhiều lời giải thích như hai phiên bản trên của Aristotle và Newton. Trong đó lời giải thích của Aristotle không được dạy nữa, còn lời giải thích của Newton được gọi bằng tên định luật và vẫn được dạy trong lớp tới giờ.
  – Công thức định luật hấp dẫn của Newton là một mô hình toán học biểu diễn cho lời giải thích về định luật hấp dẫn. Lời giải thích này của Newton đúng quá đi, con người phóng tên lửa đùng đùng dựa trên nó mà.

Sự kết hợp của ba kiến thức này làm mình tạm cho nó là sự thật, đi liền với sự thật “vật rơi” luôn và đến thời điểm này còn được chấp nhận: “Lực hấp dẫn tác dụng lên vật có công thức là…”

Nhưng không không không không không. Đây không phải là sự thật. Và có thể mãi mãi, (dù mãi mãi là một khái niệm không ổn), ta không chắc biết được thật sự lí do cục đá rơi là gì, nhưng ta dùng tạm mấy lời giải thích và mô hình hiện có vì nó giúp giải thích một cách dễ hiểu nhất.

Cho đến khi có lời giải thích tốt hơn.

Tham khảo

The Beginning of Infinity bởi David Deutsch
Từ điển bách khoa Britannica
Bài giảng Đường vào khoa học của TS. Giáp Văn Dương, trường hè khoa học Việt Nam