Hiện tượng khoa học và đối tượng cần quan sát giải thích

Chẳng hạn, nước sôi, cầu vồng xuất hiện, vật rơi xuống đất hay cây hướng về phía có ánh sáng đều có thể trở thành đối tượng nghiên cứu. Nhà nghiên cứu không dừng ở câu hỏi “điều gì đang xảy ra?” mà tiếp tục xem xét “nó xảy ra trong điều kiện nào?”, “yếu tố nào liên quan?” và “lời giải thích nào phù hợp với dữ liệu quan sát được?”.

Hiện tượng khoa học là gì?

Hiện tượng khoa học có thể hiểu là một sự việc, quá trình, trạng thái hoặc sự biến đổi trong tự nhiên hay trong một hệ thống có thể được quan sát, mô tả và nghiên cứu bằng phương pháp khoa học.

Từ “khoa học” ở đây không nhất thiết tạo ra một loại hiện tượng hoàn toàn tách biệt với những gì diễn ra trong đời sống. Cùng một sự việc có thể được nhìn theo cách thông thường hoặc trở thành đối tượng của khoa học tùy cách đặt câu hỏi và thu thập bằng chứng.

Ví dụ, thấy nước trong ấm bắt đầu sôi là một quan sát thông thường. Khi nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ, áp suất và sự chuyển trạng thái của nước, hiện tượng ấy được đặt trong một vấn đề khoa học cụ thể.

Một hiện tượng phù hợp để nghiên cứu thường có ba thành phần cơ bản:

·         Có dấu hiệu hoặc biểu hiện có thể nhận biết

·         Có điều kiện xảy ra có thể xác định hoặc khảo sát

·         Có câu hỏi về nguyên nhân, cơ chế, quan hệ hoặc quy luật có thể kiểm tra bằng bằng chứng

Điều này cũng tạo ra một ranh giới quan trọng: quan sát thấy một sự việc chưa đồng nghĩa với việc đã có lời giải thích khoa học cho sự việc đó. Hiện tượng là cái cần được nghiên cứu; lời giải thích là kết quả được xây dựng và kiểm tra trong quá trình nghiên cứu.

Một hiện tượng trở thành đối tượng nghiên cứu như thế nào?

Để nghiên cứu khoa học, một hiện tượng rộng thường phải được chuyển thành một đối tượng đủ cụ thể để quan sát và thu thập dữ liệu.

Quá trình này bắt đầu bằng việc xác định chính xác điều cần tìm hiểu. Thay vì chỉ nói “cây phát triển khác nhau”, nhà nghiên cứu có thể đặt câu hỏi cụ thể hơn: sự khác biệt về cường độ ánh sáng có liên quan thế nào đến tốc độ sinh trưởng của cây trong những điều kiện đã xác định?

Khi đó, hiện tượng ban đầu được làm rõ qua một chuỗi logic:

Hiện tượng được nhận biết → vấn đề được xác định → câu hỏi nghiên cứu được đặt ra → đặc điểm cần quan sát được lựa chọn → dữ liệu được thu thập → lời giải thích được kiểm tra

Bước chuyển quan trọng nằm ở việc biến một nhận xét chung thành những đặc điểm có thể quan sát hoặc đo lường. Nếu nghiên cứu sự sinh trưởng của cây, chẳng hạn, “phát triển tốt” là mô tả quá rộng. Nhà nghiên cứu cần chỉ rõ sẽ theo dõi chiều cao, số lá, khối lượng hay một chỉ số thích hợp khác và quan sát trong điều kiện nào.

Nhờ vậy, đối tượng nghiên cứu không còn là một ý niệm mơ hồ. Nó được giới hạn về phạm vi, điều kiện và dấu hiệu cần khảo sát, giúp những người khác có thể hiểu nghiên cứu đang xem xét điều gì và đánh giá bằng chứng được sử dụng.

Quan sát hiện tượng khác với giải thích hiện tượng

Quan sát nhằm ghi nhận cái đang xảy ra. Giải thích khoa học nhằm trả lời tại sao hoặc bằng cách nào nó xảy ra.

Hai bước này liên quan chặt chẽ nhưng không thể thay thế cho nhau. Việc hai sự việc xuất hiện cùng lúc hoặc thay đổi cùng nhau chưa đủ để khẳng định một sự việc là nguyên nhân của sự việc còn lại. Muốn đưa ra kết luận mạnh hơn, nhà nghiên cứu phải xem xét cơ chế, điều kiện, các yếu tố khác có thể tác động và bằng chứng thu được.

Có thể thấy sự khác biệt qua một ví dụ đơn giản. Quan sát cho thấy một cây đặt gần cửa sổ nghiêng về phía có ánh sáng. Đó là mô tả hiện tượng. Việc nghiên cứu phản ứng sinh trưởng của cây trước hướng chiếu sáng mới thuộc phần giải thích cơ chế.

Vì thế, một lời giải thích khoa học cần vượt qua mức mô tả. Nó phải liên hệ được hiện tượng với nguyên nhân, cơ chế hoặc quy luật có khả năng kiểm tra. Nếu dữ liệu mới không phù hợp, lời giải thích cũng phải có khả năng được điều chỉnh hoặc bác bỏ.

Ranh giới này giúp tránh một hiểu lầm phổ biến: một hiện tượng có thật không tự động chứng minh rằng mọi cách giải thích về nó đều đúng. Cùng một hiện tượng có thể có nhiều giả thuyết ban đầu, nhưng giá trị của từng giả thuyết phụ thuộc vào bằng chứng.

Điều gì giúp việc nghiên cứu hiện tượng có giá trị khoa học?

Một hiện tượng chỉ tạo ra tri thức khoa học đáng tin cậy khi cách nghiên cứu nó cho phép kiểm tra các nhận định bằng bằng chứng phù hợp.

Trước hết, đối tượng phải được mô tả đủ rõ. Người nghiên cứu cần xác định đang quan sát dấu hiệu nào, trong phạm vi nào và dưới những điều kiện nào. Sự rõ ràng này làm giảm nguy cơ những người khác hiểu khác nhau về chính đối tượng đang được khảo sát.

Tiếp theo là khả năng thu thập bằng chứng. Tùy hiện tượng, bằng chứng có thể đến từ quan sát có hệ thống, phép đo, thí nghiệm hoặc dữ liệu được ghi nhận theo một phương pháp xác định. Điều quan trọng không phải lúc nào cũng là phải tiến hành thí nghiệm; nhiều hiện tượng không thể hoặc không nên chủ động tạo ra. Trong những trường hợp đó, dữ liệu quan sát vẫn có thể được sử dụng nếu phương pháp thu thập phù hợp với câu hỏi nghiên cứu.

Cuối cùng, kết luận phải tương xứng với bằng chứng. Nếu dữ liệu chỉ cho thấy hai yếu tố có liên hệ, kết luận không nên tự động được nâng thành quan hệ nhân quả. Nếu hiện tượng chỉ xuất hiện trong một số điều kiện, lời giải thích cũng phải nêu được giới hạn đó.

Do vậy, giá trị khoa học không đến từ việc hiện tượng “lạ” hay “ấn tượng”. Nó đến từ cách con người biến hiện tượng thành câu hỏi có thể khảo sát, thu thập bằng chứng thích hợp và xây dựng lời giải thích có thể được kiểm tra.

Hiện tượng khoa học có thể được hiểu là một sự việc, quá trình hoặc biến đổi có thể trở thành đối tượng quan sát và giải thích bằng phương pháp khoa học. Từ một hiện tượng ban đầu, nghiên cứu khoa học phải xác định rõ điều cần quan sát, đặt câu hỏi, lựa chọn bằng chứng và kiểm tra lời giải thích. Vì vậy, điều làm một hiện tượng có ý nghĩa đối với khoa học không chỉ là việc nó xảy ra, mà là khả năng nghiên cứu nó một cách có hệ thống và đưa ra kết luận phù hợp với bằng chứng.