Lý thuyết khoa học và vai trò giải thích hiện tượng

Vì vậy, lý thuyết khoa học không đơn thuần là một phỏng đoán. Nó là một cách giải thích có cấu trúc, dựa trên bằng chứng và có thể tiếp tục được kiểm tra bằng quan sát, thí nghiệm hoặc những dự đoán mới. Một lý thuyết có giá trị khi vừa giải thích được những gì đã biết, vừa cho phép khoa học kiểm tra những điều chưa biết.

Lý thuyết khoa học là gì?

Lý thuyết khoa học là một hệ thống giải thích về một nhóm hiện tượng trong tự nhiên hoặc xã hội được xây dựng trên cơ sở bằng chứng và có khả năng tạo ra các kết luận có thể kiểm tra.

Một lý thuyết thường không hình thành từ một thí nghiệm duy nhất. Nó được phát triển bằng cách kết nối nhiều dạng thông tin như quan sát, kết quả thực nghiệm, mối quan hệ đã được xác lập và các giả thuyết đã vượt qua quá trình kiểm tra.

Điểm quan trọng nằm ở chức năng giải thích. Nếu một dữ kiện cho biết hiện tượng nào đó xảy ra, lý thuyết cố gắng trả lời câu hỏi sâu hơn: hiện tượng đó xảy ra theo cơ chế nào, những yếu tố nào liên quan và trong điều kiện nào cách giải thích này có hiệu lực.

Chẳng hạn, việc quan sát thấy một số bệnh truyền nhiễm có thể lây từ người này sang người khác là dữ kiện. Thuyết vi trùng gây bệnh tạo ra một khung giải thích sâu hơn bằng cách liên hệ nhiều bệnh với sự hiện diện, truyền lan và hoạt động của các vi sinh vật gây bệnh.

Do đó, một lý thuyết khoa học thường đồng thời thực hiện ba nhiệm vụ: tổ chức những điều đã biết, giải thích mối quan hệ giữa chúng và tạo cơ sở cho những dự đoán tiếp theo.

Lý thuyết khoa học tổ chức bằng chứng như thế nào?

Bằng chứng khoa học thường xuất hiện dưới nhiều dạng và tại nhiều thời điểm khác nhau. Nếu đứng riêng lẻ, từng kết quả có thể chỉ phản ánh một phần nhỏ của hiện tượng. Lý thuyết giúp đặt những kết quả này vào một cấu trúc chung.

Quá trình đó có thể được hình dung như sau:

·         Quan sát cung cấp dữ liệu về hiện tượng cần giải thích

·         Giả thuyết đưa ra những cách giải thích có thể kiểm tra

·         Thí nghiệm hoặc quan sát tiếp theo kiểm tra các dự đoán từ giả thuyết

·         Những kết quả nhất quán tạo cơ sở để xây dựng và củng cố một khung giải thích rộng hơn

·         Bằng chứng mới tiếp tục được đối chiếu với khung giải thích đó

Giá trị của lý thuyết không đến từ số lượng dữ kiện được tập hợp một cách cơ học. Quan trọng hơn là lý thuyết chỉ ra được mối quan hệ giữa chúng.

Ví dụ, thuyết kiến tạo mảng không chỉ tập hợp thông tin về động đất, núi lửa, đáy đại dương và vị trí các lục địa. Khung lý thuyết này liên kết những hiện tượng đó thông qua chuyển động và tương tác của các mảng thạch quyển. Nhờ vậy, nhiều quan sát vốn có vẻ tách biệt có thể được hiểu trong cùng một hệ thống giải thích.

Khả năng tổ chức bằng chứng cũng giúp phát hiện những điểm chưa phù hợp. Nếu một quan sát đáng tin cậy mâu thuẫn với dự đoán của lý thuyết, sự khác biệt đó trở thành vấn đề cần được nghiên cứu thay vì bị bỏ qua.

Từ bằng chứng đến giải thích hiện tượng

Một lý thuyết mạnh không dừng lại ở việc nói rằng hai hiện tượng thường xuất hiện cùng nhau. Nó cần giải thích mối quan hệ hoặc cơ chế khiến kết quả được quan sát xuất hiện.

Có thể phân biệt ba tầng thông tin:

Mô tả cho biết điều gì xảy ra.

Quan hệ cho biết các yếu tố biến đổi cùng nhau hoặc có liên hệ với nhau.

Giải thích lý thuyết tìm cách chỉ ra tại sao và bằng cách nào mối quan hệ đó xuất hiện.

Chính tầng thứ ba làm cho lý thuyết trở thành công cụ quan trọng của khoa học.

Khi có một cơ chế giải thích, nhà nghiên cứu có thể suy ra điều gì sẽ xảy ra nếu điều kiện thay đổi. Những suy luận đó tạo thành các dự đoán. Dự đoán sau đó lại được kiểm tra bằng dữ liệu mới.

Quá trình này tạo thành một vòng kiểm tra liên tục:

Lý thuyết → dự đoán → quan sát hoặc thí nghiệm → đối chiếu với bằng chứng → duy trì, điều chỉnh hoặc xem xét lại lý thuyết

Vì thế, lý thuyết không chỉ tổng hợp kiến thức quá khứ. Nó còn định hướng cách tạo ra kiến thức mới.

Vì sao lý thuyết khoa học có thể tạo ra dự đoán?

Một lý thuyết tạo ra dự đoán vì nó xác định các quan hệ hoặc cơ chế được cho là chi phối hiện tượng. Nếu những quan hệ đó đúng trong một điều kiện nhất định, ta có thể suy ra kết quả nên quan sát được khi điều kiện tương tự xuất hiện.

Khả năng dự đoán đặc biệt quan trọng vì nó khiến lý thuyết có thể bị kiểm tra.

Nếu một cách giải thích có thể tương thích với mọi kết quả có thể xảy ra, rất khó xác định bằng bằng chứng liệu cách giải thích đó đúng hay sai. Ngược lại, khi lý thuyết dẫn đến những kỳ vọng cụ thể, dữ liệu thực tế có thể được dùng để đánh giá chúng.

Dự đoán không nhất thiết chỉ nói về tương lai. Một lý thuyết cũng có thể dự đoán sự tồn tại của một hiện tượng chưa được quan sát hoặc một mẫu dữ liệu chưa được phát hiện.

Điều cốt lõi là giữa lý thuyết và bằng chứng phải tồn tại một liên kết có thể kiểm tra: từ các nguyên lý của lý thuyết có thể suy ra điều gì đó, và thế giới thực có thể cung cấp dữ liệu để đối chiếu với suy luận đó.

Lý thuyết khoa học không đồng nghĩa với phỏng đoán

Trong giao tiếp hằng ngày, từ “lý thuyết” đôi khi được dùng với nghĩa gần như “ý tưởng chưa chắc đúng”, chẳng hạn “tôi có một lý thuyết về chuyện này”. Cách sử dụng đó khác với nghĩa của lý thuyết trong khoa học.

Một phỏng đoán có thể được đưa ra trước khi có đủ bằng chứng. Một lý thuyết khoa học phải chịu sự kiểm tra của bằng chứng và phải phù hợp với những kết quả đáng tin cậy trong phạm vi mà nó được áp dụng.

Điều này không có nghĩa lý thuyết khoa học là chân lý bất biến. Khoa học luôn để ngỏ khả năng một cách giải thích phải được sửa đổi khi xuất hiện bằng chứng tốt hơn.

Chính khả năng bị kiểm tra và sửa đổi là một phần sức mạnh của khoa học. Một lý thuyết không được bảo vệ bằng cách loại bỏ mọi dữ liệu bất lợi; nó phải tiếp tục chứng minh khả năng giải thích khi đối diện với các phép kiểm tra mới.

Lý thuyết khoa học khác định luật khoa học ở điểm nào?

Lý thuyết và định luật khoa học thực hiện những chức năng khác nhau, vì vậy không nên hiểu rằng một lý thuyết sẽ “trở thành” định luật khi được chứng minh đủ nhiều.

Định luật khoa học thường mô tả một quan hệ hoặc quy luật quan sát được dưới những điều kiện nhất định. Nó tập trung vào việc điều gì xảy ra hoặc các đại lượng liên hệ với nhau như thế nào.

Lý thuyết tập trung nhiều hơn vào việc tại sao hoặc bằng cơ chế nào hiện tượng xảy ra.

Hai loại tri thức này có thể hỗ trợ lẫn nhau nhưng không nằm trên một chiếc thang mà trong đó định luật là cấp độ cao hơn lý thuyết. Một định luật có thể mô tả rất chính xác một quan hệ, trong khi một lý thuyết giải thích cơ chế tạo ra quan hệ đó.

Sự phân biệt này giúp tránh một hiểu lầm phổ biến: gọi một hệ thống giải thích là “lý thuyết” không có nghĩa nó còn thiếu bằng chứng để trở thành một dạng tri thức chắc chắn hơn mang tên “định luật”.

Bằng chứng mới có thể thay đổi lý thuyết khoa học ra sao?

Lý thuyết khoa học luôn có phạm vi và điều kiện áp dụng. Khi dữ liệu mới xuất hiện, có nhiều khả năng xảy ra.

Nếu dữ liệu phù hợp với những dự đoán của lý thuyết, độ tin cậy đối với lý thuyết có thể được củng cố. Nếu xuất hiện sai lệch, nhà khoa học phải kiểm tra cả dữ liệu, phương pháp đo, giả định và bản thân lý thuyết.

Một số sai lệch có thể được giải quyết bằng cách xác định rõ hơn điều kiện áp dụng. Trong trường hợp khác, lý thuyết cần được mở rộng hoặc sửa đổi. Nếu bằng chứng tích lũy cho thấy một cách giải thích khác có sức giải thích và dự đoán tốt hơn, khung lý thuyết cũ có thể bị thay thế ở những phạm vi nhất định.

Sự thay đổi này không có nghĩa mọi lý thuyết đều mong manh như nhau. Một lý thuyết đã vượt qua nhiều phép kiểm tra độc lập và giải thích được nhiều nhóm bằng chứng có nền tảng mạnh hơn một giả thuyết mới chỉ nhận được ít hỗ trợ.

Vì vậy, tính có thể sửa đổi của lý thuyết nên được hiểu là cơ chế tự hiệu chỉnh của khoa học, không phải dấu hiệu cho thấy mọi kết luận khoa học đều tùy ý.

Vai trò của lý thuyết khoa học đối với quá trình nghiên cứu

Lý thuyết giúp nghiên cứu khoa học vượt khỏi việc thu thập dữ liệu một cách rời rạc. Khi đã có một khung giải thích, nhà nghiên cứu có thể xác định những câu hỏi nào còn chưa được giải đáp và loại bằng chứng nào có khả năng phân biệt giữa các cách giải thích cạnh tranh.

Một lý thuyết hữu ích có thể:

·         Kết nối nhiều quan sát và kết quả thực nghiệm

·         Giải thích cơ chế hoặc quan hệ đứng sau hiện tượng

·         Tạo ra dự đoán có thể kiểm tra

·         Chỉ ra những dữ liệu còn thiếu

·         Xác định điều kiện và giới hạn của cách giải thích

·         Định hướng các thí nghiệm hoặc quan sát tiếp theo

Nhờ các chức năng này, lý thuyết vừa là sản phẩm của bằng chứng đã tích lũy vừa là công cụ để tiếp tục tạo và kiểm tra tri thức.

Giá trị của lý thuyết vì thế không chỉ được đánh giá qua câu hỏi “lý thuyết này có đúng không?”. Những câu hỏi quan trọng khác còn bao gồm: nó giải thích được bao nhiêu bằng chứng, các dự đoán của nó có vượt qua kiểm tra hay không, phạm vi áp dụng đến đâu và có cách giải thích nào khác phù hợp với bằng chứng tốt hơn hay không.

Lý thuyết khoa học là một hệ thống giải thích được xây dựng và kiểm tra bằng bằng chứng. Nó biến những quan sát riêng lẻ thành một cấu trúc tri thức có quan hệ, giúp giải thích cơ chế của hiện tượng và tạo ra dự đoán có thể tiếp tục được kiểm nghiệm.

Một lý thuyết mạnh không phải là kết luận bất biến. Giá trị của nó nằm ở khả năng giải thích nhất quán, chịu được kiểm tra, xác định được phạm vi áp dụng và có thể được điều chỉnh khi bằng chứng mới đòi hỏi. Chính quá trình liên tục giữa lý thuyết, dự đoán và bằng chứng giúp khoa học vừa tích lũy tri thức vừa tự sửa những cách giải thích chưa đầy đủ.

Lý thuyết khoa học có phải là sự thật tuyệt đối không?

Không. Lý thuyết khoa học là cách giải thích được bằng chứng hỗ trợ trong một phạm vi nhất định, nhưng vẫn có thể được điều chỉnh nếu xuất hiện dữ liệu đáng tin cậy không phù hợp với nó.

Một lý thuyết có trở thành định luật khi được chứng minh không?

Không. Lý thuyết và định luật có chức năng khác nhau. Định luật thường mô tả một quan hệ quan sát được, còn lý thuyết giải thích tại sao hoặc bằng cơ chế nào quan hệ đó xảy ra.

Điều gì làm một lý thuyết khoa học đáng tin cậy?

Độ tin cậy tăng khi lý thuyết phù hợp với nhiều bằng chứng độc lập, tạo ra các dự đoán có thể kiểm tra, vượt qua những phép kiểm tra nghiêm ngặt và tiếp tục giải thích được dữ liệu mới trong phạm vi áp dụng của nó.

Tại sao khoa học vẫn gọi một cách giải thích đã có nhiều bằng chứng là “lý thuyết”?

Vì trong khoa học, “lý thuyết” là tên của một loại hệ thống giải thích, không phải nhãn chỉ mức độ chưa chắc chắn. Một lý thuyết vẫn là lý thuyết dù đã được hỗ trợ bởi lượng bằng chứng rất lớn.