Những mục tiêu cốt lõi của khoa học

Vì vậy, có thể khái quát mục tiêu của khoa học thành bốn nhiệm vụ liên kết chặt chẽ: mô tả, giải thích, dự đoán và mở rộng tri thức. Không phải mọi nghiên cứu đều thực hiện cả bốn nhiệm vụ với mức độ như nhau, nhưng chúng tạo thành những hướng phát triển cơ bản của hoạt động khoa học.

Mô tả hiện tượng một cách chính xác và có hệ thống

Mô tả trả lời câu hỏi cơ bản: Điều gì đang xảy ra? Nhà nghiên cứu quan sát, đo lường, phân loại và ghi nhận những đặc điểm của hiện tượng bằng các phương pháp phù hợp với lĩnh vực nghiên cứu.

Một mô tả khoa học không chỉ là kể lại những gì quan sát được. Các khái niệm phải được xác định đủ rõ để những người khác có thể hiểu dữ liệu theo cùng một hệ quy chiếu. Khi có thể đo lường, các đặc điểm còn được biểu diễn bằng đại lượng, tần suất, phân bố, mối tương quan hoặc những chỉ báo thích hợp.

Mô tả chính xác là nền tảng của các mục tiêu tiếp theo. Nếu hiện tượng chưa được nhận diện và đo lường đáng tin cậy, việc giải thích nguyên nhân hoặc dự đoán kết quả dễ dựa trên tiền đề sai.

Tuy nhiên, mô tả chưa đồng nghĩa với giải thích. Việc hai hiện tượng thường xuất hiện cùng nhau cho biết một mẫu hình đáng chú ý, nhưng tự nó chưa chứng minh hiện tượng này gây ra hiện tượng kia.

Giải thích nguyên nhân, cơ chế và mối quan hệ

Sau khi xác định hiện tượng, khoa học tìm cách trả lời: Tại sao hiện tượng xảy ra và nó diễn ra như thế nào? Đây là mục tiêu giải thích.

Một lời giải thích khoa học thường liên kết quan sát với giả thuyết, mô hình hoặc lý thuyết có thể được đối chiếu với bằng chứng. Thay vì chỉ phát biểu rằng hai yếu tố có quan hệ, nhà nghiên cứu cần làm rõ cơ chế hoặc chuỗi điều kiện khiến quan hệ đó xuất hiện.

Chẳng hạn, nếu một biến thay đổi đồng thời với một biến khác, khoa học cần xem xét nhiều khả năng: quan hệ nhân quả trực tiếp, tác động ngược chiều, ảnh hưởng của yếu tố thứ ba hoặc chỉ là sự đồng biến ngẫu nhiên. Thiết kế nghiên cứu và bằng chứng quyết định mức độ mạnh yếu của kết luận.

Giải thích khoa học vì thế luôn có giới hạn. Một lý thuyết có thể giải thích tốt hiện tượng trong những điều kiện nhất định nhưng cần sửa đổi khi dữ liệu mới không phù hợp với dự đoán của nó. Tính có thể kiểm tra và khả năng được điều chỉnh theo bằng chứng phân biệt lời giải thích khoa học với một khẳng định chỉ dựa vào niềm tin hoặc trực giác.

Dự đoán hiện tượng từ tri thức đã được kiểm chứng

Khi các mẫu hình, quan hệ hoặc cơ chế đã được hiểu đủ tốt, khoa học có thể trả lời câu hỏi: Điều gì có khả năng xảy ra nếu những điều kiện nhất định xuất hiện?

Dự đoán là sự suy ra kết quả chưa quan sát từ dữ liệu, quy luật, mô hình hoặc lý thuyết hiện có. Ví dụ, một mô hình có thể dự đoán chuyển động của một vật, sự thay đổi của một quần thể hoặc xác suất xuất hiện một hiện tượng dưới các điều kiện xác định.

Khả năng dự đoán cũng là một cách kiểm tra sức mạnh của tri thức khoa học. Nếu một giả thuyết thường xuyên đưa ra dự đoán không phù hợp với quan sát, giả thuyết đó phải được xem xét lại. Ngược lại, những dự đoán chính xác trong nhiều lần kiểm tra độc lập làm tăng mức độ tin cậy đối với mô hình hoặc lý thuyết.

Dù vậy, dự đoán khoa học không phải lúc nào cũng là khẳng định chắc chắn. Trong các hệ thống phức tạp như khí hậu, sinh thái hoặc hành vi con người, kết quả thường được biểu diễn dưới dạng xác suất và phụ thuộc vào nhiều điều kiện. Dự đoán tốt phải thể hiện cả phạm vi áp dụng lẫn mức độ bất định.

Mở rộng và điều chỉnh hệ thống tri thức

Khoa học không chỉ sử dụng kiến thức đã biết mà còn liên tục tạo ra kiến thức mới. Nghiên cứu có thể phát hiện một hiện tượng chưa từng được ghi nhận, xác định thêm thuộc tính của một đối tượng, tìm thấy một quan hệ mới hoặc chỉ ra rằng cách giải thích trước đây chưa đầy đủ.

Tri thức khoa học vì thế có tính tích lũy nhưng không bất biến. Kết quả mới được đặt trong quan hệ với những gì đã biết: chúng có thể củng cố một lý thuyết, giới hạn phạm vi áp dụng, bổ sung điều kiện hoặc dẫn đến việc thay thế một mô hình không còn phù hợp.

Nghiên cứu cơ bản thể hiện rõ mục tiêu này khi ưu tiên gia tăng hiểu biết ngay cả khi chưa có ứng dụng thực tế tức thời. Nghiên cứu ứng dụng sử dụng và đồng thời kiểm nghiệm tri thức để giải quyết các vấn đề cụ thể. Hai hướng không đối lập nhau; khám phá cơ bản có thể tạo nền tảng cho ứng dụng về sau, còn vấn đề thực tế có thể đặt ra những câu hỏi khoa học mới.

Nhờ cơ chế kiểm tra, phản biện và sửa đổi, mở rộng tri thức không đơn thuần là tăng số lượng thông tin. Giá trị nằm ở việc làm cho hệ thống hiểu biết trở nên chính xác hơn, giải thích được nhiều hơn hoặc xác định rõ hơn những gì chưa biết.

Bốn mục tiêu liên kết thành một quá trình nhận thức

Mô tả, giải thích, dự đoán và mở rộng tri thức không phải bốn hoạt động hoàn toàn tách biệt. Chúng thường tạo thành một vòng phát triển.

Quan sát cung cấp dữ liệu để mô tả hiện tượng. Những mẫu hình trong dữ liệu làm xuất hiện câu hỏi cần giải thích. Giả thuyết và lý thuyết đề xuất cơ chế, từ đó tạo ra các dự đoán có thể kiểm tra. Kết quả kiểm tra lại bổ sung dữ liệu mới, qua đó củng cố, giới hạn hoặc thay đổi tri thức trước đó.

Trình tự này cũng không phải một công thức bắt buộc. Một nghiên cứu có thể bắt đầu từ hiện tượng bất thường, một dự đoán chưa được xác nhận hoặc mâu thuẫn giữa các kết quả trước đó. Các ngành khác nhau cũng sử dụng phương pháp khác nhau tùy đối tượng và khả năng quan sát, đo lường hay thực nghiệm.

Điểm chung không nằm ở một chuỗi bước cứng nhắc mà ở yêu cầu các kết luận phải gắn với bằng chứng và có khả năng được kiểm tra, phản biện hoặc sửa đổi.

Mục tiêu của khoa học không đồng nghĩa với kiểm soát mọi hiện tượng

Một cách hiểu dễ gây nhầm lẫn là cho rằng khoa học cuối cùng phải kiểm soát hoặc chi phối đối tượng nghiên cứu. Trong một số ngành ứng dụng, hiểu biết khoa học thực sự có thể được sử dụng để tác động đến kết quả, chẳng hạn thiết kế công nghệ, phòng ngừa rủi ro hoặc xây dựng biện pháp can thiệp.

Tuy nhiên, kiểm soát không phải mục tiêu phổ quát của mọi khoa học. Thiên văn học có thể mô tả, giải thích và dự đoán nhiều hiện tượng mà con người không thể tác động đến chúng. Tương tự, nhiều nghiên cứu cơ bản chủ yếu nhằm hiểu bản chất của đối tượng chứ không nhằm thay đổi đối tượng đó.

Ứng dụng thực tiễn vì vậy cần được phân biệt với mục tiêu nhận thức của khoa học. Tri thức khoa học có thể hỗ trợ quyết định và giải quyết vấn đề, nhưng việc sử dụng tri thức còn phụ thuộc vào công nghệ, nguồn lực, đạo đức, pháp luật và mục tiêu của xã hội.

Mục tiêu cốt lõi của khoa học là tạo ra hiểu biết đáng tin cậy về thế giới bằng cách mô tả hiện tượng, giải thích nguyên nhân và cơ chế, dự đoán kết quả trong những điều kiện xác định và không ngừng mở rộng hoặc điều chỉnh tri thức theo bằng chứng mới. Bốn mục tiêu này bổ sung cho nhau: mô tả cung cấp nền tảng, giải thích làm rõ bản chất, dự đoán kiểm nghiệm sức mạnh của hiểu biết và nghiên cứu mới tiếp tục hoàn thiện hệ thống tri thức.

Vì tri thức khoa học luôn chịu sự kiểm tra của bằng chứng, các kết luận không được xem là bất biến chỉ vì đã từng được chấp nhận. Khả năng tự sửa đổi khi xuất hiện dữ liệu tốt hơn chính là yếu tố giúp khoa học tiến gần hơn đến những mô tả, giải thích và dự đoán đáng tin cậy hơn.