Khoa học thế kỷ XXI: Vượt ra ngoài quy giản luận

Đặng Mộng Lân
08:07' CH - Thứ hai, 16/03/2015

I - Những đặc điểm chung của các cuộc cách mạng trong lịch sử khoa học

Chúng ta đã bước vào thế kỷ XXI, thế kỷ được chờ đợi sẽ xuất hiện cuộc cách mạng khoa học mới.

Cuộc cách mạng khoa học lần thứ ba này sẽ là như thế nào? Phải chăng trước hết nó cũng sẽ là một cuộc cách mạng về vật lý học với sự phá vỡ khuôn mẫu (paradigm) hiện đang tồn tại (lý thuyết lượng tử và lý thuyết tương đối), giống như trước đây, trong cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất (thế kỷ XVII), trước hết là sự hình thành "vật lý học mới" (cơ học Galilei - Newton, lý thuyết hấp dẫn Newton) mà ngày nay chúng ta gọi là vật lý học cổ điển. Và trong cuộc cách mạng khoa học lần thứ hai (phần tư thế kỷ XX), cái khuôn mẫu đó bị thay thế với sự xuất hiện của lý thuyết tương đối và lý thuyết lượng tử ?

Hay nó sẽ là một cuộc cách mạng trong sinh học với sự khám phá nguồn gốc của sự sống và, còn hơn thế, nguồn gốc của ý thức, cuộc cách mạng này sẽ xuất hiện không theo cái cách mà sinh học phân tử đã ra đời (sự hiểu biết về sự sống ở mức phân tử) - sự sống được giải thích không trên cơ sở các nguyên lý vật lý ?

Hay nó sẽ là một sự thay đổi cơ bản trong cách tiếp cận các vấn đề tự nhiên (và xã hội), và do đó sự hình thành một cái nhìn (vision) mới về thế giới do kết quả của những khám phá có tính chất cách mạng được chờ đợi như nói trên, hoặc từ đòi hỏi giải quyết những vấn đề đang đặt ra mà cách tiếp cận đang thống trị (quy giản luận, như sẽ nói) đã tỏ ra có những giới hạn?

Từ hai cuộc cách mạng khoa học đã diễn ra, có những đặc điểm chung nào mà chúng ta có thể đưa vào đó xem như là chuẩn cứ để xem xét khả năng xuất hiện của cuộc cách mạng khoa học mới?

Các chuẩn cứ đó, theo chúng tôi, có thể là như sau:

1- Trước hết là những khám phá lớn, có tính chất cách mạng, làm xuất hiện một khuôn mẫu mới hay là thay thế khuôn mẫu cũ.

Trong cuộc cách mạng lần thứ nhất, đã có những khám phá lớn như cơ học Galilei- Newton, các định luật Kepler về chuyển động của các hành tinh, những phát hiện bất ngờ về bầu trời với kính thiên văn của Galilei, sự bắt đầu của toán học hiện đại trong đó có phép tính vi tích phân, và định luật hấp dẫn phổ biến. Những khám phá này đã dẫn đầu sự xuất hiện "vật lý học mới" (một khuôn mẫu trong lịch sử vật lý học) - vật lý học cổ điển hay vật lý học Newton).

Trong cuộc cách mạng lần thứ hai, khuôn mẫu vật lý học cổ điển đã được thay thế bằng một khuôn mẫu khác - vật lý học hiện đại, hình thành từ một loạt khám phá lớn như cấu trúc của nguyên tử (1911) và các cấu trúc sâu hơn sau đó, lý thuyết tương đối hẹp (1905), lý thuyết tương đối rộng (1916), cơ học lượng tử (hình thành sau một loạt khám phá bắt đầu từ khái niệm lượng từ của Planck năm 1900 cho đến cơ học ma trận của Heisenherg và cơ học sóng của Sehrodinger thời gian 1925-1926), sự tiến hóa của vũ trụ (1929)...

2- Gắn liền với các khám phá có tính chất cách mạng là sự hình thành những cách tiếp cận mới đối với các vấn đề của tự nhiên.

Trong cuộc cách mạng lần thứ nhất, đó là phương pháp thực nghiệm quan sát và thí nghiệm do Galilei sáng lập - phương pháp đã tạo ra bản chất của khoa học hiện đại (khoa học từ Galilei cho đến ngày nay), và việc sử dụng toán học như một công cụ vừa để mô tả vừa để tìm hiểu tự nhiên Galilei, 1623: "Thiên nhiên được viết bằng ngôn ngữ toán học".

Trong cuộc cách mạng lần thứ hai, bên cạnh phương pháp thực nghiệm luôn luôn giữ vị trí trung tâm trong nghiên cứu khoa học, những khám phá có tính chất cách mạng có được nhờ đã sử dụng những công cụ toán học mà trước đó chúng được nói đến chỉ như là một lĩnh vực thuần túy toán học: hình học phi Euclid trong lý thuyết tương đối rộng, đại số học không giao hoán (các ma trận) trong cơ học lượng tử, lý thuyết nhóm trong việc biểu thị sự đối xứng của tự nhiên (đặc biệt là tính đối xứng của các định luật vật lý).

3. Từ các khám phá và những cách tiếp cận mới, đã xuất hiện một cái nhìn mới về thế giới

Trong cuộc cách mạng lần thứ nhất, theo một sự đánh giá đã có thay đổi từ các quan điểm dựa trên một vũ trụ tĩnh trong đó trái đất là trung tâm sang một quan điểm mới trong đó sự chuyển động giữ vai trò chủ yếu, đối lập ngay cả với những bằng chứng hiển hiện từ giác quan... Con người bỏ lại đằng sau nó nền văn minh dã thống trị qua rất nhiều thế kỷ, để bước sang một nền văn minh có thể nói là hiện đại.

Sự phát triển của khoa học từ cuộc cách mạng khoa học thế kỷ XVII

Cho đến cuối thế kỷ XIX đã dẫn đến sự hình thành những quan niệm cơ bản để tự nhiên tưởng chừng như không thể lay chuyển được, mà trong cuộc cách mạng sau đó, nó đã bị thay thế cùng với khuôn mẫu trong đó nó ngự trị các quan niệm đó, theo J. Bronowski, có thể nêu dưới dạng các nguyên lý sau đây:

Thứ nhất là sự cho rằng tự nhiên diễn ra theo một dây chuyền chặt chẽ của các biến cố từ nguyên nhân đến hậu quả, cấu hình của các nguyên nhân vào một thời điểm nào đó hoàn toàn xác định các biến cố trong thời điểm tiếp theo, và cứ như thế mãi. Đó là nguyên lý tất định, nhân quả, nó không cho có bất định trong tự nhiên. Bất định mà ta nhận thấy được chỉ là phản ánh của sự không hiểu biết, nếu có được sự hiểu biết đầy đủ thì luôn luôn có thể tiên đoán tương lai một cách chính xác. Như Pierre Sim Laplace đã phát biểu, nếu cho biết vị trí và tốc độ vào thời điểm hiện tại có thể tất cả các nguyên tử trong vũ trụ thì chúng ta sẽ có thể dự báo được vị trí và tốc độ của chúng vào bất kỳ thời điểm nào sau đó. Như vậy, chúng ta có thể tiên đoán mà không có một độ bất định bé nhất nào về số phận của toàn bộ vũ trụ, các phân tử và các con người của nó, các tinh vân và các quốc gia của nó, từ nay cho đến vô cùng vô tận. Đương nhiên chúng ta còn có thể làm nhiều hơn thế, vì chúng ta có thể đi ngược lại thời gian như là đi xuôi theo thời gian và dựng lại quá khứ cũng vô cùng vô tận.

Thứ hai, là một tinh thần khoa học chính xác, gắn bó với nguyên lý về tính tất định. Đó là nguyên lý định lượng, theo đó khoa học là do các sự vật và thiết lập những hệ thức chính xác giũa các kết quả đo. Theo Lord Rayleigh, ý tưởng của chúng ta chỉ rõ ràng khì nó trở thành định lượng và chỉ những gì có thể đó được mới có thể là đối tượng của sự thảo luận khoa học, do đó, chính xác, và có thể thực sự được coi là kiến thức. Theo quan niệm này thì tự nhiên cuối cùng phải được mô tả bằng những con số - những tọa độ trong không gian, những thời điểm của các biến cố và những hệ số mô tả các tính chất vật lý. Sự phát triển của kiến thức về tự nhiên là trên cơ sở xử lý các mối quan hệ giữa các con số đó.

Thứ ba là quan niệm về sự chuyển của tự nhiên từ trạng thái này sang trạng thái khác' được xem là liên tục. Quan niệm này - được gọi là nguyên lý liên tục thể hiện sự nhận biết của giác quan về sự diễn biến dần dần của các chuyển động trong tự nhiên. Các chuyển động có thể là đột ngột chớp nhoáng. Thí dụ như sét đánh, núi lửa phun... song sự đột ngột hay chớp nhoáng, theo cách suy nghĩ khoa học về thời gian, chỉ là bề ngoài. Các quá trình của tự nhiên, theo quan niệm của khoa học thế kỷ XIX diễn ra từ thời điểm này sang thời điểm khác theo cách giữa hai thời điểm có một thời điểm khác, trung gian, và giữa hai vị trí có một vị trí trung gian. Đối với bất kỳ quá trình nào của tự nhiên, ta cũng có thể chia nó ra thành những phần nhỏ hơn, sự chia này có thể tiến hành mãi mãi, các quá trình của tự nhiên là vô cùng tinh nhỏ và liên tục.

Thứ tư, với các nguyên lý nêu trên, nhà khoa học của thế kỷ XIX nhìn vào bản thân mình không như là một người mà chỉ như là một dụng cụ, không có định kiến, không có tình cảm và phần nào là hơn con người. Tự nhiên thể hiện ra như là một bộ máy khổng lồ không có nhân tính, chạy theo cách không thể bị nhiễu loạn mà người quan sát - con người - chỉ có thể hé nhìn một cách thụ động. Nhà khoa học không phát minh, anh ta nhìn. Anh ta không sử dụng trí tưởng tượng mà là sự quan sát của mình. Dù coi mình là một dụng cụ, anh ta không thừa nhận có một tương tác nào đó giữa cái dụng cụ đặc biệt ấy với các hiện tượng được quan sát. Đó là nội dung của một quan niệm, một nguyên lý, đã chi phối tư duy khoa học thế kỷ XIX: nguyên lý phi cá tính con người (principle ofimpersonality).

Nói tóm lại, theo Bronowski, "Nhà khoa học thế kỷ mười chia cắt rời bản thân khỏi nghệ thuật mang trí tưởng tượng và sáng tạo. Tất định, đo, liên tục và phi nhân tính là những phần của một cái nhìn: cái nhìn của khoa học xa rời những bất định và những căng thẳng của xã hội hàng ngày".

Trong cuộc cách mạng khoa học thế kỷ XX, quan niệm về tất định đã bị phá bỏ do sự xuất hiện của cơ học lượng tử theo đó các kết quả đã luôn luôn gắn liền với những xác suất nhất định và ta không thể đó được đồng thời một cách chính xác tùy ý hai đại lượng liên hợp (hai đại lượng có quan hệ với nhau, thí dụ như tọa độ và tốc độ của một hạt) đã được ấn định bởi hệ thức bất định Heisenberg.

Quan niệm về định lượng tuy vẫn còn tồn tại song địa vị thống trị của nó trong sự suy nghĩ của các nhà khoa học đã giảm đi và người ta đã quan tâm nhiều hơn đến các quan hệ không nhất thiết là định lượng: các quan hệ logic và cấu trúc của các quan hệ đó (nhờ sự phát triển của lý thuyết tập hợp và phương pháp tiên đề trong toán học). Quan niệm về liên tục rõ ràng là phải thay đổi do sự khám phá ra lượng từ gắn liền với sự tồn tại một hằng số cơ bản (hằng số Planck) luôn luôn có mặt trong các quá trình trong thế giới bên trong của vật chất.

Quan niệm về sự tách rời giữa con người và thế giới mà nó quan sát (nguyên lý phi nhân tính) đã không còn đúng nữa khi lý thuyết tương đối chỉ ra sự phụ thuộc của kết quả đo vào tốc độ chuyển động của người đo và đặc biệt là hệ thức bất định trong lý thuyết lượng tử như đã nói.

Những thay đổi như vậy đã làm xuất hiện những khái niệm cơ bản mới. Theo Bronowski, đó là bất định và may rủi (chance), cấu trúc, gián đoạn và thao tác (operation), hoặc theo Auger, đó là gián đoạn, cấu trúc và thông tin.

Sự thay đổi cái nhìn về thế giới do kết quả của các khám phá có tích chất cách mạng là tất yếu vì ở đây đã có sự thay đổi về khuôn mẫu. Theo lập luận trong lý thuyết về cách mạng khoa học của Kuhn, sự thay đổi khuôn mẫu dẫn đến sự thay đổi của thế giới mà các nhà nghiên cứu đà "nhìn" nó vì "vị trí" nhìn đã thay đổi. Nói cách khác, sau cách mạng khoa học, nhà khoa học đứng trước một thế giới khác. Nhà khoa học và cả những người khác đều hiểu biết về thế giới không phải theo từng phần của nó mà là trên toàn bộ. Sự thay đổi sự hiểu biết về thế giới khi thay đổi khuôn mẫu là sự thay đổi trên toàn bộ. Những người đã sống và làm việc" với khuôn mẫu Ptolemy khi từ bỏ sự hiểu biết về Trái Đất đứng yên với Mặt trời, Mặt Trăng, Sao Kim, Sao Hỏa... quay xung quanh nó thì cũng từ bỏ cái nhìn cũ về tất cả các thiên thể và về thế giới (hệ địa tâm). Tương tụ, khi người ta từ bỏ khuôn mẫu vật lý Newton, người ta cũng bỏ đi cả các quan niệm tưởng chừng như bất di bất dịch gắn liền với khuôn mẫu đó: tất định, liên tục… và thế giới mà người ta nhìn thấy là một thế giới trong đó các quá trình diễn ra được mô tả bằng các khái mềm bất định và gián đoạn, các kết quả quan sát không phải là độc lập đối với con người...

II - Có thể nói gì về cuộc cách mạng khoa học (sự dịch chuyển khuôn mẫu khoa học) đang được chờ đợi?

Chúng ta đã nói đến các yếu tố có thể lấy làm chuẩn cứ để xem xét sự xuất hiện của những cuộc cách mạng khoa học. Các yếu tố đó và mối quan hệ tổng quát giữa chúng có thể tóm tắt trong sơ đồ sau đây: Cuộc cách mạng khoa học (sự thay đổi hay dịch chuyển khuôn mẫu đã được cộng đồng khoa học chấp nhận) đang được chờ đợi nhìn chung cũng sẽ diễn ra như trong sơ đồ trên. Song để "dự báo" cuộc cách mạng đó, sơ đồ này chỉ có thể áp dụng một phần với sự đổi chiều của các mũi tên như chúng tôi sẽ nói dưới đây.

Chúng ta không thể bắt đầu từ các khám phá lớn (mà sau này, khi cuộc cách mạng khoa học đã diễn ra, sẽ được gọi là "có tính chất cách mạng") vì theo lời nhà vật lý Mỹ V.Weisskopf - Giám đốc Trung tâm nghiên cứu hạt nhân Châu Âu, “lớn có nghĩa là không thể dự báo được" !

Lấy thí dụ trong lĩnh vực vật lý học, nơi mà những người làm việc ở đây đang chờ đợi một cuộc cách mạng mới trong lĩnh vực của họ, và nếu như lịch sử lại lặp lại, thì từ đây sẽ lại mở ra một chương mới trong lịch sử của toàn bộ khoa học. Hiện nay, vật lý học đã dựng được một bức tranh tuyệt đẹp về cấu trúc của vật chất - Mô hình chuẩn (Standard Model): toàn bộ thế giới vật chất được quy về 6 hạt lepton (electron, muyon, tau và 3 nơtrino tương ứng), 6 hạt quark (lên, xuống, lạ, duyên, đáy, đỉnh cùng với các màu đỏ rực, lam của chúng) và các hạt mang các lực cơ bản (điện từ và yếu, đã được thống nhất thành lực điện yếu: phôtôn, 3 bôdôn trung gian, các bôdôn Higgs, mạnh: 8 gluon), tất cả các hạt này đã được chứng minh bằng thực nghiệm là có tồn tại, trừ các hạt Higgs vào đầu năm 2001 đã có những chứng cớ đầu tiên song còn phải được tiếp tục kiểm chứng.

Vấn đề hiện đang được tiếp tục nghiên cứu là vượt ra ngoài mô hình chuẩn, nghĩa là làm thế nào thống nhất được lực điện - yếu với lực mạnh để đi đến lý thuyết thống nhất lớn và còn hơn thế, thống nhất được các lực này với cả lực hấp dẫn nữa để đi đến Lý thuyết Mọi sự vật (Theory of Everything)! Phương hướng thực hiện tham vọng này theo nhiều nhà nghiên cứu là lý thuyết siêu dây sử dụng 9 chiều không gian, song những người khác lại không nghĩ như vậy, họ tỏ ra ít lạc quan hơn căn cứ vào sự thăng trầm của lý thuyết này trong hai chục năm vừa qua. Ai đúng, ai sai? Điều này, theo Maddox , phải chờ được chứng minh trong 50 năm tới! (Chi tiết về mô hình chuẩn và lý thuyết siêu dây)

Theo sơ đồ giới thiệu ở trên, nếu như các "khám phá lớn" là không thể thấy trước dược thì công việc "dự báo" của chúng ta cần phải bắt đầu một cách khác - từ những "đỉnh" khác trong tam giác đã vẽ, cụ thể là bắt đầu từ "cái nhìn mới" hay là "những cách tiếp cận mới" như trong sơ đồ sau đây:

Trong sơ đồ ta cũng chỉ ra khu vực của những khám phá "đáng chú ý” hiện đã đạt được mà một phần có thể sẽ phát triển thành những khám phá "có tính chất cách mạng". Chính các khám phá "đáng chú ý" này và những cách tiếp cận được sử dụng cho chúng đang gợi lên một cái nhìn mới về thế giới mà các nhà khoa học đang cố suy đoán (speculate). Ngoài ra, trong các vấn đề được xem xét, các vấn đề xã hội (trước hết là kinh tê) có thể sẽ có một vị trí không kém phần quan trọng.

Cách "dự báo" trên đây thể hiện sự suy nghĩ "tự nhiên" của các nhà nghiên cứu về tương lai của khoa học. Nó đã được Tạp chí "Nature" khuyến khích với chuyên đề "Paths to unforeseeable science & technology" (Như con đường đi đến khoa học & công nghệ không thể nhìn thấy trước được) tập trung vào khoa học cơ bản ở tuyến đầu của những nghiên cứu có thể dẫn đến những công nghệ không chờ đợi và những công nghệ "phiêu lưu có thể dẫn đến những khám phá cơ bản không thể tiên đoán được. Những tác giả được mời viết dược tự do suy đoán (freedom to speculate), không bị cản trở bởi những người xét duyệt của Tạp chí.

Thực tế, trong khoảng ba thập kỷ gần đây, đã có không ít ý kiến tranh cãi về một sự thay đổi khả dĩ khuôn mẫu hiện nay của khoa học - sự xuất hiện của một cuộc cách mạng khoa học thực sự. Những cuộc thảo luận về vấn đề "Tự tổ chức" ở Trung tâm Văn hóa Quốc tế Cérisy-la-salle năm 1981 hay về "Hỗn độn và trật tự" ở Đại học Stanford không lâu sau đó với sự tham dự của những đại diện ưu tú của cộng đồng nghiên cứu thế giới như những người được giải Nobel Kenneth Arrow và Iiya Prigogine đã cho thấy đã đến lúc không thể bỏ qua vấn đề "khuôn mẫu mới" đang xuất hiện, ở đây đang hình thành những lý thuyết trong đó thế giới bắt đầu được nhận thức với những công cụ khái niệm được biểu thị bằng những từ như "hỗn độn kẻ tổ chức" (désordre organỉsateur), "sự phức tạp", "cái phức tạp", "tính phức tạp" hay "phức tính" (compiexité), "(sự) tự tổ chức" (auto-organisation) hay "hỗn loạn" (chaos) (xem giới thiệu của Pessis-pasternak: Faut-il bruler Descartes? - Có nên đất sách của Descartes hay không? 1991, trích đăng: Xem thêm bình luận của Godet: Vive Descartes? Descartes muôn năm?

Dalmedico, trong bài "L'image fin de siècle" des sciences" (Hình ảnh "cuối thế kỷ" của các khoa học) đầu năm 2000 đã nhắc lại danh mục những luận đề đã trở thành quen thuộc xung quanh "khuôn mẫu mới" do Claude Allègre đưa ra như sau:

Các quan hệ nhân quả đã thay đổi: "thế giới là phi tuyến" và cái nhỏ nhặt (le détail) có thể gây ra tai biến (catastrophe).

Cái phức tạp phải chăng có thể phân chia thành những đơn vị sơ cấp hay chỉ có cách tiếp cận toàn cục (hay tổng thể) (l'approche globale) mới là cách tiếp cận thích đáng.

Vật lý học của hiện tượng đống cát hay giọt nước đã vạch ra bản chất sâu xa của diễn biến của vật chất mà vật lý nguyên tử không giúp chúng ta thấy được.

Quy giản luận (réductiònnisme) đã đạt tới các giới hạn và sự kết thúc của nó đã được loan báo.

Lôgic của lập luận khoa học mà người ta tin là bất di bất dịch và gắn liền với tên tuổi của Galilei và Newton cần được bổ sung bằng một quan điểm lịch sử đã được vận dụng trong các khoa học về sự sống, trái đất và xã hội.

Hình ảnh "Cuối thế kỷ” đó của khoa học đã được vẽ ra là trên cơ sở các khoa học về hỗn loạn và hỗn độn đang phát triển trong đó người ta nghiên cứu những hiện tượng không bền vững, không có trật tự hoặc chảy rối (turbuience) (trong thuỷ khí động học) và đang được bổ sung bằng những khoa học xuất hiện muộn hơn như khoa học về hỗn hợp nghiên cứu các môi trường không có trật tự (hạt nhỏ, compôdit...). Các khoa học mới này có liên quan đến các bộ môn đã hoàn toàn xác định như toán học, cơ học chất lỏng và chất khí, vật lý học, các khoa học kỹ thuật (sciences de l'ingénieur), kinh tế học, sinh học quần thể... đồng thời còn tạo ra những lĩnh vực giao lưu của các bộ môn đó với một cách tiếp cận mới. Đặc điểm chính của các lĩnh vực này, theo Dalmedieo, là sự xóa nhòa một loạt ranh giới: ranh giới giữa cái trật tự và cái hỗn độn, ranh giới giữa cái ngẫu nhiên và cái không ngẫu nhiên, ranh giới giữa cái tất định và cái không tất định, ranh giới giữa cái đơn giản và cái phức tạp, ranh giới giữa cái bền vững và cái không bền vững, ranh giới giữa cái cục bộ và cái toàn cục (cái tổng thể), ranh giới giữa cái cơ bản và cái ứng dụng...

Danh mục các vấn đề mà việc giải quyết chúng có thể làm xuất hiện khuôn mẫu mới như Allègre đã kể ra và các khoa học mới "đáng kể" ở đó có thể sẽ có những khám phá "có tính chất cách mạng" như Dalmedico đã phác họa có thể là một cái khung khá đầy đủ hiện nay giúp chúng ta phân định các vấn đề khi tìm hiểu về khả năng của một cuộc cách mạng khoa họe mới.

Với mục đích minh họa, báo cáo của chứng tôi sẽ dừng lại ở vấn đề những giới hạn đang được xem xét của quy giản luận và, có liên quan với vấn đề này, những cách tiếp cận trong đó sự phức tạp có một vai trò cơ bản. Sự lựa chọn "để minh họa" này sẽ dựa trên chuyên đề "Beyond Reductionism" (Vượt ra ngoài quy giản luận) trên tạp chí "Scienee" số ra ngày 2/4/1999.

Khoa học thế kỷ XXI: Vượt ra ngoài quy giản luận
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,