Giữa lý thuyết và định luật là khoảng cách hay là sự khác biệt? Để hiểu được thế giới tự nhiên dưới góc nhìn khách quan nhất của khoa học, chúng ta đều cần hiểu được những khái niệm vô cùng cơ bản này.
Rất nhiều người thường cho rằng lý thuyết là thứ gì đó chưa được chứng minh, và chỉ khi nó được chứng minh, nó mới tiến tới một cái mốc mới và được người ta gọi là định luật. Đây là một cách suy nghĩ phổ biến mà tôi thường xuyên thấy trong các thảo luận khoa học mang tính công chúng.
Đó là một nhận định hoàn toàn sai!
Trong đời sống hàng ngày, bạn có thể bắt gặp rất nhiều thứ mà người ta gọi là "thuyết" (theory). Chúng có thể những diễn giải và suy đoán về kinh tế, xã hội hay chính trị, và trong những trường hợp đó thì rõ ràng chúng chẳng bao giờ được chứng minh một cách rõ ràng, vì mọi qui luật xã hội đều chứa trong nó những tham số không thể dự đoán. Những tham số không thể dự đoán đó khiến cho mọi qui luật mang tính xã hội đều chỉ là tương đối, tức là chúng có thể đúng trong một số trường hợp nhưng lại dự đoán sai một số trường hợp khác.
Trong khoa học, hay nói cho rõ ràng hơn là khoa học tự nhiên, thì mọi việc rất khác. Nếu bạn áp dụng cách hiểu về khái niệm "thuyết" từ xã hội vào các nghiên cứu khoa học, bạn sẽ thu về cho mình những nhận định sai.
Một cách đầy đủ, những thứ như thuyết tương đối, thuyết lượng tử hay thuyết trường điện từ cần được gọi đầy đủ là "lý thuyết khoa học" (scientific theory). Nhưng hiển nhiên, người ta không cần dùng một cụm từ dài dòng như vậy khi bạn đang đọc một bài báo hay một tài liệu về khoa học. Chẳng ai lại hiểu khi một tác giả nhắc tới "thuyết tương đối" trong một bài báo khoa học thì đó là anh ta đang nói tới một lý thuyết kinh tế cả.
Trong khoa học, một lý thuyết và một định luật là hai thứ rất khác nhau. Chúng không phải hai cấp độ khác nhau như nhiều người tưởng. Một thuyết không thể và cũng không cần phải phát triển thành một định luật, và ngược lại.
Chúng ta hãy làm rõ những khái niệm này.
Định luật là một mô tả về một hoặc một nhóm hiện tượng cụ thể. Chẳng hạn, định luật hấp dẫn của Newton mô tả rằng mọi vật có khối lượng đều hút nhau với một lực tỷ lệ thuận với khối lượng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Một mô tả như thế được coi là một định luật mà khoa học thừa nhận khi mà nó đã vượt qua rất rất nhiều thí nghiệm lặp đi lặp lại, cũng như trong nhiều điều kiện khác nhau. Ngày nay, ai cũng biết rằng định luật của Newton mô tả chính xác biểu hiện của lực hấp dẫn trong giới hạn vận tốc thông dụng mà chúng ta quan sát hàng ngày. Nếu nó sai, người ta đã không áp dụng được nó suốt hơn 3 thế kỷ qua để xây nhà hay thiết kế ra tên lửa, máy bay và tàu không gian.
Thế nhưng, định luật chỉ mô tả hiện tượng, nó không giải thích. Định luật Newton không hề nói cho bạn biết tại sao lại có lực hấp dẫn hay ít ra là nó hoạt động theo cách nào. Muốn biết điều đó, bạn cần một thứ khác. Đó là một lý thuyết.
Lý thuyết khoa học là một giải thích cụ thể về một hoặc một nhóm hiện tượng, hoặc rộng hơn nữa có thể là khía cạnh, hay một phần của toàn bộ thế giới tự nhiên. Trong khi định luật hấp dẫn của Newton không giải thích gì về lực hấp dẫn mà chỉ mô tả về giá trị của nó, thì đến năm 1915, thuyết tương đối rộng của Einstein cho chúng ta biết rằng lực hấp dẫn hoạt động như thế nào và tại sao mà khối lượng càng lớn thì lực hấp dẫn càng lớn.
Cho tới nay, thuyết tương đối của Einstein đã trải qua rất nhiều lần kiểm chứng, từ những sự kiện xảy ra ở khoảng cách gần như sự bẻ cong của ánh sáng khi đi qua gần Mặt Trời cho tới hiệu ứng thấu kính hấp dẫn và sự uốn cong của không-thời gian được quan sát ở các thiên hà và cụm thiên hà cách chúng ta hàng triệu hay hàng tỷ năm ánh sáng. Nó thậm chí còn dự đoán được cả sự tồn tại của lỗ đen và những hiệu ứng xảy ra phía ngoài chân trời sự kiện.
Như vậy, bạn đã phân biệt được sự khác nhau cơ bản của định luật và lý thuyết. Chúng có liên hệ mật thiết với nhau để cùng mô tả và giài thích thế giới tự nhiên. Nhưng chúng không phải những cấp độ khác nhau.
Einstein (trái) và Newton.
Độ chính xác của một lý thuyết?
Như tôi nói trên, lý thuyết là một giải thích về các hiện tượng hoặc là một phần nào đó của thế giới tự nhiên. Vì là một giải thích, bản thân nó không thể được chứng minh ngay tức khắc theo cách mà người ta chứng minh một định luật - tức là lặp đi lặp lại một thí nghiệm nào đó. Khi đưa ra lời giải thích về cách mà tự nhiên hoạt động, lý thuyết đồng thời dẫn tới những dự đoán về những hiện tượng hoặc hiệu ứng khác chưa được quan sát. Càng nhiều dự đoán được kiểm chứng khi mà không có dự đoán nào sai thì lý thuyết càng được khẳng định.
Khác với định luật, một lý thuyết khoa học đòi hỏi nhiều thời gian hơn rất nhiều. Khi một ai đó đưa ra một hệ thống lập luận hoặc một tuyên bố để giải thích một hiện tượng hay một qui luật nào đó, nó bắt đầu được cộng đồng khoa học công nhận rộng rãi là một lý thuyết khi nó không có mâu thuẫn nào về mặt logic, không vi phạm bất cứ định luật nào đã được chứng minh hay hiện tượng nào được quan sát. Lý thuyết đó có đứng vững mãi hay không thì lại là một câu chuyện khác. Người ta cần kiểm tra nó qua việc quan sát những hiện tượng mà nó dự đoán.
Thuyết tương đối, thuyết lượng tử, và nhiều lý thuyết khác được công nhận rộng rãi vì chúng đưa ra dự đoán khớp với rất rất nhiều hiện tượng đã được quan sát một cách khắt khe và ngược lại không có hiện tượng nào chống lại những dự đoán của chúng (nếu không tin điều đó, bạn hãy cứ thử tìm xem có bằng chứng nào chống lại thuyết tương đối hay không).
Trong một số trường hợp, một lý thuyết được đưa ra nhưng không có cách nào để kiểm chứng bất cứ điều gì mà nó dự đoán. Nổi tiếng nhất trong vật lý hiện đại có lẽ là thuyết dây (string theory). Lý thuyết này cho rằng mọi loại hạt cơ bản cũng như mọi tương tác đều chỉ là những biểu hiện khác nhau của một phần tử cực nhỏ được gọi là dây (hàm ý về tính dao động đa dạng của một sợi dây, chứ không có ý nghĩa rằng nó có hình dạng như vậy). Đến nay, không ai có thể quan sát để xác nhận những gì mà lý thuyết này đưa ra. Nó không được thừa nhận như một mô tả chính thức về tự nhiên, nhưng các nhà khoa học vẫn gọi nó là "thuyết" là vì nó không mâu thuẫn về logic cũng như không có mâu thuẫn với bất cứ lý thuyết hoặc hiện tượng nào đã biết. Thậm chí, ý tưởng của nó là hoàn toàn hợp lý và đáng để tiếp tục nỗ lực kiểm chứng trong tương lai (hiển nhiên, nếu kiểm chứng tương lai đó cho thấy nó sai thì nó sẽ không còn được gọi là một lý thuyết khoa học nữa). Vì không được kiếm chứng và thừa nhận chính thức, bạn chỉ có thể thấy người ta nhắc tới nó dưới dạng như một giả định hoặc góc nhìn, chẳng có cuốn sách hay bài báo khoa học nào lấy nó làm dẫn chứng cho những lập luận khác.
Bạn có thể nói rằng: vậy thì những cái gọi là thuyết cũng không phải chắc chắn đều hoàn toàn đúng như các định luật. Nhưng các nhà khoa học thì có thể mô tả cho bạn theo một cách tiếp cận khác như sau: Một lý thuyết khoa học là thứ đòi hỏi ở bạn nhiều kiến thức hơn.
Vì sao?
Tôi vừa phân tích rằng thuyết tương đối đã được chứng minh qua vô số quan sát khắt khe, nhưng thuyết dây thì lại chưa hề được kiểm chứng như thế. Vấn đề là một người có hiểu biết về khoa học thì không đánh đồng hai thứ đó vào chung một từ "thuyết". Một thuyết đã được kiểm chứng và một thuyết khác thì chưa. Chúng là hai thứ rất khác nhau. Bạn không thể vì quả táo có vị ngọt mà mặc định rằng quả chanh cũng phải có vị ngọt chỉ chúng đều là "quả". Đó thực sự là một cách suy diễn hời hợt đến mức không thể chấp nhận được ngay cả với cuộc sống hàng ngày chứ không cần phải trong khoa học. Bạn cần nhiều kiến thức hơn bởi vì để nói thuyết nào là đúng và thuyết nào còn đợi kiểm chứng thì chính bạn cần biết một chút thông tin về chúng.
Sự hời hợt không được chấp nhận
Bạn có thể dễ dãi khi thưởng thức một món ăn hay khi chọn cho mình cách ăn mặc. Nhưng hời hợt trong tư duy khoa học thì luôn mang lại kết quả rất tồi tệ cho chính nhận thức của bạn. Khoa học là cả một hệ thống rất phức tạp mà cho dù chỉ quan tâm tới một bộ phận nhỏ của nó thì bạn cũng cần tư duy một cách mạch lạc.
"Chỉ là thuyết" là một phát ngôn mà theo tôi là cực kỳ hời hợt và thể hiện kiến thức vô cùng hạn hẹp về khoa học, nhưng đáng tiếc là nó lại rất phổ biến trong những trao đổi khoa học mang tính công chúng. Nhiều giáo viên ngày nay cũng nhận thức không chính xác về sự khác nhau giữa một định luật và một lý thuyết khoa học, để rồi truyền tải những nhận xét sai đó cho người học hết năm này qua năm khác.
Không hề khó để hiểu được một cách tổng quan về khoa học, nhất là khi bạn không cần phải trở thành một chuyên gia về một lĩnh vực khoa học nào đó. Chỉ có điều, trước khi lướt cái nhìn của mình vào thế giới của khoa học, bạn nên học cách tư duy một cách logic và nhìn nhận mọi khái niệm và hiện tượng một cách sâu sắc hơn là nhìn vào cái tên của nó.
Tháng 6 năm 2020
Đặng Vũ Tuấn Sơn
