Khuôn mẫu mới của khoa học đang xuất hiện

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

Để xem xét khả năng xuất hiện của cuộc cách mạng khoa học mới, cần căn cứ vào những đặc điểm chung của hai cuộc cách mạng khoa học đã diễn ra.

Những khám phá lớn có tính chất cách mạng

Trong cuộc cách mạng lần thứ nhất, 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 Galilei, sự bắt đầu của toán học hiện đại trong đó có phép tính vi tích phân và Định luật hấp dẫn phổ biến đã dẫn đến 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 (l911) và các cấu trúc sâu hơn sau đó, lý thuyết tương đối hẹp (l905) lý thuyết tương đối rộng (khó), cơ học lượng tử (hình thành sau một loạt khám phá bắt đầu từ khái niệm lượng tử của Planck năm l900 cho đến cơ học ma trận của Heisenberg và cơ học sóng của Schrodinger thời gian (l925- 1926)), sự tiến hóa của vũ trụ (l929) làm xuất hiện một khuôn mẫu mới thay thế khuôn mẫu cũ.

Những cách tiếp cận mới

Hình thành những cách tiếp cận 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 "Thiên nhiên được viết bằng ngôn ngữ toán học" (Galilei). Trong cuộc cách mạng lần thứ hai, là nhũng 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).

Một cái nhìn mới về thế giới

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 về tự nhiên tưởng chừng như không thể lay chuyển được.

Tự nhiên diễn ra theo một dây chuyền chặt chẽ của các biến cố từ nguyên nhân đến hậu quả, cấu hình của các nguyênnhân vào một thời điểm nào đó hoàn toàn xác định các biển 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 thay 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.

Gắn với nguyên lý về tính tất định, là nguyên lý định lượng theo đó chỉ những gì có thể đo được mới có thể là đối tượng của sự thảo luận khoa học. 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.

Sự chuyển động của tự nhiên từ trạng thái này sang trạng thái khác được xem là liên tục. Quan điểm 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, song chỉ là bề ngoài. Theo quan niệm của khoa học thế kỷ XIX, đối với bất kỳ quá trình nào của tự nhiên, ta cũng có thề chia nó ra thành những phần nhỏ hơn, sụ chia này có thể tiến hành mãi mãi, các quá trình của tự nhiên là vô cùng tinh nhỏ và liên tục.

Với các nguyên lý 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 hực không sử dụng trí tưởng tượng mà chỉ quan sát. Dù coi mình là một dụng cụ, anh ta không thùa 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 nhân tính.

Nói tóm lại, theo Bronowski, “Nhà khoa học thế kỷ XIX cắt rời bản thân khỏi nghệ thuật mang trí tưởng tượng va sáng tạo. Tất định, đó, 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”.

Những quan niệm ấy trong cuộc cách mạng khoa học thế kỷ XX đã bị thay thế cùng với các khuôn mẫu nó ngự trị.

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 đo 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 ổn định bởi hệ thức bất định Heisenberg.

Quan niệm về định lượng tuy vẫn còn tồn tại trong địa vị thống trị của nó nhưng 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 tử gắn liền với sự tồn tại một hằng sồ cơ bản (hằng số Planck) luôn luôn có mặt trong các quá trình thuộc 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 phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của người đo và đặc biệt là hệ thức bất định trong lý thuyết tương đối lượng tử như đã nói.

Những thay đổi như vậy do kết quả của các khám phá có tính chất cách mạng đã 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 J.Auger, đó là gián đoạn, cấu trúc và thông tin, dẫn đến sự thay đổi của thế giới mà các nhà nghiên cứu đã "nhìn" nó vì “vị trí" nhìn đã thay đổi. Nói cách 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. Thế giới mà người ta nhìn thấy là một thế giới trong đó có các quá trình diễn ra được mô tả bằng các khái niệm bất định và gián đoạn, các kết quả quan sát không phải là độc lập đối với con người...

Để "dự báo" cuộc cách mạng khoa học thế kỷ XXI, 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, mượn lời nhà vật lý Mỹ V. Weissskopf, người đã từng làm giám đốc Trung tâm sẽ nghiên cứu hạt nhân Châu Âu, "lớn có nghĩa là đã không thể dự báo được". Nếu như các "khám phá lớn" là không thể thấy trước được thì công việc "dự báo của chúng ta cần phải bắt đầu từ "cái nhìn mới hay là những cách tiếp cận mới”.

Lấy thí dụ 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: toàn bộ thế giới vật chất được quy về 6 hạt leptôn (êlectron, muyôn, tau và 3 nơtrinô tương ứng), 6 hạt quark (lên, xuống, lạ, duyên, đáy, đỉnh cùng với các màu đỏ, lục, lam của chúng) và các hạt mang các lực cơ bản (điện tử và yếu, đã được thống nhất thành lực điện - yếu: phôtôn, ba bôdôn trung gian, các bôdôn Higgs, mạnh gồm 8 gluôn) tất cả các hạt này đã được chứng minh bằng thực nghiệm là 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 và 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 đề đi đến lý thuyết mọi sự vật. 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 nhu vậy, họ tỏ ra ít lạc quan hơn căn cứ vào sự thăng trầm của lý thuyết này trong 20 năm vừa qua. Ai đúng, ai sai? Điều này, theo Maddox phải chờ được chứng minh trong 50 năm tới! Thực tế, trong khoảng ba thập kỷ gần đây, đã có không ít ý kiến tranh cãi về 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 Ceisy-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 Arroww và Ilya Prigogine, 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 “hỗn độn kẻ tổ chức”, “sự phức tạp”, “cái phức tạp”, “tính phức tạp” hay “phức tính”, “ (sự) tự tổ chức”, “hỗn loạn”.

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 Allegre đưa ra như sau:

Các quan hệ nhân quả đã thay đổi: “thế giới là phi tuyến” và cái nhỏ nhặt có thể gây ra tai biến.

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) mới là cách tiếp cận thích đáng.

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

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

Logic 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 (turbulence) (trong thủy 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, 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 Dalmedico, là sự xóa nhòa một loạt ranh giới giữa cái: trật tự và hỗn độn, ngẫu nhiên và không ngẫu nhiên, tất định và không tất định, đơn giản và phức tạp, bền vững và không bền vững, cục bộ và toàn cục (cái tổng thể), cơ bản và ứng dụng...

Sự xuất hiện khuôn mẫu mới và 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 học mới.

Nguồn: chungta.com, 29/04/2006