Không cần biết bạn là ai trong thế giới này và bạn đang làm ngành nghề gì, mọi hoạt động của bạn dù ít dù nhiều đều cần đến những kiến thức về vật lí.
| CÁC MỤC CHÍNH I. Vật lí là gì? II. Nghiên cứu khoa học có hệ thống III. Sơ đồ mẫu/khuôn mẫu (model) IV. Sự nguy hiểm của suy đoán chủ quan V. Kết luận |
I. VẬT LÍ LÀ GÌ?
Vật lí, hay physics, là từ bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp cổ đại, có nghĩa là tự nhiên. Vật lí được tạo ra để nghiên cứu và giải thích về những hiện tượng và vật chất trong tự nhiên.
Hãy lấy mưa làm ví dụ. Dù là người cổ đại của mấy ngàn năm trước hay là các bạn của hiện tại bây giờ thì đều có điểm chung là đều đã nhìn thấy mưa. Mưa là một hiện tượng tự nhiên, mà theo một quan sát đơn giản thì, cứ sau một thời gian lại có một lượng nước lớn rơi từ trên trời xuống theo dạng tia. Mưa cung cấp nước, khiến cho cây cỏ tươi tốt, mùa màng bội thu, và cho con người một cuộc sống sung túc. Cũng có khi những cơn mưa đến quá dồn dập và nặng hạt, tạo ra thiên tai lũ lụt và cướp đi mạng sống của nhiều người.
Người cổ đại không thể giải thích mưa là gì, từ đâu tới, thì cho rằng nó là một hành động của thánh thần, giống như những hiện tượng mà họ chưa thể giải thích khác. Nếu năm ấy mưa gió thuận hòa thì sẽ là phước lành của các thánh, còn nếu là một năm lụt lội thảm khốc thì sẽ là sự trừng phạt dành cho những tội lỗi của con người.
II. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÓ HỆ THỐNG
Các triết gia Hy Lạp thời xa xưa thì có những cách nghĩ khác hơn so với dân chúng bình thường. Đối với họ việc giải thích mưa bằng thánh thần quá ư là mơ hồ và không thể thỏa mãn được sự tò mò của bản thân. Thế là họ bắt đầu quan sát và nghiên cứu sâu hơn để tìm ra những cách giải thích khác. Triết gia Thales (634-546 TCN) tin rằng mưa là sự biến đổi hình dạng của nước từ hình dạng nguyên thủy của nó thành những dạng hình khác, trong đó mưa là kết quả từ việc ngưng tụ (precipaitation). Triết gia Anaximenes (585-528 TCN), một triết gia nữa thuộc thời trước Socrates (Sô-cờ-rát), thì lại cho rằng bản chất của mưa là không khí (air). Ông cho rằng thông qua những quá trình như đông kết (condensation) hay yếm khí (rarefaction) mà không khí sẽ chuyển hóa thành những dạng nguyên tố khác. Trong trường hợp của mưa thì sẽ là không khí đông đặc lại thành nước và tạo ra cơn mưa.
Trải qua nhiều thế hệ, nhiều nền văn minh khác nhau, những giả thiết này được các nhà bác học và khoa học qua các thời kì chỉnh sửa và hoàn thiện không ngừng, cuối cùng cho ra được lời giải thích cho nguyên lí của mưa và chúng ta vẫn biết như hiện tại: nước ở dạng lỏng từ mặt đất, bốc hơi thành dạng khí và được đưa lên cao ngưng tụ lại thành mây, đến khi đủ nặng thì sẽ rơi xuống tạo thành mưa. Nên nhớ rằng, đây là cách giải thích chính xác nhất và được công nhận rộng rãi bởi khoa học hiện tại. Trong tương lai, tùy vào những phát hiện mới của khoa học, mà nguyên lí của mưa sẽ được giữ nguyên hay tiếp tục được chỉnh sửa thêm.
Hành trình để giải thích cho nguyên lí của mưa suốt mấy nghìn năm qua là một ví dụ cho một hệ thống gọi là “Hệ thống nghiên cứu khoa học” (scientific method). Đây là một hệ thống bao gồm các bước cụ thể để có thể tìm ra và chứng minh được cách thức hoạt động của các hiện tượng trong tự nhiên.
Một cách đơn giản, hệ thống nghiên cứu khoa học là một vòng lặp gồm 3 bước chính: Quan sát, Đưa ra giả thuyết, và Dự đoán (kiểm nghiệm giả thuyết). Đầu tiên, những nhà nghiên cứu sẽ quan sát một hiện tượng nào đó thật kĩ lưỡng. Đó có thể là những hiện tượng trong tự nhiên hoặc là những thí nghiệm được tạo ra trong phòng thí nghiệm. Bằng việc quan sát nhiều lần, những nhà nghiên cứu sẽ rút ra những quy luật có tính cố định của hiện tượng đó.
Từ những quy luật quan sát được này, nhà nghiên cứu sẽ đặt ra một Giả thuyết (hypothesis) về hiện tượng. Giả thuyết đơn thuần là một lời giải thích tạm thời mà chưa thể chứng minh được tính đúng sai. Giả thuyết được dùng để Dự đoán về những kết quả của hiện tượng đó trong tương lai. Nhà nghiên cứu sẽ tiếp tục làm thí nghiệm để kiểm tra những dự đoán này. Nếu những dự đoán sai, thì giả thuyết phải được chỉnh sửa hay đặt ra những giả thuyết mới và lại tiếp tục làm thí nghiệm kiểm tra. Nếu những dự đoán đó là đúng thì giả thuyết lúc này sẽ trở thành Định luật (law) hay Học thuyết (theory).
Đinh Luật (Law): giải thích một hiện tượng bằng những đại lượng có thể đo đếm được, thường thể hiện dưới dạng những phương trình toán học hay những con số chính xác.
Học Thuyết (Theory): giải thích nguyên lí xảy ra của những hiện tượng, dựa trên quan hệ giữa các đại lượng từ Định luật, diễn giải một cái chi tiết hơn về cơ chế của hiện tượng.
Ví dụ:
Luật Vạn Vật Hấp Dẫn Của Newton
Dạng Định Luật:
Trọng lực (lực hấp dẫn) F giữa hai vật có khối lượng m1 và m2 là tỉ lệ thuận với tích của khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách r giữa hai trọng tâm. Được biểu diễn bằng toán học như sau:
Dạng Học Thuyết:
“Khối lượng hai vật càng lớn, lực hấp dẫn lẫn nhau giữa chúng càng lớn. Khoảng cách giữa hai vật càng xa, lực hấp dẫn lẫn nhau giữa chúng càng nhỏ.”
Cần phải nhắc lại một lần nữa, mọi định luật hay học thuyết khoa học hiện tại mà chúng ta biết đều chỉ có giá trị đương thời. Khoa học nói chung và vật lí học nói riêng luôn tiến bộ không ngừng, luôn có những phát hiện và những biến chuyển mới mỗi ngày. Cho nên, những định luật hay học thuyết mà ta biết hiện tại hoàn toàn có thể bị thay đổi trong tương lai.
III. SƠ ĐỒ MẪU (MODEL)
Sơ đồ mẫu/khuôn mẫu (model) là những quy định, những phác thảo, những hướng dẫn chung về cách thức để làm một điều gì đó. Dùng chung một sơ đồ mẫu/khuôn mẫu sẽ giúp cho mọi người dễ làm việc với nhau hơn. Ví dụ như hai nút Play và nút Pause là một khuôn mẫu khi các bạn xem video. Mọi nhà phát triển phần mềm đều sử dụng khuôn mẫu này, nút hình tam giác sẽ là Play (chạy video), nút hình hai dấu vạch dọc là Pause (tạm ngưng).
Trong trường hợp của khoa học và vật lí, có một sơ đồ mẫu bao gồm các bước để nghiên cứu khoa học. Giới khoa học tuân theo các bước này để nghiên cứu và chứng minh các định luật hay học thuyết của mình. Những định luật hay học thuyết được chính minh thông qua các bước trong sơ đồ mẫu sẽ được coi là có tính xác thực và có độ tin cậy.
IV. SỰ NGUY HIỂM CỦA NHỮNG SUY ĐOÁN CHỦ QUAN
Như đã nói ở phần trên, giả thuyết là những “học thuyết” tạm thời trong quá trình nghiên cứu và cần phải được kiểm chứng thông qua các thí nghiệm hay phép tính. Giả thuyết có thể rút ra từ những quy luật quan sát được từ hiện tượng, cũng có thể là do nhà nghiên cứu tự suy đoán mà không dựa trên dữ liệu có sẵn nào, mà theo ý nhà nghiên cứu là có thể giải đáp được cho hiện tượng. Dù tạo ra bằng cách nào thì giả thiết luôn phải được chứng minh và đưa ra kết quả đúng thì mới được công nhận.
Ngoài ra, trong nghiên cứu khoa học, cần đặc biệt chú ý đến một thứ gọi là “suy đoán chủ quan” (false assumption). Ví dụ, bạn thấy một chai nước nằm trên bàn, dưới chân chai nước là một vũng nước nhỏ, trong đầu bạn sẽ xuất hiện một suy đoán chủ quan rằng chắc chắn nước bị rò ra từ một lỗ thủng trên chai nước, bỏ qua những khả năng khác như nước bị ai đó đổ vào hay là do nước ngưng tụ từ khí lạnh. Việc có những suy đoán chủ quan là cực kì nguy hiểm, khiến những giả thuyết bị sai lệch và làm cho quá trình nghiên cứu đi chệch hướng.
V. KẾT LUẬN
Hệ thống nghiên cứu khoa học (scientific method) là khuôn mẫu bao gồm các bước trong qua trình nghiên cứu khoa học, được thiết kế để đảm bảo những kết luận cuối cùng, những định luật hay học thuyết là hoàn toàn chính xác và có mức độ tin cậy cao. Tùy vào mức độ phức tạp của từng dự án khoa học mà những bước này có thể tinh chỉnh để phù hợp. Tuy nhiên, dù có điều chỉnh ra sao thì nhất định phải tuân theo 3 bước quan trọng nhất: Quan sát, Đưa ra giả thuyết, và Dự đoán (kiểm nghiệm giả thuyết). Việc kiểm nghiệm giả thuyết là tối quan trọng để có thể khẳng định tính chính xác của nó.
Cuối cùng, cần cẩn thận với những suy đoán chủ quan của bản thân trong suốt quá trình nghiên cứu, tránh tạo ra những kết luận đi chệch hướng, làm hao tốn thời gian và những nguồn lực khác.
©2023 Thanh Phú
Đọc thêm về hệ thống nghiên cứu khoa học tại: https://www.khanacademy.org/science/biology/intro-to-biology/science-of-biology/a/the-science-of-biology