Bài 2: Xây dựng giả thuyết


Mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài giảng Bài 2: Xây dựng giả thuyết sau đây để tìm hiểu về phát hiện tình huống có vấn đề, nghiên cứu toàn cảnh tình huống có vấn đề, đưa ra giả thuyết, kiểm tra giả thuyết.

Tóm tắt lý thuyết

Giả thuyết được xây dựng khi khoa học gặp một hay một nhóm hiện tượng mới mà không thể lý giải được bản chất hiện tượng đó bằng tất cả những tri thức khoa học đã có. Nhiều nhà khoa học đã tìm tới để xây dựng một mô hình chung cho quá trình xây dựng giả thuyết nhưng thực tế vấn đề này còn nhiều tranh cãi. Mặc dù chưa có một mô hình chung cho việc xây dựng giả thuyết, nhưng quá trình xây dựng các giả thuyết có thể được chia thành 4 giai đoạn cơ bản sau:

1. Phát hiện tình huống có vấn đề

  • Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình xây dựng giả thuyết. Giai đoạn này thể hiện ở chỗ: khoa học phát hiện ra một (hay một nhóm) sự kiện hay quá trình mà nguyên nhân xuất hiện của chúng tạm thời chưa được giải thích bằng các lý thuyết đã có.
  • Như vậy, ở đây xuất hiện mâu thuẫn giữa các lý thuyết đã có và các sự kiện mới được phát hiện. Sự xuất hiện mâu thuẫn này tạo ra tinh huống có vấn đề là điếm xuất phát trong mọi nghiên cứu khoa học nhằm tìm kiếm các chân lý mới. Việc phát hiện tình huống có vấn đề là bước quan trọng đầu tiên trong quá trình xây dựng giả thuyết khoa học.

Ví dụ: Nhà bác học Ampe, khi cho một thỏi sắt vào trong lòng một ông dây có dòng diện chạy qua đã thấy từ trường của ống dây mạnh lên qua việc tăng cường độ dòng điện chạy vào ống dây đó, ông đã xây dựng nên giả thuyết về sự tồn tại của dòng điện phân tử trong thỏi sắt. Sau này, giả thuyết của Ămpe về dòng diện trong phân tủ đã được khoa học chứng minh.

2. Nghiên cứu toàn cảnh tình huống có vấn đề

  • Ở giai đoạn này, người ta tiến hành thu thập, xử lý thông tin để nghiên cứu toàn diện, tổng thể các hoàn cảnh có liên quan đến hiện tượng cần nghiên cứu. Trong giai đoạn này, người ta thường sử dụng cả hai phướng pháp phân tích và tổng hợp. Phân tích có nhiệm vụ nghiên cứu tính đa dạng, đặc thù của các hiện tượng trong từng trường hợp xuất hiện của nó. Còn tổng hợp thì có nhiệm vụ liên kết các kêt quả có được nhờ phân tích những tri thức có tinh hệ thống nhằm vạch ra các mối liên hệ bản chất của chúng.
  • Trên cơ sở làm sáng tỏ các mối liên hệ lôgic giữa các hiện tượng khác nhau với hiện tượng cán nghiên cứu, giữa hiện tượng cần nghiên cứu với các hoàn cảnh (điều kiện) liên quan đến sự xuất hiện của chúng, người ta sử dụng phương pháp quy nạp để đưa ra những hướng khả dĩ để tìm kiếm giả thuyết. Chẳng hạn, người ta phân tích, đường và muối có thể tan trong nước có lẽ vì trong nước có chỗ trống và như vậy nước không phải là khối đông dặc. Tương tự như vậy, sở dĩ ta ngửi thấy mùi thơm của hoa là do có một số hạt hết sức nhỏ tách khỏi nhụy hoa theo gió và không khí tác động đến khứu giác.
  • Có lẽ vì không khí không phải là khối đặc, nên khi ta nén đã làm giảm bớt đi khoảng cách giữa các phân tử khí, vì vậy mà làm giảm đi thể tích khối khí. Trên cơ sở phân tích-tổng hợp hàng loạt các hiện tượng cùng loại người ta thường sử đụng phương pháp quy nạp để đưa ra các hướng khả dĩ tìm kiếm giả thuyết bởi vì phương pháp quy nạp giúp chủ thể khái quát được mối quan hệ giữa các hiện tượng độc lập cá biệt lại với nhau để hình thành liên các phán đoán có dạng: S có thể là P.

3. Đưa ra giả thuyết

  • Đây là giai đoạn quyết định trong quá trình xây dựng giả thuyết, trong giai đoạn này ngoài các yếu tố lôgic còn có sự tham gia tích cực của trực giác, tức là ở đây vai trò của tư duy sáng tạo có ý nghĩa quyết định. Việc lựa chọn gia đình nào đó làm giả thuyết phải đáp ứng được yêu cầu cơ bản nhất. Đó là việc giả định đó phải giải thích được nguyên nhân xuất hiện của hiện tượng hay nhóm hiện tượng được nghiên cứu.
  • Trên thực tế việc đưa ra một giả thuyết đòi hỏi rất nhiều các yếu tố tham gia. Trước hết, phải kể đến các hệ thống lý thuyết nền tảng. Đây là một hệ thống tri thức đã có về lĩnh vực đối tượng được nghiên cứu. Xét về cấu trúc, các lý thuyết thuộc hệ thống này thường là một hệ thống phân tầng của các khẳng định theo sức mạnh logic khác nhau.
  • Những khẳng định ở tầng càng cao thì tính khái quát càng lớn. Các khẳng định ở tầng trên cùng có tính khái quát cao nhất đó là cốc quy luật chung, các phạm trù nguyên lý, đặc biệt là các tiên đề. Các lý thuyết như vậy làm cơ sở cho việc tìm kiếm giả thuyết.
    • Ví dụ: Từ các phạm trù tiên đề đã có người ta đưa ra những phạm trù khái quát hơn hoặc mở rộng hệ tiên đề, hoặc đưa ra các tiên đê khái quát hơn mà hệ tiên đề cũ chỉ như một trường hợp riêng.
  • Thứ hai, phải kể đến các tri thức kinh nghiệm, các thực nghiệm khoa học. Ở đây vai trò gợi mở của các thí nghiệm là rất lớn. Nó cho phép đưa ra những dự đoán về giả thuyết. Việc đưa ra giả thuyết thực chất là quá trình phát minh. Thế nhưng nếu giả thuyết được xây dựng chỉ thuần túy dựa vào những tri thức đã có sẵn bằng con đường diễn dịch thì giả thuyết đó, về bản chất, là không có gì mới so với các lý thuyết đã có.
  • Bởi lẽ, bản chất của phép diễn dịch là làm cụ thể hóa những tri thức đã có sẵn trong tiền đề. Những giả thuyết vượt ra ngoài phạm vi của các tri thức đã có mới là những phát minh khoa học thực sự. Trong quá trình xây dựng giả thuyết còn cần một yếu tố quan trọng khác là trực giác. Đêmôcrit và Lơxip bằng trực giác đã đưa ra giả thuyết về nguyên tử để giải thích cấu tạo của mọi vật. Ở thời điểm đó, Đêmôcrit và Lơxip chưa có điều kiện để chứng minh giả thuyết này nhưng căn cứ vào giả thuyết này người ta đã giải thích được hầu hết các hiện tượng như: bay hơi, hòa tan...
  • Theo họ do các vật được cấu tạo bởi nguyên tử và giữa các nguyên tử có khoảng cách nên khi hòa tan đường vào trong nước không phải là các phân tử đường biến mất mà đo chúng đã chiếm giữ một khoảng trống giữa các phân tử nước. Tuy nhiên, giả thuyết của họ chỉ dừng lại ở mức độ đó. Cho đến thế kỷ XIX khoa học hiện đại mới xây dựng được giả thuyết về mô hình khoa học về cấu tạo nguyên tử.

4. Kiểm tra giả thuyết

  • Từ giả thuyết vừa được đưa ra để giải thích về nguyên nhân của sự kiện được nghiên cứu bằng con đường lôgic (chủ yếu là diễn dịch), người ta rút ra các sự kiện mới - là hệ quả của giả thuyết. Trên cơ sở so sánh các hệ quả này với thực tế (trong đó có các sự kiện được nghiên cứu) sẽ cho phép ta đánh giá về độ tin cậy của giả thuyết. Khi các hệ quả này không mâu thuẫn với thực tế thì giả thuyết được thừa nhận là có cơ sở khoa học. Trong trường hợp ngược lại, giả thuyết bị bác bỏ hoặc tiếp tục được hoàn thiện trong quá trình phát triển của nhận thức khoa học.
  • Trên thực tế, quá trình xây dựng giả thuyết rất phức tạp. Ví dụ khi nghiên cứu chính xác về đường đi của chùm tia \(\alpha \) khi qua một lá vàng mỏng, nhà bác học Rơdepho nhận thấy rằng phần lớn (các hạt đó điều đi thắng, chỉ có một số hạt bị chệch hướng hoặc bật trở lại. Để giải thích hiện tượng khuếch tán của tia \(\alpha \) năm 1911 Rơdepho đã xây dựng lên mẫu hành tinh nguyên tử. Mẫu hành tinh nguyên tử của Rơdcpho như một thái dương hệ nhỏ bé.
  • Ở tâm của mỗi nguyên tử có một hạt nhân mang diện tích dương và có kích thước rất nhỏ bé so với kích thước của nguyên tử. Chung quanh hạt nhân có các điện tử quay rất nhanh theo các quỹ dạo khác nhau theo các quy luật của cơ học cổ điển và số điện tử của nguyên tử bằng số đơn vị điện tích dương của hạt nhân - nguyên tử trung hòa về điện. Mẫu hành tinh nguyên tử của Rơdepho đã xác minh được sự tồn tại của hạt nhân trong nguyên tử và nó là yếu tố gây lệch hướng của các hạt \(\alpha \) khi va chạm phải trên đường đi.
  • Từ giả thuyết của Rơđepho, theo các định luật điện động lực học và cơ học cổ điển, người ta rút ra một hệ qua là điện tử sẽ mất dần năng lượng khi chuyển động quanh hạt nhân, vì vậy, nó sẽ chuyên động theo đường xoáy trên ốc và rơi vào hạt nhân. Nguyên tử của Rơdepho do đó không bền vững. Điều này mâu thuẫn với thực tế là nguyên tử rất bền vững. Để giải quyết mâu thuẫn này vào năm 1913. Bo dựa vào thuyết lượng tử nâng lượng của Plăng và sử dụng thành quả của Rơdepho đã xây dựng giả thuyết cho rằng: Trong nguyên tử, điện tử chỉ chuyển động trên các quỹ đạo nhất định và không bức xạ năng lượng (điện tử có năng lượng không dổi).
  • Nguyên tử hay điện tử chỉ phát xạ hay hấp thụ bức xạ khi chúng chuyển từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác. Như vậy, điện tử không mất dần năng lượng và nguyên tử tồn tại bền vững. Nhờ giả thuyết này Bo đã thành công trong việc xây dựng lý thuyết về cấu tạo nguyên tử Hiđrô. Giả thuyết, của Rođepho - Bo về mẫu hành tinh nguyên tử được công nhận. Cùng với sự phát triển của khoa học, mẫu hành tinh nguyên tử Rơdcpho và Bo đã được nhà bác học Xômmơphen người Đức và các nhà bác học khác phát triển và hoàn thiện hơn. Tuy nhiên, việc kiểm tra các giả thuyết có nhiều phương pháp khác nhau. Dưói đây, chúng ta xem xét một số phương pháp cơ bản.