Trong giao tiếp thông thường, thuật ngữ “lý thuyết” thường được sử dụng một cách lỏng lẻo, đồng nghĩa với một linh cảm, phỏng đoán hoặc một ý kiến chưa được chứng minh. Tuy nhiên, trong thế giới mà mọi thứ đều có lý do, “lý thuyết khoa học” được xem như một khái niệm mạnh mẽ và chặt chẽ hơn nhiều. Nó là một trụ cột cơ bản của kiến thức khoa học, đại diện cho một lời giải thích được chứng minh rõ ràng, toàn diện và được chấp nhận rộng rãi về một khía cạnh của thế giới tự nhiên.
Định nghĩa một lý thuyết khoa học
Lý thuyết khoa học không chỉ là một ý tưởng đơn lẻ, mà nó là một khuôn khổ được xây dựng tỉ mỉ, kết hợp một lượng lớn bằng chứng, gồm các sự kiện, định luật, giả thuyết và hiện tượng quan sát được. Nó cung cấp một phương pháp mạch lạc và mạnh mẽ để hiểu được một khối lượng lớn dữ liệu.
The American Museum of Natural History định nghĩa một cách chính xác nó là “một lời giải thích được chứng minh rõ ràng về một khía cạnh nào đó của thế giới tự nhiên, có thể kết hợp các định luật, giả thuyết và sự kiện.”
Theo triết gia khoa học James Robert Brown lưu ý, một lý thuyết “tổ chức trải nghiệm,” đưa các quan sát của chúng ta vào một hình thức có hệ thống, giúp chúng ta hiểu được các mối quan hệ cơ bản.
Một đặc điểm quyết định của một lý thuyết thành công là sức mạnh giải thích của nó. Nó phải có khả năng giải đáp một loạt các sự kiện và quan sát hiện có. Ví dụ, lý thuyết vạn vật hấp dẫn của Ngài Isaac Newton, thường được gọi là một định luật, hợp nhất một cách xuất sắc các quan sát trước đây vốn rời rạc.
Vào cuối thế kỷ 17, quỹ đạo hình ellipse của các hành tinh là một sự thật được biết đến và Galileo mô tả toán học về các vật thể rơi trên Trái Đất. Thiên tài của Newton nằm ở việc kết nối hai hiện tượng dường như không liên quan này bằng một nguyên lý duy nhất.
Lý thuyết của ông đặt ra rằng mọi vật thể trong vũ trụ đều tác dụng một lực hấp dẫn lên mọi vật thể khác, với cường độ của lực này tỷ lệ thuận với khối lượng của lực đó và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa lực đó. Định luật “nghịch đảo bình phương” này giải thích tại sao các hành tinh quay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo hình ellipse và tại sao một quả táo rơi xuống đất. Lý thuyết của Newton là một thành công vang dội bởi nó cung cấp một lời giải thích đơn giản nhưng toàn diện cho vô số chuyển động của thiên thể và Trái Đất.
Sức mạnh dự đoán của một lý thuyết
Ngoài việc giải thích những gì chúng ta biết, một lý thuyết khoa học vĩ đại còn đạt được độ tin cậy to lớn bằng cách đưa ra những dự đoán chính xác về các hiện tượng chưa được quan sát. Một ví dụ điển hình cho điều này là việc Edmond Halley sử dụng lý thuyết của Newton. Năm 1705, Halley tính toán quỹ đạo của một sao chổi được nhìn thấy vào năm 1682, dự đoán sự trở lại của nó vào năm 1758. Sao chổi, hay Comet – ngày nay được gọi là Halley’s Comet, tái xuất hiện chính xác như dự đoán, một “chiến thắng ngoạn mục” củng cố lý thuyết của Newton trong cộng đồng khoa học.
Khả năng dự đoán này là một điểm khác biệt quan trọng giữa một lý thuyết khoa học và một phỏng đoán đơn thuần. Một phỏng đoán có thể tình cờ đúng, nhưng một lý thuyết cung cấp một cơ sở hợp lý cho các dự đoán của nó, sau đó được kiểm chứng thông qua quan sát và thực nghiệm.
Bản chất động của các lý thuyết khoa học
Các lý thuyết khoa học không tĩnh tại, mà có thể được tinh chỉnh, tiến hóa, và trong một số trường hợp, bị thay thế. Các lý thuyết này đại diện cho những hiểu biết tốt nhất hiện tại về thế giới tự nhiên, nhưng luôn mở ra những bằng chứng mới. Khi một lý thuyết bị thay thế, không phải vì nó “sai” theo nghĩa đơn giản. Thông thường, một lý thuyết mới xuất hiện giải thích mọi thứ mà lý thuyết cũ làm, cùng với những hiện tượng mới mà lý thuyết cũ không thể.
Đây chính xác là những gì xảy ra với thuyết hấp dẫn của Newton. Trong hơn 200 năm, nó là tiêu chuẩn vàng, nhưng nó có những hạn chế. Ví dụ như nó không thể giải thích đầy đủ quỹ đạo tiến động tinh tế của hành tinh Sao Thủy. Đầu thế kỷ 20, thuyết tương đối rộng của Albert Einstein xuất hiện. Trong khi Newton coi trọng lực là một lực, Einstein mô tả nó là độ cong của không thời gian do khối lượng và năng lượng gây ra. Lý thuyết mới này không chỉ giải thích quỹ đạo dị thường của Sao Thủy, mà còn đưa ra những dự đoán mới lạ, chẳng hạn như sự bẻ cong ánh sáng của các ngôi sao bởi trọng lực. Điều này được xác nhận một cách nổi tiếng trong lần nhật thực năm 1919, đưa Einstein lên tầm cao mới, trở thành hiện tượng toàn cầu. Năm 2016, việc phát hiện ra sóng hấp dẫn một lần nữa khẳng định những dự đoán của Einstein, gần một thế kỷ sau khi lý thuyết này được đề xuất.
Mặc dù thành công, thuyết tương đối rộng vẫn chưa phải là lời khẳng định cuối cùng. Hiện tại, nó không tương thích với cơ học lượng tử, lý thuyết tốt nhất của con người để mô tả thế giới hạ nguyên tử. Các nhà vật lý đang tích cực nghiên cứu một lý thuyết mới, hoàn thiện hơn, có thể thống nhất hai trụ cột này của vật lý hiện đại, tương tự như lý thuyết dây hay lực hấp dẫn vòng lượng tử.
Cuộc tìm kiếm không ngừng nghỉ này cho thấy các lý thuyết khoa học là những khối kiến thức sống động, luôn vận động – những lời giải thích đáng tin cậy nhất của chúng ta về cách thức vận hành của vũ trụ, luôn cần được tinh chỉnh khi con người tiếp tục tìm hiểu thêm.
(theo Mentalfloss)
