Không đạt được nhất trí

Ellis và Silk viết:

Theo quan điểm của chúng tôi vấn đề rút gọn lại là phải làm sáng tỏ một câu hỏi: khả năng quan sát và chứng kiểm thực nghiệm có tồn tại hay không để thuyết phục các nhà vật lý đó rằng lý thuyết của họ là sai và buộc họ phải từ bỏ lý thuyết đó? Nếu không có khả năng đó thì lý thuyết của họ không phải là khoa học. Ellis và Silk muốn gợi lại tinh thần của Popper: Một lý thuyết có khả năng phản nghiệm mới là một lý thuyết khoa học “A theory must be falsifiable to be scientific”.

Vấn đề đặt ra bức xúc đến mức David Gross (ĐH California, Santa Barbara, Mỹ) phát biểu rằng:

Vật lý cơ bản đối diện với một vấn đề quan trọng, nghiêm trọng đến nỗi cần kêu gọi cả sự góp ý của những người ngoài cuộc (Fundamental physics faces a problem, one dire enough to call for outsiders’ perspectives).

Gross tin rằng các nhà vật lý có thể cần đến sự viện trợ của các nhà triết học, những người vốn được coi là ngoại đạo với vật lý.

Và một cuộc hội thảo lớn Vật lý và Triết học vật lý “A Fight for the Soul of Science – Một cuộc chiến vì tinh thần của khoa học” đã được tổ chức tại ĐH Ludwig Maximilian University (LMU, Munich, Đức) từ ngày 7 đến 9/12/2015 với sự tham dự của hơn một trăm nhà khoa học – triết học và vật lý¹.

Cuộc tranh luận của các nhà khoa học

Thực tế đối diện

LTD (Lý thuyết dây) và lý thuyết Đa vũ trụ là trung tâm của nội dung hội thảo.

(Tuy nhiên Helge Kragh, ĐH Aarhus, Đan Mạch cũng có nhận xét rằng hai lý thuyết trên cũng chỉ là một phần nhỏ công việc của các nhà vật lý).

Các nhà vật lý có mong muốn tìm sự giúp đỡ của các nhà triết học để xác định một lập trường trong cách nhìn nhận mối liên quan giữa lý thuyết và thực nghiệm trong vật lý hiện đại.

Các nhà vật lý đang đối diện với thực tế phải thâm nhập từng bước vào chiều sâu của vật chất từ kích thước cm đến phần triệu của phần triệu của phần triệu của cm. Theo chiều hướng này, dường như ta phải đạt được khoảng cách 10 triệu tỷ lần nhỏ hơn khả năng hiện nay của máy LHC. Đây là phạm vi hoạt động của LTD, một ứng viên của TOE (Theory of Everything-Lý thuyết của tất cả). Hiện nay, chúng ta chưa hình dung được việc phải đạt được năng lượng đó như thế nào.

Thứ hai, hiện nay các kính viễn vọng cũng chưa vượt được chân trời vũ trụ của Thiên hà chúng ta để nhìn vào các vũ trụ khác của giả thuyết đa vũ trụ. Các lý thuyết vũ trụ học dẫn một cách logic đến kết luận là vũ trụ chúng ta chỉ là một trong quần thể Đa vũ trụ.
Xem hình 1 (từ báo cáo của David Gross).

Hình 1. Chúng ta mới quan sát được một phần của vũ trụ (phần nằm từ 10-15 cm đến 1030 cm ), song các lý thuyết vật lý hiện đại lại nghiên cứu các vùng nằm ngoài tầm vùng đó.

Như vậy, lỗi hoặc ở các nhà vật lý đã đẩy lý thuyết đi quá xa hoặc là lỗi của thiên nhiên muốn che giấu các bí ẩn của mình, nhưng tựu trung kết quả là một: Lý thuyết đã tự mình tách rời khỏi thực nghiệm. Những suy tưởng về vũ trụ đã vượt quá xa khả năng kiểm chứng của công nghệ hiện đại.

Điều phải làm không phải là nhận thức luận (ideology) mà là chiến lược (strategy): con đường lợi ích nhất để làm khoa học là con đường nào?

Có lẽ đây là câu hỏi của các nhà vật lý dành cho các nhà triết học vật lý?

Trên đây là tóm tắt phát biểu của David Gross, người ủng hộ LTD và được giải Nobel Vật lý 2004 về các công trình về lực hạt nhân mạnh.

Gross xếp LTD là lý thuyết kiểm nghiệm được về nguyên tắc (testable in principle), do đó LTD là lý thuyết khoa học, và việc nói LTD là không khoa học vì không kiểm nghiệm được trong hiện tại là điều vô nghĩa.

Thuyết Popper (Popperism)

Vậy cần những yêu cầu gì để một lý thuyết chưa được kiểm chứng được xem là khoa học?

Hiện nay đa số các nhà khoa học sử dụng tiêu chí của Karl Popper, một nhà triết học Áo-Anh. Năm 1930, Popper đã xác định một ranh giới giữa khoa học và không khoa học (science & non science) bằng việc so sánh công trình của Albert Einstein với công trình của Sigmund Freud. Lý thuyết của Einstein là phản nghiệm được (falsifiable). Điều đó (falcification) có nghĩa là có thể tìm được một chứng cứ thực nghiệm để chứng minh lý thuyết đó là sai. Song phân tâm học của Freud là không phản nghiệm được, vậy phân tâm học không là khoa học.

Các nhà khoa học phê bình LTD và giả thuyết ĐVT đã vượt quá đường ranh giới của Popper hay nói cách khác là không phản nghiệm được, vì vậy không phải là khoa học.

Song tại hội thảo Munich, nhiều nhà vật lý và triết học phản đối tiêu chí Popper. Massimo Piglicucci, nhà triết học (ĐH City New York), phát biểu rằng, tiêu chí phản nghiệm của Popper chỉ còn là một tiêu chí thảm hại để phân ranh giới giữa khoa học và không khoa học. Một ví dụ là Chiêm tinh học (Astrology) được phản nghiệm không biết bao nhiêu lần đến phát ngán (ad nauseam) vậy mà Chiêm tinh học vẫn không phải là khoa học! Pigliucci tiếp rằng, chúng ta đang bàn về triết học vật lý hiện đại chứ không phải là triết học vật lý của 50 năm về trước.

Thuyết Bayer (Bayersianism)²

Đa số các nhà triết học tại hội thảo Munich cho rằng, phản nghiệm Popper cần được thay thế bởi lý thuyết của Bayes (tức Bayesianism). Stephan Hartmann, nhà triết học phái Bayesianism tại LMU cho rằng, Bayesianism mềm dẻo hơn lý thuyết của Popper.

Nguyên tắc của xác suất Bayes là xác định xác suất điều kiện P(D|H) từ xác suất của một lý thuyết tiền định đúng đắn P(H) sau đó xác định lại xác suất hậu định P(H|D) nhờ những tư liệu, những kiến thức mới.

Carlo Rovelli (ĐH Aix-Marseille), người ủng hộ LQG (Loop Quantum Gravity – Hấp dẫn lượng tử vòng, vốn là thuyết cạnh tranh với LTD) cho rằng, nếu đối với sự tồn tại của nguyên tử là 100 % thì theo quan điểm của thuyết Bayer, LTD trong tham vọng thống nhất các tương tác thì không được đến 10 %, hai lý thuyết này ở hai tình trạng khác nhau. Rovelli không đồng ý với cách tiếp cận của Bayesianism đối với LTD.

Còn George Ellis phản đối ý kiến rằng các yếu tố lý thuyết có khả năng làm tăng xác suất trong tiếp cận Bayesianism mà theo ông, những yếu tố thực nghiệm mới là điều chúng ta cần.

Đánh giá không – thực nghiệm (Non – Emipircal Assessment)

Một tiếp cận được chú ý đến nhiều là phương pháp đánh giá không thực nghiệm (non-empirical assessment).

Đây là phương pháp do Richard Dawid, nhà vật lý lý thuyết sau chuyển thành nhà triết học vật lý (LMU), tác giả cuốn sách nổi tiếng String Theory and the Scientific Method (Cambridge Univ. Press, 2013). Dawid quan tâm đến việc tại sao các nhà LTD rất tin tưởng ở lý thuyết này mặc dầu thiếu cơ sở thực nghiệm (“Why do they trust the theory?”). LTD chứa hạt graviton, như vậy LTD thống nhất được lực hấp dẫn của Einstein với các tương tác khác. Song LTD chưa đưa ra được một tiên đoán nào khả dĩ kiểm nghiệm được.

Năm 2000, Dawid đưa ra ba lý lẽ không-thực nghiệm mang tính triết học tạo nên sự tin tưởng vào LTD.

1/ LTD hiện nay là lý thuyết độc nhất có khả năng thống nhất các tương tác theo một cách thích hợp nhất (mặc dầu trong LTD có nhiều biểu diễn toán học).

Lý lẽ này có tên là “lý lẽ về không có khả năng nào khác – no alternatives argument NAA”.
Một lý thuyết cạnh tranh là LQG, song LQG không có mục tiêu thống nhất các tương tác.

2/ LTD phát triển từ SM vốn cũng không có khả năng nào khác trong quá trình hình thành và đã được kiểm nghiệm bằng thực nghiệm. Lý lẽ này Dawid gọi là “lý lẽ siêu –quy nạp – meta-inductive argument MIA”. Dawid tin vào khả năng có thể xảy ra là các nhà vật lý không đủ trí lực để tìm ra những khả năng tồn tại khác (physicists simply aren’t clever enough to find the alternatives that exist).

3/ Lý lẽ thứ ba là LTD đã bất ngờ đưa ra những giải thích đối với nhiều bài toán bên ngoài bài toán thống nhất vốn là mục tiêu chính của LTD. Joe Polchinski (ĐH California, Santa Barbara) đã đưa ra nhiều ví dụ về những “mối liên thông giải thích không ngờ” này (unexpected explanatory interconnections). Lý lẽ này được gọi là “lý lẽ các liên thông  giải thích bất ngờ – unexpected explanatory interconnections UEA”.

LTD đã giải thích được entropy của lỗ đen, điều này lại gắn liền với vật lý hạt cơ bản (nhờ đối ngẫu AdS/CFT).

Polchinski đã phát biểu rằng “LTD đã tồn tại, chúng ta chỉ phát hiện ra thôi”. Polchinski đã sử dụng các lý lẽ không thực nghiệm của Dawid để tính xác suất Bayesianism (Bayesianism odds) để ĐVT tồn tại là 90 %.

Cái đẹp và sự thật

Về vẻ đẹp của lý thuyết: Không phải cứ lý thuyết nào đẹp cũng là đúng. Một ví dụ là lý thuyết cuộn xoáy của nguyên tử vào Thế kỷ 19 của Scots Peter Tait & Lord Kelvin cho rằng nguyên tử là những cuộn xoáy (vortex) trong ether, một chất lỏng chứa đầy không gian. Phải công nhận đây là một lý thuyết rất đẹp về mặt toán học song như chúng ta biết, lý thuyết này hoàn toàn sai.

Ether không tồn tại và các cuộn xoáy cũng không tồn tại. Cái đẹp không là sự thật. Lẽ dĩ nhiên phải trừ các phương trình hấp dẫn của Einstein: chúng vừa đẹp vừa đúng.

Làm thế nào để đánh giá một lý thuyết không có cơ sở thực nghiệm. Có thể dùng cách đánh giá không-thực nghiệm (non-empirical) của Dawid được không?

Nhà triết học Radin Dardashti (LMU) cho rằng, trong cách đánh giá của Dawid phải xác định chính xác trọng số cho từng lý lẽ NAA, MIA & UEA.

(Ví dụ đối với lý lẽ NAA có nhận xét của Sabine Hosenfelder, một nhà vật lý, Viện Nordic Vật lý lý thuyết ở Stockholm, cho rằng tính phổ biến của một lý thuyết (như LTD) có thể tạo nên ấn tượng đó là lý thuyết duy nhất trên diễn đàn. LTD thu nhiều ưu thế mang tính xã hội hơn là khoa học: các nhà vật lý trẻ dễ dàng lao vào LTD vì cho rằng đây là lĩnh vực có nhiều triển vọng hơn các lĩnh vực ít người biết đến ).

Dardashti cho rằng phép đánh giá của Dawid còn khách quan hơn việc dựa trên các tính “đơn giản và đẹp” và các tính khác.

Gross cho rằng phương pháp Dawid có thể xem là một ý tưởng mới, một lý thuyết mới trong triết học vật lý.

Song nhiều người tham gia hội thảo vẫn còn nghi ngờ về việc sử dụng luận thuyết Bayesianism và phương pháp non-empirical argument của Dawid.

Vậy là vấn đề dường như vẫn còn bỏ ngỏ đối với việc đánh giá các lý thuyết vật lý hiện đại khi đối diện với thực tế khách quan là cần đi sâu vào vật chất, điều này làm cho lý thuyết dần xa với thực nghiệm vì khả năng hạn chế khách quan hiện nay của chúng ta.

Các nhà triết học vật lý và các nhà vật lý chắc phải làm việc nhiều trong tương lai để xác định không những vấn đề nhận thức luận mà còn vấn đề chiến lược cụ thể cho vật lý hiện đại.

Đến cuối hội thảo, các nhà khoa học (vật lý & triết học) đã không đạt được sự đồng thuận nào.

Một số các nhà khoa học (theo tinh thần Popperism) cho rằng, LTD và ĐVT là không khoa học và cần rời bỏ³.

Một số các nhà khoa học khác quan niệm rằng, Popperism đã lỗi thời, nếu chiểu theo tinh thần Bayesianism thì LTD và ĐVT cần tiếp tục, việc rời bỏ những lý thuyết này vì nguyên nhân chưa có điều kiện kiểm nghiệm là vô nghĩa. Số các nhà khoa học này đều nghiêng về phía Richard Dawid. Nhìn chung phía ủng hộ tiếp tục LTD và ĐVT đã đưa ra nhiều lý lẽ có thể là xác đáng.

Dawid cùng Silk và Ellis (là ba người đồng tổ chức hội thảo) cũng không hy vọng làm cho mọi người thay đổi quan điểm của mình một cách cơ bản. Dawid chỉ hy vọng, hội thảo đã đem lại một sự xích gần nhau nào đó mà thôi.