Phân biệt nguyên lý và quy luật khoa học

Vì vậy, không nên giản lược sự khác biệt thành công thức tuyệt đối rằng “quy luật chỉ mô tả, nguyên lý chỉ giải thích”. Trong thực hành khoa học, quy luật cũng có thể tham gia vào giải thích và dự đoán, còn nguyên lý cũng có thể biểu đạt những ràng buộc rất cụ thể. Hơn nữa, cách đặt tên mang tính lịch sử: một nội dung tương tự có thể được gọi là “law” trong ngữ cảnh này nhưng là “principle” trong ngữ cảnh khác.

Điểm quan trọng nhất là xem mệnh đề đó đang làm công việc gì trong cấu trúc tri thức khoa học, thay vì chỉ dựa vào tên gọi.

Bản chất khác nhau nằm ở chức năng của phát biểu khoa học

Một quy luật khoa học thường trả lời câu hỏi: Các đại lượng, trạng thái hoặc hiện tượng liên hệ với nhau như thế nào? Nó cô đọng một mẫu hình đủ ổn định để có thể dùng cho mô tả, tính toán, dự đoán hoặc kiểm tra một hệ quả.

Chẳng hạn, các định luật chuyển động của Newton biểu diễn những quan hệ giữa lực, khối lượng và trạng thái chuyển động. Trong phạm vi áp dụng của cơ học cổ điển, những quan hệ đó cho phép xác định điều gì sẽ xảy ra khi các điều kiện vật lý được biết.

Nguyên lý thường hoạt động ở tầng nền tảng hơn về mặt tổ chức nhận thức. Nó có thể nêu một điều kiện tổng quát, một ràng buộc cơ bản hoặc một tiền đề mà từ đó nhiều kết quả cụ thể được xây dựng. Nguyên lý loại trừ Pauli trong vật lý lượng tử, chẳng hạn, đặt ra một ràng buộc đối với trạng thái của các fermion giống hệt nhau. Từ ràng buộc đó có thể hiểu nhiều đặc điểm của cấu trúc electron trong nguyên tử và vật chất.

Do đó, khác biệt hữu ích không phải là “cái nào khoa học hơn”, mà là quy luật thiên về biểu diễn quan hệ có tính quy luật, trong khi nguyên lý thiên về cung cấp nền tảng hoặc ràng buộc cho một hệ thống giải thích và suy luận.

Quy luật khoa học thường nhấn mạnh quan hệ có tính ổn định

Một quan sát riêng lẻ chưa phải là quy luật. Để một phát biểu có giá trị kiểu quy luật, khoa học cần xác lập rằng quan hệ được nói tới không phải một sự trùng hợp ngẫu nhiên của một trường hợp cụ thể.

Về hình thức, quy luật có thể biểu hiện dưới nhiều dạng. Một số được viết thành phương trình toán học; một số mang tính xác suất; một số chỉ đúng khi những điều kiện nhất định được duy trì. Vì thế, “quy luật khoa học” không nhất thiết có nghĩa là một câu khẳng định tuyệt đối, không có điều kiện và không có ngoại lệ trong mọi lĩnh vực.

Trong vật lý cơ bản, nhiều định luật có dạng định lượng rất chặt chẽ. Nhưng ở sinh học, kinh tế học hoặc các khoa học về hệ thống phức tạp, những quan hệ được gọi là quy luật có thể phụ thuộc nhiều hơn vào điều kiện ban đầu, cấu trúc hệ thống hoặc giả định “các yếu tố khác không đổi”.

Điều này cho thấy chức năng cốt lõi của quy luật nằm ở việc nắm bắt một cấu trúc quan hệ có thể khái quát, chứ không nằm ở yêu cầu rằng phát biểu phải đúng vô điều kiện trong mọi hoàn cảnh.

Quy luật vì vậy có giá trị đặc biệt đối với dự đoán. Khi biết điều kiện và biết quan hệ chi phối hệ thống, nhà nghiên cứu có thể suy ra kết quả dự kiến rồi so sánh với quan sát hoặc thí nghiệm. Nếu kết quả liên tục không phù hợp, cần xem xét phạm vi của quy luật, các giả định đi kèm hoặc mô hình lý thuyết sử dụng nó.

Nguyên lý khoa học thường cung cấp nền tảng và ràng buộc

Khái niệm “nguyên lý” rộng hơn “quy luật” và không có một khuôn mẫu hình thức duy nhất áp dụng cho mọi ngành khoa học.

Một nguyên lý có thể đóng vai trò như một mệnh đề nền tảng của lý thuyết, một điều kiện giới hạn những trạng thái được phép, một quy tắc định hướng suy luận hoặc một phát biểu tổng quát được nhiều kết quả cụ thể tuân theo.

Điểm chung là nguyên lý thường không chỉ nói rằng hai đại lượng biến đổi cùng nhau theo một quan hệ nào đó. Nó còn giúp xác định hệ thống khoa học phải được xây dựng hoặc diễn giải trong những giới hạn nào.

Ví dụ, nguyên lý loại trừ Pauli không đơn thuần là thống kê rằng electron thường được quan sát ở những trạng thái khác nhau. Trong cơ học lượng tử, nó đặt ra một ràng buộc đối với các fermion giống hệt nhau. Ràng buộc này có hệ quả sâu rộng đối với cấu trúc lớp electron và nhiều tính chất của vật chất.

Tương tự, nguyên lý tác dụng tối thiểu hoặc đúng hơn là nguyên lý tác dụng dừng trong cơ học cung cấp một cách biểu diễn nền tảng để suy ra phương trình chuyển động của nhiều hệ vật lý. Ở đây, nguyên lý có chức năng tổ chức cả một lớp mô tả động lực học chứ không chỉ ghi nhận một tương quan riêng lẻ.

Vì thế, khi hỏi một nguyên lý “giải thích” điều gì, cần hiểu giải thích theo nghĩa cấu trúc: nguyên lý thường cho biết một hệ thống phải tuân theo ràng buộc hoặc nền tảng nào để các kết quả cụ thể có thể được suy ra hoặc hiểu một cách thống nhất.

Nguyên lý và quy luật không tạo thành hai cấp bậc khoa học

Một hiểu lầm phổ biến là xem nguyên lý cao hơn quy luật, hoặc ngược lại xem quy luật là phiên bản đã được chứng minh chắc chắn hơn của nguyên lý. Khoa học không vận hành theo một thang bậc cố định như vậy.

Tên gọi “nguyên lý” hay “quy luật” thường phản ánh lịch sử hình thành khái niệm, truyền thống của từng ngành và chức năng mà cộng đồng khoa học nhấn mạnh. Không tồn tại một thủ tục chung trong đó một nguyên lý, sau khi tích lũy đủ bằng chứng, sẽ “nâng cấp” thành quy luật.

Điều này thể hiện rõ ở hiện tượng một ý tưởng rất gần nhau có thể được gọi theo nhiều cách. Bảo toàn năng lượng thường được gọi là định luật bảo toàn năng lượng, nhưng trong những cách trình bày khác cũng có thể được nói đến như một nguyên lý bảo toàn. Sự thay đổi tên gọi không làm thay đổi bằng chứng thực nghiệm hay nội dung vật lý của nó.

Ngay trong triết học khoa học, ranh giới của khái niệm “law of nature” cũng là vấn đề được tranh luận. Không phải mọi tính đều đặn quan sát được đều được xem là một quy luật tự nhiên, và cũng không có một tiêu chí duy nhất được tất cả các trường phái chấp nhận để phân biệt hoàn toàn quy luật với các dạng khái quát khoa học khác.

Do đó, tên gọi chỉ là tín hiệu ban đầu. Khi phân tích một phát biểu, cần xem xét cấu trúc, phạm vi và vai trò của nó.

Vai trò giải thích và mô tả không tách rời tuyệt đối

Cách phân biệt “nguyên lý giải thích, quy luật mô tả” hữu ích ở mức nhập môn nhưng sẽ gây sai lệch nếu được coi là quy tắc tuyệt đối.

Quy luật hoàn toàn có thể tham gia vào một lời giải thích khoa học. Nếu một hiện tượng cụ thể được suy ra từ các định luật cùng với điều kiện ban đầu, những định luật đó là thành phần quan trọng của quá trình giải thích. Trong lịch sử triết học khoa học, các mô hình giải thích dựa trên quy luật từng giữ vị trí rất quan trọng.

Ngược lại, một nguyên lý không nhất thiết tự mình giải thích nguyên nhân cơ học của một hiện tượng. Một nguyên lý có thể chỉ xác định những trạng thái nào được phép hoặc không được phép, trong khi để biết hệ thống thực sự diễn biến ra sao vẫn cần thêm phương trình, mô hình và điều kiện ban đầu.

Sự khác biệt vì vậy nên hiểu theo trọng tâm chức năng:

Bảng này thể hiện xu hướng sử dụng thuật ngữ, không phải một phép phân loại tuyệt đối.

Điều kiện áp dụng quyết định giá trị của cả nguyên lý và quy luật

Một mệnh đề khoa học chỉ có ý nghĩa khi biết phạm vi mà nó được sử dụng. Đây là điểm đặc biệt quan trọng đối với quy luật vì cách gọi “law” dễ tạo cảm giác về một chân lý tuyệt đối.

Các định luật Newton là ví dụ điển hình. Chúng có khả năng dự đoán rất chính xác trong phạm vi cơ học cổ điển, nhưng không phải mô tả tối hậu cho mọi trạng thái chuyển động. Khi vận tốc tiến gần vận tốc ánh sáng hoặc khi xét những miền mà hiệu ứng lượng tử chi phối, cần các khung lý thuyết khác.

Điều đó không khiến các định luật Newton trở thành “sai” theo nghĩa chúng mất toàn bộ giá trị. Nó cho thấy tri thức khoa học luôn gắn với miền hiệu lực, giả định và mức độ xấp xỉ.

Nguyên lý cũng vậy. Một nguyên lý được định nghĩa bên trong một lý thuyết nhất định phải được hiểu theo cấu trúc khái niệm của lý thuyết đó. Không thể tự động lấy một nguyên lý của một miền khoa học rồi áp dụng như một chân lý phổ quát cho miền khác chỉ vì nó mang tên “nguyên lý”.

Bởi vậy, khi đọc một phát biểu khoa học, câu hỏi “đây là nguyên lý hay quy luật?” chưa đủ. Cần hỏi thêm:

·         Phát biểu đang áp dụng cho hệ thống nào?

·         Các điều kiện và giả định là gì?

·         Nó dùng để mô tả quan hệ, đặt ra ràng buộc hay tổ chức suy luận?

·         Nó tạo ra những dự đoán hoặc hệ quả nào?

·         Trong trường hợp nào mô hình chứa nó không còn thích hợp?

Những câu hỏi này giúp đánh giá đúng giá trị khoa học hơn nhiều so với việc suy luận từ tên gọi.

Cách phân biệt trong thực tế

Khi gặp một thuật ngữ chưa quen, có thể bắt đầu bằng việc xem mệnh đề đó biểu đạt loại tri thức nào.

Nếu nội dung chủ yếu có dạng “khi những điều kiện này tồn tại, các đại lượng hoặc hiện tượng có quan hệ như thế này”, nó có chức năng gần với quy luật. Nếu nội dung chủ yếu có dạng “một hệ thống thuộc lý thuyết này phải thỏa mãn điều kiện nền tảng hoặc ràng buộc này”, nó có chức năng gần với nguyên lý.

Sau đó cần xem mệnh đề được dùng như thế nào. Một phát biểu có thể được dùng để tính toán kết quả cụ thể, giới hạn tập hợp các trạng thái khả dĩ, suy ra một nhóm phương trình hoặc thống nhất cách giải thích nhiều hiện tượng. Chính chức năng đó giúp nhận diện bản chất tốt hơn nhãn từ ngữ.

Cuối cùng, nên kiểm tra cách thuật ngữ được sử dụng trong chính ngành khoa học liên quan. Vì “principle” và “law” không phải hai nhãn được chuẩn hóa tuyệt đối trên toàn bộ khoa học, việc cố ép mọi trường hợp vào một ranh giới cứng có thể tạo ra khác biệt giả tạo.

Nguyên lý và quy luật khoa học khác nhau chủ yếu ở vai trò mà chúng đảm nhiệm trong hệ thống tri thức. Quy luật thường cô đọng một quan hệ hoặc tính đều đặn có thể dùng để mô tả, dự đoán và kiểm tra hiện tượng. Nguyên lý thường cung cấp một nền tảng, ràng buộc hoặc cách tổ chức suy luận để nhiều kết quả cụ thể có thể được hiểu hay suy ra.

Tuy nhiên, ranh giới này không tuyệt đối. Quy luật có thể đóng vai trò giải thích; nguyên lý có thể biểu đạt quan hệ rất chính xác; và cùng một nội dung đôi khi được gọi bằng cả hai tên trong những truyền thống khác nhau. Vì vậy, cách phân biệt chính xác nhất là xem phạm vi áp dụng, hình thức của phát biểu và chức năng của nó trong lý thuyết, thay vì cho rằng “nguyên lý” và “quy luật” là hai cấp độ hơn kém nhau.