Phương pháp giả thuyết – suy diễn là cách làm khoa học gồm ba nhịp: đặt một giả thuyết, suy diễn ra hệ quả có thể quan sát được, rồi đem hệ quả đó đi thử bằng quan sát hoặc thí nghiệm. Hệ quả sai thì giả thuyết (hoặc một giả định đi kèm) sai; hệ quả đúng thì giả thuyết được ủng hộ thêm, nhưng chưa bao giờ được chứng minh trọn vẹn. Đây là khung mà phần lớn các ngành khoa học thực nghiệm đang dùng.
Bốn bước của phương pháp
- Nêu vấn đề: có một hiện tượng cần giải thích.
- Đặt giả thuyết: một lời giải thích có thể kiểm. Giả thuyết đến từ đâu không quan trọng — từ quan sát, phép tương tự, thậm chí linh cảm. Bước này thường là abduction (xem bài riêng trong danh mục).
- Suy diễn hệ quả: "nếu giả thuyết đúng thì trong điều kiện X ta phải thấy Y". Bước này là suy diễn thuần tuý, thường cần thêm các giả định phụ (dụng cụ đo đúng, điều kiện thí nghiệm như mô tả…).
- Kiểm: tạo điều kiện X, xem có Y không. Không có Y: loại giả thuyết hoặc soát lại giả định phụ. Có Y: giữ giả thuyết, đi tìm hệ quả khác để thử tiếp.
Chỗ tên gọi "giả thuyết – suy diễn" muốn nhấn: phần suy luận chặt chẽ nằm ở bước 3, đi xuống từ giả thuyết tới hệ quả, chứ không đi lên từ dữ liệu tới giả thuyết như quy nạp kiểu Bacon.
Logic của bước kiểm: vì sao xác nhận yếu hơn bác bỏ
Gọi H là giả thuyết, A là các giả định phụ, O là hệ quả quan sát. Ký hiệu ∧ đọc là "và", → là "nếu… thì…", ¬ là "không".
| Kết quả thử | Lập luận | Dạng logic | Kết luận được gì |
|---|---|---|---|
| Thấy O | (H ∧ A) → O; O; vậy H | Khẳng định hậu kiện — không hợp lệ | H được ủng hộ thêm, chưa được chứng minh |
| Không thấy O | (H ∧ A) → O; ¬O; vậy ¬(H ∧ A) | Modus tollens — hợp lệ | H sai hoặc ít nhất một giả định phụ sai |
Hai hàng này giải thích hai tính cách của khoa học: khiêm tốn khi kết quả khớp (vì O có thể do lý do khác), và cẩn thận khi kết quả trái (vì có thể lỗi ở dụng cụ, chứ không ở giả thuyết). Ý bác bỏ được Karl Popper đẩy lên thành tiêu chuẩn khoa học; ý "giả định phụ" là phê bình của Duhem và Quine — cả hai có bài riêng trong danh mục.
Vì sao vẫn tin giả thuyết khi chỉ có xác nhận? Vì không phải mọi xác nhận nặng như nhau. Một hệ quả bất ngờ — điều mà không có giả thuyết H thì không ai chờ đợi — có sức nặng hơn nhiều so với hệ quả ai cũng đoán được.
Ví dụ đầy đủ 1: Semmelweis và sốt hậu sản ở Vienna
Đây là ví dụ Carl Hempel dùng trong Philosophy of Natural Science (1966) và được nhiều sách triết học khoa học kể lại.
Vấn đề. Bệnh viện Đa khoa Vienna những năm 1840 có hai khoa sản. Ở khoa Một, tỉ lệ sản phụ chết vì sốt hậu sản cao hơn hẳn khoa Hai: theo số liệu Hempel dẫn lại, năm 1846 khoa Một là 11,4%, khoa Hai 2,7%. Ignaz Semmelweis, bác sĩ ở khoa Một, muốn biết vì sao.
Các giả thuyết bị loại. Semmelweis thử lần lượt nhiều giả thuyết, mỗi cái đều qua đủ ba nhịp:
| Giả thuyết | Hệ quả suy ra | Kiểm | Kết quả |
|---|---|---|---|
| "Ảnh hưởng dịch tễ" trong không khí cả vùng | Hai khoa và cả sản phụ sinh ngoài đường trên đường tới viện phải bị như nhau | Khoa Hai thấp hơn; sinh ngoài đường lại ít mắc | Loại |
| Quá đông | Khoa đông hơn phải chết nhiều hơn | Khoa Hai mới là khoa đông hơn | Loại |
| Sinh viên khám thô bạo | Giảm số sinh viên thì tỉ lệ giảm | Giảm rồi, tỉ lệ không giảm | Loại |
| Tư thế sinh (khoa Hai cho nằm nghiêng) | Đổi tư thế ở khoa Một thì tỉ lệ giảm | Đổi rồi, không giảm | Loại |
Manh mối. Năm 1847, một đồng nghiệp của Semmelweis là Jakob Kolletschka bị dao mổ của sinh viên cứa vào tay khi khám nghiệm tử thi, rồi chết với bệnh cảnh giống hệt sốt hậu sản. Semmelweis đặt giả thuyết mới: có "chất từ tử thi" theo tay người khám vào máu bệnh nhân. Khoa Một do bác sĩ và sinh viên phụ trách — những người đi thẳng từ phòng mổ tử thi sang; khoa Hai do nữ hộ sinh phụ trách, không mổ tử thi.
Suy diễn hệ quả: nếu giả thuyết đúng, thì rửa tay bằng dung dịch đủ mạnh để khử "chất tử thi" trước khi khám sẽ làm tỉ lệ ở khoa Một giảm xuống gần khoa Hai.
Kiểm: Semmelweis bắt buộc rửa tay bằng dung dịch vôi clo. Năm 1848, theo số liệu Hempel dẫn, tỉ lệ ở khoa Một giảm còn 1,27%, khoa Hai 1,33%. Hệ quả được xác nhận — một hệ quả không hề hiển nhiên với giới y khoa lúc đó.
Phần đáng học thêm: giả thuyết của Semmelweis chưa đúng hoàn toàn — sau này ông mở rộng "chất tử thi" thành chất hoại tử từ cả bệnh nhân còn sống. Thuyết vi trùng của Pasteur và Lister về sau mới giải thích cơ chế. Nhưng giả thuyết đủ đúng để kiểm đã cứu người trước khi cơ chế được hiểu. Câu chuyện cũng có mặt buồn: nhiều đồng nghiệp đương thời không chấp nhận, vì kết quả khớp mà chưa có cơ chế.
Ví dụ đầy đủ 2: Pascal và cột thuỷ ngân trên núi
Vấn đề. Năm 1643, Torricelli dựng ống thuỷ ngân úp ngược: cột thuỷ ngân đứng ở độ cao khoảng 76 cm, phía trên là khoảng trống. Vì sao nó đứng ở đó?
Giả thuyết. Cột thuỷ ngân được giữ bởi sức nặng của không khí đè lên mặt thuỷ ngân trong chậu (áp suất khí quyển).
Suy diễn. Lên cao thì lớp không khí phía trên mỏng hơn, sức nặng nhỏ hơn. Vậy: trên đỉnh núi, cột thuỷ ngân phải thấp hơn dưới chân núi.
Kiểm. Blaise Pascal nhờ anh rể là Florin Périer làm thí nghiệm trên núi Puy de Dôme ở Pháp tháng 9 năm 1648. Cột thuỷ ngân trên đỉnh thấp hơn rõ rệt so với dưới chân, trong khi một ống đối chứng để ở chân núi giữ nguyên.
Ví dụ này đẹp vì hệ quả có hướng rõ ràng (phải thấp hơn, không được cao hơn hay bằng) và có ống đối chứng để loại khả năng thời tiết thay đổi trong ngày. Nếu cột thuỷ ngân không đổi, giả thuyết đã bị bác bỏ ngay.
Hai ví dụ trên một bảng
| Bước | Semmelweis (1847) | Pascal – Périer (1648) |
|---|---|---|
| Hiện tượng | Khoa Một chết nhiều hơn khoa Hai | Cột thuỷ ngân đứng ở khoảng 76 cm |
| Giả thuyết | Chất từ tử thi theo tay người khám | Sức nặng của không khí giữ cột thuỷ ngân |
| Hệ quả suy ra | Rửa tay khử trùng thì tỉ lệ giảm | Lên núi thì cột thấp hơn |
| Đối chứng | Khoa Hai và các năm trước | Ống thuỷ ngân để ở chân núi |
| Kết quả | Giảm mạnh, ngang khoa Hai | Thấp hơn rõ rệt |
Lỗi hay gặp khi áp dụng
- Hệ quả quá mơ hồ: "nếu giả thuyết đúng thì học sinh sẽ tiến bộ" — tiến bộ là gì, đo bằng gì, bao lâu? Không định rõ thì kết quả nào cũng "khớp".
- Chỉ thử hệ quả dễ khớp: chọn phép thử mà kết quả gần như chắc chắn ra như ý thì không kiểm được gì.
- Đổi giả thuyết sau khi thấy dữ liệu rồi gọi là "đã dự đoán": hệ quả phải được nêu trước khi thử.
- Quên giả định phụ: cân điện tử chưa hiệu chuẩn, mẫu bị nhiễm — kết quả trái có thể do đó, không phải do giả thuyết.
- Không có đối chứng: thiếu ống ở chân núi, ta không biết cột thuỷ ngân giảm vì độ cao hay vì trời chuyển mưa.
Bài tập
- Giả thuyết: "Lá cải trong vườn trường vàng vì thiếu nắng." Suy ra một hệ quả kiểm được. — Đáp án: ví dụ: chuyển một nửa số chậu ra chỗ đủ nắng, giữ nguyên đất và nước; sau hai tuần, lá mới mọc ở nửa đủ nắng phải xanh hơn nửa còn lại.
- Kết quả khớp với hệ quả ở câu 1. Đã chứng minh giả thuyết chưa? — Đáp án: chưa; mới ủng hộ thêm. Chỗ đủ nắng có thể còn khác về nhiệt độ hay gió.
- Trong thí nghiệm Puy de Dôme, ống đặt ở chân núi đóng vai trò gì? — Đáp án: đối chứng, loại khả năng áp suất thay đổi do thời tiết trong ngày.
- Vì sao giả thuyết "quá đông" của Semmelweis bị loại? — Đáp án: vì hệ quả "khoa đông hơn chết nhiều hơn" trái với dữ kiện: khoa Hai đông hơn mà chết ít hơn — modus tollens.
Dùng vào đâu
- Báo cáo thực hành, nghiên cứu khoa học học sinh: trình bày theo đúng bốn bước, ghi hệ quả dự kiến trước khi làm.
- Sửa lỗi phần mềm: "nếu lỗi do bộ nhớ đệm thì xoá bộ nhớ đệm lỗi sẽ hết" — mỗi phép thử là một vòng giả thuyết – suy diễn.
- Đọc tin y học: hỏi nghiên cứu có nêu trước kết quả mong đợi không, có nhóm đối chứng không.
- Học tiếp: Philosophy of Natural Science của Carl Hempel (mỏng, có câu chuyện Semmelweis ở chương đầu); bài về thí nghiệm có đối chứng trong danh mục này.
Câu hỏi thường gặp
Phương pháp giả thuyết – suy diễn là gì?
Là phương pháp khoa học gồm đặt giả thuyết, suy diễn ra hệ quả quan sát được và đem hệ quả đi thử. Hệ quả sai cho phép bác bỏ giả thuyết hoặc giả định đi kèm. Hệ quả đúng chỉ làm giả thuyết được ủng hộ thêm, không chứng minh nó.
Vì sao kết quả thí nghiệm khớp vẫn không chứng minh được giả thuyết?
Vì lập luận "nếu H thì O; thấy O; vậy H" là khẳng định hậu kiện, không hợp lệ. Cùng một kết quả O có thể do nguyên nhân khác gây ra. Vì vậy khoa học tìm thêm nhiều hệ quả khác nhau, nhất là hệ quả bất ngờ, để thử.
Câu chuyện Semmelweis minh hoạ điều gì?
Semmelweis loại lần lượt các giả thuyết về sốt hậu sản bằng cách thử hệ quả của chúng, rồi đề xuất giả thuyết chất từ tử thi và kiểm bằng việc rửa tay bằng dung dịch vôi clo. Tỉ lệ tử vong ở khoa Một giảm mạnh. Carl Hempel dùng câu chuyện này để minh hoạ phương pháp giả thuyết – suy diễn.
Phương pháp giả thuyết – suy diễn khác quy nạp kiểu Bacon thế nào?
Quy nạp kiểu Bacon đi lên từ việc gom và sắp xếp dữ liệu tới kết luận. Phương pháp giả thuyết – suy diễn cho phép đoán giả thuyết bằng bất cứ cách nào, miễn là sau đó suy ra được hệ quả và đem đi thử. Phần chặt chẽ nằm ở bước kiểm, không ở bước nghĩ ra giả thuyết.
Thí nghiệm Puy de Dôme năm 1648 kiểm giả thuyết gì?
Kiểm giả thuyết rằng cột thuỷ ngân trong ống Torricelli được giữ bởi sức nặng của không khí. Nếu đúng, lên cao cột phải thấp hơn. Florin Périer làm thí nghiệm theo đề nghị của Pascal và thấy cột thấp hơn rõ rệt trên đỉnh núi, trong khi ống đối chứng ở chân núi không đổi.
