L ỜI NÓI ĐẦU CÁC KÝ HIỆU ĐƯỢC SỬ DỤNG
25. Giới hạn của thực nghiệm*
Các triết gia duy vật thường nói: “thực tiễn là tiêu chuẩn của chân lý”, còn những nhà vật lý thì nói: “lý thuyết cần phải được kiểm chứng bằng thực nghiệm”. Những điều đó đều đúng cả. Tuy nhiên, vấn đề trước hết lại không phải là ở chỗ có “được kiểm chứng” hoặc “tiêu chuẩn” hóa hay không, mà lại ở chính cái được gọi là “thực tiễn” hay “thực nghiệm” này! Học thuyết địa tâm của Ptoleme chẳng phải cũng đã từng dựa vào “thực nghiệm” đó sao? Ai mà chẳng “tận mắt” nhìn thấy Mặt trời mọc ở đằng Đông rồi lặn ở đằng Tây, Mặt trăng và bầu trời đầy sao cũng vần xoay quanh ta là cái gì vậy? Đó chính là giới hạn của thực nghiệm!
Thực nghiệm là quá trình sử dụng các phương tiện vật chất theo các quy trình nhất định nhằm mục đích kiểm tra một hiện tượng hay sự vật nào đó. Như vậy ở đây có 3 yếu tố hình thành nên cái gọi là “thực nghiệm” đó:
+ phương tiện vật chất bao gồm các thiết bị đo đạc, các thiết bị hỗ trợ, tạo mẫu, tính toán, mô phỏng v.v..
+ cơ sở lý thuyết nhờ đó xây dựng nên các quy trình thí nghiệm, chương trình tính toán, xử lí số liệu ...
+ người thí nghiệm tiếp nhận thông tin và điều khiển toàn bộ quá trình. Như thế có thể thấy do cả 3 yếu tố này không bao giờ có thể hoàn thiện mà luôn có những giới hạn không thể vượt qua được nên cái gọi là “thực nghiệm”, về nguyên tắc, cũng sẽ có giới hạn, vì vậy, việc hài lòng với cái gọi là “kết quả thực nghiệm đã chỉ ra như vậy” sẽ dẫn dắt chúng ta tới những sai lầm mà cái giá phải trả sẽ là rất lớn. Có thể lấy thí nghiệm rơi tự do kiểu Galileo làm ví dụ minh họa. Thả một cái lông ngỗng, một hòn bi sắt và một mẩu gỗ vào một ống thủy tinh đã được hút chân không, đặt nó dựng đứng lên rồi bất ngờ lật ngược nó xuống – cả 3 vật đều rơi xuống đáy cùng một lúc, với cùng một gia tốc rơi tự do g = 9,8m/s2, bất chấp khối lượng của chúng chênh lệch nhau cả trăm lần. Từ đây có thể tuyên bố rằng “gia tốc rơi tự do của mọi vật đều như nhau, không phụ thuộc vào khối lượng của chúng”. Và một khi gia tốc rơi tự do đã như nhau thì có thể rút ra được sự tương đương giữa khối lượng hấp dẫn và khối lượng quán tính. Kết quả là có thể nâng lên thành nguyên lý cho tất cả mọi vật thể trong Vũ trụ - nguyên lý tương đương. Song, rất tiếc điều đó lại là một sai lầm. Chỉ cần thay thí nghiệm này bằng một thí nghiệm tưởng tượng khác là chọn vật rơi có khối lượng tương đương khối lượng của Trái đất sẽ thấy ngay gia tốc rơi tự do của nó không còn bằng g nữa mà phải là ~2g – nguyên lý tương đương không còn đúng nữa! Nói cách khác, gia tốc rơi tự do phụ thuộc vào khối lượng của cả hai vật chứ không chỉ của một vật. Sai số thực nghiệm có thể đánh giá bởi tỷ số (xem biểu thức (2.29)):
TĐ x M M ≈ δ
Với Mx và MTĐ là khối lượng hấp dẫn của vật thử và của Trái đất tương ứng. Trong thí nghiệm của Galileo, sai số này chỉ là 10-24 – một độ chính xác “nằm mơ cũng không thể có được”, ấy vậy mà sẽ sai tới 100% khi 2 khối lượng ấy bằng
nhau! Nghe nói sắp tới, NASA sẽ cho chi 500 tr. USD vào vũ trụ để kiểm tra sự sai khác giữa 2 khối lượng đó với sai số dự kiến giảm xuống chỉ còn 10-16 thay vì 10-12 như hiện nay, nhưng có thể tiên đoán được trước rằng kết quả sẽ vẫn chẳng nhận được gì khác hơn!