Trong thời đại này, một câu hỏi được nêu lên từ thời cổ đại bỗng trở nên hết sức hiện đại. Đó là, liệu các lý thuyết khoa học, các định luật vật lý, các mô hình về vũ trụ bao la, về thế giới vi mô như nguyên tử, hạ nguyên tử…, liệu tất cả những thành tựu vật lý đó từ 25 thế kỷ qua phản ánh đúng thực tại như nó là, hay chúng chỉ là các mô hình hay lý thuyết nhắm xếp đặt cho hợp lý các kinh nghiệm giác quan của con người.
Câu hỏi này là một luận đề triết học rất căn bản, nó sinh ra hai quan niệm triết học trong khoa học. Đó là – nói một cách sơ lược – quan niệm duy thực, nếu cho rằng lý thuyết của con người phản ánh đúng thực tại khách quan,
chúng nói lên bản thể của sự vật. Thứ hai là quan niệm công cụ, cho rằng các lý thuyết và qui luật vật lý chỉ là phương tiện để lý giải những gì quan sát được; còn liệu chúng có phản ánh đúng một thực tại bên ngoài hay không thì ta không thể trả lời.
Nhiều nhà vật lý rất ngỡ ngàng với vấn đề vừa nêu. Đối với họ, phải có một thế giới khách quan bên ngoài và các lý thuyết vật lý phải mô tả thực tại đó. Họ là những người theo quan niệm duy thực mà không hề biết. Thật ra thì đại đa số các nhà vật lý đều vô thức quan niệm duy thực cả; và chỉ những đều óc quan tâm đến ý nghĩa triết học trong khoa học hay các nhà vật lý linh mẫn nhất mới có một cái nhìn tự phản tỉnh. Họ tự hỏi phải chăng thực sự có một thực tại khách quan, phải chăng các qui luật vật lý mô tả thực tại đó, phải chăng chúng nói lên tính bản thể của thực tại.
Dĩ nhiên các vị đó nêu lên một vấn đề chẳng những không đơn giản mà còn có tính siêu hình. Nơi đây mỗi người đều có một câu trả lời cho riêng mình và câu trả lời đó lại dựa trên một niềm tin nhất định. Đây chính là lý do làm phần lớn các nhà vật lý không muốn tiếp cận với vấn đề này. Einstein, thiên tài của thế kỷ 20 cũng đặt câu hỏi đó và cuối cùng ông chọn một thái độ duy thực. Ông là người tin nơi một thực tại khách quan độc lập với ý thức con người và các qui luật vật lý hiển nhiên phải mô tả thực tại đó. Trước thế kỷ 20, quan niệm duy thực hầu như chiếm lĩnh trận địa trong triết học của khoa học tự nhiên.
Với Max Plank, Einstein, quan niệm này có trong hàng ngũ những nhà khoa học xuất chúng. Đồng thời hai vị này là hai nhà kiến trúc sư của nền vật lý hiện đại. Thế nhưng, điều bất ngờ là quan niệm duy thực dần dần mất ảnh hưởng, ngược lại quan niệm công cụ ngày càng có nhiều người thừa nhận mà một đại biểu của nó là trường phái Copenhagen của cơ học lượng tử.
Thực ra quan niệm duy thực và công cụ đã hình thành trong buổi bình minh của lịch sử khoa học và thực tế là trong quá trình nghiên cứu, nhiều nhà vật lý trong ngành khoa học cũng không biết mình đổi đi đổi lại hai quan niệm đó vì chúng rất dễ bị trộn lẫn vào nhau. Trong quá khứ xa xưa hai chủ trương này chưa xuất hiện một cách rõ nét, chúng chỉ nói lên quan niệm của các nhà vật lý về mô hình lý thuyết, về các khái niệm vật lý và về các công thức phương trình toán học áp dụng trong vật lý. Ngày nay, một vấn đề được đặt ra là, liệu thực tại trước mắt ta là thực như nó là hay không; vì thế hai quan niệm duy thực và công cụ trở thành luận đề chủ đạo trong ngành vật lý. Chúng nói lên cả thái độ của nhà vật lý trước một câu hỏi thuộc về bản thể học.
Trên nguyên tắc, mỗi nhà vật lý phải tự biết mình quan niệm thế nào về một thực tại bên ngoài, phải chăng thực tại tồn tại khách quan và hệ qủa của quan niệm đó là tính chất của lý thuyết mình sẽ đưa ra, đó là tính chất duy thực hay công cụ.
Từ thời Hy Lạp, trong các nhà tư tưởng đã manh nha hai quan niệm khác biệt về thế giới hiện tượng và vai trò của lý thuyết. Aristotle thấy cần phải giải thích tại sao hiện tượng lại là như thế, bản chất của nó là gì. Còn Euxodus thấy chỉ cần “lý giải được hiện tượng”, nêu lên được bài toán vận động của thiên thể và tiên đoán sự vận động đó. Euxodus không thấy cần phải hiểu thực chất của sự vận động là gì, đối với ông giải thích được hiện tượng là đủ. Aristotle là người có quan niệm duy thực, trong lúc Euxodus là người đầu tiên theo quan niệm công cụ, mặc dù nó xuất phát từ một nguyên nhân hết sức thô sơ.
Phần lớn các nhà triết học Hy Lạp đều có quan niệm duy thực mà kẻ nổi bật nhất phải là Democritus, người đầu tiên nêu quan niệm về những hạt cơ bản cấu tạo thành vật chất. Ông tin rằng có một thực tại độc lập với ý thức con người, nó được cấu tạo bởi những hạt nhỏ li ti. Thế nhưng một người Hy Lạp khác cũng có quan niệm công cụ vì thấy rằng có nhiều lý thuyết khác nhau, thế nhưng lại lý giải một cách đúng đắn một hiện tượng duy nhất. Đó là Hipparchus, ông nêu lên nhiều mô hình về sự vận hành của mặt trời quanh trái đất. Mặc dù tất cả mô hình của Hipparchus đều sai cả - so với quan niệm ngày nay – nhưng chúng đều lại tiên đoán đúng về một số hiện tượng. Bởi thế ngay trong thời cổ đại đã có hai quan niệm duy thực và công cụ; và cũng trong thời đó, sự khác biệt giữa hai bên đã tỏ rõ: trong quan niệm duy thực, vì lý thuyết phải mô tả đúng thực tại nên chỉ có một lý thuyết là đúng, không thể có nhiều lý thuyết dùng đúng. Còn với quan niệm công cụ, mỗi mô hình, mỗi lý thuyết đều chỉ là phương tiện mô tả kinh nghiệm và tiên đoán những gì sẽ xảy ra nên rất có thể có nhiều mô hình, lý thuyết cùng đúng đắn. Hiển nhiên, mỗi nhà vật lý, khi đã nỗ lực tìm hiểu và mô tả thiên nhiên, đều chờ đợi công trình mình phải phản ánh đúng bộ mặt thực của tạo hóa. Ngoài ra tâm lý thông thường của mỗi người đều nghĩ hiện tượng trước mắt mình phải là thực tại khách quan, ít nhất nó cũng xuất phát từ một thực tại độc lập với ý thức mình. Vì những lẽ dó mà dù trong thời cổ đại đã xuất hiện hai thái độ khoa hoạc, quan niệm duy thực luôn luôn thắng thế. Tại phương Tây, kể từ thời kỳ phục hưng của khoa học, chủ trương duy thực hầu như ngự trị trong cộng đồng vật lý.
Đến thế kỷ thứ 16, quan niệm duy thực được củng cố mạnh mẽ với Copernicus. Ông tin rằng một lý thuyết chỉ đúng nếu giả định của nó đúng với thực tại. Kepler tiếp thu hệ thống “mặt trời là trung tâm” lẫn quan niệm duy thực của Copernicus. Và Galileo, cha đẻ của nền vật lý thực nghiệm, là người khẳng định trước cả Giáo hội Thiên chúa giáo về một thực tại khách quan, không lệ thuộc vào ý thức con người.
Trong thời bấy giờ, bất ngờ thay, giáo hội Thiên chúa giáo lại lấy một quan niệm công cụ trong khoa học. Nếu suy nghĩ kỹ, ta sẽ thấy đều đó không có gì đáng ngạc nhiên. Họ phải xem khoa học chỉ là phương tiện để lý giải các hiện tượng, còn tự tính của hiện tượng của thực tại phải là một điều gì thiêng liêng thuộc về Thượng đế. Cũng vì thế mà Giáo hội Thiên chúa giáo có một quan niệm công cụ nhưng với một ý đồ khác, đó là không để cho khoa học xâm nhập vào một lĩnh vực mà họ cho là bất khả xâm phạm của Thượng đế. Cũng vì quan niệm công cụ đó mà thuyết của Copernicus một thời được chấp nhận trong các đại học nhưng khi Giáo hội nhận ra “nguy cơ” của thuyết duy thực trong đó thì lập tức mô hình tiến bộ của hệ thống Copernicus bị cấm đoán.
Với Newton thì sự việc lại rất bất ngờ. Người ta phải nghĩ rằng Newton là một nhà duy thực tuyệt đối với những phát hiện vĩ đại của ông. Ông đã thống nhất qui luật của “thế gian” và của thiên thể chung với nhau trong một nguyên lý trọng trường duy nhất. Ông đã trả lời thắc mắc của Aristotle vốn cho rằng giữa con người và “trên trời” phải có những qui luật khác nhau. Thế nhưng thiên tài của Newton nằm ở chỗ, ông khiêm tốn nói rõ không biết nguồn gốc trọng trường là từ đâu, tự tính của nó là gì. Ông cho Thượng đế là nguồn gốc của lực trọng trường. Tư tưởng này làm cho Leibniz – người đả kích Newotn – xem luận giải Priciples của Newton chỉ là những phép toán học nhằm giải thích hiện tượng, chứ không nói đến tự tính của thực tại. Leibniz chê Newton là một nhà khoa học theo quan điểm công cụ.
Nguyên lý trọng trường là một thí dụ rất sáng tỏ để giải thích hai quan niệm duy thực và công cụ. Nội dung của nguyên lý này nói rõ, giữa hai vật có khối lượng sẽ sinh ra một sức hút lẫn nhau, sức hút đó là nguyên ủy của mọi vận động của các thiên thể trong vũ trụ, của thái dương hệ, của mặt trời mặt trăng. Sức hút này cũng chính là lực kéo trái táo rơi xuống đất. Đứng trước nguyên lý này con người sẽ có hai thái độ. Một là, với thái độ duy thực, ta sẽ nghĩ rằng “sức hút giữa các vật có khối lượng” là có thực, là tự tính của vật chất, là nguyên lý khách quan không lệ thuộc vào đầu óc con người. Có con người hay không có con người trên trái đất thì trái đất vẫn bị mặt trời hút và bản thân trái đất vẫn hút quả táo.
Hai là, với thái độ công cụ, ta sẽ nghĩ “sức hút giữa các vật có khối lượng” chỉ là phương tiện để giải thích hiện tượng, để thiết lập một công thức toán học, để tiên đoán những hiện tượng sắp xảy ra. Người theo thái độ công cụ cho rằng khối lượng hay sức hút đều chỉ là cấu trúc do đầu óc con người sinh ra, chúng không có thực trong thiên nhiên. Thế thì thái độ của Newton là gì? Newton hẳn không phải là người theo thuyết công cụ như Leibniz nói, vì trong các tác phẩm khác của ông như Opticks, ta đọc thấy ông cũng đi tìm chất nội tại của vật chất, đi tìm một chất ê-te nhằm giải thích được sự hiện diện của trọng trường, của ánh sáng và nhiệt. Nhưng cuối cùng Newton vẫn không lý giải nổi do đâu mà có một sức hút giữa các vật, một loại sức hút cách không và tác động tức thì. Ông đành cho nó có nguồn gốc từ Thượng đế.
Đầu thế kỷ thứ hai mươi, Einstein chứng minh không có ê-te mà cũng chẳng có một sức hút trọng trường cách không và tức thì. Ông giải thích trọng trường bằng không gian cong trong thuyết tương đối tổng quát. Với thuyết này, quan điểm công cụ trong thuyết trọng trường đánh dấu một bước thắng lợi cục bộ: sức hút không hề có thực trong thiên nhiên, nó chỉ là sản phẩm do con người nghĩ ra. Thế nhưng mô hình “sai” đó vẫn lý giả một cách xuất sắc mọi hiện tượng của thiên thể. Và ngày nay, sức hút (tức là sự tương tác) giữa các vật thể được lý giải như hệ quả của không gian cong hay như sự trao đổi hạt. Có nhiều mô hình khác nhau nhưng quả thật chúng lý giải đúng đắn một hiện tượng duy nhất. Phải chăng tất cả chỉ là những cấu trúc của tư duy. Phải chăng quan niệm công cụ đang giành thắng lợi.
Không đơn giản như thế. Lịch sử tư duy của phương Tây bị ảnh hưởng nặng nề bởi tư tưởng của Aristotle, đó là quan niệm luôn luôn cho rằng thế giới có thực, độc lập, con người có thể tìm hiểu được tự tính của thế giới. Vì lẽ đó mà quan niệm duy thực luôn luôn ngự trị trong khoa học và cả triết học. Mà thật ra đó cũng chính là cứu cánh của ngành vật lý, là động cơ để con người nỗ lực đi tìm thực tại. Nếu không tin rằng có một thực tại nằm ngoài ý thức con người và con người có thể nằm bắt nó thì có lẽ đã không có nền vật lý của ngày nay.
Vì lẽ đó triết học và về khoa học tự nhiên tại tây Phương luôn luôn là một triết học duy thực, tin rằng có một thực tại có thể nắm bắt bằng lý tính. Người đại diện xuất sắc nhất cho nền triết học đó chính là Descartes. Hiển nhiên ông là người duy thực nhưng lại còn duy lý, tức là tin rằng chỉ lý tính mới nắm bắt được sự vật, kinh nghiệm chỉ là nguồn cung cấp thông tin đơn thuần. Descartes vẽ một đường ranh chắc chắn giữa “linh hồn” con người với sự vật và dĩ nhiên ý thức không thể có tác động lên thế giới vật chất được. Tư tưởng này ngự trị tại châu Âu các hai thế kỷ sau Descartes. Thậm chí khoảng từ năm 1850, nền khoa học tại Đức bị sa vào một thứ chủ nghĩa duy vật cơ giới trầm trọng, theo đó hiện tượng không nhưng chỉ tồn tại độc lập, thực có mà còn vận động theo các qui luật của cơ học thuần túy. Đó là một quan niệm “duy thực giản đơn”. Trong thời gian này người ta nghĩ rằng lý thuyết khoa học phản ánh đúng như thực tại, không mang bất cứ một khái niệm chủ quan nào của đầu óc cả.
Tình hình kéo dài như thế đến lúc E. Mach, nhà vật lý người Áo nêu lại một quan điểm thực chứng về lý thuyết khoa học. Theo ông, khoa học không khác gì hơn là lý thuyết về những gì xác nhận được bằng giác quan. Chỉ những gì giác quan thừa nhận được mới có chỗ đứng trong khoa học. Hiển nhiên, đầy là một dạng của quan điểm công cụ vì nơi đây khoa học chỉ lý giải kinh nghiệm giác quan, nó không có tham vọng nói gì về bản thể của thực tại.
Với sự phát hiện đện từ trường của Maxwell, người ta bắt đầu thấy thực tại dường như tinh tế hơn, sự vận động của nó không thể phù hợp với chủ nghĩa duy vật cơ giới. Quan trọng nhất, các nhà vật lý thấy một biến cố hay sự vật có thể phát biểu bằng nhiều thuyết khác nhau. Đó là luận cứ mạnh nhất của thuyết công cụ từ xưa đến nay. Điều này đi ngược lại với quan điểm duy thực vì nhà duy thực thấy mỗi thực tại chỉ có thể được phát biểu bởi một lý thuyết nhất định.
Sự thành công vang dội của lý thuyết trường điện từ không những mở đầu cho một kỷ nguyên mới của vật lý sau Newton, nó còn đưa vào khoa học một khái niệm mới, đó là trường. Khái niệm này còn gây khó khăn hơn nữa cho quan niệm duy thực vốn tồn tại cả ngàn năm nay. Lý do là, rất nhiều hiện tượng vật lý vốn được lý giải bằng nền vật lý cơ giới nay được mô tả bằng những hình dung hoàn toàn mới mẻ. Điều này chỉ giúp cho chủ nghĩa công cụ thêm những nền tảng vững chắc.
Từ một góc cạnh khác của khoa học, nhà toán học Pháp nổi danh Poincaré đến với một quan điểm được gọi là “qui ước” trong vật lý. Theo chủ trương “qui ước”, mọi lý thuyết không đúng cũng chẳng sai – đúng, sai nếu so với thực tại – chúng chỉ giúp chúng ta xếp đặt cho có lý những quan sát về thiên nhiên cua chúng ta. Mọi không gian đều có giá trị như nhau, chúng đều là “qui ước”, miễn sao thuận tiện cho lý thuyết là được. Đây chính là quan điểm của phái công cụ.
Thế nên, trong đầu thế kỷ thứ 20, quan điểm công cụ đã bắt đầu vươn dậy với ba nhà khoa học Mach, Maxwell và