Cuộc cách mạng trong khoa học tự nhiên đầu thế kỷ XX đánh dấu sự ra
đời của một giai đoạn mới trong lịch sử phát triển khoa học: Khoa học hiện đại. Mở đầu là thuyết lượng tử (1900), đến thuyết tương đối (1905-1916), và đặc biệt là cơ học lượng tử (những năm 20 của thế kỷ XX), các lý thuyết này đưa tới sự thay đổi căn bản về hướng tiếp cận cũng như định hình một phong cách tư duy mới trong nghiên cứu khoa học. Phong cách tư duy này ngày càng có ảnh hưởng mạnh mẽ đến tất cả các ngành khoa học.
Cho đến nay, quá trình phát triển của tư duy khoa học có thể chia thành ba giai đoạn chủ yếu: Tư duy khoa học thời cổ đại; tư duy khoa học giai đoạn từ thời Phục hưng cho đến hết thế kỷ XIX và tư duy khoa học hiện đại từ đầu thế kỷ XX đến nay.
Giai đoạn hình thành tư duy khoa học của loài người được thực hiện trong các nền văn minh cổ đại ở Trung Quốc, ấn Độ, Ai Cập… và điển hình là ở Hy Lạp, La Mã cổ đại trong vài thiên niên kỷ trước Công nguyên đến những thế kỷ đầu Công nguyên. Những đặc điểm chủ yếu của tư duy khoa học thời cổ đại được Ph.Ăngghen nhận xét: “trước nhất chúng ta thấy một bức tranh về sự chằng chịt vô tận của những mối liên hệ và những sự tác động qua lại trong đó không có cái gì là đứng nguyên, không thay đổi mà tất cả đều vận động, biến đổi, phát sinh và mất đi”42, 35. Cách nhận xét thế giới như vậy về
căn bản, đã nắm được tính chất chung của toàn bộ bức tranh các hiện tượng, và do đó đã đạt được một bước tiến lớn của nhận thức loài người so với cách giải thích thế giới cuối thời nguyên thuỷ - chủ yếu do các hình thái tư duy tôn giáo và huyền thoại đem lại. Tuy nhiên, vì là buổi đầu của nhận thức khoa học nên cách nhìn ấy vẫn không đủ để giải thích những chi tiết hợp thành bức tranh toàn bộ ấy. Những hạn chế của tư duy khoa học thời cổ đại phản ánh một trình độ còn hết sức khiêm tốn của những công cụ bằng kim loại đầu tiên, chỉ đem lại cho nhận thức con người một khách thể rất hạn chế cả về chiều rộng lẫn chiều sâu, dù đã vượt xa thời nguyên thuỷ. Số người làm khoa học, hiểu và vận dụng các tri thức khoa học còn rất ít ỏi, ngôn ngữ, nhất là chữ viết chưa được phát triển mạnh mẽ. Các hình thức và phương pháp của tư duy đúng đắn thì mãi đến cuối thời kỳ này mới được nghiên cứu và tổng kết bước đầu (điển hình là Arixtốt), và cũng chỉ trong phạm vi logic hình thức đại cương mà thôi. Các thao tác tư duy được sử dụng nhiều ở thời cổ đại thiên về tổng hợp, trừu tượng hoá, khái quát hoá, tạo thành phong cách tư duy tổng hợp. Khoa học chưa phân ngành mà hoà trộn vào nhau (như là triết học tự nhiên ở Hy Lạp, La Mã cổ đại), trong đó có mầm mống của những ngành khoa học chủ yếu sau này. Tuy nhiên, với điều kiện như vậy, khối tri thức khoa học mà tư duy khoa học thời cổ đạt được đã là một kỳ tích.
Giai đoạn lớn thứ hai của quá trình phát triển khoa học được biểu hiện rõ trong thời kỳ từ thế kỷ XV đến hết thế kỷ XIX ở Tây Âu. Giai đoạn lớn này bao gồm ba thời kỳ là: thời kỳ Phục Hưng, với sự hình thành một số ngành khoa học độc lập, tách khỏi cái khối chung triết học tự nhiên trước kia; thời kỳ thế kỷ XVII - XVIII, đánh dấu một mức độ hoàn chỉnh nhất định của một số ngành khoa học quan trọng (như cơ học của Newton), cùng với sự hình thành của một loạt ngành khoa học mới; thời kỳ thế kỷ XIX, còn gọi là thời kỳ cận đại.
Từ thời kỳ Phục Hưng đến thế kỷ XVIII, loài người đã đạt được năng lực thực tiễn hùng mạnh dựa trên các công cụ và phương pháp mới (cơ khí hoá) của sản xuất và thực nghiệm. Nhờ đó khoa học đã với tới một khách thể rộng lớn, phong phú và sâu hơn thời cổ đại rất nhiều. Ngôn ngữ, nhất là chữ viết được phát triển đầy đủ hơn nhờ sự phát triển của ngôn ngữ học và các loại giấy mực, phương tiện in ấn và lưu trữ mới. Logic học cũng được nghiên cứu đầy đủ hơn, nhất là logic hình thức đã được hoàn chỉnh và được vận dụng rộng rãi trong thời kỳ này. Khoa học đã phát triển mạnh mẽ với việc đưa lên hàng đầu các thao tác phân tích, phân loại… trong phương pháp tư duy. Và một đặc trưng vẫn được nhắc đến trong tư duy khoa học thời kỳ này là sự thống nhất nội tại của các lý thuyết khoa học trên cơ sở một lớp các quy luật mà lúc đầu chúng được gọi là lớp quy luật động lực, về sau người ta gọi là lớp quy luật quyết định luận chặt chẽ. ở đây, cái tất nhiên thống trị tuyệt đối, còn cái ngẫu nhiên thì hầu như bị loại khỏi bức tranh khoa học về thế giới. Tuy nhiên, trong nửa đầu thế kỷ XVIII, khoa học tự nhiên đã vươn cao hơn thời cổ Hy Lạp về mặt khối lượng kiến thức và phân loại các tài liệu bao nhiêu thì về mặt nắm vững chúng trên lý luận cũng như xây dựng một quan niệm tổng quát về giới tự nhiên, nó lại kém thời cổ đại bấy nhiêu. Nét đặc trưng của thời kỳ ấy là việc đề xuất một quan điểm tổng quát riêng biệt của nó mà điểm trung tâm là quan niệm về tính tuyệt đối không thay đổi của giới tự nhiên và mọi cái trong thế giới. Quan điểm này được F.Bacon và J.Loke đưa sang triết học thành phương pháp tư duy siêu hình, tức là phương pháp xem sự vật trong sự cô lập và bất biến. Đó là những đặc điểm chủ yếu của tư duy khoa học cổ điển, hay còn gọi là phong cách tư duy khoa học cổ điển.
Thế kỷ XIX, thời kỳ cuối cùng của giai đoạn cổ điển, là thời kỳ đặc biệt quan trọng của sự phát triển tư duy khoa học. Mặc dù, tư duy khoa học thế kỷ XIX vẫn mang những đặc trưng chủ yếu của tư duy khoa học cổ điển, như tính chất siêu hình (vẫn là chủ yếu), theo đuổi những lý tưởng cổ điển và tuân
theo những nguyên lý bất biến của nó, nhưng mặt khác nó đã đạt được những thành tựu quan trọng chuẩn bị cho bước tự phủ định chính nó, để chuyển sang một giai đoạn mới cao hơn về chất. Đó là những phát minh lớn vạch thời đại, trong đó đặc biệt quan trọng là phát minh về định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng, phát minh ra tế bào và học thuyết tiến hoá, đó là phép biện chứng được Hêghen xây dựng và C.Mác, Ph.Ăngghen cải tạo, đó là những ngành khoa học phi cổ điển đầu tiên như cơ học thống kê, các hình học phi Ơclít…
Khoa học hiện đại ra đời từ cuộc cách mạng trong khoa học tự nhiên đầu thế kỷ XX, đã làm thay đổi căn bản lối suy nghĩ về tự nhiên, hình thành nên một phong cách tư duy khoa học mới. Khái niệm phong cách tư duy khoa học được Pauli và Bohr đề xướng vào những năm 50 của thế kỷ trước khi họ gọi phong cách của sự suy nghĩ vật lý là những đặc điểm tương đối ổn định của các lý thuyết vật lý, quyết định hoặc ít ra là giới hạn những dự báo có thể về tương lai phát triển của vật lý học. Có thể coi quan niệm trên là một định nghĩa khái quát về phong cách tư duy khoa học nói chung.
Phong cách tư duy khoa học hiện đại không chỉ là sự phủ định đơn thuần phong cách tư duy khoa học cổ điển, mà chủ yếu là sự vượt qua những hạn chế của nó bằng những con đường mới, phương pháp mới về nguyên tắc, để tiếp cận những khách thể mới thuộc một cấp bản chất sâu sắc hơn của hiện thực khách quan. Cho nên, có thể nói, thực chất của tư duy khoa học hiện đại là sự thống nhất của tư duy chính xác và tư duy biện chứng, trong đó tư duy biện chứng giữ vai trò chủ đạo.
Biểu hiện đầu tiên của phong cách tư duy khoa học hiện đại là tính chưa hoàn tất, chưa đóng kín của các quan niệm khoa học mới. Đó là sự từ bỏ các định đề tuyệt đối, “vĩnh cửu”, và cuối cùng của tư duy khoa học cổ điển để thay thế chúng bằng những nguyên lý, quan niệm, sơ đồ khoa học mới rộng rãi hơn, tổng quát hơn nhiều, nhưng không phải là cuối cùng, vĩnh cửu.
phát minh lại làm xuất hiện một loạt câu hỏi mới, còn nhiều hơn cả số lượng các câu hỏi đã được trả lời. ở thế kỷ XIX, người ta đã hy vọng rằng có thể đạt tới điểm tận cùng của sự vật bằng cách cứ đi sâu mãi vào bản chất của chúng… Nhưng từ nửa sau thế kỷ XX, khoa học thậm chí còn từ bỏ cả hy vọng về một “trạm tạm dừng chân”, dù là rất xa xôi trên con đường đi tìm kiếm bản chất của sự vật. Các giả thuyết, lý thuyết khoa học cùng tất cả các khái niệm, phạm trù của chúng đều được xây dựng theo phong cách một hệ thống mở. Các khía cạnh chưa đóng kín, một mặt thể hiện mối liên hệ biện chứng của các lý thuyết, khái niệm, phạm trù khác nhau trong việc cùng giải quyết một số vấn đề nào đó, trên những khía cạnh khác nhau. Mặt khác, chúng còn chỉ ra các điểm mà ở đó cần tìm cách giải thích đầy đủ hơn sau này.
Như vậy, các giả thuyết, lý thuyết khoa học hiện đại, cùng các khái niệm, phạm trù của chúng đều chỉ được coi là một bước, một nấc thang của quá trình vô tận của sự nhận thức thế giới. Song chính tính chưa đóng kín này đảm bảo cho tri thức khoa học hiện đại và nói chung là toàn bộ tư duy khoa học hiện đại luôn được đổi mới, được bổ sung, chính xác hoá và đầy đủ thêm mãi.
Khoa học ngày nay đã tiến sâu vào một thế giới mới. Đó là thế giới vi mô và siêu vi mô của các hạt cơ bản, thế giới vĩ mô của vũ trụ rộng lớn với những trạng thái kỳ lạ của các sao, các thiên hà, siêu thiên hà; thế giới của các cấu trúc siêu tế bào, các quần tụ sinh vật; thế giới của các biến cố kinh tế trong nền kinh tế thị trường hiện đại… Trong thế giới đầy biến động của các biến cố này, chỉ có các quan hệ xác suất của các biến cố là được xác định (đó là các quy luật thống kê), chứ không phải là các biến cố được xác định. Điều đó cho thấy, tư duy khoa học ngày nay đã tiến vào một tầng sâu mới của bản chất sự vật, ở đó ngự trị các quy luật thống kê – xác suất, đã hình thành một hệ thống các quan niệm khoa học mới được diễn đạt nhờ những khái niệm như
tính đa cấp độ, tính phức tạp, tính không đều… Ngày nay người ta thường nói về phong cách tư duy xác suất, một phong cách tư duy không chỉ thịnh hành trong vật lý học mà còn thịnh hành trong hầu hết các khoa học, từ khoa học tự nhiên đến khoa học xã hội - nhân văn. Phong cách tư duy xác suất còn thể hiện trong các xu hướng phát triển không đơn trị, cũng như trong tính bất định của hiệu quả các nghiên cứu khoa học, nhất là khoa học cơ bản. Tuy nhiên tính bất định không có nghĩa là tính kém chính xác của tư duy, trái lại, nó làm cho tư duy khoa học hiện đại nhận thức sự vật chính xác hơn, đầy đủ hơn, sâu sắc hơn. Một đặc trưng dễ thấy nữa của phong cách tư duy khoa học hiện đại còn thể hiện trong tính “khác thường”, tính “nghịch lý” của cách suy nghĩ mới, quan niệm mới. Sự phát triển của khoa học hiện đại quan hệ với những điều khác thường. Đó có thể là những suy nghĩ trái ngược với quan điểm đã được thừa nhận, cách đặt vấn đề một cách khác thường hay cách nhìn khác thường đối với cái đã biết. Đó còn là phương pháp khác thường để giải quyết vấn đề này hay vấn đề khác, đối chiếu những sự vật tưởng như không thể đối chiếu được, hoặc rút ra một kết luật khác thường từ những dữ kiện đã biết từ lâu. Và cuối cùng là những sự kiện mới mâu thuẫn với những quan niệm đã được thừa nhận.
Như vậy, tính khác thường, tính nghịch lý là biểu hiện một trình độ cao hơn về chất của tư duy khoa học hiện đại, giúp nó vượt qua những nghịch lý liên tục xuất hiện do khoa học hiện đại đã thực sự tiến sâu vào tầng bậc mới của bản chất sự vật. Chính thông qua việc đương đầu và giải quyết các nghịch lý này mà khoa học hiện đại đã có những phát triển nhảy vọt, có tính cách mạng, làm cho nó phát triển với tốc độ nhanh chưa từng thấy so với trước thế kỷ XX. Bởi lẽ, như chúng ta đều biết, những mâu thuẫn và nghịch lý tưởng chừng không thể giải quyết được trong khuôn khổ vật lý học cổ điển đã dẫn đến sự hình thành thuyết tương đối và sau đó dẫn đến sự hình thành cơ học
lượng tử. Việc xây dựng bức tranh hiện đại về cấu tạo của vũ trụ cũng liên quan trực tiếp đến việc khắc phục những nghịch lý rất cơ bản.
Mặc dù khoa học cổ điển được mệnh danh là khoa học của thực nghiệm, nhưng đối với khoa học hiện đại, thực nghiệm còn giữ vai trò quan trọng hơn rất nhiều. Khoa học hiện đại đã loại trừ tận gốc quan niệm về thế giới cho rằng tất cả các khái niệm về nguyên tắc không đưa tới thực nghiệm, và tất cả các quan niệm… không thể trở thành đối tượng kiểm tra bằng thực nghiệm. Hơn nữa, trong điều kiện của cuộc cách mạng khoa học hiện nay, thực nghiệm khoa học hiện đại đã được đổi mới mạnh mẽ cả về chất và về nguyên tắc với những sơ đồ thực nghiệm cùng gương chiếu, các chùm tia sáng; với sự hỗ trợ của các linh kiện điện tử, các tế bào quang điện, các máy gia tốc hạt, các thiết bị không gian và vũ trụ, đặc biệt là nhờ các máy tính điện tử. Cùng với đó, thực nghiệm hiện đại đã được tự động hoá mạnh mẽ. Điều đó dẫn đến chỗ rút ngắn rất nhiều thời gian tiến hành các chu trình và xử lý các kết quả thực nghiệm. Điều đó cũng có nghĩa là ngoài việc cải tạo các hình thức thực nghiệm truyền thống, khoa học hiện đại còn thiết lập được những hình thức thực nghiệm mới về nguyên tắc như thí nghiệm tưởng tượng, thực nghiệm mô hình và đặc biệt là các thực nghiệm mô hình trên máy tính điện tử, thực nghiệm toán học. Ngày nay, thực nghiệm là cơ sở để xem xét lại tận gốc các nguyên lý xuất phát. Từ đó tạo ra một động lực mới, cao hơn, mạnh mẽ hơn của tiến bộ khoa học và kỹ thuât.
Khoa học ngày nay đã và đang chứng kiến sự xâm nhập mạnh mẽ của phương pháp nghiên cứu toán học vào các khoa học cụ thể. Đây cũng là một nét đặc biệt của phong cách tư duy khoa học hiện đại. Qúa trình này biểu hiện rõ nét và ngày càng sâu rộng qua các thời kỳ phát triển của khoa học hiện đại. Bắt đầu từ các ngành toán học hoá truyền thống như thiên văn học, cơ học, vật lý học và hoá học. Ngày nay toán học hoá đã bao trùm lên cả những lĩnh vực khoa học mà trước đây do tính phức tạp của chúng vẫn được coi là không
thích hợp như sinh học, kinh tế học, ngôn ngữ học… Sự tăng cường mạnh mẽ các quá trình toán học hoá trong tư duy khoa học hiện đại là do ngôn ngữ của các công thức, các phương trình và các cấu trúc khác nhau của nó ngày càng được sử dụng rộng rãi để biểu thị chính xác các sự phụ thuộc cấu trúc và chức