สวัสดีหลังจากหายไปนานครับ วันนี้อยากจะเล่าเรื่องเกี่ยวกับโครงสร้างของวิทยาศาสตร์ให้ท่านผู้อ่าน(ฟังในใจ)นะครับ หวังใจว่าน่าจะมีประโยชน์ต่อท่านผู้สนใจบ้างนะครับ
หลายต่อหลายครั้งที่เรามักจะสงสัยกับอะไรที่เราเห็น ที่เราพบเจอ และต้องการคำอธิบาย คำอธิบายแค่ไหนละครับที่จะฟังแล้วจะแล้วใจ พอใจ ถ้าฟังคำอธิบายแล้วยังไม่แล้วใจเสียทีก็จะต้องหาคำอธิบายใหม่ที่โดนใจหรือทำให้ใจเรายอมรับได้มากขึ้น
หลายต่อหลายครั้งที่เราต้องการทราบกฎเกณฑ์ของปรากฏการณ์บางอย่างเพื่อพยากรณ์บางสิ่งหรือแก้ปัญหาเฉพาะหน้าหรือเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ต่อไปได้โดยที่ไม่ต้องเข้าใจหรือมีคำอธิบายใดๆก็ได้
ใช่แล้วครับ คำอธิบายสำหรับย่อหน้าแรกที่เพิ่งกล่าวไปนั้นเรียกว่า “ทฤษฎี” (theory) ส่วนกฎเกณฑ์สำหรับทำนายหรือพยากรณ์ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นบางอย่างนั้นเรียกว่า “กฎเชิงประจักษ์” (หรือเรียกว่าเชิงประสบการณ์) (empirical law)
โครงสร้างของวิทยาศาสตร์ครับคือเรื่องที่ผมอยากจะเล่าในวันนี้ ผมอยากเล่าเรื่องนี้ให้ฟังตั้งนานแล้ว แต่ก็ลำบากใจทุกทีเพราะผมเองไม่รู้ว่าจะเริ่มต้นจากตรงไหนก่อน เอาเป็นว่าจะขอเริ่มจาก “ทฤษฎี” และจากนั้นจะเป็น “กฎเชิงประจักษ์” ก่อนท่าจะดี
อะไรเล่าคือความหมายที่แท้จริงของคำว่า “ทฤษฎี” หลายคนคิดว่า
•งานทางทฤษฎีก็คืองานทุกสิ่งอย่างที่ไม่ต้องมีการลงมือปฏิบัติ (อันนี้ผมไม่เห็นด้วยเสียทั้งหมด) หรือ
•ทฤษฎีคือแนวคิดแนวทางแก้ปัญหาใหม่ๆ (อันนี้ผมก็ไม่ค่อยจะเห็นด้วยเสียทั้งหมด) หรือ
•ทฤษฎีก็คือส่วนหนึ่งขององค์ความรู้ที่มีสูตรคณิตศาสตร์หรือสถิติด้วย (อันนี้ผมก็ไม่ค่อยจะเห็นด้วยเสียเลย งานที่เต็มไปด้วยคณิตศาสตร์ไม่จำเป็นต้องเป็นทฤษฎีเสมอไป)
ทั้งสามข้อนี้ถูกเพียงบางส่วนเท่านั้น
สมัยเด็กๆ เราเรียนกันมาว่าเราสามารถใช้ “กระบวนวิธีทางวิทยาศาสตร์” (scientific method)
ค้นหาความจริงได้ โดยเริ่มจากการสังเกต แล้วเราจะได้ทราบถึง “ข้อเท็จจริง” (fact)
ข้อเท็จจริงเหล่านี้อาจเป็นสิ่งที่เห็นหรือจับต้องได้ หรืออาจอยู่ในรูปของข้อมูลหรืออาจเป็นลักษณะของแนวความคิดก็ได้
ข้อเท็จจริงบางอันทำให้เราสงสัยได้ เราจึงต้องสร้างแนวคิดบางประการเป็นตุ๊กตาหรือปักธงอ้างอิง เอาไว้ก่อนเพื่อสำหรับไว้ตรวจสอบ แนวคิดที่เราได้ตั้งหรือเสนอขึ้นนี้เรียกกันว่า สมมติฐาน (hypothesis) สมมติฐานมีหน้าที่ในสองลักษณะคือ
1)มีลักษณะเป็นข้อเท็จจริงเสียเอง โดยมักจะอยู่ในลักษณะของคำทำนาย หรือข้อห้าม หลายครั้งที่เราจะพบสมมติฐานที่เป็นประโยคที่เป็นเงื่อนไข “ถ้า.......แล้ว.......”
2)มีลักษณะเป็นคำอธิบายสำหรับข้อเท็จจริงที่เราสงสัย
เมื่อมีสมมติฐานแล้วเราก็ต้องท้าทายความถูกต้องของมันโดยการ “ตรวจสอบ” สมมติฐานที่เราได้สร้างขึ้น วิธีการในการตรวจสอบสมมติฐานก็มีทั้งการตรวจสอบสมมติฐานด้วย
1)วิธีการทางทฤษฎี (theoretical) เช่นในลักษณะงานของนักทฤษฎี หรือ
2)การตรวจสอบสมมติฐานด้วยวิธีทางปรากฎการณ์วิทยา (phenomenological) โดยรวบรวมข้อมูลจากการทดลองและใช้สถิติเข้าช่วยเพื่อ fit ข้อเท็จจริงหรือข้อมูลหรือการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยจำลอง หรือ
3)การตรวจสอบสมมติฐานด้วยวิธีการสังเกตการณ์ (observational) หรือการทำการทดลอง (experimental) ขึ้นก็ได้
ระหว่างขั้นตอนเหล่านี้เองที่เราได้ใช้ตรรกกะในการคิดด้วยสมองของเรา เรามีตัวแปรควบคุม (controlled variables) และตัวแปรอิสระในการตรวจสอบสมมติฐาน
หลังจากทำการทดลองหรือตรวจสอบสมมติฐานในวิธีต่างๆกันหลายๆครั้ง เมื่อเราได้ผลลัพย์ที่เชื่อถือได้มากขึ้นเรื่อยๆ ผลลัพย์อันนี้จะถือเป็นข้อเท็จจริงที่น่าเชื่อถือมากในระดับหนึ่ง ซึ่งมักเขียนเป็น “กฎเชิงประจักษ์” (empirical law)
โดยทั่วไปนั้นหน้าที่ของกฎก็คือ กฎมีไว้เพื่อ “ทำนาย” หรือ “ห้าม”
จะขอยกตัวอย่างอันหนึ่งในวิชาฟิสิกส์ คือพิจารณาหลอดฉีดยาที่มีอากาศบรรจุอยู่ เราพบว่าเมื่อความดันคงที่ ปริมาตรของอากาศในกระบอกฉีดยาจะลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง เราอาจตั้งสมมติฐานว่า
“ถ้าความดันคงที่ แล้วปริมาตรของอากาศจะแปรผันตามอุณหภูมิของอากาศ”
สมมติฐานนี้ไม่ได้อธิบายว่า เพราะเหตุใดปริมาตรของอากาศจะแปรผันตามอุณหภูมิของอากาศ หากแต่สมมติฐานนี้ได้กลายเป็นข้อเท็จจริงใหม่เสียเองที่ได้รับการค้นพบโดยการทดลองซ้ำๆ สมมติฐานนี้กลายเป็น “กฎเชิงประจักษ์”ซึ่งมีไว้เพื่อทำนายหรือห้าม หากสมมติฐานนี้ได้รับการทดสอบท้าทายด้วยการตรวจสอบสมมติฐานทั้งด้วยวิธีการทางทฤษฎี ทางปรากฏการณ์วิทยา หรือด้วยการทดลองหลายๆครั้งแล้ว “กฎเชิงประจักษ์” นี้ก็จะพัฒนาขึ้นและได้รับการยอมรับทั่วไป กฎเชิงประจักษ์เกี่ยวกับแก๊สอันนี้มีชื่อว่ากฎของชาล์ลที่อยู่ในวิชาเคมีและฟิสิกส์ชั้นมัธยมศึกษา
“นั่นคือ สมมติฐานสามารถกลายเป็นกฎเชิงประจักษ์ได้ เมื่อผ่านการตรวจสอบด้วยกระบวนวิธีทางวิทยาศาสตร์หลายๆครั้ง”
สมมติฐานบางประเภทนั้นสามารถใช้เป็นคำอธิบายข้อเท็จจริงได้ เช่นสมมติฐานอะตอม สมมติฐานควอมตัม เป็นต้น สมมติฐานประเภทที่เป็นคำอธิบายนี้หากได้รับการตรวจสอบมากขึ้นเรื่อยๆ และสามารถ “สอบผ่าน” การตรวจสอบเหล่านี้ สมมติฐานประเภทที่เป็นคำอธิบายนี้ก็จะได้รับการเลื่อนขั้นเป็น “ทฤษฎี” นั่นเอง หลายต่อหลายครั้งที่สมมติฐานที่ตั้งขึ้นสอบตกเมื่อได้รับการตรวจสอบเหล่านี้
“ทฤษฎีมีไว่อธิบาย และด้วยการตรวจสอบด้วยกระบวนวิธีทางวิทยาศาสตร์หลายๆครั้ง สมมติฐานอาจขยับสถานภาพขึ้นเป็นทฤษฎีได้”
เราได้ “กฎเชิงประจักษ์” เช่นกฎของชาล์ลนี้จากสมมติฐานในการทดลองและได้ใช้กระบวนวิธีทางวิทยาศาสตร์ เราอาจได้ทฤษฎี(ซึ่งเป็นสมมติฐานประเภทคำอธิบาย) จากการใช้กระบวนวิธีทางวิทยาศาสตร์เชิงประจักษ์เช่นกัน เช่นนี้กล่าวได้ว่าเราอาจสร้างทฤษฎีขึ้นได้ด้วยแนวทางแบบประจักษ์นิยม (empiricism) ซึ่งใช้วิธีหาแสวงความจริงแบบอุปนัย (induction) สร้างเป็นทฤษฎีขึ้น การใช้เหตุผลแบบอุปนัยนั้นเป็นวิธีการหา อ้าง สร้าง ใช้เหตุผลแบบลำดับขั้นตอนจากข้อมูลหรือข้อเท็จจริงส่วนย่อยหรือกรณีเฉพาะเพื่อนำไปสู่ข้อสรุปสากลที่เป็นกรณีทั่วไป
แต่จะอย่างไรนั้น ที่กล่าวมาทั้งหมดนี่เป็นเพียงครึ่งใบของวิทยาศาสตร์ ทฤษฎีอาจไม่ได้เกิดจากการตรวจสอบสมมติฐานหลายๆครั้งเชิงประจักษ์ก็ได้ หากแต่ทฤษฎีอาจเกิดจากการใช้แนวทางแบบเหตุผลนิยม (rationalism) และวิธีการแสวงหาความจริงแบบนิรนัย (deduction) ก็ได้ แนวคิดแบบเหตุผลนิยมนั้นมีพื้นฐานมาจากเรื่องของความจริงแท้ประเภทสัจจะ (truth) และศรัทธา และใช้แนวทางแบบนิรนัยคือเริ่มจากความจริงที่ถือว่าเป็นสากลไปสู่ความจริงที่เป็นกรณีย่อยหรือกรณีเฉพาะ
แต่จะเป็นทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ได้นั้นถึงอย่างไรก็ต้องมีการตรวจสอบอย่างรัดกุม
เรามาถึงครึ่งทางที่เป็นจุดเชื่อมต่อกันระหว่าง “ศรัทธาที่พิสูจน์ไม่ได้” และ “ความจริงเชิงประจักษ์” ของโครงสร้างวิทยาศาสตร์แล้วครับ ผมจะเล่าอีกครึ่งหนึ่งในตอนหน้าครับ กลัวจะเบื่อกันไปเสียก่อน แล้วเจอกันครับ
เกี่ยวกับผู้เขียน
บุรินทร์ กำจัดภัย
สำเร็จการศึกษาด้านฟิสิกส์ทฤษฎีและจักรวาลวิทยาจากประเทศอังกฤษ
มีอาชีพเป็นนักฟิสิกส์ทฤษฎี ปัจจุบันทำงานวิจัยและสอนในฐานะอาจารย์ประจำที่สถาบันสำนักเรียนท่าโพธิ์ฯ วิทยาลัยเพื่อการค้นคว้าระดับรากฐาน หรือ IF มหาวิทยาลัยนเรศวร
Perspective 7 เป็นบทความเกี่ยวกับทรรศนะของตัวผู้เขียนเองซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์ ต่อธรรมชาติ สังคม และปรัชญา ทรรศนะเหล่านี้นำเสนอในหลายประเด็นผ่านหลายเรื่องราวจากประสบการณ์ของผู้เขียนเองโดยผ่านเลนส์ตาของวิทยาศาสตร์
“สิ่งที่สำคัญยิ่งกว่าศีลธรรมและจารีต คือ สติและการรู้จักตัวตนของตัวเอง”
