CÁC NHÀ VẬT LÝ NHẬN THỨC THẾ GIỚI NHƯ THẾ NÀO
Công việc của nhà vật lý bắt đầu từ đâu? Tiến hành thí nghiệm (thực nghiệm) nhà vật lý cơ hồ phải căn vặn Thiên nhiên. Để câu trả lời của Thiên nhiên được sáng tỏ và rành mạch cần có một nghệ thuật đặc biệt: câu hỏi đặt cho Thiên nhiên phải được đặt ra sao cho loại bỏ được các cách giải thích câu trả lời khác nhau nghĩa là nó phải là đơn trị và xác đáng (có tính chất chứng minh). Câu trả lời này được Thiên nhiên đưa ra dưới dạng các chỉ số đo của các dụng cụ. Trong quá khứ các dụng cụ đo thường là đơn giản. Người ta cho rằng những ai không có khả năng tập hợp được số dụng cụ cần thiết từ những vật liệu sẵn có ở bất kỳ phòng thí nghiệm nào - ống thủy tinh, các đoạn ống mềm bằng cao su các que thí nghiệm, xi gắn v.v… - người đó chưa xứng danh là nhà vật lý. Cùng với thời gian những câu hỏi được các nhà vật lý đặt ra cho Thiên Nhiên càng trở nên tinh tế hơn liên quan tới các hiện tượng ngày càng tinh vi phức tạp hơn và các dụng cụ đo cũng trở nên phức tạp hơn một cách tương ứng.
Nếu có thể, người ta lặp lại thí nghiệm: tái tạo các kết quả: đó là bằng chứng xác đáng biện minh cho tính đúng đắn của các số liệu thu được và cho phép loại trừ sai số ngẫu nhiên. Kết quả là các nhà vật lý tích lũy được một đống các con số, các đường cong, các tư liệu viđêô, v.v… đặc trưng cho hiện tượng đang được nghiên cứu. Các nhà thực nghiệm với lòng hăng say làm việc cần mẫn như loài ong đã bắt đầu hiểu được đống số liệu bề bộn mà mình đo được. Dưới “dạng sơ chế” như thế khó lòng có được các thông tin cần thiết và xử lý chúng thật là vất vả. Còn cần phải cô đọng chúng lại, tìm ra sự phụ thuộc lẫn nhau giữa chúng hay viết chúng dưới dạng một phương trình.
Việc đưa ra được phương trình luôn luôn là một thành công lớn của nhà nghiên cứu, song đó chưa phải là cái đích mà chỉ là một bước mới trên con dường dài tìm kiếm câu trả lời của Thiên Nhiên. Dạng phương trình đầu tiên chỉ như chú chim non vừa mới nở, nó chưa thể làm vui mắt một người sành sỏi trong việc đánh giá vẻ đẹp toán học. Tuy nhiên, dưới dạng cô đọng nó đã chứa đựng một thông tin quý giá trước khi mất hút trong đống số liệu thực nghiệm như chiếc kim bị roi vào đống cỏ. Vị tất đã có được dù chỉ một nhà vật lý nào dám từ chối vẻ đẹp của phương trình Maxwell dù rằng dưới dạng khởi đầu nó chẳng đẹp đến thế. Chỉ có Heinrich Hertz cùng các môn sinh của ông mới đưa được các phương trình Maxwell đến dạng hoàn hảo.
Tiếp theo phải giải được các phương trình. Các nhà nghiên cứu lại phải cứu viện tới toán học nơi đã tích cóp được trong kho tàng của mình không ít các phương pháp mạnh mẽ giải các loại phương trình khác nhau. Có cả một nhánh toán học - gọi là vật lý toán - chuyên xử lý và hoàn thiện phương pháp giải các bài toán (nói riêng là các phương trình) xuất hiện tượng vật lý.
Cuối cùng cũng tới được cái đích may mắn: giải được phương trình mô tả bài toán. Trước đây, giải bài toán là tìm được lời giải giải tích, người ta là tìm được các công thức. Ngày nay máy tính được sử dụng rộng rãi nên lời giải của phương trình được hiểu là kết quả bằng số hay đồ thị trên màn hình máy tính. Ở giai đoạn này ngay cả nhờ toán học tài nghệ nhất cũng không thay thế nhà vật lý: lời giải tìm được phải được giải thích được thuyết minh, phải làm rõ ý nghĩa vật lý của nó. Nói khác đi đang diễn ra quá trình quan trọng nhất là chuyển từ sự phụ thuộc hình thức (phiếm hàm) đến nội dung súc tích của hiện tượng đang nghiên cứu.
Tuy nhiên phương trình và lời giải của nó vẫn chưa phải là kết quả cuối cùng của việc tìm kiếm. Trong phương trình ta mới chỉ nói tới sự phụ thuộc phiếm hàm, trả lời câu hỏi ''như thế nào?" chứ không phải nói về sự phụ thuộc nhân quả trả lời câu nói "vì sao? Nhờ cơ chế nào?''). Ví dụ về sự phụ thuộc phiếm hàm là định luật hấp dẫn Vũ Trụ được Newton nêu ra khi trả lời cho câu hỏi các vật thể hấp dẫn (hút) lẫn nhau như thế nào?
định luật này đã không đề cập tới bản chất của hấp dẫn. Khi Richard Bentley hỏi Newton (trong một bức thư) hấp dẫn là gì, Nevton đã trả lời rằng ông có những phỏng đoán nào đó về vấn đề này song vẫn chưa biết được câu trả lời nào đủ tin cậy. Bản chất của hấp dẫn cho đến tận bây giờ vẫn chưa rõ.
Khi đã đạt được một trình độ hiểu biết nhất định về hiện tượng đang nghiên cứu nhà vật lý thực hiện bước tiếp theo: cố công xây dựng mô hình về nó. Thường có những mô hình khác nhau. Nếu cần tái hiện các tính chất vật lý, hoá học, sinh học hay hình học nào đó của một đối tượng, một hiện tượng đang được nghiên cứu, thì mô hình được gọi, là mô hình đối tượng. Trong số đó, chẳng hạn có các mô hình tương tự. Khi xây dựng các mô hình này người ta dùng tính giống nhau của các sự phụ thuộc (hoặc phương trình) toán học mô tả hiện tượng đang được nghiên cứu và cái tương tự với nó. Ở các giai đoạn đầu phát triển máy tính, các mô hình tương tự được áp dụng rộng rãi khi tính toán các quá trình vật lý khác nhau.
Có ý nghĩa lớn nhất trong vật lý là các mô hình toán học. Thường đó là các phương trình vi phân mô tả hiện tượng đang được nghiên cứu. Mô hình toán học (cũng như mọi mô hình khác) không phải là bức chân dung chính xác, tái hiện hiện tượng nghiên cứu đến từng chi tiết nhỏ nhất, mà đúng hơn là một bức biếm họa, ở đó một số tính chất này thì được phóng đại để nhận biết tốt hơn, còn các tính chất khác bị xóa nhoà. Tuy nhiên, một mô hình tốt, theo cách nói của một trong những nhà sáng lập ra ngành điều khiển học W. Ashby, có thể ''còn thông minh hơn cả người sáng tạo ra nó'', nghĩa là mô tả chẳng những các tính chất được tác giả của nó nói tới, mà còn cả những tính chất đôi khi là hoàn toàn bất ngờ đối với anh ta. Khi tiến hành thực nghiệm bằng số hay trên máy tính nhờ mô hình toán học, các nhà vật lý nhận thức được hiện tượng đang nghiên cứu - ở cuối thế kỷ XX, việc mô hình hóa trên máy tính đã được thực hiện rộng rãi, thế mà trước kia nó đã tùng là một hiện tượng đáng kinh ngạc.
Bước tiếp theo là xây dựng lý thuyết về hiện tượng lý thuyết đó chẳng những tổng kết tất cả những gì đã được làm ra, mà còn chỉ ra triển vọng cho công cuộc nghiên cứu tiếp theo. Làm cơ sở hay nền móng cho lý thuyết chính là các dữ liệu thực nghiệm. Nằm ở tầng cao hơn là các giả thuyết các điều giả sử, các tiên đề, các định luật tổng quát là ''vật liệu xây dựng'' cho các mô hình tạo nền cho các tầng trên kế tiếp. Các quy tắc suy diễn lôgic trong một chừng mực nào đó là các cầu thang nối kết các tầng với nhau. Tầng trên cùng (chóp bu) là những điều khẳng định được rút ra từ tất cả những gì ở dưới.
Các kết quả của lý thuyết vật lý đến một thời điểm nào đó được chuyển giao cho các kỹ sư những người sẽ thể hiện thành tựu vật lí vào trong các dụng cụ kỹ thuật, các máy móc thiết bị mới của họ. Những thứ này lại cho phép đặt ra những câu hỏi mới cho Thiên nhiên. Chu trình được lặp lại từ đầu nhưng không phải theo một vòng tròn khép kín mà như đường xoáy ốc mở rộng - mỗi lần lại một rộng thêm. Quá trình nhận thức là vô hạn.
