Lưới Trời Ai Dệt ? Tiểu Luận về Khoa Học và Triết Học

[khieman]

.

Lưới Trời Ai Dệt ?
Tiểu Luận về Khoa Học và Triết Học
Nguyễn Tường Bách





http://d202m5krfqbpi5.cloudfront.net/books/1369714721l/17983916.jpg (http://d202m5krfqbpi5.cloudfront.net/books/1369714721l/17983916.jpg)



LỜI GIỚI THIỆU

“Vũ trụ là gì, từ đâu mà có” là câu hỏi cổ xưa nhất của loài người. Đó là luận đề quan trọng nhất của khoa học tự nhiên và triết học mà có lẽ con người sẽ không bao giờ có một câu trả lời chung cuộc. Lịch sử tư duy của loài người cho thấy rằng, khoa học tự nhiên và triết học luôn luôn tìm cách lý giải vấn đề này, đi từng bước từ giản đơn đến phức tạp, từ thô sơ đến tinh tế. Hai ngành này cũng luôn luôn hỗ trợ cho nhau, làm tiền đề cho nhau để phát triển. Trong thế kỷ thứ hai mươi, khoa học tự nhiên mà chủ yếu là ngành vật lý đã đến với những nhận thức vô cùng mới mẻ về thực tại vật lý. Người ta thấy rằng thực tại vật lý tưởng chừng như độc lập và khách quan nay phải được quan niệm như dạng xuất hiện của một thực tại khác, phức tạp hơn, nhiều kích chiều hơn. Ngành vật lý và triết học đứng trước những luận đề vô cùng kỳ lạ và thú vị.

Trong khung cảnh đó, người ta thấy tư tưởng Phật giáo về vũ trụ và đời người có những giải đáp vừa rất bất ngờ vừa rất phù hợp với cách đặt vấn đề của khoa học hiện đại.

Ở tập sách này, tác giả Nguyễn Tưởng Bách trình bày lại các chặng đường quan trọng trong quá trình phát triển của ngành vật lý và triết học về khoa học tự nhiên của hơn 25 thế kỷ qua. Tác giả chú trọng đặc biệt đến sự phát triển của hai lý thuyết vật lý quan trọng nhất trong thế kỷ hai mươi, thuyết tương đối và thuyết lượng tử cũng như ý nghĩa triết học của chúng. Tác giả cho thấy nền vật lý và triết học phương Tây đang tiến đến một luận đề chung về bản thể học, đó là câu hỏi, thực tại trước mắt chúng ta là gì. Thế nhưng, phần đặc sắc nhất của cuốn sách này là những trình bày của tác giả về tư tưởng Phật giáo để lý giải thế giới hiện tượng. Phần này nêu lên những nhận thức luận của lý thuyết Trung Quán và Duy Thức để trả lời những câu hỏi hiện đại của ngành vật lý về bản chất của thực tại vật chất. Trong phần này người đọc sẽ thấy tác giả mạnh dạn nêu những nhận thức và ẩn dụ hết sức mới lạ của Trung Quán và Duy Thức để cho thấy một sự đồng qui bất ngờ với những tri kiến và giả định của khoa học trong thời đại mới.

Tập sách này nói về các vấn đề phức tạp nhất của tư tưởng nên dĩ nhiên nội dung của nó không đơn giản. Thế nhưng, nếu đọc thử vài chương, người đọc sẽ thấy tác giả rất khéo trình bày các vấn đề khó hiểu của khoa học và triết học một cách sáng sủa và dễ hiểu.

Tác phẩm này có ích cho những ai quan tâm đến triết học, khoa học, tư tưởng Phật giáo. Tuy không đi sâu vào những chi tiết của các ngành vật lý và triết học nhưng tác phẩm này có thể cung cấp một cái nhìn chung cho những ai muốn nghiên cứu các luận đề được nêu lên trong tập sách.

Trân trọng giới thiêu cùng bạn đọc.
Nhà Xuất Bản Trẻ


Phần thứ nhất

NHỮNG NGƯỜI KHAI PHÁ
MẢNH VƯỜN ĐẦY HOA

Hai ngàn năm trăm năm trước, Heraclitus, một triết gia Hy Lạp, nhìn dòng nước trôi và khẳng định:

“Tất cả đều trôi chảy”.

Cũng trong thời đại đó, Khổng Tử, một thánh nhân phương đông cũng nhìn dòng đời và cảm khái:

“Tất cả đều trôi chảy thế này ư”.

Nhận thức rằng “sự vật đang biến dịch” là một kết luận lớn của con người, dù mới nghe qua nó không có gì vĩ đại cả. Đó là một trong những điều chủ yếu còn đọng lại sau nhiều suy tư sâu sắc, sau bao nhiêu quan sát và cảm nhận. Liệu có còn những kết luận cốt tủy hơn nữa về cuộc đời thiên hình vạn trạng, trong đó mỗi người một chứng nghiệm một cách riêng biệt? Trên thế giới với nhiều châu lục, nhiều nền văn hóa, nhiều cách nhận thức, nhiều quy tắc lễ nghi khác nhau, ta có thể có những kết luận chung về bản chất của con người và thiên nhiên hay không.

Những câu hỏi, những vấn đề trên sẽ đến với mỗi người, dù mới đầu chúng xem ra không thiết thực, không bức xúc. Thật ra những băn khoăn đó đều là những điều xưa như trái đất, cổ hơn lịch sử. Bao nhiêu thế hệ đã trôi qua trên địa cầu này, đến rồi đi như những đợt sóng, trong đó luôn luôn có nhiều người tự vấn, suy tư về những điều cổ xưa đó.

Và cũng vô số người đã trả lời, mỗi người mỗi khác. Vì làm sao khác được, hễ có ý thức là con người biết hỏi, hễ có câu hỏi là có câu trả lời và có nhiều luận đề không ai giải đáp được một cách chung cuộc vì chúng không giản đơn, vì mỗi người chứng nghiệm cuộc đời một cách khác nhau.

Trẻ con đến tuổi nào thì bắt đầu “thấy” thể giới bên ngoài, vài tháng tuổi, hai ba tuổi hay bốn năm tuổi? Không ai biết đích xác điều đó. Không ai có thể nhớ ngày xưa mình bắt đầu “thấy” những gì và kể từ lúc nào. Thế nhưng điều chắc chắn là khi ta lớn lên, thấy cha mẹ, thấy anh em, thấy nhà cửa ruộng vườn, dần dần thấy thế giới quanh mình. Ta thấy trái chuối vàng trên tay, thấy màu xanh cây lá, thấy bông hoa rực đỏ, thấy dòng nước mềm mại, thấy viên đá cứng nhắc, ta ngửi mùi thơm thức ăn, nghe tiếng nhạc êm đềm. Tất cả những cảm quan đó đến từ thế giới bên ngoài, chúng làm ta vui thích.

Rất sớm, ta cũng đã nhận ra, có thứ làm ta khó chịu, thậm chí đau đớn, như lửa làm nóng tay, mặt trời chói mắt, tiếng ồn làm nhức tai điếc óc.

Từ bên ngoài còn có những ấn tượng khác đến với ta. Lời nói êm dịu làm ta vui thích, tiếng gắt gỏng làm ta buồn bực. Đến với ta không những chỉ là ấn tượng của cảm quan do sự vật cụ thể sinh ra, mà cả những lời nói, tư tưởng, tình cảm có tính chất trừu tượng. Ta dùng mắt để thấy hình ảnh, tai để nghe âm thanh nhưng những điều trừu tượng thì phải cần đến ý thức đề cảm nhận chúng.

Với thời gian, cuộc đời dần dần trở nên phức tạp. Ta bắt đầu ý thức về chính con người mình, đồng thời thấy một thế giới bên ngoài bao bọc ta. Thế giới đó gồm những gì, ta không thể biết hết, nhưng điều chắc chắn là nó độc lập với ta, không theo ý ta, nằm ngoài khả năng kiểm soát. Cây cối, sỏi đá, chim chóc, bàn ghế, tất cả đều là thế giới của ta, chúng vô cùng dễ thương nhưng có thể rất dễ ghét. Trái cây kia ngon ngọt biết bao, ta thưởng thức nó, nhưng cái dao gọt trái cây có thể làm ta đứt tay chảy máu. Đời ta nằm trọn trong môi trường thiên nhiên, nó có thể cung ứng phục vụ cho ta, nó cũng có thể gây phiền hà, tùy cách ta hành xử.

Nhưng thiên nhiên, thế giới “khách quan” này từ đâu mà tới, ai sinh ra nó, hẳn nó phải “có sẵn”? Thật ra, không mấy người đặt câu hỏi đó vì lẽ quá hiển nhiên, nó có từ lúc ta chưa sinh, từ lúc toàn bộ loài người chưa hiện diện và xem ra nó vẫn còn nếu ta không hề biết đến nó, nếu một ngày kia loài người biến mất trên hành tinh này. Đó là lý do tại sao không mấy người đặt câu hỏi tưởng chừng như ngớ ngẩn kia.

Thế nhưng xưa nay vẫn có người tự hỏi, thiên nhiên do đâu mà có; và cụ thể hơn, những gì ta thấy, ta nghe, phải chăng thiên nhiên tự nó như thế thật? Hãy ra vườn và ngắm cỏ cây. Hoa lá rực những màu sắc thật đậm đà, tươi đẹp. Những bông hoa màu đỏ sáng kia, ai cho ngươi màu sắc huy hoàng như thế, mặt trời nóng bỏng hay mảnh đất màu mỡ?

Ta vui thích với những màu sắc rực rỡ của hoa và có lẽ ai cũng nghĩ, những màu sắc đó là tính chất riêng tư của hoa. Mỗi người chúng ta chắc đều nghĩ, có hay không có ta là kẻ quan sát, có ai nhìn ngắm nó hay không để ý đến nó, hoa vẫn mang màu sắc vàng đỏ đó. Ta nghĩ, màu vàng có thực, màu đỏ có thực. Không, những màu sắc đó không có thực. Ta nhầm, phần lớn chúng ta đều nhầm.

Phần lớn chúng ta nghĩ, cặp mắt mình là như những cửa sổ trong suốt, hình ảnh bên ngoài cứ thế mà truyền lên não. Thị giác chỉ là một bộ phận vô tri, phản ánh trung thực những gì có thật ở bên ngoài. Thậm chí có người, khi nghe cấu trúc con mắt như một thấu kính làm đảo ngược hình ảnh lên võng mạc, đã lập tức tự hỏi ai đã “quay ngược” lại hình cho đúng chiều để não bộ nhận thức cho “đúng”. Không phải thế, con mắt chúng ta – hay nói đúng hơn, thị giác – không hề thụ động như một cửa sổ, ngược lại nó chủ động cảm thọ, tưởng tượng, nhận thức, thẩm định… để cho ta một hình ảnh nhất định.

Có người sẽ sớm phản đối điều vừa nói bằng cách cho rằng, tất cả mọi người đều thấy bông hoa màu vàng, màu đỏ. Thế thì, màu vàng đỏ phải là một cái gì khách quan, độc lập với con người. Ta có thể hỏi, làm sao anh biết màu vàng của tôi giống màu vàng của anh cảm nhận. Đồng ý chúng ta đều thấy rằng hoàng hôn là đẹp, nhưng ai dám bảo đảm cái thấy, cái nhận thức đó giống nhau? Phải chăng mọi sinh vật, thí dụ bướm đang bay dập dìu bên hoa, cũng thấy màu vàng đó như con người đã thấy?

Thật ra màu sắc chỉ là một sự trình hiện. Khoa học đã chứng minh là màu sắc mà ta cảm nhận vốn là những sóng điện từ với những tần số nhất định mà mắt người cảm nhận chúng như màu sắc. Thế nên màu sắc vàng đỏ không nằm nơi hoa mà nằm nơi người. Màu sắc không thực có. Sắc màu chỉ là sự cảm nhận của con người. Những suy nghĩ này dễ làm ta phân vân và khó chịu. Như thế thì phải chăng thiên nhiên chỉ một màu xám xịt ảm đạm, phải chăng thế giới chẳng có màu sắc nào cả, chỉ có một loạt những sóng điện từ đang rung động loạn xạ trong không gian? Thiên nhiên sẽ không còn đáng yêu nữa? Con người “tạo ra” màu sắc, phải chăng cái đáng yêu chính là con người? Vậy thì nếu không có màu sắc thì cái gì là cái khách quan thực có trong thiên nhiên? Phải chăng là sóng điện từ, chúng có những tần số nhất định, chúng phải tồn tại độc lập với con người. Ít nhất cũng phải có những gì khách quan, độc lập với con người, đó phải là thứ sóng điện tử xa lạ nọ.

Cái gì là cái khách quan thực có, đây là vấn đề quan trọng nhất của loài người, của tư tưởng, của triết học. Ta chưa đi vội vào vấn đề này. Trong giai đoạn này của cuốn sách, ta hãy tạm cho sóng điện từ là thực có.

Hãy lấy một thí dụ trong một lĩnh vực khác, âm nhạc chẳng hạn. Đối với một số người lớn tuổi, âm nhạc của thời đại ngày nay không phải là nhạc. Đó chỉ là một mớ âm thanh hỗn độn, người nghe chỉ thêm căng thẳng mệt mỏi. Nhưng đối với giới trẻ, nó làm vui thích, hưng phấn, nó là nguồn giải trí cần thiết. Còn thứ âm nhạc của một thời xa xưa, đối với họ, là hết sức chậm chạp trì trệ, nó chỉ gây thêm chán chường. Thế nên, ai cũng biết, âm nhạc là sự cảm nhận chủ quan.

Thế thì, cái gì có thực sau bức màn cảm nhận đó, phải chăng là một mớ âm thanh mà ngày nay ta biết rằng chúng thực chất chỉ là những sóng không khí lan tỏa trong không gian. Hay dở, hưng phấn hay chán chường không hề nằm trong các sóng đó, chúng nằm trong con người. Nhưng có người vẫn nửa tin nửa ngờ, họ cho rằng phải có một thứ nghệ thuật khách quan, nếu không thì làm sao ai cũng thừa nhận là nhạc Mozart là thiên phú, giọng ca Elvis Presley là tuyệt vời. Đó là cái chung trong sự cảm nhận của chúng ta, của một loài sinh vật mà ta gọi là loài người. Nhưng ta cũng chưa vội vào đề tài này.

Thế nên màu sắc không nằm nơi hoa, tiếng du dương không nằm trong đàn. Cũng thế, vị ngọt của xoài không nằm trong trái, cái nóng lạnh không nằm trong vật thể. Ta sẽ hỏi, thế thì cái gì là cái có thực, cái gì là cái nằm ngoài, độc lập với con người, dù ta cho rằng tất cả đều chỉ là sự cảm nhận, thì cũng phải có một cái có thực. Nếu không thì mùa đông, tại sao ai cũng mặc áo ấm?

Hãy lấy một ẩn dụ cổ điển: Ban đêm có kẻ đi đường, thấy sợi dây nhưng tưởng lầm là con rắn và ù té chạy. Cái gì là cái thực có? Ta sẽ trả lời cái thực có hiển nhiên là sợi dây, con rắn chỉ là ảo tưởng, không có thực. Thế nhưng nếu con rắn không có thực thì tại sao người kia lại sợ? Con rắn cũng chỉ là sự cảm nhận – ít nhất là trong một phút ngắn ngủi - vì sự cảm nhận đó cũng tương tự như có người nghe thứ âm nhạc nọ ra là một mớ âm thanh hỗn độn.

Hơn thế nữa, mà đây là điều quan trọng hơn: “sợi dây” chẳng qua cũng chỉ là một sự cảm nhận, thực ra nó do một số phần lớn phân tử vật chất hợp thành. Trong giai đoạn này của cuốn sách, cứ cho các nguyên tử là có thực.

Thế thì sợi dây mà ta cho là có thực đó lại không hề có thực, nó chỉ do nhiều phân tử hợp thành và ta thấy nó là sợi dây. Thế nên sợi dây khác gì con rắn, tất cả đều là sự cảm nhận cả? Hay một sự cảm nhận này “có giá trị” hơn sự cảm nhận khác?

Có thể có độc giả đã bắt đầu mất kiên nhẫn. Không lẽ ta đánh đồng ảo giác với hiện thực, phải chăng người điên cũng như người tỉnh? Phải chăng các thứ nguyên tử, phân tử, sóng điện từ, sóng âm thanh…., những thứ mắt người không nhìn thấy, chỉ chúng mới thực có, còn tất cả là ảo giác. Những gì mà tất cả mọi người đều thừa nhận là có thực, cùng thấy cùng nghe, đã bị “hạ giá” thành cảm nhận chủ quan, còn những điều hết sức xa lạ không ai nghe thấy nay được tôn thờ như là thực tại. Có thể chấp nhận được không, những điều “điên rồ” như thế?

Câu chuyện còn rất dài. Thế nhưng điều cần khẳng định là, những gì ta nghe thấy đều là sự cảm nhận của con người. Hiện tượng xuất hiện quanh ta là cảm nhận của ta. Sau bức màn hiện tượng đó là những gì, thực tại độc lập nào nằm nơi đó, nó hoạt động theo quy luật nào, ta có thể nhận thức được nó hay không? Đó là những câu hỏi sâu xa nhất, thú vị nhất mà hôm nay chúng ta không phải là người đầu tiên nêu lên. Dựa trên sử sách còn truyền lại, chúng ta biết những người đầu tiên trong nền văn minh của loài người đã đặt vấn đề này một cách hệ thống cách đây khoảng hơn hai ngàn năm trăm năm, tại phương Đông cũng như phương Tây. Đến nay, chưa có câu trả lời nào thuyết phục được tất cả mọi người.


ĐẦU NGUỒN TRIẾT HỌC PHƯƠNG TÂY

Phần lớn chúng ta vẫn còn lưu luyến với thế giới của mình. Ta sẽ tự nhủ, nếu những gì mình nghe thấy chỉ là những gì do mình cảm nhận chứ chưa chắc chúng thật như thế thì thật là đáng tiếc. Bầu trời xanh và đám mây hồng, cây cối và chim chóc, màu sắc và âm nhạc, liệu tất cả đều do mình “tưởng tượng” ra ư?

Nếu cho rằng, không, tất cả những gì ta nghe, ta thấy, chúng thực có trong thế gian đúng y như mình cảm nhận thì thực ra ta không phải là người duy nhất nghĩ như thế. Thực tế là hầu như tất cả mọi người đều nghĩ như vậy cả. Tất cả mọi người đều tin nơi một thực tại bên ngoài, hình dáng của nó chính là những gì mình nghe thấy, nó in vào tâm trí mình đúng như nó là. Quan niệm về một thực tại bên ngoài đồng nhất với những gì ta cảm nhận, được triết học xem như thuộc về chủ nghĩa duy thực. Vì sẽ còn nhiều thứ duy thực khác tinh tế hơn nên quan niệm duy thực nói trên có thể được gọi là chủ nghĩa duy thực giản đơn.

Xưa nay, tuyệt đại đa số con người trên thế gian này đều tin có một thế giới có thật ở “bên ngoài”. Thế nhưng, điều đáng lưu ý là các đầu óc tầm cỡ trong lịch sử tư tưởng sớm biết rằng, những gì mình nghe thấy không phải là thực tại, chúng chỉ là hình ảnh, là ấn tượng của thực tại. Vậy thực tại là gì? Đây là câu hỏi trung tâm của mọi nền triết học.

Bên bờ đông của Địa Trung Hải cách đây gần 2500 năm có một nhà hiền triết Hy Lạp tên gọi Socrates. Ông là con trai của một nghệ sĩ tạc tượng, bản thân ông cũng làm nghề tạc tượng và sống một cuộc đời hết sức đạm bạc, hầu như khổ hạnh. Về sau Socrates sớm xao lãng nghề nghiệp lẫn gia đình chỉ vì cái tính ham nói chuyện triết học với những người cùng thời. Cuối cùng, ông không để lại một tác phẩm nào cả, người ta chỉ lưu truyền những gì ông nói. Thế nhưng tư tưởng của Socrates để lại cho muôn đời sau sâu đậm đến nỗi Karl Jaspers phải nói,”điều kiện bắt buộc khi triết lý là không được quên Socrates”.

Socrates là người như thế nào mà nhiều trường phái triết học của hậu thế đều trích dẫn lời ông, ai cũng thấy nơi ông là nền tảng triết lý của mình? Còn ông, thì ông lại nói: “Tôi biết mình không biết gì cả”. Ông “không biết”, nhưng điều chắc chắn là Socrates tin nơi một thực tại bên ngoài có thực và ông phân biệt rõ hiện tượng và tự tính của mọi sự thông qua các hiện tượng đơn lẻ. Hiện tượng là cái có sinh thành hoại diệt, còn tự tính là cái thường hằng mà ông tin nó đứng ngay sau mọi hiện tượng. Socrates cho rằng sự hiểu biết về hiện tượng chưa phải là tri kiến đích thực mà tự tính thì khó nắm bắt nên mới nói mình ”Không biết gì cả”.

Trong những ngày xa xưa đó, Socrates đã tìm cách thông qua các hiện tượng cảm quan để quả quyết có một cái đích thực, độc lập với sự vật sinh diệt. Ngắm một bông hoa hồng tươi đẹp, liên hệ với mọi thứ tươi đẹp khác trong thế gian, ông cho rằng có cái thiện mỹ hiện hữu tự nó. Sở dĩ một bông hoa đẹp vì nó có phần trong cái thiện mỹ đó. Cảm quan con người không thể nhận biết được tự tính thiện mỹ đó – hay nói chung, không thể nhận biết mọi thứ cốt lõi – mà chỉ có tư duy con người mới tiếp cận được chúng. Về sau, trước khi bị tử hình, ông cho rằng cả tư duy con người cũng không thể biết đến, chỉ có Thượng đế mới biết đến thực tại thuần túy đó. Socrates là người đầu tiên nêu rõ mối quan hệ then chốt nhất của mọi ngành triết học, cả phương Tây lẫn phương Đông.

Socrates có nhiều học trò, trong đó có một người tên gọi là Plato. Plato thuộc dòng dõi qúi tộc của thành Athens tại Hy Lạp, lẽ ra ông phải trở thành một nhà chính trị. Thế nhưng, trong tuổi thiếu niên ông đã gặp Socrates và mối liên hệ với thày được giữ mãi cho đến ngày cuối cùng của Socrates. Vị thầy này đã để lại ảnh hưởng lớn lao trong sự nghiệp của nhà quí tộc trẻ tuổi. Sau cái chết của Socrates, Plato thấy rõ tính chất thối nát của nhà cầm quyền, ông từ bỏ con đường chính trị và thực hiện nhiều chuyến du khảo khắp các nước vùng Địa Trung Hải.

Plato nối tiếp sự nghiệp của Socrates và đưa quan niệm của thầy mình về mối liên hệ giữa hiện tượng và tự tính lên một bước phát triển mới mẻ và tinh tế. Plato cho rằng, sở dĩ con người quan sát và nhận thức được sự vật là vì thế gian đã có sẵn “ý niệm” về sự vật đó. Ý niệm là cơ sở, là nguồn gốc của hiện tượng. Hiện tượng bắt nguồn từ ý niệm nhưng không phải là ý niệm. Hiện tượng thì bất toàn, có sinh có diệt nhưng ý niệm là cái toàn hảo. Hiện tượng thì nằm trong thời gian và không gian nhưng ý niệm thì phi thời gian, phi không gian, bất hoại. Thí dụ, vòng tròn là một tập hợp của những điểm có cùng khoảng cách từ một tâm điểm. Khái niệm đó về vòng tròn bắt nguồn từ một “vòng tròn đích thực và nhất quán”. Có vô số vòng tròn (hiện tượng) nhưng chỉ có một vòng tròn đích thực (ý niệm). Quan điểm triết học của Plato là tin rằng con người phải vượt qua cảm quan thông thường để tiến tới một thế giới của ý niệm nhằm nắm bắt thực tại. Thế giới hiện tượng là bức màn che đậy thiên nhiên và chỉ ý niệm mới tiếp cận với thực tại đích thực được. Plato còn đột phá một bước mới, ông cho rằng thiên nhiên có thể được mô tả bằng toán học và toán học chính là dạng hình nội tại của thiên nhiên. Theo Plato, ý niệm là toàn hảo, là gốc gác của hiện tượng; và ý niệm lại được mô tả bằng toán học nên hiện tượng cũng có thể mô tả bằng toán học. Vì lẽ đó, thiên thể trong bầu trời phải vận động trong những quỹ đạo hình tròn mà tâm điểm là trái đất. Đó là suy tư đầu tiên của thời cổ đại về thiên văn.

Những điều nghe quá ngây thơ này thật ra là những thành tựu vĩ đại của con người thời đó. Từ một sinh vật bé nhỏ, con người dám vươn lên suy tư về sự vật và vũ trụ, thử vén mở bức màn của hiện tượng để tìm hiểu sau đó có những gì và trừu tượng hóa có thể nắm bắt được thực tại. Đó là những bước đi dài ngàn năm một thuở, mà Hy Lạp là xứ có hân hạnh đã sản sinh những thiên tài kỳ lạ nhất cho loài người. Và thực vậy, Plato đã đặt nền móng về triết học của ngành khoa học tự nhiên suốt cả ngàn năm sau đó. Ngày nay toàn bộ khoa học tự nhiên đều được phát biểu bằng ngôn ngữ chính xác của toán học, bằng một phương tiện ưu việt mà người tiên phong phải là Plato. Lý thuyết “ý niệm” của Plato đã mở đường cho phép sử dụng mô hình chính xác của toán học để mô tả thế giới hiện tượng. Đó là nguyên tắc cơ bản cuả ngành vật lý. Thế nhưng, ta cần thấy một điều. Tư tưởng của Plato dựa trên nhiều điều tiên quyết về mặt bản thể học mà hai ngàn năm sau người ta mới bắt đầu thấy chúng chỉ là những giả định. Plato cho rằng, một là, có một thực tại tồn tại “bên ngoài”, độc lập với đầu óc con người; hai là, ý thức con người có thể tiếp cận với thực tại đó; và ba là, thực tại đó có thể được biểu diễn bằng toán học.

Thực tế là ba quan niệm nói trên quá tự nhiên đến nỗi tư tưởng con người xưa nay đều xuất phát từ nó, cho chúng là điều hiển nhiên. Một thực tại độc lập với con người hẳn phải là điều tiên quyết. Thực tại đó phải có sẵn trước khi con người sinh ra trên địa cầu. Thiên nhiên là chiếc nôi sinh ra con người, thế giới hiện tượng hiện diện hoàn toàn độc lập với con người. Con người có biết đến, có ngắm nhìn thiên nhiên hay không thì cũng không tác động gì lên thiên nhiên cả. Đó là quan niệm thứ nhất.

Sau đó hiển nhiên là đầu óc con người phải tiếp cận được với thực tại, nếu không thì tất cả mọi tư duy đều vô bổ, nếu không thì không có vấn đề nào được đặt ra. Không những thế, thực tại phải rất gần gũi với đầu óc con người vì nó được biểu diễn bằng toán học, một sản phẩm của tư duy thuần túy. Ba điều nói trên thật ra chỉ là ba giả định, nếu nói một cách đúng nghĩa là ba giả định siêu hình. Thế nhưng vì chúng xem ra quá hiển nhiên nên phần lớn các nhà tư tưởng và khoa học tự nhiên quên rằng chúng chỉ là giả định. Thậm chí các nhà khoa học cổ đại xem toán học là tính chất nội tại của thiên nhiên, thiên nhiên được xây dựng bằng những quy luật của toán học. Plato từng nói “Thượng đế là một nhà hình học”.

Với sự phát triển của tư tưởng và khoa học, các giả định này ngày càng tinh tế hơn và tính chất đa nguyên của tư duy bắt đầu lộ rõ.

Plato có một học trò xuất sắc nhưng “phóng khoáng và ham vui”, đó là Aristotle. Nếu Plato chỉ tìm hiểu đường đi của các thiên thể thì Aristotle tự hỏi tại sao các thiên thể lại vận động. Ông đi xa hơn Plato ở chỗ nêu câu hỏi nguyên ủy của sự vận động. Ông đến với kết luận là, mọi thiên thể vận động hay nói chung mọi hiện tượng sinh diệt là do một nguyên nhân bất động tác động lên. Đó là Thượng đế. Aristotle không chấp nhận quan điểm của Plato, xem “ý niệm” như là tự tính của hiện tượng. Aristotle cho rằng tự tính của sự vật nằm ngay bên trong sự vật. Đối với Aristotle, tự tính cần dạng hình, sắc thể để xuất hiện, ngược lại mỗi sắc thể phải mang trong mình một tự tính nhất định, cũng như không thể có hình dạng mà không có chất liệu. Mọi hiện tượng đều là dạng xuất hiện của một cái tự tính bất di bất dịch và cái đó chính là Thượng đế. Hơn thế nữa, tâm thức của Thượng đế cũng chính là nguồn gốc của tư duy con người và tư duy con người cũng chịu sinh diệt như mọi hiện tượng khác.

Với Aristotle, thực tại vốn độc lập với con người nay đã có một nguyên ủy sâu xa, đó là Thượng đế. Ta dễ tò mò tự hỏi, Thượng đế là ai, ai sinh ra Thượng đế. Câu hỏi đó không ai trả lời được. Thượng đế vốn cũng là một giả định siêu hình. Thế nhưng cách đặt vấn đề của Aristotle được thần học và cả khoa học phương Tây chấp nhận cả hai ngàn năm qua, đến nay vẫn còn được nhiều người thừa nhận.

Điều thú vị là quan điểm xem mọi hiện tượng là sự xuất hiện của một cái duy nhất là cách nhìn quán xuyến nhất của triết học cả phương Đông lẫn phương Tây. Về sau này ta sẽ thấy, vấn đề sẽ rút lại trong một luận đề thuộc bản thể luận và câu hỏi còn lại duy nhất là Thượng đế là gì hay là ai. Với tính cách là triết gia của nhận thức luận, Aristotle còn đi vào lịch sử tư duy của loài người như một nhà vật lý tiên phong. Ông đã đi xây dựng một nền vật lý khá hoàn chỉnh trong thời đại bấy giờ, đưa ra phạm trù tự tính – sắc thể của triết học vào nền vật lý sơ khai của nhân loại để xây dựng khái niệm chất liệu – hình dạng và bắt đầu nêu lên những nguyên lý của một thực tại vật lý. Với Aristotle, nền vật lý đã đến với những định nghĩa hoàn chỉnh về cấu tạo vật chất, về không gian, thời gian, về khái niệm của chân không, về các nguyên nhân và nguyên nhân cuối cùng của sự vận động. Aristotle nói về sự chuyển hóa của các dạng vật chất, trong đó luận đề nổi tiếng của ông là “từ sự trống rỗng không thể sinh ra vật gì, một vật không thể biến thành cái trống rỗng”. Luận đề này là tiền thân của nguyên lý bảo toàn năng lượng mà ta biết đến ngày nay.

Nền vật lý của Aristotle trường tồn hơn mười lăm thế kỷ, lâu hơn hẳn mọi nền vật lý mà hiện tại chúng ta biết đến.


CÁI ĐẦY ĐẶC VÀ CÁI TRỐNG RỖNG

Aristotle đặt nền tảng cho nền vật lý đầu tiên của con người. Thế nhưng ông coi thường lĩnh vực “thế gian”, muốn hướng tư duy của mình về Thượng đế, về nguyên ủy của mọi vận động. Đối với Aristotle, vật chất được hình thành bởi bốn yếu tố đất, nước, lửa, gió. Ông dừng lại tại đó và không muốn tìm hiểu thêm nguồn gốc của vật chất. Song song với trường phái của Socrates, Plato, Aristotle, tại miền Hy Lạp khả kính của ngày xưa, trước công nguyên đã có nhiều hiền nhân bắt đầu dò tìm nguồn gốc của vật chất.

Có một vị hiền triết tên là Parmenides. Vị này sống tại miền nam nước Ý, thời đó thuộc Hy Lạp, vào khoảng thời đức Phật Thích Ca của Ấn Độ. Parmenides ưa thích làm thơ, đọc kệ và giảng giải quan điểm về thế giới trong những bài thơ kệ đó. Ông là một trong những triết gia đầu tiên của phương Tây phân biệt giữa cảm quan và lý tính, cho rằng cảm quan không thể nắm bắt được thực tại mà chỉ một quá trình tư duy biện chứng mới tiếp cận được với sự thực. Và thực tại của Parmenides là một cái “toàn thể, không thành, không hoại, bất động, toàn hảo”. Thực tại của Parmenides dường như là một khối tròn vĩ đại, không có giới hạn của thời gian lẫn không gian. Đó là một thực tại không có chỗ cho chân không vì nếu đã là chân không thì không phải là thực tại. Theo Parmenides, thực tại là phi vật chất, nó chính là đối tượng của tư duy. Thế nhưng tại sao lại có vũ trụ, có thể giới hiện tượng với muôn hình muôn vẻ? Theo Parmenides, tính đa nguyên của vũ trụ xuất hiện bởi có hai cực “sáng, tối”, do một nữ thần vận hành và điều chỉnh. Trên cơ sở của sự tương tác giữa hai cực này mà vũ trụ xuất hiện. Thế nhưng, thế giới hiện tượng mang đầy những cặp mâu thuẫn nhị nguyên đó lại cũng chính là thực tại.

Thế giới hiện tượng cũng là thực tại bởi nó do con người xuất phát từ thực tại mà cảm nhận ra như thế. Thế nên không phải có hai thế giới – thực tại và thế giới hiện tượng – mà có hai cách cảm nhận thế giới. Con người là kẻ “tạo tác” thế giới giả tạo của mình. Đây là tiền thân của quan niệm thế giới là một sự trình hiện.

Parmenides là người đầu tiên đặt nền móng của bản thể học. Tư tưởng của ông dẫn xuất ra hai hướng lớn, một là lý luận logic của biện chứng học và bản thể học, hai là khoa học về tự nhiên. Song song, ý niệm về một cái “không thành không hoại” tồn tại lâu dài với thời gian trong ngành vật lý.

Có lẽ Parmenides không hề ngờ quan niệm này đã đóng một vai trò trung tâm trong khái niệm về vật chất của khoa học tự nhiên suốt mấy ngàn năm sau và ngày nay nó vẫn tiếp tục nằm trong một vật thể tí hon mà người ta gọi là hạt cơ bản.

Cái “bất hoại” trong tư tưởng của Parmenides xem ra có một sức thu hút mãnh liệt khi con người muốn biết thế giới vật chất do những gì cấu tạo nên.

Sau Parmenides khoảng 20 năm có một triết gia Hy Lạp tên gọi là Empedokdes ra đời. Ông cũng là một nhà hoạt động chính trị và bị chính quyền thời đó lưu đày, phải sống lưu vong. Ông thừa nhận quan điểm bất hoại của Parmenides và cho rằng thế giới vật chất được tạo thành bởi bốn nguyên tố cơ bản: đất, nước, gió, lửa. Tính chất của bốn nguyên tố đó là bất thành, bất hoại, không biến dịch, đồng thể. Thế nhưng, khác với Parmenides, với Empedokdes các nguyên tố đó lại vận động và chúng có thể được chia nhỏ ra để phối hợp, trộn lẫn với nhau. Mọi vật trên đời đều do sự phối hợp của bốn nguyên tố đó mà thành – trong một tỉ lệ toán học nhất định.

Nhưng cái gì là động cơ làm chúng vận động? Empedokdes cho rằng có hai thể “yêu, ghét” làm các nguyên tố vận hành. Cái “yêu” có lực hút lớn, làm chúng tụ hội, cái “ghét” có lực đẩy, làm chúng tách lìa. Hai thể yêu ghét đó hiển nhiên có tính chất siêu hình học, chúng là động cơ hình thành và hoại diệt của mọi vật, của mọi cơ cấu vi mô và vĩ mô.

Từ “yêu ghét” hẳn làm ta thấy kỳ lạ và tự hỏi tại sao người xưa phải đưa yếu tố tâm lý này vào trong khoa học tự nhiên. Ta sẽ thấy, hình dung về vật chầt đang vận động thì dễ nhưng tìm hiểu động lực nào làm chúng vận động là một câu hỏi rất khó, nó luôn luôn dẫn đến các tư tưởng thuộc về thần học.

Gần hai ngàn năm sau chỉ có một thiên tài như Newton mới tạm thời đưa ra được những giả định đầu tiên để mô tả sự vận động đó và nguyên nhân của nó, nhưng đối với cả Newton thì nguyên nhân cuối cùng vẫn có tính chất thiêng liêng, vẫn nằm trong lĩnh vực của thần học.

Sau Empedokdes khoảng mười lăm năm, xuất hiện một triết gia Hy Lạp khác, cũng lấy thực tại “bất hoại” của Parmenides làm nền tảng cho triết học của mình. Đó là Leucippus mà ngày nay người ta cho rằng là người phát minh ra khái niệm “nguyên tử”. Ông cho rằng thế giới được tạo nên bằng vô số nguyên tử tí hon, chúng đặc cứng và không thể phân chia. Đặc tính của chúng là liên tục vận động, qua đó chúng va chạm và liên kết với nhau. Khi chúng liên kết lại thì sự vật thành hình và cho cảm quan cho người những cảm giác khác nhau. Sự vật không hề cứng chắc như ta lầm tưởng mà do vô số nguyên tử kết thành và mọi sự vật sở dĩ khác nhau là do các nguyên tử khác nhau về dạng hình và cấu trúc xếp đặt của chúng. Cùng với quan điểm này, Leucippus nêu lên một khái niệm vô cùng quan trọng, đó là không gian trống rỗng. Không gian trống rỗng là cái tách rời các nguyên tử với nhau, là chỗ để nguyên tử vận hành.

Với quan điểm của mình, Leucippus còn nêu lên một triết lý sâu sắc nữa, đó là thế giới hiện tượng không hề chỉ là bóng dáng vô nghĩa của một thực tại sâu kín mà nó vận hành từ một nguyên nhân hẳn hoi và có thể lý giải được. Leucippus đã “giải cứu hiện tượng”, cho nó một ý nghĩa đích thực và điều này có ảnh hưởng rất lớn về sau.

Leucippus có một vị học trò vui tính, đó là Democritus. Ông được mệnh danh là “triết gia hay cười” – để phân biệt với Heraclitus, “triết gia hay khóc” – người hay cười đùa về sự khờ dại của người đời. Ông học rộng biết nhiều, đời ông là cuộc đời du khảo. Ông từng nói, “thà tìm được một nguyên lý còn hơn làm vua xứ Ba Tư”. Và nguyên lý của ông quả nhiên làm nền tảng cho ngàn năm về sau.

Vừa tiếp thu, vừa điều chỉnh thuyết nguyên tử của thầy Leucippus, Democritus cho rằng thực tại chỉ gồm có cái dầy đặc và cái trống rỗng. Cái dầy đặc do vô số nguyên tử bất hoại cấu tạo nên, chúng chỉ khác nhau về hình dạng, kích thước, trọng lượng. Toàn bộ sự vật trong thế giới – kể cả linh hồn con người – chỉ là các hạt nguyên tử đang vận hành trong không gian trống rỗng. Vì thế nhiều người xem Democritus phải là nhà duy vật đầu tiên của lịch sử tư tưởng. Tất cả đều là hệ quả của sự vận hành nguyên tử, ngoài ra không có gì khác. Những hiện tượng như xanh hay đỏ, ngọt hay chua, lạnh hay nóng đều chỉ là cảm quan, là “ý kiến” của con người khi bị nguyên tử tác động lên; trong thực tại các cảm quan đó không hề hiện hữu.

Hình dung của Democritus về thực tại là cơ sở của chủ nghĩa duy vật cơ giới, được Galileo tiếp thu và là nền tảng của toàn bộ nền vật lý cổ điển đến đầu thế kỷ thứ hai mươi.

(còn tiếp)

[khieman]

(tiếp theo)

KHÔNG GIAN BA CHIỀU
VÀ SỰ VẬN ĐỘNG CỦA THIÊN THỂ


Quan điểm về cái đầy đặc và cái trống rỗng đã đạt thành công vang dội ngay trong đầu công nguyên. “Cái đầy đặc” của vật chất sớm được mô hình hóa bằng một điểm vật chất, nó di động trong không gian ba chiều theo những quĩ đạo có thể tính trước bằng toán học. Và những bài toán đầu tiên của loài người không hề là những điều giản đơn trong đời sống hàng ngày mà là vận động của thiên thể trong bầu trời. Trong số những nhà thiên văn học đầu tiên của loài người, ngày nay người ta vẫn còn nhắc đến Ptolemy mà công trình của ông vẫn còn giá trị cho đến ngày nay, mặc dù hồi đó người ta luôn tưởng trái đất là trung tâm của vũ trụ, mọi thiên thể quay xung quanh nó.

Thời đại của Ptolemy đã đánh dấu hai thành tựu lớn của nền thiên văn học Hy Lạp: một là người ta đã có một mô hình về sự vận động của mặt trời và mặt trăng, hai là nhà toán học đã biết đến phép tính lượng giác. Thế nhưng, đến thời Ptolemy, với thiên tài toán học cùng với sự quan sát chi li sắc sảo, ông đã xây dựng một mô hình về vũ trụ hoàn chỉnh. Mô hình đó có giá trị 14 thế kỷ, mãi cho dến lúc Copernicus điều chỉnh lại trong thế kỷ thứ 16. Ptolemy để lại một tác phẩm lớn có đề tựa Almages với 13 tập. Ông đã tính toán chính xác thời điểm của các hiện tượng nhật thực, nguyệt thực; đã tính toán và lý giải độ lệch của mặt trăng trong quá trình vận động. Ông đã tổng kết lại hệt thống các định tinh mà 88 bộ sao do ông phát hiện ngày nay vẫn còn đóng một vai trò trong thiên văn học. Đặc biệt, Ptolemy có một khuynh hướng lớn trong quan điểm của mình, đó là ông đưa ra nhiều mô hình, nhìều giả thiết khác nhau để giải thích một hiện tượng và cho rằng các mô hình đó là sản phẩm của đầu óc nghĩ ra, không nhất thiết thực tại phải vận hành đúng như thế.

Quan điểm này là đầu nguồn của chủ nghĩa công cụ, xem lý thuyết và mô hình chỉ là “công cụ” để khảo cứu thực tại chứ không nhất thiết đúng thực như thế. Như ta sẽ thấy, chủ nghĩa công cụ trong khoa học đóng một vai trò quan trọng trong triết học về thiên nhiên mà về sau sẽ được nhắc đến. Thế nên, từ đầu công nguyên, một nền khoa học về tự nhiên với một thế giới quan hoàn chỉnh ra đời. Dĩ nhiên, nó còn rất thô sơ mà nhiệm vụ chính của nó chỉ là mô tả và tính toán sự vận động của vật chất, trong đó người ta chưa biết đến lực. Người ta chỉ tiên đoán chúng sẽ đi đến đâu, trong không gian và thời gian. Vì những lẽ đó, không gian va thời gian là hai yếu tố chính của vũ trụ quan này, và đó là hai yếu tố chủ yếu nhất của khoa học tự nhiên đồng thời cũng là hai khái niệm khó hiểu nhất.

Thế nhưng, trước khi nói đến “không gian”, một vấn đề triết học sẽ làm ta nhức đầu, đã nhắc đến một người mà ta thường nghe tên, một nhà toán học thời cổ đại mà công trình của ông đã tồn tại đến ngày hôm nay. Đó là Euclid, người mà khi ta nói đến không gian và toán học, ta không thể quên.

Không ai rõ đời sống riêng tư của nhà toán học Hy Lạp này, người ta chỉ biết tác phẩm Các Yếu Tố của ông có ảnh hưởng lớn nhất của suy tư tâm linh phương Tây, là tác phẩm không những chỉ đặt nền tảng cho hình học và toán học mà nó còn nêu lên phép lý luận thuộc về phạm trù lý tính.

Trong lịch sử khoa học, không mấy ai viết được những tác phẩm sắc sảo và nhất quán được như Euclid. Trong Các yếu tố với 13 tập, ông luôn luôn bắt đầu với những định nghĩa, sau đó là những giả định hay tiền đề. Trên cơ sở đó ông xây dựng một tòa lâu đài của lý luận logic, chặt chẽ và nhất quán với nhau. Bởi thế, Euclid nêu lên cả một mẫu hình của lý luận, không chỉ được hạn chế trong hình học hay toán học. Lịch sử khoa học cho ta thấy, mọi lâu đài lý luận đều xây dựng trên những định đề không chứng minh được, những định đề mà Wallace gọi là những “giả định siêu hình”. Trong toán học thì với năm định đề, Euclid xây dựng nên một nền hình học phẳng mà ngày nay chúng ta còn học.

Với không gian ba chiều của Euclid, về sau Newton xây dựng nên một khái niệm về không gian tuyệt đối, độc lập, đồng thể. Đó là một sân khấu vĩ đại mà trong đó vật chất tha hồ vận động. Vật chất vận động trong không gian cũng như diễn viên trên sàn diễn, không có diễn viên thì sàn diễn cũng vẫn tồn tại. Cũng như thế, không gian là cái bất di bất dịch, vật chất không hề ảnh hưởng gì lên không gian cả.

Không gian là “vật” nằm ngoài con người, là khách quan, là có sẵn. Ngay cả Ptolemy – người đã từng nghĩ các mô hình của mình về thiên thể là do đầu óc con người giả định chứ chưa chắc thực tại đúng như thế - cũng xem không gian tồn tại khách quan, độc lập, là sân khấu để các thiên thể vận hành, là cái làm vật chất rạch ròi riêng lẻ bằng cách tách rời chúng ra khỏi nhau. Ptolemy không phải là người duy nhất nhận thức như vậy và quả thật, không gian Euclid là nền tảng của thế giới quan cơ học có giá trị mãi đến đầu thế kỷ hai mươi. Thật ra thì một không gian như thế cũng chỉ là một giả định siêu hình, dù xem ra nó rất thật đối với chúng ta.

Thế nhưng, nếu suy nghĩ kỹ, ta sẽ thấy khái niệm về không gian không hề đơn giản, ngay cả trong thời đại của vật lý cổ điển. Thời đó người ta cho rằng không gian chứa đựng vật thể, không gian là một đối tượng độc lập. Thế nhưng vật thể có thể bị đấy qua một bên nhưng không ai nghĩ có thể đẩy không gian qua một bên. Vật thể có thể tồn tại “đâu đó” trong không gian nhưng không thể nói không gian tồn tại “đâu đó”. Thật ra nhờ có không gian mới có “đâu đó”. Người ta chấp nhận không gian là một đối tượng độc lập nhưng nó không thể được so sánh với vật thể, đó là tính phi đối xứng giữa không gian và vật thể. Đó là, ta không thể tưởng tượng một vật nằm “ngoài” không gian nhưng lại chấp nhận một không gian không có vật thể, lúc đó ta sẽ nói không gian “trống rỗng”.

Câu hỏi quan trọng ở đây là liệu vật thể và không gian là hai đối tượng độc lập hay không gian chỉ là tính chất của vật thể. Newton cho rằng không gian tồn tại độc lập, còn Leibniz cảm thấy không gian chỉ là thuộc tính của vật thể. Nhà vật lý Mach tiếp nhận và bênh vực ý kiến của Leibniz; nhưng về sau cả hai đều bị lý luận của Newton đánh quị vì Newton cho rằng phải có một không gian độc lập, nếu không thì làm sao giải thích được tính chất tuyệt đối của gia tốc. Nhưng, thú vị thay, trong khoa học không dễ sớm quyết định được kẻ thắng, người bại. Quan niệm của Leibniz và Mach về sau đã mở đường cho nền vật lý tương đối, trong đó không gian lại trở thành thuộc tính của vật chất. Dù sao đi nữa, môn hình học – môn khoa học về không gian – không đơn thuần là một ngành khoa học như các ngành khác mà nó còn là cơ sở, là nền tảng của ngành vật lý và nhận thức luận.

Đến đây, hẳn ta bắt đầu rối trí vì các vấn đề triết học. Nhưng quả thật, khoa học không thể tách rời khỏi triết học, hai lĩnh vực này luôn luôn bổ túc cho nhau. Cái khó của chúng ta thường không phải là tính chất triết học của vấn đề được đặt ra, mà cái khó nằm ở chỗ ta phải quay lại với những khái niệm quá quen thuộc như không gian thời gian, với những điều tưởng chừng như “có sẵn”. Thế giới quanh ta, không gian, thời gian, sự biến dịch vận động, tất cả những điều đó không sớm thì muộn sẽ bị khoa học và triết học thẩm vấn, thực chất chúng là gì, chúng nằm ngoài ta một cách độc lập hay chỉ là sự tương tác với giác quan của ta, vai trò của chúng đối với ý thức của ta như thế nào.


BÓNG TỐI VÀ ÁNH SÁNG
TRONG THỜI TRUNG CỔ

Người Hy Lạp là một dân tộc kỳ lạ. Họ đã sản sinh cho loài người suốt một ngàn năm vô số nhân tài về khoa học và triết học. Trong thể kỷ thứ năm có một triết gia tên là Proclus. Ông là người triển khai thêm toán học của Euclid, mang lại cho nền toán học và hình học một vai trò trung tâm trong triết học về tự nhiên. Thế nhưng ông đồng thời cũng đưa ra nghi vấn, rằng các mô hình toán học về sự vận hành của các thiên thể chỉ là sự tiếp cận gần đúng, rằng có thể có nhiều giả thiết khác nhau nhưng lại lý giải ổn thỏa cho một hiện tượng duy nhất. Suy tư của ông cả ngàn năm sau mới được chứng nghiệm.

Một thí dụ cụ thể là ngành thiên văn. Thiên văn học của Ptolemy đặt giả định mọi thiên thể đều quay quanh trái đất. Giả định đó hoàn toàn sai, thế nhưng những tiên đoán về các hiện tượng nhật thực nguyệt thực vẫn xẩy ra chính xác. Mãi đến khi Copernicus vào khoảng đầu thế kỷ thứ 16 khẳng định “trái đất không phải là trung tâm của thế giới” trong tác phẩm Derevolutionibus, người ta mới hay các giả định cũ đều sai lầm từ cơ bản.

Suy nghĩ của Proclus mở đầu cho một quan niệm mới, đó là các mô hình không tương thích lẫn nhau vẫn có thể cho một lời giải giống nhau về mặt thực nghiệm. Điều này sẽ để lại ảnh hưởng rất lớn trong ngành vật lý và làm cho các lý thuyết gia cần cẩn trọng hơn về các mô hình của mình. Thực vậy, các cuộc cách mạng về vật lý đều bắt đầu bằng những mô hình mới về thực tại. Dần dần người ta biết rõ, một mô hình cho những tiên đoán chính xác không nhất thiết phải đúng với thực tại, chúng chỉ có khả năng “giải cứu hiện tượng” chứ chưa chắc nói lên đúng bản thân thực tại.

Kể từ khoảng thế kỷ thứ năm công nguyên, dường như Hy Lạp đã cạn kiệt nhân tài. Gia tài khoa học và triết học Hy Lạp được trao lại cho một thời kỳ mà ta gọi là thời “Trung cổ” đây là cách gọi của phương Tây, thời kỳ được xem là kéo dài từ thế kỷ thứ 5 đến cuối thế kỷ thứ 14. Thời kỳ Trung cổ được hậu thế tại phương Tây xem là “bóng tối” vì quả thật đây là một khoảng thời gian dài gần một ngàn năm mà vắng bóng những phát hiện khoa học và triết học quan trọng. Một lẽ khác mà phương Tây ưa xem nhẹ thời kỳ này là vì khoảng từ thế kỷ thứ 9 đến 13, nền văn minh và học thuật của người Hồi giáo Ả Rập vượt trội hơn châu Âu trên tất cả mọi phương diện như triết học, khoa học, toán học, thiên văn cùng như y khoa. Nhân vật Ả Rập đáng kể nhất trong thời đại này phải là Averroes.

Averroes là một bác sĩ và là nhà tư tưởng được xem là xuất sắc của thế kỷ thứ 12. Ông sớm đến với các tác phẩm của Aristotle, vốn đã được dịch ra tiếng Ả Rập khoảng năm 950. Thời đại của Averroes là giai đoạn mà tư tưởng Hồi giáo bắt đầu xơ cứng, chỉ biết tin vào giáo điều, xa lánh khoa học, nghi ngờ triết gia. Không sợ bơi ngược dòng, Averroes theo những nguyên lý của Aristotle, theo đó thế giới là trường tồn, trí năng là thể tâm linh bất tử, con người có thể lý giải thế giới thông qua những định luật vật lý. Quan điểm triết học này về thiên nhiên chỉ làm các nhà chức sắc trong giáo hội Hồi giáo và cả Thiên chúa giáo khó chịu. Averroes soi rọi và làm tinh tế thêm mối liên hệ giữa niềm tin và lý tính, giữa cái tin và cái biết, một trong những vấn đề trọng đại nhất của triết học phương Tây. Ông là một nhà bác học xuất chúng trong nhiều lĩnh vực và để lại gần 80 tác phẩm với khoảng 20.000 trang khảo cứu mọi vấn đề về triết học, lý luận học, y học, khoa học tự nhiên. Cuối đời, Averroes bị chủ nghĩa giáo điều của Hồi giáo lên án, bị lưu đày đi Marrakesh ở Bắc Phi và mất tại đó.

Trong lịch sử khoa học, Averroes là một trong những người đầu tiên bị chủ trương giáo điều của tôn giáo bức hại. Ông không hề là nạn nhân duy nhất vì cũng ngay trong thế kỷ thứ 12, Giáo hội Thiên chúa giáo cũng đã bắt đầu thi hành một thứ “Tòa án dị giáo” để lên án và uy hiếp một cách hết sức hà khắc những ai có ý kiến khác với họ. Nhiều nạn nhân cũa thứ toà án này là những nhân vật hết sức xuất chúng của khoa học mà về sau ta sẽ biết rõ. Và chế độ tòa án này kéo dài gần sáu trăm năm, đến thế kỷ 18 mới chấm dứt. “Bóng tối của thời Trung cổ”, như cách nói của phương Tây, không phải chỉ là thời đại ưu việt của Hồi giáo so với Thiên chúa giáo mà cách dùng chữ ám chỉ sự xuất hiện của tư tưởng áp đặt kẻ khác theo ý kiến của mình, dựa trên thần quyền hay sự độc tôn tư tưởng.

Sống đồng thời với Averroes có một người Đức tên là Albertus Magnus. Ông được mệnh danh là “Doctor universalis” vì có một kiến thức và tầm nhìn hết sức uyên bác. Albertus Magnus là người đầu tiên nhấn mạnh vai trò thực nghiệm của khoa học tự nhiên. Đối với ông, lý thuyết không quan trọng mà “kinh nghiệm từ những quan sát có thể lặp lại là thầy dạy trong khoa học tự nhiên”. Ông trình bày quan điểm này qua những tác phẩm có qui mô từ thiên văn học cho đến khoa học về sinh vật, đất đá và cỏ cây, tất cả đều xuất phát từ sự quan sát của chính mình. Albertus Magnus phải là người tiên phong cho một khuynh hướng quan trọng của ngành vật lý tương lai, khuynh hướng thực nghiệm chuyên về quan sát và đo lường, khác với những đầu óc chuyên về lý thuyết và thiết lập mô hình.

Albertus Magnus có một học trò hết sức xuất sắc, người tiếp nối và hoàn thiện công trình của ông về sự thống nhất giữa triết học Aristotle và thần học Thiên chúa giáo. Đó là Thomas Aquinas, một tài năng vĩ đại.

Thomas Aquinas lớn lên giữa thế kỷ thứ 13 tại Ý. Đó là một thời kỳ bắt đều biến động tại Tây Âu về mặt triết học, thần học và xã hội. Lúc mới lên năm, Thomas Aquinas đã được đưa vào tu viện để thụ huấn về thần học. Hồi đó Giáo hội Thiên chúa giáo phải đối phó với những vấn đề hết sức nan giải và có khả năng bị xã hội cô lập nếu không biết trả lời thích đáng những vấn đề của thời đại.

Vấn đề số một được đặt ra là mối liên hệ giữa niềm tin và khoa học; và khoa học ở đây là hệ thống đồ sộ của Aristotle. Điều oái oăm là tư tưởng của Aristotle vốn đã bị quên lãng vài trăm năm trước nay bỗng nhiên được sự chú ý của giới trí thức trong thế kỷ thứ 13, thông qua các triết gia Ả Rập, trong đó có Averroes. Trong thời đại này thì tư tưởng của Aristotle xuất hiện như một hệ thống có thể lý giải thực tại vắng lý tính. Trước khi tư tưởng Aristotle du nhập thì Giáo hội còn dựa vào chủ nghĩa “tân Plato” để nhìn thế giới như hình ảnh và dấu ấn của Thượng đế. Nay với quan điểm của Aristotle về thực tại, cho rằng khoa học được lý tính khai sinh, chủ trương này đối chọi trực tiếp với niềm tin của Giáo hội.

Đó cũng là thời kỳ mà các trường đại học tại châu Âu ra đời và mâu thuẫn giữa lý tính và niềm tin bỗng trở nên nan giải. Giáo hội không làm gì khác hơn là chống trả mãnh liệt. Vì thế, tư tưởng của Aristotle bị Giáo hội tẩy chay, đại học Paris bị cấm giảng dạy triết học về khoa tự nhiên của Aristotle từ năm 1215.

Song song với vấn đề trên, xã hội Tây Âu bắt đầu hình thành một lớp thị dân có thế lực kinh tế và quyền hành chính trị. Các nhà nước Tây Âu ra đời, nhiều nhà vua tìm cách xa lánh giáo hoàng Roma. Đồng thời trong Giáo hội cũng có nhiều huynh hướng nảy sinh chống lại tính chất “nhập thể” quá mức của Thiên chúa giáo.

Trong bối cảnh rối ren đó, tuy bị cấm đoán, tư tưởng Aristotle vẫn thổi một luống không khí mới, cho con người tự tin về khả năng nắm bắt thực tại của chính mình, đẩy niềm tin vào một vị trí không cần thiết. Đúng lúc đó thì Thomas Aquinas ra đời.

Theo chính lời của Albertus Magnus thầy của Thomas Aquinas thì người học trò xuất sắc này không những thống nhất lý tính và niềm tin vào một mối, mà thống nhất cả hai nền triết học của Plato và Aristotle với nhau. Đối với Thomas Aquinas thì vũ trụ, con người, lý tính và niềm tin đều bắt nguồn từ Thượng đế cả, con người nhận thức được thực tại bằng ánh sáng của Thượng đế. Thượng đế tạo ra vũ trụ, cũng như con người tạo ra dụng cụ rồi sử dụng chúng, như nghệ nhân tạo nên tác phẩm nghệ thuật bằng ý chí của mình. Thượng đế là “phi cá thể, toàn trí, toàn năng, toàn hảo, bất động, không thể nghĩ bàn và là nguyên ủy của tất cả mọi sự xảy ra”. Thượng đế tạo dựng vũ trụ và các “đơn vị” – thí dụ một con người, đóa hoa hồng hay con lừa – sống trong vũ trụ đó với tính cá thể nhưng mang hình ảnh và tính chất như chính mình.

Thượng đế được Thomas Aquinas xem là nguyên nhân “uyên nguyên” của thực tại, còn sự vật bị biến dịch trong thực tại là do nguyên nhân “thứ cấp” của bản thân thực tại. Có khi Thượng đế trực tiếp can thiệp vào thực tại; và đó là lý do để “phép lạ” có thể xảy ra.

Hệ thống tư tưởng của Thomas Aquinas hết sức quy mô và phong phú. Ông đã cung cấp một nền triết học bao quát làm nền tảng cho Giáo hội suốt vài trăm năm. Năm 1332, Thomas Aquinas được phong thánh, nắm 1567 được xem là “giáo thụ”, là tư tưởng gia Giáo hội Thiên chúa giáo, của cả một nền thần học phương Tây.

Thomas Aquinas mất năm 1274, trước vị thầy Albertus Magnus của mình. Ông nói riêng với người em gái:

“Tất cả những gì tôi viết ra chỉ như một cọng rơm so với những gì tôi mặc khải”.

Không ai biết ông đã được mặc khải những gì.


KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TRONG THỜI TRUNG CỔ

Hãy tìm hiểu, người ta nghĩ gì về thế giới tự nhiên trong thời kỳ Trung cổ của châu Âu, tức là thời đại cách đây khoảng sáu trăm năm. Thoạt nhìn, ta sẽ thấy, tư duy thời đó có nhiều điều thật kỳ lạ, thậm chí ngây ngô, nhưng sau này ta sẽ biết, chúng là những hệ tư tưởng hẳn hoi và có giá trị đến ngày hôm nay.

Từ xưa đến nay, tư duy của con người vẫn xoay quanh câu hỏi then chốt nhất: thực tại trước mắt này là gì, do đâu mà có, tính chất của nó như thế nào. Điều chắc chắn là thế giới hiện tượng thay đổi không ngừng. Thế thì sự vận động trong thiên nhiên, thực chất của chúng là gì, do những nguyên nhân nào gây nên.

Khoảng thế kỷ thứ 13, với hệ tư tưởng bao trùm của Thomas Aquinas, quan niệm sau đây của Aristotle về “vận động” được thừa nhận và trở thành nòng cốt của khoa học tự nhiên trong thời Trung cổ.

Đối với Aristotle, sự vận động không chỉ bao hàm sự biến dịch của vật thể trong không gian – như sự vận hành của các thiên thể - mà gồm tổng cộng bốn lĩnh vực: sự biến dịch của vật thể trong không gian; sự biến hoại của thể chất, thí dụ một khối gỗ biến thành tro và khói; sự biến hoại của tính chất, thí dụ cây lá đổi màu; và cuối cùng là sự thay đổi, tăng hay giảm về chất lượng của vật thể. Như thế, với định nghĩa này, sự vận động theo Aristotle chính là sự thay đổi của toàn bộ thế giới hiện tượng.

Aristotle cho rằng, thiên nhiên đang trải rộng trước mắt ta do bốn yếu tố đất, nước, gió, lửa tạo nên. Đất thuộc yếu tố nặng, chìm xuống dưới và trở thành trung tâm của vũ trụ. Lửa có khuynh hướng vươn lên, hướng ra ngoài. Còn gió và nước là hai yếu tố nằm giữa đất và lửa, chúng tùy theo vật thể bao quanh chúng nặng hay nhẹ hơn mà vận hành lên hay xuống. Aristotle phân biệt hai loại vận động, vận động tự nhiên với động lực nằm trong lòng vật thể, ví dụ một cái cây đang phát triển. Loại vận động thứ hai là vận động bắt buộc mà động lực nằm ngoài vật thể, thí dụ một hòn đá bị ném đi.

Nếu so sánh tính chất khoa học tự nhiên của Aristotle với phương pháp tư duy hiện đại, ta thấy có nhiều điều khác biệt rất cơ bản. Aristotle chỉ quan tâm đến loại vận động tự nhiên và tìm hiểu tính chất cũng như nguyên nhân tại sao sự vật vận động. Theo ông thì sự vật vận động vì nhắm một mục đích tự thân, cái nặng thì “hướng đến” chỗ thấp, trong trường hợp thực vật thì cái cây “hướng đến” dạng hình trưởng thành của nó. Sự vận động là tính chất nội tại chung của mọi vật và Aristotle chỉ chú ý tính chất then chốt chung nhất đó, ông xét thiên nhiên dưới khía cạnh tính khẳng định của sự vật.

Ngược lại, tư duy khoa học ngày nay xét thiên nhiên qua khía cạnh tính liên hệ của sự vật, trong đó người ta chú ý đến mối liên hệ trong không gian và thời gian của một sự vật này đến sự vật khác.

Khoa học tự nhiên của Aristotle còn một tính chất đặc biệt nữa. Đó là nó xuất phát từ những định đề và trên cơ sở đó mà ông xây dựng một tòa lâu đài của suy luận. Tính chất đó tương tự như hình học của Euclid, trong đó một số giả định được xem là hiển nhiên và làm nền tảng cho cả một hệ thống lý luận. Vì lẽ đó, khoa học tự nhiên của Aristotle mang tính chất của phép suy diễn tuyệt đối. Đó là phép lý luận “từ trên đi xuống”.

Ngược lại, nền khoa học tự nhiên ngày nay được bắt đầu từ thế kỷ thứ 16 thì lại khác. Nó xuất phát từ những mô hình lý thuyết đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Trong quá trình đó, mô hình nào lý giải và tiên đoán được kết quả thực nghiệm thì được xem là đúng đắn. Vì lẽ đó, nền khoa học tự nhiên ngày nay mang tính chất của phép suy diễn giả thiết. Đó là phép lý luận “từ dưới đi lên”.

Với Thomas Aquinas, tư tưởng của Aristotle được hoàn thiện về mặt thần học. Aristotle xem mọi sự vật đều là sự vận động, hơn thế nữa, ông cho rằng nguyên ủy của mọi vận động đó phải là một thực thể bất động, nó chính là cái duy nhất làm mọi sự vận hành. Cái duy nhất đó được Thomas Aquinas trả lời rành mạch, đó chính là Thượng đế. Thượng đế với sức sáng tạo vô biên đã tạo dựng mọi đơn vị theo cách của mình và để chúng vận động theo qui luật do mình đặt ra.

Thomas Aquinas còn nêu lên một khái niệm vô cùng hệ trọng nữa trong ngành vật lý, đó là “lực”, là sức mạnh của Thượng đế tác dụng lên vật thể mà không cần sự xúc chạm, một thứ “lực từ xa”. Thứ lực này về sau được Newton lý giải cho tính chất lực trọng trường của mình, nó được thừa nhận suốt bảy trăm năm. Khái niệm về lực tác dụng mà không cần sự xúc chạm này thật ra rất kỳ quặc nhưng nghịch lý thay, lại rất hiển nhiên đối với chúng ta. Thứ lực trọng trường “từ xa và tức thời” này phải đợi đến Einstein của thế kỷ thứ 20 mới bị phá bỏ.

Nền khoa học tự nhiên của thời Trung cổ còn sinh ra một khái niệm hết sức quan trọng nữa, thời đó người ta gọi là “khả năng”. Khả năng là nguồn gốc của lực và Thượng đế là kẻ biến khả năng thành hiện thực. Về sau từ “khả năng” trở thành một khái niệm quan trọng trong nền vật lý của thời Phục hưng, là khái niệm trung tâm của thuyết bảo toàn năng lượng. Đến thế kỷ 20, “khả năng” được gọi là trường, và khái niệm trường sẽ còn đóng một vai trò tuyệt đối quan trọng trong nền vật lý hiện đại.

Với quan niệm về vận động, về các yếu tố cấu tạo thành vật chất, với những khái niệm mới về lực và khả năng, nền khoa học tự nhiên của Aristotle trong thời Trung cổ là rất nhất quán và thành công trong thời kỳ đó.

Gần ba trăm năm sau khi người Ý Thomas Aquinas mất, một người Ý khác ra đời, đó là Galileo. Ông là người đầu tiên từ bỏ khoa học tự nhiên của Aristotle và Thomas Aquinas, từ bỏ phép lý luận “từ trên đi xuống”. Galileo đã dưa quan điểm thực nghiệm vào khoa học, dùng thực nghiệm để chứng minh cho mô hình lý thuyết. Ông cũng chính là người khai sinh nền vật lý của thời đại mới đồng thời là người đưa đường dẫn lối cho khoa học và kỹ thuật phát triển một cách vũ bão trong hơn ba thế kỷ qua.
(còn tiếp)

[khieman]

(tiếp theo)

Phần thứ hai

BUỔI BÌNH MINH CỦA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRÁI ĐẤT KHÔNG PHẢI LÀ TRUNG TÂM VŨ TRỤ

Chúng ta đã biết trái đất không hề là trung tâm của vũ trụ. Điều này ai cũng đã nghe, đã biết, nhưng liệu ta có dễ dàng cảm nhận được sự thực này?

Thật khó tưởng tượng mình không phải là trung tâm của thế giới. Khi con người ngước nhìn bầu trời, ta chỉ thấy mặt trời, mặt trăng và các vì sao quay quanh mình. Khi con người mở mắt nhìn xã hội, tất cả đều hiện ra như chính mình là trung tâm điểm. Người ta thấy cái tôi, những cái của tôi và những cái không phải là tôi. Trong vũ trụ cũng thế, trong tâm lý xã hội cũng thế, con người luôn luôn lấy vị trí của mình làm trung tâm để nhìn môi trường xung quanh. Thái độ đó đã ăn sâu vào trong đầu óc con người.

Thế nhưng, nếu trong xã hội, ta sớm biết mình không phải trung tâm vì còn có sự hiện diện của những người khác, thì trong vũ trụ, con người ngày xưa không thể có cơ hội để nhận thức, để biết rằng mình chỉ là một đơn vị nhỏ trong không gian bao la. Những đầu óc xuất chúng của thời cổ đại cũng không thể thoát ra ngoài quy luật đó.

Trong thời kỳ đầu công nguyên, nhà thiên văn Ptolemy, với số lượng thông tin hạn chế về sự vận động thiên thể, nhưng tài năng toán học của ông đã tìm ra được quy luật vận hành của các hành tinh mà hệ quả gây ấn tượng nhất là tiên đoán được thời điểm của nhật thực, nguyệt thưc. Trước sự chính xác đáng kinh ngạc đó của các phép tính toán trong ngành thiên văn, người thời đó không có lý do gì để nêu lên một giả thuyết khác ngoài niềm tin trái đất quả thật là trung tâm bất động của vũ trụ.

Vấn đề này còn trầm trọng hơn ở chỗ, Giáo hội Thiên chúa giáo, trong hệ thống thần học của mình, đã xây dựng một lý thuyết hoàn chỉnh về thần học và tôn giáo, về khoa học và triết học, về niềm tin và nhận thức, trên cơ sở đó cho rằng, trái đất là trung tâm bất động của vũ trụ. Và như thế ta đã biết kể từ thế kỷ thứ 12 trở đi, Giáo hội thiên chúa giáo có một định chế hết sức hà khắc đối với những ai có chủ trương và thái độ “lệch lạc”. Để thực thi định chế này, Giáo hội đã thành lập Tòa án dị giáo mà hoạt động của nó đã bóp chết nhiều tư duy sáng tạo trong thời Trung cổ và Phục hưng.

Thế nhưng, thời đại nào cũng có những con người dũng cảm. Cuối thế kỷ thứ 13, không bao lâu sau khi Thomas Aquina mất, có một triết gia người Đức tên gọi là Ockham ra đời. Là một nhà thông thái của dòng tu Franciscan,nhưng ông cho rằng cần tách rời thần học khỏi triết học, tôn giáo khỏi khoa học, không ai có thể chứng minh Thượng đế là có thật. Quan điểm của ông dĩ nhiên là bị Giáo hội lên án, ông bị triệu hồi đi Avignon để giải trình về tư tưởng sai lạc của mình. Về sau ông bị trục xuất khỏi giáo hội, bị xem là “kẻ thù” của Giáo hội và phải trốn đi Munich để khỏi bị giam cầm và mất mạng trong tù. Tại Munich thuộc về nước Đức, ông trở thành nhà văn chuyên viết những đề tài về chính trị và trở thành phần tử đối cực của tòa thánh trong nhiều vấn đề. Ông triệt để chống lại Giáo hoàng và cho rằng một cộng đồng Thiên chúa giáo có thể tồn tại “mà không cần sự lãnh đạo của Tòa thánh”. Ông phê bình sự xa hoa của giáo hội và cuối cùng dám khẳng định Giáo hoàng mới là kẻ “lệch lạc”.

Mặc dù khá cực đoan, nhưng quan niệm phải tách rời giữa thần học và triết học của Ockham dần dần được thừa nhận. Chủ trương đó của nhóm kinh viện trong Giáo hội là cố duy trì một sự thống nhất giữa tôn giáo và khoa học, giữa cái biết và cái tin. Chủ trương đó bị xem như thất bại. Tri thức con người dần dần có một con đường phân cách rạch ròi, một bên là khoa học và triết học, bên kia là tôn giáo và thần học. Trong thế kỷ 14, 15 nhiều học trò của Ockham nắm giữ các vị trí quan trọng trong các viện đại học châu Âu. Quan điểm của ông về khoa học đã mở đường cho nhiều phát minh táo bạo, mà tiêu biểt nhất là của nhà thiên văn Copernicus.

Copernicus đi vào lịch sử như người đầu tiên khẳng định là trái đất quay xung quanh mặt trời. Khẳng định mà ngày nay người ta cho là bình thường và hiển nhiên này được nhà thơ lớn và nhà khoa học Đức Goethe cho là “không phát hiện nào có tác động mạnh hơn lên tâm thức con người bằng lý thuyết của Copernicus”.

Goethe không hề nói quá vì phát hiện của Copernicus đã mở đường cho ngành thiên văn hiện đại, ngành đầu tiên của bộ môn khoa học tự nhiên. Hơn thế nữa, phát minh của Copernicus đã làm đảo lộn quan niệm về thần học đang ngự trị trong giới triết học và khoa học tại châu Âu thời bấy giờ.

Copernicus mồ côi cha từ năm lên mười, được một người chú nuôi nấng. Lớn lên ông theo ngành toán, thiên văn, triết và ngôn ngữ La tinh. Khoảng năm 1511, ông rút về sống cô độc trong một tòa tháp và chỉ chú tâm vào thiên văn học. Thời đó hệ thống thiên văn của Ptolemy ngự trị toàn bộ khoa học, với quan niệm trái đất bất động là trung tâm vũ trụ. Nay Copernicus, với một số quan sát mới, nhất là với một tư duy mới, cho rằng trái đất vận hành không đều của các thiên thể, hệ thống Ptolemy vốn đã phải cần đến 40 “hình cầu phụ” để điều chỉnh chúng trong một lý thuyết. Với một lý thuyết mới mà trong đó bản thân trái đất cũng vận hành, ngoài con số 40 đó, Copernicus còn cần thêm 8 hình cầu phụ nữa để tính toán sự vận hành của các thiên thể.

Công trình của Copernicus hình thành khoảng năm 1514, thế nhưng ông không dám công bố. Ông thừa biết công trình này sẽ bị Giáo hội Thiên chúa giáo lên án gắt gao. Còn các nhà khoa học khác chắc cũng sẽ phản đối và chê cười ông, họ đã quá tin vào mô hình của Ptolemy, một mô hình thành công và đã tồn tại trên 15 thế kỷ.

Có lẽ công trình của Copernicus sẽ không được ai biết đến nếu không có một nhà toán học trẻ tuổi tên là Rhetikus. Rhetikus viết một bài khảo cứu giới thiệu mô hình thái dương hệ của Copernicus và thúc giục ông hày công bố công trình của mình. Năm 1542, Copernicus ốm nặng, phải nằm trên giường bệnh. Ngày 24 tháng 5 năm 1543, Rhetikus mang lại cho ông bản in đầu tiên của tác phẩm De revoluyionibus, trong đó Copernicus trình bày toàn bộ công trình cách mạng của mình về thiên văn học. Vài giờ sau Copernicus từ trần, trên tay còn cầm tập sách mới ra đời. Hệ thống của Copernicus được tiếp đón với nhiều thái độ khác nhau. Bản in đầu tiên với 1000 cuốn bán không chạy và mãi hơn 300 năm sau cũng chỉ tái bản lần thứ tư.

Năm 1611 De revolutinonibus bị ghi vào sổ đen của Tòa thánh, cấm không cho lưu hành. Đó là thời mà tư tưởng Phục hưng cởi mở sau một thời gian được chấp nhận, lại bị chủ trương của tôn giáo và thần học lấn át.

Chắc Copernicus không ngờ là mô hình của mình đã mở ra một kỷ nguyên mới cho loài người. Thế nhưng ông đã đoán đúng một điều, tư tưởng của mình sẽ bị Giáo hội lên án. Vì trái đất, từ chỗ là trung tâm bất động của vũ trụ đã trở thành một hành tinh tí hon quay quanh mặt trời. Trong một không gian vô tận, trái đất chỉ còn là một hiện tượng bé nhỏ nằm bên lề của vũ trụ.

Với Copernicus, buổi bình minh của khoa học tự nhiên bắt đầu ló dạng, trong đó tôn giáo và khoa học trở thành hai cực không thể dung hòa mà sự đấu tranh của nó còn tồn tại đến ngày nay.

Con người chỉ là hạt bụi trong không gian vô tận, vì thế không thể được xem là đỉnh cao của sự sáng tạo của Thượng đế được nữa. Thế nhưng, nếu chỉ là một hạt bụi vô nghĩa, con người có vai trò gì trong vũ trụ? Vấn đề đặt ra về tầm quan trọng của ý thức con người trở nên sắc nét hơn bao giờ hết và ngày nay trở thành quan trọng, cả trong thực tại vật chất.


SỰ RA ĐỜI CỦA KHOA HỌC THỰC NGHIỆM

Như ta biết, công trình của Copernicus không hề được chấp nhận ngay. Thần học và cả khoa học sẵn sàng lên án mô hình của ông, dù cả hai có những lý do khác nhau. Sau khi ông mất vài năm một nhà thiên văn xuất sắc người Đan Mạch tên là Tycho Brahe ra đời. Ông đã khám phá nhiều vì sao, đặc biệt nhất là phát hiện được một chùm sao xuất hiện năm 1572. Ông đến với kết luận là cả hai thiên thể hay tinh hà cũng chịu qui luật sinh thành và hoại diệt như mọi hiện tượng khác.

Là một nhà thiên văn học xuất chúng, Tycho Brahe cũng vẫn chưa chấp nhận nổi thuyết trái đất quay xung quanh mặt trời của Copernicus. Tycho Brahe không thể từ bỏ được nền vật lý của Aristotle và mô hình Ptolemy vì mô hình đó đã ăn sâu vào suy nghĩ của nhà khoa học thời bấy giờ, vì tên tuổi Aristotle quá vang dội và vì Giáo hội Thiên chúa giáo quá mạnh. Thế nhưng Tycho Brahe cũng thấy những mặt tiến bộ của Copernicus nên cuối cùng ông đưa ra một mô hình mới, đó là trái đất là trung tâm bất động của vũ trụ, mặt trời và mặt trăng quay quanh quả đất và các thiên thể khác như kim tinh, thổ tinh... lại quay quanh mặt trời.

Tycho Brahe đã để lại tên tuổi mình trong lịch sử thiên văn bằng kỳ tích quan sát được sự hình thành của chùm sao vào năm 1572, nhưng mô hình “thỏa hiệp” vô nghĩa của ông sớm đi vào quên lãng. Qua trường hợp của Copernicus, ta đã biết rõ hơn, một mô hình mới trong khoa học bao giờ cũng gặp rất nhiều sự đề kháng mạnh mẽ của xã hội và tâm lý. Điều này sẽ lặp lại về sau và có lẽ sẽ mãi mãi đến mai sau.

Người nhất định bênh vực thuyết của Copernicus đến cùng là nhà bác học người Ý Galileo. Galileo cũng bị lên án và truy lùng vì hồi đó giáo hội Thiên chúa giáo luôn định đoạt cái gì là đúng, là sai, cả trong lĩnh vực khoa học. Giáo hội buộc ông phải từ bỏ mô hình của Copernicus. Trước tòa án dị giáo, để khỏi bị bắt tội, Galileo phải miễn cưỡng thừa nhận rằng trái đất là bất động nhưng miệng ông vẫn lẩm bẩm:

“Thế nhưng nó (trái đất) vẫn cứ vận động”.

Cuối cùng ông bị giáo hoàng UrbanVII ra lệnh giam cầm nhưng miễn tra tấn. Galileo, nhà khoa học danh tiếng nhất của thời Phục hưng, người khai sinh nền khoa học thực nghiệm hiện đại, bị giam lỏng đến ngày mất trong năm 1642. Tháng 10 năm 1992, đúng 350 năm sau, gần 25 năm sau khi con người đặt chân lên mặt trăng, Tòa thánh Vatican mới phục hồi danh dự cho ông, cho rằng ông “có lý”.

Khác với tất cả những bậc tiền bối về khoa học của mình, Galileo có một khuynh hướng đặc biệt, đó là tính thực tiễn và sự ưa thích những ứng dụng kỹ thuật của kiến thức khoa học. Nếu tất cả những nhà khoa học từ xưa đến nay đều là tư tưởng gia, hay ít nhất là những người dùng thông tin của thực tiễn để chứng minh cho tư tưởng của mình, thì Galileo xem thực nghiệm là người phán xét cuối cùng về tư duy của con người; và hơn thế nữa thực tiễn phải là nơi con người áp dụng thành tựu của tư duy. Thời đó công nghệ hay kỹ thuật còn hết sức sơ khai, chưa ai biết đến vai trò của kỹ thuật trong việc nâng cao đời sống con người.

Thuộc một dòng dõi quí tộc nhưng bị khánh kiệt tại Ý, mới 17 tuổi Galileo ghi danh học đại học và làm quen với ngành vật lý. Mới đầu ông theo học ngành vật lý của Aristotle mà về sau ông sẽ từ bỏ. Thời đó, ông vẫn còn phải học về hệ thống thiên văn của Ptolemy với trái đất bất động nằm tại trung tâm của vũ trụ vì quan điểm của Copernicus không được thừa nhận. Ông được nghe bốn yếu tố đất nước gió lửa có tính chất khác nhau và vì thế vật thể do các yếu tố đó tạo thành cũng rơi xuống đất với vận tốc nhanh chậm khác nhau, vật càng nặng rơi càng nhanh. Ông say mê tiếp thu hình học Euclid, một môn mà chủ trương kinh viện thời Trung cổ không coi trọng bao nhiêu, thậm chí bị các nhà thần học chê cười là vô giá trị.

Tất cả những điều đó chỉ gây hoài nghi trong tâm hồn của chàng trai Galileo. Năm 21 tuổi, ông bỏ ngang đại học, tự mình tìm tòi và viết nên hai công trình khoa học đầu tay: thứ nhất, dựa trên nguyên lý Archimedes, ông tìm ra phép đo tỉ trọng của chất lỏng; và thứ hai phép tính trọng tâm của vật thể chất rắn.

Đó là những công trình tiêu biểu cho tư duy của Galileo, chúng vừa có tính kỹ thuật áp dụng, vừa đa dạng. Hai công trình này mở màn cho một cuộc đời khoa học xuất chúng. Sau đó, ông trở thành giáo sư toán học
tại Pisa, Ý; nhờ đó mà người con trai của một gia đình khánh kiệt giảm nhẹ được gánh nặng tài chánh triền miên.

Không kể hết công trình của Galileo về vật lý, thiên văn và cơ khí chính xác. Những thành tựu của ông thật ra ngày nay đã trở thành kiến thức của học sinh trung học, chúng trở nên bình thường. Thế nhưng Galileo là người khai sinh nền khoa học hiện đại, bởi lẽ ông là người mở đường cho một phương pháp tư duy hoàn toàn mới mẻ, đó là phép lý luận “từ dưới đi lên”.

Thế nào là “từ dưới đi lên”? Nền vật lý trước Galileo là khoa học của Aristotle, nó xuất phát từ những giả định siêu hình, từ những định đề do đầu óc con người nghĩ ra. Những giả định đó xuất phát tử một “nguyên lý thiêng liêng” mà người ta cho là của thượng đế thiết lập nên. Xuất phát từ những giả định đó, con người phân tích, lý giải và tiên đoán các hiện tượng trong thế giới tự nhiên. Những lý giải đó, kể cả toán học, có mục đích xếp đặt hiện tượng sao cho chúng có thứ tự hợp lý, có thể nắm bắt được của đầu óc con người.

Ngày nay, nghe quan điểm này, hẳn ta rất lạ lùng tại sao người xưa lại có thể “mù quáng” như thế. Và hẳn ta cũng còn ngạc nhiên hơn vì thực sự là, một nền khoa học có một nguồn gốc siêu hình và mơ hồ như thế lại vẫn có thể lý giải và tiên đoán nhiều hiện tượng cực kỳ phức tạp như nhật thực, nguyệt thực. Nơi đây ta đã thấy trước một luận đề quan trọng của nền vật lý hiện đại, đó là nhiều mô hình về thực tại – kể cả mô hình “sai”- vẫn lý giải đúng đắn một hiện tượng trong thiên nhiên. Điều đó có nghĩa: một mô hình giải thích thỏa đáng một hiện tượng chưa có nghĩa là thiên nhiên vận hành đúng như mô hình đó mô tả.

Nhưng hãy trở về với Galileo! Ông đã nêu lên một cách lý luận hoàn toàn mới trong khoa học. Phương thức của ông là trước hết cũng đưa ra giả định tạm thời có tính chất giả thiết và sau đó dùng kết quả trong thực nghiệm để khẳng định hay bác bỏ giả thiết đó. Giả định tạm thời đó thường được phát biểu bằng toán học, nó được gọi là những mô hình toán học. Vì lẽ đó, toán học không còn đóng một vai trò lý giải sự kiện một cách thụ động như trước nữa, mà bây giờ nó là giả thiết, là mô hình, là sự phát biểu của chính hiện tượng. Galileo nói:

“Người ta chỉ hiểu được tác phẩm của thiên nhiên khi hiểu được ngôn ngữ và những chữ cái mà nhờ chúng, ngôn ngữ này được viết ra. Tác phẩm này được viết bằng ngôn ngữ của toán học và các chữ cái chính là hình tam giác, hình tròn và những hình dạng hình học khác và nếu không có những phương tiện này thì con người chúng ta không thể hiểu được, dù chỉ một chữ”.

Công trình tiêu biểu nhất của Galileo có thể minh họa quan niệm này là định luật rơi tự do. Từ trước, Galileo đã không tin quan niệm của Aristotle cho rằng, vật thể có khối lượng nặng nhẹ khác nhau thì rơi nhanh chậm khác nhau. Ông thấy cần phải tìm ra một qui luật mô tả sự rơi tự do của vật thể. Cuối cùng ông nêu lên những mối tương quan chính xác: vận tốc rơi không phụ thuộc và khối lượng của vật; vận tốc rơi tỉ lệ thuận với thời gian rơi, tức là thời gian rơi gấp đôi thì vận tốc rơi tăng lên gấp đôi; khoảng cách rơi tỉ lệ thuận với bình phương thời gian rơi, tức là thời gian rơi gấp đôi thì khoảng cách rơi tăng lên gấp bốn.

Trương truyền rằng, ông đã chứng minh qui luật về sự rơi tự do ngay tại thành phố Pisa, bằng cách cho thả vật thể rơi từ một cái tháp cao khoảng 60m. Tháp này được gọi là “tháp nghiêng Pisa” vì nó lệch nghiêng qua một bên, ngày nay nó trở thành một điểm tham quan du lịch không thể thiếu được cho những ai đến Pisa.

Galileo còn phát hiện nhiều qui luật khác nữa như sự chuyển động theo hình parapol của vật thể được bắn đi với một vận tốc ban đầu, chứng minh và khai triển thêm mô hình thiên thể của Copernicus, sự đồng nhất giữa vận động và tĩnh tại trong hệ thống quán tính, của sự vận hành của thủy triều, phát minh và hoàn thiện các viễn vọng kính, lý giải các hiện tượng bất thường của mặt trời... Các công trình của ông mở đường cho Kepler, Newton về sự chuyển động của vật chất trong trường trọng lực và cả cho Einstein 400 năm sau về thuyết tương đối tổng quát.

Thành tựu ưu việt của Galileo là đã đưa mọi qui luật của khoa học tự nhiên vào khuôn khổ của sự thực nghiệm, của sự chứng thực bằng kinh nghiệm, những kinh nghiệm đó phải có thể lặp lại và kiểm chứng chung. Quan niệm của ông bị lên án là “vô thần” và dĩ nhiên không thể phù hợp với toà thánh La Mã. Ông chỉ mới bác bỏ nền vật lý của Aristotle thì đã bị mất chức giáo sư toán học và về sau bị giam lỏng như ta đã biết.

Galileo là một trong những người con xuất chúng của dân tộc Ý. Nền khoa học của ông khai sinh vẫn tồn tại đến ngày hôm nay và phát triển hơn bao giờ cả. Thế nhưng, như ta sẽ thấy, đến phiên mình, nền vật lý của Galileo cũng sẽ bị vượt qua như nền tảng của Aristotle trong thời đại đó đã bị Galileo bác bỏ.

Với Galileo, trong lịch sử cũng đã nảy sinh những câu hỏi lớn của loài người. Chúng là những vấn đề triết học sâu sắc. Đó là: “thực nghiệm” là gì, liệu những gì mà tất cả mọi người đều thấy nghe, những gì “lặp lại và kiểm chứng được” có thật là khách quan tự nó hay không, hay vẫn là một quá trình có sự tham gia của đầu óc con người? Đó là, tại sao thiên nhiên, vốn được xem là thực tại độc lập với đầu óc lại tuân thủ một cách chính xác qui luật toán học, loại qui luật do con người nghĩ ra? Thiên nhiên và ý thức được “nối” với nhau bằng chiếc cầu nào?


THƯỢNG ĐẾ LÀ NHÀ TOÁN HỌC?

Ta cần biết, “thực nghiệm” của Galileo không hề giản đơn. Thực tế là vật thể rơi trong không gian nhanh chậm khác nhau. Chúng bị sức cản không khí tác động nên vận tốc rơi của chúng không hề như nhau. Hãy thả từ trên cao một tờ giấy và một viên sỏi, chúng rơi xuống đất cái trước cái sau. Thế nhưng Galileo vẫn kết luận là chúng rơi nhanh như nhau. Galileo vốn dĩ làm một việc rất khác thường là ông đi giả định mọi vật rơi trong “chân không” mà chân không thời bấy giờ chưa hề có một thiết bị nào tạo nên được cả.

Điều đó có nghĩa “thực nghiệm” của Galileo là một thứ giả định, một dạng của sự lý tưởng hóa, một sự trừu tượng hóa không có thực trong thực tế. Sự trừu tượng hóa này hiển nhiên là nó rất gần đúng với thực tế cho nên nó tạm thời đại diện được cho thực tại. Tuy thế, vấn đề này lại là một câu chuyện triết học dài hơi mà về sau ta sẽ nói đến.

Vấn đề nơi đây là, thực tại tự nhiên, vốn độc lập với con người, tại sao lại tuân thủ khít khao với các công thức toán học do con người nghĩ ra. Thật là một điều trùng hợp kỳ dị. Tại sao khoảng cách rơi tự do lại tăng lên gấp bốn lần nếu thời gian tăng lên gấp đôi. Tại sao lại có một số tròn trịa như thế được?

Hãy xem Định luật vạn vật hấp dẫn. Tại sao lực hút lại vừa đúng tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách hai vật thể? Hãy xem mối liên hệ giữa khối lượng vật chất và năng lượng. Tại sao người ta có thể có công thức qúa đơn gỉan E=mc2 ? Trong thiên văn học hay cơ học lượng tử của thời đại hiện nay, tại sao bán kính của một lỗ đen hay hiệu ứng Casimir lại có những tỉ lệ giản đơn với đơn vị không gian, thời gian hay khối lượng.

Ta cần phải biết kinh ngạc về những sự thực này. Điều này cũng kỳ dị như ta cầm một cái thước trong tay, ra ngoài thiên nhiên đo mọi vật và chợt thấy tất cả đều là những con số chẵn chòi cả, không bao giờ có số lẻ. Phải chăng những đơn vị mà ta gọi là khối lượng, năng lượng, không gian, thời gian, điện tích... cũng đều là sản phẩm của ý thức con người cả. Phải chăng sự vật bên ngoài chỉ là dạng trình hiện của thực tại trong ý thức cũa chúng ta? Phải chăng ta lại lấy sản phẩm của ý thức đo sản phẩm cúa ý thức? Nếu không thì làm sao chúng ăn khớp với nhau về mặt toán học? Nếu ý thức đang chơi trò đuổi bắt và đo lường lẫn nhau thì cái gì là thực tại độc lập? Hay Thượng đế là một nhà toán học?

Câu hỏi này không hề buồn cười như ta nghĩ. Nó cũng không phải vừa mới được đặt ra, kể từ khi Galileo thiết lập mối quan hệ toán học giữa thời gian và không gian trong sự rơi tự do. Truớc Plato khoảng 150 năm, trong thế kỷ thứ sáu trước công nguyên có một nhà toán học Hy Lạp tên gọi là Pythagoras. Ông chủ trương một trường phái triết học cho rằng mọi sự vật đều chỉ là hình ảnh của những con số. Vũ trụ là một sự hòa hợp tối cao của hình ảnh những con số. Thế gian là một tập hợp của những thứ bậc toán học. Bốn yếu tố cơ bản là bốn con số 1, 2, 3, 4 mà tổng số của chúng là 10 và số 10 là con số toàn hảo, bao gồm mọi dạng của thiên nhiên do một tetraktys (bộ tứ) xây dựng nên.

Trong thời Plato, khi mọi thứ đều được trừu tượng hóa thành ý niệm, mọi hình ảnh trở thành những khái niệm toàn hảo của hình học thì chúng mới được xem là thật, người ta thấy tính chất nội tại của tự nhiên chính là toán học và cụ thể hơn, nói như Plato, “Thượng đế là một nhà hình học”. Cả Pythagoras lẫn Plato đều xem toán học, cho dù số học hay hình học, là tính chất nội tại của vũ trụ. Hiển nhiên đây chỉ là một giả định siêu hình – nói theo ngôn từ của thời đại bây giờ - nhưng từ xưa đến nay con người không ai có thể bỏ chúng vì nếu không thì làm sao lý giải và suy đoán được hiện tượng.

Đặc trưng của thời đại Galileo là sự từ bỏ nền khoa học tự nhiên chế ngự gần 20 thế kỷ trước, tức là nền vật lý của Aristotle. Thế nhưng, toán học không hề mất vai trò. Trước đó toán học là “bản thể” của vũ trụ thì bây giờ nó vẫn đóng một vai trò trung tâm. Toán học là phương tiện đắc lực để mô tả hiện tượng, là gạch nối giữa con người và thế giới, giữa chủ thể nhận thức và vũ trụ bị nhận thức. Với Galileo, mô hình toán học mới đầu là một giả thiết do con người tạm thời giả định và cuối cùng chỉ có thực nghiệm mới thừa nhận được nó có chính xác hay không. Và khi thực nghiệm đã thẩm định mô hình rồi thì toán học chính là sự “phát biểu” của thiên nhiên. Thế thì điều gì làm cho thiên nhiên tuân thủ những công thức toán học. Người trả lời câu hỏi này trong thời đại Galileo là một người Đức, tên gọi là Kepler.

Trước khi nói chuyện triết học của Kepler ta phải kể, điều quan trọng nhất mà ông để lại cho hậu thế là những công trình xuất sắc về sự vận động của các thiên thể. Đó là ba qui luật toán học hết sức bất ngờ về sự vận hành của các hành tinh xung quanh một hành tinh khác. Qui luật thứ nhất cho rằng qũi đạo của hành tinh không phải là hình tròn mà một hình ellipse. Một tiêu điểm của ellipse đó chính là trung tâm của hệ thống đang vận hành. Qui luật thứ hai cho rằng hành tinh chuyển động với vận tốc khác nhau, càng gần trọng tâm thì nó chuyển động càng nhanh; thế nhưng diện tích quét của hành tinh trong một đơn vị thời gian luôn luôn bằng nhau. Qui luật thứ ba nói lên mối tương quan toán học giữa chu kỳ vận hành và khoảng cách của trục ellipse của các thiên thể.

Các qui luật về sự vận động của các thiên thể nằm xa, nằm ngoài khả năng quan sát của con người bình thường nhưng chúng lại tuân thủ các qui tắc toán học, đó là một điều kỳ lạ. Và người khám phá ra chúng là Kepler, một nhà thiên văn cận thị, mắt kém, bị đủ chứng bậnh từ phong sởi cho đến động kinh hành hạ. Kepler xuất thân từ một gia đình mà người cha thì hết sức khó chịu, ưa gây gổ; người mẹ thì tính tình đồng bóng, ham mê phù thủy. Ông tự nói về mình:

“Tôi là một người mà mọi phương diện đều khổ sở như một con chó”.

Người phát hiện thiên tài trong “con chó” đó là Tycho Brahe, nhà thiên văn được nhắc tới trong chương trước, Kepler trở thành người kết vị của Brahe; ông bắt đầu công trình nghiên cứu về quang học. Sau đó ông cho ra đời tác phẩm Dioptrik, trong đó nói về các hệ thống thấu kính; và trở thành người tiên phong trong quang học hiện đại. Con người cận thị nặng Kepler đó lại chính là người đã trình bày chính xác nhất sự vận hành của con mắt về mặt toán học.

Khác với Galileo, Kepler có khuynh hướng triết học cao độ. Ông tự thấy phải trả lời câu hỏi, tại sao toán học, một sản phẩm của đầu óc con người lại mô tả được vũ trụ, một thực tại nằm độc lập với con người. Và đó là một câu trả lời đầy tính thần học:

“Thượng đế dựa trên tư tưởng của mình mà sáng tạo ra thế giới. Những tư tưởng này có tính toán học. Thượng đế lại tạo nên con người dựa trên hình ảnh của chính mình.”

Kepler tin nơi một sự hòa điệu tối cao của vạn vật, tin vào sự thống nhất của thế giới, sự hòa nhập giữa con
người và vũ trụ. Khi con người khám phá thiên nhiên và thế giới vật chất chính là khám phá lại Thượng đế, đó chính là khoa học.

Với Kepler, sở dĩ toán học có thể mô tả được thiên nhiên vì tất cả, từ vũ trụ đến con người, đều phát xuất từ Thượng đế và Thượng đế suy tư một cách toán học. Nền tảng chung của hai cực, con người nhận thức và vũ trụ bị nhận thức là Thượng đế. Nhờ Thượng đế mà con người nhận thức được vũ trụ. Và tư tưởng của Thượng đế có tính toán học nên con người có thể dùng toán học để mô tả vũ trụ.

Tư tưởng của Kepler chính là tư tưởng của Plato nhưng được phát biểu theo cách nói Thiên chúa giáo. Nếu nói thuần túy theo cách của Plato thì ta nói: linh hồn con người là một phần của linh hồn vũ trụ. Bản thân tư duy của con người, khi nhận thức một thực tại trường cửu chính là tư duy thiêng liêng đang nhận thức thực tại. Linh hồn vũ trụ là kẻ đang vận hành, làm mọi thứ vận hành, làm mọi thứ sinh thành hoại diệt. Linh hồn đó biết rõ nó đang làm gì.

Kepler nhìn sự vận hành của thế giới, bản thân hoạt động khoa học của chính mình với một lòng nhiệt thành của con người nhìn hoạt động của Thượng đế. Hiển nhiên, ngày nay không còn nhiều nhà khoa học nghĩ như Kepler, nhưng ta đừng vội tưởng Kepler cô đơn trong suy nghĩ của mình. Có nhiều nhà khoa học vĩ đại, khi vượt lên các bài toán thường ngày, họ vẫn phải đặt lại vấn đề cốt tủy của Kepler và tự hỏi, do đâu mà ta có khả năng “thiêng liêng” là nhận thức được thế giới. Einstein đã từng nói về khả năng này :

“(Trong việc này) chúng ta đâu làm gì khác hơn là vẽ lại các đường nét của Người (Thượng đế)”.

Thật vậy tại sao toán học lại mô tả được thiên nhiên hay ngược lại, tại sao thiên nhiên để cho toán học mô tả được mình? Đó là câu hỏi rất khó, khó đến nỗi phần lớn các nhà khoa học, nhất là vật lý học không muốn trả lời nó. Họ chỉ muốn im lặng giải các bài toán của mình, tiên đoán các kết quả thực nghiệm và cầu mong thực nghiệm thừa nhận mô hình toán học của mình. C.F.Weizsäcker, nhà vật lý và triết gia người Đức đã viết:

“Thực vậy, thực hành khoa học dễ hơn là hiểu được nó. Là một nhà vật lý và tìm kiếm tri thức về vật lý dễ hơn là trả lời câu hỏi: khi thí nghiệm vật lý thì thực chất là làm những gì. Và tất nhiên trong tất cả các ngành khoa học khác thì sự thể cũng như thế”.

Thực ra, nhiệm vụ của nhà vật lý không phải là trả lời câu hỏi trên, đó là một câu hỏi triết học và câu trả lời cho nó thường là thần học, nghiêng về phía huyền bí tôn giáo. Pythagoras, Plato đã có câu trả lời, các vị đó là những triết gia. Kepler cũng có câu trả lời, nhưng với một tinh thần tôn giáo.

Những câu trả lời đó không được cộng đồng vật lý thừa nhận nhưng đến nay không có câu trả lời nào tốt hơn.


(còn tiếp)

[khieman]

(tiếp theo)

NỀN VẬT LÝ CƠ GIỚI

Sau ngày Galileo mất đúng một năm, một đứa bé người Anh tên là Isaac Newton chào đời non ngày non tháng. Thể chất của Newton nhỏ bé và yếu đuối, nhưng cuối cùng ông lại sống đến 84 tuổi, vào thời đó, đấy là một tuổi thọ đáng kể.

Nếu Galileo là người khai sinh nền vật lý thực nghiệm thì Newton là người hoàn chỉnh nó bằng một hệ thống lý luận nhất quán, xây dựng một nền vật lý vững chãi mà ngày nay ta gọi là vật lý cơ giới. Nền vật lý đó tồn tại đến ba trăm năm mới bị điều chỉnh; và thực tế là ngày nay nó vẫn còn có giá trị trong đời sống thông thường của con người. Với nền vật lý của Newton, một thế giới quan cơ học mang tính quyết định luận ra đời và ngày nay vẫn còn có ảnh hưởng mạnh mẽ.

Trong lịch sử vật lý khó có một thiên tài khác ngoài Newton xây dựng được một công trình đồ sộ và chặt chẽ trong phạm vi của mình, một công trình mà Einstein cũng phải khâm phục, ca ngợi là “bước tiến lớn nhất trong tư duy mà một cá nhân xưa nay làm được”. “Bước tiến” của Newton tương truyền được bắt đầu trong một vườn táo. Là con của một nông dân nhưng ông mất cha từ lúc còn nằm trong bụng mẹ, Newton hay trở về quê cũ, nằm chơi trong vườn nhưng tâm hồn luôn luôn nhớ những mô hình vật lý của mình. Dưới gốc cây, ngày nọ Newton thấy một trái táo rơi. Trong một cái nhìn tuệ giác ngàn năm một thuở, ông thấy trái táo hay mặt trăng xem ra chẳng khác gì nhau. Trái táo rơi là do sức hút của trái đất. Sức hút đó cũng chính là lực kéo các thiên thể quay chung quanh một hệ thống, như trái đất quay quanh mặt trời, như mặt trăng quay quanh trái đất. Đó là ngày khai sinh của thuyết trọng trường của Newton.

Ngày nay học sinh trung học cũng biết thế nào là sức hút của trái đất, tác dụng của nó lên đời sống con người, cũng như biết rõ tương tác qua lại giữa mặt trời, trái đất, mặt trăng. Thế nhưng ba trăm năm trước, sự phát hiện của Newton về lực trọng trường là một trực giác thiên tài.

Có cái gì giống nhau giữa trái táo rơi và mặt trăng quay quanh trái đất?

Không có gì giống nhau cả, nếu không muồn nói là chúng hoàn toàn khác nhau. Thực tế trước tiên là, trái táo thuộc phạm vi “nhân thế” còn mặt trăng thuộc về các thiên thể. Ngày xưa, trong lúc Aristotle quả quyết đã tìm ra định luật chung cho mọi thứ vận hành, dù thuộc phạm vi sublunar hay của các thiên thể thì nhà triết học thuộc thế kỷ thứ năm Proclus cho rằng hai phạm vi đó cần phải được tách rời hẳn nhau, chúng không thể có một định luật chung. Thời đại của Newton là thời kỳ mà vật lý của Aristotle bị bác bỏ.

Thế nhưng dưới gốc cây táo, chàng trai trẻ Newton vẫn dám thấy trái táo và mặt trăng có gì đó giống nhau.

Chúng còn khác nhau một điều trọng đại nữa là trái táo rơi xuống đất, còn mặt trăng thì không. Thế nhưng tuệ giác của Newton thấy chúng có một điều chung, nhất là cả hai - trái táo và mặt trăng- bị một lực hút, chúng chịu một sự “bó buộc”, chúng có một gia tốc.

Gia tốc là từ đầu tiên mà loài người được nghe. Gia tốc, lực trọng trường, khối lượng, qui luật quán tính là những khái niệm của Newton đề ra, chúng nằm trong một thể thống nhất và là nền tảng của một tòa lâu đài cơ học trường tồn mãi đến bây giờ.

Trước hết, lực trọng trường là gì? Đó là lực hút giữa các thiên thể- nói chung là giữa các vật thể bất kỳ có khối lượng – nó tỉ lệ thuận với khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng, tức là càng nằm xa, lực hút đó càng yếu hẳn. Lực trọng trường của trái đất tác dụng lên mặt trăng cũng chính là lực “kéo” trái táo xuống đất. Sở dĩ trái táo rơi xuống mặt đất nhưng mặt trăng không rơi - may thay - vì mặt trăng có sẵn một vận tốc và từ đó có một lực ly tâm, lực này dung hòa với sức hút của trái đất để mặt trăng có một qũi đạo ổn định.

Newton phát biểu lực trọng trường không phải chỉ vì trái táo hay mặt trăng mà để lý giải sự vận hành toàn bộ hệ thống thiên thể của mặt trời và các vì sao. Dĩ nhiên ông đã lấy hệ thống của Copernicus làm tiền đề; và công trình của ông không thể thành hình nếu trước đó Kepler không phát hiện ra ba qui luật vận hành của các hành tinh mà ta đã nói ở chương trước.

Lịch sử khoa học kể lại rằng Newton phát hiện phép tính lực trọng trường nhưng khi đối chiếu lại với sự vận hành của mặt trăng thì thấy nó chỉ gần đúng với thực tế chứ không đúng hẳn. Ông để yên bài tính đó trong hộc bàn khoảng mười hay mười lăm năm. Về sau khi người ta đo lại chính xác hơn khoảng cách giữa trái đất và mặt trăng, ông đối chiếu lại và thấy chính xác. Sau đó ông mới yên tâm công bố thành tựu của mình.

Với Newton, thế giới cơ học có thêm một khái niệm gọi là lực, Thomas Aquinas cũng đã nói về lực nhưng đó là một khái niệm thần học, về năng lực của Chúa. Còn với Newton, lần đầu tiên ta có một lực được định lượng hẳn hoi. Trên cơ sở của khái niệm lực, Newton đưa ra ba định đề làm nòng cốt cho toàn bộ nền cơ học như sau:

a. Một vật thể bị lực tác dụng sẽ giữ nguyên trạng thái vận hành của mình, tức là đứng yên hoặc vận hành với vận tốc đều trên một đường thẳng.

b. Một vật thể bị lực tác dụng sẽ chịu một gia tốc, gia tốc đó tỉ lệ thuận với lực, tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật thể.

c. Một lực tác dụng luôn luôn sinh ra một phản tác dụng có cùng cường độ nhưng có hướng ngược lại.

Với ba định đề này, Newton lý giải toàn bộ công trình của Galileo về sự rơi tự do, công trình của Kepler về sự vận hành của các thiên thể. Với những qui luật đó thì trái táo hay mặt trăng đều là những vật thể vận hành có gia tốc, trái táo rơi càng lúc càng nhanh như Galileo khẳng định và mặt trăng phải quay một vòng ellipse như Kepler quả quyết. Trái táo không thể không rơi, mặt trăng không thể chuyển động trên đường thẳng với vận tốc đều vì chúng bị một thứ lực duy nhất tác dụng: lực hút của trái đất. Công trình vĩ đại nhất của Newton là nêu lên khái niệm của trọng trường và mối liên hệ giữa lực và gia tốc trong sự vận hành của vật thể. Chỉ hai phát hiện đó đã đưa ông vĩnh viễn vào lịch sử của ngành vậ lý và của triết học về tự nhiên. Thế nhưng cùng với khái niệm gia tốc - mức độ biến đổi, tăng hay giảm của vận tốc theo thời gian - Newton còn được xem là người khám phá ra phép tính vi phân và tích phân, một phép toán học có tính cách mạng trong thời đại đó. Thành tựu toán học này được chia đều cho Newton và Leibniz, vị thứ hai cũng là một thiên tài của vật lý học, toán học và triết học.

Không rõ trong một nhân duyên bí ẩn nào mà cả hai nhà khoa học hầu như bằng tuổi nhau, kẻ ở Anh, người ở Đức mà cùng phát hiện ra phép tính vi phân tích phân, hoàn toàn độc lập với nhau. Hai nhà khoa học tài danh Newton và Leibniz có nhiều tư duy hết sức sâu xa về vật lý, để lại cho hậu thế ảnh hưởng triết học rất to lớn mà ta sẽ nói đến sau.

Hồi đó Newton đã dùng phép tính vi phân để nêu lên các định nghĩa cơ học của mình, nhưng ông thấy giới khoa học xem ra không thể theo kịp mình, nên trong tác phẩm nổi danh Philosophiae naturalis principia mathematica (Các nguyên lý toán học của triết học tự nhiên) xuất bản năm 1687, ông chỉ chứng minh các định đề đó bằng phép tính hình học. Ngày nay ta có thể tìm thấy tác phẩm này trên mạng Internet, nhưng không mấy ai đọc hiểu vì nó được viết bằng tiếng La-tinh – thứ tiếng bác học thời bấy giờ - và với một loại văn cổ rất khó hiểu.

Newton còn để lại cho hậu thế nhiều công trình khác về quang học, kim loại và hợp kim. Thế nhưng quan trọng hơn cả, trong triết học tự nhiên, nền cơ học của ông sinh ra hai tư tưởng lớn. Thứ nhất, nếu Galileo là người tìm hiểu những hiện tượng riêng lẻ trong thế giới tự nhiên bằng phép thực nghiệm thì cơ học của Newton thâu tóm chúng trong một hệ thống có thế lý giải mọi chuyện trên đời, từ sự rơi tự do đến hiện tượng thủy triều. Với cơ học Newton, người ta bắt đầu thầm có một hy vọng, đó là niềm tin thế giới là một thể nhất quán, con người có thể thống nhất mọi hiện tượng trong tự nhiên, từ nhỏ đến lớn, trong một thế giới quan duy nhất. Nhà vật lý mơ ước tìm ra một công thức duy nhất nhằm lý giải toàn bộ thế giới. Niềm mơ ước dường như thiêng liêng đó ngày nay vẫn còn nguyên dù cho cơ học Newton đã bị vượt qua, dù cho nhiều phát hiện của vật lý hiện đại đã làm đảo lộn mọi công trình xưa cũ.

Thứ hai, với những công thức cơ học của Newton, con người có thể tính toán mọi sự vận hành xảy ra trong tương lai. Nếu biết các điều kiện ban đầu – vận tốc và vị trí của vật thể - con người biết hết “số phận” của nó về sau. Từ thế giới quan, cơ học này nảy sinh ra một quan niệm triết học trong tự nhiên.

Đó là chủ thuyết quyết định luận, cho rằng mọi thứ đều có thể tính toán và tiên đoán được, sự ngẫu nhiên không thể có chỗ trống trong tự nhiên. Con người thấy có nhiều điều tưởng như ngẫu nhiên vì nó không biết nguyên nhân chứ không thể có ngẫu nhiên. Quan điểm triết học này đã đi cùng với ngành vật lý suốt thế kỷ qua và ngày nay vẫn còn hết sức sinh động.


NHỮNG ĐIỀU KHÓ HIỂU


Dù hệ thống cơ học của Newton thành công vang dội, nhưng có nhiều điều rất khó thừa nhận trong lý thuyết của ông.

Hệ thống cơ học này có bốn yếu tố độc lập với nhau, đó là: vật thể, lực tác dụng, không gian và thời gian. Nếu suy xét kỹ, cả bốn yếu tố này hiện ra với ta một cách rất mơ hồ, dường như chúng có những tính chất rất kỳ lạ.

Lực của Newton nói đến đây là lực trọng trường, là sức hút của trái đất hay nói chung là sức hút của vật thề có khối lượng. Đó là một thứ lực “tức thời và tác động từ xa”, một điều nghe ra thật kỳ dị. Ta hãy thử tưởng tượng, phải chăng lúc trái đất hút mặt trăng vào qũi đạo của mình, hay kéo trái táo rơi xuống đất, nó đã “thò tay” tác động lên vật? Làm sao có một thứ lực du hành với vận tốc vô tận trong không gian để tác động tức khắc lên một vật khác?

Lực mà thông thường ta biết đến phải là một cái gì cụ thể như cơ bắp của con người, nó phải đụng chạm đến vật thể mới tác động lên vật được và cần một thời gian nhất định mới chạm được vật thể. Nay có một từ lực rất to lớn, thông qua chân không mà tức khắc tác động lên vật thể. Đó là điều không ai hiểu được. Cả Newton cũng không. Ông thừa nhận mình chỉ “mô tả” lực trọng trường đó, nhưng nguyên ủy của lực là từ Thượng đế, là sáng tạo của Thượng đế.

Lực cơ học Newton tác động lên vật thể bằng một mối quan hệ hết sức giản đơn, đó là làm cho vật có một gia tốc. Nói đến gia tốc tức là nói đến sự thay đổi của vận tốc trong thời gian. Nói một cách chính xác gia tốc là mối liên hệ vi phân cấp hai của không gian trên thời gian. Muốn định nghĩa gia tốc, Newton đưa vào trong hệ thống cơ học của mình một khái niệm xem ra vừa rất hiển nhiên, vừa rất nghiêm trọng, đó là quan niệm về tính tuyệt đối của không gian và thời gian. Trong thế giới quan của hệ thống cơ học Newton, người ta chấp nhận có một không gian trường cửu và bất động. Không gian là sân khấu bất di bất dịch cho mọi vận động xảy ra trong đó, sân khấu không hề bị các vật thể vận động trong đó tác động ngược lại.

Không gian bất động của Newton là hệ qui chiếu của sự vận động, tức là dựa trên nó mà người ta định nghĩa một thứ gia tốc tuyệt đối. Không gian đó dường như là một vật cụ thể, nó làm chuẩn cho các vật khác. Nhưng, như ta đã nói đến, không gian không thể được xem là vật thể. Ta có thể xê dịch vật thể trong không gian nhưng không ai có thể xê dịch không gian, không ai nói không gian tồn tại “đâu đó”. Đúng hơn không gian dường như là điều kiện tiên quyết để vật thể có thể tồn tại. Nói như I. Kant, không gian là “dạng” của sự nhận thức. “Không gian bất động” của Newton do đó là một tiền đề không đơn giản.

Khi nói vật thể vận động là ta nói vật thể dời chỗ trong không gian sau một thời gian nhất định. Trong nền vật lý của Newton, thời gian được xem là tồn tại độc lập và trôi chảy một cách đều đặn từ quá khứ đến tương lai. Sự vận động của vật thể không tác động ngược lên tính chất của thời gian. Toàn bộ nền vật lý Newton được xây dựng trên những phương trình vi phân theo thời gian.

Thế nhưng từ xưa đến nay khái niệm thời gian là hết sức khó hiểu. Nói như Kant, nó cũng là một dạng của nhận thức và có tính siêu nghiệm. Nếu không gian thuộc về những cảm nhận ngoại cảnh thì thời gian liên hệ không những với nhận thức ngoại cảnh mà còn với những cảm nhận nội tâm. Giữa không gian và thời gian, dường như tính chất của thời gian là cơ bản hơn. Tại nơi mà khái niệm không gian bị xem xét một cách nghiêm khắc thì thời gian vẫn còn được thừa nhận.

Cuối cùng, yếu tố thứ tư trong cơ học Newton là vật thể. Yếu tố vật thể của cơ học Newton được qui lại thành điểm, chúng được xem là không có kích thước. Đặc trưng của các điểm vật thể trong nền cơ học này là chúng có khối lượng. Khối lượng cũng có những thuộc tính rất kỳ lạ. Nó tạo nên sức hút trọng trường, tức là khối lượng càng lớn nó càng hút mạnh và càng bị hút.

Nó chính là tác nhân gây nên sức nặng, khối lượng càng lớn, vật thể càng nặng. Nó lại có quán tính, nghĩa là nó có sức trì trệ, muốn tăng tốc một vật có khối lượng lớn, ta phải càng cần lực lớn hơn. Đặc tính đó của khối lượng, vừa gây lực trọng trường, vừa gây sức trì trệ, hai khái niệm hoàn toàn khác nhau nhưng lại mang cùng một khối lượng như nhau; nó làm phát sinh nhiều suy luận khoa học và triết học về vật thể, cũng như dẫn đến những tri kiến vô cùng bất ngờ trong tương lai. Bốn yếu tố cơ sở của cơ học Newton – vật thể, lực tác dụng, không gian và thời gian – đều là những khái niệm không hề giản đơn và hiển nhiên.

Thật ra chúng cũng là những giả định siêu hình. Trong thời điểm của thế kỷ 17, chúng phù hợp để soi rọi các vấn đề vật lý. Còn liệu vũ trụ là thực sự như vậy hay không, về sau chúng ta sẽ biết rõ hơn. Ở đây, ta cần sớm nhắc đến một luận điểm của Kant đó là ta không bao giờ biết “vũ trụ tự nó” – nói chung là “thực tại tự nó” – được cả, ta chỉ biết được những gì thực tại ấy trình hiện cho ta, còn thực tại tự nó là gì thì theo Kant “ta không biết và cũng không cần biết”.

Thời đại của Newton là thời nở rộ nhiều phát kiến vĩ đại khác nhau về khoa học và triết học. Tiêu biểu nhất là tư tưởng của Leibniz, những công trình tuy không nổi tiếng như của Newton nhưng lại mở đường cho các phát triển của Leibniz về bốn yếu tố trọng đại – vật thể, lực tác dụng, không gian và thời gian – của nền vật lý cơ giới. Những tư tưởng đó khác hẳn quan niệm của Newton.

Thuộc một gia đình dòng dõi, Leibniz được xem là một nhà triết học cuối cùng của trường phái “vạn năng”, tức là của những nhà thông thái nghiên cứu tất cả các vấn đề lớn của loài người từ triết học, thần học, toán học, khoa học tự nhiên đến đạo đức và thẩm mỹ học. Trong tác phẩm nổi danh Specimen Dynamicum được viết lúc chưa đến 40 tuổi, Leibniz trình bày nhiều tư tưởng cơ bản về lực và sự vận động.

Thay vì lực tác động của Newton – mối liên hệ giữa khối lượng và gia tốc – thì Leibniz nghĩ đến một đại lượng mô tả của sự vận động mà ông gọi là vis viva (sức sống). Đại lượng đó được Leibniz cho bằng khối lượng nhân với bình phương của vận tốc(mv2) vật thể. Ông cho rằng “sức sống” đó của vật thể phải được bảo toàn trong mọi tương tác, nó nói lên tính vận động nội tại của vũ trụ, sự tự quản của mọi quá trình vận động. Với nguyên lý đó, Leibniz cho là:

“Chúng ta có thể thiết lập một qui luật của thiên nhiên mà tôi coi là nó vạn năng nhất và khó bị thương tổn nhất… nó luôn luôn có một sự cân bằng toàn hảo của toàn bộ những nguyên nhân và tất cả những kết quả… mỗi kết quả là tương đương với nguyên nhân”.

Theo Leibniz, sự vận động phải được nhìn dưới nhiều dạng hình, nhiều quan niệm khác nhau. Trái táo rơi là một sự vận động, khi đến mặt đất, sự vận động chấm dứt. Thế nhưng, quả lắc đồng hồ, lúc tới biên độ cao nhất, nó dừng lại và đổi chiều, ta quan niệm thế nào về nó? Khi vật thể vận động chậm lại và dừng hẳn vì sự ma sát, ta quan niệm thế nào về nó? Đó là khởi thủy của khái niệm “năng lượng” mà Leibniz đã đưa ra một đại lượng cụ thể.

Như ta dễ dàng nhận thấy, “sức sống” của Leibniz chính là nội dung của một năng lực mà ngày nay ta gọi là động năng. Năm 1807, khoảng hơn 100 năm sau, Thomas Young đổi tên vis viva thành “động năng” và khoảng 40 năm sau, người ta phát hiện định luật bảo toàn năng lượng, điều mà Leibniz đã tiên đoán trước đó khoảng 150 năm. Định luật bảo toàn năng lượng là một quy luật vật lý hết sức vạn năng, ngày nay nó vẫn đóng vai trò cốt tủy trong nền vật lý hiện đại. Trong lúc đó thì các khái niệm của Newton đã bị vượt
qua.

Khái niệm về vật thể của Leibniz cũng rất khác với của Newton. Nếu Newton xem vật thể là một cái gì thụ động, chịu sự tác động của lực thì đối với Leibniz, “đặc trưng của vật là tác động”. Vì lẽ đó mà nó có “sức sống”.

Hình dung về vật thể của Leibniz là nó phải có tính “đàn hồi”, hình dung này làm nền tảng cho qui luật bảo toàn năng lượng được phát hiện về sau.

Leibniz không quan niệm có một không gian tuyệt đối như Newton. Đối với Leibniz, không gian chỉ là thuộc tính của vật thể, vật thể là chủ yếu, không gian là thứ yếu. Thậm chí đối với ông, không gian chỉ là “khoảng cách giữa các vật”. Thế nhưng lý luận của Newton về một gia tốc tuyệt đối trong thí nghiệm “xô nước xoay tròn” quá thuyết phục nên trong thế kỷ 17, người ta không có cách nào khác hơn là phải chấp nhận một không gian tuyệt đối của Newton. Về sau, E.Mach, một triết gia và nhà toán học người Áo, lấy lại quan niệm của Leibniz, cho rằng không có một không gian tuyệt đối và cho rằng gia tốc tuyệt đối của Newton tức là gia tốc lấy “các định tinh” làm hệ qui chiếu. Quan niệm của Mach đã mở đường cho Einstein phát hiện thuyết tương đối trong nền vật lý hiện đại. Và ngày nay người ta biết rõ rằng không gian quả thật là thuộc tính của vật chất, không có vật chất thì không có không gian.

Như ta thấy, đến nay mọi lý thuyết về vật chất, về thế giới đều là những mô hình do con người nghĩ ra. Những mô hình đó, dù là của Ptolemy, Copernicus hay Newton, Leibniz, chúng có thể khác hẳn nhau nhưng mang lại câu trả lời và lý giải giống nhau cho hiện tượng trong tự nhiên. Sự thể này đưa ta đến một vấn đề triết học cực kỳ nan giải, đó là, liệu những mô hình là hình ảnh thực sự của thực tại hay chúng chỉ là cấu trúc của tư tưởng nhưng lại phù hợp để lý giải thực tại. Phải chăng khối lượng, lực trọng trường, không gian, thời gian… đều chỉ là sản phẩm của đầu óc con người nhằm lý giải hiện tượng hay chúng thực có? Nói cách khác, phải chăng nền vật lý nói chung là có tính duy thực hay có tính công cụ.

Trớ trêu thay, các nhà vật lý thường không mấy quan tâm đến câu hỏi này, họ tin chắc chắn nơi một thực tại có thật và các khái niệm vật lý cũng phải có thật. Newton hiển nhiên là một người duy thực, tin rằng có một thế giới có thực ở bên ngoài nhưng có thể ông lại vô tình sử dụng phép công cụ, sử dụng những khái niệm thuần túy của trí năng để lý giải hiện thực. Thời đại của Newton chưa ý thức hết chiều sâu của câu hỏi này, nhưng trong thế kỷ 20, câu hỏi duy thực hay công cụ sẽ trở thành một luận đề then chốt trong nền vật lý hiện đại.

(còn tiếp)

[khieman]

(tiếp theo)

THẾ GIỚI VÀ TÔI

Ta phải hỏi, thế thì Giáo hội Thiên chúa giáo phản ứng thế nào về khoa học của Newton, của Leibniz? Phải chăng Tòa thánh La Mã cũng lên án Newton như đã lên án Galileo?

Trong thế kỷ thứ 17, tình hình đã có nhiều thay đổi. Giáo hội Thiên chúa giáo không còn đóng một vai trò chủ đạo trong khoa học và thế giới quan về thiên nhiên nữa. Sự thay đổi này, oái oăm thay, có lẽ là nhờ một nhà toán học và cũng là một triết lý gia Thiên chúa giáo xuất chúng, đó là Descartes.

Thời kỳ của Descartes cũng là thời kỳ nở rộ của vô số nhận thức luận về thế giới. Câu hỏi ngàn xưa đến nay vẫn là, thực tại là gì, là ai. Làm sao nhận thức được nó. Galileo, Newton và Leibniz đã hoàn thành xuất sắc trách nhiệm của mình trong lĩnh vực vật lý và toán học đồng thời cũng đã nêu lên nhiều tiền đề triết học cho thế giới quan. Thế nhưng câu hỏi triết học nọ vẫn còn y nguyên chưa ai trả lời nổi, thậm chí các luận điểm về thực tại ngày càng sai biệt và mâu thuẫn lẫn nhau.

Một trong những triết gia muốn đưa khoa học ra khỏi ảnh hưởng của thần học, thoát khỏi chủ nghĩa kinh viện của thời Trung cổ là Francis Bacon.

Bacon cho rằng khoa học phải xuất phát từ kiến thức của kinh nghiệm chứ không gì khác. Ông cho rằng con người phải miệt mài thu lượm kinh nghiệm của mình trong tự nhiên, phải xem xét từng biến cố, từng sự vật và hiện tượng cụ thể để xây dựng khoa học. Bacon so sánh con người cũng phải làm như “loài ong”, phải hút mật từng đóa hoa để tìm kiếm tri kiến. Bacon cho rằng con người phải gạt bỏ mọi giả định ban đầu và óc tưởng tượng thì kinh nghiệm mới “thuần túy” và trên cơ sở đó mà dùng phép loại suy để tới với tri thức.

Luận điểm của Bacon không hề phi lý nhưng lại dẫn đến một dạng cực đoan. Bacon đi quá đà khi ông lên án phép suy diễn thuần lý là sai lầm, xem toán học là vô bổ, chỉ kinh nghiệm mới là nguồn gốc mọi khoa học. Bacon đi vào lịch sử triết học như người sáng lập chủ nghĩa kinh nghiệm.

Như ta dễ dàng nhận thấy, chủ nghĩa kinh nghiệm của Bacon là khía cạnh triết học thô thiển của nền khoa học thực nghiệm của Galileo, người sinh trước Bacon khoảng 30 năm và đã nêu lên những kiến giải hoàn toàn mới về khoa học tự nhiên. Khoa học thực nghiệm của Galileo làm tiền đề cho suy tư triết học duy kinh nghiệm của Bacon.

Triết lý của Bacon dù còn thô thiển nhưng nó nêu lên một quan điểm hoàn toàn mới mẻ. Khuynh hướng tự nhiên của tư duy và những suy tư triết học non nớt đó sẽ trở nên tinh tế với những triết gia của đời sau và đến phiên nó, triết học lại soi sáng cho khoa học. Khoa học tự nhiên và triết học luôn luôn làm tiền đề cho nhau, cái này dẫn dắt cái kia. Đó là một sự thực quan trọng của lịch sử loài người mà trong thế kỷ 21 nó mang tính thời sự hơn bao giờ hết.

Descartes ra đời khi Bacon trở thành một nhà quí tộc cao cấp ở Anh, làm việc cho triều đình nữ hoàng Elisabeth. Cậu bé người Pháp Descartes năm lên tám đã vào tu viện học hành. Trong thời rất trẻ của Descartes, người ta đã khám phá nơi chàng trai này một đầu óc rất linh mẫn. Tu viện cho chàng một đặc quyền là buổi sáng miễn đi học vì chàng chuyên tĩnh tâm vào giờ đó.

Là một nguời có bộ óc xuất chúng trong cả hai lĩnh vực khoa học và triết học, nhưng tiếc thay Descartes không sống được lâu, ông mất năm 54 tuổi tại Thụy Điển. Cái chết của ông gây nhiều nghi ngờ, kẻ thì cho rằng ông mất vì bệnh sưng phổi, người thì cho rằng ông bị đối thủ triết học trong giới hoàng gia tại Thụy Điển ám hại. Thế nhưng, cuộc đời ngắn ngủi của Descartes mang lại cho hậu thế vô số kiến giải quan trọng. Thế giới quan của ông được thể hiện qua những lời sau:

“Thế nên toàn bộ triết học có thể ví như một cây cao; gốc của nó là siêu hình học, thân của nó là vật lý học và mọi cành ngọn của nó là mọi ngành khoa học khác; các ngành đó có thể xếp lại thành ba loại, đó là y khoa, cơ học và đạo đức học. Với đạo đức học, tôi hiểu đó là ngành học cao cấp nhất và hoàn thiện nhất của phép hành sử, ngành học lấy mọi tri kiến của các nhà khoa học khác làm tiền đề, nó chính là sự minh triết chung cuộc và cao cả nhất. Cũng như người ta không hái trái từ rễ cây, mà từ cành ngọn, thì cũng thế, cái lợi lạc chủ yếu của triết học chỉ nằm ở những phần mà từ đó cuối cùng ta học được những gì”.

Một trong những công trình lớn nhất của Descartes cho khoa học là ông vạch một đường phân chia dứt khoát, rõ ràng giữa “vật chất” và “linh hồn”.

Đối với Descartes, vật chất có kích thước nhưng không biết “suy tư”; ngược lại linh hồn, không có tính chất đo được trong không gian nhưng biết suy luận. Cả vật chất lẫn linh hồn đều là những thứ “được tạo tác”, ngược lại Thượng đế thuộc phạm trù “phi tạo tác”. Về mặt cơ học, Descartes quan niệm rằng, vật chất vận động trong không gian một cách thụ động, và không gian là không gian ba chiều của Euclid. Vì quan niệm này mà thỉnh thoảng không gian trong vật lý cổ điển được mệnh danh là không gian Descartes.

Những điều khẳng định nói trên mới nghe qua không có gì to tát cả. Thế nhưng Descartes tới với một kết luận bất ngờ, đó là ông vẽ một đường phân thủy giữa khoa học và thần học. Theo ông, thế giới vật chất là đối tượng của khoa học, thần học không cần quan tâm tới. Còn linh hồn con người là khu vực ngự trị của thần học, Giáo hội có quyền quyết đoán đúng sai trong lĩnh vực này. Với Descartes, nền khoa học tự nhiên được giải phóng khỏi vòng kim cô của Toà thánh La Mã. Thần học bị tước quyền phán quyết trong khoa học và triết học về thế giới tự nhiên. Nhờ Descartes mà hàng trăm nhà nghiên cứu khoa học ra đời, trong đó có Newton. Newton đọc các tác phẩm toán học và triết học của Descartes trước khi tới với những thành tựu vĩ đại của mình.

Hai thế giới vật chất và linh hồn của Descartes tách rời lẫn nhau, không có mối quan hệ tương tác lên nhau, đó là hai thế giới “tuyến tính”. Thế nhưng Descartes cho rằng con người thông qua nghiên cứu, vận dụng lý tính mà hiểu được thế giới. Ông cho rằng kinh nghiệm chỉ là giai đoạn sơ khai của tri kiến, chỉ có tư duy mới nắm bắt được tri kiến đích thực. Như thế Descartes bác bỏ chủ nghĩa kinh nghiệm của Bacon và chủ trương một chủ nghĩa duy lý. Descartes đi xa trong cách chia cắt của mình tới mức mà ông tách thân thể ra khỏi tâm thức, xem chúng là hai lĩnh vực riêng biệt. Hơn thế nữa, ông còn tách lý luận ra khỏi trực giác, điều mà về sau bị chứng tỏ là một sai lầm nghiêm trọng.

Trong thế giới, con người cũng bị đường phân thủy của Descartes chia cắt, trong đó con người là chủ thể, thế giới còn lại là khách quan, chủ thể không thể tác động được gì lên khách thể. Khi con người quan sát thế giới thì những ấn tượng thuộc về cảm giác như màu sắc xanh đỏ, âm thanh hay mùi vị… được Descartes xem là chủ quan, chúng không phải là “thực tại tự nó”. Thế nhưng Descartes xem nguyên nhân của những ấn tượng đó lại thuộc về lĩnh vực khách quan, chúng thuộc về đối tượng của khoa học.

Một tư tưởng nữa của Descartes ít người biết đến đó là ông xem chỉ con người mới có linh hồn do Thượng đế tạo nên, thú vật thì không. Đối với ông, thú vật chỉ là những cỗ máy vô hồn, “thiếu lý tính”. Nếu ai hỏi ông, liệu con chó có Phật tính hay không, chắc chắn Descartes sẽ trả lời “không”.

Chỉ con người có lý tính, có suy tư mới được Descartes xem là có linh hồn của Thượng đế và cũng chỉ thông qua suy tư mà con người mới khẳng định mình tồn tại thật sự. Cogito, ergo sum “Tôi suy tư, nên tôi hiện hữu”, đó là câu nói nổi tiếng của Descartes. Thông qua linh hồn biết suy tư – linh hồn bị giới hạn như của con người, vô hạn như của Thượng đế - Descartes “chứng minh” Thượng đế phải có thật. Ông cho rằng, con người chỉ là một phần của Thượng đế thôi mà đã có thật rồi thì Thượng đế cũng phải có thật.

Với tư cách là một triết gia Thiên chúa giáo, Descartes hiển nhiên không thoát khỏi ảnh hưởng thần học – khác hẳn với Lapace say này – nhưng triết học của ông làm nền tảng sâu sắc cho nền vật lý cơ giới của Newton.

Newton cũng thừa nhận vai trò của Thượng đế, đồng thời cơ học của ông hoàn thiện tới mức cao nhất trong thời bấy giờ. Triết học “chia cắt” của Descartes cùng thừa nhận Thượng đế là người sáng tạo uyên nguyên; nhưng công lao của nền triết học đó là khoanh vùng một cách rạch ròi các lĩnh vực; lĩnh vực của thần học và khoa học, khách quan và chủ quan, linh hồn và thể xác, lý tính và trực giác. Sự phân chia đó, “có tôi đây và có thế giới” đặt con người vào vai trò của một chủ thể biết nhận thức, trả lời một lần cho tất cả câu hỏi triết học, liệu lý tính con người có thể nhận thức thế giới được chăng.

Hiển nhiên, ngày nay triết học Descartes xuất hiện như một thế giới quan cơ học sơ lược. Nhưng trong thời đại của thế kỷ thứ 17, nó chính là mặt triết học ưu việt của nền văn minh châu Âu bên cạnh khía cạnh khoa học của Newton. Cả hai, tay trong tay đã xây dựng một nền học thuật đóng vai trò chủ đạo gần ba thế kỷ. Và hoa quả của nền học thuật đó, cái được sinh nơi cành lá, theo cách nói của Descartes, là vô cùng phong phú mà con người không thể kể hết.



Phần thứ ba

TỪ ÁNH SÁNG ĐẾN TRƯỜNG ĐIỆN TỪ
ÁNH SÁNG ĐI TỪ TRONG RA NGOÀI

Ta dễ dàng đồng ý, hầu như tất cả tri kiến về thế giới đều thông qua thị giác mà sinh ra. Dĩ nhiên con người có thể qua cái nghe, cái nếm... hay tất cả các giác quan khác để nhận thức, nhưng phần lớn tri thức khoa học về thế giới và vũ trụ đều thông qua cái thấy để đến với con người.

Hoạt động của thị giác là điều xảy ra hàng giờ hàng phút nhưng thực ra, cái thấy là một vấn đề cực kỳ phức tạp. Có những quan điểm hẳn hoi về sự thấy, sự nghe, về mọi cảm quan khác.Ta chưa vội đi vào những quan điểm triết học đó. Nơi đây ra chỉ nói đến những điều kiện để cho cái thấy phát sinh.

Muốn cái thấy sinh ra con người cần có đôi mắt lành lặn, phải có sự chú ý, phải có nhận thức, phân biệt và nhất là phải có ánh sáng.

Những điều xem ra giản đơn vừa nói đều là những đề tài trọng đại của con người mà nhân loại từ xưa đến nay đều đề cập, từ thời cổ đại Ai Cập ở phương Tây cho đến thời của Phật Thích-ca ở phương Đông. Ngày nay vấn đề phức tạp của cái thấy được phân chia và nghiên cứu trong nhiều ngành khoa học như quang học, thể chất học, nhận thức học, tâm lý học… Chúng ta sẽ không đủ cơ hội đi vào các lĩnh vực rộng lớn đó; mà trong phần này, ta chỉ nói về ánh sáng. Và ta sẽ biết, phần này sẽ không nói được hết về ánh sáng, mà toàn bộ cuốn sách này cũng không thể nói hết về ánh sáng. Thực tế là, từ những ngày cổ đại xa xưa đến thế kỷ ngày nay, trong đó con người lý giải được vô số chuyện của trời đất thì ánh sáng vẫn là một bí ẩn chưa ai giải nổi.

Có những khái niệm tưởng chừng hiển nhiên như thời gian, không gian… mà khi ta nghiên cứu càng sâu thì càng thấy chúng kỳ lạ. Ánh sáng cũng vậy, mức độ kỳ lạ của nó phải nằm ngang tầm với không gian và thời gian.

Ánh sáng là gì? Đến nay không ai trả lời được cả. Trước hết, ta hãy biết rằng, ta không thể thấy được ánh sáng. Chỉ khi nào ánh sáng gặp phải một vật nào, khi một vật bị ánh sáng chiếu rọi, ta mới thấy được vật đó. Điều đó có nghĩa ta không thấy được bản thân ánh sáng, ta chỉ thấy được vật thể nằm trong ánh sáng. Đứng sau một nguồn ánh sáng chiếu trong không gian, ta không thấy được nó. Nhưng khi ánh sáng đụng phải một vật, thí dụ một vì sao, lúc đó ta thấy vật. Nhiều người sẽ phản đối và cho rằng, nếu ta ngửa mặt nhìn mặt trời, thì tuy không có vật nào được chiếu rọi, đó là võng mạc của ta. Bản thân giải đáp này cũng gây nhiều bất đồng tranh cãi, nhất là trong thể chất học. Ở đây chúng ta chỉ có thể nhất trí với nhau được một điều: một khi ánh sáng chạm vào võng mạc của ta, thì đó là điều kiện để “cái thấy” được phát sinh. Nhưng đó là cái “dụng” của ánh sáng, là sự tác động của nó. Còn ánh sáng “tự nó” là gì, đó là điều chưa ai hiểu hềt và mỗi người hiểu một cách khác nhau.

Quan niệm về ánh sáng thay đổi theo từng thời kỳ một cách hết sức rõ rệt. Từ thời trước công nguyên các nhà khoa học Hy Lạp đã có một quan niệm hẳn hoi về ánh sáng. Theo Empedokles, ánh sáng mặt trời chỉ đóng vai trò phụ thuộc, mắt con người tự phát ra ánh sáng, tiếp cận với vật thể. Sau Empedokles khoảng 70 năm Plato xem mắt người “có lửa”, từ đó phát ra một thứ ánh sáng nội tại. Thứ ánh sáng tự thân này trộn với ánh sáng mặt trời để thành một khối ánh sáng, nó tạo thành thể tích đóng vai trò liên hệ giữa thế giới và con người. Những quan niệm về thị giác này nói lên tính chủ động của con người, kẻ dùng ánh sáng của mắt mình để “soi sáng” thế giới xung quanh.

Khoảng 300 năm trước công nguyên, nhà hình học đầu tiên của nhân loại, Euclid, quan niệm trong mắt phóng ra một “tia nhìn”. Khác với Plato, Euclid cho rằng tia nhìn đó chỉ là một đường thẳng đúng như quan niệm hình học của mình và đưa ra nhiều luận chứng hết sức thuyết phục. Ông ném một cây kim xuống đất và hỏi tại sao người ta không thấy nó ngay khi đưa mắt tìm kiếm nó, mặc dù cây kim nằm trong tầm nhìn. Euclid giải thích là nhờ tia nhìn, khi “đụng” đến cây kim, nó sẽ phản hồi lại và báo cho mắt biết.

Bước khác biệt giữa Plato và Euclid là quan niệm “khối ánh sáng” đã trở thành một tia nhìn có đường thẳng. Thế nhưng ở đây có một chuyển biến quan trọng. Từ một hoạt động của nhận thức, cái nhìn đã bị hình học hóa để trở thành đối tượng của phép giải tích. Quan niệm hình học này đóng một vai trò không nhỏ trong khoa học và triết học nói chung trong vài trăm năm sau. Sau đó, từ “tia nhìn” của Euclid người ta phát triển thêm hệ thống của tầm nhìn hình nón và qui luật phối cảnh, nó trở thành qui luật quan trọng của hội họa về sau.

Sau Plato vài trăm năm, tính chủ động trong thị giác dần dần mất đi và nhường chỗ cho một quan niệm có tính cơ học hơn về sự họat động của thị giác. Như ta biết, nền văn minh Hy Lạp dường như suy tàn ở vài thế kỷ sau công nguyên. Năm 389 đại thư viện ở Alexandria bị tín đồ Thiên chúa giáo đốt phá. Năm 529 Viện Hàn Lâm Plato bị đóng cửa, đánh dấu cái chết của nền triết học Hy Lạp.

Năm 632 nhà tiên tri Mohamed, giáo chủ Hồi giáo mất, nhưng ngay sau đó tôn giáo này vượt lên như một ngọn đuốc và thừa kế nền văn minh Hy Lạp. Khoảng thế kỷ thứ 9, Baghdad – ngày nay là thủ đô Iraq – trở thành trung tâm văn minh và dịch thuật của Hồi giáo, trong đó các ngành khoa học, cũng như triết học được dịch từ tiếng Hy Lạp và được phát triển mạnh mẽ.

Khoảng một ngàn ba trăm năm sau Euclid, một nhà khoa học Hồi giáo có tên là Alhazen ra đời. Trong lịch sử khoa học người ta gọi ông là nhà “quang học”; nhưng thực ra Alhazen có rất nhiều công trình to lớn khác về toán học, thiên văn, triết học và y khoa.

Mới đầu Alhazen học tập kinh điển Hồi giáo và hy vọng tìm ra chân lý từ trong đó. Thế nhưng ông sớm quay sang khoa học vì “đối tượng” của nó (khoa học) có nghĩa và dạng của nó có lý. Tác phẩm quan trọng nhất của ông là Kitab al – Manazir (Quang học) gồm bảy tập, về sau được dịch ra ngôn ngữ La-tinh và là nền tảng của các nghiên cứu quang học tại phương Tây.

Nói Alhazen thừa kế các nhà khoa học Hy Lạp nhưng thực chất ông đã cho họ đi vào quên lãng trong ngành quang học bằng hai phát hiện quan trọng.

Thứ nhất, Alhazen cho rằng ánh sáng mặt trời là toàn bộ nguyên nhân của sự thấy. Không có một thứ ánh sáng nào đi từ trong mắt ra và đến với sự vật cả. Ông nêu lý do là khi ta nhìn lâu mặt rời, mắt ta sẽ bị đau nhức. Nếu ánh sáng đi từ mắt đến mặt trời thì tại sao mắt ta lại đau. Thế nên chỉ có thể ánh sáng đi ngược lại từ mặt trời vào mắt mới giải thích được sự đau nhức. Ông còn nêu lên một lý do khác rất quan trọng nữa là, khi mắt nhìn thật lâu một tia sáng chói chang hay một cửa sổ và thình lình nhắm lại thì sẽ còn thấy trong bóng tối một hình ảnh lờ mờ của nó, và đặc biệt là thấy một màu sắc dường như ngược lại với màu thật. Qua đó ông kết luận phải có một cái gì bên ngoài tác dụng vào mắt. Các thực tế này được Alhazen nêu lên để phản bác lại quan niệm của Plato về sự thấy. Là nhà toán học, Alhazen vẫn sử dụng quan niệm tia nhìn hình học của Euclid, nhưng đó chỉ là “những đường thẳng trừu tượng, còn quan niệm của ai cho rằng thực có một tia sáng từ mắt xuống đất là đi sai”.

Thứ hai, Alhazen dẫn chứng và trình bày một cái camera obscura (hộp đen) để tìm hiểu đường đi của ánh sáng vào trong mắt. Hãy tưởng tượng một phòng hòan toàn tối chỉ có một lỗ thật nhỏ để ánh sáng lọt vào. Cảnh vật bên ngoài sẽ theo ánh sáng đi vào phòng tối và in lên vách tường đối diện.

Ta sẽ thấy hình ảnh trên tường khá rõ nét chỉ duy nhất một điều khác thường là nó ngược chiều với cảnh thật ở bên ngoài. Alhazen dùng chiếc hộp đen này để chứng minh ngoài ánh sáng thì không có gì lọt qua cái lỗ tí hon, thậm chí lỗ càng nhỏ thì ảnh trong phòng càng rõ. Chiếc hộp đen này được Alhazen sử dụng cũng để phản bác các lý thuyết khác; như của các nhà nguyên tử học thời thượng cổ Hy Lạp, các vị này cho rằng có những vật liệu đi từ vật đến người. Alhazen không tin có vật liệu nào chen chúc chui qua cái lỗ tí hon.

Khoảng 400 năm sau, thiên tài người Ý, Leonardo da Vinci, khám phá ra rằng, con mắt của người chẳng qua cũng chỉ là một chiếc hộp đen, trong đó hình ảnh thế giới được tái hiện. Đầu thế kỷ thứ 17, nhà toán học và thiên văn học Kepler – mà ta đã biết trong phần trước – lý giải một cách toàn triệt tính chất toán học của chiếc hộp đen và quả quyết cái thấy sinh ra nhờ “hình ảnh của thế giới được mang lại trên võng mạc của mắt”. Thế nhưng điều mà Kepler cũng như mọi nhà khoa học thời đó hoang mang không giải thích nổi, đó là hình ảnh nọ lộn ngược, ai đã xoay chiều hướng của nó cho đúng để ta thấy cây cối mọc từ dưới đi lên chứ không phải từ trên đi xuống.

Điều quan trọng nơi đây không hề là chiều hướng của hình ảnh trong mắt mà là vấn đề nhận thức đã thay đổi một cách đảo lộn. Đó là nếu người Ai Cập thượng cổ xem con mắt “có lửa”, nếu Empedokles và Plato xem sự thấy là một hoạt động tích cực của con người, chủ động “soi sáng” thế giới thì đến Euclid, con người cũng còn mang tính chủ động nhưng cái nhìn của nó phải tuân thủ những qui định của toán học. Lúc đó thị giác đã bắt đầu nhuốm màu cơ học. Đến Alhazen thì ánh sáng bên ngoài mới là tác nhân “soi sáng”, con mắt từ chỗ “có lửa” trở thành một hộp tối đen, chỉ là nơi để cho hình ảnh bên ngoài in dấu. Sự thấy của con người được hạ giá từ sự chủ động và sáng tạo trở thành nơi thu nhận hình ảnh một cách thụ động.

Phải chăng con người chỉ thụ động tiếp nhận những ấn tượng khách quan bên ngoài? Nhiều người không muốn tin điều này nhưng họ không thể bác bỏ. Nguyên nhân chủ yếu là những phát hiện vật lý và toán học về ánh sáng, về thể chất, về thần kinh... xem ra đều có lý và buộc ta phải chấp nhận chúng cả. Đó là một trong những lý do mà triết học Descartes ra đời, chủ trương phân biệt chủ thể và khách thể, phân biệt vật chất và linh hồn, mở đầu chủ nghĩa duy lý làm nền tảng cho khoa học, kéo dài cho đến đầu thế kỷ thứ 20.


(còn tiếp)

[khieman]

(tiếp theo)


ÁNH SÁNG LÀ NHỮNG HẠT VẬT CHẤT

Như thế con người mất gần 15 thế kỷ, từ thời trước công nguyên xa xưa của Plato đến thế kỷ thứ 10, chỉ để biết cái thấy là nhờ ánh sáng bên ngoài sinh ra. Qua điều này, ta thấy rõ tri thức của loài người được thu lượm và tìm kiếm phải thông qua biết bao nhiêu nhọc nhằn và gian khổ. Lâu đài tri thức được xây dựng bằng những viên gạch nhỏ, phát hiện này dựa trên thông tin kia, công trình này bắt nguồn từ thành công nọ. Trong quá trình đi trong bóng tối đó, con người liên tục phạm sai lầm. Ngày nay hẳn ta hết sức ngạc nhiên khi thấy nhiều thiên tài quá khứ đã đắm chìm trong sai lầm và tưởng tượng viển vông. Thế nhưng, những kiến thức tưởng chừng như giản đơn của học sinh trung học ngày nay là tổng hợp của những phát kiến quan trọng trong nhiều thế kỷ. Chính Newton cũng đã từng nói:

“Nếu tôi có thấy xa được thì cũng là nhờ tôi đang đứng trên vai của những người khổng lồ”.

Ngày nay, nếu ta có thấy xa hơn Newton cũng chỉ là nhờ mình đang đứng trên vai của Newton. Quá trình của nhận thức của loài người dường như vận động theo chiều xoắn ốc. Những loạt tri kiến đến sau thường khác nhau một trời một vực với loạt tri kiến cũ, nhưng loạt thứ ba thường lại có chiều hướng như cái ban đầu, dĩ nhiên lần này nột dung của chúng tinh tế hơn hẳn. Thế nên, trở lại đề tài thị giác, ta cũng đừng vội xem mắt chỉ là chiếc hộp đen, đừng cho đôi mắt không có gì phát ra cả. Đây là một trong những luận đề bí ẩn nhất của loài người mà có lẽ cuốn sách này mới nêu được vài giả định.

Trở lại lịch sử nhận thức, sau Alhazen, con người tin rằng ánh sáng mặt trời “bên ngoài” là nguyên ủy của sự thấy. Thế thì ánh sáng đó là gì, tự tính của nó là gì, nó được cấu tạo như thế nào?

Sau Alhazen khoảng 150 năm, lịch sử khoa học sản sinh một nhân vật xuất sắc khác. Đó là Robert Grosseteste và "De luce seu de incohatione formarum" (Về ánh sáng và sự hình thành của sắc thể). Grosseteste quan niệm có một sự nổ ban đầu – tương tự như Big Bang của vật lý hiện đại – nhưng thể tích uyên nguyên của vũ trụ là ánh sáng. Khởi thủy là một tia sáng duy nhất, nó tự sinh sản và hình thành một khối cầu, trong đó vật chất xuất hiện. Sau đó khối cầu ánh sáng hình thành trời và đất với các không gian khác nhau.

Cũng như Plato, Grosseteste quan niệm vai trò của một Thượng đế sắp xếp trời đất theo phép toán học, ánh sáng là phương tiện để Thượng đế sử dụng. Thế nên, theo vị giám mục Grosseteste, vật chất là do ánh sáng “đọng lại”.

Nhưng ánh sáng khởi thủy cũng sinh ra một dạng thứ hai, đó là ánh sáng của nhận thức, nó có tính thiêng liêng của Thượng đế. Ngày nay ta nghe quan niệm này dường như đầy tính thần quyền, nhưng trong thế kỷ thứ 13, nó tiêu biểu một thái độ rất khoa học. Đó là, tinh thần coi trọng toán học, coi trọng vật chất và bắt đầu một thái độ thực nghiệm khi nghiên cứu về ánh sáng lần đầu tiên được nêu lên. Từ quan niệm của ông xem vật chất là do ánh sáng hình thành, ta sẽ thấy lịch sử sớm sinh ra cách nhìn là bản thân ánh sáng có tính vật chất, có chất liệu và nơi đây ta có một sự đổi thay triệt để trong quan niệm về ánh sáng.

Từ thế kỷ thứ 13 đến mãi bốn trăm năm sau, lịch sử quang học không có một bước phát triển nào đáng kể. Bỗng nhiên, kể từ thế kỷ thứ 17, với nền khoa học thực nghiệm của Descartes và Galileo, nhiều phát hiện hết sức dồn dập về ánh sáng và quang học đưa nền vật lý này tiến lên một khúc ngoặt.

Như ta biết, Galileo cống hiến cho nhân lại nhiều phát minh về quang học. Khoảng trong những năm đầu thế kỷ 17, ông bắt đầu dùng viễn vọng kính để quan sát bầu trời và thiên thể. Khi nhìn lên cao, ông không hề thấy Thượng đế lẫn thiên thần, cũng chẳng thấy một sự “toàn hảo”nào như Kinh thánh mô tả. Ngược lại mặt trăng hiện ra với vô số vết tròn lỗ chỗ, chúng chỉ là những hố sâu như ta thường thấy tại các nơi vắng người nhất của mặt đất. Galileo phát hiện mặt trời cũng không phải là nguồn ánh sáng siêu nhiên thanh tịnh mà lại là nơi sinh ra nhiều vụ nổ hết sức hỗn mang, để lại nhiều vết đen trên bề mặt.

Năm 1611 Galileo có được trong tay viễn vọng kính mạnh nhất thời bấy giờ của một nhà quang học người Hà Lan, ông khám phá nhiều hiện tượng thiên văn khác, đồng thời nêu một lý thuyết về dải ngân hà trong hệ các thiên thể. Trong năm đó có người gửi cho Galileo một vật lạ, đó là một vài hòn đá tên gọi là spongia soles, “miếng xốp mặt trời”. Thứ đá xốp này có điều đặc biệt là khi để nó trong nắng một lúc và sau đó đem vào phòng tối thì nó phát sáng. Đây là một điều đặc biệt vì đến thời của Galileo người ta luôn luôn nghĩ chỉ có những gì đang cháy mới phát sáng, ánh sáng phải có mối liên hệ với nhiệt, thí dụ mặt trời hay một ngọn đèn. Nay đá mà cũng phát sáng được, thì ánh sáng có tự tính thế nào? Người ta gọi ánh sáng này là “ánh sáng lạnh”, vì nó không do nhiệt phát ra. Galileo suy nghĩ lâu và phát biểu, "như thế ánh sáng phải là một thứ có chất liệu, nó là một vật thể và được hình thành từ các nguyên tử không phân chia được”.

Đây là lần đầu tiên có người phát biểu ánh sáng có tính vật chất. Năm trăm năm trước, Grosseteste cho rằng vật chất do ánh sáng sinh ra. Và trước công nguyên, Aristotle cho rằng, ánh sáng không phải là một vật, ánh sáng là phi vật chất, ánh sáng là “tình trạng” của không khí, là “điều kiện” để sự thấy hình thành.

Thế nhưng Galileo không chắc chắn lắm với những gì mình nói. Hai năm trước khi chết, ông vẫn nói rõ mình còn sờ soạng trong bóng tối về tự tính của ánh sáng và tuyên bố chịu chỉ ăn bánh mì khô, uống nước lã, nếu có ai giải thích cho ông được, ánh sáng là gì.

Người kế thừa xuất sắc nhất của Galileo trong luận điểm về ánh sáng lại chính là Newton. Năm 1665, lúc Newton còn là nột chàng trai 22 tuổi, tại Cambridge có một nạn dịch lớn. Chàng về nhà mẹ lánh nạn hai năm và hay nằm chơi trong vườn táo. Như ta đã biết, đó là lúc Newton phát hiện ra định luật về sức hút trọng trường khi thấy một trái táo rơi. Điều mà không ai tưởng tượng nổi là trong hai năm đó, ngoài qui luật trọng trường và sự vận động của thiên thể, Newton còn khám phá ra phép tính vi phân và lý thuyết về ánh sáng và màu sắc. Chỉ một trong ba phát hiện vĩ đại này cũng đã đủ để đưa Newton vào hàng những thiên tài khoa học của loài người. Nếu Newton “nằm chơi” trong vườn táo vài năm nữa thì tình hình khoa học sẽ ra sao?

Newton còn là một con người hết sức kín đáo, ông giữ kín rất lâu những phát minh của mình. Về lý thuyết ánh sáng thì mãi vài năm sau, tháng 2 năm 1672, ông mới viết một lá thư báo cáo cho Hội hoàng gia Anh về thành tựu của mình qua kết quả thực nghiệm trong việc nghiên cứu ánh sáng và màu sắc.

Newton là người đầu tiên sử dụng lăng kính để tách các màu của ánh sáng mặt trời. Ông cho rằng ánh sáng mặt trời, “ánh sáng trắng” được tách thành bảy màu riêng biệt, từ đỏ đến tím. Thông qua một lăng kính thứ hai, các màu đó có thể hội tụ lại để trở thành ánh sáng trắng. Đối với Newton, các tia sáng có màu đó là “đơn vị nhỏ nhất” của ánh sáng trắng, chúng không thể bị chia ra nhỏ hơn được nữa. Các tia sáng có màu đó xuất phát từ mặt trời, mỗi tia có độ khúc xạ khác nhau. Newton quan niệm mỗi tia sáng có màu lại gồm những hạt nhỏ, độ lớn của chúng khác nhau. Các hạt của tia màu tím và xanh nhỏ nhất, ngược lại các hạt của màu đỏ, cam, vàng lớn hơn. Màu sắc mà con người cảm nhận chỉ là những ấn tượng chủ quan đối với thức tại khách quan là độ lớn của các hạt.

Đối với Newton, ánh sáng không những gồm các hạt tạo thành mà các hạt đó còn vận động theo qui luật vận động chung mà ông đã nêu lên; thí dụ qui luật quán tính, trong đó ánh sáng sẽ vận động theo đường thẳng nếu không có lực tác dụng. Theo Newton, ánh sáng vận động cũng không khác với thiên thể vận động.

Với lý thuyết quang học của Newton, khoa học bỗng đứng trước một sự thống nhất bất ngờ: sự vận động của các vì sao khổng lồ cũng chính là sự vận động của những hạt ánh sáng tí hon. Tất cả đều là vật chất, đều vận động theo một qui luật chung. Những phát hiện đó cùng với các lý giải và tính toán về các hiện tượng quang học khác như sự khúc xạ, sự nhiễu xạ…được trình bày trong tác phẩm Opticks, xuất bản năm 1704. Sau đó, Newton trở thành nhân vật được ngưỡng mộ nhất của thời đại. Ông là nguồn cảm hứng của các nhà khoa học, triết học và cả thi nhân. Lý thuyết của ông đến nay vẫn được truyền bá trong quần chúng rộng rãi.

Trong thời kỳ đó của Newton, nhiều thắc mắc thú vị được nêu lên để phản bác lại lý thuyết các hạt ánh sáng. Nếu hai người đứng nhìn nhau, phải chăng có hai luồng hạt ánh sáng vận hành đối nghịch nhau, tại sao chúng không “đụng” nhau? Chiếc camera obscura (hộp đen) của Alhazen với cái lỗ tí hon, làm sao các hạt chui qua lỗ đó được? Tất cả đều được giải thích với kích thước tí hon của hạt ánh sáng. Và “miếng xốp mặt trời” của Galileo, tại sao màu sắc của nó phát ra lại khác nhau với màu của ánh sáng mặt trời? Câu hỏi này thì thời đó không ai trả lời được.

Những thắc mắc nói trên sẽ dẫn đến một khuynh hướng tư duy khác hẳn về tự tính của ánh sáng. Chúng sẽ dẫn đến một quan điểm hoàn toàn mới mẻ và mở màn cho một thực tại thứ hai – thực tại phi chất liệu – của ánh sáng và thiên nhiên.

SÓNG, MỘT DẠNG VẬN ĐỘNG MỚI

Đến nay ta đã biết, thực tại luôn luôn xuất hiện thông qua sự vận động. Sự vận động là tự tính nội tại của thực tại. Điều đó đã được các nhà triết học Hy Lạp cũng như các nhà hiền triết phương Đông khẳng định như một nguyên lý cơ bản của thế giới hiện tượng.

Trong thế giới vật lý thì sự vận động lại càng rõ rệt, dù cho mô hình của nó trong các thời đại càng ngày càng thay đổi một cách tinh tế. Từ thế giới hiện tượng với bốn nguyên tố của Aristotle đến nền vật lý thực nghiệm của Galileo và Newton, nội dung đích thực của lâu đài khoa học đồ sộ đó là những mô hình vận động của vật chất trong thời gian và không gian. Công trình chung của các nhà khoa học vĩ đại đó trong suốt 20 thế kỷ là nỗ lực để hệ thống hóa mọi vận động của các khối lượng vật chất cực đại (như các thiên thế) đến các hạt vi mô (như “hạt ánh sáng”) tí hon trong một mô hình, với tham vọng phát hiện một câu trả lời toàn triệt và chung quyết về sự vận hành của vũ trụ.

Dù nền vật lý của Aristotle và Newton có sự khác biệt một trời một vực, nhưng cái chung nhất trong cả hai là, khi người ta nói “vận động” là nói về vật thể vận động trong không gian và thời gian. Với Newton thì vật thể trở thành một điểm vật chất bất hoại và có khối lượng cụ thể. Trong thế giới quan vật lý của Newton thế giới chỉ có một cách vận động duy nhất, đó là các hạt vật chất vận động trong thời gian và không gian. Thế giới quan đó mang lại những thành tựu vang dội và ai cũng nghĩ hẳn nó phải đúng một cách tuyệt đối. Chính vì lẽ đó mà quan niệm hạt ánh sáng của Newton sớm được thừa nhận như một hệ quả hiển nhiên của nền vật lý đương thời. Thậm chí về sau, trong thế kỷ thứ 19, nhiều nhà khoa học xuất sắc khi phát hiện ra những hiện tượng mới trong thiên nhiên cũng luôn luôn lấy thế giới quan cơ học của Newton để tìm cách lý giải chúng.

Đặc trưng của sự vận động của khối lượng trong không gian và thời gian là gì? Đó là, tại một thời điểm nhất định, ta có thể định nghĩa vị trí và vận tốc cụ thể của khối lượng đó. Điều này nghe qua thật hiển nhiên vì làm sao trong một thời điểm nhất định, vật thể lại có thể nằm nhiều nơi trong không gian được, vật thể làm sao có thể phân thân để vừa ở bên trái vừa ở bên phải chúng ta được. Và vận tốc của vật thể hiển nhiên cũng phải chính xác, không thể một lúc mà nhanh chậm khác nhau được, nó phải được định lượng cụ thể.

Mô hình vận động của khối lượng trong không gian thành công rực rỡ vì còn có thêm một yếu tố khác ngoài tài năng ưu việt và phương pháp tư duy thực nghiệm của Galileo, Newton và các nhà vật lý khác. Yếu tố đó là mô hình này dễ hiểu, dễ hình dung đối với con người. Trái táo rơi, chiếc xe chạy, viên đạn bay, thiên thể vận hành..., tất cả đều dễ dàng được nhận thức như vật thể có khối lượng đang vận động.

Thế nhưng, trong thiên nhiên có một loại vận động khác, một loại vận động thứ hai, khác hẳn với sự vận động của khối lượng trong không gian và thời gian. Đó là sự vận động trong dạng sóng. Sự vận động này trừu tượng hơn, khó nắm bắt hơn, nhưng ta sẽ thấy về mặt cơ bản nó sánh vai cùng với sự vận động của khối lượng. Thậm chí sự vận động trong dạng sóng có thể cơ bản hơn cả sự vận động của khối lượng.

Thế nào là sóng?

Hãy ném một viên đá vào giữa mặt hồ yên tĩnh, ta sẽ thấy sóng nước được phát sinh và dần dần lan tỏa trên mặt hồ. Đó chính là một dạng sóng. Mới nhìn ta thấy dường như có một lượng nước di động từ tâm sóng đến bờ hồ.

Thực tế là nước chỉ nhấp nhô lên xuống chứ không hề di động theo chiều ngang. Nếu quan sát kỹ một vật nổi trên mặt nước, ta sẽ thấy điều đó. Các tinh thể nước quay những vòng tròn nhỏ tại vị trí của chúng, nhưng chúng không hề bị đẩy theo chiều ngang của sự chấn động.

Có một cái vận động từ tâm sóng đến bờ hồ, nhưng cái đó không phải là nước. Cái có di chuyển thực sự là “sự nhiễu”, sự chấn động do năng lượng của viên đá ném xuống gây nên. Sự nhiễu này, nói một cách tổng quát là năng lượng, nó là chủ thể của sự vận động, nó không có khối lượng. Ở đây ta có một “vật phi khối lượng” đang vận động.

Sự khác biệt giữa loại “vận động sóng” và vận động của “hạt khối lượng” là rất cơ bản. Trong vận động sóng, chủ thể vận động là năng lượng, nó không mang khối lượng. Đồng thời trong loại vận động này, chủ thể của sự vận động lan rộng và bao trùm trong không gian xung quanh. Ta không thể xác lập một vị trí “cụ thể” của chủ thể vận động. Trong hình hai chiều trên, ta không thể nói năng lượng – chủ thể của sự vận động – đang nằm phía trên hay phía dưới, bên trái hay bên phải. Đúng hơn là năng lượng đang tạo một “ảnh hưởng” quanh nó, với các trị số khác nhau tạo ra một trường ảnh hưởng. Khái niệm trường sẽ đóng một vai trò then chốt trong nền vật lý của thế kỷ hai mươi. Trường là năng lượng đang vận động, lan tỏa trong không gian. Mỗi điểm trong không gian đều có ảnh hưởng của trường.

Ngược lại, trong sự vận động của hạt khối lượng, chủ thể của sự vận động là một đơn vị cụ thể, mang khối lượng và chịu sự tác động của lực. Trong sự vận động của hạt khối lượng, ta có thể định nghĩa và tính toán vị trí cũng như vận tốc của hạt một cách chính xác. Thế nên sóng là dạng dao động, là “thái độ”, là phản ứng của nước vì bị “quấy nhiễu”. Mặt khác nước lại là môi trường truyền sự chấn động, truyền năng lượng trong không gian của mình. Không có nước thì cũng không thể có sóng, không thể có một trường năng lượng do viên đá sinh ra. Nơi đây ta có ba khái niệm: sóng là dạng phản ứng của nước, nước là môi trường để năng lượng tác động, năng lượng là nguyên ủy, đồng thời là chủ thể của sự vận động. Ta cũng có thể nói, năng lượng đã sinh ra một trường và trường là chủ thể vận động. Tất cả đều là những cách phát biểu khác nhau nhưng nội dung của chúng không khác nhau. Điều quan trọng nhất là, dựa trên tính chất của sóng mà ta hiểu được năng lượng tạo nên chúng, đó là điều rất then chốt trong chương này.

Có một dạng vận động khác của trường, quen thuộc hơn, đó là âm thanh. Âm thanh cũng chính là sóng, nó quen thuộc với ta hơn, nhưng có thể nó lại trừu tượng hơn vì ta không thể thấy sóng âm thanh như sóng nước được. Sóng âm thanh đem đến cho ta sự nghe chứ không phải sự thấy. Sóng âm thanh cũng tương tự như sóng nước, nhưng nếu sóng nước là dạng của nước thì sóng âm thanh là dạng phản ứng của không khí. Trong lịch sử khoa học, mới đầu người ta chưa biết âm thanh được phát sinh bởi sự dao động của không khí. Mãi đến thế kỷ thứ 17, Athanasius Kircher ngờ rằng âm thanh không thể truyền qua chân không. Ông bắt đầu tìm cách tạo chân không để xem liệu âm thanh có còn lan truyền không.

Trong thời bấy giờ quan niệm “không thể có chân không” của Aristotle hết sức được coi trọng. Năm 1650, Kircher tạo thử chân không bằng cách lật ngược một ống nghiệm chứa thủy ngân và đánh thử một tiếng chuông. Ông thất vọng khi vẫn nghe chuông kêu. Nhiều người lặp lại thí nghiệm này nhưng kết quả cũng chỉ có thế. Khoảng mười năm sau, một nhà khoa học người Anh là Robert Boyle tạo chân không bằng cách sử dụng một loại bơm chân không ưu việt hơn hẳn. Trong một môi trường chân không hoàn toàn không có không khí, qủa nhiên âm thanh không được truyền đi. Thế nên, âm thanh được phát sinh là nhờ sự dao động của không khí.

Nói một cách tổng quát, âm thanh được sinh ra từ sự dao động đàn hồi của không khí, chất lỏng hay chất rắn. Một tiếng đàn được phát sinh trước hết nhờ sự dao động của sợi dây đàn, sự “quấy nhiễu” đó sẽ thông qua không khí mà truyền đến tai ta. Sự chấn động đó làm các hạt không khí bị nén lại và sau đó giãn ra, tạo nên một sự vận động có dạng sóng. Vận tốc truyền âm thanh trong không khí có hạn, khoảng chừng 343m/giây, nó phụ thuộc đôi chút với nhiệt độ của không khí.

Sóng âm thanh cũng như sóng nước, chúng là dạng phản ứng của không khí hay của nước dưới tác động của môi trường do năng lượng sinh ra. Không khí hay nước chỉ là môi trường để cho năng lượng sinh ra. Không khí hay nước chỉ là môi trường để cho năng lực đó tác động và gây ảnh hưởng. Bởi thế sóng âm thanh hay sóng nước mang dấu ấn rõ rệt của nguyên ủy của chúng, nó phản ánh rõ rệt tính chất của năng lượng.

Tất cả những âm thanh trên đời này, từ tiếng ru ngọt ngào đến các thanh âm kỳ diệu, tất cả đều là sự rung của không khí. Đó là kết luận của cơ học, là quan niệm thuần túy mang tính cơ học. Nhiều người dừng lại tại kết luận đó nhưng cũng có người đi xa hơn trong nghiên cứu về âm thanh. Dường như tự tính của thanh âm không phải như vậy. Francis Bacon cũng đã tự hỏi như thế và cho rằng, quan niệm thanh âm là sự dao động của không khí chỉ là “nhận thức sơ sài” và đó là “một trong những vấn đề phức tạp nhất của thiên nhiên”. Ta cần nhớ, không khí cũng như nước đều chỉ là môi trường để một cái khác vận động, cái đó là năng lượng và nguồn gốc của năng lượng là một luận đề còn rất khó hiểu. Đồng thời “cái nghe” cũng là một bí ẩn của con người, nguồn gốc của nó còn nằm trong bóng tối.

Ta chỉ có thể kết luận nơi đây là ánh sáng và sự rung của không khí là điều kiện cho sự thấy và sự nghe được phát sinh, còn bản thân cái thấy, cái nghe là gì thì chưa ai hiểu được. Trong chương sau ta sẽ biết thêm ánh sáng cũng có dạng sóng như âm thanh. Điều đó có nghĩa, điều kiện ắt có cho sự hoạt động của hai giác quan quan trọng nhất của con người (mắt và tai) đều là sóng. Chỉ là điều này thôi đã làm cho ta thấy sóng đóng vai trò hệ trọng thế nào trong triết học về tự nhiên và nhận thức.

(còn tiếp)

[khieman]

(tiếp theo)



ÁNH SÁNG CŨNG LÀ SÓNG


Đối với Newton, ánh sáng gồm những hạt tí hon, mà ta có thể gọi là quang tử hợp thành. Song song với quan niệm này, trong lịch sử khoa học hình thành một ý niệm khác về ánh sáng, đó là hình dung cho rằng ánh sáng có dạng của sóng.

Hình dung đầu tiên trong khuynh hướng nhận thức này có lẽ xuất phát từ Descasrtes. Ông quan niệm trong vũ trụ tràn ngập thứ chất lỏng vô hình mà ông gọi là plenum. Trong môi trường plenum đó, các thiên thể vận động, quay tròn…, tương tự như vật thể trôi vòng vòng trong dòng nước xoáy. Đối với Descasrtes thì ánh sáng vận động trong chất lỏng plenum vô hình đó và với một vận tốc lớn vô hạn. Ngày nay, ta thấy tất cả những gì Descasrtes tưởng tượng về plenum và ánh sáng đều sai lạc, thế nhưng quan niệm về một chất plenum vô hình nhưng có thực lại rất quan trọng vì nó làm nền tảng cho tính chất sóng của ánh sáng. Như nước dao dộng mà sinh ra sóng nước, không khí dao động mà sinh ra sóng âm thanh, thì khái niệm plenum sẽ làm nền tảng cho một thứ sóng ánh sáng.

Trong thế kỷ thứ 17, người ta phát hiện nhiều hiện tượng của ánh sáng, chúng không thể được giải thích bằng thuyết cho rằng ánh sáng vận động theo “đường thẳng” được, cụ thể là hiện tượng nhiễu xạ. Đó là hiện tượng các tia ánh sáng bị lệch một phần khi xuyên qua các khe hở nhỏ, sinh ra một khu vực không sắc nét xung quanh khe hở đó. Nếu ánh sáng là những hạt đi đường thẳng thì hẳn hình ảnh các khe hở phải hết sức sắc nét. Đây là hiện tượng rất thông thuờng nhưng không mấy ai để ý, nó được một nhà quang học người Ý Grimaldi khám phá và lý giải. Trong một tác phẩm xuất bản hai năm sau khi ông mất, người ta đọc thấy quan niệm của ông về sự lan truyền của ánh sáng trong dạng sóng. Có lẽ ông là người đầu tiên nêu lên khái niệm này.

Khoảng hơn mười năm sau, nhà khoa học Hà Lan Huygens nêu lên giả thuyết về sóng ánh sáng trong một bài thuyết trình tại Paris năm 1678. Năm 1690 ông xuất bản tác phẩm Traité de la lumière, cho thấy ánh sáng là sóng vận động với vận tốc có giới hạn và phản bác thuyết hạt ánh sáng. Tương tự như âm thanh sinh ra do sự dao động của không khí thì Huygens quan niệm ánh sáng là sự dao động của một chất liệu được gọi là ê-te. Như plenum của Descasrtes, ê-te được xem là tràn ngập trong vũ trụ. Vũ trụ phải có ê-te thì ánh sáng mới lan tỏa được cũng như sóng nước cần nước, sóng âm thanh cần không khí. Trên cơ sở lý thuyết sóng của ánh sáng, Huygens lý giải các hiện tượng nhiễu xạ, phản xạ, khúc xạ một cách dễ dàng.

Sau Huygens là nhà khoa học người Anh, Hooke, ông là người đại diện cho thuyết sóng ánh sáng một cách triệt để và trở thành đối thủ khoa học của Newton, người sinh sau Hooke chỉ tám năm. Thế nhưng cả Huygens lẫn Hooke chưa biết đến một hiệu ứng đặc biệt của sóng sánh sáng, mà lịch sử phải đợi khoảng 100 năm sau. Đó là hiệu ứng giao thoa mà người phát hiện ra là Thomas Young.

Thomas Young là một thần đồng, mới hai tuổi đã biết đọc. Lúc còn rất nhỏ ông đã tự học toán và sớm sử dụng phép tính vi phân mà Newton phát hiện ra trước đó không lâu. Young nói và viết hàng chục thứ ngôn ngữ, kể cả các ngôn ngữ cổ của Ai Cập. Về sau ông lại học y khoa; và năm 1801 phát hiện một tính chất quan trọng của võng mạc mắt. Đó là nguyên lý cho rằng, mọi màu sắc đều được xây dựng trên ba màu cơ bản xanh, đỏ, vàng; và võng mạc của mắt tiếp nhận được ba màu cơ bản đó. Thế nhưng, cống hiến quan trọng nhất của ông về quang học là nguyên lý giao thoa của ánh sáng.

Là người thừa nhận thuyết sóng dao động của ánh sáng, ông cũng tin nơi một chất ê-te và cho rằng sóng ê-te cũng phải như sóng nước, khi gặp nhau trong không gian, chúng cũng hòa với nhau để cộng hưởng với nhau mà tăng cường hay triệt tiêu lẫn nhau. Đó là hiện tượng giao thoa của ánh sáng mà ngày nay sinh viên ngành vật lý nào cũng biết đến. Thế nhưng, thời bấy giờ, ý niệm của Young dẫn đến một hệ quả tưởng như vô nghĩa là người ta có thể tạo ra bóng tối bằng cách cho thêm ánh sáng vào ánh sáng. Vì thế thời bấy giờ không ai hiểu và tin được Young. Một năm sau, Young nêu lên ý niệm về các độ dài sóng của ánh sáng để lý giải các màu trong ánh sáng trắng cũng như màu của các nhiễu xạ ánh sáng.

Thời kỳ của Young cũng là giai đoạn nhiều công trình được ra đời của nhiểu nhà vật lý thực nghiệm và toán học chuyên tâm nghiên cứu tính chất nhiễu xạ của ánh sáng như Fresnel và Fraunhofer. Cả hai đều đại diện cho thuyết dao động sóng của ánh sáng và lý giải xuất sắc các hiện tượng khúc xạ, phân cực của ánh sáng và nêu lên những phương pháp đo độ dài sóng một cách chính xác. Với những công trình này, mô hình sóng của ánh sáng được thừa nhận ở các nhà vật lý, nó trở thành đối thủ ngang hàng của mô hình hạt ánh sáng của Newton.

Ta cần kể thêm là, trong thời của Fresnel, nhiều nhà toán học tiếng tăm của Pháp như Poisson, Biot, Laplace đều tin tưởng nơi thuyết hạt ánh sáng của Newton. Fresnel chỉ là một chàng kỹ sư kiều lộ trẻ tuổi đứng trước các vị tiền bối khoa học đó để bảo vệ cho bài toán sóng ánh sáng của mình. Năm 1819, khi thẩm định các phương trình toán học của Fresnel, giáo sư toán xuất sắc Poisson tự mình giải một phương trình của Fresnel mà hệ quả thực nghiệm của nó là phải có một chấm sáng trong bóng tối của một hiện tượng quang học nhất định, điều mà Poisson cho là “vô lý”. Qua đó ông muốn chứng minh lý thuyết của Fresnel là sai. Thế nhưng, Arago, một nguời bạn và cũng là người tin vào thuyết của Fresnel, trong một thí nghiệm, lại cho thấy chấm sáng đó là có thật. Thú vị thay, Poisson tưởng bác bỏ được thuyết của đối thủ với lời giải của một phương trình, không ngờ chính mình lại là người đưa lý thuyết đến với sự thừa nhận của cả cộng đồng.



TRƯỜNG ĐIỆN TỪ, SỰ PHÁT HIỆN VĨ ĐẠI

Tới nay ta có hai mô hình về ánh sáng. Một mô hình là ánh sáng gồm những hạt quang tử chuyển động theo đường thẳng, mô hình kia là sóng dao động của ê-te lan tỏa trong không gian. Thế nhưng chưa ai dám đả động đến tự tính của ánh sáng, thực chất nó là gì. Kể cả Newton cũng không, ông luôn luôn nhấn mạnh mô hình hạt của mình chỉ dùng để “tưởng tượng cho dễ” sự vận động của ánh sáng. Con người đầy trí tuệ đó tự biết mô hình của mình chỉ là “một trong nhiều giả thiết về ánh sáng”.

Khoảng đầu thế kỷ thứ 19, lịch sử khoa học có một phát minh bất ngờ. Nó được một người Anh hết sức khiêm tốn phát hiện ra.

Tại London, cách xa các viện đại học khả kính Oxford và Cambridge, cách xa các nhà học giả đầy uy quyền và thường tranh cãi lẫn nhau, có nhiều khu vực lầm than nghèo khổ. Tại một nơi tối tăm đó, năm 1791, một đứa trẻ ra đời, con của một người thợ rèn. Gia đình người thợ rèn nghèo đến nỗi cậu bé phải đi làm nghề thợ in để kiếm sống. Cậu bé đó tên là Michael Faraday. Cuối cùng Faraday trở thành một trong những nhà vật lý thực nghiệm xuất chúng của nhân loại. Cuộc đời ông kéo dài được 76 năm; và đứa trẻ thất học đó về sau được phong tước, được mời làm hội viên danh dự của vô số các viện khoa học, viện hàn lâm tại châu Âu. Thế nhưng ông đều từ chối các hàm bậc đó. Và khi một đồng nghiệp rất thân yêu cầu ông phải nhận lời mời danh dự, ông trả lời:

“ Không, Tyndall, tôi vẫn là Michael Faraday đơn sơ”.

Faraday “đơn sơ” được xem là người phát hiện ra trường điện từ mà ngày nay mỗi người chúng ta hàng ngày đều sử dụng đến nó.

Trường là gì, điện và điện từ là gì?

Điện là một hiện tượng đã được biết từ rất lâu trong lịch sử loài người. Từ thế kỷ thứ sáu trước công nguyên, người Hy Lạp đã biết, mỗi khi một loại đá amber bị xoa nóng lên thì có thể hút giấy vụn. Thế nhưng mãi đến thế kỷ thứ 16 người ta mới bắt đầu tìm hiểu tính chất “tụ điện” của những loại chất liệu trong thiên nhiên mà đá amber chỉ là một, khám phá thấy chúng có thể “xẹt lửa”. Sau đó, người ta nhìn lên bầu trời và tự hỏi lúc sét đánh tên trời, đó cũng là hiện tượng “xẹt lửa”, phải chăng đó cũng là một dạng của điện. Dần dần người ta đến với một quan niệm về “điện tích”, đơn vị đầu tiên nói lên tính chất và sức mạnh của điện. Một sĩ quan người Pháp, Coulomb cho rằng điện tích có hai lực âm dương, tùy theo đó mà hút hay đẩy lẫn nhau. Đặc biệt, lực đẩy hay hút cũng như lực hút trọng trường của Newton, tăng giảm tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích.

Không bao lâu sau đó người ta bắt đầu tạo được một dòng điện ổn định bằng một dung dịch acid, bình ắc-qui đầu tiên ra đời. Thế nhưng người ta chỉ biết hiện tượng điện, cách tạo ra điện và các thiết bị đo lường đơn giản nhưng không thể giải thích tự tính của nó là gì.

Faraday đến với giới khoa học bằng một tinh thần say mê miệt mài và với một triết lý nhất định. Xuất thân từ một gia đình hết sức sùng đạo, ông tin nơi một sự nhất thể trong thiên nhiên. Ông nói:

“Đã từ lâu, cùng với những người bạn khác trong giới khoa học tự nhiên, tôi đã có một niềm tin chắc chắn là, những dạng khác nhau của lực và vật chất đều có chung một nguồn gốc, hay nói cách khác, chúng nằm trong một mối liên hệ trực tiếp, chúng phụ thuộc lẫn nhau, để chúng có thể được chuyển hóa lẫn nhau và để chúng tác động với những lực có giá trị tương ứng”.

Khi đến với hiện tượng điện, Faraday đã biết đến sự tương tự giữa sóng âm thanh và sóng ánh sáng, ông tự hỏi phải chăng điện cũng là một thứ sóng.

Ngoài ra, Faraday còn có một hình dung cụ thể về hình dạng của sóng vì đã tìm hiểu các dạng rung động của chất rắn, chúng được minh họa bằng một lớp cát được rải trên bề mặt của những đĩa tròn bằng kim loại. Thông qua sự rung động, cát sẽ xếp thành dạng hình và đọng lại tại những nơi không có sự rung. Đó là những dạng hình được biết đến với tên Chaladni, một nhà khoa học người Đức, người được xem là đã khai sinh ngành âm học, khoa học về âm thanh.

Thú vị thay, sự rung động tưởng chừng như hết sức trừu tượng đã được minh họa bằng hình ảnh. Năm 1831, Faraday phát hiện ra một nguyên lý mà ta gọi là nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguyên lý này có hai hiệu ứng riêng biệt, chúng sẽ dẫn đến những hệ quả rất to lớn về khoa học và cả triết học. Trước hết, Faraday cho thấy mỗi dòng điện, khi nó bị thay đổi thì sinh ra một sự cảm ứng với các mạch điện khác. Điều đó có nghĩa là mỗi điện tích sinh ra một điện trường xung quanh nó. Faraday tưởng tượng có một thứ sóng điện lan tỏa trong không gian. Mỗi vật mang điện tích là nguồn của sóng đó; ta có thể nói nó là sự nhiễu loạn nếu ta tưởng tượng điện tích đó cũng như cây gậy đập xuống mặt nước để sinh sóng. Sự cảm ứng chính là phản ứng của các mạch điện đối với sóng điện và phát ra tín hiệu có thể đo lường được. Tương tự như thế, khi ta vỗ tay một tiếng, âm thanh sẽ lan tỏa đến vách tường và dội lại tiếng vang hay khi thắp một cây đèn, ánh sáng cũng tỏa đến các vật xung quanh và dội lại cho ta thấy chúng.

Còn thế nào là từ tính của nam châm? Bản chất của nam châm thì tới ngày nay cũng không ai hiểu thấu đáo, nhưng tác dụng của nó thì người ta biết từ xưa. Nam châm luôn luôn có hai cực, cực bắc và cực nam, xung quanh nó là một từ trường. Từ trường này được minh họa bởi vụn sắt rải xung quanh một thỏi nam châm. Faraday thấy từ trường dường như là hình ảnh một sự rung động của Chaladni, ông thấy nơi đó phải là một sóng từ.

Trước Faraday khoảng 20 năm có một nhà vật lý người Đan Mạch tên là Oerstedt. Oerstedt theo học tại Jena (Đức) và nghiên cứu mối liên hệ giữa điện trường và từ trường, hai lĩnh vực xem ra hoàn toàn không liên quan gì với nhau. Oerstedt phát hiện ra một điều hết sức quan trọng là xung quanh một ống dây có điện chạy qua thì phát sinh ra một từ trường, nó có thể làm vụn sắt “nhúc nhích”. Đó là phát minh đầu tiên về mối liên hệ điện-từ. Sức mạnh của từ trường phụ thuộc trực tiếp vào sức mạnh của điện trường. Faraday suy nghĩ về tính chất này và tự hỏi, phải chăng nếu điện trường sinh ra được từ trường thì ngược lại, từ trường cũng phải sinh ra được điện trường. Ông cho một thỏi nam châm nằm trong một ống dây điện và đo thử xem có điện chạy ra chăng. Thế nhưng, ông hoàn toàn thất vọng vì không có gì xảy ra cả!

Tình cờ, khi rút thỏi nam châm ra khỏi cuốn dây điện, Faraday bỗng nhiên thấy kim của thiết bị đo lường nhúc nhích, tức là có điện sinh ra. Thế là Faraday phát hiện mối liên hệ điện từ quan trọng nhất, đó là có thể tạo ra điện trường bằng cách thay đổi một từ trường. Đó là buổi bình minh của nền vật lý điện từ trường và của cả nền văn minh ngày nay. Không thể dùng ngôn ngữ để nói hết tầm quan trọng của phát minh này. Đó là nguyên tắc phát điện bằng cách quay một thỏi nam châm. Nó giải thích tại sao chiếc đèn xe đạp phát sáng chỉ nhờ quay chiếc dyname. Ngày nay mỗi nhà máy phát điện đều vận hành chỉ với một nguyên tắc duy nhất này.

Với sóng điện từ, loài người đi vào một kỷ nguyên mới. Ngày nay mỗi hệ thống thông tin và đo lường hiện đại đều làm việc với sóng điện từ. Einstein xem vai trò của Faraday trong nền vật lý mới cũng như vài trò của Galileo với cơ học.

Thế nhưng trên tất cả mọi thứ, tầm quan trọng của những phát minh của Faraday nằm ở chỗ, nó nêu lên một quan niệm hoàn toàn mới về thực tại, một quan niệm triết học.

Nhờ Faraday lần đầu tiên ta có khái niệm trường. Đây là một ý niệm mới của vật lý xuất hiện trong thế kỷ thứ 18. Trước đó mô hình bao quát của vũ trụ là một không gian trống rỗng, cố định, trong đó vật chất là những hạt, được qui thành điểm, vận động dưới tác động của lực trọng trường. Đó là một thứ lực mà tính chất của nó là tác động từ xa, tức thì và nguồn gốc đích thực của nó không ai giải thích được. Ngoài ra đặc điểm của lực này là do hai vật thể mang khối lượng tác động lên nhau mà thành, nếu vắng mặt một vật thì không thể hình thành lực đó.

Với khái niệm trường, Faraday lý giải nghi vấn, thế nào là “tác động từ xa” của lực. Ông xem có một trường lực nhất định trong không gian và cho mỗi điểm trong đó một trị số và phương của lực, có thể gọi nó là “khả năng cảm ứng”. Điện trường hay từ trường tạo xung quanh mình một khu vực với những lực tuyến có phương nhất định, mà nếu một vật bị lọt vào trong đó nó sẽ nhận một lực tác động. Hãy nhớ đến các vụn sắt xung quanh một thỏi nam châm để minh họa cho ý niệm này.

Với khái niệm trường, Faraday từ bỏ lực tác dụng theo cách của Newton hay Coulomb, từ bỏ quan niệm có vật thể mới có lực, từ bỏ khái niệm một không gian trống rỗng bất động. Faraday quan niệm khi một vật hoặc mang điện tích, hoặc có từ tính, nó sẽ sinh ra những trường, chúng làm không gian quanh mình bị “nhiễu”. Thế nên lực không còn là thuộc tính của hai vật thể nữa mà là một đơn vị tồn tại độc lập.

Với khái niệm trường tinh tế hơn hẳn các hạt vật chất vận động trong không gian trống rỗng, nền vật lý khám phá ra một thực tại mới, xem ra cơ bản hơn. Về sau ta sẽ thấy khái niệm trường sẽ dẫn đến tư tưởng tương đối trong vật lý, lý giải một cách xuất sắc thắc mắc của Newton do đâu mà có lực hút giữa các thiên thể.

Thậm chí nhiều nhà khoa học sẽ xem trường chính là đơn vị cơ bản của hạt vật chất. không phải hạt vật chất sinh ra trường mà hạt vật chất chỉ là một nơi bất thường, đặc biệt của trường mà người ta gọi là “điểm kỳ dị”. Khái niệm trường cũng hết sức phù hợp để nghiên cứu các nguồn năng lượng khác, kể cả năng lượng “tâm linh” như tác động tâm lý của con người với môi trường xung quanh, giữa người với người, giữa người với động vật, thực vật và môi trường vô sinh.

Thế là con trai của một người thợ rèn nghèo khổ đã khởi động một cuộc cách mạng trong ngành vật lý, một ngành khoa học tưởng chừng như chỉ dành cho những nhà thông thái qúi phái và khả kính của các trung tâm nghiên cứu châu Âu.



ÁNH SÁNG LÀ SÓNG ĐIỆN TỪ

Thành tựu chính của Faraday là thiết lập mối quan hệ giữa điện trường và từ trường, thống nhất chúng thành một trường điện từ, nêu lên khái niệm trường như một đại lượng cơ bản của vật lý. Chỉ thành tựu đó thôi ông cũng đã xứng đáng được ghi tên vào chỗ đứng danh dự trong lịch sử khoa học. Còn giữa trường điện từ và ánh sáng, người ta thấy chúng là hai lĩnh vực hoàn toàn khác nhau. Lại chính Faraday là người phát hiện ra mối quan hệ tưởng chứng như bất khả đó.

Năm 1845 Faraday phát hiện một hiệu ứng quan trọng. Ông thấy có thể thay đổi một số hiện tượng tương tự như sự phân cực ánh sáng khi sử dụng một từ trường. Hiệu ứng của hiện tượng này được gọi là “Faraday-folation”.

Faraday lóe lên một ý nghĩ, phải chăng có mối liên hệ trực tiếp giữa một bên là ánh sáng, bên kia là hiện tượng điện từ; phải chăng chúng xuất phát chỉ từ một gốc, như con người ngoan đạo Faraday hay tin tưởng. Thế nhưng đó là một ý nghĩ quá táo bạo, vì từ xưa đến nay, hai hiện tượng ánh sáng và điện từ không hề liện quan với nhau cả.

Song song, khoảng năm 1846, một nhà khoa học Đức tên là Weber, khi nghiên cứu các hạt mang điện tích, thấy rằng có một vận tốc có trị số rất lớn luôn luôn xuất hiện trong các mối tương tác. Trị số đó chính là vận tốc ánh sáng với 300.000km/giây.

Theo thời gian, những công trình thực nghiệm về điện trường, từ trường, về sự cảm ứng điện từ cũng như những cơ sở đầu tiên về mối liên hệ giữa ánh sáng và trường điện từ dần dần được thực hiện. Thế nhưng, lịch sử phải đợi hai mươi năm nữa mới có một nhà toán học phát biểu tất cả những thành tựu đó bằng ngôn ngữ toán học. Đó là Maxwell, người Anh, ông đã đi vào lịch sử khoa học với bốn phương trình kỳ lạ.

Chàng sinh viên toán Maxwell vốn là con nhà dòng dõi, khác hẳn với Faraday. Khi đọc các công trình nghiên cứu của Faraday, Maxwell thấy dường như nhà khoa học này suy nghĩ như mình, có điều những suy nghĩ này được nêu lên bằng hình ảnh chứ không bằng ngôn ngữ của toán học. Faraday là người kém toán, con trai của người thợ rèn đâu có bao giờ được đi học đại học chính qui. Thế nhưng chính nhờ tư tưởng của mình mà Faraday nghiễm nhiên trở thành nhà toán học, như Maxwell viết về ông:

“Với sự triển khai và chuyển hóa ý niệm lực tuyến nhằm đưa các hiện tượng cảm ứng điện từ ăn khớp với nhau, ông (Faraday) đã cho thấy mình là nhà toán học tầm cỡ”.

Sau đó Maxwell quyết phát biểu bằng toán học các ý niệm của Faraday. Năm 1864, ông công bố bài báo cáo A Dynamic Theory of the Electromagnetic Field (Một lý thuyết động về trường điện từ), trong đó mọi hiện tượng của điện và từ đều được trình bày sắc sảo chưa từng thấy. Trong thuyết điện từ, tổng cộng ta có bốn kết luận lớn:

- tính chất của điện trường,
- tính chất của từ trường,
- sự thay đổi của từ trường sinh ra điện trường,
- sự thay đổi của điện trường sinh ra từ trường.

Bốn bài toán đó được viết gọn bằng bốn phương trình vi phân giản đơn tới mức độ kỳ dị. Trong lịch sử khoa học, vô số người đã ngẩn ngơ ngắm nhìn bốn phương trình với nhiều câu hỏi lạ lùng. Tại sao thiên nhiên lại cô đọng như thế, lại “thiện mỹ” như thế? Tại sao thiên nhiên lại tuân thủ toán học của con người, hay toán học không phải của con người bày ra, hay Thượng đế là nhà toán học thật. Bolezman, nhà vật lý người Áo nổi tiếng, đã phải thốt lên:

“Phải chăng Thượng đế là người viết những dòng này”.

Chỉ với bốn phương trình đó, tư tưởng của Faraday mới biểu lộ rõ sức mạnh và vẻ đẹp của nó. Nhờ Maxwell, khoa học đã thống nhất trường điện từ trong một khái niệm chung và trình bày một thực tại mới bằng ngôn ngữ của thực nghiệm và toán học. Đó là lý thuyết trường - đơn vị vật lý của tự nhiên. Theo quan niệm này, tự nhiên gồm đầy những lực tuyến đan chéo ngang dọc với nhau, chúng là một tấm lưới đầy năng lực. Mạng lưới lực tuyến đó không phải tĩnh tại mà chúng vận hành liên tục, sự vận hành đó sinh ra những sóng điện từ di chuyển trong không gian với vận tốc của ánh sáng. Sự tổng hợp ly kỳ giữa phần thực nghiệm của Faraday và phần lý thuyết của Maxwell, giữa điện trường và từ trường để sinh ra điện từ trường là kết quả quan trọng nhất của nền vật lý vào giữa thế kỷ thứ 19. Thế nhưng, chưa hết, Maxwell còn cho thêm một tư tưởng lạ nữa. Ông phát hiện một phương trình của trường điện từ rất giống với một phương trình của sóng âm thanh do Eucer nêu lên. Đồng thời từ phương trình của mình, Maxwell có thể suy ra trên mặt lý thuyết vận tốc của ánh sáng và trị số đó lại rất trùng hợp với trị số thực nghiệm. Vì thế Maxwell ngờ rằng, ánh sáng chỉ là một dạng của sóng điện từ. Ông viết một cách thận trọng:

“Sự trùng hợp của kết quả đo lường (của vận tốc ánh sáng) dường như cho thấy, rằng ánh sáng và từ tính đều là thuộc tính của một chất liệu duy nhất và ánh sáng là một sự nhiễu loạn điện từ, nó lan truyền trong trường theo qui luật của điện từ”.

Lại một lần nữa, Maxwell dùng toán học để chứng minh cho tuệ giác của Faraday, ở đây là mối liên hệ giữa ánh sáng và điện từ. Với Maxwell, khoa học đã vượt lên nền vật lý cơ giới của Newton và tìm đến một thực tại vật lý mới. Einstein viết:

“Trong mọi trường hợp, ta được phép tin rằng, trên con đường đầy thành quả do Faraday và Maxwell vạch ra, ta dần dần tìm được một cơ sở mới mẻ và chắc chắn cho toàn bộ ngành vật lý”.

Với Maxwell nền vật lý có một sự hợp nhất bất ngờ: ánh sáng chính là một dạng của sóng điện từ. Những hiện tượng tưởng chừng như không liên quan gì đến nhau nay được chứng tỏ chúng có chung một nguồn gốc, đó là điều mà con người sùng tín của Faraday đã trực giác cảm nhận.

Khoảng 20 năm sau khi bốn phương trình của Maxwell ra đời, nhiều nhà vật lý đã vận dụng ngôn ngữ toán học đó để lý giải mọi hiện tượng của ánh sáng như màu sắc, sự nhiễu xạ, khúc xạ, phản chiếu, phân cực… Trong thời kỳ đó vô số kết quả của hai phía thực nghiệm và lý thuyết được công bố, chúng dựa vào nhau, làm nền tảng cho nhau, minh chứng lẫn nhau. Đáng nhắc nhở nhất là nhà vật lý vắn số, người Đức, Hertz, ông đã minh chứng bằng thực nghiệm sự hiện diện của sóng điện từ năm 1886. Tên của ông, Hertz, đã trở thành đơn vị đo tần số của sóng điện từ (viết tắt là Hz).

Ngày nay người ta biết rõ ràng rằng trường điện từ là một đại lượng với đầy năng lượng; và sự vận động của nó sinh ra sóng với nhiều tần số khác nhau. Trong một loạt tần số nhất định thì nó kích thích thị giác để sinh ra cái thấy, trong đó mỗi tần số lại sinh ra một màu khác nhau. Một trong những tần số khác của sóng điện từ có tia hồng ngoại, nó mang nhiệt. Các sóng có tần số thấp hơn hồng ngoại là các loại sóng vi ba và sóng radio. Ngược lại tần số cao hơn ánh sáng gồm có tia cực tím và các tia bức xạ khác như quang tuyến X, tia gamma.

Ngày nay con người sử dụng sóng điện từ khắp nơi, từ trong bếp với chiếc máy phát sóng vi ba để nấu thức ăn cho đến các loại thiết bị truyền thanh truyền hình. Các tia cực tím thường được sử dụng trong các phản ứng hoá học, các tia bức xạ được áp dụng nhiều nhất trong các thiết bị y khoa. Các loại bức xạ nói trên đều là đối tượng của các công trình nghiên cứu và áp dụng kỹ thuật rất công phu. Đặc biệt tia gamma và các bức xạ khác sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu nguyên tử và nhân nguyên tử trong thế kỷ thứ 20.

Với trường điện từ con người đi vào một chốn ẩn mật, trong đó dường như ta có thể tìm kiếm nguồn gốc của rất nhiều hiện tượng tự nhiên. Phải chăng tất cả mọi hiện tượng thiên nhiên đều là sóng điện từ, là dạng rung động của một chất liệu được mệnh danh là ê-te?

Thế kỷ thứ 19 còn hé mở rất nhiều bất ngờ và ngày nay vẫn chưa ai hiểu tự tính đích thực của điện từ là gì.

(còn tiếp)

[khieman]

(tiếp theo)

Mời đọc tại link:


https://thuvienhoasen.org/images/file/Glhgep1G0QgQAH8H/luoi-troi-ai-det-nguyen-tuong-bach.pdf
(https://thuvienhoasen.org/images/file/Glhgep1G0QgQAH8H/luoi-troi-ai-det-nguyen-tuong-bach.pdf)


.