LƯỚI TRỜI AI DỆT?
Tiểu Luận Về Khoa Học Và Triết Học
Nguyễn Tường Bách
Nhà Xuất Bản Trẻ TP. HCM 2004

Phần thứ hai
BUỔI BÌNH MINH CỦA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TRÁI  ĐẤT KHÔNG PHẢI LÀ TRUNG TÂM VŨ TRỤ
SỰ RA ĐỜI CỦA KHOA HỌC THỰC NGHIỆM
THƯỢNG ĐẾ LÀ NHÀ TOÁN HỌC?
NỀN VẬT LÝ CƠ GIỚI
NHỮNG ĐIỀU KHÓ HIỂU
THẾ GIỚI VÀ TÔI

TRÁI ĐẤT KHÔNG PHẢI LÀTRUNG TÂM VŨ TRỤ

Chúng ta đã biết trái đất không hềt 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 há 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 cũa dòng tu Faciscan, 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 vận 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 đọc 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 thnág 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 mãng 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 bê 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 cực 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 hực 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 vói 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 phảihọc về hệ thống thiên văn cảu Ptolemy với trái đất  bất động nằm tại trung tâm cảu vũ trụ vì quan đểm 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 cho các yếu tố đó tại 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 páht từ nhữgn giả định siêu hình, từ những định đề do đầu óc con gười 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 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 đốc 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 mối trong khoa học. Phương thức của ông là trước hết cũng đưa ra giả định tạm hời có tính cấht 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 cũa 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 có 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 sứ 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 gaỉn 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 hề 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 nằng Kepler đó lại chính là người đã trình bày chính xác nhất sự vận hành của con mắt về mặt toán học.

Khác với Galieo, 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 thoe cách của Plato thì ta nói: linh hồn con người là một phần của linh hồn vũ trụ. Bản thân tư duy con người, khi nhận thức một thực tại trường cửu chính là tư duy thiêng liêng đang nhận thức thực tại. Linh hồn vũ trị 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.

NỀN VẬT LÝ CƠ GIỚI

Sau ngày Galileo mất đúng một năm, một đưa 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 ngay 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 ngay này  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 cườn 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 mộc 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 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 thức vận hành, dù thuộc phạm vi sublunar hay của các thiên thể thì nhà triết học thuộc thế kỷ thứ nam 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 truờng, khối lượng, qui luật quán tính là những khái niệm của Newton đề ta, 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, tứ 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 cỏ một lực ly tâm, lực này dung hòa với sức hút 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 thê 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 và 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 đều 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 đều 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 ta 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 củ 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 torng 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 trongmọi 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. Tếh 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 là 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 củ 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 có 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 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 co 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.

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 rò 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 kohỉ ảnh hưởng của thần học, thoát kỏi 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 củ 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 là 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 tiết 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 bó 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 có rất linh mẫn. Tu viện cho càng 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 cã 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 rái 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 lễn 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 là theo cách nói của Descartes, là vô cùng phong phú mà con người không thể kể hết.

WP: Hoàng Ngọc Anh

TVHS