Đóng góp ý kiến và báo lỗi phiên bản mới tại đây

public6 năm trước

Thuyết Vạn Vật: Những Ý Tưởng Về Vũ Trụ

Vào năm 340 TCN, Aristotle trong cuốn sách của ông "Trên thiên đường" (On the Heavens) đã đưa ra được hai luận cứ về việc ông tin rằng Trái Đất giống một quả bóng tròn hơn là một cái đĩa phẳng. Đầu tiên, ông nhận ra rằng, phần che khuất của mặt trăng là do Trái Đất đi dần đến giữa mặt trời và mặt trăng. Bóng của Trái Đất trên mặt trăng luôn luôn tròn, điều này chỉ đúng khi Trái Đất có hình cầu. Nếu Trái Đất là một cái đĩa phẳng, thì bóng của nó phải kéo dài và có hình elip, trừ khi phần bị che khuất luôn luôn xảy ra ở thời điểm mặt trời chiếu thẳng vào trung tâm chiếc đĩa.



Thứ hai, người Hy Lạp cổ đã biết được từ những chuyến đi của họ rằng sao Bắc Đẩu xuất hiện thấp hơn trên bầu trời khi được nhìn từ phía nam so với khi được nhìn từ những vùng phía bắc. Từ sự khác nhau giữa vị trí xuất hiện của sao Bắc Đẩu tại Hy Lạp và Ai Cập, Aristotle đã đưa ra một giả định rằng khoảng cách xung quanh Trái Đất là 4 trăm nghìn stadia. Không biết chính xác độ dài của một stadia là bao nhiêu, nhưng có thể vào khoảng 100 yards. Điều này khiến cho giả định của Aristotle gấp đôi con số được chấp nhận hiện nay.

Người Hy Lạp cổ thậm chí còn đưa ra một luận cứ thứ ba rằng Trái Đất hình cầu, cho lý do tại sao người ta lại thấy cánh buồm của một con thuyền trước tiên khi nó đi qua đường chân trời và sau đó mới thấy thân tàu. Aristotle nghĩ rằng Trái Đất đứng im và mặt trời, mặt trăng, các hành tinh và các ngôi sao chuyển động theo quỹ đạo tròn xung quanh Trái Đất. Ông tin vào điều này bởi vì ông cảm thấy, theo những lý do huyền bí nào đó, rằng Trái Đất là trung tâm của vũ trụ và chuyển động tròn là chuyển động hoàn hảo nhất.

Ý tưởng này được phát triển bởi Ptolemy vào thế kỷ đầu tiên sau công nguyên thành một mô hình vũ trụ học hoàn chỉnh. Trái Đất là trung tâm của vũ trụ, bao quanh bởi 8 khối cầu bao gồm mặt trăng, mặt trời, các ngôi sao và 5 hành tinh được biết đến vào thời điểm đó: sao Thủy, sao Kim, sao Hỏa, sao Mộc, sao Thổ. Các hành tinh này tự chúng chuyển động theo những vòng tròn nhỏ gắn với những khối cầu tương ứng giải thích cho đường đi phức tạp được quan sát của chúng trên bầu trời. Ngoài cùng quả cầu mang theo cái gọi là những ngôi sao cố định mà luôn luôn ở cùng một vị trí tương đối với mỗi cái khác nhưng chúng cùng xoay trên bầu trời. Những gì xa hơn cả quả cầu cuối cùng thì không bao giờ thấy rõ, nhưng chắc chắn rằng nó không phải là phần vũ trụ quan sát được của con người.

Mô hình của Ptolemy cung cấp một hệ thống chính xác đáng tin cậy cho việc tiên đoán vị trí của những thiên thể trên bầu trời. Nhưng để tiên đoán những vị trí này một cách chính xác, Ptolemy phải làm một giả định rằng mặt trăng đi theo đường mà có lúc mang nó gần Trái Đất hơn tới 2 lần ở những thời điểm khác nhau. Và điều đó có nghĩa là mặt trăng có lúc xuất hiện to gấp 2 lần bình thường. Ptolemy nhận thức được lỗ hổng này tuy nhiên mô hình của ông vẫn được chấp nhận dù nó chưa mang tính phổ quát. Nó phù hợp với Kinh Thánh và được chấp nhận bởi nhà thờ Thiên Chúa như là bức tranh của vũ trụ. Nó có lợi thế lớn là để lại nhiều không gian bên ngoài của những ngôi sao cố định cho thiên đường và địa ngục.

Tuy nhiên, một mô hình đơn giản hơn, được công bố bởi một linh mục người Hà Lan vào năm 1514, Nicholas Copernicus. Đầu tiên, vì sợ bị buộc tội dị giáo, Copernicus đã công bố mô hình của ông một cách bí mật không công khai danh tính. Ý tưởng của ông là mặt trời đứng cố định ở trung tâm còn Trái Đất và các hành tinh khác thì chuyển động theo quỹ đạo tròn quanh mặt trời. Đáng buồn cho Copernicus, gần một thế kỷ trôi qua trước khi ý tưởng của ông được đưa ra một cách nghiêm túc. Sau đó 2 nhà thiên văn học - Johannes Kepler (Đức) và Galileo Galilei (Italy) - đã bắt đầu công khai ủng hộ lý thuyết của Copernicus, mặc dù thực tế rằng các quỹ đạo mà ông tiên đoán hoàn toàn khong trùng khớp với những gì họ quan sát được. Cái chết của lý thuyết Aristotelian-Ptolemaic xảy ra vào năm 1609. Vào năm đó Galileo đã bắt đầu quan sát bầu trời đêm với một chiếc kính thiên văn, thiết bị chỉ vừa mới được phát minh.

Khi ông quan sát sao Mộc, Galileo thấy rằng nó đi kèm với một vài vệ tinh nhỏ, hoặc là các mặt trăng quay quanh nó. Điều này cho thấy rằng không phải cái gì cũng trực tiếp quay quanh Trái Đất như Aristotle và Ptolemy đã nghĩ. Dĩ nhiên, vẫn có thể tin rằng Trái Đất  đứng im ở trung tâm của vũ trụ, nhưng những vệ tinh của sao Mộc chuyển động theo những đường hết sức phức tạp quanh Trái Đất, chứng tỏ rằng chúng có quỹ đạo quanh sao Mộc. Tuy nhiên, lý thuyết của Copernicus vẫn đơn giản hơn nhiều.

Ở cùng thời điểm, Kepler đã sửa đổi lý thuyết của Copernicus, cho rằng các hành tinh không chuyển động theo quỹ đạo tròn mà theo hình elip. Ngày nay những tiên đoán này trùng khớp với các quan sát. Theo như Kepler đã quan tâm, quỹ đạo elip chỉ đơn thuần là một giả thuyết - và khá mâu thuẫn bởi vì đường elip rõ ràng là kém hoàn hảo hơn đường tròn. Được khám phá hầu hết một cách ngẫu nhiên, rằng quỹ đạo elip trùng khớp với những quan sát, ông vẫn không thể chứng minh được ý tưởng của mình rằng các hình tinh được tạo nên để quay quanh mặt trời bởi từ trường.

Một sự giải thích khác được đưa ra nhiều năm sau đó, vào năm 1687, khi Newton công bố tác phẩm "Principis Mathematica Naturalis Causae" (Các nguyên lý toán học của triết học tự nhiên). Đây có lẽ là công trình đơn lẻ quan trọng nhất từng được công bố trong ngành khoa học vật lý. Trong đó, Newton không chỉ đưa ra lý thuyết về việc các vật thể chuyển động trong thời gian và không gian như thế nào, mà còn phát triển toán học cần thiết cho việc phân tích những chuyển động đó. Ngoài ra, Newton còn đưa ra định đề về luật vạn vật hấp dẫn. Luật này nói rằng mỗi vật thể trong vũ trụ đều bị hấp dẫn về phía vật thể khác bởi một lực mạnh hơn, vật thể càng lớn và càng gần nhau hơn. Đó là cùng một lực dẫn tới việc các vật thể đều rơi xuống mặt đất. Câu chuyện Newton bị quả táo rơi trúng đầu hầu như là ngụy tạo. Tất cả những gì Newton từng nói là ý tưởng về trọng lực đến với ông khi ông ngồi trong tư thế chiêm nghiệm, và khiến cho quả táo rơi xuống.

Newton tiếp tục cho thấy rằng, theo như quy luật ông tìm ra, trọng lực dẫn đến việc mặt trăng di chuyển theo quỹ đạo hình elip xung quanh Trái Đất và Trái Đất cũng như các hành tinh khác đi theo đường elip xung quanh mặt trời. Mô hình Copernicus đã bác bỏ quả cầu thiên thể của Ptolemy, và với họ ý tưởng rằng vũ trụ có một ranh giới tự nhiên. Những ngôi sao cố định không xuất hiện để thay đổi vị trí tương đối như Trái Đất quay quanh mặt trời. Do đó nó trở nên tự nhiên để đưa ra giả thiết rằng các ngôi sao cố định đó là những vật thể giống như mặt trời của chúng ta nhưng xa hơn. Điều này làm giấy lên một vấn đề. Newton nhận ra rằng, theo như lý thuyết về lực hấp dẫn, thì các ngôi sao lẽ ra phải hấp dẫn lẫn nhau; bởi vậy dường như chúng không thể giữ nguyên trạng thái bất động. Liệu chúng có thể rơi vào nhau tại một điểm nào đó không?

Trong một bức thư năm 1691 gửi tới Richard Bently, một nhà tư tưởng hàng đầu khác cùng thời, Newton đã đưa ra luận cứ rằng điều này chỉ thực sự xảy ra nếu số lượng ngôi sao trong vũ trụ là có hạn. Nhưng mặt khác, ông kết luận rằng nếu có vô số các ngôi sao phân tán ít nhiều có sự thống nhất trong không gian vô tận., điều này sẽ không xảy ra bởi vì sẽ không có bất kỳ điểm trung tâm nào cho chúng rơi xuống. Lập luận này là minh chứng cho những cạm bẫy mà con người có thể gặp phải khi nói về sự vô tận.

Trong một vũ trụ vô tận, tất cả các điểm đều có thể được xem như là trung tâm vì chúng có vô số các ngôi sao ở các phía. Cách tiếp cận chính xác, chỉ được thừa nhận rất lâu sau đó, đó là xem xét trường hợp hữu hạn mà trong đó các ngôi sao đều hút nhau. Và người ta thắc mắc mọi thứ sẽ thay đổi như thế nào nếu có thêm những ngôi sao phân tán một cách thống nhất ở ngoài khu vực này. Theo như định luật của Newton, các ngôi sao được thêm vào sẽ không tạo ra sự khác biệt nào đến những ngôi sao cũ, và bởi vậy các ngôi sao vẫn sẽ rơi xuống nhanh như thường. Chúng ta có thể thêm bao nhiêu ngôi sao tùy thích, thì nó vẫn luôn tự rơi xuống chính nó. Ngày nay chúng ta đã biết rằng có thể có một mô hình tĩnh vô hạn của vũ trụ nơi mà luôn tồn tại lực hấp dẫn.

Trong một phản chiếu thú vị về xu hướng chung của tư tưởng trước thế kỷ 20 rằng không ai biết được vũ trụ đang mở rộng ra hay thu hẹp lại. Nhìn chung người ta chỉ tin rằng vũ trụ tồn tại mãi mãi trong một trạng thái không đổi hoặc là nó được tạo ra ở một thời điểm hữu hạn trong quá khứ, ít nhiều như chúng ta quan sát được ngày hôm nay. Một phần, điều này cũng có thể là do xu hướng của con người muốn tin vào những sự thật vĩnh cửu cũng như sự thoải mái mà họ tìm thấy trong tư tưởng mà thậm chí họ có thể già rồi chết đi, nhưng vũ trụ thì vẫn không thay đổi.

Ngay cả những người công nhận định luật vạn vật hấp dẫn của Newton cho thấy rằng vũ trụ có thể không đứng im cũng không nghĩ rằng nó còn có thể mở rộng. Thay vào đó, họ cố gắng thay đổi định luật đó bằng cách khiến cho lực hấp dẫn đẩy ra ở những khoảng cách rất xa. Điều này không ảnh hưởng nhiều đến những tiên đoán của họ về sự chuyển động của các hành tinh. Nhưng nó sẽ cho phép một sự phân tán vô hạn của các ngôi sao nhằm duy trì sự cân bằng, cùng với các lực hấp dẫn giữa các ngôi sao gần nhau được cân bằng bởi lực đẩy từ những ngôi sao ở xa hơn.

Tuy nhiên, ngày nay chúng ta tin rằng sự cân bằng đó là điều không chắc chắn. Nếu các ngôi sao ở một số nơi tiến gần lại một chút so với ngôi sao khác, lực hấp dẫn giữa chúng sẽ mạnh hơn và sẽ chiếm ưu thế hơn so với lực đẩy. Điều này có nghĩa là những ngôi sao sẽ tiếp tục tiến gần về phía nhau. Hay nói cách khác, nếu ngôi sao ở xa hơn, lực đẩy cũng sẽ chiếm ưu thế hơn và khiến chúng ra xa hơn nữa.

Một phản đối khác với việc vũ trụ đứng im vĩnh cửu được cho là của triết gia người Đức Heinrich Olbers. Thực tế, những người cùng thời với Newton đều nhận ra vấn đề này, và bài viết của Olbers năm 1823 không phải lần đầu tiên đưa ra những luận cứ hợp lý cho vấn đề này. Tuy nhiên đó là bài viết đầu tiên được công nhận rộng rãi. Một khó khăn nữa là trong vũ trụ đứng im vĩnh cửu thì hầu như mỗi đường mỗi cạnh đều đều kết thúc trên bề mặt của một ngôi sao. Bởi vậy mà chúng ta nghĩ rằng bầu trời lúc nào cũng sáng, ngay cả vào ban đêm. Lập luận ngược của Olbers chỉ ra rằng ánh sáng từ những ngôi sao ở xa sẽ bị mờ đi bởi vật chất can thiệp. Tuy nhiên, nếu điều đó xảy ra, thứ vật chất can thiệp đó cuối cùng sẽ nóng lên cho đến khi nó phát sáng như những ngôi sao.

Cách duy nhất để tránh khỏi kết luận rằng toàn bộ bầu trời đêm lẽ ra phải sáng như bề mặt của mặt trời đó là nếu những ngôi sao không sáng mãi mà chỉ sáng ở một khoảng thời gian nhất định trong quá khứ. Trong trường hợp đó, vật hấp thụ có thể chưa nóng lên, hoặc ánh sáng từ những ngôi sao xa chưa tiến được tới chúng ta. Và điều đó mang đến cho chúng ta câu hỏi rằng đâu là nguyên nhân khiến cho các ngôi sao phát sáng ngay từ đầu.

Khởi thủy của vũ trụ

Khởi thủy của vũ trụ, tất nhiên, đã được tranh cãi trong một thời gian dài. Theo như những quan niệm vũ trụ học đầu tiên trong truyền thống người Do Thái, Cơ Đốc, Hồi Giáo, vũ trụ bắt đầu ở một thời điểm xác định và không quá xa trong quá khứ. Một luận cứ cho sự khởi đầu này đó là cảm giác cần thiết phải có một nguyên nhân đầu điên để giải thích cho sự tồn tại của vũ trụ.

Một luận cứ khác được đưa ra bởi thánh Augustine trong cuốn sách của ông, "Thành phố của Chúa" (The City of God). Ông chỉ ra rằng sự văn minh đang phát triển, và chúng ta nhớ được ai là người thực hiện hay phát triển đó. Do vậy con người, và có lẽ là cả vũ trụ, không thể tồn tại lâu như thế. Nếu không thì chúng ta đã có thể phát triển hơn những gì chúng ta có.

Theo như Sách Sáng Thế, thánh Augustine đã chấp nhận một ngày vào năm 5000 trước Công Nguyên là ngày bắt đầu của vũ trụ. Thú vị là nó không quá xa so với thời điểm kết thúc Kỷ Băng Hà cuối cùng, khoảng 10000 năm trước Công Nguyên, khi mà nên văn minh mới thực sự bắt đầu. Mặt khác, Aristotle và phần lớn các nhà triết học Hy Lạp cổ, không thích ý tưởng về sự hình thành vũ trụ hầu hết được tạo nên bởi Chúa Trời. Do đó họ tin rằng loài người và thế giới tồn tại xung quanh họ sẽ tồn tại, mãi mãi. Họ đã xem xét luận cứ về sự phát triển, đã được mô tả trước đó, và trả lời bằng cách có những trận lũ lụt định kỳ hoặc những thảm họa nào đó liên tục đưa loài người về điểm khởi đầu của văn minh.

Khi hầu hết mọi người đều tin rằng vũ trụ về cơ bản là tĩnh và không thay đổi, thì nghi vấn về việc nó có bắt đầu hay không mới thực sự là vấn đề của thần học hay siêu hình học. Chúng ta có thể giải thích cho những gì quan sát được bằng cả hai cách. Vũ trụ tồn tại vĩnh cửu, và nó cũng được đặt trong một chuyển động ở một thời gian nhất định theo một cách như thể là nó tồn tại mãi mãi. Nhưng vào năm 1929, Edwin Hubble đã tiến hành một cuộc quan sát dưới mặt đất cho thấy rằng dù bạn nhìn ở bất cứ đâu, các ngôi sao xa vẫn luôn di chuyển nhanh chóng ra xa khỏi chúng ta. Hay nói cách khác, vũ trụ đang mở rộng dần. Điều này có nghĩa là lúc ban đầu các vật thể sẽ không gần nhau hơn. Thực tế, dường như có một thời điểm khoảng mười hoặc hai mươi nghìn triệu năm trước đây khi mà chúng ở chính xác một chỗ.

Phát kiến này cuối cùng cũng đã đưa ra câu hỏi về nguồn gốc của vũ trụ vào lĩnh vực khoa học. Những quan sát của Hubble cho thấy có một thời điểm được gọi là vụ nổ lớn (big bang) khi vũ trụ còn vô cùng nhỏ bé và dày đặc. Nếu có những sự kiện nào khác xảy ra sớm hơn thời điểm này, thì chúng cũng không ảnh hưởng gì đến những gì xảy ra ở thời điểm hiện tại. Sự tồn tại của chúng có thể bỏ qua bởi vì sẽ không có kết quả quan sát nào cả.

Chúng ta có thể nói rằng thời gian có sự khởi đầu từ vụ nổ lớn, theo nghĩa đơn giản là thời gian trước đó không thể xác định được. Cũng nên nhấn mạnh rằng sự khởi đầu về thời gian này rất khác so với những gì được xem xét trước đây. Không có một sự cần thiết vật chất nào cho sự khởi đầu. Chúng ta có thể tưởng tượng rằng Chúa đã tạo ra vũ trụ ở bất kỳ thời điểm nào trong quá khứ. Mặt khác, nếu vũ trụ mở rộng ra, có thể có lý do để giải thích cho việc tại sao vũ trụ phải có sự bắt đầu. Chúng ta vẫn có thể tin rằng Chúa tạo ra vũ trụ ngay từ vụ nổ lớn. Ngài thậm chí còn có thể đã tạo ra nó ở một thời điểm sau đó theo một cách khiến nó trông như thể là đã có một vụ nổ lớn. Một vũ trụ mở rộng không thể ngăn cản đấng sáng thế, nhưng nó đặt ra những giới hạn khi Ngài có thể đã thực hiện công việc của mình.

--------

Bài dịch phần 1 "Thuyết vạn vật" của Stephen Hawking, có thể còn nhiều thiếu sót, hy vọng nhận được góp ý từ bạn đọc.
Bản gốc:
Dịch: kiimchee.blogspot.com

----------------------------

Hợp Tác Cùng YBOX.VN Truyền Thông Miễn Phí - Trả Phí Theo Yêu Cầu tại http://bit.ly/YBOX-Partnership

232 lượt xem