SỰ HÀI HÒA CỦA CÁC THẾ GIỚI

Cuộc tìm kiếm cả đời của Johannes Kepler, để hiểu chuyển động của các hành tinh, để tìm sự hài hòa trên trời, đã lên đến đỉnh cao sau khi ông mất được ba mươi sáu năm, trong công trình của Isaac Newton. Newton sinh vào ngày Thiên Chúa giáng sinh năm 1642. Lúc sinh ra Newton nhỏ đến nỗi mẹ ông sau này kể lại rằng có thể nhét ông vào vừa trong một cái chén vại cỡ hơn một lít. Ốm yếu, cảm thấy bị cha mẹ bỏ rơi, hay cãi lộn, không quảng giao, và là trai tân cho tới lúc chết, Isaac Newton có lẽ là thiên tài khoa học vĩ đại nhất trên đời.

Ngay từ khi còn trẻ, Newton đã băn khoăn với những câu hỏi viển vông như ánh sáng là “cái thực chất hay cái ngẫu nhiên”¹, hay lực hấp dẫn có thể tác dụng qua chân không như thế nào. Ông đã sớm quả quyết rằng đức tin Kitô giáo thông thường vào Chúa Ba Ngôi là sự hiểu sai Kinh Thánh. Theo lời nhà viết tiểu sử của ông là John Maynard Keynes thì:

“Ông gần với giáo lý Đơn thần Do Thái của trường phái Maimonides hơn. Ông đi đến kết luận này không phải dựa trên duy lý hay hoài nghi, mà hoàn toàn dựa trên sự lý giải của các bậc uy tín thời cổ đại. Ông bị thuyết phục rằng những văn bản được mặc khải không hề ủng hộ thuyết Chúa Ba Ngôi, mà đó chỉ là những văn bản giả mạo về sau. Đấng Chúa được mặc khải chỉ là một Chúa. Nhưng đó là một bí mật chết người mà Newton cố hết sức giấu kín trong suốt đời mình.”

Giống Kepler, ông cũng không miễn dịch với những thói mê tín trong thời của ông và đã nhiều lần tìm đến sự thần bí. Dĩ nhiên phần nhiều sự phát triển tri thức của Newton có thể liên quan tới sự căng thẳng giữa chủ nghĩa duy lý và chủ nghĩa thần bí. Tại hội chợ Stourbridge năm 1663, ở tuổi 20, Newton đã mua một cuốn sách về chiêm tinh, “vì tò mò muốn xem trong đó nói cái gì”. Newton đọc nó cho đến khi gặp một hình minh họa mà ông không hiểu gì, vì ông không biết đến lượng giác. Thế là ông tìm mua một cuốn sách về lượng giác nhưng ít lâu sau ông lại thấy mình không thể theo dõi các luận cứ hình học. Vậy là ông mua một cuốn Những cơ sở hình học của Euclid và bắt đầu đọc. Hai năm sau ông phát minh ra phép tính vi phân.

Khi là sinh viên, Newton say mê tìm hiểu ánh sáng và ngất ngây vì Mặt Trời. Ông có thói quen nguy hiểm là nhìn Mặt Trời qua gương:

“Trong vài giờ tôi đã làm cho mắt mình rơi vào tình trạng tồi tệ đến mức cả hai mắt không thể nhìn vật sáng nào mà chỉ thấy mỗi Mặt Trời trước mắt, thế là tôi không dám viết lách hay đọc gì. Để phục hồi chức năng mắt tôi tự nhốt mình trong phong che tối om ba ngày liền và làm mọi cách để dứt ra khỏi hình ảnh Mặt Trời. Vì cứ nghĩ đến ông Mặt Trời là tôi lại thấy hình ông mặc dù tôi đang ở trong tối.”

Năm 1666, ở tuổi 23, khi Newton đang là sinh viên Đại học Cambridge thì một đợt dịch bỗng nhiên bùng phát, buộc ông phải lánh về quê ngồi chơi không mất một năm ở làng Woolsthorpe hẻo lánh, nơi ông sinh ra. Ông chìm đắm vào việc phát minh ra các phép tính vi phân và tích phân, có những phát hiện cơ bản về bản chất ánh sáng và đặt nền tảng cho lý thuyết vạn vật hấp dẫn. Trong lịch sử vật lý, chỉ có một năm khác giống như thế: đó là 1905, “Năm Kỳ tích” của Einstein. Khi được hỏi làm thế nào thực hiện được những phát minh khám phá đáng kinh ngạc ấy, Newton chỉ đáp một cách không lấy gì làm hoa mỹ: “Bằng cách nghĩ đến chúng.” Công trình của ông có giá trị đến mức thầy giáo của ông ở Cambridge là Isaac Barrow đã nhường ghế giáo sư dạy toán cho Newton chỉ 5 năm sau khi chàng sinh viên trẻ quay lại trường.

Newton ở độ tuổi giữa 40 và 50 được người hầu của mình mô tả như sau:

“Tôi chưa bao giờ thấy ông chọn một hình thức nghỉ ngơi giải trí nào, chẳng hạn cưỡi ngựa ra ngoài hít thở không khí, đi dạo, chơi đánh ky (bowling), hay bất cứ cách luyện tập thân thể nào khác.

Bất cứ thời giờ nào không dành cho nghiên cứu đều bị ông ấy coi là tiêu phí. Ông ấy say mê nghiên cứu đến mức hiếm khi rời phòng, chỉ trừ [lúc phải đi giảng vào] những giờ có tiết học… Mà có rất ít người đến nghe ông giảng bài, số người hiểu ông lại còn ít hơn nữa, nên nhiều khi hầu như không có người nghe, ông cứ giảng như nói với các bức tường.”

Sinh viên của cả Kepler lẫn Newton chẳng bao giờ biết họ đã bỏ qua những gì.

Newton đã khám phá ra định luật quán tính, tức là xu hướng của một vật chuyển động vẫn tiếp tục chuyển động theo đường thẳng nếu không có cái gì đó tác động vào và đẩy nó ra khỏi con đường cũ. Đối với Newton, dường như Mặt Trăng sẽ bay đi theo đường thẳng tiếp tuyến với quỹ đạo của nó, nếu như không có lực khác nào đó thường xuyên nắn lại đường đi của nó thành đường gần tròn bằng cách kéo nó về hướng Trái Đất. Lực này Newton gọi là lực hấp dẫn, và ông tin rằng nó tác dụng qua cả những khoảng cách lớn. Về mặt thực thể chẳng có gì nối Trái Đất với Mặt Trăng cả. Ấy thế mà Trái Đất luôn luôn hút Mặt Trăng về phía mình, Áp dụng định luật thứ ba của Kepler, Newton suy ra về mặt toán học bản chất của lực hấp dẫn². Ông đã chứng tỏ rằng chính cái lực kéo quả táo rơi xuống đất ấy giữ cho Mặt Trăng quay trên quỹ đạo của nó và cũng là nguyên nhân làm cho các vệ tinh vừa mới được phát hiện của Sao Mộc quay trên quỹ đạo vòng tròn của chúng quanh hành tinh xa xôi kia.

Mọi vật vẫn rơi xuống đất kể từ khi khai thiên lập địa. Mặt Trăng vẫn quay vòng quanh Trái Đất, điều đó đã được xác tín trong suốt lịch sử nhân loại. Newton là người đầu tiên khám phá ra rằng hai hiện tượng ấy do cùng một lực gây nên. Đấy là ý nghĩa của từ “vạn vật” áp dụng cho lực hấp dẫn của Newton. Định luật hấp dẫn có hiệu lực như nhau ở mọi nơi trong vũ trụ.

Đó là một định luật về tỷ lệ nghịch của bình phương. Độ lớn của lực tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách. Nếu hai vật dịch chuyển ra xa gấp đôi ban đầu, thì lực hấp dẫn kéo chúng lại với nhau chỉ còn bằng 1/4 lực lúc đầu. Nếu chúng dịch chuyển ra xa gấp 10 lần, thì lực hấp dẫn nhỏ đi 10², 10² = 100, lần. Rõ ràng, theo kiểu gì thì lực cũng phải tỷ lệ nghịch, tức là giảm đi theo khoảng cách. Bởi nếu lực tỷ lệ thuận, tức là tăng lên theo khoảng cách, thì lực mạnh nhất sẽ tác dụng đối với những vật ở xa nhất, và tôi cho rằng tất cả vật chất trong vũ trụ sẽ dồn đống vào với nhau thành một cục vũ trụ duy nhất. Không, lực hấp dẫn phải giảm đi theo khoảng cách, đó là lý do tại sao một sao chổi hay một hành tinh chuyển động chậm khi ở xa Mặt Trời và chuyển động nhanh hơn khi ở gần Mặt Trời – lực hấp dẫn mà nó cảm nhận yếu hơn khi nó ở xa Mặt Trời hơn.

Cả ba định luật về chuyển động hành tinh của Kepler đều có thể suy ra từ các nguyên lý của Newton. Các định luật của Kepler mang tính thực nghiệm, dựa trên những quan sát cần mẫn của Tycho Brahe. Còn những định luật của Newton mang tính lý thuyết, là sự khái quát trừu tượng khá đơn giản về mặt toán học để từ đó rút ra các trị số đo của Tycho. Từ những định luật này, Newton đã viết với niềm kiêu hãnh không giấu giếm trong tác phẩm Những nguyên lý³: “Giờ đây tôi trình bày cái khung của Hệ thống Thế giới.”

Sau này, Newton làm chủ tịch Hội Hoàng gia, hội của các nhà khoa học, và làm giám đốc xưởng đúc tiền, nơi ông đem hết năng lực ra để ngăn chặn nạn đúc tiền giả. Nết quạu quọ và tính không thích giao tiếp vốn có ở ông càng tăng lên; ông quyết định từ bỏ những nỗ lực làm khoa học đã đưa ông đến chỗ cãi nhau với các nhà khoa học khác, chủ yếu về vấn đề ai khám phá ra trước; có những người còn đồn thổi rằng ông mắc chứng bệnh đại loại như “khủng hoảng tinh thần” ngày nay. Tuy nhiên, cho đến cuối đời Newton vẫn tiếp tục những thí nghiệm trên ranh giới giữa thuật giả kim và hóa học, và vài bằng chứng gần đây còn gợi lên giả thuyết rằng bệnh của ông không phải xuất phát từ tâm thần mà vì ngộ độc kim loại nặng, do thường xuyên nuốt phải một lượng nhỏ asen và thủy ngân. Thói quen phổ biến ở các nhà hóa học thời đó là dùng vị giác làm công cụ phân tích.

Tuy vậy năng lực trí tuệ sắc sảo của Newton vẫn không suy giảm. Năm 1696, nhà toán học Thụy Sĩ Johann Bernoulli thách đố các đồng nghiệp giải một vấn đề chưa có lời giải gọi là bài toán về đường đẳng thời: xác định đường cong nối hai điểm cách nhau theo kiểu cạnh bên, sao cho đọc theo đường cong ấy một vật chịu tác động của lực hấp dẫn, sẽ rơi trong khoảng thời gian ngắn nhất. Ban đầu Bernoulli đặt ra thời hạn 6 tháng, nhưng đã nâng lên một năm rưỡi theo đề nghị của Leibniz, một trong những học giả hàng đầu của thời đó và là người, độc lập với Newton, phát minh ra phép tính vi phân và tích phân. Thách đố được trao đến tay Newton vào 4 giờ chiều ngày 29 tháng 1 năm 1697. Trước khi đi làm vào sáng hôm sau, ông đã phát minh ra một nhánh hoàn toàn mới của toán học, gọi là phép tính biến phân, và ứng dụng nó để giải bài toán về đường đẳng thời. Ông đã gửi lời giải và nó được công bố dưới dạng khuyết danh theo đề nghị của Newton. Nhưng sự xuất sắc và độc đáo của công trình đã hé lộ danh tính của tác giả. Khi Bernoulli nhìn thấy lời giải, ông bình luận: “Chúng ta vẫn nhận ra con sư tử chỉ thông qua cái vuốt của nó.” Khi ấy Newton 55 tuổi.

Theo đuổi trí tuệ chính yếu trong những năm cuối cùng của Newton là đối chiếu cho phù hợp và phân mốc cho niên biểu của các nền văn minh cổ đại, theo đúng truyền thống của các sử gia cổ đại Manetho, Strabo và Eratosthenes. Trong công trình cuối cùng được công bố sau khi ông mất, “Niên biểu các quốc gia cổ đại sửa đổi”, chúng ta bắt gặp nhiều sự kiện thiên văn được lấy làm mốc xác định các sự kiện lịch sử; bắt gặp sự tái tạo kiến trúc của ngôi đền Solomon; một tuyên bố đầy tính khiêu khích rằng tất cả các chòm sao của bán cầu Bắc được đặt tên của các nhân vật, tạo vật và các sự kiện trong câu chuyện thần thoại Hy Lạp về Jason và đám thủy thủ đi tìm bộ Lông Cừu Vàng, và một giả định nhất quán rằng các vị thần của mọi nền văn minh, trừ một ngoại lệ duy nhất là vị thần của chính Newton, chẳng qua chỉ là vua chúa và anh hùng cổ xưa được các thế hệ hậu sinh thần thánh hóa.

Kepler và Newton đại diện cho bước ngoặt cơ bản trong lịch sử nhân loại, với phát hiện rằng các quy luật toán học khá đơn giản chi phối toàn bộ Tự nhiên; rằng trên trời cũng như dưới đất đều áp dụng những nguyên lý như nhau; và có một sự cộng hưởng giữa cái cách chúng ta suy nghĩ và cái cách mà thế giới vận hành. Họ đều tôn trọng tuyệt đối sự chính xác của số liệu quan sát, và những dự đoán của họ về chuyển động của các hành tinh với độ chính xác cao đã cung cấp bằng chứng thuyết phục là, ở cấp độ sâu không ngờ, con người có thể hiểu được Vũ trụ có trật tự. Nền văn minh toàn cầu hiện đại của chúng ta, thế giới quan của chúng ta và sự khai phá thám hiểm Vũ trụ hiện nay của chúng ta mang ơn sâu sắc sự hiểu biết thấu đáo của họ.

Newton luôn lo lắng canh giữ bảo vệ các phát minh khám phá của mình và cạnh tranh quyết liệt với các đồng nghiệp khoa học của ông. Ông không hề nghĩ đến việc chờ đợi một hai thập kỷ sau khi khám phá mới công bố định luật về tỷ lệ nghịch của bình phương. Thế nhưng trước sự hùng vĩ và tinh tế của Tự nhiên, ông, cũng giống như Ptolemy và Kepler, vừa hân hoan lại vừa khiêm tốn một cách thành thực. Ngay trước lúc mất ông viết: “Tôi không biết tôi có thể là gì đối với thế giới; nhưng đối với bản thân thì tôi dường như chỉ giống như một cậu bé, vui chơi trên bờ biển, giải khuây cho mình, thỉnh thoảng lại tìm thấy một hòn cuội nhẵn hơn hoặc một vỏ sò đẹp hơn bình thường, trong khi đại dương lớn trước mặt vẫn chưa được khám phá.”

Chú thích

1. Hiểu theo ngôn ngữ bây giờ thì ánh sáng là vật chất hay chỉ là tính chất, trạng thái, tức là biểu hiện bên ngoài, nhất thời của vật chất. Sau này ánh sáng được coi là “lưỡng tính”: vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt.
2. Điều đáng buồn là trong kiệt tác của mình, Những nguyên lý, Newton không thừa nhận ông mang ơn Kepler. Nhưng trong một bức thư gửi cho Edmund Halley năm 1686, ông viết về định luật hấp dẫn của mình như sau: “Tôi có thể xác nhận rằng tôi đã thu thập nó từ định lý của Kepler khoảng hai chục năm trước đây.” (Chú thích của tác giả)
3. Tên đầy đủ là Những nguyên lý toán học của triết học tự nhiên.