🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Giai Điệu Bí Ẩn Và Con Người Đã Tạo Ra Vũ Trụ Ebooks Nhóm Zalo Chủ biên PHẠM VĂN THIỀU VŨ CÔNG LẬP NGUYỄN VĂN LIỄN Dịch từ nguyên bản tiếng Pháp: “LA MÉLODIE SECRÈTE” © librairie Arthème Fayard, 1988 Bản tiếng Việt © Nhà xuất bản Trẻ, 2013 BIỂU GHI BIÊN MỤC TRƯỚC XUẤT BẢN ĐƯỢC THỰC HIỆN BỞI THƯ VIỆN KHTH TP.HCM Trịnh Xuân Thuận Giai điệu bí ẩn / Trịnh Xuân Thuận ; Phạm Văn Thiều dịch. - T.P. Hồ Chí Minh: Trẻ, 2012. 516tr. ; 20.5cm. - (Khoa học và khám phá) (Kiến thức bách khoa). Nguyên bản : La mélodie secrète. 1. Lý thuyết Big bang. 2. Vũ trụ học. I. Phạm Văn Thiều. II. Ts: La mélodie secrète. 523.1 -- dc 22 T833-T53 Kính tặng song thân và tất cả những ai đã tạo dựng nên vũ trụ L ờ i n ó i đ ầ u cho bản dịch tiếng Việt Trong suốt tuổi ấu thơ và thanh niên của tôi ở Sài Gòn, những năm 50 và 60, một trong những niềm vui lớn của tôi là được đắm mình trong một cuốn sách phổ biến khoa học hay. Trong những giờ phút tuyệt vời đó, tôi tạm quên đi thế giới hằng ngày, để mặc cho tác giả dẫn dắt mình vào những tình tiết kỳ lạ trong thế giới của cái vô cùng bé và kinh ngạc trước vẻ đẹp và sự hài hòa trong thế giới của cái vô cùng lớn. Cũng như đối với một cuộc điều tra của thám tử Sherlock Holmes, tôi hồi hộp theo dõi những diễn tiến của các cuộc khám phá khoa học: những dấu hiệu, những giả thuyết, những con đường lầm lạc, những ngõ cụt và những cuộc tranh luận để rồi cùng đạt tới chân lý. Những cuốn sách mà tôi đã đọc ở tuổi ấu thơ đã nuôi dưỡng trí tưởng tượng và hình thành những suy tư của tôi. Chắc chắn rằng chúng đã đóng một vai trò to lớn trong việc dẫn dắt những bước đi đầu tiên của tôi đến với khoa học. Chúng cũng kích thích thích trong tôi sự ham muốn được đóng vai trò chủ động trong cuộc phiêu lưu vĩ đại của khoa học. Từ đó tôi đã không ngừng quan sát vũ trụ bằng những kính thiên văn lớn nhất trên mặt đất cũng như trong không gian. Cuốn sách này kể về lịch sử của vũ trụ. Nó trình bày chi tiết quá trình hình thành cái vô cùng lớn từ những cái vô cùng Lời nói đầu - 7 bé. Cuốn sách cũng bàn về sự điều chỉnh cực kỳ chính xác của vũ trụ để cho ý thức xuất hiện và có khả năng nắm bắt được vẻ đẹp lộng lẫy cũng như tổ chức của vũ trụ và cho nó một ý nghĩa nào đó. Nó cũng trình bày quá trình phát hiện ra mối liên hệ giữa con người và vũ trụ. Là những hạt bụi của các ngôi sao, tất cả chúng ta đều có nguồn gốc từ các tinh tú và đều là anh em với nhau. Cũng như những động vật hoang dã và các bông hoa đồng nội đều là họ hàng của chúng ta. Tôi sẽ rất sung sướng nếu như tác phẩm này – tác phẩm đã được thế giới phương Tây đón nhận một cách nồng nhiệt – có thể nuôi dưỡng sự suy tư và làm thay đổi ít nhiều nhãn quan về thế giới của một số người. Tôi ấp ủ niềm hy vọng rằng nó có thể làm nảy sinh những chí hướng khoa học của một số bạn trẻ có trí tuệ và cũng hy vọng rằng những hạt giống được gieo trong các trang sách này, một ngày nào đó, sẽ đâm chồi nảy lộc và phát triển thành cây trái xum xuê. Bất chấp những thăng trầm của lịch sử, Việt Nam là một đất nước luôn đề cao những giá trị giáo dục và tri thức. Cuốn sách này cũng mong muốn là một đóng góp nhỏ bé vào công cuộc truyền bá tri thức đó. Tôi xin cám ơn GS. Trần Thanh Vân về những gì ông đã làm để bản dịch tiếng Việt của cuốn “Giai điệu bí ẩn” được sớm ra đời. Tôi cũng cám ơn dịch giả Phạm Văn Thiều đã dịch rất thành công ra tiếng Việt cuốn sách này. Trịnh Xuân Thuận 8 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Lời nói đầu Cuốn sách này dành cho những “chính nhân” có ham muốn tìm hiểu về thế giới xung quanh và quan tâm tới những tiến bộ mới nhất trong nghiên cứu vũ trụ mà không cần có hành trang khoa học của một chuyên gia. Nó vẽ lại sự tiến hóa của quan niệm về vũ trụ và dành sự chú ý đặc biệt cho vũ trụ hiện nay, vũ trụ Big Bang. Cuốn sách cũng đề cập tới những vấn đề vượt ra ngoài khuôn khổ thuần túy khoa học, nhưng không tránh khỏi được đặt ra trong tất cả các cuộc thảo luận về sự sáng tạo ra vũ trụ: chúng ta có mặt ở trên đời này là hoàn toàn ngẫu nhiên hay sự hiện hữu của chúng ta trong vũ trụ là do sự tồn tại của một Đấng Tạo hóa nào đó? Hai chương đầu tiên (I và II) kể về sự tiến hóa của tư tưởng vũ trụ học, từ vũ trụ thần linh ở buổi bình minh của loài người cho tới vũ trụ Big Bang của thế kỷ 20. Chúng cũng mô tả quá trình mở rộng dần của vũ trụ, từ hệ Mặt trời đơn giản của chúng ta với Trái đất chiếm vị trí trung tâm tới một vũ trụ bao la rộng tới 15 tỷ ánh sáng với Trái đất bơ vơ trong một góc nhỏ xíu của Ngân hà, và chính Ngân hà cũng lại lạc giữa hàng trăm tỷ thiên hà khác. Các chương III và IV giới thiệu những diễn viên của vở kịch trong vũ trụ Big Bang: đó là cặp không gian – thời gian, bốn lực cơ bản, các hạt sơ cấp và các thiên hà. Chúng cũng cho ta biết các diễn viên này phải tuân thủ các quy tắc hành xử cực kỳ chính xác do thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử áp đặt. Lời nói đầu - 9 Có lẽ, phát minh quan trọng nhất của vũ trụ học hiện đại là hiểu được vũ trụ có một lịch sử, tức là nó có quá khứ và tương lai. Hai chương tiếp theo kể về lịch sử đó theo những hiểu biết hiện nay của chúng ta. Chương V mô tả cái vô cùng bé đã sản sinh ra cái vô cùng lớn như thế nào và bằng cách nào mà toàn vũ trụ với hàng trăm tỷ thiên hà lại có thể tạo ra từ một “chân không” vi mô. Nó cũng kể về quá trình dệt nên tấm thảm vũ trụ bao la các thiên hà, về sự xuất hiện của sự sống và ý thức sau một chặng đường dài thăng tiến tới sự phức tạp nhờ các lò luyện kim hạt nhân đầy sáng tạo trong các ngôi sao và sự tồn tại của các hành tinh. Chương VI bàn về tương lai của vũ trụ. Tương lai này hiện còn chưa được biết tới một cách chắc chắn, vì nó phụ thuộc vào tổng lượng vật chất trong vũ trụ mà chúng ta chưa thể đo được một cách chính xác do 90 đến 98% khối lượng của nó là không nhìn thấy được. Liệu vũ trụ sẽ giãn nở vô hạn và trở thành một khoảng bao la lạnh lẽo và tối đen hay nó sẽ đạt tới một kích thước cực đại rồi tự co lại đến một nhiệt độ và mật độ lớn vô hạn? Nói về sự sáng tạo ra vũ trụ không thể tránh khỏi câu hỏi về sự tồn tại của Chúa Trời. Các chương VII và VIII trình bày những lập luận của khoa học hiện đại bác bỏ tất cả những tư biện kinh điển liên quan đến sự tồn tại của Đấng Sáng tạo, và bù lại khoa học làm cho chúng ta cảm nhận được rằng chính sự tồn tại của chúng ta đã là một điều thật kỳ lạ: vũ trụ đã được điều chỉnh một cách cực kỳ chi li để cho phép sự hiện hữu của chính chúng ta. Chỉ cần các định luật vật lý khác đi một chút là là chúng ta đã không hiện diện ở cõi đời này để nói về nó! Sự điều chỉnh một cách cực kỳ chính xác này phải chăng là hoàn toàn ngẫu nhiên hay là do ý chí của một đấng tối thượng nào? 10 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Trong khoa học không có chân lý tuyệt đối. Chương cuối cùng (chương IX) bàn về các lý thuyết đối nghịch với lý thuyết Big Bang. Nó chứng minh tại sao các lý thuyết này lại không được đa số các nhà vũ trụ học chấp nhận, họ vẫn thích sức mạnh tiên đoán, vẻ đẹp và sự đơn giản của lý thuyết Big Bang hơn. Chương này cũng khẳng định rằng vũ trụ Big Bang vẫn chưa phải là vũ trụ cuối cùng và con người sẽ còn tạo ra những vũ trụ khác ngày càng gần với Vũ trụ thực hơn, nhưng sẽ không bao giờ đạt tới nó. Giai điệu tạo ra từ những nốt nhạc rời rạc mà thiên nhiên gửi tới cho chúng ta sẽ vĩnh viễn còn là điều bí mật. Khi viết cuốn sách này, tôi đã cố gắng, trong một chừng mực có thể, sử dụng một ngôn ngữ giản dị và trong sáng, tránh dùng những thuật ngữ quá chuyên sâu. Để giải thích những khái niệm khó, tôi cũng thường lấy những hình ảnh trong cuộc sống thường ngày. Tuy nhiên, không thể kể một cách thật chặt chẽ về lịch sử của vũ trụ mà không có sự giúp đỡ của của một số khái niệm khoa học. Với mục đích giúp cho bạn đọc hiểu rõ hơn, ở cuối sách, trong phần Thuật ngữ, tôi có tập hợp và định nghĩa một số thuật ngữ vật lý thiên văn. Tôi cũng đưa vào sách một số bảng biểu, hình vẽ và các bức ảnh thiên văn để minh họa những chỗ quan trọng. Cuối cùng, đối với các bạn đọc đã quen thuộc với ngôn ngữ khoa học và muốn biết chi tiết hơn, tôi có thêm một số Phụ lục ở cuối sách. Các phụ lục này chỉ có tính chất phụ trợ chứ không bắt buộc phải biết mới hiểu được cuốn sách này. - 11 I Các vũ trụ trong quá khứ Định hình vũ trụ Tôi thường xuyên tới quan sát tại đài thiên văn Kitt Peak nằm trên đỉnh một dãy núi dài, trên độ cao 2000m, giữa cánh rừng đại ngàn của người da đỏ, trong sa mạc Arizona. Vào ban đêm, trong lúc nghỉ ngơi, khi mà chiếc kính thiên văn khổng lồ (H.1) đang thu nhận các hạt ánh sáng, gọi là photon, mang thông tin từ các thiên hà xa xôi tới và được đưa tới một dụng cụ điện tử để ghi nhận, thì tôi bước ra khỏi ngôi nhà mái vòm, nơi đặt kính thiên văn, đứng quan sát bầu trời. Trước hết, tôi muốn biết chắc rằng bầu trời vẫn đang quang đãng và không có một dải mây nào ở phía chân trời có nguy cơ sẽ làm gián đoạn những quan sát của tôi và cướp đi của tôi những đêm quý giá mà tôi có được. Nhưng tôi cũng còn muốn tận hưởng niềm vui được chiêm ngưỡng vòm trời đầy sao trong vẻ đẹp lộng lẫy và bao la của nó. Các vũ trụ trong quá khứ - 13 Hình 1. Kính thiên văn ở Kitt Peak. Bức ảnh chụp mái vòm và toàn bộ chiều cao của tòa nhà 10 tầng, nơi đặt kính thiên văn có đường kính 4m, ở Kitt Peak, một ngọn núi nằm trong cánh rừng đại ngàn của người da đỏ ở Arizona, Hoa Kỳ. Kính thiên văn này cho phép quan sát các ngôi sao có độ sáng nhỏ hơn cỡ 100 triệu lần ngôi sao mờ nhất mà mắt thường nhìn thấy được. Thật không may, với những kỹ thuật quan sát hiện đại, nhà thiên văn hiện nay không còn trực tiếp được giao hòa với bầu trời nữa. Sẽ vĩnh viễn không còn hình ảnh đầy lãng mạn về một nhà bác học ngồi đắm mình trong đêm tối, dán mắt vào chiếc kính thiên văn, hy sinh mọi sự yên ấm vì tình yêu khoa học (cá nhân tôi có thể đảm bảo với bạn rằng việc ngồi bất động hàng giờ trong bóng đêm để quan sát qua kính thiên văn, bất chấp cái lạnh giá và những cơn buồn ngủ 14 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN trong những đêm dài mùa đông không phải là chuyện dễ chịu gì). Giờ đây, tôi làm việc trong một căn phòng ấm áp, sáng choang và nhờ các máy tính cực mạnh, tôi chỉ cần bấm các nút trên bảng điều khiển để ra lệnh. Chính vì thế ngay khi kính thiên văn được hướng lên là hình ảnh của thiên hà mà tôi đang nghiên cứu đã hiện trên màn hình sau khi đã được phóng đại lên hàng ngàn lần. Nghĩa là tôi nghiên cứu bầu trời thông qua các thiết bị điện tử. Sự mất khả năng giao hòa trực tiếp với bầu trời đã được đền bù nhiều hơn bởi độ chính xác và hiệu quả nhờ các tiện nghi vật lý. Bầu trời, vào những đêm không trăng, ở xa cái ánh sáng chói lòa của các đô thị, là một cảnh tượng thật tuyệt vời. Hàng ngàn những chấm sáng lấp lánh, trong đó ở phía dưới kia, chếch về hướng tây, có hai chấm sáng hơi sáng hơn nhưng ít nhấp nháy hơn. Đó là hai hành tinh Hỏa và Mộc, những người láng giềng gần gũi nhất của Trái đất. Hỏa tinh là nơi mà các máy móc do con người chế tạo đã được đặt lên và những nghiên cứu về sự sống ngoài Trái đất đã khẳng định là không có; còn Mộc tinh là một hành tinh khổng lồ trong hệ Mặt trời, nó lớn gấp 11 lần và nặng gấp 318 lần Trái đất của chúng ta. Ánh sáng từ Hỏa tinh và Mộc tinh đến mắt tôi, cũng như ánh sáng từ bảy hành tinh khác, không phải là ánh sáng do chúng phát ra, mà là ánh sáng của Mặt trời được phản xạ từ đó. Mặt trời, do sự quay của Trái đất, mọc và lặn từ đường chân trời, làm cho có ngày và đêm, và tất cả các hành tinh đều quay xung quanh nó. Cũng do sự quay đó của Trái đất mà Mộc tinh và Hỏa tinh cũng sắp lặn và tôi sẽ chỉ nhìn thấy chúng vào tối hôm sau. Ánh sáng từ hai hành tinh này không mất quá nhiều thời gian để đến được chỗ tôi, chỉ vẻn vẹn có 12 phút đối với Hỏa tinh và 42 phút đối với Mộc tinh. Hệ Mặt trời của chúng ta chỉ là một hạt cát trên cái bãi biển mênh mông của vũ trụ. Các vũ trụ trong quá khứ - 15 Rồi sự chú ý của tôi hướng sang các chấm sáng khác. Đó là các ngôi sao, hoàn toàn giống như Mặt trời của chúng ta, chúng phát ra ánh sáng riêng và tạo ra năng lượng riêng nhờ những phản ứng hạt nhân xảy ra mạnh mẽ bên trong lõi của chúng. Chúng tạo nên một phần của thiên hà chúng ta, mà người cổ xưa quen gọi là dải Ngân hà, do một dải trắng nhạt vắt qua chòm sao Orion (Tráng Sĩ). Dải ánh sáng nhạt nhòa này là do hàng tỷ ngôi sao trong mặt phẳng của thiên hà chúng ta phát ra và Mặt trời chỉ là một trong số 100 tỷ ngôi sao của dải Ngân hà đó. Cùng với các ngôi sao khác, Mặt trời kéo theo chúng ta quay xung quanh tâm thiên hà với chu kỳ 250 triệu năm. Tôi chiêm ngưỡng chòm sao Orion lộng lẫy và nghĩ tới sự ra đời của các ngôi sao, vì Orion là một vườn ươm khổng lồ của các ngôi sao, tại đó những đám mây lớn giữa các vì sao dưới tác dụng của lực hấp dẫn riêng của chúng bị co lại ở một số nơi để tạo thành những ngôi sao mới. Cái cảm giác về sự thanh bình, tĩnh lặng mà tôi cảm thấy khi quan sát bầu trời sao quả thật là sai lầm! Không những tất cả đều đang vận động, các hành tinh quay quanh Mặt trời, Mặt trời quay quanh tâm thiên hà, mà ngay cả những ngôi sao, cũng như con người, đều sinh ra, sống rồi chết. Nhưng những thay đổi đó diễn ra theo thang thời gian vũ trụ mà mỗi đơn vị tính là hàng triệu, hàng tỷ năm, nên chúng không thể cảm nhận được theo thang thời gian của chúng ta. Ánh sáng từ những ngôi sao mà tôi thấy được bằng mắt trần chỉ mất, nhiều lắm, là vài chục năm ánh sáng là tới được mắt tôi. Thiên hà của chúng ta, thực tế, là lớn hơn rất nhiều, nó có đường kính khoảng 90.000 năm ánh sáng, nhưng những ngôi sao ở mép thiên hà phát sáng quá yếu để tôi có thể nhìn thấy được bằng mắt trần. Nhưng, dù có lớn như thế, mỗi thiên hà cũng chỉ là một lâu đài bằng cát trên cái bãi biển mênh mông của vũ trụ. 16 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Tôi lại hướng sự chú ý tới chòm sao Andromede (Tiên nữ). Tôi cố lắm mới phân biệt được trong lòng nó một vết sáng lờ mờ chứ không phải một chấm sáng như các ngôi sao khác. Đó là thiên hà Andromeda và ánh sáng tới được mắt tôi từ 100 tỷ ngôi sao của nó phải mất 2,3 triệu năm ánh sáng. Đây là thiên hà khá giống thiên hà của chúng ta. Về khối lượng, với dải Ngân hà của mình, Andromeda còn vượt quá khối lượng một cụm nhỏ các thiên hà lân cận chúng ta, tức một cụm nhỏ các lâu đài bằng cát trên bãi biển bầu trời. Đắm mình trong bóng đêm hoàn toàn, tôi chiêm ngưỡng bầu trời rắc đầy bởi vô số các vì sao lấp lánh. Khó khăn lắm tôi mới đoán ra được hình bóng cái mái vòm lờ mờ của đài thiên văn trong đêm và tôi chợt nghĩ rằng ngày nay mình thật may mắn là đã biết được câu trả lời cho câu hỏi đã từng làm bao nhiêu nhà khoa học trước mình phải trăn trở, một câu hỏi hoàn toàn không ngây thơ như vẻ ngoài của nó, đó là tại sao bầu trời lại tối đen mặc dù có vô vàn ngôi sao chiếu sáng? Giờ đây tôi biết rằng bóng tối của màn đêm có liên quan với một sự thật là vũ trụ có điểm bắt đầu, rằng vũ trụ không phải là vĩnh cửu. Sau khi đã thấm đẫm vẻ đẹp thánh thiện của màn đêm, tôi trở về để tiếp tục quan sát cái thiên hà xa xôi tới 5 tỷ năm ánh sáng của mình. Nhờ chiếc gương đường kính tới 4m như một cái chậu vĩ đại hứng ánh sáng, nhờ cái kính thiên văn như con mắt khổng lồ và nhờ những kỳ tích điện tử học và tin học hiện đại mà tôi có thể bắt được ánh sáng rời điểm xuất phát của nó từ 5 tỷ năm trước, khi mà Mặt trời và Trái đất còn chưa tồn tại, các nguyên tử tạo nên cơ thể của tất cả chúng ta còn chưa được ngôi sao tạo ra và phóng vào không gian giữa các vì sao. Tôi tự nhủ thật kỳ lạ là cái cảnh tượng giản dị của thinh không đầy sao lại có thể làm nảy sinh trong tôi tất cả những suy nghĩ đó Các vũ trụ trong quá khứ - 17 và cũng thật diệu kỳ là bộ óc của tôi ngay lập tức cảm thấy một nhu cầu không thể cưỡng nổi là phải tổ chức các mẩu thông tin rời rạc về thế giới bên ngoài đã được các giác quan truyền cho thành một sơ đồ thống nhất và hài hòa. Tự nhiên không câm lặng. Như một dàn hòa tấu xa xôi, nó thường xuyên gửi tới chúng ta những đoạn nhạc và các nốt rời rạc. Nhưng nó lại không muốn bày lên đĩa và trao cho chúng ta toàn bộ. Còn thiếu một giai điệu hợp nhất các đoạn nhạc đó. Sợi dây dẫn các nốt nhạc còn được ẩn giấu. Và chúng ta có nhiệm vụ phải khám phá ra những bí mật của cái giai điệu bị che giấu ấy để có thể nghe được một cách trọn vẹn trong toàn bộ vẻ đẹp rực rỡ của nó.(1) Nhu cầu thống nhất và hài hòa, nhu cầu tìm kiếm cái giai điệu còn bị che giấu ấy là một đòi hỏi bức xúc của trí tuệ con người. Đối mặt với thế giới xung quanh mình, chúng ta đã phải giải tỏa nỗi trăn trở và hoang mang vể những khoảng trống vô biên bằng cách tổ chức nó lại và vay mượn cho nó một gương mặt quen thuộc với chúng ta. Sự tổ chức đó của thế giới bên ngoài, khi được áp dụng cho toàn vũ trụ, gọi là vũ trụ học. Khi tôi cố gắng làm hài hòa những mẩu thông tin bề ngoài có vẻ rời rạc chẳng liên quan gì với nhau như sự mọc và lặn của Mặt trời, hay bầu trời đêm đầy sao, hay còn nữa là sự thay đổi mùa trong năm, sự nở hoa rực rỡ vào mùa xuân cho tới những sắc vàng lộng lẫy vào mùa thu, là tôi đã thành một nhà vũ trụ học. Khi xây dựng nên một hệ thống những ý tưởng hài hòa để giải thích thế giới bên ngoài, với tư cách là một thành viên của xã hội, của một nền văn hóa, chúng ta đã tạo ra một vũ trụ. Vũ trụ đó cung cấp cho chúng ta một ngôn ngữ chung và đóng góp 1. F. Jacob, La Statue interieure, La Seuil, 1987, p.305. 18 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN vào sự gắn kết xã hội khi nó cho chúng ta một niềm tin vào một nguồn gốc chung và sự tiến hóa tập thể và cho chúng ta một bản sắc riêng khác với các xã hội khác. Chúng ta là cái mà chúng ta biết. Tất nhiên, vũ trụ mà chúng ta tạo ra không phải là duy nhất mà có rất nhiều. Nó thay đổi theo các thời đại và các nền văn hóa. Nó có đời sống và lịch sử riêng và thường tiến hóa song song với đời sống và lịch sử của xã hội tạo ra nó. Một vũ trụ cũng như một con người. Nó sinh ra, trưởng thành hết tầm cỡ của nó, suy tàn rồi biến mất và được thay thế bằng một vũ trụ khác. Sự suy tàn và biến mất này thường được gây ra bởi sự tiếp xúc với một xã hội khác hay một nền văn hóa khác năng động hơn hoặc bởi những thực tế hay các phát minh không tương thích với vũ trụ hiện hành hoặc, sau hết, bởi sự xuất hiện các ý tưởng mới đòi xem xét lại vũ trụ hiện thời.(2) Vũ trụ thần linh Như vậy là các vũ trụ cũng kế tiếp nhau và cái giai điệu bí ẩn cũng có những dạng thức khác nhau trong suốt thời gian của lịch sử. Vũ trụ đầu tiên xuất hiện khoảng vài trăm ngàn năm trước cùng lúc với sự xuất hiện của ngôn ngữ. Con người hang động sống trong một vũ trụ thần thánh đầy những thần linh. Ta hãy tưởng tượng một người sống trong các hang động ở Lascaux, phía tây nam của vùng đất sau này trở thành nước Pháp. Anh ta vừa ăn xong, đi ra khỏi hang để hít thở và chiêm ngưỡng bầu trời. Anh ta thấy rằng thần Mặt trời đã lặn vì không còn thấy ánh sáng chói lòa của nó 2. E. Harrison, Masks of the Universe, McMillan, 1985. Các vũ trụ trong quá khứ - 19 nữa. Trong khi đó thần Mặt trăng xuất hiện vì anh ta nhìn thấy nó đang từ từ mọc lên ở phía chân trời. Rồi các thần sao cũng xuất hiện vì chúng đang lấp lánh trên trời. Tất cả các thần Đất, thần cây, thần hoa, thần sông đều đã đi ngủ. Bốn bề đều tĩnh lặng và êm ả. Con người của hang động Lascaux cảm thấy hoàn toàn thoải mái trong cái vũ trụ thần thánh đó, nơi mà mỗi một vật đều có một vị thần gắn với nó, bởi vì đối với anh ta, thế giới các thần linh chỉ là một tấm gương phản chiếu thế giới của chính con người, cũng với những ham muốn, những thôi thúc và những phong tục như của con người. Con người đó cũng biết rằng mình có thể giao tiếp với các thần linh như với những con người khác, đồng thời có thể ca tụng, tạ ân và tế lễ để mong được họ phù hộ. Vũ trụ thần thoại Vũ trụ thần thánh là vũ trụ đơn giản, quen thuộc và mô phỏng theo con người. Nhưng rồi theo thời gian, nó dần dần mất đi sự đơn giản và quen thuộc đó. Cùng với sự tích lũy kiến thức, sự thơ ngây cũng mất dần. Con người ngày càng nhận thấy ý nghĩa và sức mạnh của mình khi đối mặt với sự bao la của vũ trụ. Và vũ trụ ngày càng được làm cho phức tạp hơn và chẳng bao lâu đã có màu sắc siêu nhiên. Để tạo ra toàn bộ sự phức tạp đó, cần phải có những đấng có sức mạnh vượt hẳn con người. Thế giới các thần linh mang hình ảnh con người bây giờ không còn đủ nữa. Vào khoảng 10.000 năm trước, vũ trụ thần linh đã chuyển thành vũ trụ thần thoại siêu nhiên. Các vị thần đã giã từ cây cỏ, hoa trái, sông ngòi. Thế giới bên ngoài đã mất đi tính người của nó. Vũ trụ giờ đây được điều khiển bởi các vị thần sống mãi tít trên cao kia. Ban ngày là thần Mặt trời và ban đêm là thần Mặt trăng, thần các vì sao và các hành tinh. Vũ 20 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN trụ học bây giờ gồm các câu chuyện thần thoại kể về lịch sử các thần này, về tình yêu và sự hôn phối của họ, về sự hận thù và chiến tranh giữa họ với nhau. Trong vũ trụ thần thoại, các hiện tượng tự nhiên, kể cả sự ra đời của chính vũ trụ, là kết quả các hành động của các thần, bị thúc đẩy bởi những tình cảm rất con người, như tình yêu, sự thù hận và niềm đam mê, nhưng lại được cấp cho những sức mạnh siêu nhiên. Cùng với vũ trụ thần thoại, tôn giáo cũng ra đời. Sự liên lạc với các đấng siêu nhiên không còn được tiến hành trực tiếp như trong vũ trụ thần linh nữa, mà là được làm thông qua các cá nhân có đặc ân, tức là các thầy tu, trong các lễ tế thần. Mối liên kết đó giữa vũ trụ học và tôn giáo, giữa nhà vũ trụ học và thầy tu, kéo dài gần ba ngàn năm cho tới khi vũ trụ khoa học thay thế cho vũ trụ thần thoại. Các vũ trụ thần thoại có rất nhiều và cũng rất phong phú, chúng thay đổi tùy theo các nền văn hóa và thời đại khác nhau. Trong phần lớn các vũ trụ này, chức năng sinh nở của người phụ nữ chính là nguồn cảm hứng của huyền thoại về sự sinh thành. Đối với những người Babilon sống cách đây khoảng năm ngàn năm ở Sumer, trong vùng châu thổ của hai con sông Tigre và Euphrate (tức Irắc và Syri ngày nay), Tiamat - người đàn bà khởi thủy - đã sinh ra Anu, thần Trời, sau khi giao hợp với Apsu, thần vực thẳm các đại dương. Anu và Tiamat (những quan hệ loạn luân như thế này có rất nhiều trong các vũ trụ huyền thoại) lại sinh ra Ea, thần Đất. Kết quả là, sau rất nhiều những cuộc hôn phối với tất cả những tổ hợp người tình khả dĩ, có tới sáu trăm vị thần, cả nam lẫn nữ, mà cây phả hệ của họ có thể choán đầy nhiều trang giấy. Họ cãi cọ nhau thường xuyên và thông qua các cuộc chiến tranh triền miên, mỗi một người trong họ chia nhau cai quản một phương diện tồn tại của con người. Các vũ trụ trong quá khứ - 21 Gần như cùng thời gian đó, vũ trụ huyền thoại của người Ai Cập được phát triển trên hai bờ sông Nile. Cũng như trong vũ trụ của người Babilon, nước là khơi nguồn của sự sống. Đấng khởi thủy là Atoum, người chứa trong mình toàn bộ sự tồn tại, sống trong đại dương nguyên thủy Nun. Đó là người mà hiện thân là Atoum Rã đã sinh ra thế giới và gần tám trăm vị thần, cả nam lẫn nữ, sống trong vũ trụ thần thoại Ai Cập. Atoum sau này trở thành Rã - thần Mặt trời. Geb là Trái đất - một cái đĩa phẳng bao bọc bởi núi non nổi Hình 2. Vũ trụ thần thoại của người Ai Cập. Thân thể của nữ thần Nout xinh đẹp trang điểm bởi các ngôi sao và các hành tinh và được đỡ bởi thần không khí Shu, tạo nên vòm trời. Thần Mặt trời hàng ngày đi qua trên lưng của nữ thần Nout, còn bên dưới là thần đất Geb quỳ dưới chân nữ thần Nout. (ảnh của Viện bảo tàng Anh) 22 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN giữa đại dương nguyên thủy Nun. Cơ thể của nữ thần Nout xinh đẹp tạo nên vòm trời và được đỡ bởi thần không khí Shu. Nout được dát đầy bởi vô số những viên ngọc lấp lánh, đó là các hành tinh và các vì sao. Rã, thần Mặt trời, ban ngày dong thuyền trên lưng nữ thần Nout ngang qua bầu trời và trở về bằng con đường dưới nước bên dưới mặt đất (H.2). Bộ máy hành chính thiên đình Vũ trụ thần thoại yêu thích nhất của tôi có lẽ là vũ trụ của người Trung Hoa, một vũ trụ đã được phát triển vào khoảng năm 2000 trước CN (CN). Vũ trụ này minh họa rõ nét cái đặc tính phỏng theo con người của các vũ trụ thần thoại, trong đó tổ chức của các thần phản ánh tổ chức của con người. Trong vũ trụ Trung Hoa, các vị thần, cả nam lẫn nữ, tạo thành một bộ phận của bộ máy hành chính khổng lồ, họ suốt ngày ngồi soạn thảo các công văn giấy tờ, ra các chỉ thị hệt như các quan chức của Đế quốc Trung Hoa. Sau đó, vào khoảng năm 500 trước CN, nhà triết học Khổng Tử đã đưa vào khái niệm các cực đối lập, đó là Âm và Dương. Trong vũ trụ Trung Hoa, thế giới được sinh ra bởi tác dụng qua lại liên tục giữa hai lực đối cực đó. Trời là Dương, là sức mạnh, là nam tính và là người sáng tạo. Đất là Âm, là nữ tính, là mẹ. Trời ở bên trên luôn luôn vận động, còn Đất ở bên dưới và nghỉ ngơi. Mặt trời là Dương, là ánh sáng, là nóng và khô, còn Mặt trăng là Âm, là tối tăm, lạnh lẽo và ẩm ướt. Vũ trụ luôn luôn ở trạng thái vận động tuần hoàn vĩnh cửu, Âm khi đã đạt tới đỉnh điểm sẽ nhường chỗ cho Dương. Đêm tiếp theo ngày, Mặt trăng thế chỗ cho Mặt trời, mùa đông lạnh lẽo và u ám kế tiếp theo mùa hè ấm áp và tràn đầy ánh sáng, đó là những ví dụ về sự tương tác của cặp Âm và Dương. Các vũ trụ trong quá khứ - 23 Những chiến công về trí tuệ của con người thuộc vũ trụ thần thoại quả thật rất đáng ngạc nhiên. Những người Ai Cập đã chinh phục được hình học để dựng nên các kim tự tháp của họ. Những người Babilon đã nắm vững khoa học về các con số để ghi lại vị trí của các tinh tú, soạn ra lịch và tiên đoán những thời điểm có nguyệt thực. Nhưng các tu sĩ Ai Cập và Babilon không quan sát bầu trời vì chính nó mà cốt là để đọc ra ở đó số phận của con người: mối quan tâm của họ là chiêm tinh học chứ không phải thiên văn học. Dùng các kiến thức toán học để phát hiện ra những quy luật chi phối chuyển động của các thiên thể không phải là mối bận tâm của họ. Vì sự chuyển động của các thiên thể là tuần hoàn, nên chỉ cần theo dõi vị trí của chúng một khoảng thời gian dài là có thể tiên đoán được vị trí của chúng trong tương lai. Vì vậy, sự hiểu biết về vị trí của Trái đất đối với Mặt trời, Mặt trăng, đối với các sao và phần còn lại của vũ trụ là không cần thiết. Cũng như các bậc tiền bối của họ vào đầu kỷ nguyên thần thoại, những người đã xây dựng nên những đền đài bằng đá ở ở Carnac, ở Bretagne, miền tây nước Pháp hoặc ở Stonehenge, miền nam nước Anh, để đánh dấu nơi mọc và lặn của Mặt trời và Mặt trăng, những người Ai Cập và Babilon là các tu sĩ - vũ trụ học hơn là nhà thiên văn - vũ trụ học. Những kỳ tích Hy Lạp Tới thế kỷ thứ 6 trước CN, dọc theo bờ biển Tiểu Á, ở Ionie, đã xuất hiện một nền văn minh kỳ lạ nhất, đó là “kỳ tích” Hy Lạp, kéo dài gần tám thế kỷ. Ngay trong lòng vũ trụ thần thoại, một nhóm nhỏ những con người đặc biệt đã làm đảo lộn tất cả và gieo mầm cho một vũ trụ mới sắp sửa rung hồi chuông báo giờ cáo chung của vũ trụ cũ. 24 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Những người Hy Lạp này đã đưa ra vũ trụ khoa học, một vũ trụ vẫn còn như vũ trụ ngày hôm nay của chúng ta. Thay vì buông xuôi trông cậy một cách mù quáng vào các vị thần và bằng lòng với việc quan sát các hiện tượng tự nhiên mà không hiểu, những người Hy Lạp đã có một trực giác mang tính cách mạng mách bảo rằng thế giới có thể phân chia thành các bộ phận khác nhau và lý trí con người có khả năng hiểu được những quy luật chi phối hành vi của các bộ phận đó cũng như sự tương tác giữa chúng. Tự nhiên có thể là đối tượng để suy ngẫm và tư biện. Sự hiểu biết các quy luật tự nhiên mà trước kia chỉ dành cho các vị thần thì bây giờ đây được chia sẻ bởi con người trong vũ trụ khoa học. Được trang bị bởi niềm tin không gì lay chuyển nổi vào khả năng của lý trí con người, những người Hy Lạp đã bắt tay vào công việc. Cấu trúc của vật chất, bản chất của thời gian, các hiện tượng sinh học, địa chất và khí tượng, không lĩnh vực nào là thoát khỏi con mắt đầy tò mò và lục vấn của họ. Leucippe và Democrite đã phân chia vật chất thành các nguyên tử, những phần tử không thể phân chia được nữa - một quan điểm cho tới nay vẫn còn mang tính thời sự. Pythagoras bằng những định lý của mình đã đặt nền tảng cho toán học và Euclide đã xây dựng nên hình học của mình, mà cho tới nay nó vẫn còn là một trong số những lâu đài trí tuệ hài hòa nhất và cũng là ấn tượng nhất trong lịch sử các tư tưởng. Từ sự kích thích trí tuệ mạnh mẽ đó đã xuất hiện một vũ trụ mới vượt xa vũ trụ thần thoại cũ. Trong suốt bốn thế kỷ, các học thuyết chủ yếu về vũ trụ, ngày càng tinh xảo hơn, lần lượt ra đời. Và cuối cùng, các học thuyết này đã dẫn tới vũ trụ Ptolemye, một vũ trụ sẽ ngự trị gần như tuyệt đối trong suốt hai ngàn năm sau đó. Những nền tảng của phương pháp khoa học đã dần dần được xây đắp. Trong Các vũ trụ trong quá khứ - 25 khi những học thuyết đầu tiên về vũ trụ được rút ra từ những tư biện thuần túy triết học, thì những hạn chế được áp đặt bởi sự quan sát chuyển động của các hành tinh ngày càng trở nên quan trọng. Những học thuyết đầu tiên về vũ trụ vẫn còn mang nhiều âm hưởng thần thoại. Đối với Thales (khoảng năm 560 trước CN) tất cả đều là nước. Trái đất là phẳng và nổi trên đại dương nguyên thủy. Hoàn toàn giống như trong vũ trụ thần thoại của người Babilon, nước là yếu tố khởi thủy chi phối toàn bộ thế giới. Anaximandre (khoảng năm 545 trước CN) đã vứt bỏ ý tưởng về yếu tố nguyên thủy duy nhất. Đối với ông, thế giới là kết quả của sự tương tác và hòa trộn của những cái đối lập, như nóng và lạnh, ánh sáng và bóng tối,- một ý tưởng rất giống với khái niệm âm dương của người Trung Hoa. Trái đất là một cái cột dẹt nổi trong không khí ở giữa các vành đai lửa kế tiếp nhau là Mặt trời, Mặt trăng và các hành tinh. Và thế là vũ trụ địa tâm với những mặt cầu đồng tâm lồng vào nhau của các hành tinh ra đời. Vũ trụ toán học Tính chặt chẽ toán học đã đi vào tư tưởng vũ trụ học cùng với Pythagoras, ở thế kỷ thứ 6 trước CN. Theo ông, vũ trụ có một hình học hài hòa được chi phối bởi các định luật toán học và các con số. Những con số là nguyên lý, là nguồn gốc của mọi sự vật và là sự phản ánh tính hoàn hảo của Thượng đế. Trái đất không có dạng dẹt mà có một dạng toán học “hoàn hảo” hơn, đó là hình cầu. Đối lập với các vũ trụ địa tâm trong tương lai, trong đó Trái đất là đứng yên ở vị trí trung tâm, vũ trụ Pythagoras có tâm là một ngọn lửa lớn không nhìn thấy được và quay xung quanh nó là mười đối tượng vẽ nên mười vòng tròn hoàn hảo. Chuyển động của các đối tượng 26 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN này trong sự hài hòa hoàn hảo như âm nhạc nên đã làm nảy sinh “âm nhạc các mặt cầu”. Mười đối tượng này theo thứ tự xa dần ngọn lửa trung tâm là Đối- Trái đất, Trái đất, Mặt trăng, Mặt trời và năm hành tinh được biết thời bấy giờ là Thủy tinh, Kim tinh, Hỏa tinh, Mộc tinh và Thổ tinh. Sự tồn tại của Đối-Trái đất, thiên thể bảo vệ cho Trái đất tránh được hơi nóng dữ dội của ngọn lửa trung tâm, cần được thừa nhận để có tổng số các đối tượng là 10, một con số hoàn hảo. Pythagoras chắc là sẽ rất đau khổ nếu biết rằng thực sự chỉ có chín hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta. Theo Pythagoras, vũ trụ phải phù hợp với các con số và có thể suy ra từ lý luận thuần túy. Những quan sát không hề có ích lợi gì. Phương pháp khoa học như được ứng dụng ngày hôm nay, phương pháp cổ vũ rằng sự hài hòa của thế giới phải được tiếp nhận thông qua quan sát và thực nghiệm, còn chưa xuất hiện. Vũ trụ địa tâm Vào thế kỷ thứ 4 trước CN, Platon đã lấy lại một số ý tưởng của Pythagoras để xây dựng nên một vũ trụ mới. Trái đất vẫn có dạng cầu hoàn hảo. Chuyển động của các thiên thể vẫn theo các quỹ đạo tròn lý tưởng. Những chuyển động này là tuyệt đối đều. Nghĩa là các hành tinh quay xung quanh Trái đất với vận tốc không đổi, không tăng tốc cũng không giảm tốc. Các bầu trời gắn với các thần cần phải hoàn hảo, và sự hoàn hảo này đòi hỏi dạng và chuyển động của các thiên thể cũng phải hoàn hảo. Học thuyết con người là trung tâm vũ trụ lại sống lại và Trái đất lại chiếm vị trí trung tâm và nằm bất động ở đó. Ý đồ của vũ trụ địa tâm cũng không có gì khó hiểu. Khi quan sát quỹ đạo của các thiên thể chạy từ đông sang tây trên bầu trời hết đêm này sang đêm khác, Các vũ trụ trong quá khứ - 27 còn gì tự nhiên hơn là giả thiết rằng Trái đất nằm bất động ở trung tâm của vũ trụ và Mặt trời, Mặt trăng cùng với các thiên thể khác quay xung quanh nó? Platon đã thừa nhận một vũ trụ trong đó Trái đất nằm ở tâm một mặt cầu cực lớn chứa tất cả các hành tinh và các sao. Vũ trụ là hữu hạn và được giới hạn trong mặt cầu đó. Mặt cầu này quay hàng ngày để phù hợp với chuyển động của các thiên thể. Chuyển động lùi Nhưng vũ trụ hai mặt cầu này không thể giải thích được chuyển động lạ lùng và kỳ dị của các hành tinh. Thực tế, các hành tinh, khi nhìn thấy được vào ban đêm, cũng đi ngang qua bầu trời từ đông sang tây như tất cả các ngôi sao. Nhưng sau mỗi đêm, vị trí của chúng so với các ngôi sao lại thay đổi và dịch dần chỉ theo một hướng từ tây sang đông. Chuyển động này chính là nguồn gốc của cái tên hành tinh (hành tinh tiếng Hylạp là “planete” - có nghĩa là lang thang). Trong khi đó, những ngôi sao lại là cố định đối với nhau. Trong vũ trụ ngày hôm nay, chúng ta biết rằng sự khác biệt về chuyển động tương đối giữa các hành tinh và các sao, thực tế, là do hiệu ứng về khoảng cách. Các ngôi sao ở rất xa nên có vẻ như không chuyển động, trong khi đó các hành tinh ở gần nên dường như chuyển động với biên độ lớn. Một sự thực lạ lùng là, đôi khi, các hành tinh dường như dừng lại trên quỹ đạo của nó, rồi đảo hướng chuyển động đối với các ngôi sao. Khi đó các hành tinh thực hiện một chuyển động gọi là chuyển động lùi, từ đông sang tây, trong một thời gian nào đó, trước khi trở lại chuyển động theo hướng tây - đông như thường lệ. Trong vũ trụ nhật tâm của chúng ta hôm nay, việc giải thích những chuyển động lùi này khá tự nhiên. Đó chẳng qua là kết quả quan sát chuyển 28 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN động của các hành tinh từ một vị trí cũng đang chuyển động. Những chuyển động lùi xảy ra mỗi khi Trái đất, trên quỹ đạo quay quanh Mặt trời của mình, vượt qua hành tinh ở trên nó (tức ở xa Mặt trời hơn Trái đất) hoặc khi bị một hành tinh ở dưới nó (tức ở gần Mặt trời hơn Trái đất) vượt qua. Chuyển động lùi chỉ là biểu kiến mà thôi. Một người ngoài Trái đất quan sát hệ Mặt trời từ con tàu vũ trụ của mình sẽ không thấy chuyển động lùi nữa (H.3). 5' 6' 7' 4' 3' 2'1' 6 7 5 5 6 4 4 3 3 2 2 1 1 Sao Hỏa 7 Mặt trời Trái đất Hình 3. Chuyển động lùi của các hành tinh. Người quan sát trên Trái đất thấy Hỏa tinh đảo hướng chuyển động đối với các ngôi sao xa (vị trí 4) khi Trái đất vượt qua Hỏa tinh trên quỹ đạo của nó xung quanh Mặt trời. Chuyển động lùi này chỉ là biểu kiến: nó là do sự chuyển động của người quan sát cùng với Trái đất quay xung quanh Mặt trời. Đối với người ngoài Trái đất quan sát Hỏa tinh từ một chỗ cố định sẽ không thấy chuyển động lùi đó. Khi Trái đất đã vượt qua Hỏa tinh, thì Hỏa tinh sẽ chuyển động trở lại theo hướng từ tây sang đông như thường lệ đối với các ngôi sao xa trên bầu trời. Các vũ trụ trong quá khứ - 29 Vũ trụ khoa học Eudoxe, một thanh niên cùng thời với Platon, không thể biết được rằng trong vũ trụ địa tâm của Platon, chuyển động lùi của các hành tinh là không có thật. Và anh ta muốn xây dựng một vũ trụ trong đó các chuyển động lùi này có thể được tái tạo lại một cách trung thành. Nói theo ngôn ngữ của những người theo trường phái Platon, thì cần phải cứu “những cái biểu kiến” đó bằng bất cứ giá nào. Theo Eudoxe, lý trí thuần túy, tự nó thôi, chưa đủ để bao quát hết thực tế. Nó còn cần phải phù hợp với những quan sát. Như vậy, Eudoxe là người đầu tiên đã xây dựng nên một vũ trụ khoa học. Ông đã biến đổi vũ trụ hai mặt cầu của Platon thành một vũ trụ với nhiều mặt cầu. Ngoài Trái đất bất động nằm ở tâm và mặt cầu ngoài cùng chứa các ngôi sao giới hạn vũ trụ, ông còn thêm các mặt cầu đồng tâm cho mỗi hành tinh. Ông hiểu rằng mọi chuyển động đều có thể giải thích được bằng cách chồng chập nhiều chuyển động tròn đều - chuyển động “tự nhiên” của các hành tinh. Ví dụ, để giải thích chuyển động lùi của các hành tinh, sự quay của các mặt cầu hành tinh còn cần phải kèm theo sự quay của các mặt cầu phụ gắn với các mặt cầu hành tinh đó và có trục quay nghiêng. Tổng cộng, theo Eudoxe, phải cần tới ba mươi ba mặt cầu mới giải thích được các quan sát ở thời đại mình. Bước tiếp theo được thực hiện bởi Aristotle (khoảng năm 350 trước CN), người đã truyền cho vũ trụ nhiều mặt cầu của Eudoxe một chiều kích vừa vật lý hơn và cũng tinh thần hơn. Để tái tạo lại những quan sát chính xác hơn về chuyển động của các hành tinh, tổng số mặt cầu bây giờ đã lên tới 55. Mặt trăng, Thủy tinh, Kim tinh, Mặt trời, Hỏa tinh, Mộc tinh và Thổ tinh nằm trên các mặt cầu pha lê đồng tâm với tâm là Trái đất vĩnh viễn đứng yên. Mỗi 30 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Hình 4. Vũ trụ địa tâm của Aristotle. Mặt trăng, Thủy tinh, Mặt trời, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh và các ngôi sao nằm trên các tinh cầu đồng tâm với tâm ở Trái đất bất động. (ảnh, Thư viện quốc gia). mặt cầu hành tinh này được liên kết với bốn năm mặt cầu khác và tất cả quay xung quanh các trục khác nhau theo cách sao cho chồng chập của các chuyển động đó sẽ tái tạo lại được chuyển động của hành tinh. Vũ trụ này cũng được giới hạn trong mặt cầu ngoài cùng chứa các sao (H.4). Vũ trụ Aristotle được chia làm hai phần, phân cách bởi mặt cầu của Mặt trăng. Trái đất và Mặt trăng thuộc một thế giới luôn biến đổi và không hoàn hảo, trong đó ngự trị sự sống, sự lụi tàn và cái chết. Trong thế giới tạo bởi đất, nước, không khí và lửa này, chuyển động tự nhiên là theo phương thẳng đứng. Mọi vật đều chuyển động theo Các vũ trụ trong quá khứ - 31 đường thẳng từ trên cao xuống thấp hoặc từ dưới lên trên. Không khí và lửa bốc lên trời, trong khi đất và nước rơi xuống đất. Chuyển động tròn là không được phép, nên Trái đất đứng yên và không tự quay xung quanh nó. Thế giới hoàn hảo, thế giới của các hành tinh khác, của Mặt trời và các ngôi sao, trái lại, là một thế giới bất biến và vĩnh cửu. Do tạo bởi ether, nên chuyển động tự nhiên trong thế giới này là chuyển động tròn xung quanh Trái đất, và chính điều này giải thích được chuyển động quay vĩnh cửu của các mặt cầu pha lê hành tinh. Trong vũ trụ này sự không hoàn thiện của bầu trời, chẳng hạn như các sao chổi, những quả cầu lửa xuất hiện một cách ngẫu nhiên, chỉ có thể thuộc về thế giới không hoàn thiện: chúng là kết quả của những nhiễu động trong bầu khí quyển của Trái đất. Vũ trụ của Platon và Aristotle đạt tới đỉnh điểm của chúng hai thế kỷ sau với sự đóng góp của Ptolemy (khoảng năm 140 trước CN) (ảnh bên trên của H.5). Ông đã tổng hợp những kiến thức có được ở bốn thế kỷ trước để xây dựng nên một vũ trụ hình học được chấp nhận gần như tuyệt đối trong suốt 1.500 năm sau đó. Ba thuộc tính chính của các vũ trụ trước vẫn còn được giữ lại. Vũ trụ vẫn là địa tâm. Trái đất là hình cầu và là tâm của tất cả. Chuyển động tự nhiên của các hành tinh là tròn đều. Trái đất là cong Dạng cầu của Trái đất đã được chứng minh vào thế kỷ trước bởi Eratosthene (khoảng năm 250 trước CN), người sống ở Alexandrie và đã đọc thấy rằng, ở Syene - một thành phố nhỏ ở phía nam Ai Cập -, ngày 21 tháng 6 là ngày dài nhất trong năm, những cây cột của các đền đài hoàn toàn không có bóng vào lúc giữa trưa. Vào ngày đó, Eratosthene, với tư cách là nhà khoa học thực thụ, đã đi quan 32 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN sát những cây cột của các đền đài ở Alexandrie vào đúng giữa trưa. Ông thấy rằng, trái với các cây cột ở Syene, những cây cột ở đây lại chiếu những cái bóng khá dài trên mặt đất. Từ quan sát đơn giản đó ông đi tới kết luận rằng Trái đất phải là cong. Bởi vì nếu nó là phẳng, thì tất cả các cây cột như nhau trên Trái đất ở cùng thời điểm phải chiếu cùng một bóng. Khi đo chiều dài bóng các cột ở Alexandrie và nhận được khoảng cách giữa Alexandrie và Syene bằng cách đếm số bước chân cần thiết để đi từ thành phố này đến thành phố kia, Eratosthene đã tính được chu vi của Trái đất là 40.000km, rất gần với các số đo hiện đại, quả là một điều đáng kinh ngạc. Vòng tròn trên các vòng tròn Ptolemy đã đặt cho mình nhiệm vụ phải chỉnh sửa lại một số thiếu sót của vũ trụ Aristotle. Đặt biệt, ông muốn giải quyết hai vấn đề đã được đặt ra bởi các quan sát chính xác. Vấn đề thứ nhất là chuyển động “dị thường” của các hành tinh. Các hành tinh đều thể hiện những biến thiên về vận tốc, một điều trái ngược hẳn với tính đều tuyệt đối - một thuộc tính căn bản của vũ trụ Aristotle. Vấn đề thứ hai có liên quan tới sự biến thiên về khoảng cách của Mặt trăng và các hành tinh đến Trái đất, thể hiện ở sự thay đổi kích thước góc của Mặt trăng hoặc sự thay đổi độ sáng của các hành tinh. Sự thay đổi về khoảng cách này không thể giải thích được trong vũ trụ Aristotle, bởi vì trong vũ trụ đó các hành tinh gắn chặt với các mặt cầu có tâm là Trái đất. Theo định nghĩa, khoảng cách giữa một hành tinh và Trái đất là bán kính của mặt cầu hành tinh đó và không thể thay đổi được. Theo Ptolemy, cần giải quyết hai vấn đề trên bằng cách tính đến chuyển động lùi của các hành tinh. Ông có một ý tưởng rất thông minh là tách các hành tinh ra khỏi Các vũ trụ trong quá khứ - 33 các thiên cầu và đặt chúng trên các vòng tròn nhỏ gọi là các ngoại luân (epicycle) có tâm nằm trên các thiên cầu tương ứng. Như vậy, chuyển động của một hành tinh trong bầu trời sẽ là chồng chập của hai chuyển động: chuyển động đều của hành tinh trên ngoại luân có tâm lại chuyển động đều trên vòng tròn của mặt thiên cầu (hình dưới của H.5). Kết quả sẽ là khá giống với điều mà một người quan sát đứng ở tâm một đường đua tròn nhìn thấy khi một tay nài phi ngựa trên đường đua và quay trên đầu mình đoạn dây có đầu mút phát sáng. Bằng việc đưa vào các ngoại luân, Ptolemy đã giải quyết được đồng thời tất cả các vấn đề mà vũ trụ Aristotle đặt ra. Không những ông tính được một cách định lượng, chính xác và chi tiết các chuyển động đã qua của các hành tinh, mà còn có thể tiên đoán được vị trí trong tương lai của chúng. Cuốn Almageste (tiếng Ai Cập có nghĩa là “nhà thiên văn vĩ đại”) trong đó Ptolemy đã trình bày toàn bộ những tính toán của mình và công bố các bảng ghi vị trí của các hành tinh, cho đến nay chắc chắn vẫn còn là một tác phẩm lớn. Ông đã sử dụng nền tảng hơn 7 thế kỷ của thiên văn học Ai Cập và đưa ra một vũ trụ hình học mà cùng với vũ trụ vật lý của trường phái Aristotle, nó buộc người ta phải thừa nhận cho tới tận thế kỷ thứ 16. Tất nhiên là cũng có những phản đối. Aristarque, vào thế kỷ thứ 3 trước CN, đã bác bỏ vũ trụ hình học và đưa ra vũ trụ nhật tâm trong đó Mặt trời nằm ở tâm và Trái đất cùng với các hành tinh khác quay xung quanh nó. Nhưng tiếng nói của Aristarque đã nhanh chóng bị bóp nghẹt. Vũ trụ thời trung cổ Vào một đêm mùa đông năm 1300, một tu sĩ dòng Francisco rời chiếc giường êm ái và ấm áp của mình để đi đọc kinh Ban Mai. 34 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Thiên cầu Ngoại luân Hành tinh Tâm ngoại luân Trái đất Hình 5. Vũ trụ của Ptolemy. Vũ trụ điạ tâm của Ptolemy (chân dung của ông cho ở hình trên đã thống trị hơn mười lăm thế kỷ. Để giải thích chuyển động của các hành tinh, Ptolemy đã cho mỗi hành tinh chuyển động trên một vòng tròn nhỏ gọi là ngoại luân. Tâm của vòng tròn này lại quay trên thiên cầu có tâm ở Trái đất (Hình dưới). (ảnh, Thư viện quốc gia). Các vũ trụ trong quá khứ - 35 Ông đi qua sân tu viện và chợt dừng lại cạnh tăng viện để chiêm ngưỡng bầu trời. Đắm mình trong đêm tối lạnh lẽo và tĩnh lặng của màn đêm, ông bị cuốn hút bởi bầu trời sao. Dưới thấp kia, ngay trên đường chân trời, ông thấy rõ một chấm sáng, sáng hơn những chấm khác. Ông biết rằng đó là Mộc tinh, một hành tinh diễu hành không mệt mỏi theo quỹ đạo tròn xung quanh Trái đất, trên thiên cầu pha lê của nó cùng với các thiên thần ở các mặt cầu cao hơn. Ông cũng biết rằng giữa Trái đất và Mặt trăng, mà đêm đó không thấy được, là luyện ngục, nơi những linh hồn đang phải tẩy rửa trước khi được tới những thiên cầu cao hơn để được đến gần bên Chúa, Người đang ngự trên thiên đường, bên trên thiên cầu pha lê của các vì sao lấp lánh. Ý nghĩ về Chúa bất giác khiến môi ông lẩm nhẩm mấy lời cầu nguyện. Ông cầu ước rằng linh hồn ông một ngày nào đó sẽ tới được những thiên cầu cao kia và sẽ không bao giờ phải nếm trải những ngọn lửa địa ngục trong lòng đất. Vũ trụ Aristotle với các thiên cầu pha lê vẫn còn hiện diện rõ nét trong vũ trụ thời Trung cổ của vị tu sĩ Francisco kia. Cái mới, đó là sự hiện diện của các nhân vật và những khái niệm bắt nguồn từ Ki-tô giáo: các thiên thần, luyện ngục, địa ngục, thiên đường và Chúa. Mười lăm thế kỷ đã trôi qua kể từ sự tổng hợp vĩ đại của vũ trụ Hy Lạp bởi Ptolemy. Biết bao sự kiện đã diễn ra. Hy Lạp đã bị sáp nhập vào Đế quốc La Mã vào cuối thế kỷ thứ 2 trước CN và Ki-tô giáo đã được tuyên bố là tôn giáo chính thống của La Mã vào năm 300. Sự chói sáng của tư tưởng Hy Lạp đã mờ dần trong thời kỳ này. Những người La Mã không quan tâm tới những tư biện trừu tượng. Mặc dù có những phát minh công nghệ xuất sắc và những cải tiến có ý nghĩa thực tiễn, nhưng họ ít có đóng góp cho tư tưởng vũ trụ học. Sự xâm lược nhiều lần của các đội quân dã man người Goth và Huns tới từ phương Đông đã kết liễu Đế quốc La Mã vốn 36 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN đã yếu đi rất nhiều do suy thoái về chính trị và hỗn loạn về kinh tế. Kho tàng tri thức Hy Lạp đã biến mất khỏi phương Tây. Song song với sự suy tàn và sụp đổ của đế quốc La Mã, đế quốc Ai Cập Islam, trải dài từ Tây Ban Nha đến Ấn Độ lại cất cánh. Ngọn đuốc văn minh và khoa học lại chuyển vào tay các quốc vương (caliph) ở Bagdad. Trong suốt thời gian từ năm 750 đến năm 1000, họ đã cho xây dựng các đài thiên văn và cho dịch ra tiếng Ả rập những tác phẩm lớn của Hy Lạp, như cuốn Almagest. Từ năm 1000, Tây Ban Nha đã trở thành một trung tâm trí tuệ lớn của thế giới Islam và thông qua nó, châu Âu Ki-tô giáo đã phát hiện lại tư tưởng Hy Lạp. Việc dịch các tác phẩm lớn của Hy Lạp từ tiếng Ả rập ra tiếng Latin đã được tiến hành và các từ gốc Ả rập như đại số (algebra), thiên đỉnh (zenit) và số zero đã đi vào từ vựng hàng ngày. Kho tàng kiến thức thời Trung cổ nằm trong tay Giáo hội. Tất cả các bản thảo đều được thu thập vào thư viện của các tu viện và chỉ có các tu sĩ mới được sử dụng. Quan niệm của Aristotle đặt ra một vấn đề nan giải và nghiêm trọng đối với giới tu hành. Đó là làm thế nào dung hòa được vũ trụ cổ Hy Lạp với vũ trụ Ki-tô giáo? Trong vũ trụ Aristotle, Thượng đế không xuất hiện một cách tường minh. Các hành tinh một khi đã chuyển động sẽ chuyển động vĩnh viễn. Không có bắt đầu và cũng không có kết thúc. Vai trò của Chúa Trời thể hiện rõ ràng hơn trong vũ trụ Ki-tô giáo: “Chúa tạo ra Trời và Đất”. Nghĩa là vũ trụ có điểm khởi đầu. Chúa và các thiên thần Sự tổng hợp vũ trụ Aristotle với vũ trụ Ki-tô giáo được thực hiện vào thế kỷ thứ 13 bởi một tu sĩ dòng Đa minh tên là Thomas d’Aquin. Ông đã lấy lại quan niệm của Aristotle và đưa Chúa vào Các vũ trụ trong quá khứ - 37 đó một cách tường minh. Trái đất vẫn ở trung tâm của vạn vật. Nó có dạng cầu, dạng mà nó nhận lại từ thế kỷ thứ 9, sau khi bỏ đi dạng dẹt mà người ta gán cho nó trong suốt mấy thế kỷ đầu sau CN do một sự giải thích quá máy móc một số trang trong Kinh thánh. Tất cả vẫn như vũ trụ của Aristotle, Mặt trăng, Mặt trời, các hành tinh và các sao quay xung quanh Trái đất trên các thiên cầu pha lê. Nhưng bây giờ bổ sung thêm một mặt cầu ở trên mặt cầu các vì sao do người Ai Cập đưa vào: đó là mặt cầu nguyên thủy được Chúa ban cho một chuyển động quay vĩnh viễn. Chúa giờ đây hiện diện như một nhân vật. Sau khi sinh ra, Ngài trông nom mọi việc trong một vũ trụ có thứ bậc và được trợ giúp bằng một đội quân các thiên thần. Chúa ngự ở thiên đường, một vùng có những ngọn lửa vĩnh cửu, ở bên trên mặt cầu nguyên thủy, nhưng cách mặt cầu đó một khoảng hữu hạn, nên chính bản thân vũ trụ cũng là hữu hạn. Sau đó là các thiên thần xếp theo thứ bậc, họ sống trên mặt cầu các hành tinh, mặt cầu của Mặt trời, và chịu trách nhiệm làm quay các mặt cầu đó. Với tư cách là những người thợ máy thực thụ của bầu trời, họ đảm bảo cho guồng máy thiên đình vận hành một cách trơn tru (H.6). Cấp chức thánh thần của họ giảm theo mức độ xa dần thiên đường của mặt cầu mà họ sinh sống. Tiếp sau đó là mặt cầu Mặt trăng, đây là ranh giới giữa vùng dưới mặt cầu Mặt trăng và các mặt cầu nằm cao hơn, tại đó việc qua lại được các thiên thần kiểm soát rất nghiêm ngặt. Trong vùng dưới mặt cầu Mặt trăng có luyện ngục, phòng chờ để tới các mặt cầu cao hơn, và Trái đất - lãnh địa của con người và chết chóc. Ở đáy của thang thứ bậc, trong lòng Trái đất, là địa ngục, lãnh địa của quỷ dữ và cái Ác, nơi các linh hồn tội lỗi bị đày ải sau cuộc sống trần thế của họ. Yếu tố thần thoại vốn đã biến mất trong các vũ trụ hình học của Aristotle và Ptolemy nay lại được phục hồi thông qua 38 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Hình 6. Những người thợ máy của thiên đình. Thánh Thomas d’Aquin đã thổi một chiều kích tâm linh vào vũ trụ địa tâm của Aristotle. Trong đó Chúa trông nom sự vận hành trơn tru của vũ trụ với sự trợ giúp của cả một đội quân các thiên thần. Bức tranh khắc thời Trung cổ này minh họa các thiên thần - những thợ máy thực thụ của của thiên đình - đang vận hành bộ máy làm quay các thiên cầu hành tinh. (ảnh, Thư viện quốc gia) tôn giáo. Cái màu xanh lơ ban ngày của bầu trời là ánh sáng thanh khiết của Chúa. Trong vũ trụ Trung cổ, ban đêm là lúc tụ tập của ma quỷ. Sự kế tục nhau của ngày và đêm là kết quả của cuộc chiến đấu không ngừng giữa cái Thiện và cái Ác. Nhưng yếu tố khoa học và duy lý đã được người Hy Lạp đưa vào vẫn còn hiện diện rõ nét và sẽ được củng cố đáng kể trong các thế kỷ tiếp theo. Và nếu Trái đất chuyển động? Một điều thật nghịch lý là việc đưa trở lại tôn giáo vào vũ trụ học lại đã tăng cường yếu tố khoa học trong các vũ trụ tiếp sau. Các Các vũ trụ trong quá khứ - 39 nhà tu hành - đặc biệt là Etienne Tempin, linh mục ở Paris vào thế kỷ thứ 8 - những người thiên về vũ trụ của Thomas d’Aquin, dần dần đã phát hiện thấy ở đây những khía cạnh mâu thuẫn trực tiếp với thần học được chấp nhận ở thời đó. Vũ trụ của thánh Thomas d’Aquin là hữu hạn và bị giới hạn bởi thiên đường, nơi ngự của Chúa trời. Trong khi đó Đức Chúa của tôn giáo lại vô biên và hiện diện ở khắp nơi. Sự giới hạn chỉ ở một chỗ duy nhất sẽ dẫn tới sự nghi ngờ về quyền lực vô biên của Ngài. Nếu như Chúa là vô biên, thì tại sao chính bản thân vũ trụ lại không vô biên? Thế là cái mầm mống về vũ trụ vô hạn đã được gieo. Mặt khác, liệu con người có phải là quá ngạo mạn không, khi tin rằng mình ở trung tâm của vũ trụ? Tại sao Chúa, người ngự trị ở khắp nơi, lại không ở trung tâm của vũ trụ? Hồng y giáo chủ người Đức tên là Nicolas de Cusa ở thế kỷ thứ 5 còn tiến xa hơn nữa khi ông cho rằng vì Chúa là vô biên, hiện diện ở mọi nơi, là trung tâm của mọi nơi, nên đâu cũng phải là trung tâm của vũ trụ. Bầu trời sao dù quan sát ở bất cứ đâu trong vũ trụ cũng sẽ phải thấy như nhau. Không có một chỗ nào là đặc biệt và có vô số các trung tâm. Năm thế kỷ sau, ý tưởng này, ngày nay gọi là nguyên lý vũ trụ học, sẽ được Einstein dùng lại để xây dựng thuyết tương đối của mình. Vũ trụ địa tâm bắt đầu bị lung lay nghiêm trọng. Quan niệm về sự bất động của Trái đất cho đến đây vốn được xem là điều thiêng liêng cũng đã bắt đầu bị tổn thương. Liệu có phải là phạm thượng không nếu nghĩa rằng Chúa với quyền lực vô biên của mình lại chịu thất bại không làm cho Trái đất chuyển động được? Sau hết, như linh mục người Pháp tên là Nicole d’Oresme ở thế kỷ 14 nhận xét, mọi chuyển động đều là tương đối. Chuyển động của các vì sao trên bầu trời có thể là do các thiên thể quay quanh Trái đất bất động và cũng có thể là do Trái đất quay quanh các thiên thể bất động. Lý trí của con người không thể phân biệt được giữa hai 40 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN khả năng đó. Một thủy thủ trên con tàu xuôi theo sông và thấy hai bờ lướt qua dưới mắt mình có cảm tưởng sai lầm là con tàu đứng yên còn hai bờ đang chuyển động. Vậy thì liệu chúng ta có phạm sai lầm như người thủy thủ kia không? - Nicole d’Oresme hỏi. Và nếu Trái đất thực sự chuyển động thì sao? Vũ trụ nhật tâm Một nhà tu hành khác, linh mục phụ tá Nicolas Copernicus người Ba Lan, cuối cùng đã trục xuất được Trái đất ra khỏi vị trí tâm vũ trụ của nó. Bằng cuốn sách “Về sự quay của các thiên cầu” của mình được công bố năm 1543, ngay trước khi ông mất, Copernicus đã sửa đổi hoàn toàn gương mặt của vũ trụ và mở màn một cuộc cách mạng về trí tuệ mà ngày hôm nay chúng ta vẫn còn cảm thấy những ảnh hưởng của nó. Những nguyên lý của Aristotle vốn được xem như hiển nhiên từ hơn hai ngàn năm trước đã bắt đầu được xem xét lại. Trong vũ trụ Copernicus, trung tâm được đặt ở gần Mặt trời. Trái đất được đưa xuống xếp vào cùng một hàng với các hành tinh khác. Nó không còn bất động nữa mà chuyển động mỗi năm một vòng quanh Mặt trời như các hành tinh khác. Các hành tinh được xếp theo thứ tự như chúng ta biết ngày hôm nay. Theo khoảng cách tăng dần từ Mặt trời lần lượt là các hành tinh Thủy, Kim, Trái đất, Hỏa, Mộc và Thổ, 6 hành tinh đã biết vào thời gian đó. Riêng Mặt trăng vẫn giữ Trái đất là tâm của mình. Nó đi kèm với Trái đất trong hành trình hàng năm của hành tinh này xung quanh Mặt trời (H.7). Do Trái đất chuyển động nên chuyển động lùi của các hành tinh xảy ra mỗi khi Trái đất bị vượt qua hoặc vượt qua một hành tinh khác có thể được giải thích một cách dễ dàng mà không cần tới các vòng tròn ngoại luân do Ptolemy tưởng tượng ra. Tuy nhiên, Các vũ trụ trong quá khứ - 41 chính Copernicus cũng chưa thể xóa hết tất cả các quan niệm của Aristotle. Những tư tưởng đã từng ngự trị hàng ngàn năm vốn có một sức sống dai dẳng. Trong vũ trụ của Copernicus, các hành tinh vẫn tiếp tục ở trên các thiên cầu pha lê được các thiên thần đẩy cho chuyển động và quỹ đạo của chúng quanh Mặt trời vẫn là các vòng tròn hoàn hảo thiêng liêng của người Hy Lạp, và trên các thiên cầu ấy chuyển động duy nhất khả dĩ là chuyển động đều lý tưởng, theo Aristotle. Nhưng vì quỹ đạo các hành tinh không chính xác là tròn và chuyển động của chúng không chính xác là đều, nên Copernicus dù sao vẫn phải viện đến các ngoại luân cho mỗi hành tinh để giải thích chuyển động của chúng. Cụ thể là mỗi hành tinh chuyển động trên một ngoại luân, tức một vòng tròn nhỏ, có tâm vạch một đường tròn trên mặt thiên cầu, tương ứng với hành trình quay hàng ngày Hình 7. Vũ trụ nhật tâm của Copernicus. Copernicus (hình trái) và vũ trụ nhật tâm của ông được công bố vào năm 1543 trong cuốn sách của ông nhan đề “Về sự quay của các thiên cầu” (hình phải). Các mặt cầu hành tinh quay và mặt cầu các sao bất động có tâm ở trên Mặt trời (ảnh, Thư viện quốc gia). 42 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN của hành tinh đó quanh Mặt trời. Các mặt cầu pha lê này không định tâm ở chính Mặt trời mà là ở gần nó, trong khoảng giữa Mặt trời và Trái đất. Vũ trụ nhật tâm đã giáng một đòn mạnh vào tâm lý con người. Theo đó, con người mất đi vị trí trung tâm của mình trong vũ trụ. Nó không còn là trung tâm chú ý của Chúa trời nữa. Vũ trụ không quay xung quanh nó, và vũ trụ cũng không phải được tạo ra chỉ để phục vụ nó và vì lợi ích của nó. Mặt khác, trong vũ trụ mới, Trái đất lại được đưa lên cao ngang hàng với các hành tinh khác. Theo Aristotle, tất cả những gì liên quan tới các thiên cầu ở trên cao phải là hoàn hảo, không thay đổi và vĩnh cửu, trái với các đối tượng trên mặt đất bị quan sát, không hoàn hảo, luôn biến đổi và phù du. Điều đó phải chăng cũng có nghĩa là trời cũng không hoàn hảo? Vậy là niềm tin vào sự hoàn hảo của trời cũng đã bị lung lay. Vũ trụ vô hạn Đòn cuối cùng giáng vào lương tri con người đó là vũ trụ được khuếch trương lên đáng kể trong khi đó kích thước cũng như tầm quan trọng của Trái đất được thu nhỏ lại so với phần còn lại của vũ trụ. Thật ra vũ trụ của Copernicus cũng vẫn là hữu hạn và được giới hạn bởi mặt cầu cứng và không quay của các vì sao. Cũng như Nicole d’Oresme đã linh cảm trước, chuyển động biểu kiến của các sao là do sự quay hàng ngày của Trái đất xung quanh mình nó chứ không phải là bầu trời quay xung quanh Trái đất. Trong vũ trụ Aristotle, mặt cầu ngoài cùng của các sao chỉ hơi xa hơn mặt cầu Thổ tinh. Thậm chí ở khoảng cách tương đối không lớn đó, một vấn đề cũng đã được đặt ra, bởi vì chu vi của vòng tròn lớn trên mặt cầu ngoài Các vũ trụ trong quá khứ - 43 cùng lớn tới mức các sao cần phải quay với một vận tốc lớn không thể tưởng tượng nổi mới có thể đi hết quãng đường đó chỉ trong một ngày đêm. Copernicus đã giải quyết vấn đề đó bằng cách cho Trái đất chuyển động và các ngôi sao đứng yên, nhưng khi làm điều đó, ông buộc phải đẩy mặt cầu của các vì sao ra một khoảng cách rất xa Trái đất. Và ông đã thu nhỏ hệ Mặt trời vốn chiếm hầu như toàn bộ vũ trụ trước kia thành một góc nhỏ của nó. Copernicus phải đẩy mặt cầu của các vì sao ra rất xa vì những ngôi sao này vẫn ương ngạnh là cố định đối với nhau mặc dù ông đã cho Trái đất quay hàng năm xung quanh Mặt trời. Trong khi đó, nếu một ngôi sao ở tương đối gần và được quan sát ở hai thời điểm khác nhau của quá trình quay đó, nó sẽ phải thay đổi vị trí so với các ngôi sao ở xa hơn, như sẽ được chứng tỏ từ thí nghiệm đơn giản sau. Bạn hãy giơ một ngón tay và duỗi thẳng cánh tay ra, rồi ngắm một mắt vào ngón tay đó. Nếu bạn lần lượt nhắm và mở từng mắt rất nhanh, bạn sẽ thấy dường như ngón tay của bạn xê dịch so với các vật ở xa hơn. Sở dĩ có hiện tượng này là do hai con mắt của bạn ở cách nhau một khoảng nhất định, hoàn toàn giống như khoảng cách giữa hai vị trí kế tiếp của Trái đất ở những thời điểm quan sát gây ra sự thay đổi về vị trí của một sao gần so với các sao xa hơn. Góc tương ứng với sư thay đổi này được gọi là thị sai (paralaxe), góc này càng nhỏ thì khoảng cách tới ngôi sao đó càng lớn (cũng xem H.14). Vì các ngôi sao có thị sai quá nhỏ để đo được, nên Copernicus đi tới kết luận rằng chúng phải ở rất xa. Chỉ bằng một đòn đó, Copernicus đã trục xuất con người ra khỏi vị trí trung tâm của nó, gieo rắc nỗi hoài nghi trong tinh thần con người về sự hoàn hảo của trời và làm giảm địa vị của con người. Người ta có thể ngạc nhiên là tại sao khi cổ súy cho vũ trụ nhật 44 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN tâm với một hệ quả như thế mà Copernicus lại không bị rắc rối với Giáo hội, những người ra sức bảo vệ vũ trụ địa tâm của Aristotle và Thomas d’Aquin. Sự nhắm mắt làm ngơ từ phía Giáo hội có thể giải thích do nhiều nguyên nhân. Trước hết, chính Copernicus cũng là một người của Giáo hội. Sau nữa, ông chỉ cho công bố công trình của mình rất muộn (ba năm trước khi ông mất; có một giai thoại kể rằng ông chỉ nhìn thấy sách của mình trong ngày hấp hối). Nhưng trên hết, lời mở đầu của cuốn sách đã nhấn mạnh một điều là tác giả của nó không nghĩ rằng vũ trụ được đề xuất trong sách là phù hợp với vũ trụ thực, mà đây chỉ là một mô hình toán học đơn giản cho phép tiên đoán được chuyển động của các thiên thể và các hiện tượng nguyệt thực theo cách có thể là thuận tiện hơn mô hình của Ptolemy. Lời mở đầu này không có ký tên, có lẽ được viết bởi Andrew Osiander, người lo việc xuất bản cuốn sách. Dẫu thế nào, thì Giáo hội cũng đã hài lòng về việc giải thích vũ trụ của Copernicus chỉ là một mô hình toán học. Và như vậy vũ trụ theo Aristotle của Thomas d’Aquin vẫn được vẹn toàn và Giáo hội đã không nổi cơn sấm sét chống lại Copernicus. Những hạt giống được gieo bởi Copernicus đã bắt đầu nảy mầm vào những năm tiếp sau. Có hai người độc lập nhau đã dùng lại vũ trụ vốn đã rất rộng lớn của Copernicus và làm nổ tung các biên giới của nó. Đó là nhà thiên văn người Anh Thomas Digges, vào năm 1576 đã đề nghị bỏ đi mặt cầu ngoài cùng của các vì sao. Vũ trụ trở nên vô hạn với các ngôi sao được phân bố trong lãnh địa vô biên của Chúa. Người thứ hai là tu sĩ dòng Đa minh Giordano Bruno. Ông cho rằng trong vũ trụ vô hạn đó có vô số thế giới được cư trú bởi vô số dạng sống khác nhau, tất cả đều làm sáng danh Chúa. Đề xuất cuối cùng này là giọt nước làm tràn ly và Bruno đã bị kết tội dị giáo và bị Giáo hội kết án thiêu sống trên giàn lửa vào năm 1600. Các vũ trụ trong quá khứ - 45 Sự không hoàn hảo của trời Quan niệm của Aristotle về sự hoàn hảo của trời tiếp tục phải chịu những thử thách gay gắt. Một trong số những đòn quyết định nhất được giáng xuống bởi Tycho Brahe, một nhà thiên văn Đan Mạch, người đã đẩy độ chính xác của các quan sát thiên văn tới một cấp độ cao hơn, trong chừng mực có thể trước khi phát minh ra kính thiên văn, bằng cách tạo dựng những dụng cụ lớn để đọc tốt hơn các số đo và tính tới những thăng giáng nhiệt độ làm cho dụng cụ bị giãn nở hoặc co lại dù là rất nhỏ. Năm 1572, một ngôi sao mới xuất hiện trong chòm sao Cassiopeia, ngôi sao này sáng tới mức có thể nhìn thấy vào ban ngày trong suốt một tháng ròng. Tycho, lúc đó còn rất trẻ, mới hai mươi sáu tuổi, đã quan sát ngôi sao này suốt ngày này sang ngày khác, đêm này qua đêm khác, và đã xác lập được một cách chắc chắn rằng ngôi sao này phải ở rất xa và nằm cao hơn rất nhiều các thiên cầu pha lê của các hành tinh. Thực vậy, trái với các hành tinh, ngôi sao này không thay đổi vị trí của nó đối với các ngôi sao ở xa. Từ đó, Tycho rút ra kết luận rằng chắc chắn Aristotle đã lầm, rằng bầu trời cũng thay đổi chứ không phải hoàn toàn bất động. Ngày hôm nay chúng ta biết rằng Tycho có lý, ngôi sao này không gì khác là một sao siêu mới (cũng còn gọi là siêu tân tinh), một vụ nổ chói lòa đánh dấu sự chết của một ngôi sao nặng trong Ngân hà của chúng ta và trong cơn hấp hối cuối cùng, nó giải phóng trong một vài ngày một lượng năng lượng tương đương với một trăm triệu Mặt trời. Sao siêu mới Tycho, như nó được gọi ngày hôm nay, là một trong số các sao siêu mới hiếm hoi (cả thảy chỉ có 7) quan sát được trong Ngân hà của chúng ta. Vua Đan Mạch rất xúc động trước phát hiện ra sao siêu mới của Tycho đã ban thưởng cho ông cả một hòn đảo - đảo Hven - để 46 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN xây dựng đài thiên văn. Trong suốt hai mươi năm ở đó, Tycho đã tích tụ những số liệu quan sát với độ chính xác chưa hề có trước đó. Đặc biệt, sự quan sát một sao chổi lớn vào năm 1577 đã khẳng định những nghi ngờ của ông về sự hoàn hảo của các thiên cầu theo Aristotle. Cho tới lúc đó, sao chổi được xem là hiện tượng trong bầu khí quyển của Trái đất, hoàn toàn như cầu vồng, chẳng hạn. Tycho Brahe đã chứng tỏ rằng quan niệm như thế là không đúng. Sao chổi thay đổi vị trí của nó đối với các ngôi sao xa, nghĩa là nó ở gần Trái đất hơn sao siêu mới. Nhưng sự dịch chuyển của sao chổi lại nhỏ hơn nhiều dịch chuyển của Mặt trăng, nên sao chổi phải ở xa Trái đất hơn nhiều so với Mặt trăng. Nó chắc chắn phải ở đâu đó trong vùng các thiên cầu pha lê của các hành tinh. Lại một lần nữa tính bất biến theo Aristotle của bầu trời lại bị vi phạm. Một đối tượng mới đã xuất hiện. Và còn nghiêm trọng hơn nữa, những quan sát rất chính xác của Brahe còn cho phép ông xác định được cả quỹ đạo của sao chổi đó. Ông đã phát hiện ra rằng quỹ đạo này có hình bầu dục chứ không phải là hình tròn. Vậy sự hoàn thiện hình tròn của các chuyển động trong bầu trời diễn ra ở đâu? Còn một hệ quả nghiêm trọng nữa của phát minh trên: nếu quỹ đạo của sao chổi hình bầu dục và sao chổi lại không ở xa hơn hành tinh xa nhất, thì nó buộc phải đi ngang qua các mặt cầu pha lê rắn của các hành tinh, một điều hết sức vô lý nếu các mặt cầu đó thực sự tồn tại. Tycho buộc phải kết luận rằng các mặt cầu pha lê của các hành tinh không có thực, chúng chỉ tồn tại trong trí tưởng tượng của con người. Sự vứt bỏ các mặt cầu của Aristotle đặt ra một vấn đề hết sức khó khăn: nếu các hành tinh không gắn vào các mặt cầu đó thì tại sao chúng lại không rơi xuống? Cái gì đã đỡ chúng trên bầu trời? Bất chấp những câu hỏi đó, Tycho đã thử xây dựng Các vũ trụ trong quá khứ - 47 một vũ trụ riêng của mình bằng cách tìm một sự dung hòa giữa vũ trụ nhật tâm của Copernicus và vũ trụ địa tâm của Aristotle, một vũ trụ trong đó các hành tinh quay xung quanh Mặt trời, nhưng Mặt trời cùng với bầu đoàn của mình, như Mặt trăng, lại quay xung quanh Trái đất, nghĩa là Trái đất vẫn giữ được vị trí trung tâm của mình (H.8). Hình 8. Vũ trụ của Brahe. Một bức tranh khắc năm 1598 (hình trái) mô tả Tycho Brahe trên hòn đảo Hven của ông. Ông dùng một dụng cụ đo gọi là kính tứ phân (quadrant), vì hồi đó còn chưa có kính thiên văn. Hình bên phải minh họa vũ trụ của Brahe, một vũ trụ dung hòa giữa vũ trụ nhật tâm của Copernicus và vũ trụ địa tâm của Aristotle: các hành tinh quay quanh Mặt trời, và Mặt trời cùng với bầu đoàn các hành tinh của nó lại quay quanh Trái đất giống như Mặt trăng vậy. (ảnh, Thư viện quốc gia) 48 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Galileo và chiếc kính thiên văn của ông Một nhân vật bước ra sân khấu sau đó là Galileo Galilei, một giáo sư toán học ở Italia. Ông đã dành 18 năm tuổi trẻ của mình, từ 1591 đến 1609, để nghiên cứu các vật rơi xuống đất như thế nào. Ông tin rằng chính ở đó ông sẽ tìm ra bí mật về chuyển động của các thiên thể, sau khi đã vứt bỏ quan niệm của Aristotle cho rằng mọi chuyển động trên Trái đất đều là thẳng đều, còn chuyển động của các thiên thể đều là tròn. Ông đã quan sát thấy mười mươi rằng một quả bóng được ném lên không trung sẽ rơi xuống đất theo một quỹ đạo cong. Mọi vật trong vũ trụ cần phải được chi phối bởi các định luật tự nhiên như nhau và sự phát hiện ra các định luật này chỉ có thể bằng các quan sát và các thí nghiệm chính xác và lặp đi lặp lại. Như vậy, sau khi đã phát minh ra vật lý thực nghiệm, Galileo đã cho các vật trượt trên các mặt phẳng nghiêng để làm chậm sự rơi của chúng và để nhận được các số đo chính xác hơn. Ông đã phát hiện ra rằng tất cả các vật đều rơi xuống đất với cùng một gia tốc, bất kể trọng lượng của nó bằng bao nhiêu. Nếu không có sức cản của không khí thì một chiếc lông gà hay một quả tạc đạn bằng chì được thả đồng thời từ cùng một độ cao sẽ rơi chạm đất ở cùng một thời điểm. Mặc dù kết quả này đã được kiểm nghiệm rất nhiều lần trong chân không nhân tạo tại các phòng thí nghiệm, nhưng một nhà du hành vũ trụ người Mỹ khoảng ba trăm sáu mươi năm sau vẫn muốn ngả mũ bái phục Galileo khi anh ta tiến hành thí nghiệm đó với một chiếc lông chim và một chiếc búa trên bề mặt không có khí quyển của Mặt trăng. Năm 1609, Galileo có nghe nói về một phát minh mới, phát minh ra kính thiên văn ở Hà Lan. Ngay lập tức, ông đã tạo ra một dụng cụ có khả năng phóng đại tới 32 lần, với kích thước giống các kính Các vũ trụ trong quá khứ - 49 viễn vọng mà ngày nay người ta vẫn bán trong các cửa hiệu. Ông đã dùng chiếc kính này để quan sát bầu trời. Cứ mỗi lần một dụng cụ mới được hướng lên bầu trời, Galileo lại phát hiện ra được nhiều điều mới lạ. Ông đã thấy nhiều hiện tượng mới và các vật thể lạ khiến cho sự nghi vấn đối với các quan niệm của Asristote về bầu trời càng tăng thêm và khẳng định sự đúng đắn của vũ trụ nhật tâm của Copernicus. Những sự không hoàn thiện mới lại xuất hiện trên bầu trời. Núi non xuất hiện trên Mặt trăng. Mặt trời có những vết đen trên bề mặt của nó (sở dĩ thấy đen là vì nhiệt độ của các vết đó thấp hơn so với phần còn lại của đĩa Mặt trời). Sau sao siêu mới Tycho và sao chổi năm 1577, các dãy núi trên Mặt trăng và các vết đen trên Mặt trời đã đóng chiếc đinh cuối cùng vào chiếc quan tài về sự hoàn hảo của bầu trời theo Aristotle. Khi hướng kính thiên văn của mình về phía Mộc tinh, Galileo đã phát hiện ra bốn vệ tinh quay xung quanh hành tinh này, mà ngày nay gọi là các vệ tinh Galileo, nhưng thời đó ông đặt tên cho chúng là “các vệ tinh Medicis” để tìm kiếm sự ưu ái và hỗ trợ tài chính từ gia đình Medicis giàu có và thế lực. Còn về Kim tinh, nó cũng trải qua các giai đoạn từ tròn đến khuyết giống như Mặt trăng. Tất cả những quan sát này đều phù hợp với hệ thống thế giới do Copernicus đề xuất. Sự tồn tại các vệ tinh của Thổ tinh đã làm mất hiệu lực của ý tưởng cho rằng Trái đất là trung tâm vũ trụ và tất cả đều quay xung quanh nó. Các pha tròn khuyết của Kim tinh, thực chất là kết quả chiếu sáng của Mặt trời xuống hành tinh đó, sẽ chỉ có thể giải thích được nếu hành tinh Kim quay xung quanh Mặt trời. Galileo đã làm người biện hộ cho vũ trụ nhật tâm trong cuốn sách vĩ đại Đối thoại về các hệ thống lớn của thế giới của ông, được công bố năm 1632, trong đó ông đã gọi những người bảo vệ cho vũ trụ địa tâm là những “kẻ đần độn”. Điều này đã quá mức chịu đựng của Giáo hội, những người không 50 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN thể nhắm mắt làm ngơ dưới cái cớ rằng vũ trụ nhật tâm chỉ là một mô hình toán học đơn giản. Nhờ những quan sát của Galileo, mô hình này rõ ràng có thiên hướng tiếp nhận quá nhiều từ thực tế và có nguy cơ gieo rắc sự hoài nghi trong tâm tưởng của các con chiên đối với kinh sách của Giáo hội. Galileo đã bị xét xử và bị quản thúc tại gia cho tới khi chết, vào năm 1642 và cuốn sách của ông vẫn nằm trong danh mục sách cấm của Giáo hội cho tới tận năm 1835. Chuyển động của các hành tinh Hành động bất ngờ này của Giáo hội đã có tác dụng chuyển trung tâm hoạt động khoa học tới Bắc Âu. Nhân vật tiếp theo bước lên sân khấu trong câu chuyện truyền kỳ về những người tạo dựng nên vũ trụ này là một người Đức, tên là Johannes Kepler. Là một thầy giáo trẻ dạy toán ở trường trung học, ông đã trở thành trợ tá của Tycho Brahe vào năm 1600 ở Praha, Cộng hòa Séc, nơi mà Brahe về hưu sau khi mất sự sủng ái của vua Đan Mạch. Hai năm sau, Tycho qua đời, để lại cho Kepler một khối lượng khổng lồ các số liệu quan sát tỉ mỉ về các thiên thể, mà đặc biệt là các hành tinh. Nhờ sự tận tụy tuyệt vời của Tycho, Kepler đã có trong tay mình một kho báu các số liệu quan sát với độ chính xác chưa từng có, được tích tụ hết đêm này sang đêm khác trong suốt hai mươi năm ròng, một khoảng thời gian cần thiết để có thể theo dõi được các hành tinh gần nhất thực hiện nhiều vòng quay xung quanh Mặt trời. Kepler tin rằng ông sẽ tìm thấy trong kho báu đó bí mật về chuyển động của các thiên thể và những định luật chi phối vũ trụ. Ông tin vào vũ trụ nhật tâm của Copernicus. Ông cũng đã bị thuyết phục bởi chứng minh của Tycho theo đó các mặt cầu pha lê của các hành tinh chỉ là sản phẩm của trí tưởng tượng con người. Các vũ trụ trong quá khứ - 51 Thái độ đó thật đáng ca ngợi, nhưng còn đáng ca ngợi hơn nữa là Kepler tin rằng vũ trụ được điều khiển bởi toán học, rằng Chúa là một nhà hình học. Trong nhiều năm dài, ông đã nghĩ rằng số hành tinh (vào thời ông, số hành tinh được biết tới là 6) hay chính xác hơn là số khoảng giữa các hành tinh (cả thảy có 5) phù hợp với số khối đa diện đều mà người Hy Lạp đã biết, tức là các hình khối có các mặt bên là các đa giác đều. Ví dụ khối lập phương có các mặt bên là các hình vuông thuộc số các khối đều đó. Sau nhiều năm lao động, cuối cùng Kepler đã chứng tỏ được rằng quỹ đạo tròn của hành tinh ngoại tiếp các khối đa diện đều không thể phù hợp với những quan sát của Brahe. Số hành tinh được biết cho tới nay là 9 cũng đủ làm mất hiệu lực về lý thuyết các khối đa diện đều. Trong vũ trụ nhật tâm, hoàn toàn tự nhiên là Kepler cũng đã nghĩ tới các quỹ đạo tròn và chuyển động đều của các hành tinh. Mặc dù niềm tin vào sự hoàn hảo của bầu trời đã bị lung lay, nhưng giả thuyết về dạng quỹ đạo hoàn hảo, tức là tròn, và một chuyển động đều lý tưởng cho các hành tinh vẫn còn ngự trị từ thời Platon. Cả Copernicus, Tycho lẫn Galileo đều chấp nhận giả thuyết đó, không một chút nghi ngờ. Khi xem xét kỹ lưỡng các số liệu quan sát do Tycho Brahe tích lũy được về Hỏa tinh, Kepler đã phát hiện ra rằng quỹ đạo của hành tinh này không đối xứng xung quanh Mặt trời như nó cần phải có nếu quỹ đạo là tròn, mà một phía hơi thuôn so với phía khác. Sau bốn năm nghiên cứu và dùng hết chín trăm trang giấy tính toán, và mặc dù trái với những điều xác tín của chính mình, Kepler cũng đã buộc lòng phải hạ bệ pháo đài cuối cùng của học thuyết Aristotle. Quỹ đạo của các hành tinh không phải là tròn mà là hình ellipse. Mặt trời không còn nằm ở tâm nữa mà nằm tại một trong hai tiêu điểm của ellipse (H.9). Các ngoại luân không còn lý do để tồn tại nữa. Chuyển động của các hành tinh có thể giải thích 52 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN ellipse Tiêu điểm Mặt trời Hành tinh Hình 9. Ellipse Kepler. Kepler (hình trên) đã phát hiện ra rằng quỹ đạo của các hành tinh không phải là tròn mà là hình ellipse, với Mặt trời nằm tại một trong hai tiêu điểm của nó (hình dưới). Các vũ trụ trong quá khứ - 53 được hoàn toàn mà không cần tới sự tồn tại của chúng. Vậy là hai ngàn năm bị ám ảnh bởi các ngoại luân cuối cùng đã chấm dứt. Huyền thoại về chuyển động đều của các hành tinh cũng đã được quét sạch. Các hành tinh tăng tốc khi tới gần Mặt trời và giảm tốc khi ra xa nó. Tồn tại một hệ thức toán học chính xác giữa thời gian để hành tinh đi trọn một vòng quanh Mặt trời và khoảng cách từ nó tới Mặt trời. Nếu, theo định nghĩa, Trái đất phải mất một năm để quay trọn một vòng quanh Mặt trời, thì Hỏa tinh do ở xa hơn 1,5 lần, nên phải mất thời gian lâu hơn 1,9 lần, trong khi đó Mộc tinh ở xa hơn 5,1 lần, nên mất thời gian dài hơn 11,9 lần. Tại sao Mặt trăng không rơi xuống Trái đất? Nếu Kepler đã mô tả được chuyển động của các hành tinh bằng các định luật toán học rất chính xác, thì vấn đề do Tycho đặt ra khi vứt bỏ các thiên cầu pha lê vẫn hoàn toàn còn đó. Cái gì đã đỡ các hành tinh trên quỹ đạo ellipse của chúng? Tại sao chúng không rơi xuống Mặt trời? Nguyên nhân nào làm cho các hành tinh chuyển động, vì bây giờ không còn các thiên thần để đẩy chúng đi nữa? Tại sao các hành tinh lại tăng tốc khi tiến tới gần Mặt trời và giảm tốc khi ra xa nó? Kepler đã nghĩ tới các lực từ do Mặt trời phát ra để giữ các hành tinh trên quỹ đạo của chúng. Các lực này giảm khi ở xa Mặt trời, làm cho các hành tinh chuyển động chậm lại, và lực đó tăng khi ở gần Mặt trời, làm cho các hành tinh chuyển động nhanh lên. Nhưng Kepler đã chọn nhầm đường. Điều này đã được chứng minh một cách xuất sắc bởi một người Anh tên là Isaac Newton, sinh đúng năm mất của Galileo, tức ba mươi sáu năm sau khi Kepler qua đời. Nhờ Newton mà lực hấp dẫn đã hùng dũng bước vào vũ trụ khoa học. 54 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Năm 1666, chàng thanh niên Newton, hai mươi ba tuổi, vừa nhận bằng tốt nghiệp của Đại học Cambridge. Để tránh nạn dịch hạch đang hoành hành khi đó, ông đã tạm rời về nhà mẹ ở Lincolnshire. Trong hai năm trời bị buộc ẩn dật nơi thôn dã, Newton đã làm thay đổi bộ mặt của vũ trụ. Ông đã phát minh ra phép tính các vô cùng bé (phép tính vi phân - ND), đã có những phát hiện cơ bản về bản chất ánh sáng và phát minh ra định luật vạn vật hấp dẫn. Chưa bao giờ, cả trước cũng như sau đó, có lẽ chỉ trừ năm 1905 khi Albert Einstein đồng thời phát minh ra thuyết tương đối hẹp và hiệu ứng quang điện (hiệu ứng liên quan tới tương tác giữa ánh sáng và các nguyên tử), vũ trụ lại có những đảo lộn to lớn trong một khoảng thời gian ngắn như vậy. Giai thoại kể rằng Newton đã nảy ra ý tưởng về vạn vật hấp dẫn khi nhìn thấy một quả táo rơi xuống chân ông. Trước ông, Galileo cũng đã từng phân tích tỉ mỉ chuyển động rơi của các vật. Bước nhảy vọt vĩ đại về khái niệm mà Newton đã thực hiện là ở chỗ ông đã liên hệ được sự rơi của quả táo trong vườn với chuyển động của Mặt trăng xung quanh Trái đất. Newton đã xóa sạch sự phân biệt giữa trời và đất của thuyết Aristotle. Đối với ông, Mặt trăng cũng như quả táo đều chịu cùng một lực vạn vật hấp dẫn. Nếu Mặt trăng không rơi xuống đất như quả táo là bởi vì còn tồn tại một lực nữa chống lại lực hấp dẫn và đẩy nó ra xa Trái đất. Lực này có được là do chuyển động của mặt trăng trên quỹ đạo của nó và được gọi là lực li tâm. Lực li tâm này có độ lớn đúng bằng nhưng ngược hướng với lực hấp dẫn, sao cho lực tổng hợp tác dụng lên Mặt trăng triệt tiêu. Một khi lực hấp dẫn được cân bằng, Mặt trăng, thậm chí không cần tới mặt cầu pha lê đỡ, nó vẫn có thể tiếp tục chuyển động xung quanh Trái đất mà không bị rơi xuống. Các vũ trụ trong quá khứ - 55 hyperbole parabole ellipse Trái đất Hình 10. Chuyển động của các vật theo Newton. Bức ảnh 10a (theo bức tranh khắc của J.A Houston, Bộ sưu tập Mansell) minh họa Newton đang làm các thí nghiệm về ánh sáng: ông là người đầu tiên dùng lăng kính để phân tích ánh sáng thành các màu cầu vồng của nó. Ông cũng là người đầu tiên chế tạo được kính thiên văn phản xạ (kính được đặt trên bàn trong bức ảnh trên). Nhưng trên hết là phát minh của ông về định luật vạn vật hấp dẫn và định lượng hóa chuyển động của các vật. Theo Newton, chuyển động của một viên đạn (ở đây là một viên đạn đại bác, hình dưới) phụ thuộc vào vận tốc ban đầu mà nó được bắn ra. Với một vận tốc nhỏ, viên đạn sẽ rơi không xa nơi bắn (quỹ đạo A). Với một vận tốc lớn hơn, nó sẽ được đưa lên quỹ đạo hình ellipse xung quanh Trái đất (tâm Trái đất khi đó sẽ nằm ở một trong hai tiêu điểm của ellipse B). Với vận tốc còn lớn hơn nữa, viên đạn sẽ đi vào khoảng không vô hạn của vũ trụ theo một quỹ đạo parabole (C) hoặc hyperbole (D). 56 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Mặt khác, Mặt trăng cũng không cần các thiên thần đẩy nó chuyển động trên quỹ đạo. Một khi đã được phóng ra, Mặt trăng sẽ tự nó tiếp tục chuyển động không cần bất cứ sự can thiệp nào từ bên ngoài. Tình huống này có thể so với tình huống ném một quả táo lên không trung. Một khi quả táo đã rời tay bạn, nó không cần một sự can thiệp nào từ bên ngoài để đi theo đúng quỹ đạo của nó. Nhưng bạn có thể cãi lại rằng một lát sau quả táo sẽ lại rơi bẹt xuống đất, trong khi đó Mặt trăng vẫn kiên trì tiếp tục chuyển động của nó xung quanh Trái đất. Chẳng qua đó là vì tay bạn chưa truyền cho quả táo đủ xung lực ở thời điểm nó rời tay bạn. Nếu bạn ném nó mạnh hơn, nó sẽ ở trong không khí lâu hơn và rơi xuống đất ở chỗ xa hơn. Nếu bạn có một sức mạnh siêu nhiên, có thể ném quả táo mạnh tới mức ở thời điểm đã cho khoảng cách tới điểm rơi của nó vượt quá đường kính của Trái đất, thì quả táo sẽ vẽ nên một quỹ đạo ellipse xung quanh Trái đất và sẽ tiếp tục quay xung quanh Trái đất mãi mãi. Điều này có nghĩa là bạn đã đặt quả táo lên quỹ đạo. Nếu bạn ném nó còn mạnh hơn nữa, quả táo sẽ vẽ nên một đường parabole hoặc hyperbole. Khi đó nó sẽ thoát khỏi ảnh hưởng hấp dẫn của Trái đất và đi vào khoảng không vô tận của vũ trụ (H.10). Trên thực tế, tất nhiên, lực hấp dẫn của Trái đất là quá lớn để có thể đưa các vật lên quỹ đạo bằng sức mạnh của một người. Đó cũng là điều may mắn, vì chúng ta không muốn làm ô nhiễm không gian vũ trụ bằng các quả bóng đá hoặc bóng bầu dục! Phải cần tới sức mạnh của hàng tấn chất đốt chúng ta mới có thể đưa các con tàu vũ trụ lên quỹ đạo được. Các vũ trụ trong quá khứ - 57 Vũ trụ cơ học Các chuyển động, một khi đã được khởi phát, sẽ không cần có sự can thiệp của thánh thần hay gì khác từ bên ngoài. Vũ trụ của Newton là một vũ trụ cơ học. Nó vận hành như một chiếc đồng hồ đã được lên dây cót. Một khi đã được lên dây, vũ trụ tự nó hoạt động, đồng thời tuân theo định luật vạn vật hấp dẫn. Trong vũ trụ Newton Chúa có nhiều thời gian rỗi hơn so với trong vũ trụ Aristotle. Thay vì phải thường xuyên để mắt tới đội quân các thiên thần, đảm bảo cho các hành tinh và các thiên thể khác hoạt động trơn tru, bây giờ Chúa chỉ cần cho vũ trụ một cú hích nhẹ lúc ban đầu, còn thì sau đó tự nó hoạt động. Với định luật vạn vật hấp dẫn, Newton đã có thể giải thích được những đặc tính trong chuyển động của các hành tinh do Kepler phát hiện ra. Lực hấp dẫn được truyền thông qua một môi trường gọi là ether (khác xa với ether trong học thuyết Aristotle), một khái niệm mù mờ mà Newton không phát triển tiếp. Là lực hút, nên lực hấp dẫn làm cho hai vật rơi vào nhau, đồng thời nó còn cần phải có quan hệ nghịch đảo đối với khoảng cách giữa hai vật, vì nó phải lớn khi gần Mặt trời để hút một hành tinh mạnh hơn, làm cho hành tinh đó tăng tốc, chuyển động nhanh lên, trong khi đó nó giảm khi xa Mặt trời, dẫn đến hệ quả là hành tinh giảm tốc, chuyển động chậm lại. Thực tế, Newton đã phát hiện ra rằng lực hấp dẫn phải giảm theo bình phương khoảng cách giữa hai vật. Nếu một người đàn ông và một người đàn bà ở khoảng cách 10 lần lớn hơn thì lực hút hấp dẫn giữa họ giảm đi bình phương của 10, tức là giảm 100 lần. Mặt khác, lực hấp dẫn còn tỷ lệ với khối lượng của mỗi vật. Khối lượng là thước đo quán tính của một vật, tức là sự chống lại chuyển động của nó. Đẩy một người dễ dàng hơn nhiều so với đẩy một con voi, 58 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN vì người nhẹ hơn voi nhiều. Một hòn đá được ném lên không khí sẽ lại rơi xuống mặt đất do có lực hấp dẫn của Trái đất tác dụng lên nó. Lực này có tính chất tương hỗ, tức là hòn đá cũng tác dụng một lực đúng bằng thế lên Trái đất. Chỉ có điều, sự dịch chuyển của Trái đất về phía hòn đá là không cảm nhận được vì Trái đất do nặng hơn nhiều nên cản trở chuyển động nhiều hơn hòn đá. Do đó hòn đá rơi xuống Trái đất chứ không phải ngược lại. Cần lưu ý rằng không nên lầm lẫn giữa khối lượng và trọng lượng. Bạn có trọng lượng bởi vì lực hấp dẫn của Trái đất đã hút bạn về phía tâm của nó, làm cho bạn đè lên bề mặt Trái đất. Trọng lượng là một từ có nghĩa là “lực hấp dẫn”. Nó thay đổi cùng với trường hấp dẫn. Nếu bạn có trọng lượng 600N trên Trái đất thì bạn sẽ chỉ còn nặng 100N trên Mặt trăng, vì lực hấp dẫn ở đó chỉ tương ứng bằng 1/6 lực hấp dẫn trên Trái đất. Trái lại, khối lượng của bạn không thay đổi. Tất cả các vật đều hút các vật khác với một lực tỷ lệ thuận với tích khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Với phát biểu đó của định luật vạn vật hấp dẫn, Newton trong tác phẩm bậc thầy Những nguyên lý toán học của triết học tự nhiên, công bố năm 1687 của mình, đã giải thích được không chỉ quỹ đạo của các hành tinh, mà cả vai trò của Mặt trăng trong hiện tượng thủy triều, quỹ đạo “bầu dục” của các sao chổi và nhiều hiện tượng tự nhiên khác. Thực tế, để tiến hành nghiên cứu các quỹ đạo sao chổi mà Edmund Halley, nhà thiên văn Hoàng gia, đã thúc đẩy bạn mình công bố cuốn Các nguyên lý hơn hai mươi năm sau cái năm 1666 tiền định đó. Vì ám ảnh bởi nỗi sợ những ý tưởng của mình bị đánh cắp, Newton đã chậm công bố những phát minh của mình. Trong một thời gian dài ông đã buộc tội nhà triết học và toán học Đức Leibniz đã vay mượn những ý tưởng của ông về phép tính vi phân, mặc dù Leibniz đã phát triển những ý tưởng Các vũ trụ trong quá khứ - 59 đó một cách hoàn toàn độc lập. Chính nhờ áp dụng định luật vạn vật hấp dẫn mà Halley đã phát hiện ra rằng sao chổi (ngày nay mang tên ông) chuyển động theo một quỹ đạo ellipse quanh Mặt trời và cứ sau 76 năm nó lại tới thăm con người. Vũ trụ tất định Quyết định luận đã bước vào vũ trụ khoa học. Những chuyển động của các vật trên Trái đất và trong bầu trời đều được chi phối bởi những định luật toán học chặt chẽ và chính xác, mà lý trí con người có thể hiểu được. Nếu một hòn đá được ném lên không khí, thì chỉ cần biết vị trí và vận tốc ban đầu của nó là có thể tiên đoán được chính xác hòn đá sẽ rơi ở thời điểm nào, ở đâu và với vận tốc bằng bao nhiêu. Hòn đá không có cách lựa chọn nào khác là phải bay theo quỹ đạo parabole do định luật vạn vật hấp dẫn quy định. Vũ trụ vô hạn, về phương diện triết học và thần học là nhờ Thomas Digges và Giordano Bruno, đã có được địa vị khoa học nhờ Newton. Vũ trụ cần phải là vô hạn, bởi vì nếu là hữu hạn, thì về một phương diện nào đó nó sẽ phải có một vị trí ưu tiên là trung tâm. Và nếu quả thật như vậy, lực hấp dẫn hút tất cả sẽ làm cho tất cả các phần của vũ trụ sẽ co vào vị trí trung tâm đó, để tạo thành ở đó một khối lượng trung tâm rất lớn mà điều này hoàn toàn không phù hợp với vũ trụ quan sát được. Trái lại, trong một vũ trụ vô hạn không có biên cũng như không có vị trí ưu tiên là trung tâm, ở đó các sao phân bố đều tới vô hạn, thì sẽ không thể có một lực hấp dẫn tổng hợp theo một hướng cụ thể nào đó và do đó sẽ không có nguy cơ suy sập của vũ trụ. Vào cuối thế kỷ 18, con người quan sát vũ trụ đã thấy rằng vũ trụ là vô hạn với các ngôi sao được phân bố đều và mình không 60 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN còn là trung tâm của nó nữa. Sinh sống trên Trái đất nhỏ nhoi, con người chìm nghỉm trong một vũ trụ cơ học và tất định chứa đầy những vật vô tri hành xử theo các quy luật chặt chẽ mà con người có thể phát hiện được bằng lý trí của mình. Chúa, cũng vô hạn như vũ trụ, luôn luôn hiện diện ở đó, nhưng ở xa hơn rất nhiều. Sau khi đã sáng tạo ra vũ trụ và lên “dây cót” cho nó, Ngài chỉ đứng từ xa quan sát sự tiến hóa của nó, nhưng không can thiệp vào các công việc của con người. Không cần tới giả thuyết về Chúa Vũ trụ mới có tác dụng kép về mặt tâm lý với những kết quả đối nghịch nhau. Sự vô hạn đã khiến một số người lo lắng, Blaise Pascal đã từng thốt lên tiếng kêu tuyệt vọng: “Sự im lặng vĩnh cửu của không gian vô hạn khiến tôi hoảng sợ” và ông đã lánh mình trong giáo phái Jansen với ý định xích lại gần Chúa hơn vì giờ đây Ngài đã ở quá xa vời. Nhưng với số đông, ý nghĩ rằng lý trí con người có thể thâm nhập vào bí mật của Chúa và giải mã được những quy luật chi phối vũ trụ lại là một điều rất hứng khởi. Thế kỷ 18 là thế kỷ Ánh sáng, là kỷ nguyên của Lý trí. Chúa càng ngày càng lùi ra xa hơn. Vũ trụ, hay theo thuật ngữ của thế kỷ 18 là Tự nhiên, hơn bao giờ hết là một bộ máy trơn tru, tự vận hành, không cần tới sự trợ giúp của Chúa. Lý trí là tối thượng ngự trị, đẩy đức tin xuống hàng thứ hai. Hầu tước Simon de Laplace, người đã dâng lên Napoleon Bonapart cuốn sách Cơ học thiên thể của mình, đã trả lời tỉnh bơ câu trách móc của đức vua là cuốn sách đã không nhắc đến đấng Tạo hóa vĩ đại lấy một lần rằng: “Thần không cần tới giả thuyết về Chúa!”. Niềm tin vào lý trí con người là vô hạn. Con người có lý trí có thể làm được tất cả. Tinh thần lạc quan đó tràn sang tất cả Các vũ trụ trong quá khứ - 61 các lĩnh vực hoạt động khác của con người. Và chính ý tưởng về sự tiến bộ cũng đã xuất hiện. Con người có thể liên tục tự hoàn thiện mình. Con người có thể thuần phục tự nhiên để phục vụ cho lợi ích của mình. Con người có thể hoàn thiện các thiết chế xã hội và chính trị. Cuối thế kỷ 18 đã chứng kiến không chỉ cuộc cách mạng công nghiệp, mà cả cuộc cách mạng ở Mỹ năm 1776 và cuộc cách mạng Pháp 1789. Thế kỷ 19 đã chứng kiến sự phản ứng chống lại vũ trụ cơ học và tất định của Newton với sự lên ngôi của chủ nghĩa lãng mạn. Tuy nhiên, vũ trụ khoa học đã được thiết đặt một cách vững chắc không thể bác bỏ được nữa. Lý trí con người liên tục giành được thắng lợi. Nó có khả năng làm được tất cả, thậm chí phát hiện được cả một hành tinh mới. Thiên Vương tinh, hành tinh thứ bảy được nhà thiên văn Anh William Herschel phát hiện năm 1781, đã bộc lộ những đặc điểm bất thường trong quỹ đạo của nó xung quanh Mặt trời mà định luật vạn vật hấp dẫn không thể giải thích được nếu hệ Mặt trời chỉ có bảy hành tinh. Trái lại, nếu thừa nhận có lực hút của hành tinh thứ tám còn ở xa Mặt trời hơn nữa thì chuyển động của hành tinh Thiên vương trở nên không còn khó hiểu nữa. Nhà thiên văn người Pháp là Urbain Le Verrier và nhà thiên văn người Anh John Couch Adams đã tính được vị trí của hành tinh giả thuyết này trên bầu trời và hành tinh thứ tám đó - có tên là Hải Vương tinh - đã được phát hiện vào năm 1846 ở đúng vị trí đã được tiên đoán. Như vậy, Hải vương tinh không phải được phát hiện bằng cách dùng kính thiên văn dò tìm trên bầu trời, mà là được phát hiện bằng bút, giấy và lý trí của con người. Điều này, thêm một lần nữa, chứng minh bộ máy của vũ trụ được mô tả bởi định luật Newton hoạt động tốt như thế nào. 62 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Bị Copernicus trục xuất ra khỏi vị trí trung tâm và trở nên không còn quan trọng nữa trong một vũ trụ cơ học vô hạn và cách xa Chúa của Newton, con người phương Tây ở thế kỷ 19 đành tự an ủi bằng ý nghĩ về mối quan hệ với thượng giới của mình. Xét cho đến cùng, mình vẫn là con cháu của Adam và Eva, những người do đích thân Chúa tạo ra. Thậm chí cả khi đã mất vị trí ở trung tâm vũ trụ, con người vẫn là đứa con yêu của Chúa. Tuy nhiên, Charles Darwin khi công bố tác phẩm Nguồn gốc các loài của mình, cũng lại tước nốt của con người nguồn an ủi đó. Theo nhà tự nhiên học này thì nguồn gốc con người cũng chẳng mấy cao quý gì. Tổ tiên xa xưa của con người, nếu ta lần ngược lại theo thời gian, lần lượt là loài linh trưởng, loài bò sát, loài cá, loài không xương sống và cuối cùng là các nguyên bào. Sự tiến hóa đòi hỏi rất nhiều thời gian. Tuổi của vũ trụ theo sự đánh giá của Kepler và Newton chỉ khoảng sáu ngàn năm đã bị đặt dấu nghi vấn. Phải cần tới hàng tỷ năm, một thang thời gian mà dường như các nghiên cứu địa chất đã khẳng định. Vũ trụ vốn đã từng được nới rộng ra theo không gian, nay lại được nới rộng ra theo thời gian. Chúa ngày một lùi ra xa. Và vào buổi bình minh của thế kỷ 20, Lý trí và Đức tin, Khoa học và Tôn giáo đã rẽ theo những con đường ngày càng tách ra xa nhau. Các vũ trụ trong quá khứ - 63 II Từ dải ngân hà đến vũ trụ Vũ trụ của thế kỷ 20 là vũ trụ từ Big Bang. Đại đa số các nhà vũ trụ học giờ đây đều nghĩ rằng vũ trụ đã khởi đầu sự tồn tại của mình bằng một vụ nổ lớn (Big Bang) xuất phát từ một trạng thái cực nhỏ, cực nóng và đặc, vào khoảng chục tỷ năm về trước. Sự xuất hiện quan niệm mới này về vũ trụ thật chớp nhoáng. Chỉ trong vòng một nửa thế kỷ, vũ trụ tĩnh với các ngôi sao cố định và bất động của Newton đã trở thành một vũ trụ động, đang giãn nở, đầy ắp những chuyển động và “bạo lực”. “Những không gian vô tận và câm lặng vĩnh viễn” mà Pascal hoảng sợ đã bị xâm chiếm bởi những âm thanh và cuồng nộ. Sự bất động đã được biến đổi thành một sự tiến hóa vĩnh cửu. Sự nhanh chóng lên ngôi của vũ trụ mới còn khác thường hơn nữa vì vào đầu thế kỷ 20 chúng ta còn hoàn toàn chưa biết dải Ngân hà, tức thiên hà chứa hệ Mặt trời của chúng ta, có quy mô tới mức nào. Lúc đó nói về các thế giới khác ở trong các thiên hà khác, hay Từ dải ngân hà đến vũ trụ - 65 nói về toàn bộ vũ trụ chỉ là chuyện khoa học viễn tưởng. Tuy nhiên, trong năm mươi năm cuối cùng của thế kỷ này, vũ trụ học đã thực sự có được địa vị của một khoa học chính xác, tức là một môn khoa học dựa trên các quan sát chính xác và chặt chẽ, chứ không phải trên những tư biện triết học và siêu hình mơ hồ. Có được bước nhảy đó, trước hết, là nhờ những tiến bộ khổng lồ về công nghệ của hai thế kỷ gần đây, cho phép thu nhận và ghi lại tốt hơn ánh sáng quý giá tới từ các thiên thể, thứ ánh sáng mang thông tin và là phương tiện đặc ân của con người để giao tiếp với phần còn lại của vũ trụ. Được trang bị một niềm tin không gì lay chuyển nổi vào lý trí con người cũng như khả năng phát hiện và hiểu những quy luật của vũ trụ, hậu thế của Newton và Voltaire đã hăm hở phát minh và hoàn thiện những công cụ cần thiết để có thể quan sát tốt hơn vũ trụ và cũng để thỏa mãn trí tò mò của mình. Thu nhận ánh sáng Trước hết cần phải có “những con mắt” to hơn. Con mắt của chúng ta, với đường kính chỉ cỡ 1cm, là máy thu ánh sáng quá nhỏ bé. Dẫu vậy, đây cũng là một công cụ cực kỳ hiệu quả, vì ngôi sao mờ nhất mà mắt trần có thể nhìn thấy được ở nông thôn cách xa ánh sáng chói lòa của các đô thị vào những đêm không trăng có độ sáng chỉ bằng 1 phần 25 triệu ánh sáng của Mặt trăng vào đêm trăng tròn. Rồi những kính thiên văn ra đời hỗ trợ cho mắt trần. Chúng trợ giúp chúng ta theo hai cách. Thứ nhất, chúng phóng đại các ảnh, cho phép chúng ta thấy chi tiết hơn và thứ hai, chúng thu nhận được nhiều ánh sáng hơn, cho phép chúng ta nhìn thấy các thiên thể mờ hơn. Galilei là người đầu tiên hướng kính thiên văn lên trời vào năm 1609. Và ngay cả chiếc kính thiên văn nhỏ bé của 66 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN ông chỉ với một thấu kính có đường kính khoảng vài chục cm cũng đã cho ông nhìn thấy được những chi tiết núi non trên Mặt trăng và các vệ tinh của Thổ tinh. Do nhìn được các thiên thể mờ hơn cả ngàn lần, kính thiên văn của Galilei đã cho phép ông nâng số sao thấy được trong Ngân hà từ một vài ngàn tới một vài triệu. Cuộc tìm kiếm chi tiết hơn và những đối tượng mờ hơn được theo đuổi một cách không mệt mỏi. Đường kính của các kính thiên văn không ngừng tăng lên. Một trong số những người xây dựng nổi tiếng nhất của các đền đài đó của thế kỷ 20 là nhà thiên văn người Mỹ George Hale, người đã xây dựng những kính thiên văn lớn nhất ở thời đại mình. Ông có biệt tài thuyết phục những người có thế lực trên thế giới tài trợ cho các dự án của mình. Chẳng hạn, Charles Yerkes, người trở nên giàu có nhờ bán những chiếc tàu điện ở Chicago, vào năm 1897 đã tài trợ để xây dựng một kính thiên văn có đường kính 1m ở Wiscosin. Hiện nay, kính này vẫn là kính khúc xạ lớn nhất thế giới, nó thu nhận ánh sáng nhờ một thấu kính giống như chiếc kính của Galilei. Nhưng thời đại của các kính khúc xạ trôi qua rất nhanh. Các thấu kính có đường kính lớn hơn 1m trở nên rất cồng kềnh do trọng lượng và bề dày của chúng. Tiếp đến bắt đầu là sự ngự trị của các kính phản xạ trong đó ánh sáng được thu nhận bởi một gương lớn có dạng paraboloid. Lần này, Thiên mệnh được hiện thân là Andrew Carnergie, ông vua thép. Với sự tài trợ của ông, Hale đã xây dựng trên đỉnh núi Mont dưới bầu trời tuyệt đẹp của vùng nam California hai kính thiên văn, một với đường kính 1,5m vào năm 1908 và một với đường kính 2,5m vào năm 1922, hai chiếc kính chẳng bao lâu sau đã làm thay đổi bộ mặt của thế giới. Nhưng Hale không dừng lại ở đó. Ông còn mơ tới một chiếc kính lớn hơn nữa, có đường kính tới 5m để cho phép ông nhìn thấy những thiên thể còn mờ tới mức dường như chúng ở ngay Từ dải ngân hà đến vũ trụ - 67 mép biên của vũ trụ. Có một giai thoại kể rằng, một ngày đẹp trời nào đó vào những năm ba mươi, Hale đã nhận được một cú điện thoại của ông giám đốc quỹ John Rockfeller, người sáng lập hãng Standard Oil và là ông vua dầu hỏa. Ông ta nói đã đọc một bài báo phổ biến khoa học trên một tạp chí trong đó có nói tới ước mơ của Hale và sẵn lòng tài trợ cho dự án đó! Chiếc kính thiên văn đường kính 5m đã được khai trương năm 1948 và đặt trên một ngọn núi khác ở nam California, ngọn núi Palomar và cho đến tận những năm 70, nó vẫn còn là chiếc kính phản xạ lớn nhất thế giới. Được trang bị những dụng cụ hiện đại, kính thiên văn đó cho phép nhìn được những thiên thể mờ hơn 40 triệu lần so với ngôi sao mờ nhất mà mắt thường nhìn thấy được. Ngày nay, những tòa nhà mái vòm của hơn một chục kính thiên văn có đường kính lớn hơn 3m nằm rải rác trên các đỉnh núi cách xa thế giới văn minh và ánh sáng của các đô thị trên toàn thế giới, từ Arizona tới Hawaii, từ California tới Chile, vào những đêm trời quang, đều mở mái che để thu nhận ánh sáng từ vũ trụ tới. Tuy nhiên, cuộc tìm kiếm vẫn chưa kết thúc. Hiện đã lấp ló bóng dáng những kính thiên văn có đường kính từ 10m đến 15m. Gương của những chiếc kính khổng lồ này không thể chỉ có độc nhất một cái. Bởi vì một chiếc gương nguyên khối có kích thước như thế sẽ nặng tới mức nó không thể giữ được dạng paraboloid cần thiết để đảm bảo chất lượng tốt của ảnh. Vì vậy chúng phải là những chiếc kính đa gương, tạo nên một tổng hòa các kính thiên văn nhỏ hơn, như kính thiên văn Keck vừa mới hoàn tất trên ngọn núi lửa Mauna Kea đã tắt ở Hawaii với bề mặt của nó được tạo bởi 36 gương hình bát giác, mỗi gương có đường kính 1,8m và hiệu quả tổng hợp của chúng tương đương với một kính có đường kính 10m. Chúng cũng 68 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN có thể được tạo bởi tổng của nhiều kính thiên văn, như Kính Cực Lớn (VLT) gồm 4 kính thiên văn mỗi kính có đường kính 8m do Đài thiên văn nam Âu đang xây dựng. Những kính thiên văn tương lai này sẽ cho phép chúng ta thấy được những thiên thể mờ hơn 10 lần so với kính Palomar cho phép. Bảo quản ánh sáng Sau khi đã tốn bao công sức để thu nhận được ánh sáng, một vấn đề được đặt ra là làm thế nào lưu giữ được chúng. Đây là vấn đề ghi lại ảnh để bảo quản và nghiên cứu. Không thể chỉ hài lòng với việc nhìn qua kính thiên văn, tức là truyền ảnh tới võng mạc của mắt, rồi từ đó truyền qua các dây thần kinh quang học tới não với kết quả duy nhất là cảm giác về một hình ảnh đẹp đã được nhìn thấy. Tuy nhiên, các nhà thiên văn học tiền bối không thể làm tốt hơn. Để lưu giữ lại những hình ảnh đó, Galilei đã phải kết hợp tài năng vĩ đại của một nhà thiên văn với tài năng của một họa sĩ cũng xuất chúng không kém để tạo ra các bản vẽ rất đẹp về những quan sát của mình. Tình cảnh này đã được giải quyết nhờ phát minh ra kỹ thuật chụp ảnh của một người Pháp tên là Nicephore Niepce vào năm 1826. Từ đó hàng ngàn ngôi sao đã được lưu giữ bằng ảnh trên một tấm kính duy nhất. Bằng cách tích tụ và lưu giữ lại ánh sáng trong hàng giờ, tấm kính ảnh đã tăng thêm sức mạnh cho các kính thiên văn khi quan sát các sao luôn luôn mờ và cuối cùng, cho phép người ta có thể nghiên cứu bầu trời một cách có hệ thống. Tấm kính ảnh đã ngự trị tại các đài thiên văn cho đến tận những năm 70, rồi mới bị các detector điện tử thay thế. Các detector điện tử nhạy cảm hơn nhiều và có thể tích tụ ánh sáng chỉ trong nửa giờ tương đương tấm kính ảnh tích tụ trong cả một đêm. Từ dải ngân hà đến vũ trụ - 69 Phân tách ánh sáng Tất cả chúng ta ai mà không biết cầu vồng, một vòng cung nhiều màu sắc thỉnh thoảng xuất hiện trên bầu trời trong lúc có mưa dông ở phía đối diện với Mặt trời. Bí mật của hiện tượng này đã được Newton khám phá vào năm 1666, cái năm định mệnh khiến ông phải về nông thôn để tránh nạn dịch hạch. Sở dĩ có cầu vồng là do ánh sáng trắng của Mặt trời đi qua các giọt nước mưa và những giọt nước mưa này đã dâng tặng chúng ta một ngày hội màu sắc rực rỡ: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Các giọt nước mưa có tác dụng giống như các lăng kính thủy tinh, đã phân tách ánh sáng trắng của Mặt trời thành các màu khác nhau của nó. Cũng như những giọt nước mưa phân tách ánh sáng Mặt trời thành những màu sắc cầu vồng để mang lại cho chúng ta những khoái cảm lớn hơn, nhà thiên văn nhờ các kính quang phổ phân tách ánh sáng tới từ các thiên thể, được thu nhận bởi các kính thiên văn để phân tích nó. Dụng cụ này được một người Đức tên là Fraunhofer phát minh vào đầu thế kỷ 19, nó nhanh chóng được dùng để khám phá thành phần hóa học và chuyển động của các ngôi sao và các thiên hà. Ta có thể tóm tắt hoạt động của các nhà thiên văn như sau: sau khi đã thu nhận được ánh sáng từ các thiên thể tới nhờ các kính thiên văn lớn, họ ghi nhận nó trên kính ảnh hoặc bằng các detector điện tử và tiến hành phân tích ánh sáng đó bằng cách dùng kính quang phổ. 70 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Hình 11. Những kính thiên văn lớn trong tương lai. Các kính thiên văn lớn trong tương lai không thể được chế tạo dưới dạng nguyên khối. Chúng gồm nhiều gương với kích thước đáng kể nhằm làm giảm bớt khó khăn và tiền bạc cho việc xây dựng một kính thiên văn nguyên khối. Bức ảnh trên minh họa kính thiên văn nhiều gương ở Arizona, Hoa Kỳ. Kính này đã được đưa vào hoạt động. Nó gồm sáu gương với đường kính mỗi gương 1,8m, tương đương với một kính thiên văn nguyên khối với đường kính 4,5m mặc dù việc xây dựng nó ít tốn kém hơn nhiều. Hình dưới là cảm nhận của một họa sĩ về dự án kính thiên văn châu Âu cực lớn gồm bốn kính thiên văn đường kính 8m, tương đương với kính thiên văn nguyên khối có đường kính 16m. Mái vòm che kính thiên văn trên không còn là các kết cấu bằng gạch và thép truyền thống nữa, mà là những kết cấu bằng chất dẻo có thế gấp lại hoàn toàn để tạo điều kiện cho những quan sát được dễ dàng. Kính thiên văn này sẽ được xây dựng vào những năm chín mươi ở Cerro Paranal, trong sa mạc Atacama ở Chile, bởi Đài thiên văn Nam Âu, một tổ hợp thiên văn của tám nước châu Âu, gồm có Đức, Bỉ, Đan Mạch, Pháp, Italia, Hà Lan, Thụy Điển và Thụy Sĩ. (ảnh, Đài thiên văn Nam Âu) Từ dải ngân hà đến vũ trụ - 71 Những ánh sáng mới Nhưng định nghĩa ở trên liệu có còn phù hợp với thiên văn học đương đại không? Ở trên tôi nói là về thiên văn học nhìn thấy, về ánh sáng mà mắt ta có thể cảm nhận được. Nhưng thực ra tồn tại cả một phổ những ánh sáng khả dĩ, mà ánh sáng thấy được chỉ chiếm một phần nhỏ xíu của nó. Trước hết là các tia gamma và tia X. Đây là những ánh sáng có năng lượng cao tới mức chúng có thể dễ dàng đi xuyên qua cơ thể bạn. Chắc là bạn đã từng thấy phim chụp X quang phổi của bạn để phát hiện bệnh lao. Tiếp sau là ánh sáng tử ngoại có năng lượng nhỏ hơn, tuy nhiên nó cũng đủ gây ra những vết bỏng ở da, phá hủy các tế bào và gây ung thư nếu như bạn tiếp nhận nó quá nhiều. Tiếp đến, theo thứ tự năng lượng giảm dần, là ánh sáng thấy được quen thuộc của chúng ta, rồi đến ánh sáng hồng ngoại, ánh sáng vi ba, ánh sáng radio (sóng vô tuyến) - ánh sáng có năng lượng nhỏ nhất. Chính ánh sáng cuối cùng này đã truyền đi âm thanh và hình ảnh từ các đài phát tới máy thu thanh và thu hình ở nhà bạn, cho phép bạn chọn được những chương trình mà bạn yêu thích (xem chú thích định lượng số 1). Trong số tất cả những khả năng lựa chọn đó, liệu có là hợp lý chăng nếu ta nghĩ rằng vũ trụ chỉ chọn ánh sáng thấy được để phát đi những tín hiệu của mình? Điều này xem ra không hợp lý và phản lại tinh thần của Copernicus. Vả lại, chuyện mắt người chỉ nhạy cảm với ánh sáng thấy được chẳng qua là kết quả của quá trình tiến hóa sinh học theo Darwin mà thôi. Phần lớn ánh sáng Mặt trời mà bầu khí quyển Trái đất cho đi qua có bản chất thấy được và tự nhiên đã trang bị cho chúng ta đôi mắt nhạy cảm với ánh sáng đó là nhằm tạo điều kiện dễ dàng cho sự tiến hóa của loài người. Nhưng không nên chờ đợi rằng vũ trụ sẽ tính đến bản chất đôi mắt của chúng ta. 72 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN Thực tế, chính Mặt trời cũng phát ra tất cả các loại ánh sáng, trong đó chỉ có phần nhỏ là ánh sáng thấy được. Bầu khí quyển của Trái đất đã bảo vệ cho chúng ta tránh được những tia có năng lượng rất cao phát ra từ Mặt trời, như các tia X và tia tử ngoại, để tạo điều kiện dễ dàng cho sự phát triển của sự sống (sự bảo vệ đối với các tia tử ngoại không phải là hoàn toàn, điều này bất cứ ai đã bị bỏng da khi tắm nắng quá lâu đều có thể xác nhận). Rõ ràng là việc chỉ bó hẹp mình trong ánh sáng thấy được sẽ mang lại cho chúng ta một cái nhìn không đầy đủ và nghèo nàn về vũ trụ. Để tin vào điều đó, bạn hãy thử tưởng tượng, nếu đột nhiên mắt bạn chỉ còn nhạy với một màu thôi, ví dụ như màu lam chẳng hạn. Khi đó, chắc chắn cái nhìn của bạn về thế giới sẽ nghèo nàn đi rất nhiều. Tất nhiên là bạn vẫn còn nhìn thấy bầu trời xanh và mặt biển xanh lam. Nhưng màu xanh lục của lá cây, những bông hồng ngát hương, những bông hoa đồng nội và những con bướm sặc sỡ sắc màu sẽ biến mất khỏi thế giới của bạn và đó quả là một điều tai họa. Do đó, nhà thiên văn hiện đại phải có được những con mắt mới. Sự phát triển của radar trong Đại chiến thế giới lần thứ nhất đã cho ra đời ngành thiên văn vô tuyến vào những năm 50. Sự phát triển của ngành hàng không vũ trụ và công cuộc chinh phục không gian trong những năm 60 đã cho phép con người vượt ra ngoài bầu khí quyển của Trái đất và cuối cùng đã nhìn được vũ trụ qua các tia gamma, tia X, tia tử ngoại, hồng ngoại, nhờ các kính thiên văn đặt trên các bóng thám không, các tên lửa và các vệ tinh. Kính thiên văn không gian Hubble (H.12) đã được tàu con thoi của Mỹ đặt lên quỹ đạo vào năm 1990. Với đường kính 2,4m và có khả năng hoạt động trong vùng ánh sáng tử ngoại, thấy được và hồng ngoại, kính Từ dải ngân hà đến vũ trụ - 73 Hình 12. Kính thiên văn trên không gian Hubble. Kính thiên văn trên không gian với đường kính 2,4m mang tên người đã phát hiện ra sự giãn nở của vũ trụ: Edwin Hubble. Nó đã được tàu con thoi của Mỹ đưa lên quỹ đạo vào năm 1990. Kính thiên văn này cho phép nhìn xa hơn 7 lần và chi tiết hơn 10 lần so với các kính thiên văn quang học lớn nhất trên mặt đất. Nó cũng cho phép ta đi ngược lại thời gian tới thời kỳ các thiên hà ra đời, tức là khoảng vài tỷ năm sau Big Bang. Do có một trục trặc nghiêm trọng trong gương của nó, kính Hubble đã phải chịu tật cận thị cho tới tận tháng 12 năm 1993, sau khi các nhà du hành của tàu con thoi Mỹ đã sửa chữa xong. Với khối lượng 11 tấn, chiều dài 11m và nằm trên quỹ đạo cách Trái đất hàng trăm kilometre, kính Hubble quay một vòng xung quanh Trái đất hết 90 phút. Nó được điều khiển từ một trung tâm đặt tại Greenbelt, ở Maryland và người ta dự kiến nó sẽ hoạt động ít nhất trong 15 năm. Cứ khoảng ba mươi tháng một tàu con thoi lên thăm nó một lần chở theo các nhà du hành để tiến hành sửa chữa hoặc thay thế các dụng cụ khoa học bị hư hỏng hoặc quá hạn sử dụng. thiên văn này là kính lớn nhất từ trước tới nay được đưa lên không gian. Nó cho phép nhìn thấy được những tinh tú mờ hơn 50 lần và với độ chi tiết lớn hơn 10 lần so với những kính thiên văn lớn nhất trên mặt đất. Kính Hubble đã không thực hiện được ngay những lời hứa hẹn của mình do có một trục trặc nghiêm trọng ngay trong 74 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN gương của nó khiến cho nó trở thành cận thị. May thay, các nhà du hành trên tàu con thoi đã bổ sung cho nó một hệ thống các gương hiệu chỉnh trong một sứ mạng cực kỳ ngoạn mục vào năm 1993 và đã trả lại cho nó tầm nhìn dự kiến. Trong khi chờ đợi mùa gặt hái những phát minh trong tương lai, kính Hubble đã cung cấp cho chúng ta vô khối thông tin về các thiên thể sáng ở gần nhờ việc xử lý dữ liệu đã được tin học hóa và tinh xảo gửi về Trái đất: những hình ảnh với toàn bộ vẻ đẹp của các hành tinh trong hệ Mặt trời, những hình ảnh chưa từng được thấy về các ngôi sao đang hình thành trong các nhà hộ sinh giữa các vì sao, những bức ảnh về các thiên hà có lõi là một lỗ đen hoặc cả các thiên hà va chạm vào nhau. Những giới hạn của dải Ngân hà Được trang bị bởi các kính thiên văn, những tấm kính ảnh và các kính quang phổ, giờ đây chúng ta sẽ bắt đầu khám phá quy mô của vũ trụ. Kích thước của hệ Mặt trời đã được biết rõ từ ngay cuối thế kỷ 19. Khoảng cách giữa các hành tinh đã được xác định theo nguyên lý thị sai đã được mô tả ở trên nhân nói về phát minh của Copernicus về sự quay của Trái đất xung quanh Mặt trời. Một thiên thể gần dường như sẽ thay đổi vị trí của nó so với các ngôi sao xa khi nó được quan sát ở hai địa điểm khác nhau. Chỉ cần chụp ảnh đồng thời các hành tinh từ hai đài thiên văn khác nhau, nhưng phải cách xa nhau (tốt nhất là ở hai lục địa khác nhau), bỏi vì sự thay đổi biểu kiến của thiên thể sẽ càng lớn và do đó càng dễ đo được, nếu như khoảng cách giữa hai đài thiên văn (đường đáy) càng lớn (H.13). Một khi góc thị sai (tức là góc tương ứng với sự thay đổi của vị trí) đã đo được, ta dễ dàng dùng lượng giác và khoảng cách giữa hai đài thiên văn để tính được khoảng cách tới hành tinh đó. Từ dải ngân hà đến vũ trụ - 75 Đài thiên văn Mỹ Trái đất Thị sai Hành tinh Đài thiên văn châu Âu Các ngôi sao xa Hình 13. Đo khoảng cách tới các hành tinh. Vị trí của một hành tinh đối với các ngôi sao xa được đo đồng thời tại hai đài thiên văn ở xa nhau sẽ sai khác nhau một góc nhỏ gọi là góc thị sai. Nếu hai đài thiên văn ở càng xa nhau và hành tinh càng ở gần thì góc này càng lớn. Như vậy, bằng cách đo góc đó và biết khoảng cách giữa hai đài thiên văn ta sẽ tính được khoảng cách tới hành tinh. Những nỗ lực này đã cho chúng ta biết rằng ánh sáng từ Mặt trời phải mất 8 phút mới tới được chúng ta hay Mặt trời cách Trái đất 8 phút ánh sáng, tức 147 triệu km và Hải Vương tinh, hành tinh được phát hiện bằng tính toán, ở cách Trái đất 4 giờ ánh sáng. Nhưng vô số những ngôi sao mà Galilei đã quan sát thấy trong dải Ngân hà và được nhân lên nhiều hơn nữa trong các thế kỷ tiếp theo trên những tấm kính ảnh gắn bên trong các kính thiên văn ngày càng lớn hơn ở cách Trái đất bao xa? Liệu Ngân hà của chúng ta có giới hạn không? Hay là nó mở rộng ra vô tận, lấp đầy vũ trụ vô hạn của Newton với các ngôi sao phân bố đều trong đó? Hình dạng của dải Ngân hà như thế nào? Hình cầu hay là dẹt? Những câu trả lời hồi đó còn chưa rõ ràng. Vũ trụ hiện ra trước chúng ta trong hai chiều trên vòm trời giống như một bức tranh phong cảnh trên một tấm toan lớn mà người họa sĩ đã quên hết cả luật viễn cận. Sự quan sát 76 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN trực tiếp không thể cho ta biết về chiều thứ ba, cái chiều sâu của sân khấu vũ trụ. Đĩa mỏng và dẹt Chắc chắn là đã từng có những trí tuệ dũng cảm tư biện về bản chất của dải Ngân hà tạo nên toàn bộ vũ trụ. Theo một người Anh tên là Thomas Wright, vào năm 1750, thì vũ trụ là một lớp mỏng gồm các ngôi sao bị kẹp giữa hai mặt cầu đồng tâm với Chúa ngự ở tâm hai mặt cầu đó. Vũ trụ của Wright thần bí và triết học hơn là khoa học và ông cũng đưa ra nhiều phiên bản mâu thuẫn với nhau. Tuy nhiên, ông đã phát hiện ra một khía cạnh rất căn bản của dải Ngân hà mà bất cứ một người có lý trí nào khi quan sát dải mây màu vàng nhạt trên đầu mình vào những đêm mùa hè đẹp trời cũng đều phải thừa nhận. Wright đã nhận xét rất đúng rằng phân bố của các sao trên trời là không đều và cả Mặt trời lẫn Trái đất đều nằm trong một lớp rất mỏng các ngôi sao. Một cư dân trên Trái đất nhìn bầu trời theo hướng tiếp tuyến với lớp mỏng hình cầu này sẽ thấy nhiều ngôi sao trên đường ngắm của mình, có quang cảnh gần như một dải lớn màu vàng nhạt được chiếu lên bầu trời. Trái lại, nếu nhìn theo phương vuông góc với lớp này ở ngoài dải vàng nhạt đó, người đó sẽ nhìn thấy rất ít ngôi sao. Nhà triết học người Đức Emmanuel Kant, khi lấy lại những ý tưởng của Wright vào năm 1775, đã hiểu được rằng để giải thích diện mạo của dải Ngân hà, lớp mỏng này không nhất thiết phải có dạng cầu. Thế là vũ trụ chuyển từ dạng một lớp cầu mỏng thành một chiếc đĩa dẹt. Phỏng theo chuyển động của các hành tinh xung quanh Mặt trời, ông cũng gán cho các sao một chuyển động tròn Từ dải ngân hà đến vũ trụ - 77 trong mặt phẳng đĩa và xung quanh tâm đĩa. Sở dĩ các ngôi sao dường như cố định trên bầu trời, vì chúng ở rất xa nên chuyển động của chúng ta không cảm nhận được. Đĩa Ngân hà không phải là vô tận, mà là có giới hạn. Do đó cần phải có những thế giới khác tương tự như thế giới của chúng ta nằm ngoài những giới hạn đó. Những hòn đảo-vũ trụ này, theo cách gọi của Kant, có thể là những chấm sáng lờ mờ có dạng xoắn ốc mà nhà thiên văn người Anh William Herschel vừa mới phát hiện ra. Những lập luận tư biện này thật lỗi lạc vì xem ra chúng là đúng trong vũ trụ ngày hôm nay. Nhưng chỉ có trực giác thiên tài thôi thì chưa đủ. William Herschel, một nhạc sĩ bỏ nghề để nghiên cứu âm nhạc của bầu trời và cũng là người phát hiện ra hành tinh Thiên vương, đã có ý định đo đạc một cách khoa học quy mô của Ngân hà vào năm 1780. Mặc dù ông không làm được điều đó vì không biết khoảng cách tới các ngôi sao, nhưng ông vẫn kiên cường thử xác định hình dạng của nó bằng cách đếm các ngôi sao theo các hướng khác nhau của bầu trời. Ngân hà chắc là sẽ trải rộng hơn theo hướng có nhiều sao hơn so với hướng có số sao đếm được ít hơn. Phương pháp này chỉ có thể cho kết quả đúng nếu như tất cả các sao đều có độ sáng gần như nhau, nếu chúng được phân bố đều trong không gian và nếu chúng được nhìn tới tận mép của Ngân hà, và cuối cùng nếu trong Ngân hà không có gì hấp thụ ánh sáng. Tất cả những điều kiện đó ngày hôm nay chúng ta biết rằng đều không hiện thực. Các ngôi sao có thể phát sáng 10 lần mờ hơn hoặc 100.000 lần sáng hơn Mặt trời. Chúng cũng không phân bố đều trong Ngân hà và trên hết là các hạt bụi từ các ngôi sao này hấp thụ ánh sáng của chúng làm cho ta không thể nhìn được tới mép của Ngân hà. Vì vậy Herschel đã nhận được một dải Ngân hà có dạng dẹt với tâm là Mặt trời, nhưng sự hấp thụ ánh sáng bởi bụi đã cho nó những mép rất không đều đặn. 78 - GIAI ĐIỆU BÍ ẨN