TT&HĐ V - 41/c

  

Galilei Galileo: Nhà Thiên Văn, Vật Lý, Toán Học và Triết Học Người Ý

 

 

Lịch Sử Kính Thiên Văn - 400 Năm Thay Đổi Tầm Nhìn Của Con Người Về Vũ Trụ

PHẦN V:     THỐNG NHẤT 

"Khoa học là một sức mạnh trí tuệ lớn nhất, nó dốc hết sức vào việc phá vỡ xiềng xích thần bí đang cầm cố chúng ta."
Gorky 

 

"Mỗi một thành tựu lớn của nhà khoa học chính là xuất phát từ những ảo tưởng táo bạo". 
JohnDewey

"Chân lý chỉ có một, nó không nằm trong tôn giáo, mà nằm trong khoa học."
Leonardo da Vinci
 

"Cái khó hiểu nhất chính là hiểu được thế giới" 

Albert Einstein

 

"Có hai cách để sống trên đời: một là xem như không có phép lạ nào cả, hai là xem tất cả đều là phép lạ". 

Albert Einstein

      

“Chính qua cuộc đấu tranh nhằm thống nhất một cách hợp lý cái đa dạng mà đã đạt được những thành công lớn nhất, dù rằng chính ý đồ đó có thể gây ra những nguy cơ lớn nhất để trở thành con mồi của ảo vọng”.

Albert Einstein

“Người nhìn thấy cái đa dạng mà không thấy cái đồng nhất thì cứ trôi lăn trong cõi chết”.

Upanishad

CHƯƠNG II (XXXXI): KINH ĐIỂN

"Vật lý thực ra không phải là gì hơn ngoài cuộc tìm kiếm sự đơn giản tối thượng, nhưng cho tới nay, cái chúng ta có là sự hỗn độn súc tích".

Bill Bryson

"Việc quan trọng là không ngừng suy nghĩ. Tính tò mò có lý do riêng của nó. Con người sẽ bị lo sợ khi suy ngẫm về các bí ẩn của vô tận, đời sống, về cấu trúc tuyệt vời của thực tế. Nếu người ta mỗi ngày chỉ thấu hiểu một chút về điều bí ẩn này, thì cũng đủ. Hãy đừng bao giờ mất đi sự tò mò thiêng liêng".
Albert Einstein 

"Khoa học cho chúng ta tri thức, nhưng chỉ triết học mới có thể cho chúng ta sự thông thái".

Will Durant

 

“Cứu cánh của khoa học tư biện là chân lý, trong khi, cứu cánh của khoa học thực tiễn là hành động”.

Thomas Aquinas

                          

 

 

 

 

(Tiếp theo)

Có thể coi (11) là biểu thức toán học thuần túy và tổng quát diễn tả sự vận động, chuyển hóa về mặt động học của mọi thực thể trong không gian 2 chiều. Nếu trong suốt quá trình chuyển hóa nội tại và vận động (bởi một hay nhiều nguyên nhân nào đó) của thực thể mà lực lượng Không Gian toàn phần của nó luôn được bảo toàn thì vế phải của biểu thức (11) là hằng số.

Xét vế trái của (11), khi  thì “phần hồn” của thực thể A là:

và phần xác của nó là:

Biểu thức (11) lúc này được “rút gọn” lại còn:

Điều đó có nghĩa là, lực lượng toàn phần của thực thể A được tượng trưng bằng bình phương nửa chu vi của hình chữ nhật AB’C’D’ (xem lại hình 2/a), trong đó, lực lượng “phần xác” bằng hai lần diện tích, và lực lượng “phần hồn” bằng tổng bình phương hai cạnh của hình chữ nhật ấy.

Khi thì phần hồn của thực thể A bằng:

Nghĩa là lực lượng chuyển động của A đạt cực đại, bằng lực lượng toàn phần của A. Bởi vì lúc này “phần xác” của nó bằng 0 .

Đây là một trường hợp lạ lùng vì làm thế nào lại có một lực lượng Hư Vô chuyển động với vận tốc cực đại c? Để giải quyết sự phi lý này, chỉ còn cách phải cho rằng điểm trong mặt phẳng phải hàm chứa một lực lượng và lực lượng này đóng vai trò như đơn vị diện tích nhỏ nhất tuyệt đối của mặt. Vì đoạn thẳng là tập hợp nối tiếp của một số lượng điểm nào đấy, nên nó cũng bao hàm một lượng diện tích nhất định. Như vậy, khi , thực thể A được tượng trưng như một đoạn thẳng có độ dài bằng X+Y, có một lực lượng diện tích toàn phần bằng và chuyển động với vận tốc cực đại c, theo phương trình với phương của đoạn thẳng đó.

Tuy nhiên, chính cái biểu thức:

mách bảo rằng không thể có một thực thể có nội tại (được thấy như “phần xác”) lớn hơn 0 nào đạt được vận tốc cực đại trong chuyển động của nó, trừ hạt KG. Do đó cần phải hiểu điểm KG kích thích lan truyền trong không gian vừa có nội tại, vừa không có nội tại, hay “phần xác” của nó cũng chính là “phần hồn”, nghĩa là không thể phân biệt được hai phần ấy. Nói cách khác, điểm KG kích thích vừa có tính thực thể vừa có tính phi thực thể. Khi đứng yên, nó hoàn toàn có thể được coi như một thực thể (hạt), khi “chuyển động” nó trở thành phi thực thể (không thể quan sát được). Đây là một đặc tính vô cùng quan trọng mà nghiên cứu vật lý vi mô phải lưu ý.

Như vậy, trong trường hợp , thực thể A được “thấy” như một đoàn các điểm rời rạc nối tiếp nhau và các điềm đó cùng chuyển động với vận tốc c theo cùng một phương chiều.

Sẽ xảy ra sự cố kỳ dị nếu mang giá trị âm (hay đúng hơn là khi ). Chẳng hạn khi thì theo qui ước của toán học, . Lúc này biểu thức (11) có dạng:

              

“Phần xác” của thực thể A bị triệt tiêu mà “phần hồn” của nó lại giảm đi thì lực lượng toàn phần của nó làm sao có thể được bảo toàn? Do đó đây chỉ có thể là sự mô tả về một vụ nổ làm phân chia A, hoặc là hiện tượng ảo. Một khi lực lượng toàn phần của A vẫn được bảo toàn trong quá trình vận động của nó thì đối với biểu thức (11), phải qui ước , nghĩa là:

              

Qui ước như thế có hợp lý không?

Rõ ràng là hai lực lượng thành phần của một lực lượng thống nhất thì không thể lớn hơn nó. Hơn nữa, cho dù hai lực lượng thành phần được thấy như tương phản (âm – dương) với nhau thì chúng chỉ có thể (may ra) triệt tiêu được tính tương phản của nhau; xét về mặt bảo toàn lực lượng, chúng chỉ có thể tương tác, chuyển hóa qua lại lẫn nhau. Trước đây chúng ta đã từng bàn luận về vấn đề này và bây giờ, giả sử rằng có hai lượng tương phản nhau là và với , thì tổng lượng của chúng luôn là:

              

Hay dưới dạng bình phương và theo qui ước toán học, là:

              

Khi qui ước thì vì và được cho là luôn tồn tại nên “phần hồn” của thực thể A bao giờ cũng hiện hữu, nghĩa là một cách hoàn toàn khách quan vận tốc chuyển động, v của nó không thể bị triệt tiêu. Chỉ khi nào và  chấm dứt tồn tại (không có cách nào biểu diễn chúng được nữa), nghĩa là thực thể A được “thấy” là một điểm, thì vận tốc v của nó mới tuyệt đối bằng 0. Chính vì vậy mới nói nếu điểm Không Gian không bị kích thích tột độ để “chuyển động” với vận tốc c thì nó luôn “đứng yên” tuyệt đối trong Vũ Trụ.

Từ đó cũng có thể dẫn đến suy nghĩ rằng nếu mỗi thực thể trong mặt phẳng được đặt trưng bởi cặp  và nhất định thì vận tốc cực điểm của nó là:

              

Vì vậy mà cũng không hề có một thực thể nào “đứng vững” được trong Vũ Trụ ngoài điểm Không Gian bình thường.

Điều thú vị là trong thực tiễn, một hệ quan sát vẫn có thể thấy được sự đứng yên của thực thể (v=0), thậm chí có thể nói là đứng yên tuyệt đối so với hệ quan sát.

Có hiện tượng đó là do cái đặc tính biểu hiện nước đôi vô tiền khoáng hậu của Tự nhiên Tồn tại đã phát huy tác dụng, gây ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa chủ thể và khách thể, giữa nhận định chủ quan và diễn biến khách quan, làm cho kết quả quan sát được luôn mang tính bất định trong lòng nó, vừa xác đáng vừa không xác đáng. Tính bất định của kết quả quan sát là do không thể xác định được sự đứng yên tuyệt đối khách quan và dù sự quan sát không phạm sai lầm nào trong nhận định cũng như không phạm sai sót kỹ thuật nào thì cũng không loại bỏ được tính bất định ấy. Nó mang tính tất yếu và đồng thời cũng chính là một khía cạnh bộc lộ kỳ thú, chính là một minh chứng hùng hồn về sự hoạt động có thực của cái nguyên lý thể hiện nước đôi, về sự trình hiện ra cái bản chất muôn mặt vốn có của Tự nhiên Tồn tại.

Tùy thuộc vào tình thế, trạng thái vận động và chuyển động của bản thân hệ quan sát cũng như tùy thuộc vào vị trí, góc độ, cách thức quan sát của nó mà các hệ quan sát khác nhau sẽ có các kết quả quan sát khác nhau đối với cùng một biến cố xảy ra trong Vũ Trụ. Tuy nhiên dù các kết quả đó có sai lệch nhau thì cần thấy rằng, nếu các quan sát đều không phạm sai sót kỹ thuật và ngộ nhận lầm lạc thì chúng đều được coi là chính xác, phản ánh đúng đắn hiện thực khách quan. Đối với mỗi hệ quan sát, những kết quả quan sát chính xác của nó đều trở thành cơ sở đích đáng trong nghiên cứu khoa học, trong việc tìm hiểu bản chất của các hiện tượng tự nhiên, cho chính bản thân hệ quan sát đó. Cuối cùng, vì Tự nhiên Tồn tại là thống nhất và duy nhất, cho nên tất cả các nguyên lý, qui luật khách quan mà một hệ quan sát nào đó khám phá được một cách chân chính (đã loại bỏ mọi "lũng đoạn chủ quan tất yếu"), cũng sẽ là kết quả đạt được một cách không phạm sai lầm của mọi hệ quan sát khác, nếu qui chúng về cùng một ngôn ngữ, cùng một hệ thống qui ước. Chẳng hạn đối với một thực thể chuyển động trong Vũ Trụ, các hệ quan sát khác nhau có thể thấy trong vòng một thời điểm, thực thể đó có những biểu hiện khác nhau về mặt động học (có thể thấy nó chuyển động với các giá trị vận tốc khác nhau và cả bằng 0), nhưng kết quả nghiên cứu cuối cùng sẽ đưa tất cả các hệ quan sát đó đến cùng một nhận định là: nếu thực thể đó vận động cân bằng, ổn định, đều đặn hay điều hòa thì lực lượng toàn phần của nó là bất biến.

Mô tả chuyển động trong mặt phẳng của không gian hai chiều chỉ là một cách giản lược, giúp cho nhận thức dễ dàng hơn có độ dày là không thỏa đáng. Chúng ta cho rằng đúng đắn hơn cả là phải mô tả chuyển động có quĩ đạo phẳng trong mặt phẳng của không - thời gian 4 chiều. Vì số chiều của mặt phẳng trong không - thời gian 4 chiều chỉ có 3 chiều (trong đó có 2 chiều thực và một chiều ảo) cho nên ở góc độ nào đó có thể thấy nó có vẻ tương tự như không gian 3 chiều thông thường.

Nếu có véctơ  trong không gian 3 chiều thì rõ ràng là có thể viết (xem mô tả ở hình 2/b):

              

Trong mặt phẳng không - thời gian 3 chiều cũng có thể viết được như thế. Tuy nhiên trong không gian 3 chiều thì trong mặt phẳng 3 chiều (gọi tắt như thế), . Vậy lực lượng toàn phần của thực thể A chuyển động trong mặt phẳng 3 chiều sẽ được biểu diễn là:

              

Có thể tưởng tượng là chiều ảo, đóng vai trò như là nguyên nhân làm nên chuyển động trên một quĩ đạo phẳng của thực thể A, và để đơn giản, chúng ta cho vuông góc với . Như vậy, sau khi triển khai, biểu thức vừa nêu ở trên có dạng:

  

Khi áp dụng phương trình trên vào việc khảo sát hiện tượng (một cách bề ngoài) chuyển động của một thực thể nào đó trong mặt phẳng 2 chiều, thì vế phải của biểu thức phải được đổi từ c²t² thành v²t² và vì luôn có:

              

nên tổng các thành phần còn lại của vế trái biểu thức phải bằng 0 (nghĩa là bị bỏ qua, đã ẩn khuất, biến thành ảo, “lặn” vào nền tảng…). Tuy nhiên, phải thấy rằng chúng vẫn tồn tại, vẫn “ở đó” vì chính chúng là nguyên nhân gây ra chuyển động, là lực lượng của thực thể thực hiện chuyển động.

Muốn cho:

              

thì trước hết phải cho và do đó chỉ còn lại:

              

Giải ra thì được:

              

Nghĩa là đối với mặt phẳng trong không gian 3 chiều, có thể qui ước (một cách chủ quan) rằng nó có độ dày bằng 0, nhưng phải nhận thức rằng độ dày của mặt phẳng luôn tồn tại (có giá trị khác 0). Vì vậy, khi khảo sát, nghiên cứu để tìm ra qui luật chuyển động, cũng như hình dạng quĩ đạo mà một thực thể có thể “vạch vẽ” trong không - thời gian trên cơ sở phương trình tổng quát (12) (đúng hơn là phương trình , thì không được tùy tiện loại bỏ bất cứ thành phần nào trong đó mà không giải thích, biện luận. Thêm nữa, khi nghiên cứu các quĩ đạo phẳng, nghĩa là áp dụng phương trình (12) vào không gian 2 chiều, cần phải coi Z là đại lượng vô hướng, có thực, đóng vai trò là đại diện tượng trưng cho tác động của môi trường đối với vật chuyển động, quyết định đến dạng quĩ đạo của nó. Xét một cách tổng quát thì trong quá trình chuyển động, tất cả các đại lượng X, Y, , Z đều có thể biến đổi, nhưng đối với những chuyển động tuân theo một qui luật xác định nào đó thì sự biến đổi của những đại lượng đó phải nằm trong mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau, ràng buộc chặt chẽ lẫn nhau, thỏa mãn yêu cầu hay điều kiện bất biến nào đó. Rất có thể chính sự xuất hiện của Z trong phương trình (12) đã làm cho các qui ước:

              

trở nên không cần thiết nữa, thậm chí là bắt buộc phải bị loại bỏ. Đặc biệt, từ đây rất có thể xây dựng nên khái niệm phổ quát nhất của vật lý học là "khối lượng"(!).

Cuối cùng, chúng ta phán đoán rằng với một phép biến đổi tọa độ nào đó, kèm theo những qui ước hợp lý nào đó, có thể đưa phương trình (12) về dạng phương trình tổng quát của các đường bậc 2, trong đó, có một nhóm là các đường Cônic thực, mà toán học đã xác lập được từ lâu, bằng con đường thuần túy “riêng tư” của mình, khi loài người còn chưa biết đến khái niệm “khối lượng”, đó là:

              

  

Chúng ta tạm quên phương trình tổng quát đó đi để chỉ chú ý tới dạng đặc thù sau đây:

              

Từ phương trình này, có thể rút ra được những phương trình chuẩn tắc của các đường thuộc nhóm đường Cônic (có tâm đối xứng tại gốc tọa độ) biểu diễn một số quĩ đạo phẳng của vật thể chuyển động.

Khi có:           (13)

chúng ta có thể biến đổi thành:

                   

Nếu a²=b²=r², thì đó chính là phương trình chính tắc của đường tròn và có thể viết:

               ,     với r là bán kính

Nếu thì đó là phương trình chính tắc của đừng elip có bán trục lớn là a và bán trục nhỏ là b.

Từ phương trình (13) , cũng có thể xuất hiện dạng:

              

Đây chính là phương trình chính tắc của đường hypecbôn.

Cũng từ (13) có thể xuất hiện dạng phương trình:

              

Đây là dạng chính tắc của đường Parabôn, với p là tham số tiêu của nó.

Trên đây, chúng ta đã nêu 4 phương trình chính tắc của 4 dạng đường thuộc nhóm đường Cônic. Vậy, còn dạng đường nào thuộc nhóm này nữa không? Xét về mặt “trơn tru” và “hiện thực” thì chắc là chỉ có vậy. Tuy nhiên vì lý do riêng tư, chúng ta liệt kê cả đường thẳng vào, coi như là một đường cônic đặc biệt.

Một trong những chỉ số đặc trưng vô cùng quan trọng của đường cônic “thực” chính là tâm sai của nó. Tùy thuộc vào giá trị cụ thể cho trước của chỉ số này mà chíng ta có thể biết được một con đường cônic thuộc dạng nào trong số 5 dạng đã nêu ở trên. Toán học đã chỉ ra rằng:

        

Đó cũng chính là những dạng quĩ đạo chuyển động trên mặt phẳng có thể có của một thiên thể trong Vũ Trụ vĩ mô, được xác định bởi một hệ quan sát “được đặt” tại vị trí phù hợp, mà nguyên nhân là do sự tương tác động lực học lẫn nhau giữa thiên thể đó với môi trường, và môi trường ở đây (được thấy) là một thiên thể khác, có lực lượng Không Gian lớn gấp nhiều lần so với thiên thể đó, đến nỗi chuyển động của nó do sự tương tác giữa hai thiên thể gây ra là rất nhỏ bé và được coi như đứng yên đối với thiên thể kia.

Khi sự tương tác của hai thiên thể trên ổn định (hay điều hòa một cách có chu kỳ) thì chúng tạo thành một hệ thống vận động tương đối bền vững trong Vũ Trụ gọi là hệ hành tinh mà thiên thể nhỏ hơn chính là hành tinh, quay quanh thiên thể kia theo một quĩ đạo không đổi có dạng đường tròn hay đường elip. Nếu có một biến cố Vũ Trụ làm biến đổi mối tương tác đang ổn định ấy, hành tinh sẽ buộc phải thay đổi quĩ đạo chuyển động của nó mà trong trường hợp “nghiêm trọng” nó có thể chuyển sang dạng quĩ đạo mở (parabôn, hypecbôn và thậm chí là thẳng), vĩnh viễn rời xa thiên thể nhận nó làm hành tinh. Lúc này, hệ thống hành tinh đó không còn tồn tại nữa.

Nói chung một hệ hành tinh thường là gồm một thiên thể đóng vai trò như trung tâm của hệ với một hay nhiều hành tinh quay quanh nó. Nếu không bị biến cố Vũ Trụ từ bên ngoài làm biến dạng hoặc phá hủy thì sự tồn tại ổn định của hệ hành tinh là do sự tồn tại ổn định của thiên thể trung tâm quyết định. Một khi thiên thể trung tâm (được coi là động lực duy trì vận động của hệ hành tinh) già yếu và chấm dứt tồn tại thì hệ hành tinh cũng trở về với cõi “ngàn thu vĩnh biệt”.

Trong Vũ Trụ vĩ mô, hệ hành tinh là hình thức kết hợp vận động về mặt động học có tính phổ biến và thậm chí, có thể là duy nhất (nếu coi hệ sao đôi là trường hợp riêng của nó) giữa các thiên thể mà Thái Dương hệ (hệ Mặt Trời) của chúng ta là một trường hợp tầm thường trong số không biết bao nhiêu mà kể hệ hành tinh đang tồn tại, từ loại nhỏ bé nhất đến hùng vĩ nhất.

Thế thì nguyên nhân nào dẫn đến hiện tượng phổ biến đó? Đành rằng không thể có nguyên nhân nào khác ngoài nguyên nhân là do sự tương tác giữa chúng gây ra, nhưng bằng cách nào khi quan sát trực giác không thấy bất cứ sự ràng buộc vật chất nào giữa chúng? Nếu chúng ta cầm một sợi dây và đầu kia của sợi dây buộc vào một quả cầu sắt chẳng hạn thì thông qua sự “ràng buộc” của sợi dây mà tay chúng ta có thể tác động đến quả cầu làm nó quay quanh tay cầm sợi dây của chúng ta. Nếu chúng ta buông sợi dây hặc sợi dây đột ngột bị đứt thì sẽ không còn mối tương tác qua lại giữa tay chúng ta và quả cầu nữa, do đó mà quả cầu và tay chúng ta phải rời xa nhau, nghĩa là nếu coi tay chúng ta với quả cầu ràng buộc nhau bằng sợi dây và quả cầu quay quanh tay cầm sơi dây là một hệ hành tinh thì lúc này (vì dây đứt nên mối tương tác giữa tay và quả cầu cũng chấm dứt) hệ đó không tồn tại nữa.

Có lẽ ở thời cổ đại, do quan sát trực giác không thấy được bất cứ sự ràng buộc nào giữa Trái Đất và các thiên thể và các vì tinh tú cho nên thiên văn học cổ đại không thấy được tương tác là nguyên nhân chuyển động của chúng và từ đó mới vẽ ra bức tranh Vũ Trụ như đã kể.

Trên cơ sở các số liệu quan trắc thiên văn tích lũy được, Keple đã khám phá ra quĩ đạo của các hành tinh quay quanh Mặt Trời đều là đường cong kín elip. Ba qui luật mà Keple nêu ra về chuyển động của chúng không những đã góp phần quan trọng vào việc giải phóng khoa học khỏi sự thao túng của chủ nghĩa kinh viện đầy những khắc kỷ giáo điều mà còn tạo ra tiên đề cho hướng đi mới của vật lý thiên văn. Tuy nhiên, Keple vẫn chưa thể lý giải được nguyên nhân nào đã làm cho mọi hành tinh quay quanh mặt trời phải tuân theo ba qui luật ấy. Có lẽ Keple cũng đã suy ngẫm nhiều đến vấn đề đó, vì có lần ông nói đại ý rằng Mặt Trời là khối nam châm khổng lồ.

Nếu Mặt Trời thực sự là một khối nam châm khổng lồ, với “sức hút” của nó là ổn định, thì đối với một hành tinh chuyển động quanh nó, vì phải tuân theo nguyên lý chuyển động là để tạo lập cân bằng nội tại, cho nên nếu hành tinh đó không “đâm sầm”vào Mặt Trời thì phải theo một quĩ đạo tròn xác định với một vận tốc chu vi đều đặn. Tuy nhiên tính toán dựa trên các số liệu quan trắc thiên văn đã không cho thấy bất kỳ hành tinh nào của Thái Dương hệ có quĩ đạo chuyển động tròn như vậy cả.

Nhưng nếu không có “sức hút” như nam châm của Mặt Trời thì các hành tinh của nó cứ phải quay quanh nó mà không được tự do chuyển động theo quĩ đạo nào đó tùy thích mà quĩ đạo có vẻ “tự do thoải mái” nhất là quĩ đạo của chuyển động thẳng đều? Vậy thì giữa chúng phải tồn tại sức hút nhưng còn phải chịu tác động bởi cái gì đó nữa. Cái gì đó là cái gì thì thời đại của Keple chưa giải thích được!

Ngày nay, nhờ được thừa hưởng thành quả của các nhà toán học và vật lý học đi trước, chúng ta có thể nhanh nhảu đưa ra lời giải thích sau:

Giả sử có một hành tinh H chuyển động thẳng đều với vận tốc v theo hướng t (xem mô tả ở hình 3). Nếu Mặt Trời không hiện diện tại (tiêu điểm) F₁, thì vì không có tương tác nên hành tinh H tiếp tục chuyển động thẳng đều đến vô tận. Khi H đến điểm O và ngay lúc đó xuất hiện Mặt Trời ở F₁, đồng thời vận tốc v của H bằng 0, thì H sẽ bị Mặt Trời hút “đâm sầm” vào nó theo hướng . Nếu tại O vận tốc của H khác 0 thì tùy vào độ lớn của nó mà xảy ra các trường hợp sau:

Hình 3: Các dạng quĩ đạo của hành tinh

-         Nếu v nhỏ hơn một giá trị nào đó thì H đâm vào Mặt Trời theo một quĩ đạo cong hoặc xoắn ốc.

-         Nếu v đạt giá trị lớn đến mức độ nào đó thì H chuyển động tròn quanh Mặt Trời.

-         Nếu v lớn hơn nữa thì H chuyển động theo quĩ đạo elip quanh Mặt Trời.

-         Khi v vượt qua một giới hạn nào đó thì H chuyển động rời xa Mặt Trời theo quĩ đạo Parabôn và v tăng đến độ nào đó thì H rời xa Mặt Trời theo quĩ đạo Hypecbôn.

Điều đáng ngạc nhiên là định luật II Keple nghiệm đúng cho tất cả các dạng quĩ đạo trong họ đường Cônic. Đối với đường thẳng và đường tròn, được cho là 2 giới hạn của họ đường Cônic, thì định luật II Képle được biểu hiện hết sức hiển nhiên (xem mô tả ở hình 4).

Hình 4: Định luật II Képle nghiệm đúng trong chuyển động thẳng đều và tròn đều.

Cách giải thích về nguyên nhân các hành tinh chuyển động theo quĩ đạo elip quanh Mặt Trời như trên kể cũng hay, nhưng xét kỹ ra thì chỉ là sự giả tạo, thậm chí là ngụy tạo. Bởi vì không thể bắt Mặt Trời lúc ẩn lúc hiện bất thình lình như… ma được. Hơn nữa, nhiều bằng chứng cho thấy sự hình thành Thái Dương hệ không phải là quá trình Mặt Trời “đi bẫy” các thiên thể “ngoại lai” về làm hành tinh của nó mà phải đoán rằng tự bản thân nó tạo dựng ra các hành tinh quay quanh nó. Vậy thì hà cớ gì mà phải bắt các hành tinh chuyển động với dạng quĩ đạo “phức tạp” hơn quĩ đạo tròn, khi mà sức hút của nó được gọi là ổn định (và làm sao mà bất ổn được?)? Chắc chắn phải có một ảnh hưởng to lớn đến mối tương tác giữa Mặt Trời với các hành tinh của nó.

Từ suy nghĩ đó, chúng ta mở mắt nhìn rộng ra và nảy ra cách giải thích thứ hai:

Hóa ra, quĩ đạo elip của các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời chỉ là hiện thực khách quan của những hệ quan sát có vị trí đâu đó trong Thái Dương hệ. Những hệ quan sát ấy vì không phát hiện được những biểu hiện nào khác ngoài sự biểu hiện về sự tương tác giữa Mặt Trời với các hành tinh của nó và vì nó quá “đồ sộ” nên cho rằng nó đứng yên. Thực ra Mặt Trời đang chuyển động như một hành tinh quanh trung tâm Ngân Hà và thông qua mối tương tác có bản chất hút lẫn nhau của nó với các hành tinh mà cũng “lôi cuốn” chúng tham gia vào chuyển động ấy. Nếu có một hệ quan sát được đặt đâu đó “phía trên” trung tâm Ngân Hà và từ đó quan sát Thái Dương hệ thì sẽ thấy quĩ đạo của một hành tinh quay quanh Mặt Trời có thể là như mô tả ở hình 5. Khi hành tinh đến vị trí 1 gọi là cận nhật thì Mặt Trời ở vị trí 1’.

Hình 5: Quĩ đạo hành tinh của Thái Dương hệ,
nhìn từ “phía trên” ở trung tâm Ngân Hà có thể là như thế.

Khi hành tinh do “quá đà” nên chuyển động ra xa Mặt Trời, đến vị trí 2, gọi là viễn nhật, thì Mặt trời ở vị trí 2’. Lúc này vận tốc theo hướng ngược với chuyển động Mặt Trời của hành tinh bị triệt tiêu, trong khi mối tương tác hút giữa chúng vẫn được duy trì nên hành tinh chuyển động có xu thế cùng hướng với chuyển động của Mặt Trời: hành tinh bắt đầu tăng tốc và đạt đến vận tốc cực đại tại vị trí 3, gọi là điểm cận nhật. Mặt Trời lúc này ở vị trí 3’. Và quá trình cứ thế lặp đi lặp lại. Quĩ đạo có tính chu kỳ này là tương đương với quĩ đạo elip của hành tinh được xác định bởi hệ quan sát đặt trong Thái Dương hệ và vì thế nó cũng tuân theo định luật II và III Képle.

Vậy thì trong hai kết quả quan sát ấy, quan sát nào là đúng nhất về thực tại khách quan? Nếu hai kết quả quan sát ấy đều là chân chính thì mỗi kết quả là sự phản ánh đúng đắn về hiện thực khách quan đối với mỗi hệ quan sát của nó. Có thể nói chúng đều là hiện thực khách quan của hệ quan sát chủ quan “tạo ra” chúng và đều hàm chứa những qui luật chung nhất của mối quan hệ động học kiểu hành tinh, bởi vì thực ra chúng chỉ là những biểu hiện khác nhau đối với những hệ quan sát khác nhau của cùng một vận động duy nhất. Tuy nhiên, có thể cho rằng kết quả quan sát thu được một cách chân chính từ hệ quan sát bên ngoài Thái Dương hệ có tính khách quan cao hơn. Nhưng dù có tính khách quan cao hơn thì nó chưa phải đã cao nhất. Quan sát trực giác không bao giờ thấy được một hiện thực khách quan tuyệt đối mà chỉ có quan sát trừu tượng, một khi đã “thấm nhuần” quan sát trực giác và ở trạng thái thăng hoa cao độ, mới may ra thấu suốt được quang cảnh phi phàm này.

Thôi, chúng ta hãy quay lại với những câu chuyện bi hùng trong lịch sử vật lý học.

***

Sống cùng thời và cũng là bạn của Képle là nhà vật lý học thiên tài Galilê (Galileo Galilei).

Galilê sinh ngày 15-2-1564 tại Pida, công quốc Tôxcan, thuộc nước Ý ngày nay, trong một dòng dõi quí tộc bị khánh kiệt. Tuổi thơ, Galilê là một đứa bé năng động, thích chơi lắp ráp các vật do tự mình chế ra. Cha Galilê là một triết gia khá nổi tiếng thời bấy giờ, nhận thấy những dấu hiệu thiên phú về tài năng ở con mình, nên dù hoàn cảnh gia đình khó khăn, vẫn cố ghi tên cho con theo học tại Trường đại học Pisa. Đó là vào năm 1581, lúc Galilê vừa tròn 17 tuổi. Mới đầu, Galilê học ngành y khoa nhưng rồi không cầm lòng được trước nỗi say mê toán học, thiên văn học của mình nên năm 21 tuổi, ông bỏ dở chương trình y khoa để tự tìm tòi nghiên cứu theo sở thích riêng. Ông đã nỗ lực tìm hiểu hình học Ơclit, tiếp thu và suy ngẫm những kiến giải khoa học của Arixtốt, hệ thống Vũ Trụ địa tâm của Ptôlemê, nghiên cứu những công trình của Ácximét…, và qua đó, mà nhanh chóng trang bị cho mình những cơ sở kiến thức cần thiết. Những kiến thức đó hội ngộ với thiên tài bẩm sinh đã làm cho sự nghiệp nghiên cứu khoa học dài lâu, gặt hái được nhiều thành quả hết sức quan trọng của Galilê trở thành một trong những trang sử chói lọi nhất của lịch sử vật lý học và tên tuổi ông vì thế mà cũng đi vào bất tử trong lòng nhân loại.

Ngay từ khi còn đang học y khoa, Galilê đã khám phá ra tính đều đặn một cách điều hòa, hay còn gọi là “tính đẳng thời” trong dao động của con lắc, và áp dụng nó vào việc đo nhịp mạch của cơ thể. Sau này, đồng hồ quả lắc ra đời là nhờ vào sự phát hiện ấy và Galilê nghiễm nhiên trở thành ông tổ của nó. Năm 22 tuổi, ông cho công bố hai thành quả nhỏ, được cho là đầu tay của mình là, phép đo tỷ trọng chất lỏng và phép tính trọng tâm của một vật thể rắn (đều trên cơ sở những nguyên lý Ácximét).

Galileo Galilei
Chân dung của Galileo Galilei, do Giusto Sustermans vẽ Sinh 15 tháng 2, 1564 Pisa, Công quốc Firenze Mất 8 tháng 1, 1642 (77 tuổi) Arcetri, Toscana Nơi cư trú Đại công quốc Toscana Tôn giáo Công giáo Rôma Ngành Thiên văn, Vật lý và Toán học Alma mater Đại học Pisa Nổi tiếng vì Động lực học Chuyển động học Các khám phá thiên văn bằng kính viễn vọng Thuyết nhật tâm Chữ ký

Năm 25 tuổi, Galilê trở thành giảng viên toán học ở trường đại học Pisa. Chính trong thời gian này, ông đã khám phá ra định luật về sự rơi tự do. Học Arixtốt nhưng không tiếp thu mù quáng tất cả những gì mà Arixtốt đã khẳng định và đang được thừa nhận là những chân lý không thể bác bỏ được, chính vì vậy mà Galilê đã nghi ngờ rồi đi đến phủ nhận một phát kiến đầy cảm tính trực giác của Arixtốt - thần tượng khoa học bách khoa thời bấy giờ.

Theo Arixtốt, nếu hai vật rơi xuống từ cùng một độ cao thì vật nào nặng hơn sẽ rơi nhanh hơn, nghĩa là nói chung thì tốc độ rơi của vật phụ thuộc vào trọng lượng của nó. Một cách trực quan thì trong nhiều trường hợp có vẻ như thế thật và trong suốt 18 thế kỷ chẳng một ai có chút ngạc nhiên nào trước phán xét của Arixtốt vĩ đại. Ấy vậy mà một giảng viên toán học trẻ tuổi đã dám nói điều ngược lại. Galilê cho rằng tất cả mọi vật, bất kể nặng nhẹ cỡ nào, nếu rơi từ cùng một độ cao và cùng chịu một sức cản không khí như nhau, thì đều chạm đất cùng một lúc. Điều đó có nghĩa là tốc độ rơi của một vật không phụ thuộc vào trọng lượng của nó. Hơn nữa, Galilê còn khẳng định rằng, tốc độ rơi tỷ lệ thuận với thời gian rơi, nghĩa là nó tăng dần trong quá trình rơi, và làm cho khoảng cách rơi tỷ lệ với bình phương thời gian rơi.

(còn tiếp)
-------------------------------------------------------------