(ĐC sưu tầm trên NET)
28- James Clerk Maxwell

1831-1879
Vương Quốc
Vật Lý

James Clerk Maxwell - người hoàn chỉnh lý thuyết điện từ trường

Viết bởi Huỳnh Vĩnh Phát Thứ tư, 13 Tháng 6 2012 13:54

James Clerk Maxwell (13 tháng 6 năm 1831 tại Edinburgh, Scotland – 5 tháng 11 năm 1879) là một nhà toán học, một nhà vật lý học người Scot. Ông đã đưa ra hệ phương trình miêu tả những định luật cơ bản về điện trường và từ trường được biết đến với tên gọi phương trình Maxwell. Đây là hệ phương trình chứng minh rằng điện trường và từ trường là thành phần một trường thống nhất, điện từ trường. Ông cũng đã chứng minh rằng trường điện từ có thể truyền đi trong không gian dưới dạng sóng với tốc độ không đổi là 300 000 km/s, và đưa ra giả thuyết rằng ánh sáng là sóng điện từ.

Có thể nói Maxwell là nhà vật lý học thế kỉ 19 có ảnh hưởng nhất tới nền vật lý của thế kỉ 20, người đã đóng góp vào công cuộc xây dựng mô hình toán học mới của nền khoa học hiện đại. Vào năm 1931, nhân kỉ niệm 100 ngày sinh của Maxwell, Albert Einstein đã ví công trình của Maxwell là "sâu sắc nhất và hiệu quả nhất mà vật lý học có được từ thời của Isaac Newton".

Tuổi trẻ

Ngay từ khi 15 tuổi, cậu đã tự nghĩ ra được phương pháp vẽ những hình elip rất chuẩn mà vào thời điểm đó chính các nhà khoa học của Hội hoàng gia Anh còn đang mải tìm cách vẽ.

Năm 18 tuổi, Maxwell đã công bố một tác phẩm nghiên cứu lý thuyết cân bằng của các vật đàn hồi, chứng minh một định luật rất quan trọng trong lý thuyết đàn hồi và cơ học xây dựng. Về sau được gọi là Maxwell.

Công trình tiếp theo của Maxwell thuộc các lĩnh vực nhiệt, thiên văn, vật lý thống kê v.v. Chỉ bấy nhiêu công trình cũng đủ làm cho tên tuổi của Maxwell được mọi người kính nể. Trong sự nghiệp khoa học của ông gắn bó nhiều nhất với lý thuyết trường điện từ mà ông đã xây dựng, mang tên là điện động lực học Maxwell. Eisntein đã so sánh tên tuổi của Galilée và Newton trong cơ học với tên tuổi của Faraday và Maxwell điện học:

Trong cơ học Galilée là người đã đặt những cơ sở đầu tiên của cơ học và Newton là người đã hoàn chỉnh nó.

Trong điện học Faraday là người đã có một quan niệm mới về điện và từ, đã nêu lên vai trò của môi trường, gợi ra khái niệm trường và mô tả nó bằng những đường sức. Còn Maxwell là người đã hoàn chỉnh tư tưởng của Faraday về mặt toán học, đã đưa ra thuật ngữ "trường điện từ" và xây dựng những quy luật toán học của trường đó.

Nghiên cứu chuyên sâu về điện học - Lý thuyết trường điện từ

Những nghiên cứu của Maxwell trong lĩnh vực điện động lực học có thể được tóm tắt như sau:

Từ năm 1854 đến năm 1857, sau khi đọc kỹ công trình "Những khảo sát thực nghiệm trong lĩnh vực điện học" của Faraday, Mawell đã tìm thấy trong đó những ý tưởng sâu sắc. Ông hiểu rằng, muốn cho những tư tưởng đó thắng lợi phải xây dựng cho chúng một ngôn ngữ toán học chính xác. Do đó trong 3 năm trên, ông đã hoàn thành công trình "Về những đường sức của Faraday", trong đó ông xây dựng ngôn ngữ toán học chính xác cho lý thuyết điện từ của Faraday bằng các định luật toán học. Ông đã gửi công trình này tới Faraday, khiến Faraday rất cảm động và đánh giá đó chính là sự ủng hộ lớn lao của Maxwell đối với mình.

Từ 1861 đến 1862, Maxwell tiếp tục phát triển lý thuyết của mình về trường điện từ và ông đã công bố một loạt bài báo dưới tiêu đề chung "Về các đường sức vật lý". Trong công trình này, Maxwell đã xây dựng mô hình phức tạp hơn cho trường điện từ và đi đến hệ phương trình nổi tiếng, mang tên là hệ phương trình Maxwell, trong đó thể hiện chính xác mối quan hệ giữa sự biến đổi từ trường và suất điện động do nó gây ra. Ông cũng đã đưa vào điện học một khái niệm rất quan trọng là khái niệm dòng điện dịch: tuy không phải là dòng điện thực sự, nhưng nó cũng tạo ra từ trường như dòng điện dẫn. Maxwell cho rằng trường điện từ cũng mang năng lượng và ông đã tính được mật độ năng lượng tại từng điểm. Ông cũng tìm ra rằng, trong môi trường đàn hồi của trường điện từ, có những sóng ngang truyền đi với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng. Do đó, theo ông khó mà không kết luận rằng ánh sáng cũng là một dao động gang của cùng một môi trường sinh ra các hiện tượng điện từ.

Từ 1864 đến 1865, ông công bố công trình "Lý thuyết động lực học của trường điện từ". Trong công trình này ông đã nêu rõ: "Lý thuyết mà tôi đề nghị có thể được gọi là lý thuyết trường điện từ, vì rằng nó nghiên cứu không gian bao quanh các vật điện và từ. Nó cũng có thể được gọi là lý thuyết động lực học vì nó thừa nhận rằng trong không gian đó có vật chất đang chuyển động, nhờ nó mà diễn ra các hiện tượng điện từ quan sát được."Trong tác phẩm này, khái niệm "trường điện từ" đã được ông định nghĩa một cách cụ thể. Ông cho rằng: "Trường điện từ là một bộ phận của không gian chứa đựng và bao bọc các vật ở trạng thái điện hoặc trạng thái từ." Cũng công trình này, Maxwell đã khẳng định rằng trường điện từ là có thật và mang năng lượng. Như vậy, lần đầu tiên trong lịch sự vật lý học, khái niệm "trường" đã được Maxwell xây dựng một cách trọn vẹn.

Năm 1873, ông công bố "Giáo trình điện học và từ học". Đó là một giáo trình rất cơ bản, trong đó ông tổng kết và hệ thống toàn bộ lý thuyết của mình, thể hiện rõ hai luận điểm cơ bản:

Luận điểm thứ nhất: Tại một điểm bất kỳ trong vùng không gian, nếu có từ trường biến thiên theo thời gian thì vùng không gian đó sẽ xuất hiện điện trường xoáy.

Luận điểm thứ hai: Bất kỳ một điện trường nào biến thiên theo thời gian cũng sinh ra một từ trường xoáy.

Như vậy lý thuyết của Maxwell cho ta thấy rằng tại điểm trong không gian, có từ trường biến thiên theo thời gian thì vùng khôn gian đó sẽ xuất hiện điện trường xoáy và ngược lại. Cứ như vậy, điện từ trường luôn tồn tại đồng thời, chuyển hóa lẫn nhau và lan truyền trong không gian dưới dạng sóng, gọi là sóng điện từ. Trong công trình này, Maxwell đã so sánh hai phương hướng trong lý thuyết và các hiện tượng điện và từ: phương hướng dựa trên nguyên lý tác dụng xa của Newton và phương hướng dựa trên nguyên lý tác dụng gần, tức là phương pháp của Faraday. Ông tự nhận mình là luật sư biện hộ cho phương pháp Faraday, theo quan điểm thuyết tác dụng gần và lấy khái niệm trường làm cơ sở. Cũng trong công trình này, ông đã trình bày tỉ mỉ hơn lý thuyết điện từ về ánh sáng. Ông đã rút ra kết luận rằng ánh sáng là một loại sóng điện từ , do sự kết hợp của vector điện trường và vector từ trường vuông góc với nhau, biến thiên hình sin theo thời gian.

Chính kết luận này đã góp phần vào sự thắng lợi của lý thuyết sóng ánh sáng ở thế kỷ XIX. Ông còn chỉ ra rằng ánh sáng sẽ gây ra áp suất trên bề mặt các vật thể khi nó truyền qua. Ông lưu ý rằng, có thể kiểm tra kết luận đó bằng thực nghiệm.

Lý thuyết trường điện từ Maxwell đã đi trước khá xa so với thực nghiệm lúc bấy giờ. Vì vậy sau khi nó ra đời, phải đợi một phần tư thế kỷ nữa nó mới được thực nghiệm khẳng định một cách trọn vẹn.

>> Xem thêm: Luận văn về Điện và Từ của Maxwell (Tập 1)/ Luận văn về Điện và Từ của Maxwell (Tập 2)

Phương trình Maxwell

Các phương trình Maxwell bao gồm bốn phương trình, đề ra bởi James Clerk Maxwell, dùng để mô tả trường điện từ cũng như những tương tác của chúng đối với vật chất. Bốn phương trình Maxwell mô tả lần lượt :

Điện tích tạo ra điện trường như thế nào (định luật Gauss).
Sự không tồn tại của vật chất từ tích.
Dòng điện tạo ra từ trường như thế nào (định luật Ampere).
Và từ trường tạo ra điện trường như thế nào (định luật cảm ứng Faraday)

Đây cũng chính là nội dung của thuyết điện từ học Maxwell.

Các công thức của Maxwell vào năm 1865 bao gồm 20 phương trình với 20 ẩn số, nhiều phương trình trong đó được coi là nguồn gốc của hệ phương trình Maxwell ngày nay. Các phương trình của Maxwell đã tổng quát hóa các định luật thực nghiệm được những người đi trước phát hiện ra: chỉnh sửa định luật Ampère (ba phương trình cho ba chiều (x, y, z)), định luật Gauss cho điện tích (một phương trình), mối quan hệ giữa dòng điện tổng và dòng điện dịch (ba phương trình (x, y, z)), mối quan hệ giữa từ trường và thế năng vectơ (ba phương trình (x, y, z), chỉ ra sự không tồn tại của từ tích), mối quan hệ giữa điện trường và thế năng vô hướng cũng như thế năng vectơ (ba phương trình (x, y, z), định luật Faraday), mối quan hệ giữa điện trường và trường dịch chuyển (ba phương trình (x, y, z)), định luật Ohm về mật độ dòng điện và điện trường (ba phương trình (x, y, z)), và phương trình cho tính liên tục (một phương trình). Các phương trình nguyên bản của Maxwell được viết lại bởi Oliver Heaviside và Willard Gibbs vào năm 1884 dưới dạng các phương trình vectơ. Sự thay đổi này diễn tả được tính đối xứng của các trường trong cách biểu diễn toán học. Những công thức có tính đối xứng này là nguồn gốc hai bước nhảy lớn trong vật lý hiện đại đó là thuyết tương đối hẹp và vật lý lượng tử.

Thật vậy, các phương trình của Maxwell cho phép đoán trước được sự tồn tại của sóng điện từ, có nghĩa là khi có sự thay đổi của một trong các yếu tố như cường độ dòng điện, mật độ điện tích... sẽ sinh ra sóng điện từ truyền đi được trong không gian. Vận tốc của sóng điện từ là c, được tính bởi phương trình Maxwell, bằng với vận tốc ánh sáng được đo trước đó bằng thực nghiệm. Điều này cho phép kết luận rằng ánh sáng là sóng điện từ. Các nghiên cứu về ánh sáng và sóng điện từ, tiêu biểu là các nghiên cứu của Max Planck về vật đen và của Heinrich Hertz về hiện tượng quang điện đã cho ra đời lý thuyết lượng tử.

Sự không phụ thuộc của vận tốc ánh sáng vào chiều và hệ quy chiếu - những kết luận được rút ra từ phương trình Maxwell - là nền tảng của thuyết tương đối. Chú ý rằng khi ta thay đổi hệ quy chiếu, những biến đổi Galileo cổ điển không áp dụng được vào các phương trình Maxwell mà phải sử dụng một biến đổi mới, đó là biến đổi Lorentz. Einstein đã áp dụng biến đổi Lorentz vào cơ học cổ điển và cho ra đời thuyết tương đối hẹp.

Bảng sau đây tóm tắt các phương trình và khái niệm cho trường hợp tổng quát. Kí hiệu bằng chữ đậm là vectơ, trong khi đó những kí hiệu in nghiêng là vô hướng.

Tên	Dạng phương trình vi phân	Dạng tích phân
Định luật Gauss:	$\nabla \cdot \mathbf{D} = \rho$	$\oint_S \mathbf{D} \cdot d\mathbf{A} = \int_V \rho dV$
Đinh luật Gauss cho từ trường (sự không tồn tại của từ tích):	$\nabla \cdot \mathbf{B} = 0$	$\oint_S \mathbf{B} \cdot d\mathbf{A} = 0$
Định luật Faraday cho từ trường:	$\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}} {\partial t}$	$\oint_C \mathbf{E} \cdot d\mathbf{l} = - \ { d \over dt } \int_S \mathbf{B} \cdot d\mathbf{A}$
Định luật Ampere (với sự bổ sung của Maxwell):	$\nabla \times \mathbf{H} = \mathbf{J} + \frac{\partial \mathbf{D}} {\partial t}$	$\oint_C \mathbf{H} \cdot d\mathbf{l} = \int_S \mathbf{J} \cdot d \mathbf{A} + {d \over dt} \int_S \mathbf{D} \cdot d \mathbf{A}$

Bảng sau đây liệt kê khái niệm của các đại lượng trong hệ đo lường SI:

Kí hiệu	Ý nghĩa	Đơn vị trong hệ SI
$\mathbf{E}$	Cường độ điện trường	volt / mét
$\mathbf{H}$	Cường độ từ trường	ampere / mét
$\mathbf{D}$	Độ điện thẩm	coulomb / mét vuông
$\mathbf{B}$	Vectơ cảm ứng từ	tesla, weber / mét vuông
$\ \rho \$	Mật độ điện tích,	coulomb / mét khối
$\mathbf{J}$	Mật độ dòng điện,	ampere / mét vuông
$d\mathbf{A}$	Vectơ vi phân diện tích A, có hướng vuông góc với mặt S	mét vuông
$dV \$	Vi phân của thể tích V được bao bọc bởi diện tích S	mét khối
$d \mathbf{l}$	Vectơ vi phân của đường cong, tiếp tuyến với đường kính C bao quanh diện tích S	mét
$\nabla \cdot$ (còn gọi là div)	toán tử tính suất tiêu tán: $\nabla\cdot\textbf{a}=\left(\frac{\partial a_x}{\partial x}+\frac{\partial a_y}{\partial y}+\frac{\partial a_z}{\partial y}\right)$	trên mét
$\nabla \times$ (còn gọi là rot)	toán tử tính độ xoáy cuộn của trường vectơ.	trên mét

Các đại lượng D và B liên hệ với E và H bởi :

$\mathbf{D} \ \ = \ \ \varepsilon_0 \mathbf{E} + \mathbf{P} \ \ = \ \ (1 + \chi_e) \varepsilon_0 \mathbf{E} \ \ = \ \ \varepsilon \mathbf{E}$

$\mathbf{B} \ \ = \ \ \mu_0 ( \mathbf{H} + \mathbf{M} ) \ \ = \ \ (1 + \chi_m) \mu_0 \mathbf{H} \ \ = \ \ \mu \mathbf{H}$

trong đó :
Χ_e là hệ số cảm ứng điện của môi trường,
χ_m là hệ số cảm ứng từ của môi trường,
ε là hằng số điện môi của môi trường, và
μ là hằng số từ môi của môi trường.
Khi hai hằng số ε and μ phụ thuộc vào cường độ điện trường và từ trường, ta có hiện tượng phi tuyến; xem thêm trong các bài hiệu ứng Kerr và hiệu ứng Pockels.)

Trong môi trường tuyến tính

Trong môi trường tuyến tính, vectơ phân cực điện P (coulomb / mét vuông) và vectơ phân cực từ M (ampere / mét) cho bởi :

$\mathbf{P} = \chi_e \varepsilon_0 \mathbf{E}$

$\mathbf{M} = \chi_m \mathbf{H}$

Trong môi trường không tán sắc (các hằng số không phụ thuộc vào tần số của sóng điện từ), và đẳng hướng (không biến đổi đối với phép quay), ε và μ không phụ thuộc vào thời gian, phương trình Maxwell trở thành :

$\nabla \cdot \varepsilon \mathbf{E} = \rho$

$\nabla \cdot \mu \mathbf{H} = 0$

$\nabla \times \mathbf{E} = - \mu \frac{\partial \mathbf{H}} {\partial t}$

$\nabla \times \mathbf{H} = \mathbf{J} + \varepsilon \frac{\partial \mathbf{E}} {\partial t}$

Trong môi trường đồng đều (không biến đổi đối với phép tịnh tiến), ε và μ không đổi theo không gian, và có thể được đưa ra ngoài các phép đạo hàm theo không gian.
Trong trường hợp tổng quát, ε và μ có thể là tensor hạng 2 mô tả môi trường lưỡng chiết. Và trong các môi trường tán sắc ε và/hoặc μ phụ thuộc vào tần số ánh sáng (sóng điện từ), những sự phụ thuộc này tuân theo mối liên hệ Kramers-Kronig.

Trong chân không

Chân không là môi trường tuyến tính, đồng đẳng (không biến đổi theo phép quay và phép tịnh tiến), không tán sắc, với các hằng số ε₀ và μ₀ (hiện tượng phi tuyến trong chân không vẫn tồn tại nhưng chỉ quan sát được khi cường độ ánh sáng vượt qua một ngưỡng rất lớn so với giới hạn tuyến tính trong môi trường vật chất).

$\mathbf{D} = \varepsilon_0 \mathbf{E}$

$\mathbf{B} = \mu_0 \mathbf{H}$

Đồng thời trong chân không không tồn tại điện tích cũng như dòng điện, phương trình Maxwell trở thành :

$\nabla \cdot \mathbf{E} = 0$

$\nabla \cdot \mathbf{H} = 0$

$\nabla \times \mathbf{E} = - \mu_0 \frac{\partial\mathbf{H}} {\partial t}$

$\nabla \times \mathbf{H} = \ \ \varepsilon_0 \frac{\partial \mathbf{E}} {\partial t}$

Những phương trình này có nghiệm đơn giản là các hàm sin và cos mô tả sự truyền sóng điện từ trong chân không, vận tốc truyền sóng là :

$c = \frac{1}{\sqrt{\mu_0 \varepsilon_0}}$

Kí hiệu	Tên	Giá trị	Đơn vị trong hệ SI
$c \$	Vận tốc ánh sáng	$2.998 \times 10^{8}$	mét trên giây
$\ \varepsilon_0$	Độ điện thẩm chân không	$8.854 \times 10^{-12}$	fara / mét
$\ \mu_0 \$	Độ từ thẩm chân không	$4 \pi \times 10^{-7}$	henry / mét

>> Xem thêm: Các nguyên lí của Ánh sáng, Điện và Từ học (Phần 6) / Lịch sử Điện từ học (Phần 9)

Điền Quang - thuvienvatly.com

James Clerk Maxwell – Einstein của Scotland

Nếu như hỏi người dân Anh và phần đông nhân loại rằng ai là nhà vật lý người Anh vĩ đại nhất thì chắc hẳn phần đông sẽ trả lời là Isaac Newton. Nếu hỏi tiếp rằng sau Newton là ai? Có thể sẽ là Stephen Hawking, Michael Faraday,… Vương quốc Anh là một cái nôi khoa học kỹ thuật của nhân loại, nơi đã sản sinh ra nhiều nhà vật lý học vĩ đại mà tên tuổi của họ được ghi vào sách giáo khoa và được số đông nhân loại biết đến, mà điển hình như Isaac Newton, Michael Faraday, hay Stephen Hawking được nhắc ở trên. Nhưng cũng có những nhà vật lý vĩ đại với những đóng góp có thể sánh ngang với Newton, Einstein nhưng tên tuổi của họ lại không được nhiều công chúng biết đến. James Clerk Maxwell là một nhà khoa học như thế. Công trình của ông về lý thuyết trường điện từ ra đời cách đây hơn 150 năm có tầm vóc sánh ngang với Lý thuyết Tương đối của Albert Einstein, hay các định luật cơ học của Newton và đến nay vẫn là một trụ cột của vật lý học hiện đại. Nhưng Maxwell không được nhiều công chúng nhắc tới như Einstein, Newton.
1. Tuổi thơ đầy sóng gió
James Clerk Maxwell chào đời cách đây đúng 185 năm, vào ngày 13 tháng 6 năm 1831 trong căn nhà số 14, phố India ở thành phố Edinburgh, thủ phủ xứ Scotland trong Vương quốc Liên hiệp Anh và Bắc Ailen. Cha của ông, là John Clerk, đã thêm họ Maxwell để đáp ứng một số điều kiện pháp lý cho phép ông được thừa hưởng một mảnh đất ở vùng nông thôn Middlebie, Galloway (Tây nam Scotland). John Clerk Maxwell là một người nhạy cảm, và thận trọng. Ông kết hôn với bà Frances Cay, người mà tính cách cũng như ông, nhưng kiên quyết và thẳng thắn hơn. Tính cách của họ là bổ sung cho nhau, và James, người con trai duy nhất của họ đã may mắn được thừa hưởng một số điểm tốt của cả cha lẫn mẹ. Họ xây dựng một trang trại nhỏ ở Middlebie và gọi tên là Glenlair (trong tiếng địa phương Scotland có nghĩa là “thung lũng Lair”). Maxwell thực sự yêu mến căn nhà này vì nó là nơi ông giành toàn bộ tuổi thơ cũng như cuộc sống “ẩn dật tự do” sau này. Khi Maxwell lên 8 tuổi, cuộc sống bình dị của gia đình ông tại Glenlair bị phá vỡ bởi cái chết đau đớn của mẹ ông ở tuổi 48 do ung thư dạ dày mà sau này chính Maxell cũng mắc phải khiến ông cũng mất ở khi còn trẻ ở độ tuổi tương tự. Thái độ của ông trước nỗi đau này khác hẳn với những mất mát to lớn trong lòng của ông “ Tôi vui vì giờ đây mẹ tôi sẽ không còn phải chịu thêm cơn đau nào nữa”.^{^[1]}

Glenlair, nơi gia đình James Clerk Maxwell từng sinh sống (ảnh chụp từ Wikipedia.org).

John Clerk Maxwell là một người cha yêu con, nhưng cái chết của người vợ dường như khiến ông đau buồn đến độ quên hết những việc cần làm để dạy con trai mình. Ông giao hết việc dạy dỗ cậu bé James cho một gia sư có lối giáo dục cứng rắn và tẻ nhạt. Lewis Campbell, người viết tiểu sử của Maxwell từng mô tả là lối giáo dục khắc nghiệt của vị gia sư này cũng có một phần tích cực đối với Maxwell khi nó rèn luyện cho ông một tâm lý “không ngại đắng cay”. Cuộc đời của cậu bé James chỉ thay đổi khi dì ruột của ông, bà Jan Cay chứng kiến việc dạy dỗ của vị gia sư khắc nghiệt, và thuyết phục được ông bố thay đổi ý định, gửi James tới sống cùng gia đình bà ở Edinburgh, và theo học Học viện Edinburgh.^{^[2]}

2. Học viện Edinburgh và công trình toán học đầu tiên

Những trải nghiệm đầu tiên của Jame ở học viện không mấy vui vẻ đối với James. Cậu bé James luôn xuất hiện với một bộ đồ cũ có dáng dấp thôn quê kèm với giọng nói vùng Gallovidian đã làm ông trở thành tầm ngắm cho những nhóm bạn hay trêu trọc ở trường học. Những cậu bạn tinh nghịch hay chọc phá ông đã đặt cho ông một biệt danh mới là “Drafty” có nghĩa là “kì quặc đến mức ngớ ngẩn” hay là “kẻ lập dị’’ theo ngôn ngữ hiện đại ngày nay. Học viện đã làm chút ít cho việc chinh phục tâm hồn và cỗ vũ cho những việc làm sáng tạo của ông. Ông đã kết thân với một số người trong đó có Lewis Campbell người sau này viết tiểu sử của ông và Peter Guthrie Tait người sau này là giáo sư triết học tự nhiên của Viện Đại học Edinburgh.

Vào thời đại của Maxwell, Scotland có một thần đồng là William Thomson, người được biết đến sau này là Huân tước Kelvin nhờ nhứng đóng góp vĩ đại cho vật lý học và phát triển kỹ thuật ở Scotland. Khác với Thomson, Maxwell không phải là một thần đồng, cũng không có dấu hiệu sớm nào của một thiên tài toán học. Nhưng người ta tin rằng Maxwell có một người cha nhạy bén là John Clerk Maxwell, người luôn nhiệt tình khuyến khích con mình các vấn đề của khoa học và kỹ thuật là điểm tốt cho sự phát triển tài năng của con trai mình. Hai cha con Maxwell thường tham dự các cuộc họp của Hiệp hội Nghệ thuật Edinburgh và Hội Hoàng gia Edinburgh.^{^[3]} Ở tuổi 14, với những ý tưởng hình học xuất hiện trong đầu, Maxwell đã viết một bài báo mô tả phương pháp để xây dựng hình ellipse. John Cleck Maxwell đã nhìn thấy công trình của con trai mình giống với chủ đề mà Jame Forbes – một giáo sư triết học tự nhiên ở Edinburgh đang theo đuổi và đã nói chuyện với Forbes. Forber cho rằng phương pháp “rất đáng chú ý trong nhiều năm qua” và thông báo bài báo cho Hội Hoàng gia Edinburgh. Và đây là chìa khóa khai mở sự nghiệp khoa học của cậu bé James. Jame Forbes đã mời Maxwell cùng tham gia nghiên cứu với mình ở Đại học Edinburgh, cùng với cả một giáo sư khác là William Hamilton. Hamilton và Forbes là hai đối thủ trong các cuộc tranh luận khoa học nảy lửa, nhưng đều có chung một quan điểm rằng rằng James là một đứa trẻ xứng đáng đặc biệt quan tâm. Forbes đã giúp ông trong phòng thí nghiệm còn Hamilton giúp về toán học và ảnh hưởng của họ đối với Maxwell là rất lớn cho đến mãi sau này.

3. Sinh viên xuất sắc và lập dị ở Cambridge

Năm 1850, Maxwell tới Cambridge và theo học ở Trinity College dưới sự hướng dẫn của William Hopkins. Ở Cambridge, Maxwell vẫn bị coi là người có tính cách lập dị, nhưng dường như đó lại là một lợi thế cho ông. Campbell viết:
“Ông đã thử một số thí nghiệm kỳ quặc trong việc sắp xếp thời gian làm việc và ngủ. Từ 2 giờ đến 2 rưỡi sáng, ông dậy tập thể dục bằng cách chạy dọc hành làng, xuống cầu thang, đi dọc hành lang dưới, đi lên thang và tiếp tục như vậy cho đến khi những người sống cùng dãy hành lang tỉnh dậy, nấp sau cánh cửa để ném cho ông một loạt nào giày, bàn chải tóc,… mỗi khi ông chạy qua”.

James Clerk Maxwell khi theo học ở Trinity College, Cambridge (ảnh từ Wikipedia.org).

Tais thì viết về những trò hài hước khác của Maxwell:
“Ông ta từng đứng trên những giá gỗ trong nhà tắm chung, buông người rơi sấp trong bồn nước, lặn ngang bể để sang giá gỗ bên kia, đổ ngửa cả người xuống nước. Ông nói rằng nó kích thích tuần hoàn máu”.
Với nỗ lực tuyệt vời và tài năng toán học, James đã vị trí Wrangler hạng hai trong kỳ tốt nghiệp truyền thống ở Cambridge vào năm 1854.^{^[4]} Hopkins nói về cậu học trò Maxwell của mình rằng “anh ta là một người đàn ông phi thường chẳng có gì phải nghi ngờ, trong suốt cuộc đời dạy học của tôi”.

4. Nhà nghiên cứu xuất sắc và một giáo viên tồi

Thành tích xuất sắc của Maxwell ở kỳ thi tốt nghiệp đã đem lại cho ông học bổng và một vị trí nghiên cứu tại Trinity College. Trong suốt thời gian thanh bình này, ông bắt đầu các nghiên cứu về điện từ và yêu cô em họ tuổi teen Elizabeth Cay, “một thiếu nữ xinh đẹp và thông minh tuyệt vời” như theo lời mô tả của Everitt. Tuy nhiên sự lãng mạn không kéo dài bởi vì những quan ngại của gia đình về việc “những hiểm họa của quan hệ cận huyết trong một dòng họ thuần chủng”. Trong hai năm đó, Maxwell đã xây dựng phương pháp chụp ảnh màu đầu tiên bằng cách sử dụng các màu sắc cơ bản. Hai năm sau, ông nhận vị trí giáo sư triết học tự nhiên ở Marischal College,^{^[5]} Aberdeen, Scotland vì mong muốn được sống gần cha ông khi mà sức khỏe của ông John Clerk Maxwell ngày càng tệ. Nhưng khi James nhận được thông báo bổ nhiệm vị trí giáo sư (năm 1856) cũng là lúc cha ông, ngài John Clerk Maxwell qua đời.
Trái ngược với phong cách của một nhà khoa học xuất chúng, Maxwell lại không phải là một thầy giáo giỏi. Dù chuẩn bị bài giảng một cách cực kỳ tỉ mỉ, nhưng giờ học của Maxwell lại luôn vô cùng tẻ nhạt và không mấy thu hút sinh viên vì lối giảng vòng vo, rối rắm và khó hiểu. David Gill, một nhà thiên văn học tài năng của Scotland, người từng là sinh viên của Maxwell ở Marischal College, vẫn luôn ấn tượng về Maxwell:
“Các bài giảng của Maxwell, như thường lệ, hầu hết được viết và sắp xếp một cách rất cẩn thận và tỉ mỉ trong một mẫu vừa với các bản in và thường được phép sao chép thoải mái. Trong khi giảng bài ông lại thường bắt đầu bằng việc đọc bản thảo, nhưng sau đó năm phút thì hết hoặc là dừng lại và chú thích: “Có lẽ tôi nên giải thích chỗ này”, và sau đó ông lòng vòng với những ý tưởng vừa hiện lên trong đầu, hay vừa nghĩ ra khi mà ông vừa viết kín cả bảng với những hình vẽ, biểu tượng, hay những nội dung vượt qua khả năng hiểu biết của chúng tôi. Rồi ông lại trở lại với bản thảo, thì lúc này giờ giảng cũng gần như hết và người nhắc giờ xuất hiện, hoặc là phải tiếp tục vào ngày hôm khác. Thỉnh thoảng cũng có một số minh họa thí nghiệm, nhưng chúng thường thất bại, cho thấy rằng Clerk Maxwell không phải là một giáo sư giỏi. Nhưng Maxwell cực kỳ cao hứng với những người chỉ cần nắm bắt được một vài ý tưởng mà ông vạch ra trên bảng trong các bài giảng, hoặc khi chuyện phiếm với ông sau bài giảng.”

Có lẽ vì lý do này mà Marischal College không mấy mặn mà trong việc tiếp tục hợp đồng với Maxwell mặc dù ông từng được trao giải thưởng Adam Prize năm 1859 cho công trình nghiên cứu về vành đai của sao Thổ. Maxwell đã chứng minh bằng lý thuyết vành đai tuyệt đẹp bao quanh sao Thổ là các thiên thạch và phải rất lâu sau nhân loại với chứng minh được dự đoán này của ông. Nhưng có lé những nghiên cứu xuất sắc của ông không thuyết phục được lãnh đạo Marischal College tiếp tục hợp đồng với ông, và hợp đồng của ông với Marischal College chấm dứt khi trường này sáp nhập với King College để trở thành Viện Đại học Aberdeen vào năm 1860.

5. London và lý thuyết trường điện từ

Thế nhưng lãnh đại của King College London lại có cách nhìn khác đối với Maxwell. Họ đã mời Maxwell một vị trí giáo sư mà không đặt gánh nặng giảng dạy cho Maxwell và đây có lẽ là quyết định tuyệt vời nhất của lãnh đạo nhà trường. Năm năm ở London của Maxwell là những năm tuyệt vời và sáng tạo nhất trong suốt cuộc đời ông Tại đây, Maxwell tiếp tục các nghiên cứu về điện từ, và năm 1861 đã lần đầu tiên trình diễn phương pháp tạo ảnh màu ngay trong bài giảng “On the Theory of Colour Vision” trước công chúng của Royal Institution.^{^[6]} Công trình này của ông được ghi nhận bằng Huy chương Rumford được trao bởi Hiệp hội Hoàng gia London,^{^[7]} và ông được chính thức bầu làm Viện sĩ của Hiệp hội này. Tuyệt vời hơn, chỉ trong vòng năm năm làm việc tại đây, Maxwell đã hoàn thành lý thuyết về trường điện từ, đóng góp vĩ đại nhất của ông cho nhân loại.
Công trình này của Maxwell được truyền cảm hứng từ những nghiên cứu thực nghiệm về các hiện tượng điện từ của Michael Faraday, William Thomson, John Kerr. Năm 1855, ông xuất bản công trình đầu tiên về lý thuyết các đường sức từ trên tạp chí khoa học của Viện Đại học Cambridge khi còn làm việc ở Trinity College. Khi tới London, ông đã tiếp tục hoàn thiện công trình này và xuất bản công trình hoàn thiện mang tên “On physical lines of forces” (Về các đường sức vật lý) xuất bản trên tạp chí Philosophical Magazine vào năm 1861.^{^[8]} Công trình này nêu lên mối quan hệ giữa từ trường xoáy và dòng điện dịch xuất hiện, giúp cho việc giải thích các hiện tượng cảm ứng điện từ một cách bản chất nhất. Bài báo nổi tiếng nhất của Maxwell được xuất bản vào năm 1865,^{^[9]} mang tên “A dynamical theory of electromagnetic field” (Lý thuyết động học của trường điện từ) mô tả toàn bộ quan hệ giữa các thành phần từ trường, điện trường của trường điện từ, cũng như sự hình thành các sóng điện từ và đưa ra cách tính tốc độ truyền sóng điện từ mà sau này thực nghiệm đã chứng minh tính đúng đắn của nó. Có thể nói rằng các công trình của Maxwell, mà ngày nay nhân loại tổng kết thành 4 phương trình Maxwell mô tả toàn bộ mối quan hệ giữa điện từ trường, trường điện từ, sóng điện tử và là nền tảng cho vật lý học ngày nay. Lý thuyết của Maxwell lần đầu tiên được kiểm chứng hơn 20 năm sau khi Maxwell công bố (1887) bởi nhà vật lý học trẻ yểu mệnh người Đức, Heinrich Hertz,^{^[10]} bằng thí nghiệm mô tả sự hình thành và ghi nhận sóng điện từ. Các phương trình của Maxwell được Albert Einstein sử dụng như những nền tảng cho lý thuyết tương đối của ông. Nhà vật lý học Richard Feynman đã nói về Maxwell rằng: “Nhìn vào lịch sử loài người thì có lẽ 10 ngàn năm nữa cũng không có gì phải nghi ngờ rằng phát hiện của Maxwell về lý thuyết điện từ là sự kiện quan trọng nhất thế kỷ 19”. Các nhà vật lý đều nhìn nhận tầm quan trọng của công trình của Maxwell có thể sánh ngang với lý thuyết tương đối của Einstein hay các công trình cơ học của Newton. Nó không chỉ làm nền tảng cho công nghệ truyền thông bằng sóng điện từ mà còn là một trụ cột không thể thiếu của vật lý hiện đại.

6. Một nhà bác học tự do và ẩn dật

Maxwell là một con người có tâm hồn tự do và thích cuộc sống bình dị. Sau khi công bố lý thuyết trường điện từ, ông cho rằng để tiếp tục công việc nghiên cứu của mình (vốn dựa nhiều vào tính toán lý thuyết), ông cũng chẳng cần đến một vị trí khoa bảng nào như những công việc chẳng hợp với ông chút nào mà ông vẫn phải làm. Ông có những suy nghĩ hết sức độc lập một cách thoải mái và có tất cả những mối liên hệ trong giới học thuật mà ông cần đến để có thể trao đổi những phát kiến mà ông tìm được trong thế giới khoa học. Tất cả những gì ông cần đến là thời gian và sự tự do như ở Glenlair, “để được đi dạo trên những cánh đồng và kết bạn với những chú ếch nhỏ hay những con chuột nước già” như ông đã làm trước đây. Vì thế, năm 1865, ông đã xin từ chức vụ giáo sư ở King College và trở về sống là Glenlair. Campell đã mô tả những tháng ngày vui vẻ của Maxwell ở Glenlair:
“Kể từ lúc đó và về sau, bài thể dục mà ông và vợ ông yêu thích nhất là cưỡi ngựa bởi ông có khả năng nhất trong môn này. Một người hàng xóm có nhớ lại là vào năm 1874, trên lưng một chú ngựa đen tên là Dizzy, nỗi thất vọng lớn của những người chủ trước, ông đã điều khiển chú chạy vòng tròn trong sự thích thú của bọn trẻ ở Kilquhanity, ném qua và bắt lại cái roi da, nhảy qua các rào,..
Phần đáng kể của những buổi tối là giành cho Chaucer, Spenser, Milton hay một vở kịch của Shakespears mà ông đọc to cho vợ mình nghe. Vào ngày chủ nhật, sau khi ở nhà thờ về, ông sẽ giam mình trong công việc của một con chiên già. Đối với thần học, sự đồng cảm của ông phần lớn đã đi qua trong quá khứ giống như văn học. Ông có quan hệ rất tốt với láng giềng và đặc biệt là bọn trẻ. Ông giành nhiều thời gian thăm hỏi những người bệnh trong làng, đọc kinh và cầu nguyện cùng với họ trong những lúc họ cần sự cứu giúp. Những người tới thăm Glenlair giữa thời gian từ 1865 tới 1869 đặc biệt quen thuộc với những lời cầu nguyện được tiến hành bởi người chủ nhà. Lời cầu nguyện dường như ngay lập tức gây ấn tượng mạnh bởi ý nghĩa của chúng. Maxwell giờ là một điền chủ, vai trò mà ông rất thích.”

James Clerk Maxwell và vợ, bà Katherine Maxwell khi ở Glenlair năm 1869 (ảnh từ Wikipedia.org).

7. Những năm cuối đời ở Cambridge

Nhưng rồi cuộc sống ẩn dật của Maxwell cũng không kéo dài được lâu khi Viện Đại học Cambridge thành lập Phòng thí nghiệm Cavendish và sẽ bổ nhiệm một vị trí giáo sư thực nghiệm mang tên “Giáo sư Cavendish”.^{^[11]} Cambridge đã nhận ra khá chậm rằng họ đã đi sau các trường đại học ở Scotland và Đức, và thậm chí cả Oxford, trong đào tạo khoa học nên cần khẩn cấp xây dựng các phòng thí nghiệm cho sinh viên và các nhà nghiên cứu. Hiệu trưởng danh dự của trường, công tước vùng Devonshire, William Cavendish, đã hào phóng hiến tặng cho trường một khoản để mở một phòng thí nghiệm mới. William Cavendish, chính là hậu duệ của nhà vật lý, hóa học quý tộc ẩn dật ở thế kỷ 18, Henry Cavendish, người đã tiến hành những thí nghiệm tiên phong về điện và lực hấp dẫn. Ban đầu người ta mời William Thomson vào vị trí này, nhưng Thomson đã giành tâm huyết ở Đại học Glasgow và không nghĩ đến chuyện rời khỏi đó. Thomson liền được nhờ đánh tiếng với Helmholtz nhưng cũng thất bại, Helmholtz vừa được bổ nhiệm làm giáo sư vật lý ở Berlin và giám đốc viện vật lý mới thành lập. Và sự lựa chọn thứ 3 là Maxwell, một nhà nghiên cứu tự do và ẩn dật ở Glenlair. Maxwell không thể từ chối nổi trách nhiệm này nhưng chấp nhận ngồi vào ghế giáo sư Cavendish với điều kiện ông có thể đổi ý vào cuối năm đầu tiên, và ông bắt đầu công việc ở Cambridge từ năm 1871.
Lúc này Maxwell lại chứng tỏ vai trò của một nhà vật lý thực nghiệm xuất sắc khi ông đặt những viên gạch đầu tiên để Cavendish trở thành một trung tâm nghiên cứu vật lý đứng đầu thế giới với việc thiết lập các phòng thí nghiệm, hoàn thiện các nghiên cứu về chất khí, về phép đo trọng lực, và phát triển nghiên cứu về thống kê phân tử khí. Maxwell giờ đây đã có các nghiên cứu sinh và nhóm nghiên cứu, nhưng phong cách của ông không phải là cố ép họ vào một nhóm bình thường. Một trong những sinh viên đầu tiên của Cavendish, Arthur Schuster, đã mô tả lại quan điểm của Maxwell là: “tốt nhất cho cả sự phát triển của khoa học và đào tạo những bộ óc của sinh viên, là mỗi người nên theo đuổi con đường riêng của mình…Tôi chẳng bao giờ cố gắng ngăn một chàng trai thử làm một thí nghiệm nếu như anh ta chưa tìm thấy những gì mà anh ấy muốn, và anh ấy có thể tìm thấy một thứ gì trong đó”. Tuy nhiên, Maxwell vẫn chẳng có chút cải thiện về khả năng giảng dạy khi các bài giảng của ông vẫn không thu hút được mấy sinh viên theo học. Cùng với Newton và một số nhà khoa học vĩ đại khác ở Cambridge, Maxwell được xếp vào nhóm “giáo sư của bốn bức tường” vì lớp học của họ vắng tanh.
Nhưng số phận không quá ưu ái với nhà vật lý vĩ đại. Mới 48 tuổi, Maxwell cũng mắc căn bệnh ung thư dạ dày giống mẹ ông và qua đời vào năm 1879 (ngày 5 tháng 11) khi vẫn đang nỗ lực đặt những viên gạch đầu tiên phát triển Phòng thí nghiệm Cavendish ở Cambridge. Maxwell ra đi một cách thanh thản với một lời để lại cho các đồng nghiệp Cambridge: “Tôi đã suy nghĩ một cách nhẹ nhàng về những gì tôi luôn gặp phải. Tôi cũng chưa từng làm điều gì mãnh liệt trong cả cuộc đời. Mong muốn duy nhất của tôi là có thể được như David để phục vụ mọi người theo ý nguyện của Thiên Chúa và rồi yên nghỉ.” Maxwell được chôn cất ở Parton Kirk, gần với Glenlair nơi ông đã lớn nên. Ra đi khi còn trẻ cộng với bản tính tự do, khiêm tốn, không thích ồn ào khiến những đóng góp vĩ đại của ông ít được công chúng ngoài ngành biết đến. Nhưng điều đó không hề giảm đi sự vĩ đại của James Clerk Maxwell, người được mệnh danh là Einstein của Scotland.
^{^[1]} Bài viết này sử dụng tư liệu được trích từ cuốn “Great Physicists, The Life and Times of leading physicists from Galieo to Hawking” của tác giả William H. Gropper (NXB Viện Đại học Oxford, 2001)
^{^[2]} Edinburgh Academy, một học viện tư thục dạy trẻ từ 2 đến 18 tuổi được thành lập năm 1824 ở thành phố Edinburgh
^{^[3]} Royal Society of Edinburgh, Hàn lâm Viện Quốc gia Scotland, được thành lập từ năm 1783.
^{^[4]} Wrangler là danh hiệu giành cho những sinh viên tốt nghiệp đại học (First class Honour) xuất sắc nhất về toán học ở Viện Đại học Cambridge. Đây là một truyền thống có từ năm 1740, người đứng đầu gọi là Senior Wrangler, thứ hai là Second Wrangler. Ví dụ như Thủ tướng Singapore, ông Lý Hiển Long từng giành danh hiệu này năm 1973.
^{^[5]} Ngôi trường này sau này được sáp nhập vào Viện Đại học Aberdeen.
^{^[6]} Royal Institution of Great Britain, một học viện phát triển khoa học và giáo dục ở London, được thành lập năm 1799, là nơi nổi tiếng với các bài giảng khoa học đại chúng và các phòng thí nghiệm hóa học.
^{^[7]} Royal Society (thành lập năm 1660), Hiệp hội tương đương với Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia của Vương quốc Anh, và là viện hàn lâm khoa học đầu tiên trên thế giới.
^{^[8]} J. C. Maxwell, “On physical lines of force”, Philosophical Magazine (Taylor & Francis) 90, 11–23 (1861).
^{^[9]} J. C. Maxwell, “A dynamical theory of the electromagnetic field”, Philosophical Transactions of the Royal Society of London 155, 459–512 (1865).
^{^[10]} Heinrich Herzt, một giáo sư vật lý ở Đại học Karlsruhe (nay là Học viện Công nghệ Karlsruhe, Đức), sinh năm 1857, mất khi mới chỉ 36 tuổi do bị ung thư máu. Ông chứng minh lý thuyết Maxwell năm 1887 bằng thí nghiệm tạo và ghi nhận sóng điện từ. Cuộc đời của Hertz là một cuộc đời ngắn ngủi nhưng đầy oanh liệt trong khoa học.
^{^[11]} Xem bài viết “Joseph John Thomson và những di sản khoa học ở Phòng thí nghiệm Cavendish” của cùng tác giả đăng trên Tia sáng, số ra ngày 27/1/2014 http://tiasang.com.vn/Default.aspx?tabid=111&CategoryID=2&News=719

29- Alan Turing

1912-1954
Vương Quốc
Toán Học, Khoa Học Máy Tính

Sự thực về cái chết của nhà khoa học thiên tài Alan Turing

42
12.370

Cuối cùng, sau nhiều nỗ lực tìm hiểu và nghiên cứu, các chuyên gia bước đầu đã làm rõ được phần nào sự thật về cái chết của Alan Turing - nhà toán học, logic học và mật mã học thiên tài người Anh, người được xem là cha đẻ của ngành khoa học máy tính.

Alan Turing sinh ngày 23/6/1912. Ngay từ khi còn rất trẻ, ông đã chứng minh tài năng của mình trong nhiều lĩnh vực toán học, vật lý,… Tuy nhiên, năm 1954, ông qua đời khi đang ở thời kỳ đỉnh cao của trí tuệ với rất nhiều thành tựu chưa kịp cống hiến cho nhân loại. Cái chết ấy được giới chức trách thời điểm đó xác định là do tự tử với chất độc xyanua.

100 năm sau, trong 1 hội nghị diễn ra ở Oxford (Anh) vào thứ 7 tuần trước (23/6/2012), dựa trên những bằng chứng thu thập được trong nhiều năm qua, Giáo sư Jack Copeland đồng ý với kết luận Turing chết vì ngộ độc xyanua nhưng lại tin rằng đó là một tai nạn.

Alan Turing - cha đẻ của ngành khoa học máy tính.

Vào một ngày tháng 6/1954, người quản gia của Alan Turing bàng hoàng phát hiện ra ông đã chết trên giường ngủ ở độ tuổi 41, cạnh quả táo mới ăn hết 1 nửa. Từ đây, người ta thi nhau “đoán già đoán non” về lý do khiến ông chọn cách tự kết liễu đời mình. Trong đó, nguyên nhân xuất phát từ sự đau khổ, tuyệt vọng, từ những áp lực khủng khiếp mà Turing phải chịu đựng sau khi thừa nhận có quan hệ đồng tính được xem là câu trả lời hợp lý nhất.

Tuy nhiên, theo Giáo sư Copeland, Turing vốn có thói quen dùng một chút táo trước khi đi ngủ và việc quả táo mới chỉ được ăn 1 nửa là điều hết sức bình thường nhưng đã không được phân tích như là 1 dấu hiệu của hành động có chủ ý. Hơn nữa, báo cáo từ các nhân viên điều tra đều cho thấy tâm trạng Turing trong những ngày cuối đời rất vui vẻ, thoải mái, không có dù chỉ một chút bất thường nào.

Do vậy, lời giải thích của mẹ Turing vào thời điểm đó cho rằng cái chết này là một vụ tai nạn mặc dù trái với kết luận điều tra nhưng lại nhận được sự đánh giá cao từ phía Giáo sư Copeland. Không phải ai cũng biết rằng Turing dùng phòng riêng của mình dành cho các thí nghiệm hóa học trong đó có chất xyanua. Ông thường xuyên tiến hành điện phân dung dịch độc hại này và dùng phương pháp kết tủa bằng điện để phủ lớp kim loại mỏng bằng vàng lên những chiếc thìa - công việc đòi hỏi sử dụng hợp chất kali xyanua.

Tuy nhiên, sự bất cẩn trong quá trình thực hiện đã khiến Turing phải trả một cái giá quá đắt bằng chính tính mạng của mình, Copeland lập luận. Có những thí nghiệm mà đích thân ông phải nếm các loại hóa chất để xác định chúng; cũng có những thí nghiệm dẫn đến các cú sốc điện nghiêm trọng… Và lần này, nhiều khả năng Turing đã vô tình đặt quả táo của mình vào “vũng độc” xyanua hoặc hít phải hơi xyanua tỏa ra từ chất độc ở dạng lỏng đang sủi bong bóng này.

“Những chi tiết không rõ ràng xung quanh cái chết của Turing có thể vẫn sẽ tiếp tục là đề tài tranh luận trong nhiều năm tiếp theo”, Giáo sư Copeland nhận định.

Cập nhật: 07/07/2017 Theo Đất Việt

Tấn bi kịch cuộc đời Alan Turing – cha đẻ của ngành khoa học máy tính

Nguyễn Thảo , Theo Trí Thức Trẻ 2 năm trước

Bình luận 0 Chia sẻ 24

Nếu bạn là một người đam mê công nghệ, bạn có từng biết đến Alan Turing – cha đẻ của ngành khoa học máy tính và trí tuệ nhân tạo cũng như cuộc đời đầy rẫy những bi kịch của ông?

Ngày 19/08/2014, cả thế giới chứng kiến một bước ngoặt trong lịch sử toán học. Cuối cùng, sau một khoảng thời gian dài đằng đẵng mà Chính phủ Vương quốc Anh phải xin lỗi một trong những nhà toán học vĩ đại nhất của thế kỷ 20, Nữ hoàng Elizabeth Đệ Nhị đã ban bố lệnh ân xá đối với Alan Turing (1912-1954) – Người từng bị buộc tội có hành vi đồng tính luyến ái năm 1952 – sau khi ông mất.
Nhắc đến Alan Turing, chúng ta không thể không nhắc đến những đóng góp mang tính lịch sử của ông trong Chiến tranh thế giới thứ hai khi giúp đỡ phe Đồng minh giải mã các thông tin mật của Phát xít Đức. Và trước đó là ý tưởng biến những chiếc máy tính thuần túy thành những cỗ máy mạnh mẽ và đa năng như siêu máy tính ngày nay.

Bức tượng nhà toán học vĩ đại Alan Turing tại viện bảo tang Bletchley Park, vốn từng là trung tâm nghiên cứu giải mã của Anh trong Thế chiến thứ hai.

Và ngày nay, máy tính không chỉ dùng để tính toán. "Computer" vốn là từ chỉ những người cá nhân có kỹ năng giải các phép tính số học. Cho đến thế kỷ 19, người ta bắt đầu dùng thuật ngữ này để chỉ những cỗ máy thay thế con người giải toán. Ưu điểm của những chiếc máy tính này là tốc độ tính toán siêu nhanh, đặc biệt là sau thế kỷ 20, khi linh kiện điện tử thế chỗ những chiếc bánh răng trở thành bộ phận cốt lõi của máy tính.
Tuy nhiên, nhược điểm của những chiếc máy tính sơ khai này chính là khả năng xây dựng phương án để giải quyết một bài toán cụ thể. Để sử dụng máy tính vào một mục đích khác, người ta phải thay đổi mạch điện của chúng. Những chiếc máy tính vẫn duy trì phương thức hoạt động này cho đến năm 1936, khi cậu sinh viên chuyên ngành toán học người Anh, Alan Turing, nảy ra ý tưởng một chiếc máy tính có thể giải quyết bất cứ bài toán nào chứ không chỉ là chỉ tính toán thuần túy.
Theo đó, giả sử bài toán được chuyển thành các biểu thức toán học, sau đó mã hóa chúng thành một chuỗi các biểu thức lôgic của các chữ số nhị phân và chỉ dẫn đến một trong hai kết quả: Đúng hoặc Sai. Ý tưởng này đơn giản hóa mọi thứ (từ chữ số, ký tự đến hình ảnh và âm thanh) thành các dãy số chỉ gồm hai chữ số 0 và 1 rồi áp dụng một công thức – hay một chương trình – để giải bài toán theo cách đơn giản nhất. Từ đây, chiếc máy tính kỹ thuật số ra đời, mặc dù vào thời điểm đó vẫn chỉ là một cỗ máy ảo.
Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, nhờ giúp quân Đồng minh giải mã những thông điệp của Phát xít Đức được mã hóa bằng cỗ máy bất khả chiến bại Enigma, nhà toán học Alan Turing đã phát minh ra một trong những chiếc máy tính hiện đại đầu tiên. Theo đó, ngoài khả năng lập trình, chiếc máy tính kỹ thuật số này còn thực hiện được nhiều chức năng khác chỉ bằng cách chuyển kênh.
Nếu đặt chiếc máy tính của ông vào kỷ nguyên mà sức mạnh của những chiếc máy tính tăng gấp 2,5 lần mỗi năm như ngày nay (theo dự đoán của Gordon Moore năm 1965) thì nó sẽ chỉ là một cỗ máy lỗi thời. Vậy mới nói, thành công của chính chiếc máy tính lỗi thời này đến từ chính danh hiệu “bộ não điện tử đầu tiên”.
Alan Turing có niềm tin bất diệt rằng máy tính cũng có thể suy nghĩ như con người, và với một phần mềm thích hợp, chúng có thể trò chuyện mà chúng ta không thể phân biệt được người nói là con người hay chỉ là một cỗ máy vô tri. Phép thử Turing – Bài kiểm tra khả năng trí tuệ của máy tính được đề cập đến lần đầu tiên năm 1950 trong bài viết “Máy tính và trí tuệ” – ra đời từ đây. Phép thử được tiến hành khi một người chơi thảo luận với một con người và một chiếc máy tính. Một chiếc máy tính vượt qua phép thử và được coi là có khả năng suy nghĩ khi người chơi không thể nhận ra ai là máy tính và ai là con người. Thế nhưng, thật đáng tiếc là tính đến thời điểm hiện tại vẫn chưa có chiếc máy tính nào vượt qua bài kiểm tra này.
Năm 1952, Turing, khi đó mới 40 tuổi, đã là người đầu tiên khởi xướng lĩnh vực trí tuệ nhân tạo. Tuy nhiên, chính tại thời kỳ đỉnh cao của sự nghiệp, cuộc đời của nhà toán học thiên tài bỗng chốc biến thành địa ngục khi ông bị bắt giữ và buộc tội có quan hệ đồng tính không đứng đắn. Sau khi bị buộc tội, ông không được phép sử dụng các cơ sở vật chất kỹ thuật của Trung tâm mật mã Bletchley Park, Vương quốc Anh, nơi ông và các cộng sự từng làm việc trong Thế chiến thứ hai.
Không chấp nhận án tù, ông đã lựa chọn bị quản thúc tại gia với điều kiện phải tham gia điều trị hoocmon nội tiết tố nữ nhằm hạn chế nhu cầu tình dục cho dù biết phương pháp này phản khoa học. Hai năm sau khi bắt đầu nhận điều trị “thiến hóa học”, ngày 07/06/1954, người ta phát hiện Alan Turing tự sát tại nhà riêng.
Báo cáo điều tra và khám nghiệm tử thi của cảnh sát cho hay, nguyên nhân gây tử vong là ngộ độc xyanua. Bên cạnh đó, khi tiến hành khám nghiệm hiện trường, người ta tìm thấy một quả táo cắn dở bên cạnh thi thể. Căn cứ vào các bằng chứng tìm thấy ở hiện trường, các chuyên gia kết luận Alan Turing đã tiêm xyanua vào quả táo rồi mới ăn. Tuy nhiên, do không khám nghiệm quả táo nên có nhiều giả thuyết khác về cái chết của nhà toán học thiên tài nảy sinh như: Đột ngột hít phải khí xyanua, một loại chất hóa học cực độc mà ông đã sử dụng để tiến hành thí nghiệm trong phòng mình.

Chân dung nhà toán học Alan Turing (1912-1954)

Mặc dù còn nhiều nghi vấn về vụ tự tử của Alan Turing nhưng một điều chắc chắn là ông đã quyết định kết thúc cuộc đời mình bởi không chịu đựng được những lời định tội và sự hà khắc của nhà cầm quyền và xã hội đối với người đồng tính cũng như những đau đớn trong quá trình điều trị bằng liệu pháp “thiến hóa học” đã sớm kết thúc một năm trước khi ông qua đời.
Đồng thời, cũng không có bất kỳ bằng chứng nào khẳng định lôgô hình quả táo cắn dở của hãng Apple – Vốn được coi là nhà sản xuất điện thoại thông minh hàng đầu đã làm nên cuộc cách mạng trong lĩnh vực khoa học máy tính vào những năm 1970 – là vòng hoa tưởng nhớ Alan Turing. Bất chấp giả thuyết về sự trùng hợp giữa các dải màu cầu vồng trong lôgô gốc của Apple với lá cờ biểu tượng của người đồng tính, Steve Jobs – nhà sáng lập của Apple vẫn phủ nhận đó không phải là nguồn gốc lôgô của hãng. Ông chia sẻ với nhà văn, diễn viên Stephen Fry: “Chúng tôi rất mong muốn biểu tượng của hãng sẽ xuất phát từ tầng ý nghĩa này nhưng thật đáng tiếc là không phải.”
Người đặt vòng hoa tưởng nhớ thật sự là một người cộng sự của Turing với giải thưởng Turing Award được khởi xướng từ năm 1966, có giá trị tương đương với giải Nobel dành cho khoa học máy tính. Cho đến cuối thế kỷ 20, giải thưởng này đã được công nhận trên toàn thế giới. Và đến năm 2009, thủ tướng Anh, ông Gordon Brown đã chính thức gửi lời xin lỗi đến Alan Turing vì sai sót trong liệu pháp điều trị thay cho câu trả lời trước bản kiến nghị trực tuyến yêu cầu lệnh ân xá hoàng gia dành cho nhà toán học vĩ đại của nước Anh.
Tuy vậy, danh dự của Alan Turing đã không được khôi phục đúng vào dịp kỷ niệm 100 năm ngày sinh của ông vào năm 2012 do bị trì hoãn bởi sự dè dặt trong chính trị cũng như thủ tục ân xá phức tạp. Cho đến tận tháng 8/2014, lệnh ân xá hoàng gia được ban bố nhằm “tưởng nhớ nhà toán học Alan Turing vì những đóng góp của ông trong thời kỳ chiến tranh chứ không phải vì lời buộc tội sau này". Đây là một biện pháp đặc biệt mang tính tượng trưng bởi lệnh ân xá chỉ được ban bố khi người phạm tội được chứng minh là vô tội.
Đồng thời, sắc lệnh hoàng gia Anh của nữ hoàng Elizabeth Đệ Nhị đã mở đường cho một cuộc cách mạng khác. Vào tháng 2/2015, gia đình toán học gia đã yêu cầu lệnh ân xá sau khi qua đời cho gần 50,000 người khác bị kết án tại Anh vì hành vi đồng tính luyến ái vốn được coi là vi phạm pháp luật ở vương quốc này từ năm 1885 đến 1967.

Tham khảo: OpenMind

Alan Turing - Nhà giải mã thiên tài đồng tính

Cái chết vào năm 1954 của Alan Turing có phải là một cú sốc đối với người Anh? Riêng đối với bạn bè ông, đó là một vết thương mà ngay cả sau nhiều thập kỷ vẫn còn khó lành.
Tuy nhiên, với công chúng thì hầu như không biết nhiều về cái chết của ông. Ông không phải là biểu tượng trong buổi đầu của thời đại công nghiệp máy tính.
Nhưng trong toán học thuần túy, tên ông không bao giờ bị lãng quên. Bức tranh tổng thể về ông là một hình mẫu về lý thuyết thuần túy.

Tiếp cận khiêm tốn
Hầu hết các câu chuyện viết về bản thân, Turing chỉ cho phép được viết một cách khiêm tốn.
Không có nhiều thông tin về Turing ngoài những thông tin được ghi lại ngắn gọn trên một số tờ báo đầu tiên về máy tính của Anh và hai lần phát biểu trên đài phát thanh BBC. Ông cũng không bao giờ tự đặt mình ở vị trí tiên phong như là người đã khai sinh ra máy tính phổ quát trong năm 1936 và làm cho nó trở nên thực tiễn 10 năm sau đó.
Và, dường như chưa có bất kỳ ai hỏi ông vấn đề này trừ một phóng viên đã phỏng vấn ông vào ngày 26/12/1946.
Turing đã được ghi nhận là người "quá khiêm tốn" về năng lực của mình và được đặt cho biệt danh là người "chỉ có công việc".
Nhưng trên tất cả, có một điều mà không ai muốn biết. Đó là Turing đã bị bắt ngày 7/2/1952 vì quan hệ với một người đàn ông trẻ ở Manchester. Ông bị buộc tiêm kích thích tố nữ để giảm nhu cầu tình dục.
Cho đến những năm 1970, thông tin này hoàn toàn chưa được xác nhận và chỉ lưu hành như tin đồn. Điều này có nghĩa là có một đám mây đen lơ lửng trên uy tín khoa học của ông.
Năm 1973, Mặt trận giải phóng người đồng tính đã phá vỡ sự im lặng này khi xuất bản một báo cáo ngắn gọn về chuyện đã xảy ra như một minh họa cho những gì ông phải chịu đựng từ pháp luật và y học. Tuy nhiên, điều này ít nhận được quan tâm.
Không xấu hổ vì là người đồng tính

Turing bị tiêm stilboestrol - một dạng estrogen tổng hợp

Trong thời gian này, hầu hết những ai đã nghe tin đồn về cái chết của ông đều giả định đây là vụ tự tử khi bị phát hiện là người đồng tính và cảm thấy xấu hổ.
Thực ra, cái chết của ông xảy ra hơn hai năm sau khi ông bị bắt. Và ông đã cho thấy sự thách thức chứ không phải xấu hổ. Ông đã từng nói với cảnh sát rằng "Ủy ban Hoàng gia cần ngồi lại để hợp pháp hóa vấn đề này."
Tuy nhiên, giống như những người đàn ông đồng tính khác, Turing đặc biệt không may mắn. Khoảng năm 1948, ông quyết định sống tích cực hơn khi thừ nhận người đồng tính thì cũng là lúc xã hội thay đổi phản ứng từ im lặng chuyển sang đàn áp người đồng tính.
Điều mà không bạn bè nào của ông biết là vào năm 1954 ông được xem là hình mẫu khoa học cho hoạt động "bẻ khóa mật mã" trong suốt Chiến tranh Thế giới thứ hai.
Sau năm 1952, Turing đã phải ngưng làm việc cho Cơ quan tình báo thông tin Anh (GCHQ), và những gì ông gọi là một "cuộc khủng hoảng" vào năm 1953 dường như có liên quan đến việc ông bị giám sát chặt chẽ. Đó là lý do rất đặc biệt và bí mật khiến cho cuộc sống của ông vào năm 1954 có vẻ như không thể chịu đựng hơn được nữa.
Từ những năm 1970, tất cả mọi thứ đã thay đổi
Đồng tính luyến ái bị coi là phạm pháp cho đến năm 1967. Câu chuyện về ông đã được công khai sau năm 1974 và Alan Turing trở nên nổi tiếng vì ông không chỉ là một thiên tài của lý thuyết mật mã mà còn là người có trách nhiệm cho cuộc chiến tàu U-boat.
Ngày nay, máy tính không còn là một thứ xa vời mà đã trở thành trung tâm của liên lạc cá nhân. Như vậy, nó rất gần với khái niệm máy Turing phổ quát - giải quyết mọi nhiệm vụ và luôn liên quan đến khả năng của trí óc con người.
Sau khi chết, Turing đã trở thành một biểu tượng hiện đại
Alan Turing uống cyanide, nhưng lại để một quả táo bên giường của mình. Turing biết quả táo là biểu tượng của cái chết trong câu chuyện Bạch Tuyết. Câu chuyện về cuộc đời ông là một bi kịch, nhưng phần cuối lại như một phần của phim hài mà ông đã cố gắng tận hưởng.

Sơn Ca
Theo www.bbc.com
Ảnh: Internet

Nhà toán học Alan Turing được đặc xá

05 Tháng Giêng 20158:02 SA(Xem: 3717)

Ngày 24.12,2013, nhà toán học người Anh Alan Turing được Nữ hoàng Elizabeth II đặc xá sau hơn 60 năm bị kết án vì đồng tính, theo AFP.

Từng được xem là 'Einstein của toán học', ông Turing bị kết tội “lăng nhục thuần phong mỹ tục” vào năm 1952 và bị hoạn bằng chất hóa học. Hai năm sau, ông qua đời khi mới 41 tuổi vì nhiễm chất độc cyanure. Nhiều giả thuyết cho rằng ông tự sát nhưng đến nay sự thật vẫn chưa được làm sáng tỏ.
Trong cuộc đời ngắn ngủi, nhà toán học tài năng này đã đặt nền tảng cho tin học hiện đại và đưa ra những lý thuyết đầu tiên về trí thông minh nhân tạo. Ông Turing cũng chính là người “bẻ khóa” thành công mật mã Enigma trong các tàu ngầm của phát xít Đức ở Bắc Đại Tây Dương vào Thế chiến 2. Nhiều sử gia đánh giá đây là đòn chí tử góp phần khiến Hitler bại trận sớm. Năm 2012, nhân kỷ niệm 100 năm ngày sinh của Turing, 11 nhà khoa học Anh đã cùng yêu cầu hủy bản án của ông. Trước đó, năm 2009, Thủ tướng Anh khi ấy là Gordon Brown cũng chính thức xin lỗi vì “cách hành xử khủng khiếp” đối với nhà toán học này.

Bộ phim “The Imitation Game” kể lại cuộc đời của nhà toán học Alan Turing do tài tử Benedict Cumberbatch thủ vai, một nhân vật có công lớn trong Thế chiến thứ II của nước Anh.

Trong tác phẩm thuộc thể loại tiểu sử, “chàng thám tử Sherlock Holmes thời hiện đại” sẽ hóa thân thành nhà thiên tài toán học Alan Turing. Đây là người từng giải được mật mã Enigma trong Thế chiến thứ II của quân đội Đức Quốc xã, góp công lớn trong việc cứu mạng hàng ngàn sinh mạng vô tội.

Tạo hình Alan Turing của Benedict Cumberbatch trong The Imitation Game.

Tuy nhiên, tới năm 1952, Alan Turing bị kết tội là có “hành vi không đúng đắn” bởi ông là một người đồng tính trong thời kỳ pháp luật vẫn chưa chịu công nhận chuyện đồng tính luyến ái. Người hùng thời chiến chấp nhận hình phạt thiến hóa học, buộc phải điều trị bằng hormone nhằm ức chế các khát khao tình dục để tránh việc ngồi tù. Tuy nhiên, ông qua đời sau đó hai năm trong một cái chết còn chứa đựng nhiều bí ẩn và tranh cãi. Cũng phải mãi tới năm 2009, nhờ có một chiến dịch kêu gọi trên Internet mà thủ tướng Anh đã thay mặt chính phủ chính thức lên tiếng xin lỗi về cách đối xử với Alan Turing sau chiến tranh.
The Imitation Game là bộ phim tiếp theo Benedict Cumberbatch vào vai một nhân vật có thật gây tranh cãi. Hồi năm ngoái, anh hóa thân thành Julian Assange, người đứng đầu tổ chức WikiLeaks, trong bộ phim The Fifth Estate. Tuy nhiên, bộ phim này lại bị giới phê bình hết sức thờ ơ và không giành được nhiều đánh giá tích cực.
Video Trailer bộ phim 'The Imitation Game' Tác phẩm tiểu sử kể lại cuộc đời của thiên tài toán học Alan Turing do Benedict Cumberbatch thủ vai.

Dẫu vậy, tình thế rất có thể sẽ thay đổi sau The Imitation Game bởi các bộ phim lấy bối cảnh Thế chiến thứ II vốn rất hay được lòng giới phê bình và Viện hàn lâm Hoa Kỳ. Nhiều website điện ảnh hiện đánh giá The Imitation Game và Benedict Cumberbatch là những ứng viên tiềm tàng cho mùa giải thưởng điện ảnh diễn ra vào cuối năm nay.
Hiện tài tử đang thực hiện bộ phim hình sự Black Mass bên cạnh siêu sao Johnny Depp. Hai nam diễn viên hàng đầu sẽ vào vai hai anh em tội phạm Bulger khét tiếng trong lịch sử. Đây cũng là một tác phẩm hết sức đáng chờ đợi khác của Benedict Cumberbatch, dự kiến sẽ trình làng khán giả trong mùa thu 2015.

Bộ phim quy tụ nhiều ngôi sao điện ảnh và truyền hình của xứ sở sương mù.

Trở lại với The Imitation Game, bên cạnh Benedict Cumberbatch, phim còn có sự tham gia của rất nhiều diễn viên nổi tiếng khác của đảo quốc sương mù, bao gồm kiều nữ Keira Knightley (trong vai Joan Clarke - người bạn thân của Alan Turing), Matthew Goode, Mark Strong, Rory Kinnear, Charles Dance, và Allen Leech.
The Imitation Game vừa được chọn làm tác phẩm khai mạc cho LHP London diễn ra từ ngày 8/10 tới đây. Sau đó, bộ phim sẽ được công chiếu rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới từ ngày 14/11.

30- Johannes Kepler

1571-1630
Đức
Thiên Văn Học, Vật Lý

Johannes Kepler

Vietsciences - Phạm Văn Tuấn 01/02/2009

Những bài cùng tác giả

Johannes Kepler (1571-1630), nhà Thiên văn học Ðức lừng danh, một trong những nhà sáng lập ngành Thiên văn

Ngày nay các nhà khoa học thường nói tới việc phóng các phi thuyền lên không gian để thám hiểm vũ trụ. Ý tưởng này đã được một nhà thiên văn đề cập tới hơn 300 năm trước. Nhưng vào thời bấy giờ, không ai để ý đến ý tưởng táo bạo này. Không ai giúp đỡ bậc thiên tài bất hủ này. Johannes Kepler, một vì sao sáng của Khoa Thiên Văn, đã sống trong cảnh nghèo túng và đã chết trong cảnh u buồn.

1/ Thuở trẻ của Kepler.

Johannes Kepler sinh ngày 27/12/1571 tại Weil der Stadt (gần Stuttgart), miền Württemberg nước Đức. Cậu bé này chào đời thiếu tháng giống như Isaac Newton vì vậy ngay từ thuở nhỏ, Kepler thường đau yếu. Cha của Kepler làm lính đánh thuê và mẹ là một người đàn bà tầm thường. Khi Kepler được 2 tuổi, người Hòa Lan nổi lên chống lại quân Tây Ban Nha và cha Kepler sang dự chiến trận tại Hòa Lan. Mẹ cậu cũng sang theo, vì thế cậu Kepler được giao cho ông bà nội coi sóc. Năm lên 4 tuổi, Kepler bị bệnh đậu mùa và sau khi khỏi, căn bệnh đã để lại trên mặt cậu những đốm rỗ và khiến cho mắt của cậu kém đi.
Thuở thiếu thời của Kepler thật là bất hạnh. Trong khi những đứa trẻ khác được đi học, được ăn no mặc ấm, được sống đầy đủ trong tình thương yêu của cha mẹ thì Kepler kéo dài những ngày khốn khổ trong một quán rượu nghèo, cả ngày cậu phải rót rượu, bưng nước, chạy việc vặt. Năm 13 tuổi, Kepler làm việc trong một nông trại nhỏ. Cuộc sống mới này tuy đỡ vất vả nhưng cũng chẳng dễ chịu. Cảnh cực khổ dày vò mãi con người mảnh khảnh này và sắp sửa đưa cậu tới gặp tử thần thì Kepler được người chị gái giúp đỡ. Bà này xin chồng khi đó làm mục sư Tin Lành, để dẫn em về nuôi. Nhờ vậy Kepler được người anh rể dạy cho biết đọc, biết viết, rồi ít lâu sau, cậu được vào học trong một tu viện Tin Lành tại Maulbronn.
Lúc mới theo học, Kepler rất kém về Toán, ngoài ra môn Thần Học đã là một trở ngại đối với cậu. Nhưng bản chất thông minh của cậu đã được các thầy giáo chú ý và quý mến. Nhờ học hành tiến bộ, Kepler được theo học tại trường đại học Tübingen. Kepler quyết định trở thành một mục sư sau này nên cậu chỉ coi khoa Thiên Văn như một môn học thỏa mãn trí tò mò. Nhưng ông Möstlin, giáo sư Toán và Thiên Văn, ngay từ đầu đã nhận thấy ở Kepler một thiên tài. Ông không quản ngại chỉ dạy cặn kẽ cho cậu học trò này và cũng vì vậy trong suốt cuộc đời, Kepler bao giờ cũng nhớ ơn vị ân nhân kể trên đã mở đường khai lối cho mình tới bến vinh quang.

2/ Nghiên cứu Thiên Văn.


Ptolemy	Aristarchus	Copernicus

Nhờ sự tận tâm của Giáo Sư Möstlin, Kepler làm quen dần các lý thuyết của các nhà thiên văn danh tiếng như Ptolemy, Aristarchus, Copernicus... Chẳng bao lâu, Kepler say mê khoa Thiên Văn. Kepler đã có ý tưởng táo bạo như sau: Mục đích của tôi là làm thế nào chứng tỏ rằng cách xoay vần của các thiên thể giống như sự vận chuyển của một bộ máy đồng hồ, và tôi muốn chứng minh rằng tất cả chuyển động phức tạp của các thiên thể đều do một thứ lực độc nhất chi phối. Nhưng các giáo sư trường Đại Học Tübingen lại coi ý tưởng trên như một tà thuyết. Tuy bị cho là vô lý, Kepler vẫn được thầy yêu, bạn mến vì ông giỏi Toán và tiếng La Tinh, tính tình lại vui vẻ, cởi mở.
Vào năm 1593, trường Tin Lành tại Graz, nước Áo, thiếu chân giáo sư Toán. Kepler được thu nhận vào chức vụ này. Đây là thời kỳ sung sướng nhất của ông. Ông sống trong cảnh sung túc về tiền bạc và sự quý mến của học trò. Kepler lập gia đình với một người đàn bà đẹp và giầu có. Ông có đủ thời giờ nghiên cứu Thiên Văn và lập cho mình một lý thuyết vững chắc. Kepler cho xuất bản cuốn sách Vũ Trụ Huyền Bí (Mysterium Cosmographicum). Cuốn sách này tới tay Galileo và nhà bác học lỗi lạc người Ý đã hết sức thán phục những lý lẽ vững chắc của Kepler về Thiên Văn Học.

Vào thời kỳ này, có một nhà thiên văn rất danh tiếng: ông Tycho Brahe (1546- 1601), người gốc Đan Mạch. Tycho Brahe thời bấy giờ là nhà toán học của Vua Rudolf II xứ Bohemia. Ông ta lại là một nhà thiên văn có tài. Vào giai đoạn này kính thiên văn chưa được phát minh. Trong 20 năm trường tại đài thiên văn ở Prague, ông Brahe đã quan sát bầu trời bằng mắt thường một cách rất chính xác và xác định vị trí của hàng trăm vì sao.
Tycho Brahe đã ngạc nhiên trước thiên tài của Kepler và tuy nhiều tuổi hơn, cũng không ngần ngại kết bạn với ngôi sao sáng mới này. Brahe gửi giấy mời Kepler sang giúp mình nhưng Kepler từ chối, biết đâu rằng một định mệnh khắc nghiệt đang chờ đón ông.
Thời kỳ sung sướng của Kepler rất ngắn ngủi. Một cuộc chia rẽ tôn giáo đã xẩy ra tại Graz. Người ta đã chém giết nhau vì lòng cuồng tín. Vào năm 1600, những người theo đạo Tin Lành bị trục xuất khỏi Graz. Kepler, một nhà thiên văn đúng hơn là một giáo sĩ, cũng bị lôi cuốn vào nghịch cảnh này. Vợ ông phải bán vội tất cả gia sản để lẩn trốn cùng chồng. Cuộc đời của Kepler bắt đầu đen tối đi. Trước tình trạng phá sản, Kepler đành mang gia đình đến gõ cửa nhà Tycho Brahe. Khi Kepler sang sống tại Prague, Brahe đã đối xử với người thất thế một cách tẻ nhạt và coi Kepler như là một người hạ cấp, hơn là một người cộng sự. Phải chăng lòng ghen tị vẫn là thói thường của người đời.
Kepler lãnh một chân giúp việc tại đài thiên văn. Công việc mới tuy không mang lại cho ông nhiều bổng lộc nhưng chính nhờ cơ hội này, ông đã được biết tới những bảng liệt kê vị trí các vì sao (các bảng Rudolphine) của Brahe.
Ý tưởng của Ptolemy cho rằng trái đất là trung tâm của vũ trụ không còn ngự trị trong đầu óc của những bậc trí thức vào thời đại này nữa. Nhưng không ai dám đả phá lý thuyết của Ptolemy vì nó đã ăn sâu vào tiềm thức của mọi người trong suốt 14 thế kỷ. Cũng vì thế khi Giordano Bruno xác nhận rằng trong vũ trụ còn có hàng trăm ngàn vì sao khác lớn hơn mặt trời, người ta đã mang ông ta ra thiêu sống tại Rome!
Từ trước, sở dĩ các điều hiểu biết của nhân loại bị sai lầm vì các nhà thiên văn cổ xưa tưởng rằng trái đất đứng yên, và khi quan sát thì những điều mắt thấy phải là đúng, biết đâu rằng họ đã đứng trên một nền móng chuyển động để quan sát mà không hay biết. Muốn vượt qua các trở ngại, Kepler đặt mình tại một vị trí cố định trong không gian rồi mới quan sát sự vật. Với điều kiện cốt yếu này, Kepler nghiên cứu rất tỉ mỉ vị trí của từng vì sao một. Vì quá đam mê các con số thiên văn và không muốn giòng tư tưởng bị gián đoạn bởi cuộc mưu sinh, Kepler đã không để tâm tới cảnh sống nghèo nàn của mình. Vợ ông thường phải vay nợ và lò sưởi trong nhà không có than đốt.
Năm 1601, Tycho Brahe từ trần. Kepler được bổ nhiệm làm nhà thiên văn của Hoàng Đế Đức Rudolf II với lương tháng 1.500 florins. Đây là thời kỳ nghiên cứu chuyên tâm nhất của ông. Kepler tỉ mỉ làm đi kiểm lại các bài toán thiên văn trong suốt 5 năm trường. Ông khám phá ra 2 định luật lừng danh về Khoa Thiên Văn và cho xuất bản cuốn Thiên Văn Mới (Astronomia Nova) vào năm 1609. Tác phẩm này là một trong các cuốn sách lừng danh nhất của Khoa Học, được xếp ngang hàng với cuốn Nguyên Lý (Principia) của Newton và cuốn Khảo Sát Quỹ Đạo của các Thiên Thể (De Revolutionibus Orbium Coelestium) của Copernicus.
Kepler đã đề tặng cuốn sách bất hủ kể trên cho Hoàng Đế Rudolf II trong khi vị vua này lại không hiểu được giá trị của nó. Nhà vua coi Kepler như một nhà chiêm tinh có nhiệm vụ lập ra các lá số tử vi và chuyên đoán điềm giải mộng cho mình.
Năm 1612, sự bất hạnh đến với gia đình Kepler: người con trai thứ hai của ông qua đời rồi sau đó vài tuần lễ, người vợ yêu quý cũng sang bên kia thế giới. Nhưng chưa phải là hết. Vua Rudolf II là người cấp dưỡng cho ông cũng băng hà ít lâu sau. Vị vua mới không trọng dụng nhà thiên văn nghèo nàn nữa và Kepler phải nhận một chân giáo sư toán tầm thường tại Linz. Kepler ra đi, lòng đầy sầu bi.
Kính viễn vọng (telescope) được nhà bác học Galileo phát minh vào năm 1608 và đã được dùng khắp châu Âu. Tại Linz, Kepler mượn được một kính viễn vọng, đã quan sát các vì sao mà mắt thường không nhìn tới được. Ông đã nghiên cứu Quang Học rồi phát minh ra một loại kính thiên văn mới. Tác phẩm viết về Quang Học của ông có tên là Khúc Xạ Học (Dioptrice) xuất bản vào năm 1611 đã là cuốn sách đầu tiên khảo sát về ánh sáng và các thấu kính.
Tại Linz, Kepler lập lại gia đình với một người đàn bà nghèo. Cuộc sống càng trở nên chật vật. Kepler phải nuôi ăn 7 người con trong một hoàn cảnh eo hẹp! Ông đành phải viết ra các cuốn lịch tử vi để bán lấy tiền. Đây là công việc của các nhà chiêm tinh tức là những người sống nhờ vào lòng mê tín của người khác. Đã có lần Kepler than thở một cách cay đắng: Môn chiêm tinh là con đẻ của Khoa Thiên Văn, vì vậy việc người con đứng ra nuôi sống bà mẹ sắp chết đói chẳng là hợp lý hay sao? Thật là đau khổ khi một nhà bác học chân chính phải làm một công việc phản khoa học để sống còn.

3/ Ba định luật lừng danh.

Tại Linz, Kepler đang chờ đợi một đứa con sắp chào đời thì được tin mẹ của ông bị hạ ngục tại Stuttgart. Người ta đã tố cáo mẹ ông là phù thủy. Nếu Kepler không can thiệp ngay, mẹ ông sẽ bị hành hạ và bị thiêu sống! Chính trong hoàn cảnh đau khổ này, Kepler đã cho ra đời cuốn sách Sự Hòa Hợp của Vũ Trụ (Harmonices Mundi) trong đó chứa đựng định luật lừng danh thứ ba của ông.
Khoa Thiên Văn được vững chắc chính là nhờ 3 định luật danh tiếng sau đây của Kepler: (1) Quỹ đạo của các hành tinh là các hình ellipse mà mặt trời chiếm một tiêu điểm, (2) Đường nối một hành tinh với mặt trời quét qua những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau, (3) Bình phương chu kỳ chuyển động của các hành tinh thì tỉ lệ với lập phương bán trục lớn của quỹ đạo ellipse.
Nhờ 3 định luật của Kepler mà Newton đã tìm ra Nguyên Lý Vạn Vật Hấp Dẫn. Khi mới được xuất bản, cuốn Sự Hòa Hợp của Vũ Trụ của Kepler đã bị Giáo Hội Thiên Chúa cấm ngay tức khắc. Kepler chịu chung số phận với Galileo.
Trong khi Kepler đau khổ do số phận khắc nghiệt của mình thì trận Chiến Tranh 30 Năm, pha lẫn tôn giáo và chính trị, tràn tới nơi cư ngụ của nhà thiên văn cơ cực. Thành phố Linz bị bao vây vào mùa thu năm 1626. Vào thời gian này, Kepler bị quản thúc vì "tà thuyết" của ông. Người ta đã nguyền rủa ông và niêm phong thư viện của ông.
Trước cách ngược đãi của các người chung quanh, Kepler quyết định bỏ trốn. Trong một đêm mưa ảm đạm, Kepler mắt mờ lệ, cùng vợ đẩy chiếc xe bò chở các con nhỏ và quần áo, lánh khỏi nơi mà ông còn luyến tiếc. Lẫn lộn trong các thứ đồ vật tầm thường, Kepler đã mang theo bảng liệt kê vị trí của các vì sao để sau này ông hoàn thành Bảng Rudolphine, một trong các công trình tuyệt tác của ông.
Kepler tới cư ngụ tại Ulm, bên bờ sông Donau (Danube). Nơi đây ông sống trong nghịch cảnh nhưng thiên tài của ông đã phát triển tới cực điểm. Kepler lập nên môn Quang Hình Học, nghiên cứu các đốm đen trên mặt trời và khảo sát môn Đại Số cũng như môn Hình Học. Kepler cũng không quên lời hứa trước kia với Brahe: ông bổ túc 228 vì sao khác vào bảng liệt kê các tinh tú của Tycho Brahe. Đây là một công trình khoa học to lớn của ông. Trong suốt một thế kỷ, cuốn sách liệt kê các vì sao của Kepler đã chiếm địa vị độc tôn trong ngành Hàng Hải. Để thưởng công Kepler, Vua Ferdinand II đã tặng ông một số tiền nhỏ và cho một ngôi nhà tại Sagan, miền Schlesien (Silesia, nay thuộc Ba Lan).
Càng ngày, sức khỏe của Kepler càng suy nhược. Ông lo lắng cho bản thân và nghĩ tới tương lai của các con nhỏ. Mười mấy năm về trước, vào năm 1613 Quốc Hội tại Regensburg (Ratisbon) có mời Kepler đến để sửa lại lịch. Họ còn nợ ông 11.817 florins. Lúc này, Kepler nhớ đến món nợ cũ. Trước hoàn cảnh thiếu thốn của gia đình, ông quyết định đi ngựa tới Regensburg để đòi nốt số tiền nợ. Nhưng định mệnh thật khắt khe. Tới nơi và vì quá mệt nhọc, nhà thiên văn xuất sắc này bị một cơn sốt hành hạ. Kepler đã trút linh hồn 13 ngày sau tại Regensburg miền Bayern (Bavaria), một nơi xa lạ, không người thân yêu. Hôm đó là ngày 15/11/1630.
Tại Regensburg, những người theo đạo Tin Lành phải bị chôn bên ngoài thành phố. Kepler chịu chung số phận này. Tuy nhiên, số phận hẩm hiu của nhà thiên văn tài ba chưa phải là hết vì ba năm sau, các binh lính đã san bằng nghĩa địa, lấy các mộ chí làm ụ súng dùng trong các trận chiến diễn ra tại nơi đây.
Johannes Kepler nghiên cứu Thiên Văn trong nhiều nghịch cảnh cơ cực, đã qua đời một cách cay đắng, lúc sống không được các người đương thời biết tới công trình, khi chết mộ chí cũng chẳng còn, nhưng các nhà khoa học đời sau đều ghi khắc các thành quả lớn lao của bậc vĩ nhân Kepler.
© http://vietsciences.free.frr và http://vietsciences.org Phạm Văn Tuấn

Johannes Kepler và quỹ đạo hành tinh

Tuesday 19 July 2011

Nhà thiên văn Đức Johannes Kepler (27 tháng 12 năm 1571 – 15 tháng 11 năm 1630) đã công bố phát hiện của mình tại Praha vào năm 1609 rằng các hành tinh bay quanh mặt trời không phải theo những vòng tròn hoàn hảo, mà theo những quỹ đạo hình trái xoan (ellip).
Trước đó, nhà thiên văn Ba Lan Nicolaus Copernicus đã đơn giản hoá và sửa chữa lại cấu trúc của hệ thống mặt trời (Thái dương hệ) khi phát hiện ra rằng mặt trời, chứ không phải trái đất, mới nằm ở trung tâm của hệ này. Ngay cả khi ấy ông ta cũng giống như tất cả các nhà thiên văn học khác vẫn giả định rằng các hành tinh quay xung quanh mặt trời theo những vòng tròn hoàn hảo. Kết quả là vẫn có các sai lệch về vị trí dự đoán của các hành tinh so với quan sát thực tế.
Kepler đã phát minh quan niệm về hình ellip và đã chứng minh rằng các hành tinh của mặt trời thực sự bay theo quỹ đạo hình ellip trong không gian vũ trụ. Với phát hiện này, khoa học cuối cùng đã trình bày một hình ảnh chính xác về vị trí và cơ chế vận hành của hệ thống mặt trời.
400 năm qua đi với những thành quả của công nghệ được cải thiện rất nhiều, nhưng hình ảnh của chúng ta về sự di chuyển của các hành tinh như thế nào vẫn là do Kepler tạo ra. Chúng ta đã không thay đổi hoặc sửa chữa nó một chút nào, và có thể sẽ không bao giờ cần sửa đổi.
Vui bên lề: Sao Diêm Vương (Pluto) từng được gọi là hành tinh thứ chín trong suốt 75 năm, kể từ khi phát hiện ra nó vào năm 1930. Sao Diêm Vương có quỹ đạo ít tròn trịa nhất (hình xoan dài nhất) so với tất cả các hành tinh. Điểm xa nhất của nó là 7,4 tỷ km tính từ mặt trời. Điểm gần nhất của nó chỉ có 4,34 tỷ km. Khi sao Diêm Vương đến điểm gần nhất thì quỹ đạo của nó thực sự sát với quỹ đạo của sao Hải Vương (Neptune). Trong khoảng 20 năm của mỗi chu kỳ dài 248 năm, sao Diêm Vương thậm chí còn ở gần mặt trời hơn là sao Hải Vương. Điều này đã xảy ra từ năm 1979 đến 1999. Trong khoảng 20 năm đó, sao Diêm Vương đã thực sự là hành tinh thứ tám trong hệ thống mặt trời của chúng ta và sao Hải vương thì trở thành hành tinh thứ chín!

Johannes Kepler

Người đăng: Lê Quốc Trung
26/04/2007

Xuyên suốt cuộc đời nghề nghiệp của mình, Kepler là một giáo viên toán ở trường dòng Graz (sau này là trường đại học Graz), là người trợ lý cho Tycho Brahe, là nhà toán học ở triều đình Hoàng đế Rudolf II, giáo viên toán ở Linz, và là nhà thiên văn học của Tướng Wallenstein. Ông cũng thực hiện một công việc mang tính nền tảng về thị giác và giúp đưa vào thực hiện những phát hiện kính thiên văn của người cùng thời với ông là Galileo Galilei. Johannes Kepler Johannes Kepler (27 tháng 12, 1571 – 15 tháng 11, 1630), một gương mặt quan trọng trong cuộc cách mạng khoa học, là một nhà toán học, nhà chiêm tinh học, nhà thiên văn học, và là một nhà văn ở buổi đầu của những truyện khoa học viễn tưởng người Đức. Ông nổi tiếng nhất về định luật về chuyển động thiên thể, dựa trên những công trình của ông Astronomia nova, Harmonice Mundi và cuốn sách giáo khoa Tóm tắt thiên văn học Copernicus. Xuyên suốt cuộc đời nghề nghiệp của mình, Kepler là một giáo viên toán ở trường dòng Graz (sau này là trường đại học Graz), là người trợ lý cho Tycho Brahe, là nhà toán học ở triều đình Hoàng đế Rudolf II, giáo viên toán ở Linz, và là nhà thiên văn học của Tướng Wallenstein. Ông cũng thực hiện một công việc mang tính nền tảng về thị giác và giúp đưa vào thực hiện những phát hiện kính thiên văn của người cùng thời với ông là Galileo Galilei. Thỉnh thoảng ông cũng được coi là "nhà vật lý học thiên thể lý thuyết đầu tiên", mặc dù Carl Sagan cũng coi ông là nhà chiêm tinh học khoa học cuối cùng. Cuộc đời Thơ ấu và giáo dục (1571–1594) Kepler sinh ngày 27 tháng 12 1571 tại Thành phố tự do của Đế quốc Weil der Stadt (hiện là một phần của vùng Stuttgart ở thành bang thuộc nước Đức là Baden-Württemberg, cách trung tâm Stuttgart 30 km về phía tây). Ông nội ông từng là Thị trưởng thị trấn đó, nhưng lúc Johannes ra đời, tài sản của gia đình Kepler đã gần cạn kiệt. Cha ông sống bấp bênh với nghề lính đánh thuê, và ông đã rời bỏ gia đình khi Johannes mới năm tuổi. Ông được cho rằng đã chết trong chiến tranh ở Hà Lan. Mẹ ông, con gái một chủ quán trọ, là một người chữa bệnh bằng các loại cỏ cây sau này muốn trở thành phù thuỷ. Sinh sớm, Johannes là một đứa trẻ ốm yếu. Dù sức khỏe kém, ông rất thông minh. Khi còn nhỏ, ông thường làm những khách hàng tới quán trọ của ông ngoại ngạc nhiên vì khả năng toán học kỳ lạ của mình. Ông làm quen với thiên văn học từ rất sớm và gắn bó nó trong cả cuộc đời. Năm 1577, khi mới 5 tuổi, ông đã quan sát Sao chổi. Ông viết rằng ông "được mẹ đưa lên một chỗ cao để nhìn nó". Năm 1580, ông quan sát một hiện tượng thiên văn khác - Nguyệt thực, Ông nhớ là đã "được gọi ra ngoài" để nhìn nó và rằng mặt trăng "có vẻ khá đỏ". Tuy nhiên bệnh đậu mùa thời trẻ đã giảm thị lực của ông, khiến ông phải chú tâm tới toán học nhiều hơn là quan sát các khía cạnh thiên văn học. Dù khi đi học ông là một học trò xuất sắc, Kepler thường bị bắt nạt. Ông bị một đức tin ám ảnh rằng ông có thân thể ghê tởm, hoàn toàn đáng ghét, và (so với những học sinh khác) là một kẻ bị hắt hủi. Năm 1587, sau khi học qua trường văn phạm, trường tiếng Latin, và trường dòng thấp và cao cấp theo hệ giáo dục Lutheran, Kepler bắt đầu theo học tại Trường đại học Tübingen với tư cách là sinh viên thần học, nơi ông đã chứng tỏ khả năng siêu việt về toán học và nổi tiếng là một nhà chiêm tinh tài giỏi. Dưới sự dạy dỗ của Michael Maestlin, ông học cả hệ thống Ptolemy và hệ Nhật tâm của Copernicus; Ông đã trở thành một người ủng hộ Copernicus từ lúc đó, bảo vệ thuyết nhật tâm về cả lý thuyết và mặt thần học trong những cuộc tranh luận của sinh viên. Dù ông muốn trở thành một trợ lý, gần cuối tời gian học, Kepler được tiến cử vào vị trí giáo viên toán và thiên văn học tại Trường Tin lành ở Graz, Áo. Ông nhận vị trí đó vào tháng 4, 1594, ở tuổi 23. Nghề nghiệp ban đầu (1594–1601) Tại Graz, Kepler bắt đầu phát triển một lý thuyết đầu tiên về vũ trụ học dựa trên hệ Copernicus, nó được xuất bản năm 1596 với tên Mysterium Cosmographicum—Bí ẩn thần thánh của vũ trụ. Tháng 4, 1597, Kepler lấy Barbara Müller. Bà chết năm 1611 sau hai đứa con của Johannes và một đứa từ cuộc hôn nhân trước. Tháng 12, 1599, Tycho Brahe viết thư cho Kepler, mời Kepler tới giúp ông ở Benátky nad Jizerou bên ngoài Prague. Bị áp lực phải rời Graz vì những chính sách Phản đối cải đạo ngày càng chặt chẽ, ngăn cản quyền thực thi tín ngưỡng và chính trị của những người Tin lành, Kepler đến với Tycho năm 1600. Sau khi Tycho chết năm 1601, Kepler được chỉ định làm Nhà toán học hoàng gia, một vị trí mà ông vẫn giữ được qua ba triều Hoàng đế ở Habsburg (từ tháng 11, 1601 đến 1630). Nhà toán học triều đình ở Prague (1601–1612) Với tư cách nhà toán học triều đình, Kepler được thừa hưởng trách nhiệm của Tycho về việc lập các lá số tử vi cũng như nhiệm vụ thành lập Các bảng Rudolphine. Làm việc với những dữ liệu thông tin quan sát bao quát và chính xác của Tycho, Kepler cũng bắt đầu chỉnh lại các lý thuyết trước đây của mình nhưng đã bắt buộc phải từ bỏ chúng. Thay vào đó, ông bắt đầu phát triển hệ thống thiên văn học đầu tiên sử dụng các quỹ đạo không tròn; nó được hoàn thành năm 1606 và được xuất bản năm 1609 dưới tên Astronomia Nova—Thiên văn học mới. Astronomia Nova có chứa những điều sau này sẽ trở thành những định luật về chuyển động thiên thể thứ nhất và thứ hai. Tháng 10, 1604, Kepler quan sát supernova sau này được gọi là Ngôi sau của Kepler (một thuật ngữ cũng dùng để chỉ hình sao bát giác). Năm 1611, Kepler xuất bản (dưới hình thức một bức thư gửi cho bạn) một chuyên khảo về nguồn gốc của bông tuyết, tác phẩm đầu tiên từng được biết về chủ đề này. Ông phát triển lý thuyết chính xác rằng hình sáu cạnh tự nhiên của nó có nguyên nhân từ cái lạnh, nhưng không xác định chắc chắn nguyên nhân vật lý của điều đó. Tháng 1, 1612, Hoàng đế qua đời. Để tranh khỏi căng thẳng tôn giáo đang gia tăng ở Prague, Kepler nhận chức nhà toán học ở tỉnh Linz. Dạy học ở Linz và những năm cuối cùng (1612–1630) Năm 1615, Kepler cưới Susanna Ruettinger, và có nhiều con với bà này. Năm 1617, mẹ của Kepler là Katharina bị cáo buộc là phù thuỷ. Bắt đầu từ tháng 8, 1620 bà bị bỏ ngục trong mười bốn tháng. Nhờ những nỗ lực bảo vệ pháp lý của Kepler, và được thả ra vào tháng 10, 1621 sau khi những nỗ lực kết án bà thất bại. Tuy nhiên bà bị territio verbalis, một kiểu thực thi khác của hình thức tra tấn đang chờ đợi bà vì bà là phù thuỷ, trong nỗ lực cuối cùng để buộc bà phải thú nhận. Suốt phiên toà, Kepler trì hoãn các công việc khác của ông (về Các bảng Rudolphine và cuốn sách giáo khoa thiên văn học nhiều tập) để chú tâm vào "lý thuyết hài hoà" của ông. Kết quả, được xuất bản năm 1619 gọi là Harmonices Mundi ("Sự hài hòa của các thế giới") có chứa định luật thứ ba về chuyển động thiên thể. Kepler đã hoàn thành bảy tập cuối cùng của cuốn sách giáo khoa Bản tóm tắt thiên văn học Copernicus năm 1621, nó được hợp vào và phát triển thêm những nghiên cứu trước kia của ông và đóng phần ảnh hưởng quan trọng trong việc chấp nhận hệ thống Copernicus vào thế kỷ sau đó. Năm 1627 ông hoàn thành Các bảng Rudolphine, cung cấp bảng tính chính xác các vị trí hành tinh trong tương lai và cho phép dự đoán các hiện tượng thiên văn học hiếm gặp. Ngày 15 thang 11, 1630 Kepler chết vì bệnh sốt ở Regensburg. Năm 1632, chỉ hai năm sau khi ông chết, mộ của ông bị quân đội Thụy Điển phá hủy trong Cuộc chiến mười ba năm. Công việc Kepler sống trong một thời đại khi mà không có sự phân biệt rõ ràng giữa thiên văn học và chiêm tinh học, trong khi lại có sự phân biệt rõ ràng giữa thiên văn học (một nhánh của toán học bên trong các nghệ thuật tự do) và vật lý (một nhánh của môn học có nhiều ảnh hưởng hơn của triết học). Ông cũng kết hợp những tranh luận tôn giáo và các lý lẽ vào trong tác phẩm của mình, nhờ vậy nền tảng của những cống hiến có tầm quan trọng nhất của ông đặc biệt mang tính thần học (Barker & Goldstein, 2001). Kepler là một người theo trường phái bí ẩn của Pythagore. Ông coi các mối quan hệ toán học là cơ sở của mọi tự nhiên, và mọi thành tạo đều tích hợp với nhau trọng một tổng thể. Đây là điều đối lập với yư kiến Plato và Aristote cho rằng Trái đất khác biệt về căn bản với mọi thứ còn lại của vũ trụ, được tạo thành từ những vật chất khác biệt với những định luật tự nhiên áp dụng cho nó cũng khác biệt. Trong nỗ lực khám phá vũ trụ của mình, Kepler đã áp dụng vật lý trái đất cho các thiên thể; nổi tiếng nhất là nỗ lực của ông nhằm đưa ra ba Định luật về chuyển động thiên thể. Kepler cũng tin rằng các thiên thể ảnh hưởng tới các sự kiện trên mặt đất. Một kết quả của lòng tin đó là ông ước tính thêm về vai trò của mặt trăng trong việc tạo ra thủy triều, nhiều năm trước bảng tính không chính xác của Galileo. Một đức tin khác của ông là một ngày nào đó sẽ có thể phát triển một "khoa học chiêm tinh", dù ông có thái độ khinh thị đối với mọi thứ thuộc chiêm tinh học trong thời của mình. Công việc khoa học Định luật của Kepler Xem chi tiết: Những định luật của Kepler về chuyển động thiên thể Kepler được thừa kế từ Tycho Brahe một gia sản những dữ liệu thô chính xác nhất từng thu thập được về vị trí của các hành tinh. Điều khó khăn là phải phán đoán được từ đó. Các chuyển động quỹ đạo của các hành tinh khác được quan sát từ điểm lợi thế của Trái đất, chính nó cũng đang quay quanh Mặt trời. Như được chỉ ra trong ví dụ bên dưới đây, điều này có thể gây nên việc các hành tinh có vẻ di chuyển theo những đường kỳ lạ. Kepler tập trung vào việc tìm hiểu quỹ đạo của Sao hoả, nhưng đầu tiên ông phải biết chính xác quỹ đạo của Trái đất. Để làm được điều này, ông cần một vạch ranh giới quan sát. Với một linh cảm thiên tài, ông đã sử dụng Sao hỏa và Mặt trời làm đường ranh giới, vì không biết quỹ đạo thực của Sao hoả, ông biết rằng nó sẽ ở cũng chỗ trong quỹ đạo của nó ở những khoảng cách riêng biệt theo những giai đoạn quỹ đạo của nó. Vì vậy các vị trí quỹ đạo của Trái đất có thể được tính toán, và từ đó lại tính toán ra quỹ đạo Sao hoả. Ông đã có thể suy luận ra các định luật thiên thể của mình mà không cần biết khoảng cách chính xác của các hành tinh từ Mặt trời, bởi vì phân tích hình học của ông chỉ cần có các tỷ lệ khoảng cách tới Mặt trời của chúng. Không như Brahe, Kepler giẽ hệ thống nhật tâm với Mặt trời ở trung tâm. Từ cái khung đó, Kepler đã mất hai mươi năm làm việc chăm chỉ để thử và sửa chữa các nỗ lực nhằm tạo ra dữ liệu đúng. Cuối cùng ông đã đạt tới Ba định luật về chuyển động thiên thể: Định luật quỹ đạo elíp của Kepler: Các hành tinh chuyển động quanh Mặt trời theo các quỹ đạo hình elíp với Mặt trời năm ở một tiêu điểm. Định luật đồng đều về diện tích của Kepler: Đường nối một hành tinh với Mặt trời quét qua những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau. Định luật về các khoảng thời gian của Kepler: Thời gian cần thiết để một hành tinh bay quanh Mặt trời, được gọi là chu kỳ của nó, chu kỳ này tỷ lệ với trục dài của hình elíp phóng to với tỷ lệ 3/2. Hằng số của tính cân xứng là giống nhau đối với mọi hành tinh. Sử dụng các định luật này, ông là nhà thiên văn học đầu tiên thành công trong việc dự đoán sự vận động của Sao kim (trong năm 1631). Các định luật của Kepler đầu tiên là minh chứng rõ ràng cho kiểu nhật tâm của hệ mặt trời, bởi vì chúng đã trở nên rất đơn giản khi đưa Mặt trời vào tâm. Tuy nhiên, Kepler không bao giờ khám phá ra những lý lẽ sâu sắc hơn của định luật, dù hiện nay nhiều năm trong cuộc đời của ông có thể coi là dành cho việc nghiên cứu những bí ẩn không khoa học. Isaac Newton cuối cùng đã cho thấy rằng các định luật là một hệ của của những định luật chuyển động và luật hấp dẫn vũ trụ của ông. (Với ưu thế thời hiện đại, các vùng đồng đều diện tích có thể hiểu đơn giản hơn khi sử dụng sự bảo toàn góc động lượng.) Lần đầu tiên Kepler khám phá ra distance-cubed-over-time-squared (hay 'định luật thứ ba') của ông về chuyển động thiên thể vào ngày 8 tháng 3, 1618 nhưng từ bỏ ý tưởng này cho tới tận 15 tháng 5, 1618, khi ông kiểm tra lại kết quả của mình. Kết quả này đã được công bố trong cuốn Harmonices Mundi (1619) của ông. Siêu tân tinh 1604 Tàn dư của siêu tân tinh Kepler, SN 1604 Ngày 17 tháng 10, 1604, Kepler quan sát thấy một ngôi sao đặc biệt sáng bất chợt xuất hiện trong chòm sao Ophiuchus. (Nó lần đầu tiên được quan sát thấy bởi nhiều người khác ngày 9 tháng 10.) Sự xuất hiện của ngôi sao, mà Kepler miêu tả trong cuốn sách De Stella nova in pede Serpentarii ("Về Ngôi sao mới ở chân Ophiuchus"), đã cung cấp bằng chứng thêm nữa rằng vũ trụ không phải là bất biến; điều này đã ảnh hưởng tới Galileo trong tranh luận của ông. Từ đó nó được xác định là một siêu tân tinh. Đây là lần thứ hai một sao như vậy đã được quan sát. Sau này nó được gọi là sao Kepler hay siêu tân tinh 1604. Không có siêu tân tinh nào khác được quan sát thấy trong Ngân Hà, mặc dù có nhiều siêu tân tinh khác ngoài Ngân Hà đã được phát hiện. Các công trình khoa học và toán học khác Kepler cũng thực hiện những nghiên cứu có tính nền tảng về tổ hợp, lạc quan hóa hình học, và các hiện tượng thiên nhiên như các bông tuyết, luôn nhấn mạnh vào hình thức và cách bố trí. Ông cũng là một trong những nhà sáng lập quang học hiện đại, ví dụ định nghĩa antiprism và kính viễn vọng của Kepler (xem cuốn sách của Kepler Astronomiae Pars Optica—i.a. giải thích lý thuyết về camera obscura—và Khúc xạ). Hơn nữa, bởi ông là người đầu tiên xác nhận về non-convex regular solids (như là khối mười hai mặt hình sao), chúng được gọi là những hình ba chiều Kepler để vinh danh ông. Chủ nghĩa thần bí và chiêm tinh học Chủ nghĩa thần bí Kepler đã khám phá ra các định luật chuyển động của các thiên thể khi gắng hoàn thành mục tiêu của Pythagore nhằm tìm ra sự hòa điệu của các thiên thể. Trong khái niệm vũ trụ của ông, không phải tự nhiên mà số lượng các khối đa diện hoàn hảo lại ít hơn số lượng các hành tinh đã được biết. Vì đã nắm được hệ thống của Copernicus, ông bắt đầu chứng minh rằng các khoảng cách từ các hành tinh tới mặt trời được tạo ra bởi các mặt cầu bên trong các khối đa diện hoàn hảo, tất cả chúng bị đặt vào bên trong của nhau. Quỹ đạo nhỏ nhất, là của Sao thuỷ, là mặt cầu ở trong cùng. Bằng cách ấy ông xác định năm khoảng không Platonic với năm khoảng cách giữa sáu hành tinh đã được phát hiện (Sao thuỷ, sao Kim, Trái đất, Sao hoả, Sao mộc, Sao hải vương) và năm nguyên tố cổ điển. Năm 1596 Kepler xuất bản Mysterium Cosmographicum, or Bí ẩn thần thánh của vũ trụ. Đây là một tuyển chọn giải thích mối quan hệ giữa các hành tinh và các khoảng không Platonic: Trước khi vũ trụ được tạo ra, không có các nhịp điệu (numbers) ngoại trừ Ba ngôi nhất thể (Cha, Con, Thánh Thần), đó chính là Chúa. Để, the line and the plane imply no numbers: ngự trị tính vô tận của nó. Vì vậy, chúng ta hãy coi là khoảng không. Đầu tiên chúng ta phải loại trừ các khoảng không không đều, bởi vì chúng ta chỉ quan tâm tới những vật thể sáng tạo ngăn nắp. Chỉ còn lại sáu vật thể, mặt cầu và năm khối đa diện đều. Với mỗi mặt cầu có những thiên đường tương xứng. Mặt khác, thế giới chuyển động được thể hiện bởi những khoảng không có mặt phẳng. Có sáu khoảng không như vậy: khi coi chúng là những biên giới, tuy nhiên, năm khoảng không đó xác định ra sáu vật thể riêng: vì thế sáu hành tinh quay quanh mặt trời. Đây cũng là lý do giải thích tại sao chỉ có sáu hành tinh. Kepler's Platonic solid model of the Solar system from Mysterium Cosmographicum (1596) Closeup of inner section of the model Tôi đã chỉ ra thêm rằng các khoảng không đều nhau tụ thành các nhóm: ba khoảng không thành một nhóm, và hai khoảng không tạo thành nhóm kia. Nhóm lớn hơn, đầu tiên, thuộc về Lập phương, sau đó Hình chóp, và cuối cùng là Khối mười hai mặt. Nhóm thứ hai, đầu tiên là thuộc về tám mặt, và thứ hai, khối hai mươi mặt. Điều đó giải thích tại sao, phần quan trọng nhất của vũ trụ, Trái đất—nơi hình ảnh của Chúa phản ánh ở con người—được phân chia thành hai nhóm. Như tôi đã chứng minh tiếp theo, đối với những khoảng không của nhóm thứ nhất phải nằm về hướng quỹ đạo Trái đất, và những khoảng không của nhóm thứ hai ở bên trong… Vì vậy tôi đã ấn định Lập phương cho Sao thổ, khối tứ diện cho Sao mộc, khối mười hai mặt cho Sao hoả, khối hai mươi mặt cho sau Kim và khối tám mặt cho Sao thuỷ… Để nhấn mạnh lý thuyết này, Kepler vạch ra một kiểu khá ấn tượng về vũ trụ thể hiện một lập phương, bên trong một mặt cầu, với một khối tứ diện ở bên trong nó; một mặt cầu khác bên trong với một khối mười hai mặt bên trong; một mặt cầu với một khối hai mươi mặt bên trong; và cuối cùng một mặt cầu với một khối tám mặt bên trong. Mỗi mặt cầu thiên đàng đó có một hành tinh được gắn với chúng, và vì thế xác định ra quỹ đạo của hành tinh. Trong cuốn sách viết năm 1619 của ông, Harmonice Mundi hay Sự hòa điệu của các thế giới, cũng như cuốn đã được nói tới ở trên Mysterium Cosmographicum, ông cũng kết hợp giữa các khoảng không Platonic với nhận thức từ trước về các yếu tố: khối tứ diện là hình thức của lửa, khối tám mặt là hình thức của không khí, lập phương là trái đất, khối hai mươi mặt là nước, và khối mười hai mặt là vũ trụ và là tổng thể hay ether. Có một số bằng chứng sự kết hợp này có nguồn gốc cổ xưa, vì Plato nói một trong những Timaeus của Locri người nghĩ Vũ trụ đang được phát triển bởi một khối mười hai mặt trong khi bốn khoảng không khác đại diên cho các "yếu tố" lửa, không khí, đất và nước. Điều làm ông chán ngán, cố gắng của Kepler nhằm gắn các quỹ đạo của các hành tinh vào bên trong một bộ các hình khối nhiều mặt không bao giờ hoạt động tốt, nhưng nó là một sự chứng thực cho tính toàn bộ của ông như một nhà khoa học rằng khi bằng chứng cho thấy không thích hợp với lý thuyết mà mình đã nỗ lực làm việc để chứng minh, ông đã từ bỏ nó. Những thành tựu đáng chú ý nhất của ông có được từ sự thừa nhận rằng các hành tinh chuyển động theo quỹ đạo hình elíp, chứ không phải hình tròn.Nhật thức này là hiệu quả trực tiếp của nỗ lực không thành công của ông nhằm gắn các quỹ đạo hành tinh vào bên trong các khối đa diện. Sự bằng lòng của Kepler để từ bỏ một trong những lý thuyết mà ông ấp ủ nhiều nhất khi so sánh nó với những bằng chứng quan sát thực tế cũng chỉ ra rằng ông có một thái độ nghiêm túc với nghiên cứu khoa học. Kepler cũng có tiến bộ vĩ đại trong việc thử miêu tả chuyển động của các hành tinh bằng đưa vào một lực giống với lực từ tính, mà ông tin rằng tỏa ra từ mặt trời. Mặc dù ông không khám phá ra lực hấp dẫn, ông dường như đã cố gắng áp dụng kinh nghiệm về một định luật vũ trụ để giải thích cách hành xử của cả trái đất và các vật thể trên trời. Chiêm tinh học Kepler khinh bỉ những nhà chiêm tinh học thỏa mãn tính tò mò của người bình thường mà không có kiến thức về sự trừu tượng và những quy luật chung, nhưng ông coi việc biên soạn các điềm báo là một công cụ chính sách để biết trước những tai họa sẽ đến. Vì vậy, sẽ là một sai lầm nếu cho rằng sự chú tâm của Kepler vào chiêm tinh học chỉ đơn giản là để kiếm tiền. Một trong những nhà sử học nghiên cứu về ông, John North, cho rằng, "nếu ông không phải là một nhà chiêm tinh thì có lẽ ông đã không lập ra được một thiên văn học hành tinh theo các thức mà chúng ta có hiện nay." Kepler tin ở thuật chiêm tinh theo nghĩa mà ông đã bị thuyết phục rằng những khía cạnh chiêm tinh thực sự có ảnh hưởng về thể chất đối với con người và thời tiết trên Trái đất. Ông cố gắng tách làm thế nào và tại sao lại như vậy và cố gắng đưa nó vào trong chiêm tinh học với một cơ sở chắc chắn hơn, điều này mang lại kết quả là cuốn Về những nền tảng chắc chắn hơn của chiêm tinh học năm (1601), trong đó, ở giữa những khám phá kỹ thuật, ông là người đầu tiên quincunx aspect. Trong cuốn Sự can thiệp của người thứ ba, hay một sự cảnh báo đối với các nhà thần học, bác sỹ và các nhà triết học (1610), đặt ra một người thứ ba giữa hai vị trí rất ủng hộ và phản đối chiêm tinh học, Kepler biện hộ rằng một sự xác định mối quan hệ giữa các hiện tượng trên trời và các hiện tượng giới đất có thể được lập ra. Ít nhất 800 lá số tử vi và biểu đồ sinh do Kepler làm ra vẫn còn tồn tại, nhiều cái cho chính ông và gia đình, có nhiều chỗ đánh dấu là xấu. Như một phần trong trách nhiệm của ông khi làm nhà toán học ở Graz, Kepler đã đưa ra lời báo trước cho năm 1595 trong đó có lời dự đoán về một cuộc nổi dậy của nông dân, sự xâm chiếm của người Thổ Nhĩ Kỳ và trời lạnh, tất cả những điều đó đều xảy ra và làm ông nổi tiếng. Kepler cũng được biết là đã biên soạn những lời dự đoán cho những năm từ 1595 đến 1606, và từ 1617 đến 1624. Khi là nhà toán học triều đình, Kepler giải thích cho Rudolf II những lá số tử vi của Hoàng đế Augustus và Muhammad, và Kepler cũng đưa ra những dự đoán về sự nảy sinh cuộc chiến giữa Cộng hòa Venice và Paul V. Trong cuốn Về ngôi sao mới (1606) Kepler giải thích ý nghĩa của ngôi sao mới 1604 coi đó là sự chuyển biến của Châu Mỹ, sự sụp đổ của Đạo Hồi và sự trở lại của Thiên Chúa. Cuốn De cometis libelli tres (1619) cũng chứa nhiều tiên đoán chiêm tinh học. Kepler nói về Chúa "Tôi chỉ đơn giản nghĩ thêm về những điều Chúa nghĩ. Bởi vì những nhà thiên văn học chúng tôi là những thầy tu của đức Chúa cao nhất của cuốn sách của tự nhiên," Kepler đã viết, "nó rất có ích cho chúng tôi để suy ngẫm, không phải về vinh quang của trí tuệ của chúng tôi, mà là về mọi điều khác, về sự vinh quang của Chúa." Illustration of SN 1604 by Johannes Kepler from his book De Stella Nova in Pede Serpentarii Nguồn: Bách khoa toàn thư mở Wikipedia Người sưu tầm: Lê Quốc Trung