TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ
NGUYỄN THỊ THANH
CÁC MÔ HÌNH VỀ VŨ TRỤ
Chuyên ngành: VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Người hướng dẫn khoa học TS. NGUYỄN HỮU TÌNH
HÀ NỘI, 2017
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn:
- TS. Nguyễn Hữu Tình đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em để
hoàn thành khóa luận này.
- Các thầy cô trong hội đồng giám khảo bảo vệ đề cương và Hội
đồng giám khảo bảo vệ và đánh giá khóa luận tốt nghiệp trường Đại
học Sư Phạm Hà Nội 2 đã không quản thời gian để đọc và tham gia góp
ý cho khóa luận được hoàn thành.
- Bạn bè và người thân đã quan tâm giúp đỡ.
Hà Nội, tháng 4 năm 2017
Tác giả
Nguyễn Thị Thanh
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan khóa luận này là công trình nghiên cứu của riêng em.
Các số liệu, kết quả nghiên cứu đều là trung thực và chưa có ai công bố trong
một công trình nghiên cứu nào.
Hà Nội, tháng 4 năm 2017
Tác giả
Nguyễn Thị Thanh
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TRONG KHÓA LUẬN
Viết đầy đủ Viết tắt
Trước công lịch TCL
Trước công nguyên TCN
Năm ánh sáng n.a.s
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 1
4. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 1
5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 2
6. Đóng góp của đề tài ....................................................................................... 2
7. Cấu trúc khóa luận ........................................................................................ 2
CHƯƠNG 1: CÁC MÔ HÌNH VŨ TRỤ THỜI CỔ ĐẠI ................................ 3
1.1. Vũ trụ luận của Hy Lạp cổ đại ................................................................... 3
1.2. Vũ trụ luận của Trung Hoa cổ đại .............................................................. 6
CHƯƠNG 2: CÁC MÔ HÌNH VŨ TRỤ THỜI TRUNG ĐẠI ...................... 11
VÀ CẬN ĐẠI.................................................................................................. 11
2.1. Mô hình vũ trụ của Ptoleme – Học thuyết địa tâm .................................. 11
2.1.1. Hy Lạp cổ đại ........................................................................................ 11
2.1.2. Claudius Ptoleme .................................................................................. 14
2.1.3. Hệ địa tâm và các hệ thống đối nghịch khác ....................................... 16
2.1.4. Hấp dẫn: Newton và Einstein ................................................................ 18
2.1.5. Thuyết địa tâm ngày nay ....................................................................... 18
2.2. Mô hình vũ trụ của Copecnic – Học thuyết nhật tâm .............................. 19
2.2.1. Sự phát triển của thuyết nhật tâm .......................................................... 19
2.2.2. Những tranh cãi tôn giáo về thuyết nhật tâm ........................................ 26
2.2.3. Quan điểm của khoa học hiện đại ......................................................... 31
CHƯƠNG 3: CÁC MÔ HÌNH VŨ TRỤ HIỆN ĐẠI .................................... 33
3.1. Mô hình vũ trụ của Einstein – De Sitter (1932) ...................................... 33
3.2. Mô hình Big Bang .................................................................................... 34
3.2.1.Thuyết Big Bang là gì? .......................................................................... 35
3.2.2. Lịch sử hình thành thuyết Big Bang ..................................................... 36
3.3. Cấu trúc vũ trụ ngày nay .......................................................................... 42
KẾT LUẬN ...................................................................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 46
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Ngày nay vũ trụ học công nhận rằng vũ trụ của chúng ta bắt nguồn từ lý
thuyết Vụ Nổ Lớn. Lý thuyết Vụ Nổ Lớn là mô hình vũ trụ học được chấp
thuận rộng rãi, nó miêu tả về sự hình thành và tiến hóa của vũ trụ. Vũ trụ bao
gồm mọi thành phần của nó cũng như không gian và thời gian. Các nhà thiên
văn chưa biết được kích thước toàn thể của vũ trụ là bao nhiêu và có thể là vô
hạn. Vũ trụ còn rất nhiều bí mật chưa được khám phá, con người cần phải đi
tìm những chiếc chìa khóa để mở từng cánh cửa nhằm tiến sâu hơn nữa vào
vũ trụ. Từ đó các mô hình vũ trụ lần lượt ra đời. Mô hình địa tâm định lượng
đầu tiên đã được phát triển bởi các nhà triết học Hy Lạp cổ đại và triết học Ấn
Độ. Trải qua nhiều thế kỉ, các quan sát thiên văn ngày càng chính xác hơn đã
đưa tới mô hình nhật tâm của Côpecnic. Đó chính là bước đệm thúc đẩy con
người bước chân vào nghiên cứu vũ trụ bao la. Các mô hình vũ trụ được coi là
công cụ hữu hiệu trong quá trình khám phá vũ trụ. Đây chính là lí do mà tôi
lựa chọn đề tài “Các mô hình về vũ trụ”.
2. Mục đích nghiên cứu:
Tìm hiểu một số quan niệm và các mô hình về vũ trụ từ thời cổ đại đến
hiện đại.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu: Các mô hình về vũ trụ.
Phạm vi nghiên cứu: Bản khóa luận chủ yếu tập trung vào một số mô hình
vũ trụ từ thời cổ đại đến hiện đại.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu:
Nghiên cứu một số mô hình vũ trụ từ thời cổ đại đến hiện đại.
1
5. Phương pháp nghiên cứu:
Từ mục đích nghiên cứu tôi lựa chọn phương pháp nghiên cứu là trình
bày một số mô hình về vũ trụ từ thời cổ đại đến hiện đại.
6. Đóng góp của đề tài:
Giúp mọi người hiểu biết sâu thêm về các mô hình vũ trụ, mở ra các
hướng nghiên cứu mới, là tài liệu tham khảo cho thiên văn học.
7. Cấu trúc khóa luận:
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục nghiên cứu khóa
luận gồm 3 chương.
Chương 1: Các mô hình vũ trụ thời cổ đại.
Chương 2: Các mô hình vũ trụ thời trung đại và cận đại.
Chương 3: Các mô hình vũ trụ hiện nay.
2
CHƯƠNG 1: CÁC MÔ HÌNH VŨ TRỤ THỜI CỔ ĐẠI
1.1. Vũ trụ luận của Hy Lạp cổ đại
Vũ trụ luận của Arixtốt
Quan điểm nhị nguyên vật chất - mô thức là cơ sở để xác lập học thuyết về
bốn nguyên nhân cơ bản của vận động và biến đổi trong thế giới, đó là nguyên
nhân vật chất, nguyên nhân mô thức, nguyên nhân vận động, nguyên nhân,
mục đích. Arixtốt viết: “Nguyên nhân được gọi là: 1) cái hàm chứa bên trong
sự vật, cái mà từ đó nó xuất hiện, chẳng hạn đồng là nguyên nhân của pho
tượng, bạc là nguyên nhân của cái đĩa, 2) mô thức, hay khuôn mẫu, cái xác
định bản chất sự vật, 3) cái mà từ đó bắt đầu sự thay đổi hay chuyển hóa vào
trạng thái cân bằng, chẳng hạn người thầy là nguyên nhân (của học trò tốt),
người cha - nguyên nhân của đứa con; nói chung cái tạo ra là nguyên nhân của
cái được tạo ra, cái làm biến đổi - nguyên nhân của cái biến đổi, 4) mục đích,
nghĩa là cái vì nó, chẳng hạn mục đích của đi dạo là sức khỏe. Do đâu con
người đi dạo? Vì muốn được khỏe mạnh. Hẳn khi nói như thế chúng ta nghĩ
rằng mình đã chỉ ra nguyên nhân” .
Nguyên nhân mô thức: mọi vật trong thế giới có thể vận động là nhờ mô
thức của chúng; do mô thức là tính quy định căn bản của tồn tại, nên nó là
nguyên nhân quan trọng nhất.
Nguyên nhân vật chất: vật chất là cội nguồn của thế giới các sự vật. Trong
quan hệ giữa vật chất, hay tiềm thể (dynamis), và mô thức, hay hiện thể
(energeia) vận động đóng vai trò cái làm cho sự thống nhất các mặt đối lập
thành hiện thực.
Nguyên nhân mục đích: tính mục đích vừa đồng nhất với tính tất yếu, vừa
được xem như vận động hướng tới mục đích tối cao là cái thiện, hạnh phúc,
3
và theo nghĩa đó nó bao trùm toàn thể vũ trụ lẫn đời sống con người, chi phối
tất cả các sự vật, các hiện tượng và các quá trình diễn ra trong thế giới.
Nguyên nhân vận động: Arixtốt không thừa nhận sự tự vận động, mà xem
vận động là do sự tác động của vật này lên vật khác. Arixtốt nhấn mạnh
“Dưới mọi sự biến đổi một cái gì đó biến đổi nhờ một cái gì đó và vào một
cái gì đó”. Sau cùng ông hướng đến động cơ đầu tiên như nguồn gốc và
nguyên nhân vận động.
Học thuyết về bốn nguyên nhân được Arixtốt phân thành bốn nhóm, trong
đó nhóm nguyên nhân vật chất tách riêng, còn nhóm nguyên nhân mô thức -
mục đích - vận động chỉ là một. Trong quan niệm về vật chất vận động
Arixtốt đến gần với chủ nghĩa duy vật.
Trong bảng phân loại khoa học vật lý học được xem như khoa học về các
hiện tượng của tự nhiên. Tự nhiên ở Arixtốt là thứ tự nhiên có hai mặt - vật
chất và mô thức, vì thế ắt phải đặt ra câu hỏi: vật chất có thể được xem là tự
nhiên trong chừng mực nào? Trả lời: nó trở thành tự nhiên chỉ khi nào có thể
được xác định thông qua bản chất. Tự nhiên theo nghĩa đầu tiên và riêng có
của nó là bản chất, mà chính là bản chất của cái có khởi nguyên vận động tự
thân. Vật chất được gọi là tự nhiên vì nó có khả năng đạt tới bản chất này”.
Như vậy có thể nói tự nhiên là nguồn lực bên trong của sự tự vận động và
phát triển của các sự vật.
Arixtốt trình bày học thuyết về vận động cả trong siêu hình học lẫn vật lý
học. Trong siêu hình học Arixtốt chỉ ra bốn dạng vận động có thể là: 1) tăng
và giảm; 2) biến đổi về chất, hay chuyển hóa; 3) xuất hiện và diệt vong; 4)
chuyển dịch vị trí trong không gian (vận động cơ học). Trong bốn hình thức
đó Arixtốt xem vận động trong không gian là hình thức chủ yếu, điều kiện của
tất cả các hình thức vận động còn lại. Arixtốt chia vận động cơ học như thế
thành vận động theo vòng tròn, vận động thẳng, sự kết hợp vận động vòng
4
tròn và vận động thẳng, theo đó vận động theo vòng tròn là vận động có tính
liên tục, còn vận động thẳng có tính gián đoạn.
Sau khi định nghĩa và phân loại vận động Arixtốt tìm hiểu các khái niệm
khác của vật lý học. Không gian theo cách hiểu của Arixtốt đồng nghĩa với vị
trí - giới hạn của vật thể. Đại thiên cầu không có vị trí, không nằm ở đâu cả, vì
không có cái gì vây bọc nó. Vị trí không phải là mô thức lẫn vật chất, vì cả
hai không thể đứng tách biệt với đối tượng, còn vị trí thì có thể. Vị trí cũng
không phải là sự vật đơn nhất, vì nếu nói như vậy ta phải chấp nhận trong một
vị trí có hai vị trí. Vị trí là bể chứa các vật thể. Khác với không gian, thời gian
không liên kết với các vật thể, mà với vận động. Thời gian không phải là vận
động, nhưng nó không tồn tại thiếu vận động, bởi lẽ nó là “số lượng vận động
xét theo quan hệ với quá khứ và tương lai”, là sự tuôn chảy. Vị trí thế giới là
hữu hạn, một khi nó được giới hạn bởi bầu trời, do đó có thể có vận động
tuyệt đối và đứng im tuyệt đối, có trên tuyệt đối và dưới tuyệt đối. Thời gian
thì vô hạn, vì nếu như tất cả các quá trình đơn nhất đều hữu hạn, và độ dài lâu
của chúng được đánh giá bằng thời gian, thì thế giới thống nhất và vĩnh cửu
phải có độ dài lâu vô hạn. Thời gian không phải là vận động, vì vận động thì
có vận động nhanh, vận động chậm, còn thời gian thì đâu đâu cũng vậy. Nhờ
đặc tính ấy mà thời gian là thước đo của vận động. Ngược lại vận động cũng
đo lường được thời gian, khác chăng ở đây là không phải bất kỳ vận động
nào, mà chỉ vận động cân bằng theo vòng tròn của đại thiên cầu mới là thước
đo thời gian, “vòng thời gian”. Thời gian là số lượng vận động liên tục; thời
gian “trở thành vận động chỉ bởi vì vận động có số lượng”. Arixtốt không
nhất trí với Platôn vì đã quy các yếu tố tự nhiên về những dạng thức hình học.
Giả thiết ấy, theo Arixtốt, không thể lý giải trọng lượng của các hiện tượng
vật lý, do đó khó tìm ra nguyên nhân vận động của chúng. Ông thay phương
án dạng thức hình học bằng phương án xác định vị trí. Nếu vật thể nằm ở vị
5
trí cố hữu tự nhiên của mình thì nó đứng im; nếu bị đẩy sang vị trí khác không
tương xứng, thì nhất định nó phải chuyển dịch trở về vị trí tương xứng tự
nhiên ban đầu. Trái Đất đứng im vì tọa lạc ở vị trí tự nhiên của mình, tức ở
trung tâm đại thiên cầu. Nếu ném hòn đất lên trên, nó sẽ rơi trở lại, tức hướng
về vị trí tự nhiên.
Quan niệm về vận động của các hành chất tự nhiên ở Arixtốt có những cải
biến nhất định. Bốn hành chất truyền thống - đất, nước, lửa, khí - đều vận
động theo đường thẳng: đất, nước - từ trên xuống, hướng về tâm; lửa, khí - từ
dưới lên, hướng ra ngoại diên. Thế giới được tạo nên từ sự kết hợp các hành
chất ấy. Arixtốt còn đưa ra hành chất thứ năm - ête (aither), có đặc tính bất
biến, hình thành nên nhữnh vật thể bầu trời.
Vật lý học và vũ trụ luận của Arixtốt chứa đựng yếu tố mục đích luận.
Toàn bộ tự nhiên là một cơ thể sống động thống nhất, nơi mà “cái này xuất
hiện vì cái kia”. Do chỗ tự nhiên có tính chất hai mặt: một đằng nó là vật chất,
đằng khác - như mô thức, mà mô thức lại là mục đích, mà toàn bộ những gì
khác đều tồn tại vì mục đích, nên nó (mô thức) cũng sẽ là nguyên nhân của sự
“vì cái gì” (Arixtốt, Vật lý học, quyển 2). Bên cạnh đó Arixtốt cũng phân biệt
tính mục đích và tính tất yếu, mặc dù chưa rõ ràng.
1.2. Vũ trụ luận của Trung Hoa cổ đại
Vũ trụ quan của Kinh Dịch
Kinh Dịch là một bộ sách cổ trong ngũ kinh của Trung Hoa. Theo truyền
thuyết, từ đời Thượng cổ, vua Phục Hy (4477 - 4363 trước Công lịch) nhận
thấy những dấu vết như bức vẽ trên lưng con long mã nổi lên trên sông Hoàng
Hà mà lập ra Hà Đồ, vạch liền biểu thị cho Dương, vạch đứt biểu thị cho Âm.
Và khi từng 2 quẻ chồng lên nhau (gồm 6 vạch) qua 8 quẻ tạo nên 64 quẻ kép,
mọi việc từ thiên văn, địa lý đến cai trị dựa vào bói toán qua các quẻ ấy mà
luận định. Đến đời nhà Hạ, vua Vũ Đại (2205 - 1766 trước Công lịch) nhân
6
lúc trị thủy, thấy dấu vết trên lưng con rùa thần trên sông Lạc mới lập ra Lạc
Thư và định ra cửu trù tức là 9 điều căn bản để dạy dân trong sinh hoạt hằng
ngày. Đến thời điểm ấy, Kinh Dịch chưa có gì thành văn tự. Khi vua Văn
Vương nhà Chu bị vua Trụ nhà Ân bắt giam ở Dữu Lý 3 năm, ông mới đem
các quẻ của Phục Hy đặt thành Hậu thiên Bát quái, dùng văn tự để giải thích
việc tốt xấu của từng quẻ gọi là quái tử. Chu Công Đán, còn Văn Vương tiếp
theo đó giải nghĩa từng hào (từng vạch), trong đó một quẻ gọi là hào tử. Nhận
thấy việc giải thích trên còn quá nhiều vắn tắt trong khi tư tưởng dịch lý rất
uyên thâm, Khổng tử (551 - 479 trước Công lịch) bèn viết thêm 10 thiên
truyện gọi là Thập dực để quảng diễn ý nghĩa. Từ đấy đến sau này, nhất là đời
nhà Tống các danh nho đã phát huy Dịch học một cách rất phong phú. Đến
nay, tổng ước lượng đã có 158 sách nghiên cứu Dịch học tại Trung Hoa. Kinh
Dịch là pho sách triết học rất thâm sâu nhưng cũng rất hấp dẫn. Khổng Tử
cũng đã nhìn nhận là Học dịch phải mất rất nhiều công sức và thời gian, sách
Sử Kí Tư Mã Thiên đã nói “Ông Khổng Tử về già, xem Kinh Dịch đến 3 lần
làm đứt cả lề sách rồi mới làm thêm các thiên truyện”. Còn chính Khổng Tử
từ trước khi từ trần, còn than tiếc nói với học trò: “Giá như ta được thêm ít
năm nữa để học Dịch cho trọn vẹn thì không có điều sai lầm lớn”. Ở nước ta
từ đời Lý, Kinh Dịch đã sớm đưa vào học và nội dung thi cử. Các cụ thi đỗ
không ai là không biết qua về âm dương, ngũ hành nhưng phần lớn là cưỡi
ngựa xem hoa hay đến mức phổ thông để làm nghề thuốc, địa lý và bói toán,
rất ít người nghiên cứu kĩ lưỡng và có hệ thống, có một số sách được viết để
lại cũng đã thất lạc. Những nhà tinh thông Kinh Dịch có thể biết được qua
một số sách để lại hoặc qua sự nghiệp của các cụ thì có thể kể là: Nguyễn
Bỉnh Khiêm, Đào Duy Từ, Nguyễn Thiệp, Lê Quý Đôn với Kinh Dịch phu
thuyết gồm 6 quyển hay Trần Cao Vân với Trung Thiên Dịch. Những năm
gần đây, có thêm một số tác giả đã viết và bàn giải vể Kinh Dịch như: Phan
7
Bội Châu, Ngô Tất Tố, Bửu Cầm… Đối với Á Đông chúng ta, Kinh Dịch
được xem là sách căn bản hàng đầu cho tất cả các sách khác, hay như ông
Nguyễn Đức Đạt (1825 - 1889) đã nói với vua Tự Đức: “Tóm hết sự biến đổi
trong thiên hạ, thông suốt tình hình trong thiên hạ, không sách nào bằng Kinh
Dịch” Nam sơn tùng thoại thì điều ấy không có gì lạ, bởi đó là nguồn gốc văn
hóa từ Trung Hoa. Nhưng Kinh Dịch đã truyền sang phương Tây và có ảnh
hưởng càng ngày càng sâu đậm trong lúc khoa học kĩ thuật càng ngày càng
phát triển nhanh chóng. Ngày nay Trung Quốc đang mở rộng giao lưu với thế
giới bên ngoài tiếp xúc với phương Tây để tiếp thu khoa học kĩ thuật hiện đại
thì từ phương Tây các học giả, các khoa học gia lại đua nhau tìm hiểu thu
nhập văn hóa phương Đông nhất là Ấn Độ và Trung Hoa với điều căn bản là
Kinh Dịch. Liên Hiệp Quốc đã thành lập hội nghiên cứu Kinh Dịch và đã tổ
chức được 4 lần hội thảo quốc tế về Kinh Dịch. Tại ngay mỗi nước như Anh,
Pháp, Đức, Mĩ đều có hội nghiên cứu Kinh Dịch. Kinh Dịch đã được ứng
dụng dần dần vào khoa học phương Tây. Người thực hiện sớm nhất có lẽ là
Leibniz triết gia và toán học gia người Đức. Ông đã quan sát bát quái, nghĩ ra
phép nhị phân thay cho phép thập phân bằng cách chỉ dùng hai con số: 1 làm
dương và 0 làm âm để mã vào máy tính điện tử. Hai con số này thành mỗi
nhóm 6 số và gồm 64 nhóm khi có điện vào đèn bật là 1 và khi tắt là 0 cứ như
thế để truyền các tín hiệu. Còn C. G Jung là một người gốc Thụy Sĩ đã cùng
với Freud tạo ra khoa học phân tâm. Ông cũng là bạn thân của R. Wilhem,
người đã dịch Kinh Dịch ra tiếng Đức. Jung cho là có thể sử dụng Kinh Dịch
để tìm hiểu tiềm thức con người, trong đó có việc bói toán. Hai nhà vật lý học
người Mỹ gốc Trung Hoa là Lý Chinh Đạo giáo sư đại học Priceton và Dương
Chấn Ninh, giáo sư đại học Columbia đã tuyên bố nhờ nghiên cứu Kinh Dịch
mà biết rằng trong thế giới điện tử, phía trái và phía phải không như nhau,
dương thì 9 mà âm thì 6 có tỉ số 3/2. Hai ông chứng minh khi hạt nguyên tử
8
nổ thì làm bắn ra những ly tử âm và ly tử dương, tia dương bắn xa hơn tia âm
theo tỉ lệ 3/2 tạo ra định luật cơ ngẫu. Hai ông đã được giải Nobel Vật lý năm
1957. Các bác sĩ Tây Âu ngày nay muốn học qua Đông y đều phải thuộc lý
thuyết sinh khắc của âm dương ngũ hành, đặc biệt là khoa châm cửu. Họ đều
ngạc nhiên về kinh huyệt có thể châm tê để giải phẫu một cách không đau cho
người bệnh. Ngày nay người ta đã đem đối chiếu Kinh Dịch với nhiều lý
thuyết triết học, khoa học Tây phương như lý thuyết về nguyên tử, thuyết sinh
vật tiến hóa của Lamark Darwin, biện chứng pháp của Hegel, Kari thuyết
tương đối của Einstein với phương trình E=MC2 lý thuyết về vũ trụ và các vì
sao. Hầu hết những lý thuyết quan trọng, người ta hy vọng qua Kinh Dịch sẽ
ước đoán để tìm ra những cái mới rồi sẽ dùng khoa học để kiểm chứng lại.
Như vậy là đúng với lời của nhà toán học Pháp H. Poincare đã nói: “Phỏng
đoán trước rồi hãy chứng minh! Tôi có cần nhắc lại rằng chính như vậy mà đã
có những phát minh quan trọng”. Vậy trước khi dò tìm phỏng đoán người ta
cũng đã cần có những căn cứ gì rồi.
Nếu chúng ta không hiểu được vũ trụ và địa vị của con người trong
khoảng không gian vô tận và thời gian vô cùng thì chúng ta không thể đoán
định được cứu cánh của con người phải nên như thế nào. Bởi vậy hệ thống
triết học tối thiểu cũng phải gồm có vũ trụ luận và nhân sinh luận. Đã đành
triết học phải tổng hợp khoa học để nghiên cứu vũ trụ, nhưng triết học tự có
mục đích, không phải chỉ là khoa học đại cương. Ngày xưa triết gia Hy Lạp
đã chia triết học làm 3 phần lớn, vật lý học, đạo đức học và luận lý học. Nói
theo thuật ngữ đời nay thì triết học gồm có: vũ trụ luận, nhân sinh luận và tri
thức luận. Cách phân chia này tương đối hợp lí và có căn cứ lịch sử, nên được
phổ biến lưu hành từ thời Platon đến thời Trung cổ và mãi đến gần đây vẫn
còn có giá trị. Nay ta có thể theo đó để chia lại như sau: Vũ trụ luận có hai
phần gồm nghiên cứu bản thể tồn tại và yếu tố chân thật của vạn hữu, gọi là
9
bản thể luận và nghiên cứu sự phát sinh, lịch sử và quy thức của thế giới gọi
là vũ trụ luận. Nhân sinh luận có hai phần: Nghiên cứu cái cứu cánh của con
người (nhân loại học, tâm lý học…) và nghiên cứu cái quy phạm chất của tri
thức, tức là luận lý học. Nhìn vào cách phân loại trên đây, ta thấy vũ trụ luận
và nhân sinh luận có mối tương quan mật thiết, nhân sinh luận phải lấy vũ trụ
luận làm căn bản. Dương chu và Epicure đã xem vũ trụ là vật chất, cơ giới,
nên lấy việc truy cầu khoái lạc trước mắt làm mục đích nhân sinh. Đạo gia
cho rằng vũ trụ là biểu tượng của tự nhiên nên chủ trương thuận theo tự nhiên
là tốt, trái lại là xấu. Phái theo chủ nghĩa lãng mạn trong triết học Tây phương
cũng có tư tưởng gần như thế. Xem đó đủ biết các môn phái triết học có nhân
sinh luận không giống nhau là vì có vũ trụ luận khác nhau. Vì lẽ ấy, triết gia
muốn thực hiện một xã hội lý tưởng phải tổng hợp khoa học để nghiên cứu vũ
trụ. Có nhiều triết gia đã do tri thức luận chứng thành vũ trụ luận như
Berkeley và Kant. Có người nghiên cứu nhân sinh mà liên quan đến tri thức
luận như Locke và Hume. Vậy vũ trụ luận, nhân sinh luận và tri thức luận là
ba phần không thể thiếu được của triết học. Kinh Dịch đã gồm đủ ba phần ấy.
Kinh Dịch có vũ trụ luận hợp với khoa học, nhân sinh hợp với hòa bình và
công lý, tri thức luận sáng sủa và vững vàng. Biện chứng pháp của Kinh Dịch
đáng được chú ý hơn cả biện chứng pháp của Hegel và Felicien Challaye đã
phê bình rất đúng: “Phương pháp cách mạng, hệ thống bảo thủ”. Vẫn biết vũ
trụ quan và nhân sinh quan của Kinh Dịch không tách rời nhau, nhưng tác giả
vẫn đề cập đến nhân sinh quan và biện chứng pháp.
10
CHƯƠNG 2: CÁC MÔ HÌNH VŨ TRỤ THỜI TRUNG ĐẠI
VÀ CẬN ĐẠI
2.1. Mô hình vũ trụ của Ptoleme – Học thuyết địa tâm
Trong thiên văn học, mô hình địa tâm (geocentric model) (trong tiếng
Hy Lạp: geo = Trái Đất, kentron = trung tâm) của vũ trụ là lý thuyết cho
rằng Trái Đất là trung tâm của vũ trụ và Mặt Trời cùng các thiên thể khác
quay quanh nó.
Hệ này được coi là hình mẫu tiêu chuẩn thời Hy Lạp cổ đại, được cả
Arixtốt và Ptoleme, cũng như đa số các nhà triết học Hy Lạp đồng thuận
rằng Mặt Trời, Mặt Trăng, các ngôi sao, và những hành tinh có thể quan sát
được bằng mắt thường đều quay quanh Trái Đất. Các ý tưởng tương tự
cũng đã xuất hiện ở thời Trung Quốc cổ đại. Aristarchus xứ Samos đã đưa
ra một mô hình nhật tâm của Hệ Mặt Trời, nhưng rõ ràng ông ở phe thiểu
số tin rằng Trái Đất không nằm ở trung tâm.
Người Hy Lạp cổ đại và các nhà triết học thời Trung Cổ thường cho
mô hình địa tâm đi cùng với Trái Đất hình cầu, không giống với mô hình
Trái Đất phẳng từng được đưa ra trong một số thần thoại. Người Hy Lạp
cổ đại cũng tin rằng những sự chuyển động của các hành tinh đi theo
đường tròn chứ không phải hình elíp. Quan điểm này thống trị văn hoá
phương tây cho tới tận trước thế kỷ 17.
Mô hình địa tâm là quan điểm thống trị thời tiền hiện đại; từ cuối thế
kỷ 16 trở về sau nó dần bị thay thế bởi hệ nhật tâm của Copecnic, Galileo
và Kepler.
2.1.1. Hy Lạp cổ đại
Mô hình địa tâm bắt đầu xuất hiện trong triết học và thiên văn học Hy
Lạp từ rất sớm. Có thể tìm thấy những dấu vết mô hình này trong triết học
tiền Socrat. Vào thế kỷ thứ 6 trước Công Nguyên, Anaximander đã đưa ra
11
một vũ trụ học với Trái Đất như một mặt cắt của một cột trụ (một hình
trụ), được giữ ở bên trên tại trung tâm tất cả mọi vật. Mặt Trời, Mặt Trăng,
và các hành tinh được đục trong những bánh xe vô hình quanh Trái Đất;
thông qua những hố đó, con người có thể thấy được ngọn lửa thần bí.
Cùng thời gian ấy, những môn đồ Pytago dạy rằng Trái Đất là một hình
cầu, nhưng không phải ở trung tâm; họ tin rằng nó chuyển động quanh một
ngọn lửa thần bí. Sau này các quan điểm đó được phối hợp với nhau, vì thế
đa số những học giả Hy Lạp từ thế kỷ thứ 4 TCN đều nghĩ rằng Trái Đất là
một hình cầu tại trung tâm vũ trụ.
Trong thế kỷ thứ 4 TCN, hai nhà triết học Hy Lạp có nhiều ảnh hưởng
đã viết các tác phẩm dựa trên mô hình địa tâm. Đó là Plato và học trò của
mình, Arixtốt. Theo Plato, Trái Đất hình cầu, và nằm ở trung tâm vũ trụ.
Các ngôi sao và các hành tinh được gắn trên các mặt cầu quay quanh Trái
Đất, với thứ tự: Mặt Trăng, Mặt Trời, Sao Kim, Sao Thuỷ, Sao Hoả, Sao
Mộc, Sao Thổ, các ngôi sao cố định. Trong "Thần thoại Trái Đất" (myth of
Er) một phần của cuốn Cộng hoà, Plato miêu tả vũ trụ như Con suốt của sự
tất yếu (spindle of necessity), được chăm sóc bởi các Mỹ nhân ngư và được
quay bởi ba Thần mệnh. Eudoxus xứ Cnidus, người cùng làm việc với
Plato, đã phát triển một cách giải thích ít tính thần bí và khoa học hơn về sự
chuyển động của các hành tinh dựa trên lời tuyên bố của Plato cho rằng
toàn bộ các hiện tượng trên trời có thể được giải thích bằng một chuyển
động tròn duy nhất. Arixtốt đã thêm chi tiết vào hệ thống của Eudoxus.
Trong hệ thống đã được phát triển đầy đủ của Arixtốt, Trái Đất hình cầu
nằm ở trung tâm vũ trụ. Mọi vật thể trên trời được gắn với 56 mặt cầu đồng
tâm quay quanh Trái Đất (số lượng nhiều bởi mỗi hành tinh cần nhiều mặt
cầu trong suốt). Mặt Trăng nằm trên mặt cầu gần tâm nhất. Vì thế nó thuộc
địa hạt Trái Đất, khiến nó cũng không hoàn hảo, gây nên các chấm đen và
12
phải trải qua các tuần trăng. Nó không hoàn hảo như những vật thể khác
trên trời, vốn tự toả sáng bằng ánh sáng của chính mình.
Thuyết địa tâm được nhiều người tin theo bởi nó phù hợp với các quan
sát thông thường. Đầu tiên, nếu Trái Đất thực sự chuyển động, thì một
người trên đó phải quan sát thấy các ngôi sao cố định dời chỗ vì hiện tượng
thị sai. Nói gọn, những hình dạng của các chòm sao phải thay đổi ở mức
quan sát thấy trong năm. Trên thực tế, các ngôi sao ở quá xa so với Mặt
Trời và các hành tinh tới mức chuyển động của chúng (thực sự có tồn tại)
không thể quan sát thấy cho đến tận thế kỷ 19. Vì không thể quan sát thấy
thị sai nên bất cứ một thuyết nào khác ngoài mô hình địa tâm đều bị bác bỏ.
Một sự quan sát có nhiều ảnh hưởng khác là Sao Kim luôn có độ sáng
ổn định trong mọi khoảng thời gian “và vì thế nó luôn ở cùng một khoảng
cách so với Trái Đất”. Trên thực tế điều đó xảy ra bởi vì phần ánh sáng mất
đi trong các tuần của nó bù trừ cho kích thước biểu kiến thay đổi theo
khoảng cách của Sao Kim với Trái Đất. Những sự chống đối khác bao gồm
ý tưởng do Arixtốt đưa ra cho rằng những vật thể to lớn như Trái Đất theo
trạng thái tự nhiên phải đứng yên và rằng phải cần có nhiều lực mới có thể
làm chúng chuyển động. Một số người cũng tin rằng nếu Trái Đất quay
quanh trục của nó thì không khí và các vật thể trên Trái Đất (như chim hay
mây) sẽ bị bỏ lại đằng sau.
Một sai lầm lớn của các mô hình Eudoxus và Arixtốt dựa trên các mặt
cầu đồng tâm là họ không thể giải thích được sự thay đổi độ sáng của các
hành tinh do sự biến đổi khoảng cách gây ra.
13
2.1.2. Claudius Ptoleme
Dù những giáo lý căn bản của thuyết địa tâm Hy Lạp được hình thành
từ thời Arixtốt, các chi tiết về hệ của ông không phải là một tiêu chuẩn.
Vinh dự này được dành cho Hệ Ptoleme, được nhà thiên văn học Hy Lạp-
Rôma Claudius Ptoleme (hay còn gọi là Ptoleme) đưa ra vào thế kỷ thứ 2
sau Công nguyên. Cuốn sách thiên văn học quan trọng của ông Almagest là
thành quả cao nhất của công trình kéo dài hàng thế kỷ của các nhà thiên
văn Hy Lạp nó đã được chấp nhận trong hơn một nghìn năm sau, được
những người châu Âu và các nhà thiên văn học Hồi giáo coi là mô hình vũ
trụ chính xác. Vì ảnh hưởng của nó, hệ Ptoleme thỉnh thoảng được coi
tương tự với mô hình địa tâm.
Trong hệ Ptoleme, mỗi hành tinh chuyển động trên hai hay nhiều mặt
cầu: một mặt cầu chính (deferent) với tâm là Trái Đất, và các mặt cầu khác
được gọi là ngoại luân nằm trên mặt cầu chính. Hành tinh chuyển động trên
các mặt cầu và ngoại luân đó. Mặt cầu chính quay quanh Trái Đất trong khi
ngoại luân quay bên trong mặt cầu chính, khiến hành tinh có thể tiến gần
hay rời xa Trái Đất hơn tùy theo các điểm khác nhau trên quỹ đạo của nó,
và thậm chí có thể di chuyển chậm, dừng lại, đi giật lùi (trong chuyển động
lùi). Thứ tự các hành tinh từ Trái Đất trở ra theo hệ Ptoleme như sau: Mặt
Trăng, Sao Thủy, Sao Kim, Mặt Trời, Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ, các
định tinh.
14
Hình 1: Các yếu tố cơ bản của thiên văn học Ptoleme, thể
hiện một hành tinh trên một ngoại luân với một mặt cầu
chính lệch tâm trên một điểm tâm sai.
Mô hình mặt cầu chính và các ngoại luân đã từng được các nhà thiên
văn Hy Lạp sử dụng trong nhiều thế kỷ, cũng như ý tưởng lệch tâm (một
mặt cầu chính có tâm hơi lệch khỏi tâm Trái Đất). Trong hình minh hoạ,
tâm của mặt cầu chính không phải tâm Trái Đất mà là điểm X, khiến nó bị
lệch tâm. Không may thay, hệ này ở thời Ptoleme không tương thích lắm
với các quan sát, thậm chí khi nó đã được cải tiến nhiều so với hệ Arixtốt.
Thỉnh thoảng kích thước các hành tinh đang thụt lùi (trường hợp dễ thấy
nhất là Sao Hoả) nhỏ lại, và thỉnh thoảng lại to hơn. Điều này khiến ông
phải đưa ra ý tưởng về một đẳng thước (equant). Điểm đẳng thước là một
điểm gần tâm một quỹ đạo hành tinh mà, nếu bạn đứng đó quan sát, trung
tâm ngoại luân của hành tinh sẽ luôn thể hiện di chuyển với cùng một tốc
độ. Vì thế, hành tinh trên thực tế đang chuyển động với một tốc độ khác
nhau tùy theo điểm mà ngoại luân ở trên mặt cầu chính. Khi sử dụng đẳng
thước, Ptoleme muốn giữ chuyển động luôn là đồng nhất và hình tròn,
nhưng nhiều người không thích nó bởi vì họ cho rằng nó không chính xác
với tuyên bố của Plato về “chuyển động tròn đồng nhất”. Hệ thống cuối
cùng được nhiều người chấp nhận ở phương tây là một hệ thống rất cồng
kềnh khi quan sát theo quan điểm hiện nay; mỗi hành tinh cần một ngoại
luân quay quanh mặt cầu chính, được bù thêm bằng một tâm sai khác nhau
15
tùy theo hành tinh. Nhưng hệ này lại phán đoán được chuyển động của
nhiều thiên thể, gồm cả sự khởi đầu và kết thúc của chuyển động lùi, khá
chính xác ở thời điểm ấy.
2.1.3. Hệ địa tâm và các hệ thống đối nghịch khác
Không phải tất cả những người Hy Lạp đều đồng tình với mô hình địa
tâm. Hệ thống của Pytago đã được đề cập tới; một số người theo trường
phái Pytago tin rằng Trái Đất là một trong nhiều hành tinh quay quanh một
ngọn lửa thần bí. Hicetas và Ecphantus, hai học trò của Pytago ở thế kỷ thứ
5 TCN, và Heraclides Ponticus ở thế kỷ thứ 4 TCN, tin rằng Trái Đất quay
quanh trục của nó nhưng vẫn là trung tâm của vũ trụ. Một hệ thống như vậy
vẫn được coi là hệ địa tâm. Ở thời Trung cổ hệ thống này được Jean
Buridan sửa đổi lại. Heraclides Ponticus cũng thỉnh thoảng được cho là đã
đưa ra ý tưởng rằng cả Sao Kim và Sao Thủy đều quay quanh Mặt Trời chứ
không phải Trái Đất, nhưng bằng chứng chứng minh cho ý tưởng đó không
rõ ràng. Martianus Capella rõ ràng đã đặt Sao Thủy và Sao Kim trên những
ngoại luân quanh Mặt Trời.
Aristarchus xứ Samos là người có tư tưởng tiến bộ nhất. Ông đã viết
một tác phẩm, hiện không còn nữa, về hệ nhật tâm, nói rằng Mặt Trời nằm
ở trung tâm vũ trụ, trong khi Trái Đất và các hành tinh khác quay quanh nó.
Lý thuyết của ông không phổ biến, và chỉ có một người duy nhất được biết
đến đã ủng hộ lý thuyết của ông, Seleucus xứ Seleucia.
Hệ thống Copecnic
Năm 1543 hệ địa tâm lần đầu tiên bị thách thức nghiêm trọng khi
Copecnic xuất bản cuốn Về chuyển động quay của các thiên thể (De
revolutionibus orbium coelestium), ấn định rằng Trái Đất và các hành tinh
khác đều quay quanh Mặt Trời. Hệ địa tâm vẫn còn tồn tại nhiều năm sau
đó, bởi vì ở thời ấy hệ Copecnic không đưa ra được các tiên đoán tốt hơn
16
về vị trí các hành tinh so với hệ địa tâm, và nó đặt ra các vấn đề đối với cả
triết học tự nhiên và Kinh thánh.
Với sự phát minh ra kính viễn vọng năm 1609, những cuộc quan sát
đầu tiên do Galileo tiến hành (như Sao Thổ có các Mặt Trăng) đặt ra một số
nghi vấn đối với những giáo lý của thuyết địa tâm nhưng không đe dọa
nghiêm trọng tới vị trí của nó.
Tháng 12 năm 1610, Galileo Galilei đã sử dụng kính viễn vọng của
mình chứng minh rằng Sao Kim có trải qua các tuần, giống như các tuần
Mặt Trăng. Đây là một bằng chứng cho thấy sự không chính xác của hệ
Ptoleme.
Ptoleme đặt Sao Kim bên trong mặt cầu của Mặt Ttrời (giữa Mặt Trời
và Sao Thuỷ), đây là hành động tùy tiện; ông chỉ có thể đơn giản đổi vị trí
Sao Kim và Sao Thủy rồi đặt chúng vào phía bên kia của Mặt Trời, hay đặt
chúng ở bất cứ vị trí nào, khi chúng luôn nằm gần đường thẳng từ Trái Đất
tới Mặt Trời. Trong trường hợp này nếu Mặt Trời là nguồn gốc của mọi ánh
sáng, theo hệ Ptoleme:
Nếu Sao Kim nằm giữa Trái Đất và Mặt Trời, pha của Sao Kim phải
luôn là hình lưỡi liềm hoặc hoàn toàn tối.
Nếu Sao Kim ở phía bên kia Mặt Trời, pha của Sao Kim phải luôn
khuyết hoặc hoàn toàn tròn. Nhưng Galileo quan sát thấy ban đầu Sao Kim
nhỏ và tròn đầy nhưng sau đó lớn lên và có hình lưỡi liềm.
Các nhà thiên văn học thời kỳ này cho rằng nếu các kết quả được chấp
nhận là đúng thì đó là một bằng chứng không thể phủ nhận cho thấy sự sai
lầm của vũ trụ học Ptoleme. Vì thế, nửa sau thế kỷ 17 là thời gian diễn ra
cuộc tranh chấp giữa các mô hình vũ trụ dựa trên hệ thống Tycho của
Tycho Brahe (trong đó Trái Đất vẫn nằm ở trung tâm vũ trụ và Mặt Trời
17
quay quanh nó, nhưng toàn bộ các hành tinh khác quay quanh Mặt Trời
theo rất nhiều hệ ngoại luân), và hệ Copecnic.
2.1.4. Hấp dẫn: Newton và Einstein
Năm 1687, Isaac Newton đưa ra định luật hấp dẫn vũ trụ, cho rằng lực
hấp dẫn là lực khiến Trái Đất và các hành tinh chuyển động trong vũ trụ
cũng như giữ không khí không bị bay đi mất.
Năm 1838, nhà thiên văn học Friedrich Wilhelm Bessel đã đo thành
công thị sai của ngôi sao 61 Cygni, và đây được coi là bằng chứng cuối
cùng cho thấy Trái Đất đang chuyển động.
Từ quan điểm khoa học hiện đại, đặc biệt theo thuyết tương đối rộng
của Einstein, không hề có hệ tham chiếu tuyệt đối, mà chỉ có những hệ
tham chiếu thích hợp hay không thích hợp cho một mục đích quan sát mà
thôi. Một hệ tham chiếu với Trái Đất là trung tâm thích hợp cho những hoạt
động thường ngày và đa số các thực nghiệm khác, nhưng nó lại không phải
là một lựa chọn tốt cho cơ học Hệ Mặt Trời và du lịch không gian. Trong
khi hệ tham chiếu với Mặt Trời ở trung tâm thích hợp hơn cho những
trường hợp đó, thiên văn học thiên hà và ngoại thiên hà dễ tiếp cận hơn nếu
coi Mặt Trời không đứng yên cũng không phải là trung tâm vũ trụ mà đang
quay quanh trung tâm ngân hà.
2.1.5. Thuyết địa tâm ngày nay
Một số tín đồ chính thống Do Thái, Thiên chúa giáo và Hồi giáo vẫn
giải thích theo sách kinh tôn giáo của họ rằng Trái Đất là trung tâm của vũ
trụ - được gọi là thuyết địa tâm hiện đại.
Trong mô hình thiên văn học:
Mô hình địa tâm (Ptoleme) về Hệ Mặt Trời vẫn thường được những
người chế tạo các mô hình thiên văn học ưa chuộng, bởi vì, về lý do kỹ
thuật, cơ cấu chuyển động của các hành tinh kiểu Ptoleme có nhiều ưu thế
18
hơn so với hệ Copecnic. Các mặt cầu thiên thể, được sử dụng cho các mục
đích giảng dạy và thỉnh thoảng cho cả mục đích hoa tiêu cũng vẫn dựa trên
hệ địa tâm.
2.2. Mô hình vũ trụ của Copecnic – Học thuyết nhật tâm:
Trong thiên văn học, mô hình nhật tâm là lý thuyết cho rằng Mặt Trời
nằm ở trung tâm của vũ trụ hay của Hệ Mặt Trời. Từ này (heliocentrism) có
nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp (helios = "Mặt Trời" và kentron = "trung tâm").
Về mặt lịch sử, hệ nhật tâm đối lập với hệ địa tâm và hiện nay là với thuyết
địa tâm hiện đại, cho rằng Trái Đất nằm ở trung tâm (sự phân biệt giữa Hệ
Mặt Trời và Vũ trụ là không rõ ràng cho tới tận thời hiện đại, nhưng đặc
biệt quan trọng cho sự tranh cãi về vấn đề vũ trụ học và tôn giáo). Trong
thế kỷ 16 và 17, khi lý thuyết này được Copecnic, Galileo và Kepler đưa ra
và ủng hộ, nó trở thành trung tâm của một cuộc tranh cãi lớn.
2.2.1. Sự phát triển của thuyết nhật tâm
Quan sát tinh tượng thiên tượng theo thuyết Nhật tâm đông phương.
Đối với bất kỳ một người nào đứng nhìn lên bầu trời, có vẻ rõ ràng rằng
Trái Đất đứng yên vị trong khi mọi vật trên bầu trời mọc và lặn hay quay
quanh nó hàng ngày. Quan sát trong một thời gian lâu hơn, họ sẽ thấy nhiều
chuyển động phức tạp hơn. Mặt Trời chuyển động chậm chạp theo hình
tròn trong năm; các hành tinh có các chuyển động tương tự nhau, nhưng
thỉnh thoảng chúng quay vòng và di chuyển ngược lại trong một khoảng
thời gian (chuyển động lùi). Khi các chuyển động đó ngày càng được tìm
hiểu kỹ hơn, càng ngày càng cần có những miêu tả tỉ mỉ hơn, cách miêu tả
nổi tiếng nhất là hệ Ptoleme, được hình thành từ thế kỷ thứ 2.
Ấn Độ cổ đại:
Những dấu vết sớm nhất về một ý tưởng đi ngược trực giác cho rằng
Trái Đất trên thực tế đang quay quanh Mặt Trời và Mặt Trời là trung tâm
19
của Hệ Mặt Trời (và đó chính là khái niệm của thuyết nhật tâm) đã được
tìm thấy trong nhiều văn bản kinh Vệ Đà tiếng Phạn được viết trong thời
Ấn Độ cổ đại. Yajnavalkya ghi nhận rằng Trái Đất có hình cầu và rằng Mặt
Trời là “trung tâm của vũ trụ” như được miêu tả trong kinh Vệ Đà ở thời
ấy. Trong bài viết về thiên văn học của mình Shatapatha Brahmana cho
rằng: “Mặt Trời treo các thế giới Trái Đất, các hành tinh, khí quyển vào
mình bằng một sợi chỉ”. Ông nhận rằng Mặt Trời lớn hơn nhiều so với Trái
Đất, và đây là điều ảnh hưởng tới khái niệm thuyết nhật tâm sơ khai này.
Ông cũng đã đo chính xác các khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời và
Mặt Trăng bằng 108 lần đường kính các thiên thể đó, khá gần với con số
ngày nay là 107.6 với Mặt Trời và 110.6 với Mặt Trăng. Ông cũng đã miêu
tả một loại lịch trong cuốn Shatapatha Brahmana.
Văn bản Vệ Đà tiếng Phạn Aitareya Brahmana cũng nói rằng: “Mặt
Trời không lặn cũng không mọc”. Khi con người nghĩ rằng Mặt Trời đang
lặn, nó không làm như vậy; vì thế đó là sự hiểu lầm. Văn bản này chỉ ra
rằng Mặt Trời đứng yên (vì thế Trái Đất di chuyển quanh nó), điều này đã
được trình bày chi tiết hơn trong một bản bình luận thời sau Vishnu Purana
(khoảng thế kỷ thứ 1), nói rằng: “Mặt Trời luôn đứng yên, trong ngày. Vì
Mặt Trời luôn đứng yên tại chỗ, nên nó không lặn cũng không mọc”.
Hy Lạp cổ đại:
Ở thế kỷ thứ 4 TCN, trong chương 13 quyển hai bộ Về bầu trời (On the
heavens), Arixtốt đã viết rằng "Ở trung tâm, họ (những người theo trường
phái Pytago) nói là ngọn lửa, và Trái Đất là một trong những ngôi sao, tạo
nên ngày và đêm bởi các chuyển động hình tròn của chúng quanh trung
tâm". Những lý do của sự sắp đặt này là vì triết học dựa trên các nguyên tố
cổ điển chứ không phải khoa học; ngọn lửa có tầm quan trọng lớn hơn Trái
Đất theo quan điểm của trường phái Pytago, và vì lý do này ngọn lửa phải
20
nằm ở trung tâm. Tuy nhiên ngọn lửa trung tâm không phải là Mặt Trời.
Những người theo Pytago tin rằng Mặt Trời cũng như toàn bộ các vật thể
khác đều quay quanh ngọn lửa trung tâm. Arixtốt đã từ bỏ lý thuyết này và
ủng hộ thuyết địa tâm.
Những tính toán của Aristarchus về kích thước so sánh của Trái Đất,
Mặt Trời và Mặt Trăng ở thế kỷ thứ 2 TCN.
Heraclides xứ Pontus (thế kỷ thứ 4 TCN) đã giải thích chuyển động biểu
kiến hàng ngày của các thiên thể thông qua sự tự quay của Trái Đất, và có
lẽ cũng đã nhận ra rằng Sao Thủy và Sao Kim quay quanh Mặt Trời. Tuy
nhiên, người đầu tiên đề xuất hệ nhật tâm là Aristarchus xứ Samos (khoảng
270 TCN). Không may thay những ghi chép của ông về hệ nhật tâm không
còn nữa, nhưng chúng ta có được một số thông tin chủ chốt của hệ thống
này thông qua các tác giả khác (người quan trọng nhất là Archimedes, ông
sống ở thế kỷ thứ 3 TCN và vì thế có được kiến thức trực tiếp từ các tác
phẩm của Aristarchus). Khi Aristarchus viết các tác phẩm của mình, kích
thước Trái Đất đã được Eratosthenes tính toán khá chính xác. Aristarchus
cũng đo đạc kích thước Trái Đất, và kích thước cũng như khoảng cách của
Mặt Trăng và Mặt Trời, chúng được ghi lại trong một bản luận văn may
mắn còn tồn tại. Phương pháp hình học của ông là chính xác, nhưng nó đòi
hỏi phải vượt qua khó khăn khi đo góc giữa Mặt Trời và Mặt Trăng khi Mặt
Trăng nằm ở góc một phần tư thứ nhất và cuối cùng, hơi nhỏ hơn 90 độ.
Aristarchus đã ước tính góc quá rộng và vì thế ước tính kích thước cũng
như khoảng cách của Mặt Trời nhỏ hơn thực tế (dù các con số của ông về
Mặt Trăng khá chính xác). Tuy nhiên, điều quan trọng là cách tiếp cận khoa
học của Aristarchus, và kết luận rằng Mặt Trời lớn hơn nhiều so với Trái
Đất. Có lẽ, như nhiều người đã từng đề xuất, khi xem xét những con số đó
21
Aristarchus đã cho rằng có lẽ cho Trái Đất đang chuyển động thì đúng hơn
là Mặt Trời vĩ đại chuyển động quanh Trái Đất.
Công trình đầu tiên của Aristarchus về hệ nhật tâm không còn nữa và
chỉ được biết tới thông qua ghi chép của những người khác; vì thế ta không
chắc chắn được về sự lý luận của ông với vấn đề đó. Dù có lẽ rằng ông đã
hiểu vấn đề thị sai của các ngôi sao: nếu Trái Đất chuyển động qua những
khoảng cách lớn khi quay quanh Mặt Trời, thì ở khoảng cách gần hơn các
định tinh phải có khác biệt so với khoảng cách xa, tương tự như những quả
đồi ở gần sẽ có vị trí sai khác so với các ngọn núi ở xa khi ta di chuyển.
Aristarchus đã giải thích hiện tượng không quan sát thấy thị sai đó bằng
cách cho rằng các ngôi sao ở những khoảng cách quá xa: khoảng cách mặt
cầu của các định tinh so với quỹ đạo Trái Đất tương tự với bề mặt của một
mặt cầu so với tâm của nó. (Archimedes đã miêu tả và cho rằng lý lẽ này
do Aristachus đưa ra ở lời mở đầu cuốn Người đếm cát). Điều này khiến
các ngôi sao nằm ở khoảng cách rất lớn; dù ông muốn dùng đúng nghĩa
đen, hay chỉ muốn thể hiện một tỷ lệ khoảng cách cực lớn, thì hiện nay ta
cũng không thể xác định chắc chắn điều đó. (Vì cách giải thích của ông tỏ
ra chính xác, dù các khoảng cách là có hạn; thị sai sao chỉ được quan sát
thấy ở thế kỷ 19).
Mô hình nhật tâm của Aristarchus được Archimedes đề cập tới trong
cuốn Người đếm cát. Mục đích của cuốn sách này là chứng minh rằng
những con số cực lớn, thậm chí số lượng những hạt cát đủ để lấp đầy vũ
trụ, cũng có thể được thể hiện bằng toán học và không nên biểu diễn chúng
một cách ước lượng là "vô vàn". Ông đã lấy mô hình vũ trụ rộng lớn nhất
từng có, mô hình vũ trụ Aristarchus, để tính toán số lượng cát cần thiết đổ
đầy vào đó. Chỉ ra rằng về mặt toán học, sẽ không có ý nghĩa gì khi nói về
một tỷ lệ giữa bề mặt của một mặt cầu và tâm của nó, bởi vì nó không có
22
độ rộng lớn, Archimedes kết luận rằng khoảng cách giữa các định tinh có
cùng quan hệ với bán kính của quỹ đạo Trái Đất bởi vì quỹ đạo đó cũng có
quan hệ với chính Trái Đất. Theo những điều kiện đó, chúng ta có thể
chứng minh rằng thị sai sao đã vượt quá khả năng quan sát để phát hiện
thấy của thời kỳ đó, đúng như thực tế. Tuy nhiên, không có dấu hiệu cho
thấy cả Aristarchus hay Archimedes đã thực sự tranh luận vấn đề thị sai sao
và coi đó là cách để xác định việc liệu Trái Đất có thực sự chuyển động
không.
Một nhà thiên văn Hy Lạp khác, Seleucus xứ Seleucia, đã chấp nhận
mô hình nhật tâm của Aristarchus, và theo Plutarch ông đã chứng minh nó.
Ấn Độ trung cổ:
Nhà thiên văn học và toán học người Ấn Độ Aryabhata (476 - 550),
trong kiệt tác Aryabhatiya của mình đã đề xuất một mô hình nhật tâm theo
đó Trái Đất quay quanh trục của nó và các chu kỳ [quỹ đạo] của các hành
tinh cũng được tính toán dựa trên mô hình Mặt Trời đứng yên. Ông cũng là
người đầu tiên khám phá ra rằng ánh sáng từ Mặt Trăng và các hành tinh là
sự phản xạ ánh sáng từ Mặt Trời, và rằng các hành tinh chuyển động theo
một quỹ đạo hình elíp quanh Mặt Trời, và vì thế đề xuất một mô hình [quỹ
đạo] elíp lệch tâm của các hành tinh, dựa theo đó ông đã tính toán chính
xác nhiều hằng số thiên văn học, như những khoảng thời gian nhật thực và
nguyệt thực, và chuyển động ở một thời điểm nào đó của Mặt Trăng (được
thể hiện như một phương trình vi phân). Bhaskara (1114 - 1185) đã mở
rộng mô hình nhật tâm của Aryabhata trong bản luận thiên văn học
Siddhanta-Shiromani của mình, trong đó ông đã đề cập tới định luật hấp
dẫn, khám phá ra rằng các hành tinh không quay quanh Mặt Trời với một
tốc độ đồng nhất, và tính toán chính xác nhiều hằng số thiên văn học dựa
trên mô hình đó, như nhật thực và nguyệt thực, các tốc độ và các chuyển
23
động ở một thời điểm nào đó của các hành tinh. Bản dịch tiếng Ả Rập cuốn
Aryabhatiya của Aryabhata đã có từ thế kỷ thứ 8, trong khi các bản dịch
tiếng Latin mãi tới thế kỷ 13 mới xuất hiện, trước khi Copecnic viết cuốn
Về chuyển động quay của các thiên thể, vì thế có lẽ tác phẩm của
Aryabhata đã có ảnh hưởng trên ý tưởng của Copecnic.
Thế giới Hồi giáo:
Nasir al-Din Tusi, thế kỷ 13, đã phát triển hệ thống hành tinh tiến bộ
nhất thời ấy
Kinh Qur'an nói rằng:
38. Mặt Trời chạy tới điểm ngừng cố định của nó; đó là lệnh của Đấng toàn
năng và Nhà tiên tri.
39. Và Mặt Trăng, chúng ta đã xác định nó trong những pha cho tới khi nó
quay trở lại như một cành cọ khô.
40. Mặt Trời không chạy nhanh hơn Mặt Trăng, cũng như ngày không
nhanh hơn đêm. Mỗi cái đều trôi nổi trên một quỹ đạo.
Nhà khoa học Hồi giáo Ba Tư Nasir al-Din Tusi (1201 - 1274) đã giải
quyết các vấn để chủ yếu trong hệ thống Ptoleme bằng cách phát triển Tusi-
couple thành thứ thay thế cho tâm sai khó hiểu về vật lý của Ptoleme. Nhà
khoa học Hồi giáo Mu'ayyad al-Din al-'Urdi đã phát triển bổ đề Urdi (Urdi
lemma). Nhà thiên văn học Hồi giáo Ả Rập ibn al-Shatir (1304 - 1375),
trong tác phẩm Kitab Nihayat as-Sul fi Tashih al-Usul (Tìm hiểu lần cuối
về sự sửa chữa Lý thuyết hành tinh) của mình đã loại bỏ tâm sai bằng cách
đưa ra một ngoại luân nữa, thoát khỏi hệ thống của Ptoleme theo cách sau
này Copecnic cũng đã thực hiện. Ibn al-Shatir đề xuất một hệ chỉ tương tự
với mô hình địa tâm, chứ không hoàn toàn chính xác như vậy, khi đã chứng
minh theo lượng giác rằng Trái Đất thực sự không phải là trung tâm vũ trụ.
24
Sự sửa đổi của ông sau này đã được dùng lại trong mô hình Copecnic, cùng
với Tusi-couple và bổ đề Urdi.
Những bản ghi chép còn sót lại về Tusi, al-Urdi và Ibn al-Shatir đều
thuộc mô hình địa tâm, theo chiều hướng cho rằng Trái Đất đứng yên (thậm
chí nếu nó không ở chính trung tâm của mọi chuyển động). Vai trò của
những lý thuyết này đối với sự phát triển thuyết nhật tâm sau này hiện vẫn
chưa được hiểu rõ.
Châu Âu phục hưng:
Nicolaus Copecnic, thế kỷ 16, đã mang lại những bước tiến bộ lớn cho
mô hình nhật tâm.
Pythagoras và Philolaus:
Cần lưu ý quan niệm thông thường ở phương Tây cho rằng trước
Copecnic khái niệm hệ nhật tâm chưa bao giờ xuất hiện, hay không được
biết tới ở châu Âu là sai lầm. Không chỉ vì những văn bản tiếng Ả Rập
ngày càng được dịch nhiều sang tiếng Latin sau thế kỷ 11 (nhờ ngày càng
có nhiều sự tiếp xúc với thế giới Ả Rập Hồi giáo do những chiến binh thập
tự chinh mang lại), mà còn bởi những nhà thám hiểm, các thương gia xuất
hiện nhiều hơn ở châu Âu (có điều kiện thuận lợi hơn nhờ Pax Mongolica)
khiến phương Tây biết được về truyền thống ủng hộ thuyết nhật tâm ở Ấn
Độ với chi tiết như được trình bày ở trên. Và tất nhiên các học giả biết rõ về
những cuộc tranh luận của Aristarchus và Philolaus, cũng như việc nhiều
nhà tư tưởng cổ đại khác đã đề xuất (hay được cho là đã đề xuất) mô hình
nhật tâm hay các quan điểm gần thuyết nhật tâm, Copecnic tất nhiên cũng
biết điều này. Hơn nữa, một số nhà tư tưởng châu Âu cũng đã tranh luận về
thuyết nhật tâm từ thời Trung Cổ: ví dụ Nicolas Oresme và Nicholas of
Cusa. Tuy nhiên, đối với đa số các học giả ở giai đoạn này, thuyết nhật tâm
có một vấn đề lớn và dễ nhận thấy: theo trực giác thông thường, nếu Trái
25
Đất quay quanh trục và chuyển động quanh Mặt Trời, con người và đồ vật
ở trên đó sẽ có xu hướng rơi hay bay vào vũ trụ; một vật thể rơi xuống từ
trên tháp sẽ chạm đất ở đằng Tây xa phía sau tháp bởi vì tháp đã quay đi
cùng Trái Đất; và các ví dụ tương tự. Một câu trả lời cho những vấn đề đó
đòi hỏi con người phải có hiểu biết sâu hơn về vật lý.
Dù có những vấn đề như vậy, ở thế kỷ 16, lý thuyết nhật tâm được
Nicolaus Copecnic làm sống lại, ở hình thức thích hợp với những quan sát
thực tế thời đó. Lý thuyết này đã giải quyết các vấn đề về chuyển động lùi
của hành tinh bằng cách lập luận rằng chuyển động đó chỉ là cái quan sát
thấy bên ngoài và là chuyển động biểu kiến, chứ không phải chuyển động
thực tế: đó là một hiệu ứng thị sai, giống như khi ta vượt qua một chiếc xe
thì ta có cảm giác chiếc xe đó đang chuyển động lùi về phía chân trời. Vấn
đề này cũng đã được giải quyết trong hệ thống địa tâm của Tycho Brahe;
tuy nhiên, trong khi tìm cách bỏ đi các ngoại luân ông vẫn giữ lại và coi
chuyển động tiến lùi của các hành tinh là chuyển động thực tế, chuyển động
này được Kepler cho rằng có đặc điểm giống một "hình xoắn". Trong khi
phát triển các lý thuyết của mình về chuyển động hành tinh, có lẽ Copecnic
đã lấy ý tưởng từ trong các công trình của nhà thiên văn học người Ấn Độ
là Aryabhata cho về thuyết nhật tâm của mình, và các nhà khoa học thiên
văn học Hồi giáo Nasir al-Din Tusi, Mu'ayyad al-Din al-'Urdi và ibn al-
Shatir để giải quyết các vấn đề quan trọng trong hệ thống Ptoleme.
2.2.2. Những tranh cãi tôn giáo về thuyết nhật tâm
Ngay từ thời Aristarchus, ở châu Âu ý tưởng nhật tâm đã bị chối bỏ vì
bị coi là phản tôn giáo. Tuy vậy, vấn đề này không mang bất kỳ ý nghĩa
quan trọng nào trong gần 2000 năm. Nicolaus Copecnic đã xuất bản cuốn
De Revolutionibus mang ý nghĩa quyết định về hệ thống của ông năm
1543. Copecnic đã bắt đầu viết nó năm 1506 và hoàn thành năm 1530,
26
nhưng không cho xuất bản tới tận khi ông sắp qua đời. Dù ông có danh
tiếng tốt với nhà thờ và đã đề tặng một cuốn sách cho Giáo hoàng Paul III,
cuốn sách được in ra vẫn có phần lời nói đầu không có chữ ký của Osiander
cho rằng hệ thống này chỉ đơn giản là một cách thức toán học và không có
ý định phủ định cho thực tế. Có lẽ vì phần lời nói đầu này, tác phẩm của
Copecnic gây ra ít cuộc tranh luận về việc nó có phải là một cuốn sách dị
giáo hay không trong 60 năm sau đó. Thuật ngữ thời ấy cho một cách thức
tính toán hoàn toàn hư cấu như vậy là giả thuyết. Để hiểu được các cuộc
tranh cãi trong vòng 100 năm sau, cần nhớ rằng ý nghĩa hiện đại, một ý
tưởng cần được xác nhận hay phủ nhận bởi thực nghiệm, đã chưa xuất hiện
cho tới mãi về sau này. Từ sớm trong những tín đồ Dòng tu Dominic đã có
đề xuất cần cấm giảng dạy cuốn sách đó, nhưng dù sao việc này vẫn không
xảy ra. Tuy nhiên trong thế kỷ 16, một số người Tin lành đã kịch liệt phản
đối nó. Martin Luther từng nói: “Đã có những lời nói về một nhà chiêm
tinh mới, người muốn chứng minh rằng Trái Đất chuyển động và tự xoay
quanh trục chứ không phải bầu trời, Mặt Trời, Mặt Trăng, cũng như nếu có
một người đang ngồi trong một toa xe hay trên một chiếc tàu chuyển động
sẽ thấy rằng anh ta đang đứng yên trong khi Trái Đất và cây cối chuyển
động quanh mình. Nhưng đó là cách mọi thứ đang diễn ra ngày nay: khi
một người muốn trở nên thông minh, anh ta sẽ cần phải phát minh ra một
thứ gì đó đặc biệt, và cách thức thực hiện điều đó cũng phải là tốt nhất! Kẻ
ngu muốn đảo lộn toàn bộ trật tự thiên văn học. Tuy nhiên, như Kinh
Thánh linh thiêng đã dạy chúng ta, cũng như Joshua đã ra lệnh cho Mặt
Trời đứng yên chứ không phải Trái Đất”.
Những câu này được nói ra trong bối cảnh một cuộc tranh luận ở bữa
ăn tối và không phải là một tuyên bố chính thức về đức tin. Tuy nhiên,
Melanchthon đã phản đối học thuyết ấy trong nhiều năm.
27
Tuy nhiên, cùng với thời gian, nhà thờ Công giáo bắt đầu tỏ thái độ
cứng rắn hơn trong việc bảo vệ quan điểm địa tâm. Giáo hoàng Urban VIII,
người từng đồng ý cho Galileo xuất bản một cuốn sách về hai lý thuyết thế
giới, đã trở thành thù địch với Galileo; có ý kiến cho rằng Giáo hoàng nghĩ
Galileo đã nhạo báng ông trong cuốn Đối thoại về hai hệ thống chính của
thế giới, dù không có nhiều bằng chứng về điều đó. Nhân vật đại diện cho
cho các quan điểm truyền thống trong cuộc đối thoại được đặt tên là
“Simplicio”, theo tên nhà triết học cổ điển Simplicius, người thời ấy được
những tín đồ chủ nghĩa Plato mới kính trọng. Cuối cùng, nhà thờ Cơ đốc
trở thành phái đối chọi chủ chốt của quan điểm nhật tâm.
Hệ thống được ưa chuộng là hệ Ptoleme, trong đó Trái Đất nằm ở trung
tâm vũ trụ và mọi thiên thể đều quay quanh nó. Không nên lẫn lộn việc Cơ
đốc giáo ủng hộ thuyết địa tâm với ý tưởng về một Trái Đất phẳng, là cái
chưa từng được nhà thờ ủng hộ. Hệ Tycho đã sắp đặt ổn thỏa các vị trí của
mô hình địa tâm, trong đó Mặt Trời quay quanh Trái Đất, trong khi các
hành tinh quay quanh Mặt Trời giống như mô hình của Copecnic. Những
nhà thiên văn học dòng Tên tại Roma ban đầu không đồng ý với hệ thống
của Tycho; người nổi bật nhất là Clavius, ông đã bình luận rằng Tycho đã
“lẫn lộn mọi thứ trong thiên văn học, bởi vì ông muốn đặt Sao Hỏa thấp
hơn Mặt Trời”. Nhưng khi cuộc tranh cãi ngày càng phát triển và nhà thờ
có quan điểm cứng rắn hơn về các ý tưởng của Copecnic sau năm 1616,
phái dòng Tên quay sang ủng hộ việc giảng dạy ý tưởng của Tycho; sau
năm 1633, việc sử dụng hệ thống này hầu như đã trở thành bắt buộc. Vì tội
đã đề xuất thuyết nhật tâm, Galileo đã bị quản thúc tại gia trong nhiều năm.
Tuy nhiên, nhà thần học đồng thời cũng là một mục sư Thomas
Schirrmacher, đã biện hộ: “Trái với truyền thuyết, hệ thống của Galileo và
Copernican đã được các quan chức nhà thờ rất quan tâm. Galileo là nạn
28
nhân của chính tính kiêu ngạo của mình, sự đố kị của các bạn đồng nghiệp
và quan điểm chính trị của Giáo hoàng Urban VIII. Ông bị buộc tội không
phải vì đã chỉ trích Kinh thánh, mà vì đã bất tuân lệnh của giáo hoàng”.
Các nhà khoa học Cơ đốc cũng nói: "Rõ ràng rằng việc đánh giá Galileo
hay Copecnic là dị giáo không hề có ý nghĩa gì về mặt thần học hay tổng
quát", (Heilbron 1999). Ở thế kỷ 17 Galileo Galilei đã mạnh mẽ ủng hộ
thuyết nhật tâm.
Những cách giải thích về thần học này dù thực sự có xuất hiện hay
không bên trong nhà thờ ở thời Galileo có thể sẽ được xác định từ đoạn văn
về cuộc điều tra khi nhà thờ tìm cách buộc tội Galileo năm 1633. Trong
những lời buộc tội chính thức từ cuộc điều tra ông không bị kết tội vi phạm
mệnh lệnh của Giáo hoàng; thay vào đó, họ buộc tội ông đã tin vào “một
học thuyết sai trái do nhiều người giảng dạy, nói rõ ra là Mặt Trời bất động
ở trung tâm thế giới và Trái Đất chuyển động”. Trong khi thẩm vấn,
Galileo đã bị đặt câu hỏi (ngày đầu tiên) ông đã nhận được những mệnh
lệnh gì trong năm 1616 (rõ ràng ám chỉ tới cái mệnh lệnh được kể tới ở
trên) nhưng ông cũng phải trả lời (ngày thứ tư) về những niềm tin vào hệ
thống Copecnic của mình. Lời tuyên án cuối cùng hoàn toàn trùng hợp với
bản cáo trạng: ông phải tự “hoài nghi mãnh liệt về sự dị giáo” nhưng không
hề có lời đề cập tới sự bất tuân với một mệnh lệnh đặc biệt nào đó.
Chính Hồng y Robert Bellarmine đã coi mô hình của Galileo có “ý
nghĩa tuyệt vời” trong việc làm đơn giản hoá toán học; có nghĩa là, như một
“giả thuyết”. Và ông nói:
“Nếu có một bằng chứng thực sự cho thấy Mặt Trời nằm ở trung tâm
vũ trụ, rằng Trái Đất nằm trên mặt cầu [tầng trời] thứ ba, thì chúng ta cần
rất thận trọng khi giải thích các trích đoạn trong Kinh thánh, với lời dạy trái
ngược, và vì thế chúng ta nên nói rằng ta không hiểu được chúng chứ
29
không nên tuyên bố đó là ý kiến sai lầm khi nó đã được chứng minh là
đúng. Nhưng tôi không nghĩ có bất kỳ một bằng chứng nào như vậy bởi vì
chưa có ai cho tôi thấy được nó”.
Vì thế ông ủng hộ lệnh cấm giảng dạy ý tưởng đó dưới bất cứ tên gọi
nào mà chỉ được coi là giả thuyết. Năm 1616 ông chuyển cho Galileo một
mệnh lệnh của Giáo hoàng không được “ủng hộ hay bảo vệ” ý tưởng nhật
tâm. Trong những cuộc tranh luận trước khi có lệnh cấm, ông giữ lập
trường ôn hoà, bởi vì nhóm Dominic muốn cấm việc giảng dạy thuyết nhật
tâm ở mọi hình thức. Phiên toà xử tội dị giáo của Galileo diễn ra năm 1633,
đưa ra những sự phân biệt rõ ràng giữa “giảng dạy” và “ủng hộ và bảo vệ
coi đó là đúng”.
Sự phản đối chính thức thuyết nhật tâm của nhà thờ không phải là sự
phản đối với toàn bộ ngành thiên văn học; quả vậy, họ cần các dữ liệu quan
sát thiên văn để điều chỉnh bộ lịch của mình. Để ủng hộ các nỗ lực quan sát
đó, họ cho phép sử dụng chính các giáo đường làm đài quan sát thiên văn.
Năm 1664, Giáo hoàng Alexander VII đã xuất bản cuốn Index
Librorum Prohibitorum Alexandri VII Pontificis Maximi jussu editus gồm
toàn bộ những lời chỉ trích từ trước với các cuốn sách về hệ địa tâm. Một
bản copy có chú giải cuốn Principia của Isaac Newton đã được hai linh mục
le Seur và Jacquier của dòng Franciscan Minims, hai nhà toán học Cơ đốc
giáo với lời nói đầu cho rằng công trình của tác giả có vẻ ủng hộ thuyết
nhật tâm và không thể được giải thích nếu không có giả thuyết. Giáo hoàng
Benedict XIV ngừng lệnh cấm các tác phẩm viết về hệ nhật tâm ngày 16
tháng 4 năm 1757 dựa trên công trình của Issac Newton. Giáo hoàng Pius
VII đã đồng ý với nghị định năm 1822 của Giáo đoàn điều tra linh thiêng
cho phép in các cuốn sách về lý thuyết nhật tâm tại Roma.
30
2.2.3. Quan điểm của khoa học hiện đại
Sự nhận thức rằng, theo một nghĩa chặt chẽ, quan điểm nhật tâm cũng
không hoàn toàn chính xác đã được từng bước hoàn thành. Rằng Mặt Trời
không phải là trung tâm của vũ trụ, mà chỉ là một trong vô số những ngôi
sao, đã được Giordano Bruno, một người theo chủ nghĩa thần bí tán thành;
Galileo cũng có cùng quan điểm, nhưng ông hiếm khi đề cập tới vấn đề
này, có lẽ vì không muốn gây gổ với nhà thờ. Trong thế kỷ 18 và 19, địa vị
Mặt Trời chỉ làm một trong số nhiều ngôi sao khác dần trở nên rõ rệt. Tới
thế kỷ 20, thậm chí trước khi con người khám phá ra rằng có nhiều hệ ngân
hà, đây không còn là một vấn đề gây tranh cãi nữa.
Thậm chí nếu cuộc tranh luận chỉ giới hạn trong Hệ Mặt Trời, Mặt Trời
không nằm ở trung tâm hình học của bất cứ quỹ đạo của hành tinh nào, mà
nói chính xác hơn, nó nằm ở một tiêu điểm của quỹ đạo hình elíp. Hơn nữa,
khi mở rộng ra rằng khối lượng của một hành tinh không thể bị bỏ qua khi
so sánh với khối lượng của Mặt Trời, tâm hấp dẫn của Hệ Mặt Trời hơi
dịch chỗ ra khỏi tâm Mặt Trời. (Các khối lượng của các hành tinh, chủ yếu
là Sao Mộc, bằng khoảng 0,14% so với khối lượng Mặt Trời). Vì thế một
nhà thiên văn học lý thuyết trên một ngoại hành tinh sẽ quan sát thấy hiện
tượng “lắc lư”.
Từ bỏ toàn bộ quan điểm “đứng yên” có liên quan tới nguyên lý tương
đối. Trong khi, thừa nhận một vũ trụ không biên giới, rõ ràng rằng không
có vị trí ưu tiên trong vũ trụ, cho tới khi sự thừa nhận thuyết tương đối hẹp
của Albert Einstein, ít nhất sự tồn tại của một lớp ưu tiên trong các hệ quán
tính tuyệt đối “đứng yên” được công nhận, đặc biệt ở hình thức các lý
thuyết aether truyền ánh sáng. Một số hình thức Mach's principle coi hệ
quy chiếu là đứng yên và có xem xét tới các khối lượng trong vũ trụ có các
đặc tính đặc biệt.
31
Thuật ngữ “địa tâm” và “nhật tâm” ngày nay
Trong cách thức tính toán hiện đại, gốc và hướng của một hệ tọa độ
thường phải được lựa chọn. Vì các lý do thực tiễn, các hệ tọa độ có gốc tại
trung tâm khối lượng Trái Đất, khối lượng Mặt Trời hay trung tâm khối
lượng của Hệ Mặt Trời thường được sử dụng. Tính từ “địa tâm” hay “nhật
tâm” có thể được sử dụng trong ngữ cảnh này. Tuy nhiên, sự lựa chọn các
hệ tọa độ như vậy không hề có những liên quan triết học hay vật lý.
Fred Hoyle đã viết: “Mối quan hệ giữa hai mô hình [địa tâm và nhật tâm]
được đơn giản hóa thành một sự chuyển đổi hệ tọa độ bình thường và đó
chính là nguyên tắc cơ bản lý thuyết của Einstein cho rằng bất kỳ hai cách
tiếp cận nào đối với thế giới có quan hệ với nhau bởi một sự chuyển đổi hệ
quy chiếu thì hoàn toàn tương tự với nhau từ quan điểm vật lý”.
32
CHƯƠNG 3: CÁC MÔ HÌNH VŨ TRỤ HIỆN ĐẠI
3.1. Mô hình vũ trụ của Einstein – De Sitter (1932)
Nội dung mô hình Einstein – De Sitter:
Hồi năm 1931, Albert Einstein đã thực hiện một chuyến đi đến Hoa Kỳ
trong vòng 3 tháng. Lấy cảm hứng từ cuộc gặp gỡ với nhà vật lý thiên văn
học Edwin Hubble, ông đã bắt đầu có suy nghĩ mới về vũ trụ. Sau 4 ngày suy
nghĩ và viết lại những suy luận của mình, Einstein đã đưa ra lập luận mới
mang tên “Thuyết tương đối tổng quát về vấn đề nguồn gốc vũ trụ” nhằm lý
giải về mô hình của vũ trụ đầu tiên là sẽ giãn nở với một điểm kỳ dị vào lúc
đầu và cuối cùng sẽ co hẹp lại rồi kết thúc. Nói cách khác, sau vụ nổ Big
Bang (Vụ Nổ Lớn) hình thành vũ trụ sẽ đến một Big Crunch (vụ co lớn) để
rồi kết thúc vũ trụ.
Đến năm 1932, Einstein và nhà toán học Willem De Sitter đã dựa trên
các ghi chép cũ và chính thức công bố lập luận của ông đến giới khoa học.
Mới đây, trang mạng ArXiv đã dịch văn bản bị thất lạc nói trên sang tiếng
Anh và lý giải về những ý tưởng về vũ trụ do Einstein đề xuất. Ban đầu,
Einstein thừa nhận rằng kết cấu không, thời gian của vũ trụ phát triển theo
dạng đường cong dương tính. Đây chính là điểm chính trong mô hình trạng
thái ổn định của vũ trụ do Einstein đề xuất.
33
Hình 2: Mô hình vũ trụ theo lập luận năm 1932 của Einstein
Tuy nhiên, sau đó Einstein lại cho rằng có thể vũ trụ có thể phát triển
dạng dương, chững lại theo đồ thị dạng bằng phẳng hoặc cũng có thể suy
giảm. Lập luận trên đã được trình bày trong văn bản do Einstein và De Sitter
đồng thời công bố vào năm 1932. Một trong những điểm thú vị nhất trong lập
luận trên chính là Einstein đã dùng mô hình này để tính toán ra kích thước của
vũ trụ.
Theo đó, vũ trụ sẽ có bán kính là 10^8 năm ánh sáng hoặc 9, 5x10^25
cm (bậc của lũy thừa nhỏ hơn so với ngày nay). Để có thể hình thành ước tính
như trên, Einstein đã ước tính tuổi của vũ trụ vào khoảng 10 tỷ năm (ước tính
hiện nay là khoảng 14 tỷ năm).
3.2. Mô hình Big Bang
Sự giải thích nguồn gốc của vũ trụ luôn là đề tài gây nhiều tranh cãi ở
mọi thời đại. Bởi vì nó không chỉ mang ý nghĩa đơn thuần về mặt khoa học
mà còn có ý nghĩa về mặt thế giới quan và phương pháp luận khoa học. Có
34
nhiều giả thuyết về nguồn gốc của vũ trụ nhưng trong thế kỉ XX thuyết được
nhiều người chấp nhận đó là thuyết Big Bang. Bài viết này sẽ giới thiệu một
cách sơ lược về thuyết này.
3.2.1.Thuyết Big Bang là gì?
Dựa trên lý thuyết của ngành vật lý các hạt cơ bản, qua những phương
tiện quan sát, tính toán và kết quả thực nghiệm trong những máy gia tốc, vật
lý thiên văn hiện đại cho rằng vũ trụ được tạo ra cách đây khoảng 15 tỷ năm
do một vụ nổ nguyên thuỷ vĩ đại gọi là Big Bang (Vụ Nổ Lớn). Vũ trụ nguyên
thuỷ chỉ là một đám sương mù mờ ảo. Theo những nghiên cứu của thiên văn
học hiện đại, những thiên thể như sao, các hành tinh được hình thành từ
những đám khí khổng lồ bị co và đông lại vì sức hút của trường hấp dẫn trong
đám khí, rồi sau đó nổ tung ra.
Năm 1985 có một nhà vật lý đã nhận xét tại hội nghị khoa học: “Việc vũ
trụ khởi đầu với Big Bang khoảng 15 tỷ năm trước cũng chắc chắn như Trái
Đất quay xung quanh Mặt Trời”. Vậy thuyết Big Bang như thế nào mà mà họ
tin tưởng như vậy?
Chúng ta cấu thành từ cái gì? Vũ trụ đã bắt đầu như thế nào? Tại sao nó
lại hành xử theo kiểu của nó? Chúng ta hãy cùng nhau khảo sát những câu hỏi
này và bước vào thế giới của những cái rất, rất nhỏ - ngành vật lí hạt cơ bản.
Không nên hình dung rằng Big Bang giống như vụ nổ của một quả pháo
khổng lồ, mà bạn có thể đứng lảng ra một bên để quan sát. Ở đây không có
một bên nào hết, vì Big Bang là biểu hiện ra đời của chính không gian, thời
gian. Bây giờ chúng ta chúng ta hãy xem cái gì đã xảy ra sau Vụ Nổ Lớn ở
các khoảng thời gian khác nhau.
Từ điểm Zero Big Bang đến 10-43 s. Trong khoảng thời gian cực nhỏ
nhưng quan trọng này chúng ta mới biết được rất ít, bởi vì các định luật vật
lý, như chúng ta đã biết, đều không đúng ở đây.
35
Ở 10-43 s. Nhiệt độ của vũ trụ khoảng 1023 K và vũ trụ dãn nở rất
nhanh. Khi đó quá trình dãn nở rất nhanh, nhiệt độ giảm đều cho tới khi đạt
tới giá trị hiện nay khoảng 3 K.
Từ 10-43 s đến 10-35 s. Trong khoảng thời gian này, các lực mạnh, lực
yếu và lực điện từ tác dụng như một lực duy nhất được mô tả bởi lý thuyết
Thống nhất lớn, còn lực hấp dẫn tác dụng tách rời như hiện nay.
Từ 10-35 s đến 10-10 s. Lực mạnh tách ra, để lại lực điện từ, lực yếu và
hấp dẫn vẫn còn tác dụng như một lực duy nhất.
Từ 10-10 s đến 10-5 s. Tất cả bốn lực đều tách biệt ra như hiện nay. Vũ
trụ như một “món súp nóng” gồm các quark, leptôn và photon.
Từ 10-5 s đến 3 phút. Các quark kết hợp để tạo nên các mezon và
barion. Vật chất và phản vật chất huỷ nhau quét đi phản vật chất và chỉ để
lại một lượng dư nhỏ vật chất, từ đó tạo nên vũ trụ của chúng ta hiện nay.
Từ 3 phút đến 105 năm. Các prôton và nơtron kết hợp để tạo ra các
nucleit nhẹ và với độ phổ cập đồng vị đúng như hiện nay. Vũ trụ là một
plasma của các hạt nhân và electron.
Từ 105 năm đến nay. Bắt đầu thời kỳ này các nguyên tử được tạo thành.
Vũ trụ trở nên trong suốt đối với các photon và bức xạ. Từ đây chúng bắt
đầu một hành trình dài dằng dặc và nay mới đến được chúng ta như bức xạ
nền vi ba. Rồi các các nguyên tử cụm lại để tạo ra các thiên hà, sau đó là
các sao và các hành tinh, rồi hình thành chính bản thân chúng ta.
3.2.2. Lịch sử hình thành thuyết Big Bang
Có thể nói thuyết Big Bang là trí tuệ chung của nhiều nhà khoa học,
được hình thành qua nhiều giai đoạn khác nhau, ở những địa danh khác
nhau, mỗi giai đoạn có một cha đẻ tương ứng. Ta hãy lần lượt điểm qua các
địa danh và cha đẻ của nó.
36
a) Người cha thiên tài Albert Einstein (1879 - 1955) đứa con vũ trụ dãn
nở mà lý thuyết tương đối tổng quát của mình đã đưa ra. Theo quan niệm
lúc bấy giờ tất cả mọi người, dù là vĩ nhân hay thứ dân đều nghĩ rằng vũ trụ
là dừng, là bất biến không thay đổi. Chính trên quan niệm đó mà Einstein
đã rất bối rối khi tìm ra các nghiệm phương trình của chính mình, đúng ra
là hai nghiệm mô tả vũ trụ hoặc là đang dãn nở hoặc là co lại. Ông đã chữa
cháy bằng cách thêm vào phương trình của mình một số hạng chứa “Hằng
số vũ trụ” để được một nghiệm mô tả vũ trụ dừng. Vài năm sau chính
Einstein phải thừa nhận rằng: “Đây là sai lầm đẹp nhất trong đời (khoa học)
của tôi”.
b) Người cha bị rơi vào quên lãng Alexxandro Fried Mann (1888 -
1925). Bởi chính ông là một nhà khoa học nghiên cứu các vấn đề khí động
học phục vụ pháo binh. Vào năm 1920, ông bắt đầu làm quen với các
phương trình Einstein. Fried Mann đã loại bỏ ngay “Số hạng vũ trụ”. Bằng
giấy và bút chì ông đã giải được các phương trình Einstein. Tất cả các
nghiệm được chia làm hai loại, dẫn đến hai mô hình vũ trụ dãn nở mãi mãi
hoặc vũ trụ dãn nở đến một thời điểm nào đó rồi co lại do lực hấp dẫn lấn át
xu hướng dãn nở. Như vậy trong trường hợp thứ hai toàn bộ vật chất sẽ tập
trung tại một điểm, thể tích bằng không, siêu đặc, rồi sau đó vũ trụ lại tham
gia vào một pha dãn nở mới, rồi co lại, cứ như vậy. Đồng thời ông cũng
tính được tuổi thọ của vũ trụ là 10 tỷ năm. Một kết quả đáng quý vào thời
điểm bấy giờ. Nhưng tiếc thay Fried Mann không tiếp tục mà ông lại quay
trở về công việc ban đầu của mình.
c) Người cha chính thức Greorges Lemaltre (1894 - 1966) là một vị linh
mục người Bỉ, đồng thời là một nhà khoa học rất lớn, Lemaltre phát hiện ra
các công trình của nhiều nhà thiên văn Mỹ, trong đó có Edwin Hubble và
rút ra kết luận là trong vũ trụ tồn tại nhiều thiên hà và các thiên hà đang
37
chạy xa nhau với vận tốc lớn, bởi vì vũ trụ đang dãn nở. Ngoài ra Lemaltre
đưa thêm một ý tưởng thiên tài rằng: vũ trụ có một thời điểm khởi đầu.
d) Người cha lơ đãng George Gamow (1904 - 1968): Vào những năm
40 vật lý hạt nhân đang còn ở giai đoạn thiếu thời, không ai có thể tin được
ý tưởng siêu nguyên tử nguyên thuỷ của Lemaltre. Người ta cho rằng có thể
lúc đầu toàn bộ vật chất vũ trụ tồn tại dưới dạng một khối nơtron lạnh giá,
một loại Vụ Nổ Lớn lạnh. Gamow về phần mình lại tin vào Vụ Nổ Lớn
nóng, nóng khủng khiếp và đã giải thích được tỷ lệ các nguyên tố hoá học
trong thiên nhiên: 72% Hiđrô, 7% Hêli còn tất cả những nguyên tố nặng
hợp lại không đến 1%. Gamow cùng các đồng nghiệp cũng đã đề cập đến
trụ cột thứ ba của thuyết Vụ Nổ Lớn bằng cách cho rằng ngày nay vẫn phải
còn tồn tại một dấu vết gì đó của nồi xúp nguyên thuỷ, đó là bức xạ “hoá
thạch” soi sáng tận cùng sâu thẳm của vũ trụ. Ông cũng tính được bức xạ
này có nhiệt độ là 5 K. Đáng tiếc lúc bấy giờ điều tiên đoán này chẳng
được ai quan tâm. Mãi đến năm 1965 mới có hai thanh niên nhảy lên vũ đài
và đem lại thắng lợi lớn cho thuyết Vụ Nổ Lớn của Gamow.
Như vậy bằng trí tuệ thiên tài, các nhà Thiên văn Vật lý đã đưa ra một
mô hình lý thuyết về Vụ Nổ Lớn Big Bang có sức thuyết phục nhất từ trước
đến nay. Cho đến thời điểm này thì bằng những quan sát, thực nghiệm họ
đã chứng minh được lý thuyết đã đưa ra là đúng đắn.
3.2.3. Các chứng cứ thực nghiệm:
Nói chung, có ba bằng chứng chủ yếu ủng hộ lý thuyết Vụ Nổ Lớn về
nguồn gốc vũ trụ. Đó là định luật Hubble cho thấy sự giãn nở của vũ trụ
dựa trên sự dịch chuyển đỏ của các thiên hà; việc tìm ra bức xạ phông vi
sóng vũ trụ; và sự thống trị của các nguyên tố nhẹ. Hơn nữa, các hàm liên
kết của các cấu trúc tại các nấc thang vĩ mô của vũ trụ hoàn toàn trùng
khớp với lý thuyết Vụ Nổ Lớn.
38
3.2.3.1. Định luật Hubble về sự giãn nở của vũ trụ
Các quan sát về các thiên hà và các quasar xa xôi cho thấy rằng quang
phổ của ánh sáng từ chúng phát ra bị dịch chuyển về phía các ánh sáng có
bước sóng dài hơn (dịch chuyển đỏ) và sự dịch chuyển đó tỉ lệ với khoảng
cách giữa chúng. Sự dịch chuyển quang phổ ánh sáng được phát ra từ thiên
thể được so sánh với các vạch quang phổ phát xạ hoặc hấp thụ của nguyên
tử của các nguyên tố tương tự đã biết. Sự dịch chuyển đỏ này được giải
thích bằng hiệu ứng Doppler đối với ánh sáng khi nguồn phát chuyển động
ra xa nguồn thu. Sự dịch chuyển về phía bước sóng dài tỉ lệ với khoảng
cách và hiện này được biểu diễn bằng định luật Hubble.
3.2.3.2. Bức xạ phông vũ trụ
Lý thuyết Vụ Nổ Lớn tiên đoán về sự tồn tại của bức xạ phông vi sóng
vũ trụ được tạo thành từ các photon phát ra từ giai đoạn sinh hạt baryon. Vì
vũ trụ thời kỳ sơ khai ở trạng thái cân bằng nhiệt động, nên nhiệt độ của
bức xạ và plasma bằng nhau cho đến khi plasma tái hợp. Trước khi nguyên
tử được hình thành thì bức xạ bị hấp thụ và tái phát xạ theo mọi hướng
trong một quá trình tương tự tán xạ Compton: vũ trụ vào giai đoạn sơ khai
không trong suốt với ánh sáng.
Hình 3: Ảnh chụp bức xạ phông vũ trụ
39
Tuy nhiên, sau đó nhiệt độ của vũ trụ bị giảm đi do giãn nở làm cho
nhiệt độ xuống thấp hơn 3000 K, tại nhiệt độ này thì điện tử và hạt nhân kết
hợp với nhau để tạo ra nguyên tử và các plasma nguyên thủy bị biến thành
khí trung hòa. Quá trình này được gọi là quá trình giải phóng quang tử. Một
vũ trụ chỉ gồm các nguyên tử trung hòa cho phép bức xạ truyền qua mà
không bị cản trở nhiều. Vì tại các giai đoạn sớm, vũ trụ ở trong trạng thái
cân bằng nhiệt động nên bức xạ từ thời điểm này có phổ phân bố giống như
phổ phát xạ của một vật đen được truyền một cách tự do cho đến ngày nay
sẽ bị dịch chuyển đỏ theo định luật Hubble. Bức xạ đó phải được giống
nhau theo mọi hướng trong không gian.
Năm 1964, Arno Penzias và Robert Wilson đã phát hiện ra bức xạ
phông vũ trụ khi họ tiến hành nghiên cứu một máy thu tín hiệu vi sóng ở
phòng thí nghiệm Bell. Khám phá của họ đã khẳng định tiên đoán về bức
xạ phông vũ trụ, một bức xạ đẳng hướng và đồng nhất phân bố giống như
phổ phát xạ của vật đen có nhiệt độ khoảng 3 K. Penzias và Wilson được
trao giải Nobel về vật lý nhờ khám phá này.
Năm 1989, cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ NASA đã phóng vệ tinh
thăm dò phông vũ trụ (COBE), các kết quả ban đầu quan sát được rất phù
hợp với các tiên đoán của lý thuyết Vụ Nổ Lớn liên quan đến bức xạ phông
vũ trụ. COBE đã tìm thấy nhiệt độ dư là 2,76 K và xác định được rằng bức
xạ đó là đẳng hướng với độ chính xác 10-5. Vào những năm 1990, tính dị
hướng của bức xạ phông vũ trụ được nghiên cứu rất chi tiết bằng rất nhiều
các thí nghiệm và kết quả là về mặt hình học, vũ trụ là phẳng.
Vào đầu năm 2003 các kết quả từ vệ tinh dị hướng vi sóng Wilkinson
(WMAP) được phóng và đã thu được các giá trị chính xác nhất về các
thông số vũ trụ. Vệ tinh này cũng loại bỏ một số mô hình lạm phát vũ trụ
đặc biệt, nhưng nhìn chung thì các kết quả phù hợp với lý thuyết lạm phát.
40
3.2.3.3. Sự hình thành các nguyên tố cơ bản
Sử dụng mô hình Vụ Nổ Lớn, người ta có thể tính được mật độ helium-
4, helium-3, deuterium và lithium-7 trong vũ trụ so với mật độ của hyđrô
4He/H, khoảng 10-3 đối với 2H/H, khoảng 10-4 đối với 3He/H và khoảng 10-9
dựa trên tỉ lệ quang tử/baryon. Tỷ lệ tính toán là khoảng 0,25 đối với
đối với 7Li/H.
Tất cả các giá trị đều phù hợp với các quan trắc thực nghiệm. Đây cũng
được coi là một trong những bằng chứng rõ ràng nhất về Vụ Nổ Lớn, đây là
lý thuyết duy nhất có thể giải thích được sự thống trị của các nguyên tố nhẹ
trong vũ trụ. Trên thực tế, không có kết quả thực nghiệm nào nằm ngoài
khuôn khổ lý thuyết Vụ Nổ Lớn.
3.2.3.4. Sự phân bố và tiến hóa của các thiên hà
Các nghiên cứu thực nghiệm về hình dáng và phân bố của các thiên hà
và các quasar đã cho những bằng chứng rất thuyết phục về Vụ Nổ Lớn.
Hình 4: Ảnh mô phỏng Ngân Hà
Kết hợp các quan sát và tính toán lý thuyết gợi ý rằng các quasar và các
thiên hà được hình thành khoảng một tỉ năm sau Vụ Nổ Lớn, và từ đó các cấu
41
trúc lớn hơn được hình thành như các nhóm thiên hà, đám thiên hà và siêu
đám thiên hà. Các ngôi sao cũng già đi và tiến hóa, do đó, các thiên hà xa xôi
(chúng ta thấy ở chúng giai đoạn sớm của vũ trụ) sẽ rất khác các thiên hà gần
hơn (chúng ta sẽ thấy chúng ở giai đoạn muộn hơn). Các quan sát này là các
chứng cớ phủ nhận mô hình trạng thái dừng.
3.3. Cấu trúc vũ trụ ngày nay
Vũ trụ được sinh ra từ vụ nổ Big Bang. Lý thuyết Vụ Nổ Lớn là mô hình vũ trụ học được chấp thuận rộng rãi, nó miêu tả về sự hình thành và tiến hóa của vũ trụ. Vũ trụ quan sát được có đường kính vào khoảng 28 tỷ parsec (91 tỷ năm ánh sáng) trong thời điểm hiện tại. Các nhà thiên văn chưa biết được kích thước toàn thể của vũ trụ là bao nhiêu. Những quan sát và phát triển của vật lý lý thuyết đã giúp suy luận ra thành phần và sự tiến triển của vũ trụ.Vũ trụ bao gồm mọi thành phần của nó cũng như không gian và thời gian. Vũ trụ gồm các hành tinh, sao, thiên hà, các thành phần của không gian liên sao, những hạt hạ nguyên tử nhỏ nhất, mọi vật chất và năng lượng. Phần năng lượng hình thành trong vũ trụ bao gồm:
Năng lượng tối chiếm 68.3%
Vật chất tối chiếm 26.8%
Khí Hidro, Heli tự do, các sao, neutrino, thành phần chất rắn, và các phần còn lại chiếm 4.9%
42
Hình 5: Hình dung về tỷ lệ thành phần vũ trụ
Những cải tiến quan sát được xa hơn trong vũ trụ dẫn tới con người
nhận ra rằng Hệ Mặt Trời nằm trong một thiên hà chứa hàng tỉ ngôi sao,
gọi là Ngân Hà. Sau đó các nhà thiên văn phát hiện ra rằng thiên hà của
chúng ta chỉ là một trong số hàng trăm tỷ thiên hà khác. Thiên hà là một tập
hợp từ khoảng 10 triệu (107) đến nghìn tỉ (1012) các ngôi sao khác nhau xen
lẫn bụi, khí và có thể cả các vật chất tối xoay chung quanh một khối tâm.
Đường kính trung bình của thiên hà là từ 1.500 đến 300.000 năm ánh sáng.
Ở dạng đĩa dẹt, thiên hà có các hình dạng khác nhau như thiên hà xoắn ốc
hay thiên hà bầu dục. Khu vực gần tâm của thiên hà có kích thước ước
chừng 1.000 n.a.s, và có mật độ cao nhất cũng như kích thước các sao lớn
nhất. Thiên hà chứa rất nhiều
Có một số bằng chứng cho thấy rằng những hố đen khối lượng siêu lớn
có thể tồn tại tại trung tâm của đa số, nếu không phải là toàn bộ, các thiên
hà.
Không gian liên thiên hà, khoảng không nằm giữa các thiên hà, được
lấp đầy plasma loãng với mật độ trung bình chưa tới một nguyên tử trên
43
mỗi mét khối. Có lẽ có hơn một trăm tỉ (1011) thiên hà trong khoảng không
gian vũ trụ có thể quan sát được của chúng ta. Ở trên nhiều quy mô lớn
nhất, sự phân bố các thiên hà được giả định là đồng nhất và như nhau trong
mọi hướng, có nghĩa là vũ trụ không có biên hay một tâm đặc biệt nào đó.
Quan sát về sự phân bố và vạch phổ của các thiên hà đưa đến nhiều lý
thuyết vật lý vũ trụ học hiện đại. Khám phá đầu trong thế kỷ 20 về sự dịch
chuyển đỏ trong quang phổ của các thiên hà gợi ý rằng vũ trụ đang giãn nở
và khám phá ra bức xạ nền vi sóng vũ trụ cho thấy vũ trụ phải có thời điểm
khởi đầu. Gần đây các quan sát chỉ ra sự giãn nở của vũ trụ đang gia tốc
cho thấy thành phần năng lượng chủ yếu trong vũ trụ thuộc về một dạng
chưa biết tới gọi là năng lượng tối. Đa phần khối lượng trong vũ trụ cũng
tồn tại dưới một dạng chưa từng biết đến hay là vật chất tối.
44
KẾT LUẬN
Hiện nay Vật lý thiên văn là một ngành khoa học đang được rất nhiều người quan tâm, thu hút sự chú ý của rất nhiều nhà khoa học. Việc học tập nghiên cứu môn thiên văn học có ý nghĩa hết sức quan trọng trong lí thuyết lẫn thực tiễn. Đề tài các mô hình vũ trụ đã đạt được một số kết quả chính sau đây:
1. Giới thiệu một số mô hình vũ trụ trong các thời kì từ cổ đại đến hiện đại.
2. Cung cấp các kiến thức cơ bản và quan niệm về Vũ trụ học từ cổ đại đến hiện đại.
45
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phạm Viết Trinh, Thiên Văn, NXB Giáo Dục.
[2]. Lương Duyên Bình (tổng chủ biên), Vũ Quang (chủ biên), Nguyễn
Thượng Chung, Tô Giang, Trần Chí Minh, Ngô Quốc Quýnh, Vật lý 12 cơ
bản (SGK), NXB Giáo Dục.
[3]. http://www. thienvanvietnam. Org
[4]. Nguyễn Hữu Tình, Giáo trình Thiên Văn, NXB Đại Học Quốc Gia
Hà Nội.
