Tài liệu: William Gilbert - thiên tài bị lãng quên

Chia sẻ: Trần Lê Kim Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

48
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nhà tư tưởng cách mạng William Gilbert, mất cách đây đã hơn 400 năm, là một trong những người sáng lập ra môn từ học. Hai tác giả David Tilley và Stephen Pumfrey cho rằng những thành tựu của ông đúng ra xứng đáng được ghi nhận hơn nhiều. Khi William Gilbert ở Colchester qua đời, vào ngày 30 tháng 11 năm 1603, nước Anh đã mất đi một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất của mình thời nữ hoàng Elizabeth. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tài liệu: William Gilbert - thiên tài bị lãng quên

William Gilbert - thiên tài bị lãng quên Nhà tư tưởng cách mạng William Gilbert, mất cách đây đã hơn 400 năm, là một trong những người sáng lập ra môn từ học. Hai tác giả David Tilley và Stephen Pumfrey cho rằng những thành tựu của ông đúng ra xứng đáng được ghi nhận hơn nhiều. Khi William Gilbert ở Colchester qua đời, vào ngày 30 tháng 11 năm 1603, nước Anh đã mất đi một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất của mình thời nữ hoàng Elizabeth. Ba năm trước khi mất, ông đã cho xuất bản một cuốn sách tựa đề Magnete, cuốn sách đó không gì hơn chính là công trình vật lí thực nghi ệm đầu tiên. Tựa đề đẩy đủ của cuốn sách, dịch từ nguyên bản tiếng Latinh là On the Magnet, Magnetic Bodies and that Great Magnet the Earth (Bàn về nam châm, vật từ và từ tính của Trái Đất). Năm 1651, bộ sưu tập những bản thảo viết tay của Gilbert đã được người anh em của ông biên tập và xuất bản. Dưới tựa đề De Mundo Nostro Sublunari Philosophia Nova, cuốn sách đã cung cấp “một triết lí mới của thế giới trần tục của chúng ta”. Bản in khắc vào cuối thế kỉ 18 này, từ bản mẫu nay không còn, là chân dung xác thực duy nhất của William Gilbert. Bất chấp bản chất cách mạng của cả hai công trình này, trong những năm qua, cái tên Gilbert vẫn chìm vào quên lãng trong lịch sử khoa học - theo chúng tôi,
như thế khá là bất công. Vậy tại sao thành tựu mang tính cách mạng của ông trong khoa từ học lại được ít người biết đến ? Câu chuyện về Gilbert bắt đầu từ Conchester, Essex, nơi ông sinh ra năm 1544. Ông vào học trường đại học Cambrige khi tròn 14 tuổi. Tại đó, ông đã làm quen, và sau đó đã từ bỏ, nền khoa học chính thống lúc bấy giờ, như triết học tự nhiên của Aristotle, y học của Galen và thiên văn học của Ptolemy. Lí thuyết thiên văn của Ptolemy đặt Trái Đất bất động tại tâm của vũ trụ, còn các hành tinh và Mặt Trời thì chuyển động xung quanh trên những mặt cầu trong suốt. Trái với trường phái bảo thủ cố hữu ở Cambrige, Gilbert nhận thấy London - nơi ông trở thành nhà vật lí vào đầu thập niên 1570 - là một trung tâm đang bùng phát những ý tưởng chuyên môn mới, công nghệ và toán ứng dụng. Nghiên cứu của Gilbert về từ học, cũng như những nghiên cứu y học của ông, khiến ông - đúng là hơi bất thường vào lúc ấy - tìm đến các nhà hàng hải, các nhà chế tạo thiết bị lành nghề, đối chiếu những số liệu từ học của họ và những khám phá về đá nam châm và kim la bàn. Cũng nằm trong vòng xoáy này mà những người theo trường phái Copernicus, bị ảnh hưởng bởi các nghiên cứu của Gilbert, tin chắc nịch rằng Trái Đất chỉ là một hành tinh trong vũ trụ vô hạn mà thôi. Gilbert đã sử dụng thời gian nhàn rỗi và tư cách một nhà vật lí để biên soạn và tung một đòn công kích đối với nền khoa học Trái Đất kinh viện bằng việc cho xuất bản cuốn De Magnete vào năm 1600. Tập sách độc lập này được biên tập thành 6 cuốn riêng biệt, mỗi cuốn có nhiều chương. Cốt lõi trong đó là một giả thuyết, có lẽ đã hình thành trong ông từ những năm 1580, rằng Trái Đất là khối nam châm khổng lồ. Thật ra, Gilbert đã bỏ ra nhiều năm và tiền của, nghe nói là chừng 5000 pound, chứng minh giả thuyết này bằng phương pháp thực nghiệm mới. Những thí nghiệm này chủ yếu bao gồm việc sử dụng một khối đá nam châm hình cầu (gọi là “terrella”, hay “tiểu Trái Đất”) và một kim la bàn gắn trên một trục đứng, có thể quay tự do (gọi là “versorium”). Nhà chế tạo thiết bị người London Robert Noman vừa phát hiện vào năm 1581 thấy một kim nam châm thông thường sẽ nghiêng một góc nhất định, phía dưới đường chân trời, ngoài việc chỉ hướng Bắc
Nam. Tuy nhiên, ông không có ý kiến xem sự nghiêng này có xảy ra ở nơi nào khác trên Trái Đất hay không. Bằng cách khảo sát độ nghiêng của versorium tại các điểm khác nhau xung quanh terrella, Gilbert đã tiên đoán thành công mối quan hệ giữa độ nghiêng này và vĩ độ địa lí. Trong tập 5 của bộ De Magnete, Gilbert do đó đã có thể đưa ra một định luật về độ nghiêng của kim nam châm tại tất cả các điểm trên địa cầu. De Magnete cũng công bố một thiết bị mới gọi là máy đo độ từ khuynh, nhờ nó mà các nhà hàng hải có thể tìm được gần đúng vĩ độ địa lí của mình trong những khi trời nhiều mây mù. Thiết bị này cũng được minh họa trong De Magnete, và một số thủy thủ người châu Âu đã báo cáo thử nghiệm thành công trên biển, mặc dù cuối cùng thì thiết bị tỏ ra kém hữu dụng trong thực tế. Một kế hoạch có nhiều tham vọng hơn là làm tương quan kinh độ địa lí với “dao động từ”, tức là sự lệch của cực bắc từ khỏi cực bắc thực (cực bắc thiên văn). Đáng tiếc là nghiên cứu này đã bị chìm xuồng sau phát hiện năm 1634 (thật trớ trêu, lại do chính nghiên cứu của Gilbert mang lại) về sự độc lập thời gian của dao động từ. Độ lệch tìm thấy giảm từ 11 độ đông lệch khỏi hướng bắc thực vào năm 1580 đến 4 độ đông vào năm 1634 - một phát hiện làm giới chuyên môn ở châu Âu đương thời bị sốc mạnh. Bất chấp những khó khăn theo sau đó, mục tiêu hàng hải của Gilbert vẫn được tán thành bởi nhà toán học Edward Wright vào năm 1600, trong lời nói đầu cuốn De Magnete. “Sự thật thì, theo quan điểm của tôi”, ông viết, “không có đối
tượng vật chất nào có tầm quan trọng lớn hơn hay có lợi ích to lớn hơn đối với nhân loại”. Gilbert đã thực hiện nhiều thí nghiệm khác, kể cả nghiên cứu đá nam châm hình cầu nổi trên mặt nước trong một con thuyền gỗ nhỏ. Nghiên cứu này cho thấy lực từ thường tạo ra chuyển động tròn, đưa ông tới chỗ phát triển một mô hình vũ trụ từ tính về chuyển động quay của Trái Đất. Ngày nay, chúng tôi tin rằng mô hình vũ trụ này là động cơ chính đã thúc đẩy ông nghiên cứu từ học. Bằng việc chỉ ra rằng, Trái Đất, mà ông gọi là tellus hay “Đất Mẹ”, có một lực từ vô hình, Gilbert đã gán cho Trái Đất một linh hồn (anima) - đó là lời giải thích chính cho các hành tinh và những thực thể “tự chuyển động” khác. Theo quan điểm của ông, linh hồn từ của Trái Đất đã làm hành tinh quay trong xung quanh trục của nó, trục này hướng tới một điểm gần sao Bắc Cực. Nói cách khác, từ tính là nguyên nhân của chuyển động quay thường nhật của Trái Đất theo hệ thống Copernicus. Như Gilbert đã đề cập trong De Magnete (và trong cuốn De Mundo), ông tin rằng các lực động của tất cả các thiên thể đã “hợp sức” tạo ra các chuyển động đều, nhưng quỹ đạo không tròn, của các thiên thể. Nền vật lí thuộc hệ thống Copernicus đầu tiên này, được trau chuốt thêm trong tập sách cuối cùng của De Magnete, và trong De Mundo, tất nhiên đã bị thay thế bởi lí thuyết hấp dẫn của Newton ra đời khoảng chừng 80 năm sau đó. Mục tiêu chính của De Magnete - đưa từ học ra khỏi biên giới của việc ứng dụng đơn giản la bàn để tìm ra hướng bắc - đã không thành công như Gilbert và Wright hằng hi vọng. Mô hình vũ trụ từ tính của ông cũng sớm bị sụp đổ. Tuy nhiên, chúng ta không cho rằng những đóng góp của Gilbert cho ngành hàng hải và vũ trụ học là không còn giá trị. Mô hình Trái Đất từ tính của Gilbert chính là nền tảng của ngành địa từ học. Ông đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng hiện tượng từ bao hàm một lực từ xuyên khoảng cách, khích lệ các nhà thiên văn và vật lí khác như Johann Kepler, Robert Hooke, Christoper Wren - và có thể cả chính Newton nữa - nghĩ tới lực hấp dẫn vạn vật tương tự như lực từ.
Tuy nhiên, giả sử chúng ta có thể không lưu tâm đến hai mục tiêu chính của De Magnete và cũng bỏ qua các chương nói về ngành hàng hải, về các thiết bị thực hàng và các bước xây dựng toán học, là phần hợp tác của ông với Edward Wright. Thậm chí khi đó, theo quan điểm của chúng tôi, thì công trình vẫn có giá trị là công trình nghiên cứu lớn đầu tiên về vật lí học thực nghiệm. Hãy xem xét những thành tựu có thể chắn chắn quy là của Gilbert vào thời gian mà những vật liệu từ duy nhất được người ta biết đến là đá nam châm (magnetite), sắt và thép, và vào lúc mà toàn bộ cơ cấu khoa học hiện đại vẫn đang trong quá trình hình thành. Minh chứng nổi tiếng nhất, và cũng chính xác nữa, trong cuốn De Magnete, là việc xem Trái Đất là một nam châm khổng lồ. Ông đã chỉ ra điều này bằng cái mà ngày nay chúng ta gọi là thí nghiệm mô phỏng, khảo sát độ nghiêng của cái versorium đã nói ở trên, trong đó ông cho biết cách hành xử của versorium và terrella mô phỏng cách hành xử của kim la bàn và Trái Đất. Trong khi đó, những bàn luận mang tính định lượng của Gilbert về tĩnh từ học chỉ hoàn toàn và thận trọng dựa trên thí nghiệm. Sự định hướng của trường nội tại, sự phân cực của một thanh nam châm bị cắt đôi, cũng như sự từ hóa và sự khử từ được trình bày một cách chi tiết. Chẳng hạn, trong chương 11 ở cuốn thứ 5, Gilbert thậm chí còn tiến rất gần đến ý tưởng về một từ trường và có nhận xét hết sức sắc sảo khi mô tả trường lưỡng cực của terrella. Cái ngây ngô là ông đã cố gắng giải quyết vấn đề định lượng tương tác từ với việc so sánh đá nam châm “mạnh” và “yếu”. Tương tác giữa nhiệt độ và từ tính cũng nhận được sự bàn luận sắc sảo và chính xác trong một số phần của tập sách. Một thành tựu chủ yếu nữa chúng ta muốn nhắc tới là việc giải thích nguyên nhân gây ra tĩnh điện trong một chương của cuốn thứ hai mang tựa đề “Về sức hút tác dụng bởi hổ phách”. Trong chừng mực nào đó, chương này có vẻ như đã phân biệt được các hiện tượng điện và từ, và đã đưa ra một số lượng lớn “các chất tạo ra điện”. Mặc dù Gilbert không hề phân biệt được điện tích dương và âm - điều này cần 150 năm nữa - nhưng chương này vẫn đủ để đưa ông trở thành “cha đẻ của nền điện học”.
Khi xét về từ học, nhà vật lí và học giả William Whewell đã viết, năm 1859: “Nghiên cứu của Gilbert bao gồm tất cả những sự thật khoa học cơ bản, được xác định hết sức cẩn thận, thật vậy, thậm chí ngày nay chúng ta có rất ít điều để bổ sung thêm”. Việc triển khai thí nghiệm của Gilbert hết sức thận trọng và có cân nhắc. Câu đầu tiên trong lời nói đầu tập sách của ông bắt đầu như thế này: “Trong việc khám phá những điều bí mật và nghiên cứu những nguyên nhân còn tiềm ẩn, những kết quả thu được từ những thí nghiệm chắc chắn và những luận chứng được chứng minh bao giờ cũng có sức thuyết phục hơn so với những sự phỏng đoán và quan điểm suy luận triết học”. Bố cục của cuốn De Magnete cũng có cảm giác rất hiện đại. Mỗi chương bắt đầu bằng một bản tóm lược cẩn thận những nghiên cứu trước đó, theo sau là một lọat những thí nghiệm mới. Tuy nhiên, Gilbert cũng là một kẻ có khiếu chỉ trích. Ví dụ, khi phê phán những luận điểm về động cơ từ vĩnh cửu, ông viết: “Cầu trời hãy kết tội những nghiên cứu giả dối, chôm chỉa, xuyên tạc như thế, chúng đã làm rối loạn nhận thức của các sinh viên”. Vào dịp kỉ niệm 300 năm ngày mất của ông, Gilbert nổi tiếng hơn bây giờ. Silvanus P Thompson, là người lãnh đạo câu lạc bộ Gilbert, đã tìm thấy một lượng đáng kể thông tin mới về Gilbert. Các thành viên câu lạc bộ có lẽ không hề vụ lợi; ngành công nghiệp điện đang phát triển chỉ có thể thu lợi từ việc tán dương người Anh xuất chúng, tiến sĩ Gilbert là cha đẻ của nền điện học. Hai bản dịch của cuốn De Magnete đã xuất bản; mặc dù Thompson bắt đầu trước, nhưng ông đã bị giành mất quyền tiên phong bởi ấn bản năm 1893 của P Fleury Mottelay. Derek Price, người biên tập bản thảo ấn phẩm Câu lạc bộ Gilbert của Thompson, đã hùng hồn mô tả những thành tựu của Gilbert: “Người ta có cảm giác rằng Gilbert đã phát minh ra toàn bộ quá trình khoa học hiện đại chứ không đơn thuần chỉ là khám phá ra những định luật cơ bản của từ học và tĩnh điện học. Dĩ nhiên, ông là người đầu tiên kiên trì nghiên cứu xuyên suốt bằng phương pháp vật lí, yêu cầu thí nghiệm và giải thích từ đầu đến cuối. Nghiên cứu của Gilbert hình thành nên khuôn mẫu cho những nghiên cứu sau này trong các bộ môn vật lí học,
và cả môn hóa học và sinh học mãi sau này”. Tuy nhiên, ngôi sao Gilbert đã rụng khỏi bầu trời khoa học nhiều thập kỉ qua do vài lí do. Trong khi các nhà sử học không còn coi thời kì khoa học của Gilbert, Kepler và Galileo là khá “hiện đại” nữa và không thể bỏ qua những giả thuyết tiền hiện đại của Gilbert về linh hồn Trái Đất và những hành tinh khác, nhưng di sản từ học của ông vẫn hết sức thâm thúy. Bạn hãy đọc De Magnete và tự đánh giá về công trình nghiên cứu được viết hết sức sâu sắc này.