Thiết kế vĩ đại

Chia sẻ: Hoang Duy Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:139

Thêm vào BST

Báo xấu

145
lượt xem 55
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

NỘI DUNG 1. BÍ ẨN CỦA TỒN TẠI 2. QUY TẮC CỦA ĐỊNH LUẬT 3. THỰC TẠI LÀ GÌ ? 4. CÁC LỊCH SỬ THAY THẾ 5. LÝ THUYẾT CHO MỌI THỨ 6. PHÉP CHỌN VŨ TRỤ CỦA CHÚNG TA 7. PHÉP MÀU HIỂN HIỆN 8. THIẾT KẾ VĨ ĐẠI Mỗi chúng ta tồn tại, nhƣng chỉ trong một khoảng thời gian ngắn ngủi. Và trong chốc lát ấy khám phá chỉ một mẩu nhỏ của toàn bộ vũ trụ. Thế nhƣng con ngƣời là một giống loài biết tò mò. Ta băn khoăn, ta tìm câu trả lời. Sống trong một...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế vĩ đại

1
2 NỘI DUNG 1. BÍ ẨN CỦA TỒN TẠI 2. QUY TẮC CỦA ĐỊNH LUẬT 3. THỰC TẠI LÀ GÌ ? 4. CÁC LỊCH SỬ THAY THẾ 5. LÝ THUYẾT CHO MỌI THỨ 6. PHÉP CHỌN VŨ TRỤ CỦA CHÚNG TA 7. PHÉP MÀU HIỂN HIỆN 8. THIẾT KẾ VĨ ĐẠI thienminh.npn@gmail.com
3
4 I Mỗi chúng ta tồn tại, nhƣng chỉ trong một khoảng thời gian ngắn ngủi. Và trong chốc lát ấy khám phá chỉ một mẩu nhỏ của toàn bộ vũ trụ. Thế nhƣng con ngƣời là một giống loài biết tò mò. Ta băn khoăn, ta tìm câu trả lời. Sống trong một vũ trụ mênh mông cứ lần lƣợt tử tế rồi tàn nhẫn, ngắm nhìn thƣợng giới thăm thẳm bên trên, ngƣời ta vẫn thƣờng luôn băn khoăn với một tập hợp những câu hỏi kiểu nhƣ: Làm sao ta hiểu đƣợc thế giới ta đang sống trong đó? Vũ trụ hành xử nhƣ thế nào? Đâu là bản chất của thực tại? Tất cả đến từ đâu? Vũ trụ có cần một đấng sáng tạo? Phần lớn chúng ta không bỏ tất cả thời gian bận tâm tới những câu hỏi này, nhƣng hầu hết chúng ta đều bận tâm tới chúng vào một lúc nào đó trong khoảnh thời gian của mình. Theo truyền thống thì tuýp những câu hỏi này là dành cho triết học, nhƣng triết học đã chết từ lâu. Nó không theo kịp sự phát triển của khoa học, đặc biệt là vật lý. Các nhà khoa học đã trở thành những ngƣời mang ngọn đuốc khám phá cho sứ mệnh đi tìm tri thức. Mục đích của quyển sách này là đƣa ra những câu trả lời đƣợc đề xuất từ những khám phá và tiến triển trong các lý thuyết gần đây. Chúng dẫn ta tới một bức tranh vũ trụ mới rất khác biệt về vũ trụ và chỗ của chúng ta trong đó so với vũ trụ truyền thống mà chúng ta vẫn biết, và bức tranh đó thậm chí còn khác biệt ngay với những gì chúng ta đã vẽ nên chỉ một hai thập kỉ trƣớc đó. Tuy nhiên, những đƣờng phác họa cho khái niệm mới này có thể lần ngƣợc lại từ trƣớc đó gần một thế kỉ. Theo khái niệm truyền thống về vũ trụ, mọi đối tƣợng chuyển động theo những quỹ đạo xác định cụ thể và có một lịch sử xác định. Chúng ta có thể xác định vị trí chính xác của chúng tại mỗi thời điểm. Dù cho lối miêu tả này rất thành công cho các mục đích thƣờng ngày, vào thập niên 1920 ngƣời ta phát hiện rằng nó không thể miêu tả chính xác các hành vi có vẻ kì quặc quan sát đƣợc trên các thực thể ở phạm vi nguyên tử và dƣới nguyên tử. Thay vào đó là sự cần thiết phải tiếp nhận một cơ cấu vật lý mới, gọi là vật lý lƣợng tử. Các lý thuyết lƣợng tử hóa ra vừa chính xác một cách đáng ngạc nhiên khi đƣợc dùng để dự đoán các hiện tƣợng ở phạm vi này, đồng thời có thể tái tạo ra những dự đoán của các lý thuyết cổ điển khi áp dụng cho thế giới vĩ mô trong cuộc sống thƣờng ngày. Dù vậy, lý thuyết lƣợng tử và cổ điển lại dựa trên những khái niệm rất khác nhau về thực tại vật lý.
5 “…Và đây triết lý của tôi” Thuyết lƣợng tử có thể đƣợc trình bày theo nhiều cách khác nhau, nhƣng cách mô tả gần với trực giác nhất đã đƣợc đề ra bởi Richard (Dick) Feynman, một nhân vật muôn màu muôn vẻ làm việc tại Viện Công nghệ California (California Institution of Technology – Caltech - lnd) và chơi trống vỗ tại một con ngõ nối ra phố. Theo Feynman, một hệ không chỉ có một lịch sử mà là mọi lịch sử khả dĩ. Trong khi đi tìm các câu trả lời, chúng ta sẽ giải thích chi tiết cách tiếp cận của Feynman, và áp dụng nó để khám phá ý tƣởng về một vũ trụ mà bản thân nó không có một lịch sử duy nhất, hay thậm chí cũng không có một sự tồn tại độc lập. Đó dƣờng nhƣ là một ý tƣởng khác biệt từ căn bản, thậm chí đối với nhiều nhà vật lý. Quả th ật, giống nhƣ nhiều ý tƣởng trong khoa học ngày nay, nó có vẻ vi phạm trực giác chung. Nhƣng trực giác chung lại dựa trên kinh nghiệm hằng ngày của chúng ta, không dựa trên bản thân vũ trụ nhƣ nó đƣợc phô bày qua các kì quan công nghệ có thể cho phép chúng ta nhìn sâu vào các nguyên tử hoặc ngoảnh ngƣợc về vũ trụ thuở xa xƣa. Trƣớc thời của vật lý hiện đại ngƣời ta vẫn có một niềm tin tổng quát là tất cả kiến thức của thế giới có thể đạt đƣợc từ những quan sát trực tiếp, mọi vật tồn tại theo cách chúng hiện ra, và đƣợc nhận thức thông qua các giác quan của chúng ta. Tuy nhiên thành công ngoạn mục của vật lý hiện đại, dựa trên những khái niệm giống nhƣ của Feynman vốn xung đột với kinh nghiệm hằng ngày, đã cho thấy chuyện đó không thành vấn đề. Cái nhìn ngờ nghệch về thực tại từ đó không thể tƣơng thích với vật lý hiện đại. Để đƣơng đầu với những nghịch lý ấy chúng ta sẽ tiếp thu một lối tiếp cận gọi là thực tại phụ thuộc mô hình luận. Nó dựa trên ý tƣởng rằng bộ não chúng ta diễn dịch tín hiệu vào từ các cơ quan cảm nhận bằng cách tạo ra một mô hình của thế giới. Một khi mô hình đó giải thích thành công các hiện tƣợng, chúng ta có xu hƣớng gán cho nó, cũng nhƣ các yếu tố và khái niệm tạo nên nó, phẩm chất của thực tại hay còn gọi là chân lý tuyệt đối. Nhƣng có những cách khác nhau để mô hình hóa cùng một tình huống vật lý, mỗi cách áp dụng những yếu tố và khái niệm cơ bản khác nhau.
6 Nếu hai lý thuyết vật lý hay mô hình dự đoán chính xác cùng một sự kiện, không ai có thể nói cái nào thực hơn cái nào; thay vào đó, chúng ta tự do chọn bất kì mô hình nào là thuận tiện nhất. Suốt lịch sử khoa học, chúng ta đã phát hiệ n ra một chuỗi các lý thuyết hay mô hình càng về sau càng tốt hơn cái có trƣớc nó, từ Plato tới thuyết cổ điển của Newton cho tới lý thuyết lƣợng tử hiện đại. Rất tự nhiên khi xuất hiện câu hỏi: Liệu tiến trình này có cuối cùng chạm tới điểm kết thúc, một lý thuyết tối hậu cho vũ trụ có thể bao gộp tất cả các lực và tiên đoán mọi quan sát chúng ta có thể thấy, hay chúng ta sẽ mãi mãi tiếp tục tìm ra những lý thuyết tốt hơn, nhƣng không bao giờ chạm tới đƣợc một l ý thuyết không thể cải tiến thêm đƣợc nữa? Chúng ta chƣa có câu trả lời nhất định cho câu hỏi này, nhƣng hiện giờ ta đang có một ứng viên cho lý thuyết tối thƣợng về mọi thứ, nếu có, gọi là thuyết M. Thuyết M là mô hình duy nhất có tất cả các đặc tính mà chúng ta nghĩ lý thuyết cuối cùng phải có, và nó sẽ là lý thuyết mà phần lớn thảo luận sau này của chúng ta sẽ dựa trên nó. Thuyết M không phải là lý thuyết theo lối nghĩ thông thƣờng. Nó là cả một gia đình các lý thuyết khác nhau, mỗi cái là một cách mô tả tốt cho riêng những quan sát trong một phạm vi các tình huống vật lý. Nó từa tựa nhƣ bản đồ. Nhƣ vẫn thƣờng biết, ngƣời ta không thể vẽ toàn bộ bề mật trái đất trên một bản đồ đơn lẻ. Phép chiếu Mercator thông dụng dùng cho các bản đồ thế giới luôn khiến các khu vực phình rộng dần ra về phía bắc và nam mà lại không thể che phủ cả cực Bắc cũng nhƣ cực Nam. Để vẽ đƣợc trọn vẹn trái đất, ngƣời ta phải dùng một bộ các bản đồ. Mỗi cái che phủ một khu vực có giới hạn. Khi hai bản đồ chồng lấn lên nhau, chúng sẽ chỉ tới cùng một khu vực. Thuyết M cũng tƣơng tự. Các lý thuyết khác nhau trong gia đình thuyết M có thể trông rất khác nhau, nhƣng chúng đều có thể coi nhƣ những khía cạnh của một lý thuyết cơ sở. Tất cả chúng đều là các phiên bản của thuyết M và chỉ áp dụng đƣợc trong một số phạm vi có giới hạn – ví dụ, khi các đại lƣợng cụ thể giống nhƣ năng lƣợng vẫn còn bé. Giống nhƣ những bản đồ lấn lên nhau trong phép chiếu Mercator, khi phạm vi của các phiên bản khác nhau này chồng lấn, chúng sẽ dự đoán cùng một hiện tƣợng. Nhƣng cũng nhƣ việc không có bản đồ phẳng nào đủ tốt để đại diện cho toàn bộ bề mặt trái đất, không có một lý thuyết đơn lẻ nào có thể là đại diện tốt cho mọi quan sát trong mọi tình huống.
7 Bản đồ thế giới Thực tế có thể đòi hỏi một chuỗi các thuyết chồng lấn lên nhau để đại diện cho vũ trụ, cũng nhƣ ta cần các bản đồ gối chồng lên nhau để đại diện cho trái đất Chúng ta sẽ mô tả làm cách nào thuyết M có thể sẽ đƣa ra câu trả lời cho tạo hóa. Theo thuyết M, vũ trụ của chúng ta không phải là vũ trụ duy nhất. Ngƣợc lại, thuyết M dự đoán vô vàn các vũ trụ đƣợc tạo ra từ hƣ không. Sự kiến tạo của chúng không đòi hỏi sự can thiệp của một đấng siêu nhiên hay còn gọi là Chúa. Thay vào đó, vô vàn các vũ trụ này ló dạng một cách tự nhiên từ các định luật vật lý. Chúng là các dự đoán của khoa học. Mỗi vũ trụ đó có nhiều lịch sử khả dĩ và nhiều trạng thái có thể có vào những thời điểm về sau, ví dụ nhƣ vào những lúc nhƣ hiện tại, rất lâu sau sự bắt đầu của chúng. Phần lớn những trạng thái này là hoàn toàn khác biệt với vũ trụ chúng ta quan sát đƣợc và hoàn toàn không thích hợp cho bất kì dạng sống nào. Chỉ một số rất ít cho phép những sinh vật nhƣ chúng ta tồn tại. Nên chính sự hiện diện của chúng ta đã chọn ra từ mênh mông trong số này này chỉ những vũ trụ tƣơng thích với sự tồn tại của chúng ta. Mặc dù chúng ta bé mọn và không đáng kể so với tầm vóc vũ trụ, điều này khiến ta thấy mình trong vai chúa tể của tạo hóa. Để hiểu đƣợc vũ trụ ớ mức độ sâu sắc nhất, chúng ta không chỉ cần biết cách mà nó hành xử, mà còn phải vì sao nó hành xử. Vì sao có thứ gì đó hơn là hư không? Vì sao chúng ta tồn tại? Tại sao là bộ các định luật này mà không phải một tập hợp nào khác? Đây là Câu hỏi Tối Hậu của Sự Sống, Vũ Trụ và của Mọi thứ. Chúng ta sẽ nỗ lực trả lời những câu hỏi đó trong quyển sách này. Câu trả lời của chúng ta sẽ không giống nhƣ trong “Cẩm nang cho người quá giang tới Ngân Hà”, đơn giản là “42”.
8
9 II Skoll chú sói sống trong rừng Woe Cứ bay ra là lại dọa chị Hằng Mặt Trời kia sao cứ mãi trốn chạy Sói Hati dòng dõi của Hridvinir Trong thần thoại Viking, Skoll và Hati rƣợt đuổi mặt trăng và mặt trời. Khi hai con sói chộp đƣợc một trong hai, thiên thực sẽ xuất hiện. Khi điều đó xảy ra, con ngƣời trên mặt đất lại nháo nhào đi giải cứu mặt trăng, mặt trời bằng cách gây ra càng nhiều tiếng động càng tốt nhằm dọa bọn sói. Cũng có những thần thoại tƣơng tự vậy trong các nền văn hóa khác. Nhƣng sau một thời gian ngƣời ta phải nhận ra là mặt trời hay mặt trăng rồi cũng ló dạng khỏi thiên thực bất chấp việc họ có chạy lòng vòng vừa la hét vừa gõ vào đồ vật hay không. Thêm một thời gian nữa ngƣời ta nhận ra là thiên thực không xảy ra ngẫu nhiên: chúng xảy ra theo những kiểu mẫu thƣờng xuyên lặp lại chính chúng. Trình tự này dễ thấy nhất đối với mặt trăng và đã cho phép ngƣời Babylon cổ đại dự đoán khá chính xác các lần nguyệt thực dù họ không nhận ra rằng đó là do trái đất đã ngăn cản ánh sáng từ mặt trời. Nhật thực vốn khó dự đoán hơn nhiều bởi vì nó chỉ có thể thấy đƣợc trong một vệt hẹp rộng khoảng 30 dặm trên trái đất. Tuy nhiên, một khi đã nắm bắt đƣợc, các kiểu mẫu ấy chứng tỏ rằng thiên thực chẳng phải dựa trên những cơn hứng tùy tiện của các đấng siêu nhiên, mà thực ra đề u bị chi phối bởi các định luật.
10 Thiên thực Ngƣời cổ đại chẳng biết đƣợc điều thật sự gây ra thiên thực, nhƣng họ hẳn đã phải chú ý tới quy cách xảy ra của chúng. Mặc cho những thành công trong dự đoán chuyển động của các thiên thể, phần lớn sự kiện trong tự nhiên trông không thề đoán trƣớc đối với tổ tiên của chúng ta. Núi lửa, động đất, bão tố, dịch hại và cả cái móng chân mọc vẹo đều có vẻ nhƣ xảy ra không có lý do rõ ràng hay không theo quy cách nào. Vào thời cổ đại thật là hiển nhiên khi đổ cho một phe phái những thần thể ma mãnh hay quái ác là nguyên nhân cho những vận động bạo lực của tự nhiên. Tai họa thƣờng đƣợc giáng xuống nhƣ là dấu hiệu cho thấy ai đó đã xúc phạm các vị thần. Ví dụ, vào khoảng năm 5600 TCN ngọn núi lửa Mazama ở Oregon bùng nổ, mƣa đất đá và tro bụi cháy rực hàng năm trời, và sau nhiều năm mƣa rơi nƣớc dâng đầy miệng hố mà ngày nay gọi là Hồ Lõm. Ngƣời da đỏ Klamath ở vùng Oregon có một truyền thuyết khá ăn khớp với các chi tiết địa kiến tạo của sự kiện nhƣng họ cho thêm một chút kịch tính bằng cách mô tả một con ngƣời nhƣ nguồn căn của thảm họa này. Năng lực tội lỗi của con ngƣời thật lớn đến nỗi họ luôn luôn tìm ra cách nào đó để kết tội m ình. Theo nhƣ truyền thuyết, Llao, tù trƣởng của Âm Giới phải lòng cô con gái xinh đẹp của vị tù trƣởng Klamath. Cô khƣớc từ ông ta, và để trả thù Llao tìm cách hủy diệt Klamath trong lửa. May mắn thay, theo truyền thuyết, Skell, tù trƣởng của Thƣợng Giới đã rủ lòng thƣơng con ngƣời và giao chiến với địch thủ âm giới của ông. Tới cuối cùng Llao, trọng thƣơng, rút về bên trong ngọn Mazana, để lại một cái lỗ khổng lồ, chính là hố lõm chứa đầy nƣớc sau này.
11 Sự mông muội đối với các cách thức của tự nhiên dẫn những ngƣời cổ đại tới việc chế tác ra những vị thần làm chúa tể tất cả hay từng khía cạnh đời sống con ngƣời. Có những vị thần của tình yêu và chiến tranh; của mặt trời, mặt trăng, và của bầu trời; thần của đại dƣơng và sông suối; thần của mƣa và sấm chớp; và cả động đất hay núi lửa. Khi các thấy hài lòng, loài ngƣời đƣợc đối đãi bằng thời tiết tốt lành, hòa bình và tránh đƣợc thảm họa thiên nhiên hay bệnh tật. Khi các thần thấy mất lòng, họ giáng xuống nào hạn hán, nào chiến tranh, dịch bệnh và chết chóc. Chính vì liên hệ giữa nguyên nhân và hậu quả là vô hình trong mắt họ, những vị thần có vẻ bất khả thấu hiểu, và con ngƣời lệ thuộc sự nhân từ của họ. Tuy nhiên kể từ Thales của Miletus (khoảng 624 TCN – khoảng 546 TCN) gần 2600 năm về trƣớc, mọi thứ bắt đầu thay đổi. Tƣ tƣởng tin rằng tự nhiên tuân theo những nguyên tắc phi mâu thuẫn vốn có thể giải mã đƣợc đã nổi lên. Và rồi bắt đầu cho một quá trình lâu dài nhằm thay thế cho niềm tin vào sự cai trị của các vị thần bằng khái niệm về một vũ trụ chi phối bởi các định luật tự nhiên, và đƣợc tạo ra theo một bản thảo mà ngày nào đó ta có thể học đƣợc cách đọc nó. Xét trên chiều dài lịch sử nhân loại, chất vấn khoa học là một nỗ lực còn rất mới. Giống loài của chúng ta, Người hiểu biết (Homo sapiens), bắt nguồn từ vùng Châu phi cận Shahara vào khoảng năm 200,000 TCN. Ngôn ngữ viết chỉ xuất hiện từ năm 7000 TCN, là sản phẩm của những cộng đồng quây quần quanh các mùa vụ ngũ cốc. (Một số trong các bản viết cổ nhất liên quan tới khẩu phần bia hằng ngày cho mỗi công dân.) Những ghi chép sớm nhất từ nền văn minh vĩ đại của Hy Lạp cổ đại có từ thế kỉ thứ chín TCN, nhƣng đỉnh cao của nền văn minh đó, “giai đoạn cổ điển”, phải đến nhiều trăm năm sau đó, bắt đầu trƣớc năm 500 TCN một chút. Theo Aristotle (384 TCN – 322 TCN), chính vào lúc đó Thales đã lần đầu tiên phát triển tƣ tƣởng về một thế giới mà ta có thể hiểu đƣợc, rằng những việc phức tạp xảy ra xung quanh ta có thể gói gọn lại thành những nguyên lý đơn giản hơn và đƣợc giải thích mà không cần viện tới các giải thích mang tính huyền bí hay thần thánh. Thales đƣợc tin là đã lần đầu tiên dự đoán đúng hiện tƣợng nhật thực vào năm 585 TCN dù cho sự chính xác của dự đoán đó cỏ vẻ nhƣ chỉ là một cú ăn may. Ông là một nhân vật ẩn khuất không để lại ghi chép nào của mình. Quê hƣơng của Thales là một trong những trung tâm trí tuệ của vùng đất Ionia, định cƣ bởi những ngƣời Hy Lạp và đã vƣơn sức ảnh hƣởng của mình từ Thổ Nhĩ Kỳ tới tận nƣớc Ý. Khoa học Ionia là một nỗ lực nổi bật bởi niềm hứng thú trong việc lột tả những định luật cơ sở để giải thích các hiện tƣợng tự nhiên, một cột mốc kì vĩ trong lịch sử tƣ tƣởng nhân loại. Hƣớng tiếp cận của họ đầy lý lẽ và trong nhiều trƣờng hợp dẫn tới những kết luận tƣơng tự một cách đáng ngạc nhiên so với các phƣơng thức tiên tiến hơn của chúng ta ngày nay mà chúng ta tin vào. Nó đã đại diện cho một khởi đầu
12 lớn lao. Nhƣng qua hàng thế kỉ, phần nhiều khoa học Ionia đã bị lãng quên – chỉ loay hoay đƣợc tái khám phá hoặc là tái sáng tạo, lắm lúc hơn một lần. Theo truyền thuyết, trình bày toán học đầu tiên chúng ta ngày nay có thể gọi là một định luật của tự nhiên đƣợc lần ngƣợc thời gian tới thời của một ngƣời Ionia tên là Pythagoras (khoảng 580 TCN – khoảng 490 TCN), nổi tiếng với định lý mang tên ông: bình phƣơng cạnh huyền (cạnh dài nhất) của một tam giác vuông bằng tổng các bình phƣơng của hai cạnh còn lại. Pythagoras còn đƣợc cho là đã phát hiện ra quan hệ số học giữa chiều dài dây trong các nhạc cụ với các tổ hợp họa âm của âm thanh. Theo ngôn ngữ ngày nay ta sẽ diễn tả quan hệ đó bằng phát biểu là tần số – số dao động trong một giây – của một dây đang rung động dƣới áp lực cố định thì tỉ lệ nghịch với chiều dài của dây. Từ góc nhìn thực tế, điều này giải thích tại sao đàn guitar bass phải có dây dài hơn đàn guitar thƣờng. Pythagoras không hẳn nhƣ đã thực sự khám phá ra điều này – ông cũng không phát hiện ra định lý mang tên ông – nhƣng có bằng chứng là một vài quan hệ giữa dây và âm vực đã đƣợc biết đến trong thời của ông. Nếu vậy, ngƣời ta có thể gọi công thức toán học đơn giản đó là ví dụ đầu tiên của thứ mà chúng ta bây giờ gọi là vật lý lý thuyết. Ionia Các học giả ở Ionia nằm trong số những ngƣời đầu tiên đã giải thích các hiện tƣợng tự nhiên bằng các định luật tự nhiên thay vì huyền thoại hay thần lý. Tách biệt với định lý của Pythagoras về các dây dao động, các định luật vật lý duy nhất đƣợc biết đến chính xác vào thời cổ đại là ba định luật đƣợ c chi tiết hóa bởi Archimedes (khoảng 287 TCN – khoảng 212 TCN), đích thực là nhà vật lý nhất đáng kính vào thời xƣa. T heo thuật ngữ ngày nay, định luật về đòn bẩy giải thích cho việc các lực nhỏ có thể nâng các vật có trọng lƣợng lớn bởi vì đòn bẩy khuếch đại một lực dựa trên tỉ số giữa các
13 khoảng cách tính từ điểm tựa của đòn bẩy. Định luật về sự nổi phát biểu rằng một vật nhúng vào một chất lỏng sẽ chịu một lực hƣớng lên cân bằng với trọng lực của khối chất lỏng bị chiếm chỗ. Và định luật phản xạ xác nhận rằng góc giữa chùm sáng tới và gƣơng bằng với góc giữa gƣơng và chùm phản xạ. Nhƣng Archimedes đã không gọi chúng là các định luật, cũng không giải thích chúng dựa trên quan sát và đo đạc. Thay vào đó ông coi chúng nhƣ các định lý thuần toán học, trong một hệ thống mang tính tiên đề giống nhƣ hệ thống mà Euclid đã tạo ra cho hình học. Trong khi ảnh hƣởng của Ionia lan tỏa, lại xuất hiện những cá nhân khác thấy rằng vũ trụ sở hữu một trật tự nội tại, một trật tự có thể hiểu đƣợc thông qua quan sát và lý luận. Anaximander (khoảng 610 TCN – khoảng 546 TCN), một ngƣời bạn và cũng có thể là học trò của Thales, lập luận rằng vì những đứa trẻ sơ sinh là bất lực, nếu con ngƣời đầu tiên bằng cách nào đó xuất hiện trên trái đất nhƣ là một đứa trẻ sơ sinh, nó phải không thể tồn tại đƣợc. Với ý tƣởng có thể là sự mơ hồ đầu tiên của con ngƣời về sự tiến hóa, Anaximander lập luận, con ngƣời vì vậy phải tiến hóa từ những loài động vật khác có con non rắn rỏi hơn. Ở Sicily, Empedocles (khoảng 490 TCN – khoảng 430 TCN) đã quan sát công dụng của một dụng cụ gọi là clepsydra. Đôi khi dùng nhƣ vật múc, nó gồm một khối cầu với một chiếc cổ loe rộng và một lỗ dƣới đáy cầu. Khi nhấn chìm trong nƣớc nó sẽ đầy, và nếu nhƣ chiếc cổ loe đƣợc bít lại, món đồ này có thể đƣợc nhấc ra mà không làm nƣớc rơi khỏi cái lỗ. Empedocles chú ý rằng khi ta bít chiếc cổ lại trƣớc khi nhúng chìm, chiếc clepsydra sẽ không thể đầy đƣợc. Ông lập luận rằng điều gì đó vô hình phải ngăn không cho nƣớc chui vào khối cầu qua cái lỗ – Empedocles đã phát hiện ra thành tố vật chất mà chúng ta gọi là không khí. Cùng khoảng thời gian đó, ở một vùng lãnh địa Ionia ở phía bắc Hy Lạp, Democritus (khoảng 460 TCN – khoảng 370 TCN) cũng đang suy tƣ điều gì sẽ xảy ra khi ta bẻ hay cắt một vật thành nhiều mảnh. Ông lập luận rằng bạn phải không thể tiếp tục quá trình này vô hạn. Thay vào đó, ông giả thuyết rằng mọi vật, kể cả các vật sống, đƣợc tạo nên từ các hạt cơ s ở không thể bị cắt hay bẻ thành nhiều mảnh đƣợc. Ông đặt tên cho các hạt tận cùng này là atoms (nguyên tử), từ tính từ Hy Lạp nghĩa là “không cắt đƣợc nữa”. Democritus tin rằng mọi hiện tƣợng vật chất đều là sản phẩm của sự va chạm của các nguyên tử. Quan điểm của ông, tạm gọi thuyết nguyên tử, cho rằng mọi hạt di chuyển chung quanh trong không gian, và, trừ phi có xáo động, sẽ di chuyển thẳng tiến mãi mãi. Ngày nay ý tƣởng đó đƣợc gọi là định luật quán tính. Ý tƣởng cách mạng cho rằng chúng ta chì là những cƣ dân bình thƣờng của vũ trụ, không phải những thực thể đặc biệt tách biệt tồn tại ở trung tâm vũ trụ, đã đạt đƣợc nhờ Aristarchus (khoảng 310 TCN – khoảng 230 TCN), một trong số những nhà khoa học Ionia cuối cùng. Chỉ một trong số những tính toán của ông tồn tại, một phân tích hình học phức tạp từ những quan sát thực tế kĩ lƣỡng ông thu đƣợc từ kích thƣớc bóng của
14 trái đất trên mặt trăng khi có nguyệt thực. Ông k ết luận rằng mặt trời phải to hơn nhiều so với trái đất. Có lẽ có cảm hứng từ ý tƣởng rằng những vật nhỏ xíu phải chuyển động xung quanh những vật lớn xác mà không phải kiểu nào khác, Aristarchus là ngƣời đầu tiên đã tuyên bố rằng trái đất không là trung tâm trong hệ hành tinh của chúng ta, thay vào đó nó và các hành tinh khác chuyển động theo quỹ đạo xoay xung quanh mặt trời lớn hơn nhiều. Nó là một bƣớc nhỏ từ ý tƣởng trái đất chỉ là một hành tinh cho tới ý tƣởng rằng mặt trời của chúng ta cũng không có gì đặt biệt. Aristarchus ngờ rằng đó chính là vấn đề và ông tin rằng các ngôi sao ta thấy trên bầu trời đêm thật ra cũng không hơn gì ngoài những mặt trời xa xăm. Những ngƣời Ionia chỉ thuộc về một trong số nhiều trƣờng phái của triết học Hy Lạp cổ đại, mỗi phái có những truyền thống khác nhau và thƣờng xuyên xung đột. Không may, quan điểm về tự nhiên của những ngƣời Ionia – rằng tự nhiên có thể đƣợc giải thích thông qua các định luật tổng quát và rút gọn thành một tập hợp các nguyên lý – chỉ phát huy ảnh hƣởng mạnh mẽ trong vài thề kỉ. Một lý do cho điều đó là vì các giả thuyết của Ionia thƣờng có vẻ nhƣ không có chỗ đứng cho khái niệm ý chí tự do hay mục đích, hay ý niệm về các vị thần có thể can thiệp vào các công việc của thế giới. Đây là một khƣớc từ đáng kinh ngạc đã gây bất an một cách sâu sắc cho nhiều bộ óc Hy Lạp cũng nhƣ nó vẫn còn làm đối với nhiều ngƣời ngày nay. Nhà triết học Epirurus (341 TCN – 270 TCN), lấy làm ví dụ, đã phản đối thuyết nguyên tử trên lập trƣờng “tốt hơn nên tuân theo những huyền thoại về các vị thần thay vì trở thành “nô lệ” cho sự an bài của các nhà triết học tự nhiên.” Aristole cũng khƣớc từ khái niệm nguyên tử vì ông không thể chấp nhận ý tƣởng rằng con ngƣời lại đƣợc tổng hợp từ những vật thể vô hồn, không sự sống. Ý tƣởng của những ngƣời Ionia về một vũ trụ không có con ngƣời làm trung tâm là một cột mốc trong hiểu biết của chúng ta về vũ trụ, nhƣng nó là một tƣ tƣởng rồi sẽ bị đình trệ mà không đƣợc đoái hoài, hay đƣợc chấp nhận rộng rãi trở lại, tới tận thời của Galileo, gần hai mƣơi thế kỉ sau đó. Dù có sáng tỏ nhƣ những phỏng đoán về tự nhiên rút ra từ đó, các tƣ tƣởng của ngƣời Hy Lạp cổ đại sẽ không thể vƣợt qua khảo hạch để thành khoa học có hiệu lực trong thời hiện đại. Vì một lẽ, những ngƣời Hy Lạp cổ đại đã không sáng tạo ra các phƣơng pháp mang tính khoa học, các giả thuyết của họ không đƣợc phát triển nhằm mục đích tìm kiếm sự xác minh từ thực nghiệm. Do thế nếu một học giả tuyên bố một nguyên tử di chuyển theo một đƣờng thẳng cho tới khi nó va phải một nguyên tử thứ hai và một học giả khác tuyên bố một nguyên tử di chuyển theo đƣờng thẳng cho tới khi nó đâm vào một quái vật ba mắt, thì cũng chẳng có cách nào khách quan đề dàn xếp cuộc tranh luận. Cùng với đó, không có sự phân biệt rạch ròi giữa các quy chế của con ngƣời và các định luật vật lý. Trong thế kỉ thứ năm TCN, ta lấy làm ví dụ, Anaximaner viết rằng mọi thứ nổi lên từ một chất cơ bản, và sẽ quay về là nó, nhằm tránh “nộp phạt và trả giá cho sự bất lƣơng của chúng”. Và theo nhƣ nhà triết học Ionia Heraclitus (khoảng 535 TCN –
15 khoảng 475 TCN), mặt trời cƣ xử nhƣ nó vẫn vậy vì ngƣợc lại nữ thần công lý sẽ đi triệt hạ nó. Nhiều trăm năm sau đó, những môn đồ Không Sân Si, một trƣờng phái của các triết gia Hy Lạp nổi lên khoảng thế kỉ thứ 3 TCN, đã rạch ròi giữa các quy chế của con ngƣời với các định luật tự nhiên, nhƣng họ cũng gộp luôn các nhân cách mà họ coi là thuộc về vũ trụ – nhƣ sự tôn kính Chúa và phục tùng cha mẹ – vào chung chỗ với các định luật tự nhiên. Một cách ngƣợc ngạo giống vậy, họ thƣờng miêu tả các quá trình vật lý trong khuôn khổ hợp pháp và tin rằng chúng cần phải đƣợc tuân phục, mặt dù những đối tƣợng đƣợc đòi hỏi phải “tuân thủ” các định luật là không có sự sống. Nếu bạn nghĩ khó mà bắt ngƣời ta đi đúng luật giao thông, thử tƣởng tƣợng việc thuyết phục một thiên thạch di chuyển trên một quỹ đạo ellipse. Truyền thống này tiếp tục ảnh hƣởng lên những bộ óc kế thừa các nhà khoa học Hy Lạp nhiều thế kỉ tiếp theo. Vào khoảng thế kỉ thứ mƣời ba nhà triết học Thiên Chúa sơ khai Thomas Aquinas (khoảng 1225 – 1274) đã tiếp thu quan điểm này và dùng nó để xác nhận cho sự tồn tại của Thƣợng đế, ông viết “ Rõ ràng rằng (các thực thể không sống) chạm tới kết thúc của mình không phải bằng xác suất mà là bằng dự định... Cho nên phải có một thực thể cá nhân với trí tuệ mà từ đó, mọi vật đƣợc yêu cầu tới kết thúc của chúng.” Thậm chí mãi tới thế kỉ mƣời sáu, nhà chiêm tinh học vĩ đại ngƣời Đức Johannes Kepler (1571 – 1630) vẫn còn tin rằng các hành tinh sở hữu nhận thức giác quan và tuân theo các định luật về chuyển động đƣợc chúng nắm bắt bằng “tƣ duy”. Tƣ tƣởng cho rằng các định luật phải đƣợc phục tùng có chủ ý phản ánh sự tập trung của những ngƣời cổ đại đối với việc vì sao tự nhiên biểu hiện nhƣ cách nó đang biểu hiện hơn là nó biểu hiện nhƣ thế nào. Aristotle là một trong những ngƣời đề xuất hàng đầu cho cách tiếp cận này, khƣớc từ ý tƣởng rằng khoa học chủ yếu dựa các quan sát. Các đo đạc tỉ mỉ và tín toán toán học thƣờng gặp đủ kiểu khó khăn vào thời cổ đại. Ý tƣởng về cơ số mƣời mà ta thấy rất tiện lợi ngày nay trong các phép toán chỉ có khoảng từ năm 700 SCN, khi ngƣời Ấn Độ có những bƣớc tiến to lớn cho việc biến nó thành một công cụ toán học mạnh mẽ. Các kí hiệu cho phép cộng và trừ vẫn chƣa xuất hiện mãi tới tận thế kỉ mƣời lăm. Và dấu bằng cũng nhƣ các đồng hồ đo đƣợc chi tiết tới từng giây cũng chƣa xuất hiện cho tới tận thế kỉ mƣời sáu. Aristotle, dù vậy, vẫn không coi những vấn đề trong đo đạc và tính toán là trở ngại để phát triển một môn vật lý có thể đƣa ra các dự đoán định lƣợng. Hơn nữa, ông thấy không cần thiết phải làm chuyện đó. Thay vào đó, Aristotle xây dựng vật lý của ông dựa trên các nguyên lý cuốn hút ông một cách hàn lâm. Ông che lấp sự thật mà ông cảm thấy không thu hút và tập trung nỗ lực cho các lý do mà mọi việc xảy ra, với khá ít công sức bỏ ra để xem chi tiết thực sự điều gì đang xảy ra. Aristotle chỉ điều chỉnh các kết luận của mình khi sự bất đồng lồ lộ với quan sát không thể phớt lờ đƣợc. Nhƣng những điều chỉnh đó thƣờng chỉ là những giải thích kiểu ứng biến và không
16 làm đƣợc gì hơn là chắp vá lên sự mâu thuẫn. Theo cái cung cách ấy, không cần biết lý thuyết của ông chệch khỏi thực tế nhƣ thế nào, ông luôn có cách để chỉnh nó lại vừa đủ để có vẻ nhƣ không còn xung đột. Ví dụ nhƣ giả thuyết về chuyển động của ông tuyên bố rằng các vật thể rơi với một tốc độ không đổi tỉ lệ thuận với trọng lƣợng của chúng. Để giải thích cho sự thật là các vật thể tăng tốc khi rơi, ông sáng chế ra một nguyên lý mới – rằng các vật thể tiến tới một cách hứng khởi hơn, thành thử sẽ tăng tốc, khi chúng đến gần với vị trí nghỉ tự nhiên, một nguyên lý có vẻ nhƣ giống một miêu tả đích xác cho một số ngƣời cụ thể hơn là cho các vật thể không có sự sống. Dù các giả thuyết của Aristotle thƣờng có ít giá trị dự đoán, hƣớng tiếp cận của ông đối với khoa học đã thống lĩnh tƣ duy phƣơng Tây cho đến gần hai ngàn năm. Những ngƣời Thiên Chúa giáo kế thừa Hy Lạp đã khƣớc từ ý tƣởng rằng vũ trụ bị chi phối bởi các định luật vô tƣ. Họ cũng khƣớc từ ý tƣởng con ngƣời không ở giữa một chỗ đƣợc đặc ân ở trong vũ trụ đó. Mặc dù thời trung cổ không hề có lấy một hệ triết lý dễ hiểu, bối cảnh chung vẫn là vũ trụ nhƣ một ngôi nhà búp bê của chúa, với tôn giáo là một nghiên cứu có giá trị hơn nhiều so với các hiện tƣợng tự nhiên. Còn thực ra, năm 1277 Giám mục Tempier của Paris, theo chỉ dụ của giáo hoàng John XXI, đã xuất bản một danh sách 219 sai phạm hay còn gọi là những điều dị giáo mà sẽ bị kết tội. Trong số các điều dị giáo có tƣ tƣởng về một tự nhiên tuân theo các định luật, vì điều này xung đột với sự toàn năng của Chúa. Điều thú vị là Giáo Hoàng John đã bị mất mạng dƣới tác dụng của lực hấp dẫn chỉ vài tháng sau đó khi bị trần điện của mình rơi xuống đầu. “Nếu có một điều ta đã học suốt sự trường trị của mình, đó là sức nóng tăng”
17 Khái niệm hiện đại về các định luật tự nhiên ló dạng đầu tiên vào thế kỉ mƣời bảy. Kepler có vẻ nhƣ là ngƣời đầu tiên hiểu đƣợc thuật ngữ này theo tiêu chuẩn khoa học hiện đại, mặc dù nhƣ đã nói, ông vẫn còn bảo lƣu một quan điểm duy tâm về các vật thể vật lý. Galileo (1564–1642) đã không dùng thuật ngữ “định luật” trong phần lớn các công trình khoa học của mình. (dù nó xuất hiện trong một số dịch bản của các công trình này). Dù có dù không việc dùng đến từ này, Galileo đã thực sự khám phá ra rất nhiều định luật và ủng hộ nguyên tắc quan trọng rằng quan sát là nền tảng của khoa học và mục đích của khoa học là để nghiên cứu các quan hệ định lƣợng tồn tại giữa các hiện tƣợng vật lý. Nhƣng ngƣời đầu tiên xây dựng một cách tƣờng tận và năng nổ khái niệm về các định luật của tự nhiên nhƣ chúng ta hiểu ngày nay chính là René Descartes (1596–1650). Descartes tin rằng tất cả các hiện tƣợng vật lý phải đƣợc giải thích trong khuôn khổ sự va chạm của các khối lƣợng di chuyển, bị chi phối bởi ba định luật – các tiền thân cho những định luật chuyển động của Newton. Ông quả quyết rằng các định luật này luôn có hiệu lực ở mọi nơi và mọi lúc, và khẳng định đích xác rằng sự phục tùng các định luật này không ngụ ý rằng các thực thể đó có tƣ duy. Descartes cũng hiểu đƣợc tầm quan trọng của cái mà ngày nay chúng ta gọi là “sơ kiện” (điều kiện đầu - lnd). Chúng mô tà trạng thái của một hệ thống vào điểm đầu bất kỳ khoảng thời gian nào mà ta đi tìm những dự đoán. Với một tập hợp cho trƣớc các sơ kiện, các định luật tự nhiên xác định một hệ thống sẽ tiến hóa nhƣ thế nào theo thời gian, nhƣng thiếu một tập hợp các sơ kiện cụ thể, sự tiến hóa không thể đƣợc xác định. Nếu, lấy làm ví dụ, tại thời điểm zero một con chim bồ câu ngay phía trên đầu thả rơi một vật, quỹ đạo của vật thể đó đƣợc xác định bởi các định luật của Newton. Nhƣng kết cục sẽ rất khác nhau tùy thuộc vào, tại thời điểm zero, con bồ câu đang ngồi yên trên sợi cáp điện thoại hay đang bay với vận tốc 20 dặm một giờ. Để áp dụng các định luật của vật lý, ta phải biết một hệ bắt đầu nhƣ thế nào, hoặc ít nhất trạng thái của nó tại thời điểm xác định nào đó. (Một ngƣời có thể sử dụng các định luật để lần theo một hệ ngƣợc về trƣớc đó theo thời gian .) Cùng với niềm tin vừa hồi sinh về các định luật của tự nhiên các nỗ lực mới để dàn xếp các định luật này với ý niệm về Chúa cũng bắt đầu xuất hiện. Theo Descartes, Chúa có thể tự ý hoán đổi chân l ý hay phi l ý của các tuyên bố theo luân thƣờng hay các định lý toán học, tự nhiên không làm việc đó. Ông tin rằng Chúa thụ phong các định luật nhƣng không có sự chọn lựa cho các định luật; thay vào đó, Chúa chọn chúng vì các định luật mà chúng ta trải nghiệm là những định luật duy nhất có thể. Điều này có vẻ nhƣ xâm phạm tới thẩm quyền của Chúa, nhƣng Descartes đã lách vòng qua điều đó bằng cách tuyên bố rằng các định luật là không thể thay thế vì chúng là sự phản ánh cho bản chất nội tại của chúa. Nếu đó là thật, ta vẫn có thể nghĩ là Chúa có sự chọn lựa để tạo ra vô vàn các thế giới khác nhau, mỗi cái tƣơng
18 ứng với một tập hợp khác nhau các sơ kiện, nhƣng Descartes cũng từ chối điều này. Bất luận sắp xếp của mọi thứ nhƣ thế nào tại khởi đầu của vũ trụ, ông khẳng định, theo thời gian một thế giới tƣơng tự với thế giới của chúng ta sẽ lại tiến hóa lên. Thêm vào đó, Descartes cảm thấy rằng, một khi Chúa thiết đặt cho thế giới vận động, Chúa bỏ nó hoàn toàn đơn độc. Một ý kiến tƣơng tự (với một vài ngoại lệ) đã đƣợc tiếp nhận bởi Isaac Newton (1643 – 1727). Newton là ngƣời đã giành đƣợc sự đồng thuận rộng rãi cho khái hiện đại của định luật khoa học với ba định luật chuyển động và và định luật của ông về lực hấp dẫn của ông, là những thứ lý giải cho quỹ đạo của trái đất, mặt trăng, và các hành tinh, và giải thích các hiện tƣợng đại loại nhƣ những con triều. Một nhúm những công thức ông tạo ra, và cấu trúc toán học tinh vi mà từ đó chúng ta chuyển hóa chúng, vẫn còn đƣợc dạy ngày nay, và đƣợc vay mƣợn bất cứ khi nào một kiến trúc sƣ thiết kế một tòa nhà, một kĩ sƣ thiết kế chiếc xe, hay một nhà vật lý tính toán làm cách nào nhắm một tên lửa cho nó đáp lên sao Hỏa. Nhƣ nhà thơ Alexander Pope từng nói: Tự nhiên với Định luật ẩn khuất trong đêm: Chúa bảo, Newton tồn tại! và thảy sáng bừng. Ngày nay hầu hết các nhà khoa học sẽ nói một định luật tự nhiên là một quy tắc dựa trên sự đều đặn quan sát đƣợc và cung cấp những dự đoán vƣợt qua tình huống tức thời mà nó dựa trên. Ví dụ, chúng ta có lẽ vẫn chú ý là mặt trời mọc từ hƣớng đông mỗi sáng trong đời mình, và giả sử một định luật “Mặt trời luôn mọc ở hƣớng đông.” Đây là một tổng quát hóa vƣợt qua những quan sát có giới hạn của chúng ta về việc mặt trời mọc và tạo ra những dự đoán có thể kiểm tra trong tƣơng lai. Mặt khác, một phát biểu kiểu nhƣ “Những chiếc máy tính trong văn phòng này màu đen” không là một định luật tự nhiên bởi vì nó chỉ liên quan tới những chiếc m áy tính ở trong văn phòng và không tạo ra những dự báo tỉ nhƣ “Nếu nhƣ văn phòng của tôi mua một chiếc máy tính mới, nó sẽ mang màu đen.” Hiểu biết hiện đại của chúng ta về thuật ngữ “định luật của tự nhiên” là một vấn đề mà các triết gia cãi nhau trƣờng k ì, và nó là một câu hỏi tinh tế hơn nhiều so với khi ta mới đầu nghĩ. Ví dụ, triết gia John W. Caroll so sánh phát biểu “Tất cả các khối cầu bằng vàng đều có bán kính dƣới một dặm” với phát biểu nhƣ “Tất cả khối cầu bằng uranium-235 đều có bán kính dƣới một dặm.” Những quan sát của chúng ta về thế giới bảo rằng không có khối cầu bằng vàng nào có bán kính rộng hơn một dặm, và ta có thể khá tự tin là sẽ chẳng bao giờ có. Tuy nhiên, chúng ta cũng không có lý do gì để tin rằng không thể có một vật nhƣ thế, thành thử phát biểu đó không đƣợc coi là một định luật. Mặt khác, phát biểu “Tất cả khối cầu bằng uranium-235 đều có bán kính dƣới một dặm.” có thể nghĩ nhƣ là một định luật của tự nhiên vì, theo những gì ta biết về vật lý hạt nhân, một khi một khối cầu uranium-235 lớn lên tới một bán kính lớn hơn khoảng sáu inch (1 “lóng” = 2,54 cm - lnd), nó sẽ tự triệt diệt bản thân trong một vụ nổ hạt nhân. Thế nên ta có thể chắc rằng
19 những quả cầu nhƣ thế không tồn tại. (Và cũng không hay ho gì để đi làm thứ đó! ) Sự phân biệt này thành vấn về bởi vì nó minh họa rằng không phải tất cả sự tổng quát hóa chúng ta quan sát đƣợc có thể nghĩ tới nhƣ những định luật của tự nhiên, và rằng hầu hết các định luật của tự nhiên tồn tại nhƣ phần nhỏ của một hệ thống phức liên kết rộng hơn của các định luật. Trong khoa học hiện đại các định luật tự nhiên thƣờng đƣợc miêu bằng toán học. Chúng có thể hoặc tuyệt đối hoặc xấp xỉ, nhƣng chúng phải đƣợc quan sát là đứng vững đƣợc với không ngoại lệ – nếu nhƣ không trên toàn vũ trụ, chí ít phải dƣới một tập hợp các điều kiện thi hành. Ví dụ, chúng ta nay đã biết các định luật của Newton phải đƣợc hiệu chỉnh nếu các đối tƣợng di chuyển ở những vận tốc gần vận tốc ánh sáng. Nhƣng chúng ta vẫn coi các định luật của Newton là định luật vì chúng đứng vữ ng, ít nhất với một sự xấp xỉ rất tốt, trong những trƣờng hợp các tốc độ mà chúng ta gặp phải thƣờng thấp hơn nhiều vận tốc ánh sáng. Nếu tự nhiên tuân thủ bởi các định luật, ba câu hỏi ló dạng: 1. Đâu là nguồn gốc các định luật? 2. Có không các ngoại lệ cho các định luật, nói cách khác, phép màu? 3. Có không chỉ một tập hợp duy nhất các định luật khả dĩ? Những câu hỏi quan trọng này đã đƣợc truy vấn theo nhiều cách bởi các nhà khoa học, triết học, và thần học. Câu trả lời truyền thống cho câu hỏi đầu tiên – trả lời của Kepler, Galileo, Descartes, và Newton – là các định luật là công trình của Chúa. Tuy nhiên, đó không khác gì hơn một định nghĩa về chúa nhƣ là đại diện của các định luật tự nhiên. Trừ phi ai đó gán cho Chúa một số đặc tính khác, nhƣ là Chúa trong kinh Cựu Ƣớc, vịn tới Chúa nhƣ lời đáp lại cho câu hỏi đầu tiên chỉ là thay thế một bí ẩn này bằng bí ẩn khác. Vậy nếu nhƣ ta để Chúa can dự tới câu hỏi đầu tiên, nút kẹt lại đến ở câu hỏi thứ hai: Có không phép màu, hay ngoại lệ cho các định luật? Ý kiến về câu trả lời cho câu hỏi thứ hai bị chi rẽ sâu sắc. Plato và Aristotle, các tác gia Hy Lạp cổ đại nhiều ảnh hƣởng nhất, đoan chắc là không thể có ngoại lệ cho các định luật. Nhƣng nếu nhƣ ta lấy quan điểm kinh thánh, thì Chúa không chỉ tạo ra các định luật mà còn gây cuốn hút bằng cách cầu nguyện để tạo ra ngoại lệ – hồi sinh ngƣời bệnh đang hấp hối, hay mang kết thúc sớm cho những cơn hạn hán, hay phục hồi bóng gậy thành môn thể thao trong Thế Vận Hội. Đối lập với quan điểm của Descartes, hầu hết các các bộ óc Thiên Chúa giáo đều duy trì niềm tin rằng Chúa phải có khả năng trì hoãn các định luật để thi triển phép màu. Ngay cả Newton cũng tin vào phép màu theo một kiểu. Ông nghĩ rằng quỹ đạo của các hành tinh phải không ổn định bởi vì hấp dẫn trọng trƣờng của một hành tinh lên hành tinh khác sẽ gây ra xáo trộn tới các quỹ đạo và sự xáo trộn sẽ tích lũy theo thời gian dẫn đến kết quả là các hành tinh hoặc sẽ rơi vào mặt trời hoặc sẽ bị quăng khỏi thái dƣơng hệ. Chúa phải đang liên tục thiết đặt lại các quỹ đạo, ông tin vậy, hay “tua lại đồng hồ thiên thể, nhằm ngăn nó xuống cấp.”
20 Tuy nhiên, hầu tƣớc Pierre-Simon de Laplace (1749 – 1827), thƣờng gọi là Laplace, tranh luận rằng sự chệch hƣớng sẽ mang tính chu kì, ví dụ, đặc trƣng bằng những vòng lặp, thay vì tích lũy . Hệ mặt trời do đó sẽ tự thiết đặt lại và sẽ không cần tới sự can thiệp linh thiêng để giải thích vì sao nó vẫn tồn tại cho đến ngày nay. Chính Laplace là ngƣời thƣờng đƣợc xem nhƣ đã đề xƣớng thuyết tất định khoa học: Có trạng thái của vũ trụ tại một thời điểm, một tập hợp hoàn chỉnh các định luật sẽ trọn vẹn xác định đƣợc cả tƣơng lai và quá khứ. Điều này loại trừ khả năng cho những phép màu hay vai trò chủ động của Chúa. Thuyết tất định khoa học mà Laplace xây dựng là lời đáp của các nhà khoa học hiện đại cho câu hỏi thứ hai. Nó, thực chất, là nền tảng của toàn bộ khoa học hiện đại, và một nguyên tắc quan trọng trong suốt quyển sách này. Một định luật khoa học sẽ không thành một định luật khoa học nếu nó chỉ đứng vững khi một đấng siêu nhiên nào đó quyết định sẽ không can thiệp. Nhận ra điều này, Napoleon đƣợc kể lại là đã hỏi Laplace rằng Chúa ăn khớp với bức tranh này nhƣ thế nào, Laplace đã đáp lại: “Bệ hạ, thần vẫn chƣa cần giả thuyết đó.” Bởi vì ngƣời ta sống trong vũ trụ và tƣơng tác với các đối tƣợng trong đó, thuyết tất định khoa học cũng phải đúng trên con ngƣời. Nhiều ngƣời, ngƣợc lại, trong khi vừa chấp nhận thuyết tất định khoa học chi phối các quá trình vật lý, vừa tạo ra một ngoại lệ cho hành vi của con ngƣời vì họ tin con ngƣời là có ý chí tự do. Descartes, lấy làm ví dụ, để bảo tồn tƣ tƣởng về ý chí tự do, quả quyết rằng tƣ duy con ngƣời là gì đó khác với thới giới vật lý và không tuân theo các định luật này. Trong quan điểm của ông một ngƣời gồm có 2 thành phần, một thân xác và một linh hồn. Thân xác không là gì ngoài một cỗ máy bình thƣờng, nhƣ ng linh hồn thì nằm ngoài chủ đề của các định luật khoa học. Descartes vốn có hứng thú đối với giải phẫu học và sinh lý và đã liên hệ một cơ quan bé xíu ở trung tâm não bộ, gọi là tuyến tùng nhƣ là chỗ khu trú nguyên bản của linh hồn. Tại phần tuyến đó, ông tin rằng, tất cả ý nghĩ của chúng ta đƣợc hình thành, là giếng nguồn của ý chí tự do. “Tôi nghĩ anh nên cặn kẽ hơn ngay đây ở bước hai”