TừNewton đến Einstein
Trí tuệcon người không chấp nhận hỗnđộn và cốgắng thấu hiểu các
trật tựcủa thiên nhiên dưới hình thức các quy luật. Tuy nhiên, không phải
con người có thểxác định ngay được các quy luật khách quan. Đôi khi, người
ta tin vào quy luật ngay cảkhi nó không hềcó, nhưthời trung cổ đã truyền
bá “quy luật” hễsao chổi xuất hiện là có biếnđộng lớnởcõi nhân thế. Các
quy luật khách quan của khoa họcđược xác lập nhờvào tính hoài nghi của
con người giúp ngăn ngừa những kết luận thiếu chín chắn.
Từthời Hy Lạp cổ đại con ngườiđã đạtđược nhiều tri thức khoa học quan
trọng, đặc biệt là toán học. Tuy nhiên, chỉ đến thếkỷ16 và 17 của thời kỳPhục
Hưng các cuộc tranh cãi triết lý và khoa học mới chuyển dần từcác tu viện vềcác
trường đại học và thậm chí cảcác phòng khách salon. Thời kỳnày có hai tên tuổi
lớn với hai tuyên ngôn vềphương pháp nghiên cứu khoa họcđược giải thoát khỏi
các giả định tùy tiện hay mê tín, đó là Francis Bacon (1561-1626) và René
Descartes (1596-1650). Bacon nhấn mạnh đến tầm quan trọng của các sựkiện
quan sát nhưlà khởiđiểm của mọi khoa học và lý thuyết chỉ đáng tin cậy trong
chừng mựcđược dẫn xuất ra từnhững sựkiệnấy. Một cách lý tưởng thì nhà khoa
học phảiđưa ra được một bản liệt kê toàn diện tất cảcác thí dụtheo lối kinh
nghiệm luận của hiện tượng được khảo sát' trước khi đồng nhất sựbiểu thịcủa
chúng với "hình thức" tựnhiên của chúng. Dù rằng Bacon không ninh định được
đặc tính chính xác của sựtrừu tượng hóa được hàm nghĩaở đây là thếnào, nhưng
người ta vẫn coi ông là ngườiđã đòi hỏi rằng các đề xuất lý thuyết là chính đáng)
chỉkhi nào chúng được suy diễn ra một cách hình thức từmột liệt kê nhưvậy.
Ngược lại với "phép quy nạp Bacon", Descartes lại chú trọng đến việc xây dựng các
hệthống diễn dịch (deductive systems) chặt chẽvà không chứađựng mâu thuẫn
nội tại cho lý thuyết, trong đó các lập luậnđược theo đuổi với sựan toàn giống như
trong hình học Euchde. Trong khi Bacon phảnứng chống lạisựtin tưởng kinh viện
dựa trên uy tín của Anstotle bằng cách kêu gọi quay vềvới trải nghiệm trực tiếp,
thì Descartẹs phảnứng chống lại chủnghĩa hoài nghi thờiđó bằng cách chỉvào
toán học là cái mà mọi tri thức chắc chắn vềtựnhiên có thểdựa vào. Ông cho rằng
nhiệm vụcủa vật lý thếkỷ17 là mởrộng cấu trúc trí tuệkiểu Euchde bằng cách
đưa thêm các tiên đề,định nghĩa và giảthiết mang tính hiển nhiên tựthân (self-
evident) rồi từ đó suy ra các hệquả. ông cũng tin rằng các hiện tượng tựvới vật lý
học cũng có thểkhảo sát bằng một hệthống chặt chẽgiống nhưvậy.
Xét vềmặt triết học ta có thểxem Bacon biểu lộxu hướng của phái duy
nghiệm (Empiricism), còn Descartes đại diện cho phái duy lý (Rahonalism). Các
luận chứng của Bacon và Descartes mang tính tuyên ngôn: cảhai đềuđưa ra cương
lĩnh trí tuệcho nền khoa học tựnhiên đang còn phải xây dựng. Quảthực là trong
vòng 150 năm kếtiếp, Galileo, Newton và nhiều người khác nữa mới thực sự đã
kiến tạo ra nền khoa học vật lý mới.
Nguyên lý của Newton Tác phẩm "Nguyên lý toán học của vật lý"
(Philosophiae aturnhs Principia Mathematica) của Newton ra đời năm 16871à
một kiệt tác khoa học có tầm an trọng rất lớn. Tuy nhiên, cũng lại là một sựthật,
răng hình thức của lý thuyết mớiấy không hoàn toàn giống hẳn một khuôn mẫu
nào mà hai ông bacon và Descartes đã tiên đoán .Mởmặt là có rất ít kiểu quy nạp
Bacon trong các quy trình trí tuệcủa Newton. Có nhà khoa học nhưRobert Boyle
(một trong những người sáng lập ra môn hóa học hiệnđại) đã cốthửáp dụng các
châm ngôn của Bacon, nhưng lại thấy chúng cản trởhơn là bổích cho việcđúc kết
thành các khái niệm mang tính soi sáng.Mặt khác là tuy Newton chịuảnh hưởng
rất mạnh bởi thí dụtoán học của Descartes, nhưng Newton cũng chỉtheo châm
ngôn phương pháp luận luận của ông này đến mộtđiểm nhấtđịnh. Đúng
là Newton đã đưa thêm các tiên đề,định nghĩa và giảthiết mang tính động lực học
vầo lý thuyết chuyểnđộng và lực hấp dẫn của mình theo chỉdẫn của Descartes,
nhưng Newton không hềcó kỳvọng chứng tỏcác mặcđịnh bổxung ấy là duy nhất
hiển nhiên và đúng đắn. Thay vào đó, Newton coi chúng là những mặcđịnh để làm
việc, được chấp nhận nhưlà giảthuyết trong chừng mực các hệquảcủa chúng soi
sáng được chính xác đến chi tiết cho các hiện tượng vẫn còn chưađược giải thích.
Rõ ràng là những mặcđịnh nhưthếkhông đápứng được tham vọng "Diễn dịch"
của Descartes một cách đầyđủ. Thí dụnhưNewton chưa từng biếtđến hiện tượng
nào chứng tỏco các cơchếhút hấp dẫn Và không hềbận tâm vềviệc bịađặt" ra giả
thuyết nhưthế(trái ngược với giai thoại quảtáo rơi mà nhiều người vẫn lầm
tưởng là sựthực lịch sử).
Nhưvậy trên thực tếNewton gần nhưvô tình đã sáng tạo nên cái mà các
triết gia vềkhoa học từ đó gọi là phương pháp diễn dịch-giảthuyết (hypothefico-
deductive method): hình thức thích đáng của lý thuyếtđược xem nhưmột hệ
thống toán học, trong đó các hiện tượng kinh nghiệm luận cá biệtđược giải thích
bằng cách trên hệchúng ngược trởlại theo cách diễn dịch với một sốít các nguyên
lý tổng quát và các định nghĩa. Phương pháp này bỏqua yêu cầu của Descartes là
các nguyên lý và định nghĩaấy bản thân chúng có thể được thiết lập một cách
thuyết phục và dứt khoát trước khi tra vấn xem các hệquảcủa chúng soi sáng thế
nào lên các vấnđề khoa học và các hiện tượng mang tính thời sự.
Các nhà triết học lên tiếng từnăm 1700 các cuộc tranh cãi vềkhoa học luận
chuyển sang hướng khác. Thoạt tiên là những đả kích nhằm vào phương pháp của
Newton trong đó phải kể đến các tên tuổi nhưGottfried Leibniz (1646- 1716) và
George Berkeley (1685-1753), nhưng kểtừnăm 1740 thì hầu nhưkhông còn ai
nghi ngờsự đúng đắn trong quan điềm của Newton nữa, vì cơhọc Newton phù
hợp kỳdiệu với các quan sát thực nghiệm.
Câu hỏi bây giờtrởthành: làm sao mà Newton lại làm đượcđiềuđó?Trong
bối cảnh ấy tác phẩm "Phê phán lý tính thuần túy" của Immanuel Kant xuất bản lần
đầu vào năm 1781 đã phần nào trảlời cho câu hỏiđó. Trong tác phẩm này Kant đã
khảo sát bản thân lý tính của con người ông bác bỏthuyết duy nghiệm vì cho rằng
tuy mọi nhận thức bắtđầu từkinh nghiệm, nhưng không phải tất cả đều bắt nguồn
từkinh nghiệm. Ông chứng minh rằng có những điều kiện có giá trịphổquát độc
lập với kinh nghiệm làm cơsởcho kinh nghiệm. Khảnăng thấu hiểu của con người
có thểdẫnđến sản sinh ra tri thức hiệu quả, chỉtrong chừng mực bản thân giác
tính ban đầu có cấu trúc khái niệm. ông cũng phảnđối phái duy lý. Mặc dù ông
thừa nhận có lý tính thuần túy độc lập với kinh nghiệm, nhưng cho rằng không thể
nhận thứcđược thực tại bằng tưduy đơn thuần Kant cho rằng con người ban tặng
một cấu trúc cho tri thức của mình thông qua các khái niệm và phạm trù mà cơn
người sửdụng cho việc tạo lập và diễn giải trải nghiệm. Kant và những người thời
đó đều tin chắc hình học Euchde và cơhọc Newton là các hệthống toán học và vật
lý hoàn bịvà duy nhấtđúng, nếu nhưkhông phải là chân lý toán học cuối cùng vế
tựnhiên . Niềm tin ấy thực tếkẻo dài cho đến cuối thếkỷ19. Hình học Euchde và
cơhọc Newton luôn là khuôn mẫu cho các lĩnh vực nghiên cứu tựnhiên khác. Lý
thuyếtđiện từMaxwen Và Vật lý thống kê đềuđược xây dựng trong tinh than đó
và cùng với cơhọc Newton đã tạo dựng nên tòa lâu đài vật lý cổ điển.
Thuyết tương đối ra đời.
Thí nghiệm của Albert Michelson (1852-1931) thực hiện một mình tại berlin
năm 1881vàcùngvới E. W. Morley tại hoa kỳnăm 1887đã trực tiếp dẫnđến sựra
đời của thuyết tương đối. Vào thờiđó người ta nhìn nhận ánh sáng là chuyềnđộng
sóng lan truyền với vận tốc nhấtđịnh trong môi truờng cơhọcđược gọi là ê te
(ether). Khi trái đất quay sẽtạo ra chuyềnđộng tương đối với ê-te, nhưvậy ánh
sáng truyền từmột nguồnđặt trên trái đất theo cùng chiều với tốcđộ của trái đất
sẽphải có tốcđộ khác với ánh sáng truyền theo chiều ngược lại. Thí nghiệm
Michelson có mụcđích xác định sựkhác biệtấyđể từ đó "do" được tốcđộ của trái
đất tương đối với ê-te. Kết quảthí nghiệm rất bất ngờkhông có sựkhác biệt nào cả!
Các nhà vật lý đã loay hoay rấtlâu cốgiải thích kết quảthí nghiệm trong khuôn
khổcơhọc Newton và giảthiết ê-te .Cuối cùng, Pomcaré đã kết luận rằng việc
không có khác biệt nào trong thí nghiệm chính là định luật: ánh sáng truyền Với
tốcđộ nhừnhau không phụthuộc vàn tốcđộ của trái đất và là một hằng sốvũtrụ.
Các nhà vật lý xem trái đất nhưhệquy chiếu mà thí nghiệm Michelson được thực
hiện trên đó .Các hệquy chiếu chuyểnđộng tương đối với nhau với một tốcđộ
không đổi (chuyểnđộng thẳng đều) gọi là các hệquán tính Các định luật cơhọc
đều nhưnhau trong các hệquán tính và không thểdựa vào chúng để phát hiện ra
một hệquy chiếuđặc biệt nào trong các hệquán tính. Nhưvậy Pomcaré điđến kết
luận là đinh luật của thuyếtđiện từ(ánh sáng truyền với tốcđộ không đổi) cũng
nhưnhau trên các hệquán tính và người ta cũng không thểsửdụng nó đề phát
hiện ra một hệquy chiếuđặc biệt nào (gắn với ê-te) .Einstem cứuảnh hưởng của
Emst Mach (1838-1916) đã đi xa hơn nữa: ông khước từgiảthuyết vềtính tuyệt
đối của thời gian hàm chứa trong cơhọc Newton (một thời gian duy nhất cho một
hệquy chiếu). Tính tuyệtđối của thời gian trong cơhọc Newton vốnđã được Mach
vạch ra từtrước.Einstein cho rằng mỗi hệquy chiếu có không gian và thời gian
riêng đảm bảo cho các định luậtđiện từcũng nhưcơhọcđều nhưnhau trong mọi
hệquán tính. Để đảm bảo yêu cau này Einstein đã xây dựng lại các định luật cơhọc
và đó là nội dung của thuyết tương đối riêng ra đời năm 1905 khi Albert Einstem
mới 26 tuổi.Trong lý thuyết mới này sựtồn tại của ê-te không còn là điều cần
thiết nữa và ngày nay nó không còn hiện diện trong vật lý hiệnđại. Cơhọc Einstein
đưa ra nhiều kết quảkhác thường đối với cảm nhận thông thường của con người,
thí dụnhưthời gian trôi qua đối với ngườiđi trên tàu vũtrụkhác với ngườiởtrên
trái đất, khiến cho huyền thoại
TừThức nhập Thiên thai lạiđược nhớtới nhưmột viễn tượng có thểcó. Tuy
nhiên, sựkhác biệt giữa cơhọc Einstein và cơhọc Newton thểhiện trong bài toán
chuyểnđộng của vật thề đủ biểu lộrõ rệt với các chuyểnđộng có vận tốc rất lớn
xấp xỉvới tốcđộ ánh sáng là tốcđộ có giá trịgần 300000 klômet mỗi giây .
Với các chuyểnđộng có tốcđộ nhưmáy bay thì sựkhác biệt là quá nhỏnên
không thểnhận ra được. Thuyết tương đối cũng khẳng định không thểgia tăng vận
tốc của vật thểvượt quá vận tốc ánh sáng. Thuyết tương đối của Einstein đã ảnh
hướng mạnh mẽ đến tưduy triết học trong việc thẩmđịnh tính chân lý của các lý
thuyết khoa học.