THỜI ĐẠI KHAI SÁNG-CÁCH MẠNG KHOA HỌC TRONG THẾ KỶ 17
Tác giả: Tôn Thất Thông
Hiệu đính: Hoàng Lan Anh
Phải có một khoa học phổ quát nào đó có khả năng giải thích mọi chuyện vượt lên trên trật tự và tiêu chuẩn, mà không cần phải sử dụng một phương tiện nào khác khi có vấn đề phát sinh. Điều này chúng ta có thể đạt được, không cần phải nhờ cái gì xa lạ mà chỉ cần một từ ngữ cổ xưa: toán học phổ quát[1].
René Descartes (1596-1650)
***
Trong chương trước đây, chúng ta đã đứng trên nhãn quan lịch sử khoa học để khảo sát giai đoạn phát triển khoa học thứ nhất, từ năm 1450 đến 1540, và đã thấy rằng, ranh giới giữa khoa học phục hưng và khoa học hiện đại nằm đâu đó ở giữa thế kỷ 16, tức là lúc Nicolaus Copernicus công bố vũ trụ quan nhật tâm. Kể từ đó, ngành thiên văn học và vật lý học đã thay đổi căn cơ chỉ trong vòng nửa thế kỷ, làm bàn đạp cho các ngành khoa học khác sau đó được phát triển mạnh mẽ hơn. Vì thế, trước khi khảo sát cách mạng khoa học trong thế kỷ 17, thiết tưởng cũng nên khảo sát xem, khoa học đã phát triển thế nào trong bước chuyển tiếp ở hậu bán thế kỷ 16, và những bước phát triển ấy tác động thế nào đến nền khoa học thế kỷ 17.
Một đặc trưng của thế kỷ 16 là, đời sống xã hội bị ảnh hưởng sâu sắc bởi cuộc cách mạng tôn giáo được khởi đầu ở thập niên 1520, dẫn đến sự phân liệt không thể cứu vãn của cộng đồng Kitô. Biến cố đó đã dẫn đến những cuộc chiến tranh tất yếu sẽ xảy ra, bắt đầu ở hậu bán thế kỷ 16, giữa các quốc gia hoặc vùng lãnh thổ, nơi mà vua hoặc lãnh chúa thuộc hai xu hướng tôn giáo đối nghịch nhau, tức Thiên Chúa hay Tin Lành. Ngoài sự tàn phá cấu trúc xã hội, những cuộc chiến tranh tôn giáo vô nghĩa đó đã dẫn đến khủng hoảng lương tâm trong xã hội châu Âu. Nhiều học giả không còn niềm tin vào Giáo hội, Thánh Kinh và những lời giáo huấn của Đức Chúa Trời. Họ âm thầm rút lui về những hoạt động riêng tư trong đời sống thế tục. Cũng từ đó, sự tách rời lý tính ra khỏi niềm tin là bước tiếp theo tất yếu.
Dù sự tách rời ấy là một biểu hiện tiêu cực của sự phân liệt trong xã hội, nhưng đồng thời, nó cũng có tác động rất tích cực lên đời sống tinh thần của học giả. Dường như họ được thôi thúc mạnh mẽ hơn để bước vào nghiên cứu những lĩnh vực mới, mà không hề gợn chút thắc mắc, là hoạt động đó có phù hợp với ý muốn của Giáo hội và Vương triều hay không, điều mà chúng ta thường bắt gặp trước đây, cụ thể là trước khi công trình nghiên cứu thuyết nhật tâm của Copernicus được công bố rộng rãi.
Vô số học giả cảm thấy hưng phấn được tiến vào những lĩnh vực mới mẻ, nhất là thiên văn thời đại mới. Sự kiện Giordano Bruno (1548-1600) bị tòa án dị giáo kết án thiêu sống, hoặc Galileo Galilei bị kết án quản thúc chung thân, chỉ vì quyết tâm bênh vực thuyết nhật tâm của Copernicus, cũng không làm cho giới học giả chùn bước, mà nó chỉ góp phần làm cho niềm tin vào Giáo hội hoàn toàn sụp đổ, và kích thích tính tò mò để học giả tìm hiểu, nghiên cứu cách vận hành của vũ trụ trên nhãn quan khoa học, thay vì tin vào Thánh Kinh và giáo lý thần học. Trong số những học giả đông đảo ấy, nổi lên hai khuôn mặt sáng giá nhất.
Trước hết là Johannes Kepler (1571-1630). Ông sinh ra trong một gia đình quý tộc Đức. Dù không giàu có lắm, ông vẫn được hưởng một nền giáo dục ưu đãi, rồi theo học tại trường đại học Tübingen nổi danh thời đó. Với trí thông minh tuyệt đỉnh, ông đã viết nhiều bài báo xuất sắc lúc còn trẻ. Vì thế, Kepler được nhà thiên văn tiếng tăm lúc ấy, là Tycho Brahe, mời về Praha làm trợ giáo.
Lúc người thầy bất chợt qua đời, Kepler được bổ nhiệm kế vị Brahe, và nhờ thế được tiếp cận đến những dữ liệu phong phú mà Tycho Brahe dày công đo đạc và ghi chép cẩn thận gần 30 năm. Với đạo đức khoa học, Kepler đã công bố các dữ liệu này dưới tên Tycho Brahe trước khi sử dụng để tiếp tục nghiên cứu. Nhưng dù sao, cơ may này đã làm cho Kepler mở rộng tầm nhìn để tự đặt ra cho mình những đề tài nghiên cứu mang tầm vóc thế kỷ.
Ngay từ những ngày đầu, Johannes Kepler đã đi tìm đáp án cho những câu hỏi quan trọng bậc nhất của ngành thiên văn, mà chưa ai trả lời được, kể từ lúc Copernicus công bố thuyết nhật tâm[2]. Các câu hỏi đó là: Tại sao các hành tinh quay quanh mặt trời? Điều gì giữ cho các hành tinh chạy mãi trên quỹ đạo bất biến? Lực nào đẩy chúng đi mãi không dứt? Đã có lúc Kepler liên tưởng đến William Gilbert và lý thuyết từ trường, nhưng vẫn không tìm ra lời giải. Dù không có đáp án cho những câu hỏi nói trên, nhưng Kepler đã giải phóng cho giới học giả đương thời thoát khỏi gánh nặng tinh thần từ Aristotle.
Johannes Kepler cũng đã nghĩ đến một lực đẩy từ xa ở bên ngoài thái dương hệ, và mặc dù không trả lời các câu hỏi nêu trên, nhưng qua đó, Kepler cũng đã đặt những viên đá đầu tiên để 50 năm sau, Isaac Newton trả lời thấu đáo, rất thuyết phục, một lần và mãi mãi, sau khi ông khám phá ra trọng lực và sức ly tâm. Cả ba câu hỏi nêu trên được Isaac Newton trả lời dứt khoát, không chỉ nhờ đo đạc, thí nghiệm, mà chủ yếu dựa vào các định luật vật lý, và cuối cùng chứng minh bằng toán học. Qua thành quả này, Newton đã đưa toán học lên một tầng cao trong các công trình nghiên cứu về sau.
Ngoài công trình nghiên cứu ở trên, Kepler còn được nổi danh hơn nhờ ba định luật về chuyển động, mà người đời sau đặt tên là “Ba định luật Kepler” về sự chuyển động của các hành tinh.
Định luật thứ nhất: Quỹ đạo các hành tinh không phải là vòng tròn như Copernicus công bố, mà là hình bầu dục với vị trí của mặt trời nằm ở một trong hai tiêu điểm. Các hình bầu dục này rất gần giống hình tròn, vì thế, khoảng cách giữa hai tiêu điểm rất nhỏ, và với độ chính xác thấp của các thiết bị đương thời, người ta chưa phát hiện một định luật tương tự như Kepler.
Định luật thứ hai: Sự chuyển động của các hành tinh, trong cùng một khoảng thời gian nhất định, cho dù bắt đầu ở bất kỳ thời điểm nào, đều phát sinh một diện tích bằng nhau. Có nghĩa là, hành tinh càng gần mặt trời, nó chuyển động càng nhanh. Khám phá này của Kepler chính là tiền đề để Newton đưa ra giả thuyết về một lực kéo nào đó từ trung tâm.
Định luật thứ ba: Có một mối liên hệ toán học giữa quỹ đạo của hành tinh và khoảng cách của nó đến mặt trời. Khám phá này chứng tỏ năng lực phi phàm của Kepler, khi mà các thiết bị đương thời không đủ chính xác để đưa ra giả thuyết, nói gì tới kết luận.
Nếu không có một tư duy toán học hơn người, thì Kepler khó lòng khám phá ba định luật ở trên. Cả ba định luật đều xuất phát từ những giả thuyết lấy toán học làm nền tảng. Với Kepler, toán học đã tiến vào trung tâm để dần dần chinh phục thế giới nghiên cứu khoa học tự nhiên. Đấy là di sản vĩ đại mà Kepler để lại cho hậu thế, mà rõ nhất là sự áp dụng toán học để nghiên cứu khoa học tự nhiên trong thế kỷ 17.
Người thứ hai là Galileo Galilei (1564-1642). Galileo Galilei được xem là một nhà khoa học dân gian, được dân gian yêu mến, hoặc chí ít là ông nổi danh đến độ mà mỗi người trong xã hội đều ít nhất một lần đã nghe tên. Có lẽ ngoài Charles Darwin và Albert Einstein, không có một khoa học gia nào mà ảnh hưởng trong cộng đồng có thể bao quát rộng rãi hơn Galilei[3]. Thiết tưởng cũng không thừa để nhắc lại rằng, Bertolt Brecht đã đưa cuộc đời Galilei lên sân khấu, lần đầu vào năm 1943 tại Zürich[4].
Trong đời sống xã hội, Galilei trở nên người nổi tiếng qua ba hoạt động sau đây: Thứ nhất, qua sự đối đầu với các tòa án dị giáo của Giáo hội Kitô, Galilei làm hiển lộ sự bất lực của giáo hội đối với các công trình khoa học không nằm trong hệ thống lý luận thần học. Thứ hai, Galilei tỏ ra rất can đảm, phần nào hơi phiêu lưu khi quảng bá tư tưởng khai sáng và phản kháng trong một giai đoạn chưa chín mùi. Nhưng với thái độ cương quyết đấu tranh cho cái mới và hiện đại, Galilei trở thành người hoa tiêu dẫn đường cho những trào lưu tư tưởng cách mạng sẽ thành hình trong vài thập niên sau đó trong thế kỷ 17. Thứ ba, mặc dù tiếng La-Tinh vẫn còn là ngôn ngữ học thuật, Galilei vẫn biên soạn các công trình nghiên cứu của mình bằng tiếng Ý, với mục đích rõ rệt là để cho độc giả không biết tiếng La-Tinh có thể tiếp cận được.
Về mặt khoa học, Galilei cống hiến cho nhân loại những luận chứng khoa học, có nội dung phản bác lại những nhận thức sai lầm của học giả thời cổ đại, kể cả nhưng vĩ nhân như Aristotle. Lúc còn ở Pisa, ông làm nhiều thí nghiệm để chứng minh rằng, các vật thể, dù lớn hay nhỏ, dù nặng hay nhẹ đều rơi xuống đất với cùng một vận tốc như nhau, một điều hoàn toàn đúng so với hiểu biết hôm nay, và rất trái nghịch với luận thuyết của Aristotle về chuyển động.
Chưa hết, công trình mang tính đột phá hơn của Galilei là khám phá nguyên lý chuyển động của vật chất dưới tác động của một lực đẩy, qua thí nghiệm quả bi sắt được bắn đi bởi một khẩu súng. Ông sử dụng nguyên lý độc lập của chuyển động như trên để kết luận rằng, đường cong biểu diễn sự chuyển động của bi sắt là sự tổng hợp của hai loại chuyển động, một là chuyển động tiến về phía trước, và hai là chuyển động rơi tự do. Công thức toán học của Galilei trong thí nghiệm này vẫn còn được áp dụng cho đến ngày nay.
Nói tóm lại, Galilei là khoa học gia có kiến thức thâm sâu về vật lý và toán. Ông cũng là người hiện đại đầu tiên có nhận thức không lay chuyển rằng, thế giới vật lý có thể được diễn đạt bằng toán học. Hoặc như chính Galilei đã nói: “cuốn sách thiên nhiên vốn đã được viết bằng ngôn ngữ toán học”[5].
Galilei tin tưởng tuyệt đối vào vai trò của toán học trong các định luật thiên nhiên. Vì thế, ông luôn luôn tìm cách làm cho toán học trở thành công cụ hữu ích trong việc nghiên cứu khoa học.
Galilei vết trong sách Il Saggiatore (Cung thủ) năm 1623: “Người ta chỉ có thể hiểu cuốn sách thiên nhiên, khi người ta đã học đến ngôn ngữ và chữ cái mà cuốn sách dùng để viết. Thiên nhiên được viết bằng ngôn ngữ toán học, và các chữ cái là những tam giác, vòng tròn và những vật thể hình học khác, và nếu không có phương tiện này, thì con người khó có thể hiểu được một chữ nào trong đó”[6].
Nói tóm lại, với phong cách nghiên cứu của học giả thuộc hậu bán thế kỷ 16, mà tượng trưng là Kepler và Galilei, hậu bán thế kỷ 16 chứng kiến sự chuyển biến sâu sắc về tư duy khoa học, phương pháp quan sát, đo đạc để tiến đến nhận thức hiện tượng thiên nhiên. Nhưng chưa hết, mặc dù thế kỷ 16 chưa sản sinh ra những nhà toán học lừng danh, nhưng chính các học giả thế kỷ 16 đã áp dụng thành công phương pháp sử dụng công cụ toán học để chứng minh các giả thuyết vật lý. Và cũng chính họ đã đưa toán học lên mặt tiền của các công trình nghiên cứu, biến nó thành công cụ hiệu quả nhất để chứng minh các định luật vật lý.
Để tiếp nối, thế kỷ 17 được xem như thời khắc sinh thành của phương pháp nghiên cứu khoa học và đi kèm với nó là năng lực phán đoán có sử dụng các công cụ toán học và cơ học ngày càng tinh vi và chính xác. Trong thế kỷ 17, triết học cũng đã tiến một bước dài để có thể cung cấp cho khoa học gia nền tảng vững chắc về phương pháp luận. Đặc biệt toán học đã thâm nhập vào mọi lĩnh vực của tri thức. Việc dùng cách diễn đạt toán học cho những hiểu biết về thiên nhiên trong ngành cơ học cũng như thiên văn, là cách làm của nhiều học giả hàng đầu trong thế kỷ 17. Bước đi này cũng được kết hợp với sự tổng hợp các giai đoạn từ sáng kiến đến thử nghiệm trong khoa học, cũng như với mối liên quan ngày càng chặt chẽ giữa lý thuyết và thực hành[7].
Trong thời gian hai thập niên đầu của thế kỷ 17, môi trường học thuật đã quen thuộc với một gương mặt lớn là Francis Bacon, người đã đưa phương pháp quy nạp (inductive) vào nghiên cứu. Bacon đưa lên mặt tiền một bộ phận của phương pháp đó, là sự tin tưởng vào kinh nghiệm và thử nghiệm. Bộ phận thứ hai, là công cụ toán học để chứng minh, thì ông không chú ý. Chính vì sự thiếu sót này mà người ta không thấy dấu vết của Bacon trong các công trình của Kepler, Galilei và những người đi sau trong ngành thiên văn.
Điều đó cũng không đáng ngạc nhiên: Bacon không phải là nhà toán học, mà có lẽ nói chính xác hơn, ông là một triết gia khoa học. Thậm chí trong thế kỷ 19, có nhiều sử gia khoa học gọi Bacon là “triết gia của kỷ nguyên công nghiệp hóa”. Francis Bacon ít quan tâm đến câu hỏi “nhận thức là gì?”, mà ông thường xuyên tìm đáp án cho câu hỏi thực tiễn hơn, là “làm thế nào để cải thiện nhận thức và làm cho nó phong phú hơn”, và việc đó được tiến hành một cách có hệ thống theo cách mà, xã hội có thể hưởng lợi từ đó.
Francis Bacon là triết gia đầu tiên có một tầm nhìn sắc bén rằng, cuộc sống thường nhật của chúng ta cũng như tiến trình lịch sử sẽ ghi đậm dấu ấn của các thành quả khoa học. Bacon tin tưởng mãnh liệt rằng, rồi sẽ có nhiều công trình nghiên cứu công cộng có tổ chức và được phối hợp nhịp nhàng để phục vụ cho hạnh phúc cộng đồng, trong niềm hy vọng rằng, khoa học sẽ có ích lợi cho mọi người, mà không mang lại một thiệt hại nào cho bất cứ ai. Điều đó xuất phát từ niềm lạc quan về sự tiến bộ, vốn dĩ luôn luôn có năng lực tự cải thiện nhờ tri thức khoa học và kỹ thuật[8].
Trong lúc việc sử dụng công cụ toán để giải thích các hiện tượng thiên nhiên là chìa khóa thành công của Kepler và Galilei, thì lối suy nghĩ theo tinh thần Bacon đã được thay đổi sâu sắc hằng năm trong thế kỷ 17. Ngay cả Galilei, người dành nhiều thời gian cho các thử nghiệm khoa học, cũng nhận thức tầm quan trọng của toán học. Galilei thú nhận rằng, ông phải dùng các kết quả thử nghiệm để thuyết phục các đối tác khó tính, chứ riêng cho bản thân, ông đã hài lòng với các chứng minh toán học chứ chưa cần đến kết quả của sự kiểm tra thực nghiệm[9].
Tiếp đến, suốt ba thập niên từ năm 1630, tức thời gian thành danh của René Descartes, phương pháp chứng minh các giả thuyết bằng phương pháp toán học trở thành chìa khóa của việc thu thập tri thức, và Descartes cũng nhiều lần nhấn mạnh rằng, điều này có giá trị cho mọi ngành khoa học, cũng không khác gì như trong đại số. Mặc dù Descartes chưa khám phá tác dụng của các phương pháp kiểm tra bằng thí nghiệm, nhưng ông có niềm đam mê về một sự rõ ràng và vững tâm tuyệt đối để tiến đến hình ảnh lý tưởng của một nền khoa học, trong đó, cũng giống như trong toán học, tất cả đều có thể được kiểm nghiệm bằng các nguyên lý rõ ràng đã định trước. Với tư tưởng đó, Descartes đã ảnh hưởng sâu sắc lên các nhà nghiên cứu khoa học có tư duy thuần lý, và toán học đã chi phối thế giới học thuật một thời gian rất dài[10].
Phù hợp với sự tiến bộ tất yếu của khoa học, tư duy thuần lý của toán học và các công trình do Descartes dự thảo được các học giả hàng đầu của thế kỷ 17 tiếp tục khai triển, bổ sung, chỉnh sửa và hoàn thiện để thành cơ sở lý luận vững chắc cho việc nghiên cứu các ngành khoa học thực nghiệm trong thế kỷ 18. Isaac Newton, Robert Boyle, Christiaan Huygens là những thí dụ. Các vị học giả này đã có công phát hiện những điều không còn phù hợp trong tư duy toán học thuần lý của Descartes, nhưng những phê phán của họ mang tính chất bổ sung hơn là phá vỡ nền móng có sẵn. Vì thế, toán học, nhất là phương pháp diễn dịch vẫn đóng vai trò rất quan trọng trong các thế kỷ về sau. Nói cách khác, bên cạnh Newton có ảnh hưởng mạnh lên nền khoa học thế kỷ 18, Descartes là nhân vật biểu tượng của thế kỷ 17, và phương pháp toán học của ông là biểu tượng của tinh thần khoa học trong thời cận đại sơ kỳ.
***
Tóm lại, đến thập niên cuối cùng của thế kỷ 17, khoa học tự nhiên đã hoàn toàn thắng thế trong thế giới học thuật. Vai trò của khoa học gia ngày càng được nổi bật hơn trong xã hội. Ngôi nhà khoa học được xây cất bằng các khám phá mới mẻ của họ ngày càng vững chãi, và nhất là phương pháp của họ ngày càng được công nhận rộng rãi, và chúng cũng sẽ không bao giờ bị rơi vào quên lãng. Nhìn lại từ đầu thế kỷ, bức tranh khoa học được thay đổi hàng năm[11].
Đến cuối thế kỷ 17, sự thay đổi trong phương pháp tư duy càng rõ rệt hơn. Chúng ta thử nghe phát biểu của Robert Boyle (1627-1691), một nhà khoa học tiên phong của thế kỷ đó, về phương pháp thu thập tri thức: “Khi tôi thấy một chiếc đồng hồ và đòi hỏi sự giải thích, thì trước tiên tôi nghe rằng, đó là một thiết bị do người thợ đồng hồ chế ra để hiển thị giờ giấc. Điều đó hoàn toàn đúng. Nhưng tư tưởng của tôi sẽ hạn hẹp biết bao, nếu tôi thỏa mãn với câu trả lời đó, thay vì tìm cách biết rõ hơn, chẳng hạn, cấu trúc bên trong của chiếc đồng hồ như thế nào, các bộ phận bên trong hoạt động ra sao: các lò xo, bánh răng cưa, kim giờ, kim phút, chúng tác động lẫn nhau như thế nào, v.v.[12]”.
Cách đặt vấn đề của Robert Boyle cũng thể hiện lề lối tư duy của khoa học gia ngày càng phổ biến trong thế kỷ 17. Đối với một hiện tượng thiên nhiên, người ta đối diện với hai loại câu hỏi: câu hỏi thứ nhất là, điều đó để làm gì? Đó là câu hỏi quen thuộc trong thời trung cổ khi người ta đứng trước một hiện tượng thiên nhiên. Câu hỏi thứ hai phức tạp hơn: điều đó bao gồm thành tố nào? làm sao nó thành hình? nó hoạt động thế nào? tuân theo định luật nào? Loại câu hỏi thứ hai này được Johannes Kepler, Galileo Galilei xem là quan trọng hơn khi quan sát các hành tinh, và cách suy nghĩ ấy ngày càng trở nên phổ biến trong môi trường khoa học.
Khi con người nhận thức rằng, Thượng Đế sáng tạo ra vạn vật, đó là một điều có thể chấp nhận được. Nhưng những học giả thời đại mới muốn biết nhiều hơn, là Thượng Đế đã sáng tạo như thế nào. Không phải họ gạt vấn đề hiện hữu của sự vật qua một bên, mà họ giải thích rằng, điều đó chưa đủ để giải thích một câu hỏi khoa học.
Nói cách khác, người ta không còn thỏa mãn với câu hỏi “vật đó để làm gì” như học giả thời trung đại và cổ đại, mà người ta tò mò hơn: chúng bao gồm những thứ gì, kết cấu với nhau như thế nào, tương tác ra sao, chúng tuân theo những định luật nào v.v… Lối suy nghĩ đó chi phối môi trường khoa học suốt các thế kỷ về sau, và đó cũng là đặc trưng của tư duy con người khoa học mà chúng ta bắt gặp ngày càng nhiều hơn kể từ cuối thế kỷ 17.
Sự biến đổi hệ hình trong khoa học tự nhiên ở cuối thế kỷ 17 đã thâm nhập vào nhiều nước trên lục địa. Giai đoạn mày mò đi tìm phương hướng trong giới khoa học gia đã chấm dứt; nền móng đầu tiên cho nền khoa học hiện đại đã trở thành vững chắc, trước hết là toán, thiên văn và cơ học ở thế kỷ 17, dần dần mở rộng ra các ngành khác mang tính chất thực nghiệm gần gũi với đời sống như vật lý học, hóa học, sinh vật học ở thế kỷ 18, và cuối cùng tiến sang lĩnh vực kỹ thuật như cơ khí, kỹ thuật điện bắt đầu ở hậu bán thế kỷ 18. Điều cần thiết phải đến và cũng sẽ đến là mầm mống cuộc cách mạng công nghiệp được manh nha ở gần cuối thế kỷ 18. Cuộc cách mạng đó, được phát triển vũ bão trong thế kỷ 19, đã lột xác xã hội châu Âu và kiến tạo phồn vinh cho con người và xã hội.
Tất cả đều xuất phát từ những đột phá mạnh mẽ trong tư tưởng con người và trong khoa học tự nhiên ở thế kỷ 17, điều đã tạo nên những thành tố quan trọng cho một cuộc cách mạng toàn diện trên mọi lĩnh vực khoa học.
Xu hướng đoạn tuyệt với chủ nghĩa kinh viện, tư duy Aristotle và gắn liền với nó là giáo điều ý thức hệ tôn giáo đã trở thành một xu hướng không thể đảo ngược. Về mặt khoa học, phương pháp quan sát-thử nghiệm-phán đoán-chứng minh và kết luận đã trở thành phổ biến; tư duy tiên nghiệm (a priori) trong nghiên cứu khoa học rốt cục đã bị đẩy lùi; toán và vật lý trở thành những công cụ sắc bén để giải quyết các vấn đề khó khăn; nhưng quan trọng hơn nữa là xu hướng thực nghiệm ngày càng rõ nét trong giới khoa học.
Đến cuối thế kỷ 17, các thành tố cho một cuộc biến đổi hệ hình tiếp theo ở mức độ cao hơn đã xuất hiện. Từ những ngành khoa học cổ điển như toán, thiên văn và y khoa, tri thức học giả bắt đầu hướng về những thành tố mới mẻ mang tính chất thực nghiệm, kỹ thuật, công nghiệp, tức là những lĩnh vực liên quan trực tiếp đến đời sống con người, đến sản xuất để phục vụ cho xã hội. Chúng sẽ được định hình trong thế kỷ 18, chẳng hạn những ngành hóa học, nhiệt động học, khí động học, sinh vật học, kỹ thuật điện, cơ khí, v.v… Nhưng đấy là câu chuyện chúng ta sẽ trở lại trong chương kế tiếp để bàn về Khoa học và kỹ thuật trong thế kỷ 18.
Toán học
Không có gì để nghi ngờ khi nói rằng, thế kỷ 17 là giai đoạn đặc biệt quan trọng trong quá trình phát triển ngành toán nói chung. Chừng mực nào cũng có thể kết luận rằng, giai đoạn này ghi đậm dấu ấn của nền toán học hiện đại, và thế kỷ 17 chính là thời kỳ cách mạng của ngành toán hiện đại[13]. Một số nhà toán học đã chi phối sự phát triển toán học trong thế kỷ 17 có thể kể (theo thứ tự năm sinh):
François Viète (1540-1603), người Pháp
Galileo Galilei (1564-1642), người Ý
Johannes Kepler (1571-1630), người Đức
Gérard Desargues (1591-1661), người Pháp
René Descartes (1596-1650), người Pháp
Bonaventura Cavalieri (1598-1647), người Ý
Pierre de Fermat (1601-1665), người Pháp
Gilles de Roberval (1602-1675), người Pháp
Evangelista Torricelli (1608-1647), người Ý
John Wallis (1616-1703), người Anh
Vinzenzo Viviani (1622-1703), người Ý
Blaise Pascal (1623-1662), người Pháp
Isaac Barrow (1630-1677), người Anh
Isaac Newton (1643-1727), người Anh
Gottfried W. Leibniz (1646-1716), người Đức
Jacob Bernouilli (1655-1706), người Thụy Sĩ
Johann Bernouilli (1667-1748), người Thụy Sĩ
Thế kỷ 17 là thế kỷ của phát minh toán học. Không chỉ là toán lý thuyết như các nhà toán học cổ đại từng làm, mà ngành toán ứng dụng đã được thành hình trong thời cận đại để giải quyết các vấn đề đặt ra trong quá trình phát triển khoa học lúc đó, nhất là trong hai lĩnh vực thiên văn và vật lý. Nổi bật hơn cả là hai phát minh mang tính đột phá: hình học giải tích và phép tính vi tích phân.
Thứ nhất, hình học giải tích (Analytic Geometry), hay còn được gọi trong ngôn ngữ thông thường là đại số hóa môn hình học, là một phương pháp mới được Descartes khám phá và trình bày trong tiểu luận Hình học (La Géométrie) kèm theo bộ sách Diễn giải về Phương pháp (Discours de la méthode) xuất bản năm 1637. Đây là một công trình hoàn toàn mới, một chiếc cầu nối giữa đại số và hình học, bằng cách dùng các công thức đại số để giải các định lý hình học.
Với khám phá này, Descartes đã trao vào tay các nhà toán học một công cụ cực kỳ hiệu quả. Không cần phải tìm lời giải cho từng giả thuyết riêng lẻ, mà chỉ cần nắm lấy chìa khóa để tìm đến tất cả các giả thuyết. Quả thật cũng đúng như Descartes tự hào rằng, chưa có ai trong quá khứ, kể cả những toán học gia cổ đại đã sở hữu một chìa khóa ảo thuật như vậy[14]. Với hình học giải thích, Descartes đã trang bị cho ngành toán một phương pháp phổ quát.
Vị bác sĩ nổi danh người Thụy Sĩ, Johann Jakob Scheuchzer (1672-1733) nhận xét về vai trò lãnh đạo của Descartes như sau: “Xuất phát từ sự nghi ngờ tất cả mọi thứ, Descartes với tư duy toán học đã đưa ra một giải pháp độc nhất vô nhị. Cách suy luận lo-gic của toán học theo sơ đồ của Descartes, từ đó đã đặt cơ sở cho những khám phá khoa học, mà trước đây người ta không hình dung có thể khám phá được[15]”.
Căn cứ vào các tác phẩm được xuất bản sau khi nhà toán học Pháp Pierre de Fermat mất, nhiều sử gia khoa học cho rằng, Pierre de Fermat cũng độc lập phát minh hình học giải tích cùng thời với Descartes, nhưng De Fermat không xuất bản mà chỉ lưu hành bản thảo trong vòng quen biết ở Paris năm 1637. Không có sử gia nào quả quyết ai khám phá trước, ai sau. Nhưng vì Fermat không xuất bản, cho nên phần lớn vinh quang đều được trao vào tay Descartes, sau khi tiểu luận Hình học của ông được in vào năm 1637.
Thứ hai, phép tính vi tích phân (Infinitesimal calculus) là phương pháp tổng quát, dùng toán để giải quyết các vấn đề trong vật lý, thiên văn và cơ học, trong đó có ba vấn đề khó mà phép tính vi tích phân có thể cho lời giải một cách có hệ thống: Thứ nhất, các vấn đề liên quan đến vận tốc chuyển động không đều, thí dụ như sự gia tốc; thứ hai, vấn đề tiếp tuyến tại những điểm bất kỳ trên các đường cong; thứ ba, vấn đề tứ giác của bốn điểm bất kỳ trên một đường cong bất kỳ. Với vi tích phân, các vấn đề đó có thể giải quyết bằng lý thuyết.
Sử gia cho rằng, phép tính vi tích phân được Newton khám phá khoảng 1665/1666 nhưng không rõ vì lý do gì, ông không cho ai biết và mãi gần 40 năm sau mới công bố chung với các khám phá khác trong vật lý vào năm 1704. Trong lúc đó, độc lập với Newton, Gottfried W. Leibniz khám phá phép tính này năm 1675, và xuất bản vào năm 1684 tức là 20 năm trước công bố của Newton. Chuyện phức tạp lịch sử này đã gây nên một cuộc bút chiến giữa Newton và Leibniz, mà trong tiến trình đó, Newton đã sử dụng vai trò chủ tịch Hội đồng Hoàng gia Anh để làm mọi chuyện, mà người ta gọi là “không phù hợp với một gentlemen”.
Gạt qua một bên chuyện tranh chấp giữa hai học giả, việc khám phá phép tính vi tích phân đã tạo ra cho toàn bộ nền toán học và cả những khoa học chính xác khác một công cụ sắc bén, có hiệu quả hơn tất cả các công cụ khác đã có từ trước cho tới lúc đó[16].
Ngoài hai phát minh trên, thế kỷ 17 còn chứng kiến nhiều khám phá mới trong toán học. Blaise Pascal cùng với Pierre de Fermat là hai nhà toán học người Pháp đã khai sinh ngành toán xác suất. Cũng chính Blaise Pascal cùng với Girard Desargues là những tổ phụ đầu tiên đã xây dựng nền móng cho một ngành mới của toán học, đó là hình học phối cảnh. Điều này cũng không có gì ngạc nhiên khi chúng ta biết rằng, Girard Desargues là kiến trúc sư và kỹ sư ở Lyon, cho nên hình học phối cảnh là công cụ mà ông phải sử dụng hàng ngày.
Ngoài ra, thế kỷ 17 đã khai sinh những ngành khác như: lý thuyết số, xác suất, phép tính biến phân, đạo hàm, tích phân, hình học phối cảnh, khái niệm về biến số. Danh sách những nhà toán học ở trên là những nhân vật quan trọng được xem như là những người định hình nền toán học thế kỷ 17 và lưu danh hậu thế. Thực ra, danh sách vẫn còn rất dài.
Thiên văn học
Kể từ sau những thành quả lớn lao của Galilei, người ta nhận thấy rằng, chất lượng của kính viễn vọng là chìa khóa để quan sát các hành tinh và đạt những khám phá mới. Quả thật, kính viễn vọng trong thế kỷ 17 có độ phóng đại gấp nhiều lần chiếc kính của Galilei dùng ở đầu thế kỷ, từ đó nhiều phát hiện mới được tìm thấy, chẳng hạn như điều gọi là “vòng Saturn”, cũng như những ngoại vi quay quanh các hành tinh giống như “mặt trăng” của chúng. Galilei tìm thấy mặt trăng của Jupiter. Hiện tượng nguyệt thực ở đó cũng được quan sát rõ ràng và xảy ra đều đặn theo chu kỳ. Giovanni Cassini (1625-1712) người Ý tạo được một bảng tính toán đầy đủ về thời gian của các chu kỳ nguyệt thực[17].
Nhưng trong ngành thiên văn học, Isaac Newton vẫn là một tên tuổi vĩ đại nhất. Copernicus đã chỉ ra rằng, các hành tinh quay quanh mặt trời trên quỹ đạo vòng tròn. Johannes Kepler khám phá rằng, quỹ đạo đó hình bầu dục, đồng thời diễn giải các định luật liên quan đến chuyển động các hành tinh. Nhưng câu hỏi sau cùng vẫn chưa có lời giải: lực nào đã giữ cho các hành tinh và mặt trăng chuyển động cân bằng? Mãi đến khi Newton “vô tình” khám phá trọng lực và lực ly tâm, câu hỏi đó mới được trả lời thỏa đáng. Chính lực ly tâm (sức đẩy) và trọng lực (sức kéo) đã giữ cho các hành tinh chuyển động cân bằng trên quỹ đạo và không bao giờ va chạm nhau.
Các khám phá đó đã kích thích tính tò mò của các nhà thiên văn và người ta có sáng kiến đo đạc để tìm mối liên hệ giữa thời gian và vị trí của chúng để xác định vị trí của người quan sát ở mặt đất. Điều này họ làm được sau khi máy vi kế (Micrometer) được phát minh vào giữa thế kỷ 17. Họ kết hợp với kính viễn vọng và một sợi dây mỏng để đo chính xác góc giữa hai ngôi sao khi quy chiếu về điểm quan sát. Phát hiện này là một bước tiến cách mạng trong phương pháp xác định vị trí tàu bè trên biển.
Trong thời gian này, Giovanni Cassini đo được khoảng cách đến sao hỏa và đường kính của quỹ đạo trái đất. Olaus Römer (1644-1710) người Đan Mạch đo được vận tốc ánh sáng cao hơn 300.000 Km/giây một ít, điều được xác định gần đúng trong thế kỷ 19, khi thiết bị và kỹ thuật đo đã được cải thiện. Christiaan Huygens (1629-1695) người Hà Lan tự cải tiến kính viễn vọng để hoàn tất việc tính toán quỹ đạo một vài hành tinh lớn.
Vật lý, hóa học, sinh vật học, y khoa
Thế kỷ 17 chứng kiến sự khởi đầu của nhiều ngành khoa học thực nghiệm. Những phát minh trong thế kỷ này mang tính chất nền tảng để xây dựng những ngành nghiên cứu mới. Khám phá về trọng lực, lực ly tâm và nguyên lý chuyển động của Isaac Newton là những viên gạch đầu tiên để khai sinh ngành cơ học hiện đại. Ngành quang học phát triển nhanh sau khi người ta thấy công dụng của kính viễn vọng. Lĩnh vực quang học trong các thế kỷ tiếp theo vẫn còn dấu ấn từ thế kỷ 17 của Isaac Newton, Willibrod Snell, Francisco Grimaldi, René Descartes, Christian Huygens. Khí học (Gas) được bắt đầu bởi Robert Boyle, Evangelista Torricelli, Blaise Pascal, Otto von Guericke.
Từ hơn một thiên niên kỷ trước, thế giới hóa học là vùng hoạt động độc quyền của những nhà giả kim (Alchemist), một truyền thống triết học và khoa học nguyên thủy, vốn không những thịnh hành ở châu Âu mà cũng rất quen thuộc ở các nước châu Á. Mục tiêu chung là làm “biến chất” các kim loại dễ kiếm và rẻ tiền, thành các kim loại quý hiếm. Có nơi, họ tìm cách chế tạo ra những loại thuốc trường sinh bất tử, hoặc các dược chất gọi là trị được bá bệnh. Tình trạng này đã thay đổi tận gốc ở châu Âu kể từ thế kỷ 17, khi những khái niệm đầu tiên về “hóa học” ra đời.
Khám phá của Robert Boyle trong lĩnh vực hóa học là bước đi vững chắc đầu tiên để các hóa học gia thế kỷ 18 xây dựng hóa học thành một ngành khoa học thực nghiệm cực kỳ quan trọng cho tiến trình văn minh nhân loại.
Ngành vi sinh học (Biology) được Robert Hook, Antony van Leeuwenhoek, Jan Swammerdam, Mercello Malpighi xây dựng những bước đi đầu tiên. Đặc biệt lĩnh vực y khoa đã có những phát minh độc đáo để thực sự cải thiện phương tiện chăm sóc sức khỏe, nâng cao tuổi thọ trung bình trên khắp cả lục địa. Cơ thể con người không còn là một bí ẩn của tạo hóa, mà các nhà y khoa đã phơi trần ra ánh sáng, kết hợp với ngành phẫu thuật để có thể can thiệp đến mọi vùng miền trong cơ thể con người. Tiến bộ kỹ thuật của kính hiển vi càng đẩy nhanh nhiều khám phá dồn dập trong thế kỷ 17. Những nhà y khoa lớn trong thời đại đó có thể kể: William Harvey (1578-1657), Thomas Sydenham (1624-1689).
Dưới ảnh hưởng triết học duy lý của Descartes, cũng như những tiến bộ vũ bão trong lĩnh vực vật lý và hóa học, các nhà nghiên cứu y khoa thử tìm cách sử dụng các định luật vật lý và hóa học để cắt nghĩa sự hoạt động của cơ thể con người, từ đó những ngành học mới được xuất hiện như y hóa học (Iatrochemistry) và y vật lý (Iatrophysics). Vị giáo sư lừng danh của Hà Lan, Franz de la Boë Sylvius (1614-1672) còn tổ chức một hệ thống giáo dục y khoa dựa vào tư duy hóa học. Mặc dù những cố gắng này chưa mang lại kết quả trong điều kiện kỹ thuật của thế kỷ 17, nhưng đó là những viên đá đầu tiên góp phần vào phương pháp chẩn bệnh hiện đại trong những thế kỷ về sau[18].
Tổng kết lại, y học thế kỷ 17 đã khám phá nhiều điều mới lạ chưa từng thấy trước đó và tạo tiền để để thế kỷ 18 phát minh những phương pháp mới trong việc chẩn bệnh và chữa trị. Thí dụ như William Harvey khám phá vòng tuần hoàn máu và cơ chế hoạt động của tim, nhờ thế người ta tìm cách đưa thuốc vào máu và chuyền đi khắp cơ thể để chữa bệnh; hoặc sự khám phá kính hiển vi đầu thế kỷ 17 đã mở đầu cho nhiều khám phá mới mẻ trong ngành cơ thể học, thí dụ như Antony van Leeuwenhoek phát hiện vi trùng, được xem như người tổ phụ của ngành vi trùng học. Nhưng quan trọng hơn hết, y học thế kỷ 17 đã vượt ra ngoài quyền năng của Đấng Sáng Tạo, khi xem cơ thể con người là một cỗ máy, mà ngành y học phải hiểu thấu đáo từng tế bào bên trong và cơ chế tương giao giữa chúng, cũng như cơ chế hoạt động một cách tổng thể, điều mà ngày hôm nay đã trở thành hiển nhiên.
./.
Tôn Thất Thông, tháng 12.2024
Tài liệu tham khảo
Bayertz, Kurt chủ biên: Wissenschaftsgeschichte und wissenschaftliche Revolution. ISBN 3-7609-0565-X. (Lịch sử Khoa học và Cách mạng Khoa học).
Bernal, John Desmond: Die Wissenschaftliche und die Industrielle Revolution (Cách mạng Khoa học và Công nghiệp). ISBN 3-499-16748-4. (Ludwig Boll dịch từ nguyên bản tiếng Anh: Science in History, Vol. 2).
Fischer, Ernst Peter: Kleine Geschichte der Wissenschaft in Porträts (Lịch sử Khoa học với Chân dung). ISBN 3-492-03778-X.
Hazard, Paul: Die Krise des Europäischen Geistes 1680-1715 (Khủng hoảng Lương tâm ở châu Âu 1680-1715). NXB Hoffmann und Campe Hamburg 1939 (Harriet Wegener dịch từ tiếng Pháp: La Crise de la Conscience Européenne 1680-1715).
Im Hof, Ulrich: Das Europa der Aufklärung (Châu Âu trong thời đại khai sáng). ISBN 3-406-37091-8.
Kuhn, Thomas S.: Die Struktur wissenschaftlicher Revolution (Cấu trúc của cách mạng khoa học). ISBN 3-518-07625-6 (Kurt Simon dịch từ tiếng Anh: The structure of scientific revolutions.
Pleticha, Heinrich chủ biên và nhiều tác giả: Aufklärung und Revolution-Europa in 17. und 18. Jahrhundert (Khai sáng và Cách mạng-Châu Âu trong thế kỷ 17 và 18). ISBN 3-577-15008-4 (Bertelsmanns Weltgeschichte-Band 8).
Porter, Roy: Kleine Geschichte der Aufklärung (Lịch sử ngắn về Khai sáng-Ebba D. Drolshagen dịch từ tiếng Anh: The enlightenment, xuất bản 1990). ISBN 3-8031-2192-2.
Schmid, Marion chủ biên và nhiều tác giả: Epoche der Weltgeschichte in Biographien-Forscher und Philosophen (Tiểu sử nhân vật qua các kỷ nguyên trong lịch sử-Nhà nghiên cứu và triết gia). ISBN 3-596-17023-0.
Störig, Hans Joachim: Weltgeschichte der Wissenschaft (Lịch sử khoa học thế giới). ISBN 3-89350-519-9.
Van Doren, Charles: Geschichte des Wissens. ISBN 3-764-35324-4. (Lịch sử của tri thức-Anita Ehler dịch từ tiếng Anh: A history of knowledge).
Wendel, Günter chủ biên và nhiều tác giả: Naturwissenschaftliche Revolution im 17. Jahrhundert (Cách mạng khoa học tự nhiên trong thế kỷ 17). ISBN 3-326-00386-2.
Nguồn: Thời đại Khai sáng-Cách mạng Khoa học trong thế kỷ 17, DienDanKhaiPhong.Org, 12.2024
Chú
thích: [1]
Xem H. J. Störig trang 299. [2]
Xem thêm: C. Van Doren trang 259. [3]
Xem E. P. Fischer, trang 102. [4]
Bertolt Brecht – Leben des Galilei (Cuộc đời Galilei). Sáng tác trong thời gian lưu vong ở Đan Mạch năm 1939, lên sân khấu lần đầu năm 1943 tại Zürich. [5]
Xem C. Van Doren trang 259. [6]
Xem E. P. Fischer trang 108. Biện giải này của Galilei cần được tranh cãi thêm, vì nếu đúng như thế, thì 90% dân số lúc ấy, vốn dĩ không biết gì về toán sẽ không hiểu được thiên nhiên hoạt động thế nào. [7]
Xem G. Wendel trang 11-12 – Matin Guntau. [8]
Xem E. P. Fischer trang 95. [9]
Xem H. J. Störig trang 302. [10]
Xem H. J. Störig trang 304. [11]
Xem H. Pleticha (1) trang 189 – Franz-Josef Teufel. [12]
Xem H. J. Störig trang 306. [13]
Xem G. Wendel trang 105. [14]
Xem H. J. Störig trang 311. [15]
Xem U. Im Hof trang 174. [16]
Xem H. J. Störig trang 317. [17]
Xem H. J. Störig 321. [18]
Xem H. J. Störig trang 343 – 344.
