LICH SU VU TRU HOC

Lịch sử vũ trụ học (Phần 1) PHẦN I CÁC TƯ TƯỞNG VŨ TRỤ HỌC Chương THẾ GIỚI QUAN HI LẠP Thế giới quan Hi Lạp tư tưởng tồn lâu đời lịch sử khoa học vũ trụ Liên quan gần gũi với giả khoa học chiêm tinh học, tiếp diễn từ thời Hi Lạp cổ đại qua văn minh Hồi giáo Trung cổ châu Âu kỉ thứ 17 Nền tảng giới quan Hi Lạp triết học Plato Ông cố đạt mức thực sâu sắc mà cảm giác đạt tới Ông theo đuổi lí thuyết đơn giản vũ trụ có sức mạnh giải thích khơng thể tin Kết niềm tin quán, chuyển động tròn Niềm tin thống trị tư tưởng nhiều nhà thiên văn học vũ trụ học phương Tây hai ngàn năm trời Công việc cho nhà thiên văn xác định chuyển động hành tinh Những người quan sát bầu trời Trung Đông, Trung Mĩ, Trung Hoa cổ đại tiến hành nhiều quan trắc Từ bảng số liệu họ, họ nghĩ kế hoạch tiên đoán chuyển động tương lai trời Nhưng giải thích mà nhà quan sát bầu trời người Babylon, người Maya, người Trung Hoa cổ đại nghĩ cho chuyển động khơng câu chuyện mang màu sắc thần thoại Khoa học vũ trụ - tìm kiếm tranh vũ trụ thu mà không đề cập tới diện thần thánh – bắt đầu với người Hi Lạp Họ theo đuổi việc tìm kiếm xa ngồi khuôn mẫu số cho số điều Dưới ảnh hưởng Plato, nhà tư tưởng Hi Lạp cố gắng nghĩ kết hợp chuyển động trịn để mơ chuyển động quan sát được, chúng thường không Các nhà khoa học-triết học Hi Lạp đặt cho nhiệm vụ hình dung vũ trụ tập hợp thực thể vật lí Học trị Plato, Aristotle, bắt đầu thống trị tư tưởng lĩnh vực Chỗ người theo chủ nghĩa Plato nghĩ dạng tốn học lí tưởng hóa vịng trịn hai chiều người theo trường phái Aristotle hình dung cầu ba chiều thực Aristotle dạy cầu quay mang theo Mặt Trăng, Mặt Trời hành tinh xung quanh Trái Đất tĩnh Trái Đất độc vị trí trung tâm thành phần vật chất Mọi sinh hủy diệt xảy vùng “trần thế”, nằm bên Mặt Trăng phía Trái Đất Vùng gồm có bốn nguyên tố: đất, nước, khơng khí lửa Vùng bên ngồi Mặt Trăng bất biến vùng hoàn toàn thuộc thiên đường Vùng chứa ngun tố bí mật thứ năm Các nhà triết học Hi Lạp ước tính khoảng cách tới Mặt Trăng, cịn cố gắng tính kích thước tồn vũ trụ Họ tin hữu hạn Mặt cầu bên ngồi mang chúng hành trình hàng đêm xung quanh Trái Đất Vị trí tự nhiên nguyên tố đất dưới, trung tâm vũ trụ Nguyên tố đất có xu hướng chuyển động vị trí tự nhiên nó, hướng trung tâm giới Lửa di chuyển lên phía để tới vị trí tự nhiên chúng vùng trần tục Không giới khác nằm rải rác vũ trụ này, chất đất chúng buộc chúng chuyển động phía vị trí tự nhiên chúng trung tâm vũ trụ Với Trái Đất nằm trung tâm, hình cầu nằm bên ngoài, vũ trụ quan Aristotle nhỏ bé hệ mặt trời Kế tục truyền thống Hi Lạp Plato Aristotle nghiên cứu Clausius Ptolemy Ông hệ thống hóa hàng trăm năm vũ trụ học hình học Hi Lạp với thể chứng chặt chẽ Ptolemy viết chuyên luận toán học ông, sau mang tên Almagest (sách chiêm tinh), vào khoảng năm 150 sau Cơng ngun Ơng phát triển hệ thống hình học chuyển động hợp vòng tròn hai chiều cho phù hợp với chuyển động quan sát Trời cấu tạo từ đá, kim loại, chất đất khác, mà từ số chất thiêng liêng thuộc thiên đường Chất không gây cản trở lối phía qua phía bên Trong sách sau ông, Planetary Hypotheses (Giả thuyết gian), Ptolemy sử dụng cầu rỗng ba chiều, xếp lồng khác bao quanh Trái Đất Khơng có khơng gian trống rỗng cầu Chiều dày lớp vỏ khớp với chuyển động nhỏ bên bên Trái Đất Quả cầu quay tự mang hành tinh Mặt Trời Mặt Trăng quỹ đạo xung quanh Trái Đất Các cầu quay chuyển động tự nhiên chúng Ptolemy tin điều thích hợp cho phân bố chuyển động trịn cho hành tinh hỗn loạn không không quen thuộc với thứ thiêng liêng Nghiên cứu thiên văn học, với thứ thiêng liêng, đặc biệt hữu ích cho việc nâng cao linh hồn người Lịch sử vũ trụ học (Phần 2) Plato (428-348/347 trước Công nguyên) Triết học Plato mối liên quan vũ trụ học Hi Lạp hiểu phản ứng lại vấn đề xã hội trị Plato thuộc thời đại bước vào đời sống công chúng Bạo chúa thứ ba mươi, gồm hai người bà ông, thống trị Athens Hành động họ khiến Plato phẫn nộ Khi ách thống trị họ bị lật đổ, Plato lại tính đến chuyện tham gia quyền Nhưng dân chủ làm khổ người thầy người bạn ông, Socrates Những kinh nghiệm sau đó, có lẽ gồm lần chạm trán với độc tài Syracuse, xác nhận hết can đảm Plato hành động kẻ cầm quyền Ơng tìm kiếm chuẩn bất biến để trụ lại với phán thiên vị kẻ cầm quyền Trong câu chuyện ngụ ngôn tiếng ông hang động, Plato tưởng tượng người bị trói buộc từ thời thơ ấu hang động, gơng cùm nên họ phải ngồi đó, nhìn vào hướng Một lửa phía sau họ tạo nên bóng vật in lên vách hang phía trước mặt họ Trong thiếu vắng thứ kinh nghiệm khác, kẻ bị cầm tù chấp nhận bóng đổ thực Plato giải thích nhà tù hang động tương ứng phận giới khám phá giác quan thể xác Việc thoát khỏi hang động tương ứng với việc sử dụng trí thơng minh để tiến tới hiểu biết giới thực Aristotle (384-322 tCN) Aristotle trai vị bác sĩ riêng vua xứ Macedon, vùng đất nghèo nàn kẻ ngang ngược rìa bắc bán đảo Hi Lạp Khi ông 17 tuổi, năm 367, Aristotle nam tiến tới Athens Ơng lại 20 để học Viện Plato Trong đó, Macedon, Philip II lên ngai vàng năm 359 từ từ mở rộng quyền lực Athens địch thủ ông ta Cảm nhận chống đối Macedon Athens, với chết Plato vào năm 397, khuyến khích Aristotle rời khỏi Athens Ở Tiểu Á, ơng tìm viện hàn lâm bảo trợ người trị địa phương, người có gái nuôi 18 tuổi gả cho Aristotle Từ mô tả ơng thời kì lí tưởng cho kết hôn 37 tuổi nam 18 tuổi nữ, suy luận lưu vong tự nguyện Aristotle khỏi Athens chuyện không vui Năm 342, Aristotle trở lại Macedon giám hộ trai Philip, Alexander Philip hoàn thành chinh phục xứ Hi Lạp vào năm 338, bị ám sát chết vào năm 336 Alexander lên Aristotle trở lại Athens cách thoải mái phương diện kẻ chiến thắng Trong Alexander xâm chiếm vùng Cận Đông, ông không xao lãng việc gửi Athens cỏ, động vật ghi chép thiên văn cho Aristotle nghiên cứu Khi Alexander Đại đế chết vào năm 323, Aristotle lại tha hương tự nguyện Ơng năm sau đó, năm 322 Aristotle, nhà khoa học có sức ảnh hưởng to lớ Lịch sử vũ trụ học (Phần 3) Chuyển động tròn Một kết hợp chuyển động tròn gồm vịng trịn lớn (nội ln - vịng trịn DBC với Trái Đất tâm nó), xung quanh tốc độ không đổi vòng tròn nhỏ (ngoại luân), vòng tròn thành quay xung quanh hành tinh (P) tốc độ khơng đổi Bên cạnh giả thuyết nội ln, cịn có giả thuyết lệch tâm, vịng trịn lớn khơng cịn có tâm Trái Đất Nó trở thành “đĩa lệch tâm” có tâm nằm điểm gần Trái Đất, E Trong giả thuyết lệch tâm, hành tinh P chuyển động tròn dọc theo vòng tròn APDB có tâm C Đối với nhà quan sát Trái Đất, chuyển động nhanh lên chậm xuống Như phương kế cũ, tốc độ góc đặn đo khơng phải khoảng tâm vòng tròn mà số điểm khác, điểm mặt bằng, A Mặt Trời, S, chuyển động vịng trịn có tâm Trái Đất, khơng chuyển động tốc độ Tốc độ chuyển động thiết đặt điều kiện góc a biến đổi theo thời gian Chuyển động kết hợp nội luân ngoại luân mô chuyển động “thụt lùi” quan sát thấy hành tinh Khi nhìn từ Trái Đất thời điểm 1, 2, 4, hành tinh chuyển động biểu kiến mặt cầu từ 1,2 quay trở lại 3, lại tiếp tục chuyển động phía 4, chuyển động nhanh hành tinh phía ngồi, bắt kịp qua Eudoxus có thể, khơng cần thiết, giải thích chuyển động giật lùi theo kiểu sau Mặt cầu phía ngồi khơng vẽ hình Trục quay thẳng đứng, mặt phẳng hình, theo hướng bắc-nam Mặt cầu bên ngồi mang thứ bên phía đơng Trục mặt cầu nằm ngang mặt phẳng hình Chuyển động hành tinh mang mặt cầu hướng lên (hướng bắc) hướng xuống (nam) vào (tây) khỏi (đông) mặt phẳng hình Hành tinh sang bắc nam từ đến 2, sang hướng bắc đông đến 3, theo hướng nam đông đến 4, theo hướng nam tây trở lại Khi mặt cầu phía truyền chuyển động phía đơng cho hành tinh, di chuyển hành tinh từ đến đến 4, chuyển động toàn thể phía đơng, kể chuyển động phía đơng đặn truyền mặt cầu ngồi, nhanh chóng Nếu tốc độ phía tây truyền mặt cầu lớn tốc độ phía đơng đều truyền mặt cầu ngồi, hành tinh chậm dần thời gian ngắn phía tây theo lộ trình từ sang đến 2, vận tốc phía tây mặt cầu lớn vận tốc phía đơng mặt cầu ngồi Mặc dù mơ hình hình học chi tiết chủ yếu tạo vịng trịn hai chiều Platon, có khả năng, ngun tắc, giải thích cho tượng chuyển động giật lùi quan sát thấy hành tinh với mặt cầu ba chiều Aristotle Các nhà thiên văn Arab kỉ sau tiếp tục tinh lọc mưu đồ người Hi Lạp Họ nêu thêm nhiều cách giải thích cho chuyển động hành tinh quan sát Để hiểu rõ khéo léo họ, bạn tìm hiểu thêm Cịn tiếp nhiều kì Lịch sử vũ trụ học (Phần 4) Claudius Ptolemy (100-170) Về người Ptolemy, biết Ông ghi lại quan sát kéo dài thời kì từ năm thứ chế độ Hadrian (125) năm thứ tư Antoninus Pius (141), thực kinh độ thành Alexandria Đây thành phố Alexandria có khả gần Canopus Được Alexander đại đế xây dựng rìa phía tây đồng châu thổ sông Nile, Alexandria thu lợi từ đất đai màu mỡ dọc theo sơng Nile Ai Cập nhanh chóng trở thành đô thị phồn vinh giới Hi Lạp Thư viện thành phố có lẽ có khoảng nửa triệu sách, có khả bao gồm sưu tập cá nhân Aristotle Các thiết bị thiên văn xây dựng Thư viện, quan trắc thực hiện, vào lúc đầu bảo trợ pharaoh vị Tuy nhiên, vào thời Ptolemy, Alexandria thành phố La Mã cấp tỉnh Ptolemy: nhà khoa học hay kẻ lừa gạt ? Ptolemy nhà thiên văn học cổ đại vĩ đại kẻ lừa gạt thành công lịch sử khoa học ? Quan sát ông phù hợp với người đương thời cách kì lạ; ăn khớp lí thuyết quan sát tốt cho thật Dường Ptolemy bịa đặt số liệu quan sát ơng Ptolemy hình dung qua tranh cũ, với góc cung phần tư thần thơ ca Astronomia Tuy nhiên, phù hợp thông số ông giá trị đại gần đến mức ngẫu nhiên Có thể Ptolemy có số lượng lớn quan sát, sai số triệt tiêu lẫn mức độ lớn tính tốn thơng số Sau đó, Ptolemy chọn số quan sát ông vài quan sát phù hợp tốt với lí thuyết, đưa ví dụ vào minh họa cho lí thuyết Ptolemy thiếu kiến thức đại ngưỡng sai số, độ lệch chuẩn, việc sử dụng giá trị trung bình từ quan sát lặp lặp lại – ý tưởng cho phép ông đề xuất lí thuyết nói chung khơng cần thiết phù hợp tuyệt điểm số liệu thu được, lại ăn khớp chặt chẽ với tất điểm số liệu khoảng thời gian giới hạn thống kê xung quanh giá trị trung bình Thay vậy, khơng có dao động chấp nhận ăn khớp lí thuyết quan sát, nên số đo phải hiểu kết xác Bởi vậy, lựa chọn sáng suốt từ số nhiều số đo cần thiết Chúng ta cần nhớ Almagest báo nghiên cứu đại, mà sách giáo khoa Mục đích Ptolemy đưa thủ tục số liệu ví dụ, rõ cho nhà thiên văn tương lai biết thực cho phép họ đưa quan sát riêng ranh giới thời gian dài để thu thơng số cịn tốt Bất kì ba hoa hay bịa đặt Ptolemy đưa phải nhìn nhận lừa dối phép việc làm ngăn nắp khoa sư phạm ơng, khơng có xu hướng làm cho độc giả ông hiểu sai lệch vấn đề quan trọng Truyền thống thiên văn học Hi Lạp liên quan nhiều đến thủ tục hình học nói chung kết số định Tiêu chí đại khoa học chưa có Lịch sử vũ trụ học (Phần 5) Khi đế chế La Mã sụp đổ văn minh châu Âu thu hẹp lại, văn minh Hồi giáo mạnh dần lên giải thoát cho vũ trụ học Ptolemy – mở rộng thêm cho Tồn hệ thống kiến thức truyền bá ngược trở lại phương Tây học thuật hồi sinh vào cuối thời kì Trung cổ Các dịch biểu lộ nhiều sửa đổi Chuyên luận toán học Ptolemy gọi megiste, tiếng Hi Lạp có nghĩa “lớn nhất” Cuốn chuyển tự sang tiếng A rập thêm vào đầu tiếp ngữ al (giống từ algebra tên Aldebaran) Dịch từ tiếng A rập sang tiếng Latinh thời Trung cổ, sách Ptolemy trở thành “The Almagest” Người A rập dạy cho phương Tây chữ số A rập, hệ thống giá trị tính tốn sử dụng số khơng, nhiều kĩ thuật lượng giác, tất có nguồn gốc từ Ấn Độ thực cải tiến toán học quan trọng riêng họ Nền văn minh Hồi giáo quan tâm mức độ cao nghiên cứu khoa học Thiên văn học thật quan trọng việc cung cấp thời gian cho cầu nguyện (từ độ cao Mặt Trời sao) quibla, định hướng thần thánh: người sùng đạo đâu giới cần phải biết hướng Mecca để họ quay mặt cầu nguyện nhà thờ Hồi giáo phải quay mặt phía thành phố thiêng liêng Dụng cụ đo độ cao thiên thể thiết bị thiên văn sở, dùng làm đồng hồ cơng cụ hàng hải Những ơng hồng đạo Hồi xây dựng thiết bị khổng lồ để đo vị trí hành tinh cho mục đích thiên văn học Dụng cụ đo độ cao thiên thể thời xưa Các chấm cong vị trí sáng Chiếc đồng hồ Mặt Trời lớn Jaipur, Ấn Độ, xây dựng khoảng năm 1730, dành cho Moghul Maharaja Sawai Jai Singh II Tên gọi Jantar-Mantar (tiếng Sankrit có nghĩa “Dụng cụ thần kí”), thiết bị có mẫu mơ Samakand Nền vật lí Aristotle khơng cịn hoạt động vũ trụ copernicus Kepler Một lời giải thích cho câu hỏi mà hành tinh tiếp tục quay trở lại đường cũ mãi xung quanh Mặt Trời toán lớn thiên văn học Isaac Newton giải thích cách vật chuyển động hấp dẫn Ông đạt tới điều cách cách thức chuyển động bầu trời tuân theo quy luật xác định chuyển động vật Trái Đất Điều dẫn đường tới việc hiểu khơng ngừng nhìn nhận vũ trụ giới Lịch sử vũ trụ học (Phần 10) Chương VŨ TRỤ CƠ GIỚI Isaac Newton (1642-1727) Cha ông qua đời trước ông chào đời mẹ ông tái giá chưa đầy ba năm sau đó, để Newton lại cho bà ngoại chăm sóc Những năm tháng khó khăn thuở đầu có lẽ góp phần cho khó tính ơng trưởng thành Ông tốt nghiệp trường Trinity College, Cambridge, phục vụ với tư cách giáo sư Lucasian Sau đó, Newton chuyển đến London làm chủ tịch Hội Hồng gia Những thành tựu trí tuệ xuất sắc Newton gồm sáng tạo phép tính giải tích, phát minh kính thiên văn phản xạ, phát triển lí thuyết hạt ánh sáng, phát triển nguyên lí hấp dẫn chuyển động Trái Đất chuyển động thiên thể “Thế giới quan Newton” không thâm nhập hiểu biết giới vật lí, mà cịn thâm nhập lĩnh vực trí tuệ trị kinh tế học – ngày người ta tìm kiếm quy luật đơn giản phổ quát thuộc loại mà Newton chứng minh vật lí thiên văn học “Cho đến phát nguyên nhân tính chất hấp dẫn từ tượng, không điều chỉnh giả thuyết… Và chúng ta, đủ cho hấp dẫn thật tồn tại, tác dụng theo quy luật mà tơi giải thích, ngun nhân cho chuyển động thiên thể, biển chúng ta” Isaac Newton Sự có mặt khắp nơi Chúa tràn ngập vũ trụ quan Newton Sự diện thiêng liêng vận hành “ête” vơ hình khơng làm cản trở vật nào, di chuyển chúng lực hấp dẫn Thuyết hấp dẫn Newton thực tế yêu cầu phép lạ liên tục ngăn cản Mặt Trời cố định hút lẫn Newton hình dung vũ trụ lớn vơ hạn, Chúa đặt khoảng cách vừa cho sức hút chúng triệt tiêu lẫn nhau, xác kim nam châm nằm cân giá nhọn đỡ chúng Một giải pháp khác đặt cố định cách khoảng cách khổng lồ cho chúng cảm nhận sức hút lẫn vài nghìn năm kể từ thời sáng tạo giới Giả thuyết cổ xưa cho cố định vị trí khơng phải vấn đề nghiêm trọng năm 1718, nhà thiên văn người Anh Edmond Halley công bố khám phá đáng ý Ba ngơi sáng khơng cịn vị trí xác định quan sát cổ xưa Các tự di chuyển đối tượng vật chất bình thường khác Vũ trụ học Newton tơn giáo Isaac Newton bị thuyết phục khám phá ông chứng minh cho phép lạ Chúa Sự sáng tạo ngăn nắp hệ mặt trời cho thấy trí tuệ sức mạnh Chúa, đường mà hành tinh theo quỹ đạo chúng, bất chấp nhiễu loạn sức hấp dẫn hành tinh khác, biểu can thiệp liên tục Ngài Nhưng chuyển biến nhận thức theo sau vũ trụ học Newton, ý niệm vũ trụ giới, giống đồng hồ, báo trước mối liên hệ lịch sử vũ trụ học tôn giáo hệ tư tưởng phương Tây Ngôi nhà nơi Newton trưởng thành Các giáo sĩ thời Trung cổ nghiên cứu ánh sáng cầu vồng biểu soi sáng thần thánh Newton cảm nhận siêu nhiên nơi ánh sáng Nhưng ơng thử giải thích màu sắc dạng hạt tính, ông đến quan điểm khác vũ trụ Nhà triết học người Đức Leibniz nhà phê bình khác trích giới quan Newton góp phần dẫn đến suy tàn tơn giáo tự nhiên nước Anh Ý tưởng cho Chúa can thiệp vào vũ trụ, giống với thợ chế tạo đồng hồ lành nghề phải quấn lại sửa chữa sản phẩm mình, đặt nghi vấn hồn thiện Chúa Những người ủng hộ Newton chấp nhận Chúa phải can thiệp vào vũ trụ, can thiệp phần kế hoạch thần thánh Niềm tin kỉ thứ 18 tính có trật tự vũ trụ có tính định đến ngăn nắp nghiên cứu thần học, triết học, khoa học quan trọng William Whiston, người kế tục Newton trường đại học Cambridge năm 1703, biện hộ vũ trụ, với đối xứng tuyệt vời nó, với chuyển động đều, quy luật nhận thức được, chắn cơng trình đấng Tạo hóa lồi người khơng tìm hiểu tất ngun lí chi phối vũ trụ Khơng có kính thiên văn cỡ lớn quan sát có tính khám phá xa, nghiên cứu triết học thần học thống trị vũ trụ học kỉ 18 Tình bắt đầu biến chuyển sau nhà thiên văn học người Anh William Herschel đề mơ hình vũ trụ học có nguồn gốc từ quan trắc Từ năm 1780 trở đi, bầu trời, thâm nhập kính thiên văn cỡ lớn Herschel, liên tục hiểu rõ dạng cấu trúc ba chiều mở rộng dần Nhu cầu cần thiết cho can thiệp thần thánh giảm nhà thiên văn kỉ 18 giải toán học thiên thể Năm 1786, chẳng hạn, nhà toán học nhà thiên văn học người Pháp Pierre-Simon Laplace chứng minh tương tác hấp dẫn Mộc tinh Thổ tinh tự hiệu chỉnh Những nỗ lực cố gắng nhằm thay giả thuyết vai trị Chúa lí thuyết vật lí túy để giải thích trật tự quan sát thấy vũ trụ Nỗ lực Laplace nhằm thay giả thuyết vai trò Chúa lí thuyết vật lí túy để giải thích trật tự quan sát thấy vũ trụ phản ánh cách tiếp cận tự nhiên theo chủ nghĩa vô thần nhà khai sáng Pháp Laplace thành cơng, theo ý kiến riêng ông Theo truyền thuyết, Napoleon hỏi ơng ơng có dành chỗ cho Đấng sáng tạo không, Laplace trả lời ông không cần giả thuyết Sự tách rời Chúa khỏi vũ trụ vật lí điều khơng thể tránh khỏi với phát triển vũ trụ học đại, cho dù Newton người khác có bị thuyết phục khám phá họ minh họa cho diện sức mạnh Chúa Thay vậy, nhiều người xem khoa học đối thủ tơn giáo, xem cảm hứng, xu hướng tiêu chuẩn thật Edmond Halley (1656 – 1743) Edmond Halley (đôi gọi “Edmund”) học trường đại học Oxford, trường trước tốt nghiệp, để quan sát vòng năm bán cầu nam Sau trở lại Anh, Halley hoạt động Hội Hồng gia London Ở đó, ơng giúp ơng bạn Isaac Newton nghiên cứu hấp dẫn viết Principia (Ngun lí), cịn chi tiền xuất sách Halley tiếng có khiếu phân tích quỹ đạo chổi, ơng quỹ đạo chúng có hình elip tuần hồn Sao chổi Halley quay lại, ơng tiên đốn, năm 1758, 15 năm sau ơng qua đời (Sao chổi xuất lần cuối vào năm 1986, lần xuất năm 2061) Khám phá Halley chuyển động sao, biết tới chổi ông, thành tựu Các ngơi khơng cịn tin cố định nữa, dù cầu không gian Lúc vào tuổi 63, Halley bổ nhiệm nhà thiên văn hồng gia, ơng giữ vị trí qua đời Giải thích trật tự vũ trụ Newton xem chuyển động hành tinh toán học, chi phối quy luật chi phối chuyển động Trái Đất Ơng mơ tả lực hấp dẫn toán học Mặt khác, nhà triết học người Pháp René Descartes lại đề xuất mơ hình phi tốn học Ông cho vũ trụ gồm xoáy khổng lồ vật chất vũ trụ hệ mặt trời số nhiều xoáy Descartes thức cấm nghiên cứu khoa học “che lấp” tượng, làm ẩn cảm nhận Ông cho vật chất trời chuyển động tròn xung quanh Trái Đất, đẩy tất vật chất địa cầu phía Trái Đất Những học trị Descartes ngờ vực lựa chọn Newton, lực hấp dẫn bí ẩn tác dụng xun khoảng cách Hình vẽ xốy Descartes sách Ngun lí triết học năm 1644 ông Vũ trụ học giới, máy móc Descartes chấp nhận cao quan niệm giới kỉ 17 nói chung cỗ máy Mặc dù giải thích ơng mô tả lại định lượng tượng thuật ngữ giới Trong lớp học kỉ 18, lí thuyết xốy tỏ khơng thể tính toán chuyển động hành tinh quan sát Trong đó, học thuyết Newton đối thủ lại tiến từ thành cơng định lượng xác đến thành cơng khác Hệ Mặt Trời có nhiều thiên thể, việc tính tốn quỹ đạo hành tinh vệ tinh không đơn giản tốn sức hút hấp dẫn lên vật thể xung quanh quỹ đạo Ngồi ra, vật thể khác có ảnh hưởng nhỏ hơn, khơng phải khơng đáng kể (gọi “nhiễu loạn”) Ví dụ, Mặt Trời làm thay đổi chuyển động Mặt Trăng xung quanh Trái Đất, Mộc tinh Thổ tinh làm biến đổi chuyển động hành tinh khác xung quanh Mặt Trời Nhà toán học người Thụy Sĩ Leonard Euler giúp phát triển kĩ thuật tốn học cần thiết cho tính tốn hiệu ứng nhiễu loạn Ban đầu, ông áp dụng chúng cho Mặt Trăng, năm 1748, áp dụng cho Mộc tinh Thổ tinh, với thành công phần Vẫn khơng giải thích bất thường to lớn chuyển động Mộc tinh Thổ tinh, gia tốc tốc độ quỹ đạo Mặt Trăng xung quanh Trái Đất Nhà thiên văn, toán học người Pháp Pierre-Simon Laplace giải vấn đề vào năm 1785 1787 Trong sách ông, Mécanique Céleste, xuất thành năm tập từ năm 1799 đến 1805, Laplace tổng kết nghiên cứu ơng học thiên thể Trong đó, ơng đề xuất tượng vật lí vũ trụ đơn giản thành hệ nhiều hạt tác dụng lực hút lực đẩy lẫn “Tôi muốn thiết lập tượng tự nhiên đơn giản hóa thành phép phân tích cuối cho tác dụng xuyên khoảng cách từ phân tử lên phân tử xem tác dụng phải đóng vai trị sở cho lí thuyết tốn học tượng này” Pierre-Simon Laplace Tác phẩm Laplace không dành cho nhà khoa học Cuốn sách năm 1796 ơng, Exposition du Système du Monde, tóm tắt dành cho người có mặt hiểu biết chung thiên văn học vũ trụ học cuối kỉ 18 Trong sách đó, Laplace tiến tới ý tưởng tiếng “giả thuyết tinh vân” Ông đề xuất hệ Mặt Trời chúng ta, thật tất sao, hình thành tự lạnh hóa đặc “tinh vân” (một đám hạt khí) nóng quay tròn khối lượng lớn Giả thuyết tinh vân ảnh hưởng mạnh mẽ lên nhà khoa học kỉ 19, họ cố gắng xác nhận thách thức Cơ sở ý tưởng trung tâm kiến thức ngày hình thành hệ Mặt Trời Các tác giả thuộc thời kì lãng mạn vào đầu kỉ 19 – ví dụ William Wordsworth Anh Friedrich Schelling Đức – quay trở lại chống đối vũ trụ học Newton Bị thuyết phục trật tự vũ trụ nằm ngồi giải thích khoa học, họ thổi thở sống thần thánh trở lại dường vũ trụ vô thần bị giới hóa mức Nhà triết học người Đức Immanuel Kant biện hộ phản bác nhà lãng mạn, khăng khăng siêu hình học khơng thể mang lại lời giải thích cho tảng tự nhiên vật chất, hữu hình vấn đề tồn Chúa hoàn toàn bị tách khỏi kinh nghiệm cảm giác trực tiếp Đối với ông, hệ Mặt Trời Newton mang lại mơ hình cho hệ thống rộng lớn Kant giải thích nguyên nhân đem lại cho hành tinh lực li tâm chúng, giữ chúng quỹ đạo xung quanh Mặt Trời, đem lại cho sức mạnh quay trịn Và thứ làm cho hành tinh chuyển động quỹ đạo đại thể mặt phẳng thực điều tương tự Theo Kant, vật thể xuất mờ đục bầu trời trở thành đảo vũ trụ, giống hệ Mặt Trời khổng lồ Tư tưởng Kant vũ trụ mang nội dung quan sát Cơ sở giả thuyết vũ trụ học ông triết học thần học Sự quan sát lần vào vũ trụ học phương pháp chủ yếu vào cuối kỉ 18, nhờ nhà thiên văn học nghiệp dư người Anh, William Herschel Lịch sử vũ trụ học (Phần 11) William Herschel xây dựng cấu trúc bầu trời hệ mặt trời theo lí thuyết Newton mang lại mơ hình cho hệ thống rộng lớn Sự xếp có lẽ tương tự xếp hành tinh Hơn nữa, hệ thống Newton mang lại giải thích vật lí tương tự cho cấu trúc dạng đĩa Cùng nguyên nhân mang lại cho hành tinh chuyển động chúng hướng chúng vào quỹ đạo chúng mặt phẳng mang lại sức mạnh quay trịn cho mang quỹ đạo chúng vào mặt phẳng Vào cuối kỉ 18, quan sát cuối vào vũ trụ học theo đường chính, đóng góp cá nhân nhà thiên văn học nghiệp dư William Herschel Những khám phá ơng thực kính thiên văn cỡ lớn ông tự chế tạo Từ quan sát ông, William Herschel báo cáo năm 1784: “Một tình đáng ý có mặt tinh vân cụm chúng xếp thành tầng, chúng chạy đến khoảng cách lớn; số chúng tơi theo dõi được, dự đốn tốt hình thể hướng chúng Chúng bao quanh toàn cầu suốt bầu trời, không giống dải ngân hà – chắn khơng ngồi tầng cố định” Hình vẽ bên cạnh lấy từ báo năm 1784 Herschel cấu trúc bầu trời, cho thấy nhà quan sát đứng tâm tầng mỏng nhìn thấy xung quanh chiếu lên vòng cầu vây quanh Nếu tầng tách ra, khơng có vịng chiếu Kính thiên văn Herschel, đạt tới đỉnh điểm vào năm 1789 với chiều cao quái vật nguy hiểm lên tới 40 feet, kì quan giới Những thiết bị mạnh mẽ không phát thêm nhiều vệ tinh xung quanh hành tinh phân giải số tinh vân mờ mịt cụm sao, mà cịn cho phép Herschel vươn xa khơng gian so với người trước đó, bắt đầu phác thảo cấu trúc thiên hà Herschel quan sát nằm hai mặt phẳng song song tiếp tục tiến đến khoảng cách lớn Ông kết luận Dải Ngân hà (một dải sáng bao quanh bầu trời) biểu chiếu lên tầng trời “Chúng ta nhìn lên vùng mà thâm nhập phương tiện kính thiên văn cỡ lớn, nhà tự nhiên học chăm với khu vực đất đai màu mỡ dãy núi non, gồm tầng nghiêng hướng khác nhau, gồm vật chất khác nhau” Herschel Trong báo năm 1785 ông “Về cấu trúc bầu trời”, Herschel viết Dải Ngân hà khối đa hợp, nhiều nhánh, rộng nhiều triệu Hình vẽ Herschel cho thấy mặt cắt ngang qua Dải Ngân hà, tức thiên hà chúng ta, xác định từ quan sát ông Herschel nêu cách xác định vị trí hệ mặt trời tầng cách “ ‘bịt miệng’ bầu trời”, nghĩa đếm số lượng theo hướng khác Con số này, Herschel biện luận, giả sử độ sáng bị phân tán nhau, tỉ lệ với khoảng cách đến rìa thiên hà theo hướng định Mặc dù hợp lí, phương pháp ơng thất bại thời kì để thu hình ảnh thật Dải Ngân hà, kính thiên văn ơng khơng có khả phát ngơi bình thường vùng rìa xa thiên hà Hơn nữa, Herschel cơng nhận, khơng có lí để giả sử độ sáng bị phân tán Trong kỉ 19, vũ trụ học có tính suy đốn Herschel thất bại việc thu hút môn đồ Các nhà thiên văn chuyên nghiệp chấp nhận điều giả sử ông độ sáng, cần thiết với vai trị u cầu thích hợp để ước tính khoảng cách ngơi Những kĩ thuật quan sát đáng ý, kĩ thuật chụp ảnh quang phổ học, thực tâm đến nghi vấn mang tính vũ trụ học, khơng dứt khốt Năm 1835, nhà triết học lỗi lực người Pháp, Auguste Comte, nhận xét loài người khơng hiểu thành phần hóa học Ơng sớm tỏ sai lầm, quang phổ học kĩ thuật nhiếp ảnh giúp mang lại cách mạng hiểu biết người vũ trụ Lần nhà khoa học nghiên cứu xem vũ trụ cấu tạo từ Đây bước ngoặt chủ yếu phát triển vũ trụ học, nhà thiên văn ghi nhận dẫn chứng tốt khơng vị trí mà cịn biết chúng Các nhà thiên văn nghiệp dư – người chuyên nghiệp định nghĩa người tham dự vào dự án nghiên cứu rạch ròi lập đồ chẳng hạn – chụp ảnh cho thấy số tinh vân cấu thành từ nhiều Nhưng tinh vân khác ngoan cố mờ đục Và khơng rạch rịi biến đổi tinh vân theo thời gian Quang phổ học đưa hứa hẹn việc phân biệt tinh vân cấu thành từ nhiều tinh vân cấu thành từ chất khí nóng sáng, xác định xem tinh vân có quay trịn hay khơng Thật vậy, thân vũ trụ học nỗ lực khoa học Những tiến vũ trụ học kỉ 19 đáng kể, kỉ 20 vũ trụ học chuyển từ suy đốn, dựa chứng quan sát nhiều tiên đoán triết học, sang khoa học quan trắc nghiêm túc Sang đầu kỉ 20, giới quan Herschel tiên phong khác biệt lớn với giới quan Aristotle, chí copernicus Lồi người khơng thiết phải gần trung tâm vũ trụ Dải Ngân hà hiểu hiệu ứng quang học, với hệ Mặt Trời chìm ngập tầng rộng lớn nhiều, hệ thống có dạng giống đĩa Có thể vũ trụ lập khác phân tán qua khơng gian có khả vô hạn Sự thay đổi nhận thức vũ trụ học chứng tỏ thay đổi quan điểm xã hội Bây người trần tục nhiều dân cư có trí thông minh tồn vũ trụ có khả vơ tận, có lí để tin tạo giống lồi tốt giới, có lẽ thơng cảm cho bất bình đẳng hệ thống cấp bậc thiết lập William Herschel (1738-1822) William Herschel rời nước Đức vai trị ơng trung đồn Cận vệ Hanover sau chạm trán tàn khốc với quân đội Pháp Ông người anh trai đến London với không xu túi Âm nhạc hướng hứng thú Herschel đến với họa âm, toán học, cuối thiên văn học Khi thú riêng ông trở nên mãnh liệt hơn, Herschel cắt bớt số học trị học nhạc để ơng dành nhiều thời gian cho quan sát Ông chế tạo kính thiên văn riêng Vào đêm 13 tháng năm 1781, Herschel lần quan sát Thiên vương tinh Đó khám phá gây xúc động mạnh mẽ - hành tinh thêm vào hành tinh biết từ thời cổ đại Tiếng tăm ông mang lại cho ơng tiền trợ cấp từ phía hồng gia, cho phép Herschel từ sau dành trọn thời gian ơng cho thiên văn học Sau đó, Herschel cãi với hoàng đến Georges III nguồn quỹ tăng thêm mà ơng u cầu cho kính thiên văn 40 foot Có lẽ lí mà hoàng đế Georges băng hà trai William ơng lên nhiếp Herschel phong tước, vào năm 1816 William Herschel cầm tay ghi chép phát Thiên vương tinh, lúc gọi “hành tinh Georgian”, đặt theo tên vua nước Anh Người trai độc Herschel, John Frederick William Herschel (1792-1871), trợ giúp người cha ốm yếu quan sát ơng Ơng trở thành nhà thiên văn quan trọng, tán dương nhà khoa học vĩ đại thời ông Caroline Herschel (1750-1848), người em gái Caroline William Herschel di cư sang Anh năm 1772 làm việc theo dẫn Herschel Bà phụ tá vô giá quan sát ông, giúp ông xây dựng kính thiên văn lau bóng gương, thức trắng nhiều đêm ghi lại quan sát ơng Chính bà nhà thiên văn học ưu tú Bà tham gia tính tốn với ông, phát tám chổi với kính thiên văn nhỏ riêng bà Sau William qua đời, bà biên tập danh mục cụm tinh vân mà họ quan sát Hội Thiên văn học Hoàng gia tặng thưởng cho bà huy chương vàng bà nhận tiền lương hưu 50 pound Mageret Herschel (người gái nuôi William Herschel) viết này: “Bà học đủ kiến thức tốn phương pháp tính tốn… để biên dịch viết lại kết nghiên cứu ông Bà trở thành phụ tá ơng phịng thí nghiệm; bà giúp ơng mài lau bóng gương ơng; bà đứng sau kính thiên văn ơng hàng đêm khuya mùa đông, để viết lại quan sát ông, mà mực viết đông lại lọ” Lịch sử vũ trụ học (Phần 12) Chương VŨ TRỤ CÔ LẬP Vào đầu kỉ 20, nhà thiên văn khơng biết chắc kích thước thiên hà Nói chung, họ tin khơng lớn nhiều so với vài chục ngàn năm ánh sáng, có lẽ cịn nhiều (Một năm ánh sáng, gần nghìn tỉ dặm, khoảng cách truyền năm tốc độ ánh sáng chân không) Các nhà quan sát đầu kỉ 20 thấy hệ mặt trời nằm gần tâm thiên hà Tuy nhiên, nhận định sai lầm “Tơi tin khối lượng to lớn sao… xếp dạng thấu kính – hệ hình búi tóc… bị dẹt đáng kể vào mặt phẳng… Mặt Trời chiếm vị trí giữa” Nhà thiên văn học người Anh Arthur Eddington, 1914 Sai lầm nhà thiên văn Việc đếm số lượng tìm thấy thiếu hụt theo hướng tính từ hệ mặt trời Điều mong đợi thật gần trung tâm dày đặc Nếu gần rìa hệ, có nhiều quan sát theo hướng nhìn phía trung tâm, có phía rìa, nên lập luận Dữ liệu xác cách giải thích chúng sai lầm Các nhà thiên văn phải xem xét hấp thụ khí bụi Một loại sương mù làm lu mờ sao, gây thiếu biểu kiến thật sự, kết luận sai lầm hệ Mặt Trời nằm gần tâm thiên hà Mơ hình vũ trụ Shapley Cái nhìn vũ trụ sớm bị thay quan niệm mang tính cách mạng mới, chủ yếu xây dựng quan sát nhà thiên văn học người Mĩ Harlow Shapley Đài quan sát núi Wilson Nhà thiên văn chủ doanh nghiệp khoa học George Ellery Halle thiết lập đài quan sát đỉnh núi nhìn xuống Los Angeles vào năm 1904, bốn năm sau đó, nhà chế tạo thiết bị George Ritchey hồn thành kính thiên văn phản xạ 60 inch thiết kế đặc biệt dành cho chụp ảnh thiên văn học George Ellery Hale (1868-1938) Khi cịn sinh viên Viện Cơng nghệ Massachusetts, Hale phát minh thiết bị chụp ảnh bùng nổ chất khí rìa Mặt Trời Trở lại quê nhà Chicago, ông tiếp tục nghiên cứu Mặt Trời, ban đầu đài quan sát nhà ơng sau Đài quan sát Yerkes trường đại học Chicago – nơi Hale công nhận thành viên nhận trợ cấp vào năm 1897 Kính thiên văn khúc xạ 40 inch Yerkes (kính thiên văn ánh sáng truyền qua thấu kính) kính thiên văn khúc xạ thành công lớn thuộc loại chế tạo Cha Hale chi tiền làm gương đường kính 60 inch cho kính thiên văn phản xạ cịn lớn nữa, Hale khơng thể thu tài trợ địa phương để gắn gương Năm 1902, Andrew Carnegie, người có tài sản kếch sù nhờ chuyển biến công nghiệp thép, thành lập Viện Carnegie để khuyến khích khảo sát, nghiên cứu khám phá theo phong cách hào phóng rộng lượng Carnegie chi 10 triệu đô la cho tổ chức ông Số tiền (có giá trị gấp 10 lần số tiền tương ứng ngày nay) lớn tổng nguồn quỹ tài trợ dành cho nghiên cứu tất trường đại học Mĩ cộng lại Hale nhận 150.000 đô la hứa hẹn thêm 300.000 đô la nữa, năm 1904, ông thành lập Đài quan sát Mặt Trời núi Wilson đỉnh núi Wilson phía Los Angeles Đầu năm đó, Hale kéo lê kính thiên văn nhỏ chở lưng hai lừa thồ lên đỉnh núi nhằm kiểm tra điều kiện quan sát Năm 1908, kính thiên văn 60 inch vào hoạt động Carnegie đến thăm núi Wilson năm 1910 ấn tượng đến mức ông chuyển thêm 10 triệu đô la với thư khuyến cáo cần đẩy mạnh công việc núi Hale nhận cam kết chi 45.000 đô la từ John Hooker, doanh nhân địa phương, cho việc đổ khuôn mài đĩa thủy tinh 100 inch dành cho gương kính thiên văn, đổ khn thành cơng Giá thành tổng cộng cúa “kính thiên văn Hooker”, hoàn thành năm 1917, lên tới nửa triệu đô la Nghiên cứu đài quan sát Hale tập trung vào lĩnh vực “thiên văn vật lí” thay cho thiên văn học định vị truyền thống đo vị trí mà bỏ qua tính chất vật lí chúng Hale thúc đẩy quan trọng nghiên cứu thiên văn vật lí với Tập san Thiên văn vật lí ơng Nhưng đặc điểm nghiệp ơng sau rời Yerkes gắn bó chặt chẽ với câu chuyện tái sinh kính thiên văn phản xạ Dấu hiệu cách hiểu xét lại cách mạnh mẽ thiên hà đến vào năm 1916 Nghiên cứu “cụm hình cầu” – nhóm gồm hàng trăm ngàn – Shapley ý tới mờ nhạt màu lam Nếu chúng tương tự với ngơi màu lam sáng chói gần Mặt Trời, chúng phải xa khoảng 50.000 năm ánh sáng để giải thích trơng chúng q mờ nhạt Họ tiến tới thiết lập khoảng cách chắn phương pháp đo vũ trụ tài tình Shapley xây dựng cách hiểu vũ trụ cách đo khoảng cách tới dựa tính chất loại biến quang gọi “Cepheid” (đặt theo tên chòm Cepheus, ngơi điển lần ý đến) Chúng khổng lồ, nên nhìn thấy từ khoảng cách lớn Mỗi Cepheid biến đổi độ sáng theo thời gian M22, cụm hình cầu gồm nhiều ngàn Bằng cách giả sử loại định sáng tương tự gần mà khoảng cách đo được, Shapley ước tính khoảng cách tới đối tượng xa xôi Harlow Shapley (1885-1972) Một chút đời thuở nhỏ Shapley cho thấy thành tựu sau ơng Năm ơng 15 tuổi bị xem thằng du côn thành phố dầu Kansas ông bước vào thư viện công cộng bắt đầu đọc sách Ông sớm chia sẻ tham vọng mẹ ông trai bà phải vào đại học sống tự lập Bị từ chối không nhận vào trường trung học, Shapley vào học trường tư thục vui vẻ nhận tiền học phí ơng đóng góp Năm 1907, ơng vào trường đại học Missouri Ông định học nghề làm báo, khoa báo chí năm khơng mở mà mở vào năm khác Sau đó, Shapley kể lại ông mở danh mục khóa học, nhận thấy thân ông không phù hợp với khảo cổ học, nên ơng chọn thiên văn học Câu chuyện phản ánh tính hài hước Shapley, giống nhiều niên trẻ lúc giờ, ông bị mê khoa học Shapley lấy cử nhân thạc sĩ thiên văn học Missouri, tiến sĩ trường đại học Princeton Sau tốt nghiệp trường Princeton năm 1913, ông trở lại làm chức giáo sư thiên văn học Missouri mình, lúc làm việc Đài quan sát núi Wilson Ở đó, Shapley, sử dụng kính thiên văn 60 inch – mạnh lúc - thực nghiên cứu có tính cách mạng ơng quy mơ thiên hà Năm 1921, ông trở thành giám đốc Đài quan sát Harvard College, xây dựng chương trình thiên văn Harvard thành chương trình tốt giới Cuối năm 1940, Shapley giúp thành lập UNESCO, Tổ chức Khoa học, Giáo dục Văn hóa Liên Hợp Quốc, thập niên 1950, ông dính vào tranh luận trị lúc Nhưng ngồi thiên văn học, sở thích lớn ông nghiên cứu loài kiến “Điều đáng ý… ngơi biến quang mạnh có chu kì dài hơn” Henrietta Swan Leavitt Theo AIP Cịn tiếp ... chuyển động phía vị trí tự nhiên chúng trung tâm vũ trụ Với Trái Đất nằm trung tâm, hình cầu nằm bên ngoài, vũ trụ quan Aristotle nhỏ bé hệ mặt trời Kế tục truyền thống Hi Lạp Plato Aristotle nghiên... xung quanh Trái Đất Vị trí tự nhiên nguyên tố đất dưới, trung tâm vũ trụ Nguyên tố đất có xu hướng chuyển động vị trí tự nhiên nó, hướng trung tâm giới Lửa di chuyển lên phía để tới vị trí tự... Từ mơ tả ơng thời kì lí tưởng cho kết hôn 37 tuổi nam 18 tuổi nữ, suy luận lưu vong tự nguyện Aristotle khỏi Athens chuyện không vui Năm 342, Aristotle trở lại Macedon giám hộ trai Philip, Alexander