William Gilbert - thiên tài bị lãng quên docx

William Gilbert - thiên tài bị lãng quên Nhà tư tưởng cách mạng William Gilbert, mất cách đây đã hơn 400 năm, là một trong những người sáng lập ra môn từ học. Hai tác giả David Tilley và Stephen Pumfrey cho rằng những thành tựu của ông đúng ra xứng đáng được ghi nhận hơn nhiều. Khi William Gilbert ở Colchester quađời, vàongày 30 tháng 11năm 1603, nước Anhđã mất đi mộttrong những nhàkhoa học vĩ đại nhất củamình thời nữ hoàngElizabeth.Ba năm trước khi mất, ông đã cho xuấtbản một cuốn sách tựa đề Magnete, cuốn sách đó không gì hơn chính làcôngtrình vậtlí thực nghiệm đầu tiên. Tựa đề đẩy đủ của cuốn sách,dịch từ nguyên bản tiếng Latinh là On the Magnet, MagneticBodiesand thatGreatMagnetthe Earth (Bàn về namchâm,vật từ và từ tính của Trái Đất). Năm 1651,bộ sưu tập nhữngbản thảo viết taycủa Gilbertđã được người anh emcủa ông biên tậpvà xuất bản.Dướitựa đề De Mundo Nostro Sublunari PhilosophiaNova,cuốn sách đã cung cấp “một triết lí mới của thế giới trần tục của chúng ta”. Bản in khắc vàocuối thế kỉ 18này, từ bản mẫu nay không còn, là chân dung xác thựcduy nhất của William Gilbert. Bất chấp bản chất cách mạng của cả hai công trìnhnày, trong nhữngnăm qua, cái tên Gilbertvẫn chìmvào quên lãng trong lịch sử khoa học- theo chúngtôi, như thế khá là bất công. Vậy tạisao thànhtựu mangtínhcách mạng của ông trong khoa từ họclại được ít ngườibiết đến ? Câu chuyện về Gilbertbắt đầu từ Conchester, Essex, nơiôngsinh ra năm 1544. Ôngvào học trường đại học Cambrigekhitròn 14 tuổi. Tại đó, ông đã làm quen, vàsau đó đã từ bỏ, nền khoa họcchínhthốnglúc bấy giờ, như triết học tự nhiêncủa Aristotle, y học củaGalen và thiên văn học của Ptolemy. Líthuyết thiên văn củaPtolemy đặt Trái Đất bất độngtại tâm của vũ trụ, còn cáchành tinhvà Mặt Trời thì chuyển độngxung quanh trên nhữngmặt cầu trong suốt. Trái với trường phái bảo thủ cố hữu ở Cambrige, Gilbertnhận thấy London- nơi ông trở thành nhà vật lí vào đầuthập niên 1570- là một trungtâm đang bùng phátnhững ý tưởng chuyên môn mới, công nghệ và toán ứng dụng.Nghiên cứu của Gilbertvề từ học, cũng như nhữngnghiên cứu yhọc củaông,khiếnông - đúng là hơi bất thườngvào lúc ấy- tìm đến các nhà hàng hải, các nhà chế tạo thiết bị lành nghề, đối chiếu những số liệu từ học của họ và những khám phá về đá nam châmvà kimla bàn.Cũng nằm trong vòngxoáy này mà những người theo trường phái Copernicus,bị ảnh hưởng bởi các nghiên cứu của Gilbert, tin chắcnịchrằng Trái Đấtchỉ là một hành tinhtrong vũ trụ vô hạn mà thôi. Gilbertđã sử dụngthời gian nhàn rỗi vàtư cáchmột nhàvật lí để biên soạn và tung một đòncông kích đốivới nền khoa học Trái Đất kinh viện bằngviệc cho xuấtbản cuốnDe Magnete vào năm 1600. Tập sách độc lậpnày được biên tập thành 6cuốn riêng biệt, mỗi cuốn có nhiều chương. Cốt lõi trong đó là một giả thuyết, có lẽ đã hình thànhtrong ôngtừ những năm 1580,rằng Trái Đất là khối nam châm khổng lồ. Thật ra, Gilbert đã bỏ ranhiều năm và tiền của, nghe nói là chừng 5000pound, chứng minhgiả thuyết này bằng phươngpháp thựcnghiệm mới. Những thínghiệm này chủ yếu bao gồm việc sử dụng một khối đá nam châm hình cầu (gọi là “terrella”, hay“tiểuTrái Đất”) và một kimla bàngắn trên một trục đứng, có thể quay tự do(gọi là “versorium”). Nhà chế tạo thiết bị người London Robert Noman vừa phát hiện vào năm1581 thấy một kim namchâmthông thường sẽ nghiêng một góc nhấtđịnh, phía dưới đường chântrời, ngoài việc chỉ hướng Bắc Nam.Tuy nhiên, ôngkhông có ý kiến xemsự nghiêngnày có xảy ra ở nơi nào khác trên Trái Đất haykhông.Bằng cáchkhảo sát độ nghiêng của versoriumtại các điểm khác nhauxung quanhterrella,Gilbertđã tiên đoánthành công mối quan hệ giữađộ nghiêng này và vĩ độ địa lí.Trong tập 5 của bộ De Magnete, Gilbertdo đó đã có thể đưa ra một định luật về độ nghiêngcủa kim namchâm tại tất cả các điểm trên địacầu. De Magnete cũng công bố một thiết bị mới gọi là máyđo độ từ khuynh,nhờ nó mà các nhà hàng hải có thể tìm đượcgầnđúng vĩ độ địa lí của mình trong những khitrời nhiều mây mù. Thiết bị này cũng được minhhọa trong De Magnete, và mộtsố thủy thủ người châu Âuđã báo cáothử nghiệm thành côngtrên biển, mặc dùcuối cùng thì thiết bị tỏ ra kémhữu dụng trong thựctế. Một kế hoạch có nhiều thamvọng hơn làlàm tương quan kinhđộ địa lí với “daođộng từ”,tức làsự lệch của cực bắc từ khỏicực bắc thực (cực bắcthiên văn). Đángtiếc là nghiên cứu nàyđã bị chìmxuồng sauphát hiện năm 1634(thật trớ trêu, lại do chínhnghiên cứucủaGilbert manglại) về sự độc lậpthời gian của dao độngtừ. Độ lệch tìm thấy giảm từ 11 độ đông lệch khỏi hướng bắc thực vào năm 1580 đến 4 độ đông vào năm 1634 -mộtphát hiện làm giới chuyên môn ở châu Âu đươngthời bị sốc mạnh. Bất chấp nhữngkhó khăn theo sau đó,mục tiêu hàng hải của Gilbert vẫn được tánthànhbởi nhàtoánhọc EdwardWrightvào năm1600,trong lời nói đầu cuốn DeMagnete. “Sự thật thì, theo quan điểmcủa tôi”, ôngviết,“khôngcó đối tượng vật chất nào có tầm quan trọng lớn hơn hay cólợi ích to lớn hơnđối với nhânloại”. Gilbertđã thực hiệnnhiều thí nghiệmkhác, kể cả nghiên cứuđá nam châm hình cầu nổi trên mặt nước trong một con thuyền gỗ nhỏ. Nghiên cứu này cho thấy lực từ thường tạora chuyển độngtròn, đưa ông tới chỗ phát triển một mô hìnhvũ trụ từ tính về chuyển động quay của Trái Đất. Ngày nay, chúngtôi tin rằng mô hình vũ trụ này là độngcơ chínhđã thúc đẩy ông nghiêncứu từ học. Bằng việc chỉ ra rằng, Trái Đất, mà ông gọi là tellushay “Đất Mẹ”, có một lực từ vô hình, Gilbertđã gán cho Trái Đất một linhhồn (anima) - đó là lời giải thích chínhcho các hành tinh vànhững thực thể “tự chuyển động” khác. Theo quan điểm của ông, linh hồntừ của Trái Đất đã làm hành tinh quaytrongxungquanh trục của nó, trụcnày hướng tới mộtđiểm gần sao Bắc Cực. Nói cách khác, từ tính là nguyên nhâncủa chuyển động quaythườngnhật của Trái Đất theo hệ thống Copernicus. Như Gilbert đã đề cậptrongDe Magnete (và trong cuốn DeMundo),ông tin rằng các lực độngcủa tất cả các thiên thể đã “hợp sức”tạo ra cácchuyển động đều, nhưng quỹ đạo khôngtròn,của các thiên thể. Nền vật lí thuộc hệ thống Copernicus đầu tiên này, được trau chuốt thêm trongtập sách cuối cùngcủa De Magnete, và trong DeMundo, tất nhiên đã bị thay thế bởilí thuyết hấp dẫn của Newton ra đời khoảng chừng 80 năm sau đó. Mục tiêu chính củaDe Magnete - đưa từ học ra khỏibiên giới của việc ứng dụngđơn giản la bàn để tìm ra hướngbắc- đã không thành côngnhư Gilbert và Wrighthằnghi vọng.Môhìnhvũ trụ từ tínhcủa ôngcũngsớm bị sụp đổ. Tuy nhiên, chúng ta không chorằng những đónggóp của Gilbert cho ngành hànghải và vũ trụ học là không còn giá trị. Môhình Trái Đất từ tính của Gilbert chính là nền tảng của ngành địa từ học. Ông đã chứng minhbằng thực nghiệm rằnghiện tượng từ bao hàm một lực từ xuyên khoảng cách, khích lệ cácnhà thiênvănvà vật lí khác như Johann Kepler,RobertHooke, Christoper Wren- và có thể cả chính Newtonnữa - nghĩ tới lực hấp dẫn vạnvật tương tự như lực từ. Tuy nhiên,giả sử chúng ta có thể khônglưu tâm đến hai mục tiêu chínhcủa De Magnete vàcũng bỏ qua các chương nóivề ngành hànghải, về các thiết bị thực hàng vàcác bước xây dựngtoánhọc, là phần hợp tác của ông vớiEdwardWright. Thậmchí khiđó, theo quan điểm của chúng tôi, thì công trìnhvẫn có giá trị là công trìnhnghiên cứu lớn đầu tiên về vậtlí học thựcnghiệm. Hãy xemxét những thành tựu có thể chắn chắnquy là của Gilbert vào thời gian mànhững vật liệu từ duy nhất được người ta biết đến là đá nam châm (magnetite), sắtvà thép, và vào lúc màtoàn bộ cơ cấu khoa học hiện đạivẫn đang trong quá trình hình thành. Minhchứng nổi tiếng nhất, và cũngchínhxác nữa, trong cuốn De Magnete, là việcxem Trái Đất là một nam châm khổng lồ. Ông đã chỉ ra điềunày bằngcái màngàynay chúng ta gọi là thí nghiệm môphỏng,khảo sát độ nghiêng của cái versorium đã nói ở trên, trongđó ông cho biết cách hành xử của versoriumvàterrella môphỏngcách hànhxử của kim la bàn và Trái Đất. Trongkhi đó, những bàn luận mang tínhđịnh lượng của Gilbertvề tĩnh từ học chỉ hoàntoàn và thận trọng dựa trênthí nghiệm. Sự định hướngcủa trường nội tại, sự phân cực của một thanh namchâm bị cắtđôi, cũng như sự từ hóavà sự khử từ được trìnhbày một cáchchi tiết. Chẳng hạn, trongchương11 ở cuốn thứ 5, Gilbertthậmchí còn tiến rất gần đến ýtưởng về một từ trường và có nhận xét hết sức sắcsảo khi mô tả trường lưỡngcực của terrella. Cái ngây ngô là ông đã cố gắng giảiquyết vấn đề định lượng tương tác từ với việc so sánh đá namchâm “mạnh” và “yếu”. Tương tác giữanhiệt độ và từ tínhcũng nhận được sự bàn luậnsắc sảo và chínhxác trongmột số phần củatập sách. Một thànhtựu chủ yếu nữachúng ta muốn nhắc tới làviệc giải thích nguyênnhân gây ra tĩnh điện trong một chương của cuốnthứ hai mangtựa đề “Về sức hút tác dụngbởihổ phách”. Trong chừng mực nàođó, chương này có vẻ như đã phân biệt được các hiện tượng điện và từ,và đã đưa ra một số lượnglớn“các chất tạo ra điện”. Mặc dù Gilbert khônghề phân biệt được điện tíchdươngvà âm - điều nàycần 150năm nữa - nhưng chương này vẫn đủ để đưa ông trở thành “cha đẻ của nềnđiện học”. Khi xét về từ học, nhàvật lí và học giả William Whewell đã viết,năm1859: “Nghiêncứu của Gilbert bao gồm tất cả những sự thật khoahọc cơ bản, đượcxác định hết sức cẩn thận,thật vậy, thậm chí ngày nay chúng ta có rấtít điềuđể bổ sungthêm”. Việc triển khai thí nghiệm củaGilbert hết sức thận trọng và cócân nhắc. Câu đầu tiên trong lời nói đầu tậpsách của ông bắt đầunhư thế này: “Trongviệc khám phá những điều bí mật và nghiên cứu những nguyênnhân còn tiềm ẩn, những kết quả thu đượctừ nhữngthí nghiệm chắc chắn và những luận chứngđược chứng minh baogiờ cũngcó sức thuyết phục hơn so với những sự phỏng đoán và quan điểm suyluậntriết học”. Bố cục của cuốn DeMagnetecũng có cảmgiác rất hiện đại. Mỗi chương bắt đầu bằngmộtbản tóm lược cẩn thận những nghiên cứu trước đó, theosau là một lọat những thí nghiệm mới. Tuynhiên, Gilbert cũng là một kẻ có khiếu chỉ trích. Ví dụ, khi phê phánnhững luậnđiểm về độngcơ từ vĩnh cửu,ông viết: “Cầu trời hãy kết tội những nghiên cứu giả dối, chôm chỉa, xuyên tạc như thế, chúngđã làm rối loạnnhận thức của các sinhviên”. Vào dịp kỉ niệm 300 nămngày mất của ông, Gilbertnổi tiếng hơn bây giờ. SilvanusP Thompson, là người lãnh đạocâu lạc bộ Gilbert, đã tìm thấy một lượng đáng kể thông tin mớivề Gilbert. Các thành viên câu lạc bộ cólẽ không hề vụ lợi; ngành công nghiệp điện đang phát triển chỉ có thể thu lợi từ việc tándươngngười Anh xuất chúng,tiến sĩ Gilbert làcha đẻ của nền điện học. Haibản dịchcủa cuốn De Magnete đã xuất bản; mặc dù Thompsonbắt đầu trước, nhưng ông đã bị giành mấtquyền tiênphongbởi ấn bản năm 1893của PFleury Mottelay. Derek Price, người biên tập bản thảo ấnphẩm Câu lạc bộ Gilbertcủa Thompson, đã hùng hồn mô tả những thànhtựu của Gilbert: “Người ta có cảm giác rằng Gilbertđã phát minh ratoàn bộ quá trình khoa họchiện đại chứ khôngđơn thuần chỉ là khám phára nhữngđịnhluật cơ bản của từ học vàtĩnh điện học. Dĩ nhiên,ông là người đầu tiên kiên trì nghiên cứu xuyên suốt bằng phươngphápvật lí, yêucầu thí nghiệm và giải thích từ đầu đến cuối. Nghiên cứucủa Gilberthình thành nên khuônmẫu chonhững nghiên cứu sau nàytrongcác bộ môn vậtlí học, và cả môn hóa học và sinh học mãi saunày”. Tuy nhiên,ngôi sao Gilbert đã rụng khỏi bầu trời khoa họcnhiều thậpkỉ qua do vài lí do. Trong khi cácnhà sử họckhôngcòn coithời kìkhoa họccủa Gilbert, Kepler và Galileo là khá “hiện đại” nữa và khôngthể bỏ qua những giả thuyết tiềnhiện đại của Gilbertvề linh hồn Trái Đất vànhững hành tinh khác, nhưng di sản từ học của ông vẫn hết sứcthâm thúy. Bạn hãy đọc De Magnetevàtự đánh giá về công trình nghiêncứu đượcviếthết sức sâu sắc này. . William Gilbert - thiên tài bị lãng quên Nhà tư tưởng cách mạng William Gilbert, mất cách đây đã hơn 400 năm, là một trong những người. dung xác thựcduy nhất của William Gilbert. Bất chấp bản chất cách mạng của cả hai công trìnhnày, trong nhữngnăm qua, cái tên Gilbertvẫn chìmvào quên lãng trong lịch sử khoa học- theo chúngtôi, như. Cambrige, Gilbertnhận thấy London- nơi ông trở thành nhà vật lí vào đầuthập niên 157 0- là một trungtâm đang bùng phátnhững ý tưởng chuyên môn mới, công nghệ và toán ứng dụng.Nghiên cứu của Gilbertvề