Quan hệ giữa vật lý học hiện đại với triết học mác lê nin trong vấn đề không gian, thời gian

một số nhà vật lý hiện đại tập trung tìm hiểu về thế giới vĩ mô bao gồm: lỗ đen, thiên hà và vũ trụ…Dù hai hướng nghiên cứu là khác nhau nhưng kết quả của các công trình khoa học này đều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC XÃ HỘI VÀ NHÂN VĂN

NGUYỄN THỊ NHUNG

QUAN HỆ GIỮA VẬT LÝ HỌC HIỆN ĐẠI

VỚI TRIẾT HỌC MÁC - LÊNIN

TRONG VẤN ĐỀ KHÔNG GIAN, THỜI

GIAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRIẾT HỌC

TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2015

NGUYỄN THỊ NHUNG

QUAN HỆ GIỮA VẬT LÝ HỌC HIỆN ĐẠI

VỚI TRIẾT HỌC MÁC - LÊNIN

TRONG VẤN ĐỀ KHÔNG GIAN, THỜI

GIAN

Chuyên ngành: Triết học Mãsố: 60.22.03.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRIẾT HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HỒ ANH DŨNG

TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2015

Tôi cam đoan đây là công trình mà tôi nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của TS Hồ Anh Dũng Kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa có ai công

bố

Tác giả

Nguyễn Thị Nhung

PHẦN NỘI DUNG 9

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT QUAN NIỆM KHÔNG GIAN, THỜI GIAN TRONG VẬT LÝ HỌC HIỆN ĐẠI VÀ TRONG TRIẾT HỌC MÁC - LÊNIN 1.1 Khái quát về vật lý học hiện đại và quan niệm không gian, thời gian trong vật lý học hiện đại 9

1.1.1 Khái quát về vật lý học và vật lý học hiện đại 9

1.1.2 Quan niệm không gian, thời gian trong vật lý học hiện đại 13

1.2 Khái quát về triết học Mác – Lênin và quan niệm về không gian, thời gian trong triết học Mác – Lênin 33

1.2.1 Khái quát về triết học và triết học Mác – Lênin 33

1.2.2 Quan niệm không gian, thời gian trong triết học Mác – Lênin 35

CHƯƠNG 2 TÁC ĐỘNG QUA LẠI GIỮA VẬT LÝ HỌC HIỆN ĐẠI VỚI TRIẾT HỌC MÁC – LÊNIN TRONG QUAN NIỆM KHÔNG GIAN, THỜI GIAN VÀ Ý NGHĨA CỦA NÓ 2.1 Tác động qua lại giữa vật lý học hiện đại với triết học Mác – Lênin trong quan niệm không gian, thời gian 49

2.1.1 Tác động của triết học Mác – Lênin đối với vật lý học hiện đại trong quan niệm không gian, thời gian 49

2.1.2 Tác động của vật lý học hiện đại đối với triết học Mác – Lênin trong quan niệm không gian, thời gian 69

2.2 Ý nghĩa mối quan hệ giữa vật lý học hiện đại và triết học Mác – Lênin trong vấn đề không gian, thời gian 83

PHẦN KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

BẢNG PHỤ LỤC 98

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nhân loại đã và đang trải qua một thời kỳ dài đầy những biến đổi sâu sắc, toàn diện và nhanh chóng trong mọi lĩnh vực đời sống xã hội nhờ cuộc cách mạng khoa học - công nghệ hiện đại mở đầu từ giữa thế kỷ XX Cuộc cách mạng ấy đã có nền tảng vững chắc từ những phát triển mang tính bước ngoặt về khoa học từ cuối thế kỷ XIX sang đầu thế kỷ XX như: thuyết lượng tử, thuyết nguyên tử hiện đại, thuyết tương đối, phát hiện hạt Higgs boson và các thành tựu nổi bật khác trong vật lý Rất nhiều các phát minh lớn của thế kỷ XX như chất bán dẫn, tia laser, năng lượng hạt nhân, máy tính điện tử, đều có liên quan đến những thành tựu của các ngành khoa học tự nhiên này

Trong đó, các ngành khoa học tự nhiên, mà trước hết là vật lý học hiện đại

đã và đang phát triển mạnh mẽ Sự ra đời và phát triển các lý thuyết của vật lý học gắn liền với sự phát triển của triết học Điều này đã được chứng minh qua lịch sử hình thành và phát triển hơn hai nghìn năm của triết học và khoa học tự nhiên Hai lĩnh vực tri thức ấy không những có mối liên hệ mật thiết với nhau, mà còn chứng minh rằng, triết học duy vật biện chứng tìm thấy ở khoa học tự nhiên những cơ sở khoa học vững chắc để khái quát nên những nguyên lý, quy luật chung nhất của mình, còn khoa học tự nhiên lại tìm thấy trong triết học duy vật biện chứng thế giới quan, phương pháp luận đúng đắn, sắc bén để đi sâu nghiên cứu giới tự nhiên

Triết học duy vật biện chứng đã cung cấp phương pháp luận khoa học cho sự

ra đời của những thành tựu vật lý học hiện đại Vật lý học hiện đại chứng kiến bước ngoặt lớn của nó vào thế kỉ XX với sự ra đời Thuyết tương đối của Einstein, Cơ học lượng tử và Vật lý hạt nhân, lý thuyết dây Nội dung các lý thuyết này đều đề cập về các vấn đề về vật chất, không gian, thời gian và đưa ra nhiều quan niệm khoa học mới Ngày nay, các nhà vật lý hiện đại chia ra hai hướng nghiên cứu thế giới vật chất Thứ nhất, họ đi sâu vào nghiên cứu, khám phá thế giới vi mô, với những hạt vật chất vô cùng nhỏ và các loại trường Thứ hai, đối lập với hướng nghiên cứu trên

một số nhà vật lý hiện đại tập trung tìm hiểu về thế giới vĩ mô bao gồm: lỗ đen, thiên hà và vũ trụ…Dù hai hướng nghiên cứu là khác nhau nhưng kết quả của các công trình khoa học này đều xoay quanh những lí giải về vật chất, không- thời gian Trong mỗi bước khám phá nhằm thay đổi dần nhận thức của nhân loại về các vấn

đề trên, vật lý học hiện đại không tránh khỏi việc khái quát các công trình của mình

và từ đó xây dựng nên các lý thuyết vật lý học hiện đại Những thành tựu mà vật lý học hiện đại đạt được đã buộc nó phải chuyển sang lĩnh vực lý luận - lĩnh vực triết học, buộc nó phải vận dụng tư duy lý luận, và các nhà vật lý học hiện đại, dù muốn hay không, cũng phải tiến tới các kết luận chung về quan niệm không gian, thời gian Chỉ có triết học mới đem lại phương pháp giải thích những mối quan hệ chung, những bước nghiên cứu quá độ từ vật lý cận đại sang vật lý hiện đại, tìm thấy mối quan hệ giữa quan niệm không- thời gian trong thế giới vi mô và vĩ mô Vì vậy, triết học Duy vật biện chứng với vai trò là thế giới quan và cung cấp phương pháp biện chứng là hình thức tư duy thích hợp nhất của vật lý học hiện đại

Bên cạnh đó, để khái quát nên quan niệm vừa biện chứng, vừa duy vật tự nhiên về không gian, thời gian trong triết học đòi hỏi các nhà triết học phải thông thạo vật lý và khoa học tự nhiên Triết học không hề có quyền được tồn tại đơn độc

Nó thu thập các tài liệu, các thành tựu từ trong các ngành của vật lý hiện đại để xây dựng nên quan niệm, các tính chất chung và riêng của không gian và thời gian Như chính Friedrich Engels (1820-1895) đã khẳng định: “Mỗi lần có một phát minh vạch thời đại, ngay cả trong lĩnh vực khoa học lịch sử- tự nhiên thì chủ nghĩa duy vật lại không tránh khỏi thay đổi hình thức của nó”[35, tr.409]

Nhận thức được mối quan hệ biện chứng vô cùng sâu sắc của quan niệm không gian, thời gian trong khoa học tự nhiên mà cụ thể là ngành vật lý học trong

sự phát triển các hình thức của Chủ nghĩa Duy vật biện chứng, tôi đã chọn nghiên cứu đề tài: “Quan hệ giữa vật lý học hiện đại với triết học Mác – Lênin trong vấn đề không gian, thời gian”

2 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài

Xét về tổng quan nghiên cứu đề tài có thể nhận thấy các triết gia và các nhà khoa học vật lý quan tâm nghiên cứu vấn đề không gian, thời gian thông qua nhiều tác phẩm, công trình khoa học Có thể chia làm ba nhóm công trình nghiên cứu như sau

Thứ nhất, nhóm công trình nghiên cứu quan niệm không gian, thời gian của

các triết gia Công trình nghiên cứu cùng tên Lịch sử triết học của GS TS Nguyễn

Hữu Vui (chủ biên) Nxb Chính trị quốc gia, Hà Nội, 2009 và PGS Đinh Ngọc Thạch Nxb Chính trị quốc gia, Hà Nội, 2009 là những tài liệu trình bày lịch sử tư tưởng Triết học như một dòng chảy xuyên suốt từ thời cổ đại đến hiện đại, từ phương Đông đến Phương Tây Trong dòng chảy lịch sử tư tưởng ấy đã xuất hiện nhiều quan điểm của các triết gia về không gian, thời gian như Aristoteles (384-322 TCN), Thánh Saint Augustine (354-430), Rene Descartes (1596-1650), Spinoza (1632-1677), Immanuel Kant (1724-1804)…Tuy nhiên, các quan niệm về không gian, thời gian trước triết học Mác đều mang nhiều hạn chế Chúng chưa được trình bày một cách có hệ thống, còn mang tính phiến diện, siêu hình, máy móc Đến khi triết học Mác ra đời, các quan niệm về không gian, thời gian đã đạt thành tựu mới Trong triết học Duy vật biện chứng, các nhà triết học Mác- xít đã trình bày những quan niệm về không gian, thời gian một cách hoàn chỉnh, đầy đủ dựa trên những thành tựu của khoa học lúc bấy giờ, đặc biệt là trong lĩnh vực vật lý học F Engels trên cơ sở kế thừa các thành tựu trong khoa học tự nhiên đã trình bày các quan niệm

về không gian, thời gian tập trung trong tác phẩm Biện chứng của tự nhiên và

Chống Đuyrinh Engels đã minh họa các luận điểm về không gian, thời gian một

cách sinh động và rút ra những nhận xét sâu sắc tính chất của không gian, thời gian

như tính khách quan, tính phổ biến, tính vô tận và vô hạn, chiều của không gian Trên cơ sở kế thừa những quan niệm của F Engels về không gian, thời gian, trong

tác phẩm Chủ nghĩa duy vật và chủ nghĩa kinh nghiệm phê phán, V.I.Lenin

(1870-1924) đã phê phán những quan niệm của các nhà vật lý học duy tâm lúc bấy giờ như Ernst Mach (1838-1916), Heri Pointcare (1854-1912), đồng thời đưa ra những dự

kiến thiên tài về liên minh giữa những nhà triết học duy vật biện chứng và khoa học

tự nhiên Những tư tưởng về không gian, thời gian của F Engels và Lenin được hệ

thống hóa và trình bày trong Giáo trình triết học của Hội đồng lí luận trung ương từ

khái niệm, trích dẫn một số quan niệm của Engels, Lenin, đến một số tính chất cơ bản Đồng thời, giáo trình đã khẳng định tính đúng đắn, khoa học của các quan niệm không gian, thời gian trong triết học duy vật biện chứng Vì chúng ra đời dựa trên các thành tựu của khoa học tự nhiên và lại được các thành tựu khoa học đương thời chứng minh, xác nhận tính đúng đắn của nó, đặc biệt là trong vật lý học hiện đại với quan niệm của Einstein

Thứ hai, nhóm công trình nghiên cứu chuyên sâu về các lý thuyết tiêu biểu

trong vật lý học về của các nhà khoa học Tác giả Đào Văn Phúc đã phân kì các giai đoạn trong lịch sử vật lý học và trình bày khái quát những lý thuyết, phát minh

trong lĩnh vực vật lý học từ thời cổ đại đến thời hiện đại qua các tác phẩm như Lịch

sử vật lý, Tư tưởng vật lý và phương pháp vật lý Đặc biệt, trong tác phẩm Tìm hiểu sâu về Thuyết lượng tử, Thuyết tương đối, Thuyết Big Bang tác giả đã trình bày khái

quát một bức tranh rõ ràng về thế giới vật lý hiện thực, thế giới của thuyết tương đối, vũ trụ học, cơ học lượng tử, không gian và thời gian ở cấp độ thế giới vĩ mô… một cách đầy đủ, đơn giản và dễ hiểu Bên cạnh những công trình nghiên cứu về thế giới vĩ mô, một số tác phẩm bàn chuyên sâu vấn đề không gian, thời gian thông qua

nghiên cứu thuyết tương đối của Einstein như Einstein (2009) của Nguyễn Xuân Xanh, Thuyết tương đối cho hàng triệu người của Matin Ganơ (2001) cũng góp

phần lí giải sâu sắc những quan niệm về không gian, thời gian Tác phẩm đã trình bày nhiều tính chất của không gian, thời gian như tính khách quan gắn liền với vật chất, tính tương đối, không và thời gian kết hợp thành một continum bốn chiều Bên cạnh ba lý thuyết đánh dấu sự ra đời của vật lý học hiện đại, mốt số lý thuyết sau này kế thừa và tiếp tục nghiên cứu sâu hơn một số khía cạnh khác nhau của không gian, thời gian Về chiều của không gian và thời gian, các tác giả như Brian

Greene (2003) với tác phẩm Giai điệu dây & Bản giao hưởng vũ trụ hay Đào Vọng Đức (2007) trong tác phẩm Các nguyên lý cơ bản của lý thuyết siêu dây

lượng tử đã cho rằng chiều của không gian có thể là sáu, chín, hai mươi lăm hoặc n

chiều Tác giả tin rằng số chiều của không gian sẽ còn tăng lên nữa tùy thuộc vào khả năng nghiên cứu của các nhà khoa học Theo hướng nghiên cứu về sự giãn nở

của vũ trụ, một số tác phẩm Lược sử thời gian, Vũ trụ trong vỏ hạt dẻ của Stephen

Hawking cũng giải thích nhiều chủ đề không gian, thời gian của Vũ trụ học, trong

đó có lý thuyết Big Bang, Lỗ đen, Nón ánh sáng và Lý thuyết Siêu Dây Với những

lý thuyết trên Stephen Hawking đã trình bày toàn cảnh bức tranh về vũ trụ, thông qua nguồn gốc hình thành vũ trụ và sự giãn nở của vũ trụ tác giả đã luận bàn về quan niệm không gian, thời gian qua các thời kì Một tác phẩm khác cùng hướng

nghiên cứu là Thời gian và không gian của tác giả Mary - John Gribbin và Lịch sử

thời gian (2005) của Leofranc Holford cũng tổng hợp những quan niệm đối với vũ

trụ, từ quan niệm trái đất phẳng cho đến những nghiên cứu mới nhất về lỗ đen Tuy nhiên, tác giả đã chọn cách trình bày những kiến thức về không gian và thời gian theo trật tự thời gian từ những ý tưởng của người cổ đại, khám phá địa cầu, đo thời gian, sự ra đời của không gian và thời gian, và đặt ra nhiều ý tưởng gợi mở về chế tạo một máy thời gian Một tác giả người Việt nổi tiếng với nhiều tác phẩm viết về

vật lý mang màu sắc triết học là GS.TS Trịnh Xuân Thuận với một loạt tác phẩm:

Những con đường của ánh sáng: vật lý và siêu hình học của ánh sáng và bóng tối

T.1,2 , Giai điệu bí ẩn (2013), Hỗn độn và hài hòa (2013).

Thứ ba, nhóm công trình nghiên cứu mối quan hệ giữa vật lý học và triết học

xoay quanh chủ đề về không gian, thời gian của các nhà khoa học, nhà triết học

Với tác phẩm Vật Lý Và Triết Học - Cuộc Cách Mạng Trong Khoa Học Hiện

Đại (2009) của Werner Heisenberg, Triết học trong khoa học tự nhiên của TS

Nguyễn Như Hải, Một số vấn đề triết học của vật lý học (2000) của Nguyễn Cảnh

Hồ, trong khi trình bày mối quan hệ giữa triết học và vật lý học hiện đại, các tác giả

đã khái quát một số quan điểm về không gian, thời gian trong lịch sử triết học và một số nhà vật lý học Trên cơ sở đó, các tác giả đưa ra nhiều nhận định về lập trường của các nhà triết học, vật lý học trong khi nghiên cứu về không gian, thời gian Đồng thời, các tác giả đều thống nhất ý kiến cho rằng những quan niệm của

Albert Einstein (1879-1955) về không gian và thời gian không phải là tuyệt đối như

là trong quan niệm của Newton mà mang tính tương đối Chính những luận điểm của A Einstein đã phá vỡ đó những quan điểm cũ về không gian và thời gian và mở

ra những hướng nghiên cứu mới đối với nền vật lý ở đầu thế kỷ XX Từ đó, tác giả

đã khái quát vai trò của vật lý hiện đại trong sự phát triển của tư duy nhân loại ngày nay Cùng với đề tài vai trò của triết học đối với vật lý học, TS Bùi Văn Mưa khái quát bức tranh vật lý tương ứng với phương pháp luận của triết học qua tác phẩm

Triết học & bức tranh Vật lý học về thế giới để chỉ ra sự gắn bó liên hệ mật thiết

giữa thế giới quan và phương pháp luận của triết học với vật lý học cổ điển, phi cổ

điển Đặc bệt với luận án tiến sĩ của Nguyễn Bá Thái Không gian- thời gian với tính

cách là những hình thức cơ bản của mọi tồn tại (1996) trình bày các quan niệm về

không gian, thời gian và vũ trụ trong nhiều ngành khoa học và lịch sử triết học

Thông qua các tác phẩm kinh điển của các nhà triết học Mác- xít như Biện chứng

của tự nhiên và Chống Đuyrinh của Engels, Bút ký triết học và Chủ nghĩa duy vật

và chủ nghĩa kinh nghiệm phê phán của Lenin, tác giả đã trích dẫn những quan

điểm của Engels, Lenin về không gian, thời gian, vận động Từ đó, tác giả nêu lên quan niệm của mình về khái niệm, tính chất của không gian, thời gian Bên cạnh đó, tác giả cũng phê phán một số quan điểm duy tâm, siêu hình của một số nhà triết học

như Kant, Heghen… Một số công trình khoa học của nhiều tác giả như tác phẩm Về

mối quan hệ giữa triết học và khoa học tự nhiên trích Mác, Ăngghen, Lênin do

Nguyễn Văn Nghĩa chủ biên và Vai trò của phương pháp luận triết học Mác- Lenin

đối với sự phát triển của khoa học tự nhiên do Nguyễn Duy Thông chủ biên là

những tài liệu quý trình bày mối quan hệ biện chứng giữa triết học Duy vật biện chứng và khoa học tự nhiên Các tác giả trên không chỉ là những nhà nghiên cứu triết học có hiểu biết sâu sắc về lĩnh vực này mà còn nắm vững tri thức khoa học tự nhiên Chính điều này đã giúp họ có cái nhìn toàn diện, nhận thức sâu sắc về mối quan hệ biện chứng giữa triết học và khoa học tự nhiên nói chung, vật lý học nói riêng

Tóm lại, xoay quanh đề tài nghiên cứu của luận văn, các triết gia và các nhà khoa học vật lý đã đi sâu nghiên cứu về không gian, thời gian với tư cách là nhà triết học hoặc là nhà khoa học Song, thế giới vật chất vô cùng, vô tận, luôn vận động và phát triển, nên vấn đề không gian, thời gian là những vấn đề có tính mở và động Vật lý học nói riêng, khoa học tự nhiên và triết học càng phát triển, thì càng phát hiện ra những biểu hiện phong phú của không gian, thời gian giúp chúng ta hiểu biết đầy đủ hơn, sâu sắc hơn về thế giới Vì vậy, trên cơ sở kế thừa những tư tưởng tinh hoa thời đại của các nhà khoa học xã hội và khoa học tự nhiên, tôi nghiên cứu đề tài tập trung vào hai nội dung lớn: quan niệm về không gian, thời gian trong vật lý học hiện đại và trong triết học Mác – Lênin; quan hệ của vấn đề không gian, thời gian trong vật lý học hiện đại với triết học Mác – Lênin

3 Mục đích, nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của luận văn

Mục đích nghiên cứu luận văn nhằm

Làm rõ quan niệm về không gian, thời gian trong vật lý học hiện đại, trong triết học Mác – Lênin Đồng thời, làm rõ mối quan hệ của vấn đề không gian, thời gian trong vật lý học hiện đại và triết học Mác – Lênin

Để đạt được mục đích trên, luận văn có những nhiệm vụ sau:

Thứ nhất, khái quát quan niệm về không gian, thời gian trong vật lý học hiện đại

Thứ hai, phân tích làm rõ các quan niệm về không gian, thời gian trong triết học hiện đại Trên cơ sở làm rõ và nhấn mạnh tính khoa học trong quan niệm không gian, thời gian trong triết học Mác- Lênin

Thứ ba, phân tích làm rõ mối quan hệ tác động qua lại giữa vật lý học hiện đại và triết học trong vấn đề không gian, thời gian

Thứ tư, rút ra ý nghĩa mối quan hệ giữa vật lý học hiện đại và triết học Mác – Lênin trong vấn đề không gian, thời gian

Phạm vi nghiên cứu của luận văn

Trong khuôn khổ luận văn, tác giả chủ yếu đề cập đến mối quan hệ giữa quan niệm không gian, thời gian trong một số lý thuyết vật lý học hiện đại bắt đầu

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu như: phân tích và tổng hợp, diễn dịch và quy nạp, đặc biệt là phương pháp so sánh đối chiếu Đồng thời luận văn sử dụng phương pháp tiếp cận triết học tự nhiên

5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của luận văn

Về mặt lý luận, luận văn góp phần làm rõ về mặt lý luận mối quan hệ giữa Chủ nghĩa duy vật biện chứng với khoa học tự nhiên trong quan niệm về không gian, thời gian đã tồn tại trong lịch sử triết học và vật lý học

Về mặt thực tiễn, luận văn khẳng định giữa triết học và vật lý học tồn tại mối quan hệ biện chứng, không tách rời Củng cố vai trò thế giới quan, phương pháp luận của triết học đối với sự phát triển của khoa học vật lý

6 Kết cấu đề tài

Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, danh mục tài liệu tham khảo, phụ lục, luận văn gồm có 2 chương, 4 tiết

PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT QUAN NIỆM KHÔNG GIAN, THỜI GIAN

TRONG VẬT LÝ HỌC HIỆN ĐẠI

VÀ TRONG TRIẾT HỌC MÁC – LÊNIN 1.1 Khái quát về vật lý học hiện đại và quan niệm không gian, thời gian trong vật lý học hiện đại

1.1.1 Khái quát về vật lý học và vật lý học hiện đại

*Vật lý học là gì?

Vật lý học một cách tổng quát nhất đó là khoa học nghiên cứu về “vật chất”

và “sự tương tác” của các vật thể, các hạt và các trường vật chất Cụ thể thì Vật lý học là khoa học nghiên cứu về các quy luật vận động của tự nhiên, từ thang vi mô (các hạt cấu tạo nên vật chất) cho đến thang vĩ mô (các hành tinh, thiên hà và vũ trụ) Đối tượng nghiên cứu chính của vật lý học hiện nay bao gồm vật chất, năng lượng, không gian và thời gian

Vật lý học còn được xem là ngành khoa học cơ bản bởi vì các định luật vật

lý chi phối tất cả các ngành khoa học tự nhiên khác Điều này có nghĩa là những ngành khoa học tự nhiên như sinh học, hóa học, địa lý học… chỉ nghiên cứu từng phần cụ thể của tự nhiên và đều phải tuân thủ các định luật vật lý Ví dụ, tính chất hoá học của các chất đều bị chi phối bởi các định luật vật lý về cơ học lượng tử, nhiệt động lực học và điện từ học

Vật lý học có quan hệ mật thiết với toán học Các lý thuyết vật lý là bất biến khi biểu diễn dưới dạng các quan hệ toán học, và sự xuất hiện của toán học trong các thuyết vật lý cũng thường phức tạp hơn trong các ngành khoa học khác Sự khác biệt giữa vật lý học và toán học là ở chỗ, vật lý học luôn gắn liền với thế giới tự

nhiên, trong khi toán học lại biểu diễn các mô hình trừu tượng độc lập với thế giới

tự nhiên Tuy vậy, sự khác biệt không phải lúc nào cũng rõ ràng

Ngày nay, với hiểu biết của mình con người đã định nghĩa sâu: “Vật lý học

là ngành khoa học chuyên nghiên cứu các thuộc tính và quy luật vận động chung của các đối tượng vật chất trong tự nhiên từ các nguyên tử, hạt nhân, hạt cơ bản vô cùng nhỏ bé, cho tới các hành tinh, sao, thiên hà và toàn bộ vũ trụ Vật lý học phải

sử dụng cả bốn khái niệm cơ bản là vật chất, vận động, không gian và thời gian” [39, tr 5]

*Các giai đoạn phát triển của vật lý học

Kiến thức vật lý học ngày nay vô cùng đa dạng, phong phú, tạo thành kiến thức khổng lồ Lâu đài vật lý học nguy nga, tráng lệ đó đã được xây dựng và tích lũy từ rất lâu trong lịch sử loài người Để phục vụ công tác nghiên cứu nhiều tác giả

đã phân kì lịch sử vật lý học Có hai quan niệm phân chia lịch sử phát triển vật lý học như sau:

Thứ nhất, lịch sử vật lý học có bốn giai đoạn tương ứng với bốn giai đoạn phát triển của văn minh nhân loại

- Giai đoạn thứ nhất, nền văn minh cổ đại tương ứng với vật lý học cổ đại

- Giai đoạn thứ hai, nền văn minh cơ giới hóa tương ứng với vật lý học cận đại

- Giai đoạn thứ ba, nền văn minh công nghiệp, hậu công nghiệp tương ứng với vật lý học cổ điển

- Giai đoạn thứ tư, nền văn minh điện tử, tự động hóa tương ứng với vật

lý học hiện đại

Thứ hai, lịch sử vật lý học có ba giai đoạn:

- Giai đoạn thứ nhất, vật lý học cổ đại

- Giai đoạn thứ hai, vật lý học cổ điển

- Giai đoạn thứ ba, vật lý học hiện đại

Theo tôi, cách phân chia thứ hai hợp lí hơn vì nó dựa trên trình độ phát triển của vật lý học Cách phân chia này khá phù hợp với cách phân chia các giai đoạn của lịch sử xã hội loài người theo học thuyết hình thái kinh tế- xã hội của Chủ nghĩa Mác Nó có ưu điểm không bỏ qua những mầm mống vật lý học trong thời cổ đại và tập trung vào các quan niệm không gian, thời gian trong vật lý học cổ điển, vật lý học hiện đại Đồng thời, cách phân chia này cũng giúp chúng ta nhìn rõ mối quan hệ giữa vật lý học và triết học về quan niệm không gian, thời gian

Dựa theo cách phân chia thứ hai, lịch sử phát triển vật lý học có ba giai đoạn: Giai đoạn thứ nhất, vật lý học cổ đại bắt đầu từ thời cổ đại cho đến thế thế kỉ

XV Trong thời đại này, khoa học còn rất sơ khai Dưới thời cổ đại, dưới chế độ chiếm hữu nô lệ, sản xuất chủ yếu do những người nô lệ thực hiện với công cụ thủ công, dựa vào tri thức kinh nghiệm Người nô lệ cũng như người chủ nô không có nhu cầu nâng cao hiệu suất lao động Do đó, tri thức về khoa học tự nhiên phát triển hết sức chậm chạp, sự hiểu biết của con người về những lĩnh vực riêng lẻ của tự nhiên chưa đủ sức hình thành những bộ môn khoa học độc lập, do đó, những tri thức ấy thường tập trung nằm trong bộ môn triết học tự nhiên Triết học tự nhiên:

“một hệ thống bao gồm những quan điểm chung về thế giới và những tri thức về các lĩnh vực khác nhau như: toán học, vật lý học, thiên văn học…”[50, tr 4] Nền triết học tự nhiên ấy dựa trên quan điểm duy vật chất phác và phép biện chứng ngây thơ, tự phát để miêu tả về bức tranh chung của thế giới Các nhà triết học vừa nghiên cứu triết học vừa nghiên cứu những lĩnh vực mà các ngành khoa học nghiên cứu Chính nhờ quan điểm duy vật, phương pháp biện chứng, dù rất thô sơ, mộc mạc mà các nhà duy vật cổ đại đã đưa ra những phỏng đóan thiên tài về thế giới vật chất Nhưng chính vì trình độ còn hạn chế, nên nhiều mối liên hệ, quan niệm thực

sự về thế giới chưa dựa trên cơ sở của thực nghiệm mà bị thay thế bằng những phỏng đóan trừu tượng của tư duy

Trong thời kì phong kiến, sự nhận thức thế giới bị xem là tội lỗi, khoa học kìm hãm, vật lý học không có bước tiến mới

Giai đoạn thứ hai, vật lý học cổ điển bắt đầu từ cuối thế kỉ XV cho đến hết thế kỉ XIX Giai đoạn này có thể chia làm hai thời kì:

Thời kì thứ nhất mở đầu bằng Nicolaus Copernicus (1473-1543) kết thúc bằng cơ học cổ điển của Newton Đặc điểm của thời kì này vật lý học đi sâu nghiên cứu hiện tượng Các nhà vật lý học đặc biệt đề cao thực nghiệm và suy lý bác bỏ giáo điều, hoài nghi tất cả những dự đoán chưa có căn cứ Cơ học cổ điển đạt tới mức phát triển cao và giữ vai trò thống trị Do việc nghiên cứu riêng biệt từng lĩnh vực của thế giới và do sự thống trị của cơ học, cho nên thời kì này phương pháp tư duy siêu hình giữ vai trò thống trị

Thời kì thứ hai mở đầu bằng những khám phá mới trong điện động lực học

và nhiệt động lực học Những khám phá mới của vật lý học bây giờ không chỉ có ý nghĩa về mặt nhận thức mà nó còn mang ý nghĩa vận dụng vào thực tiễn Các phát minh của các nhà vật lý học được sử dụng trong sản xuất giúp cải tiến công cụ lao động, giảm hao phí lao động đạt kết quả to lớn hơn trong sản xuất vật chất

Giai đoạn thứ ba, vật lý học hiện đại được đánh dấu bằng công trình thuyết tương đối của A Eisntein vào thế kỉ XX Trong giai đoạn này, vật lý học đi sâu nghiên cứu cấu trúc vật chất như cấu trúc nguyên tử, các hạt cơ bản và xâm nhập với quy mô ngày càng lớn vào vũ trụ Nhờ vậy, vật lý học đã phát hiện ra những đặc tính mới, quy luật mới và mở ra nhiều triển vọng cho nhân loại Bên cạnh đó, những phát hiện mới trong vật lý học đặc biệt là về không gian và thời gian đã làm đảo lộn toàn bộ quan niệm của con người từ trước đến nay

Tuy nhiên, vật lý học hiện đại không bác bỏ các lý thuyết của vật lý học cổ điển Chúng có phạm vi ứng dụng rộng hơn các lý thuyết cổ điển và bao gồm lý thuyết cổ điển như một trường hợp riêng của lý thuyết hiện đại Chẳng hạn, thuyết lượng tử bao gồm thuyết cổ điển như một trường hợp riêng, khi năng lượng trao đổi lớn hơn so với lượng tử năng lượng Thuyết tương đối hẹp bao gồm thuyết cổ điển

như một trường hợp riêng, khi tốc độ chuyển động của các vật mà ta xét là rất nhỏ

so với tốc độ ánh sáng Thuyết tương đối rộng bao gồm thuyết cổ điển như một trường hợp riêng, khi các vật rơi tự do có vận tốc nhỏ so với vận tốc ánh sáng ( ) Như vậy, vật lý học hiện đại kế thừa, nối tiếp và mở rộng vật lý cổ điển

Trong quá trình phát triển của mình, vật lý học không ngừng đào sâu nghiên cứu các đối tượng vật chất Từ đó cho ra đời nhiều quan niệm khác nhau về không gian, thời gian

1.1.2 Quan niệm không gian, thời gian trong vật lý học hiện đại

*Quan niệm không gian, thời gian trong Thuyết tương đối

Thế giới khoa học cuối thế kỉ XIX có hai trụ cột là cơ học cổ điển của Newton và thuyết điện từ của Maxwell Năm 1875 chàng thanh niên Max Planck (1858-1947) đã được một giáo sư vật lý tại đại học Munich khuyên đừng học vật lý nữa vì tòa nhà vật lí đã xây dựng sắp xong chỉ còn một vài chi tiết chưa được hiểu

rõ

Tuy nhiên cuối thế kỉ XIX khoa học chứng kiến một làn sóng những khám phá đầy ngạc nhiên: thuyết lượng tử của M Planck, tia X của Rontgen, tính chất phóng xạ của Becquerel… Đó là thời kì mà con người đứng trước thế giới chưa hề biết đến và chưa hình dung ra được những chân trời mới của nó sẽ mở ra Sự chấm dứt thời đại vật lý cổ điển cũng như sự ra đời của thời đại vật lý hiện đại được báo trước

Năm năm sau công trình to lớn của Max Planck, một nhà khoa học người Đức gốc Do Thái công bố một loạt những thành quả vĩ đại, mở đường cho nền vật

lý hiện đại của thế kỷ 20 Đó là Albert Einstein

Einstein sinh năm 1879 tại Đức, mất năm 1955 tại Mỹ, học trung học tại Munich (Đức) và là một học sinh kém và lơ đãng, bị thầy chê là sẽ “không ra trò trống” gì Năm 1894, vì gia đình bị phá sản, Einstein ra khỏi trường mà chẳng có bằng cấp gì trong tay Chàng thanh niên Einstein lúc 16 tuổi xin thi vào Viện Kỹ

thuật tại Zürich (Thụy Sĩ) Chỉ khá được môn toán, các môn khác đều kém, Einstein hỏng thi, phải đợi năm sau mới được vào học Khoảng năm 21 tuổi, sau khi bị từ chối một chân phụ tá trong đại học, Einstein xin làm trong viện bản quyền kỹ thuật tại Bern (Thụy Sĩ) Chính tại Bern, thiên tài Einstein bừng nở như một đóa hoa tới

kỳ Chỉ trong vòng vài năm từ 1902 đến 1909, Einstein viết 32 công trình khoa học, trong đó có ba phát minh lớn mà nếu chỉ một phát minh trong số đó thôi cũng đã đưa ông đi vào lịch sử của ngành vật lý

Ba thành tựu đó là lý thuyết chuyển động của các phân tử, lý thuyết hạt của ánh sáng và thuyết tương đối Trong phát hiện thứ hai, Einstein thừa hưởng sáng tạo của Max Planck trong khái niệm “bó năng lượng” để đưa ra hình dung về ánh sáng gồm một chuỗi những hạt quang tử mà ta có thể tính năng lượng của từng hạt Với

lý thuyết hạt ánh sáng này, ngành vật lý có thể lý giải một loạt những hiện tượng chưa ai hiểu được Thế nên Einstein cũng là một người tiên phong trong ngành cơ học lượng tử, tương tự như Max Planck Với phát minh này, ông đoạt giải Nobel năm 1921

Nhưng Einstein được xem là thiên tài vật lý số một của thế kỷ XX vì ông là người sáng tạo ra thuyết tương đối Xuất phát từ một tính chất của vật lý thực nghiệm là ánh sáng có vận tốc bất biến trong mọi chiều hướng, độc lập với tình trạng di chuyển trong hệ qui chiếu của người quan sát, Einstein đi tới tận cùng trong

lý luận toán học của mình Khi đi đến mức chung cuộc của lý luận và khi đứng trước thực tế là vận tốc ánh sáng là một hằng số bất di bất dịch, Einstein buộc phải

từ bỏ tính chất tuyệt đối của không gian và thời gian: “Không gian và thời gian không hề có tính tiên thiên tuyệt đối nữa mà chúng phụ thuộc vào tình trạng di chuyển của hạt vật chất, chúng trộn lẫn với nhau vào trong một hệ qui chiếu bốn chiều” [3, tr.148]

Hệ quả này của thuyết tương đối mới nghe qua tưởng chừng như có tính toán học trừu tượng nhưng nó lật đổ hoàn toàn khái niệm thông thường về không gian và thời gian của nền cơ học cổ điển Hơn thế nữa, nó thách thức tư duy của con người

vốn luôn luôn thấy không gian thời gian có tính tuyệt đối Vì thế, không mấy ai hiểu thuyết tương đối dù ta có thể chấp nhận hệ quả toán học của nó

Như vậy, những công trình nghiên cứu của A Einstein không chỉ xây dựng

hệ thống tư duy mới, trong vật lý học mà còn trong cả triết học bằng hai cuộc cách mạng Trong đó, cuộc cách mạng thứ nhất đã thay đổi hẳn quan niệm về không gian

và thời gian, đó là lý thuyết tương đối hẹp Mười năm sau, năm 1915, ông hoàn tất thuyết tương đối rộng, theo đó không gian và thời gian sẽ kết nối nhau thành không- thời gian với một độ cong

Thuyết tương đối hẹp gồm hai tiên đề:

Thứ nhất, Einstein nêu lên rằng mọi hệ quán tính là như nhau đối với mọi quy luật vật lý Tiên đề này chỉ ra rằng các phương trình mô tả các hiện tượng tự nhiên đều có cùng dạng như nhau trong các hệ qui chiếu quán tính Nó cũng phủ định sự tồn tại của một hệ qui chiếu quán tính đặc biệt, như một hệ qui chiếu đứng yên thật sự Nói cách khác mọi hệ qui chiếu quán tính là hoàn toàn tương đương nhau Từ tiên đề này các nhà khoa học khẳng định không thể tồn tại một môi trường ête truyền sóng điện từ (ánh sáng) với một vận tốc khác biệt các hệ qui chiếu khác

Phép biến đổi của Galileo Galilei (1564-1642) làm cho các phương trình Newton trở nên bất biến Điều đó không có gì mâu thuẫn so với giả thuyết thứ nhất của Einstein tuy nhiên khi xét đến tham số thời gian thì định luật 2 của Newton chỉ

áp dụng một cách tổng quát cho biến thiên động lượng

Thứ hai, Einstein công nhận rằng vận tốc ánh sáng trong chân không là bất biến trong mọi hệ quán tính

Giả thuyết này giải thích cho kết quả của thí nghiệm Michelson-Morley và thí nghiệm Sitter vì vận tốc truyền ánh sáng là như nhau theo mọi phương nên không thể sử dụng công thức cộng vận tốc Galileo cho ánh sáng

Ở tiền thứ đề hai, vận tốc ánh sáng c= 300.000km/s là không đổi trong mọi

hệ quy chiếu Einstein đã kiểm chứng nguyên lý hằng số ánh sáng trong vũ trụ tại

một nhà ga và thấy rằng: vận tốc ánh sáng truyền trong xe lửa cũng bằng vận tốc truyền của ánh sáng đối với nhà ga Như vậy, vận tốc ánh sáng truyền trong mọi hệ thống với vận tốc như nhau, hay là vận tốc truyền của nó độc lập với chuyển động của vật phát ra nó

Với thuyết tương đối hẹp, Einstein đã làm nên sự thay đổi có tính chất lật đổ các khái niệm về không gian, thời gian và năng lượng tức là thay đổi cả tòa nhà cơ học cổ điển của Newton Newton quan niệm không gian tuyệt đối, thời gian tuyệt đối ngự trị khắp nơi và đối với tất cả các hệ quy chiếu Nhưng theo Einsein mỗi hệ thống quy chiếu đều mang theo mình một thời gian riêng Không có không gian và thời gian tuyệt đối Không gian và thời gian cũng không độc lập với nhau

Không có thời gian của chúng ta, chỉ có thời gian của mỗi cá thể riêng biệt Thời gian tùy thuộc vào chuyển động tương đối của người quan sát, một giây trôi qua của người quan sát đứng im bằng 1/ giây của người quan sát

chuyển động (tương đối thẳng đều đối với người quan sát đứng yên, v là vận tốc tương đối, c là vận tốc của ánh sáng) Vì c là một hằng số không đổi c = 300.000km/s, đó là một con số lớn hơn nhiều lần so với vận tốc chuyển động thông thường cho nên kết quả của công thức trên sẽ là một số dương và lớn hơn một Như vậy, ta có thể kết luận thời gian của người quan sát đứng yên nhanh hơn thời gian của người quan sát chuyển động Tức là, đồng hồ của người chuyển động sẽ chạy chậm hơn đồng hồ của người quan sát, thời gian bị “giãn nở”

Nếu thử tăng vận tốc của người quan sát lên nhiều lần sẽ cho kết quả đó là:

“người quan sát chuyển động càng nhanh, thời gian của anh ta càng đi chậm lại” [54, tr 52]; nếu anh ta chuyển động với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, tức là

v 300.000km/s lúc này công thức không có đáp án 1 chia 0 là vô nghĩa Khi đó, thời gian của anh ta gần như đứng lại đối với người đứng yên Điều này đã làm nảy sinh một hiệu ứng Nếu người quan sát chuyển động trên một phi thuyền bay với tốc

độ gần bằng tốc độ ánh sáng, sau một thời gian quay trở về trái đất sẽ nhận thấy

người thân, những người quan sát đứng im đã già hoặc chết đi một thời gian dài, trong khi người quan sát chuyển động vẫn còn trẻ Đó là “nghịch lý sinh đôi”

Ảnh hưởng giãn nở thời gian sẽ kéo theo ảnh hưởng co lại của không gian theo chiều chuyển động với hệ số để bù lại sự giãn nở của thời gian, để đảm bảo vận tốc ánh sáng truyền là một hằng số cho mọi hệ quy chiếu (vận tốc bằng quãng đường chia thời gian ) Khi chiếc phi thuyền chuyển động nhanh với vận tốc thật lớn, ta sẽ thấy nó ngắn lại theo hệ số ở trên

Nếu bạn và tôi chuyển động tương đối thẳng đều đối với nhau, không gian của bạn chính là không gian và thời gian của tôi, và ngược lại

(x,y,z,t) là tọa độ không gian và thời gian của một hiện tượng vật lý đối với người quan sát đứng yên, (x’,y’,z’,t') là tọa độ của cùng hiện tượng vật lý đối với người quan sát chuyển động Như vậy, không gian và thời gian không còn tồn tại độc lập mà quyện thành một thể liên kết

Chìa khóa để hiểu tính tương đối của thời gian chính là khái niệm đồng thời của hai hiện tượng Theo Einstein, hai hiện tượng xảy ra đồng thời đối với bạn (một

hệ quy chiếu) không nhất thiết cũng xảy ra đồng thời đối với tôi (hệ quy chiếu khác) Tức là tính đồng thời không tuyệt đối cho tất cả các hệ quy chiếu, mà chỉ tương đối, tùy vào hệ thống quy chiếu Einstein định nghĩa sự đồng thời của hai hiện tượng như sau: “Chúng được gọi là xảy ra đồng thời đối với một quan sát viên

A khi nào ánh sáng phát từ hai địa điểm lúc chúng xảy ra, truyền đi và gặp A cùng một lúc.” [54, tr 55]

Tiếp theo đó, Einstein còn thiết lập một quan hệ bất ngờ và hết sức đơn giản giữa khối lượng và năng lượng Với công thức này ta có thể quan niệm khối lượng là một dạng của năng lượng, khối lượng là năng lượng “đọng” lại Mối

quan hệ này sinh ra vô số những suy luận triết học, mở đường cho một công trình đại thống nhất của các quan niệm khác nhau về vật lý

Mười năm sau Thuyết tương đối hẹp, Einstein công bố Thuyết tương đối rộng Đây là một học thuyết Vật lý không những giải quyết được nội dung mà thuyết tương đối hẹp đã giải quyết trước đó mà còn giải quyết được cả những vấn

đề mà thuyết tương đối hẹp không giải quyết nổi Chẳng hạn, trong thuyết tương đối hẹp chỉ xem xét sự biến đổi của không gian, thời gian và vận động trong hệ quy chiếu quán tính, tức là hệ quy chiếu đứng yên hay chuyển động thẳng đều và đặc biệt là ở trong môi trường vật chất đồng chất và đẳng hướng nên những đại lượng

đó chỉ phản ánh một cách tương đối, gần đúng về một phương diện nào đó sự vận động của các vật thể Còn khi vật thể chuyển động phi quán tính, trong môi trường phân bố vật chất khác nhau thì theo thuyết tương đối hẹp không giải quyết nổi Thuyết tương đối rộng không những thỏa mãn cho sự xem xét, tính toán về khoảng cách không gian và thời gian ở trong hệ quy chiếu quán tính mà còn cho phép xác định các đại lượng đó trong hệ quy chiếu không quán tính và trong môi trường không đồng chất

Trong thuyết tương đối rộng thì sự phân bố và sự vận động các khối lượng của vật chất quyết định sự khác nhau về mặt cấu trúc của không gian và sự biến đổi

về thời gian Mật độ khối lượng vật chất quyết định độ cong của không gian và thời gian, tức là mật độ của các vật thể và trường càng khác nhau thì không gian càng bị cong khác nhau, làm cho thời gian cũng thay đổi khác nhau Vì khi không gian bị cong thì khoảng cách bị co lại, làm cho quỹ đạo của các tia sáng cũng bị cong và thời gian trôi chậm hơn do độ cong ấy Với lý thuyết này, Einstein minh chứng không gian và thời gian không những tương đối mà chúng còn bị khối lượng gây ảnh hưởng, chúng bị “cong” khi có sự hiện diện của khối lượng Khối lượng là tác nhân tạo nên hình thái của không gian và thời gian xung quanh mình Nói một cách tổng quát, không gian và thời gian là “thuộc tính” của khối lượng, của vật chất

Lí giải cho độ cong của không gian Eisntein cho rằng vấn đề cơ bản là ở sự hấp dẫn Tính hấp dẫn mà Newton phát hiện ra là đặc tính chung của tất cả các vật thể, là đặc tính không thể tách rời với khối lượng Sự hấp dẫn này được thể hiện ra

ở lực hấp dẫn và sự chuyển động của vật thể do lực hấp dẫn gây ra Như vậy, Einstein đã chỉ ra vai trò của trường hấp dẫn, tức là vai trò của môi trường vật chất bao quanh các vật thể Môi trường này có tính hấp dẫn mạnh hay yếu tùy thuộc vào mật độ, cấu trúc vật chất lớn hay nhỏ và khối lượng của vật to hay bé Thuyết tương đối nói rằng một vật có khối lượng làm cho không gian bốn chiều quanh nó bị cong

đi Chuyển động trong không gian cong là một chuyển động quán tính dọc theo một đường Không gian bốn chiều cong bao gồm không gian ba chiều thông thường cong (tức là không gian trong hình học phi Euclid) và thời gian cong (thời gian chậm lại)

Như vậy, không gian là không đồng chất và không đẳng hướng Nó quyết định sự khác nhau về không gian và thời gian của các vật thể trong quá trình vận động

Thuyết tương đối của Einstein là lý thuyết hoàn chỉnh nhất kể từ Newton, nó cho thấy hạn chế của nền vật lý cổ điển Nói chính xác hơn, thuyết tương đối bao trùm nền cơ học cổ điển, nó xem nền cơ học của Newton chỉ là một dạng đặc biệt của chính mình, khi vận tốc của vật thể không đáng kể so với vận tốc của ánh sáng Trong khuôn khổ của sự thống nhất cao độ này, thuyết tương đối chứng minh khối lượng và năng lượng chỉ là một, không gian và trọng trường chỉ là một, thời gian và không gian nằm chung trong một hệ qui chiếu duy nhất

Thuyết tương đối ra đời đòi hỏi phải xem xét lại một cách cơ bản những khái niệm tổng quát nhất của vật lý học Nó nêu lên một quan điểm mới đối với không gian và thời gian, đồng thời cũng yêu cầu phải xem xét lại quan điểm không gian và thời gian đã được Newton nêu lên Không gian và thời gian không còn tính chất tuyệt đối như trước Sự tách biệt không gian và thời gian chỉ có tính tương đối và phụ thuộc vào hệ qui chiếu

*Quan niệm không gian, thời gian trong Cơ học lượng tử

Đến cuối thế kỉ XIX vật lý học cổ điển được xem như đã phát triển đầy đủ Với lý thuyết cơ học cổ điển của Newton và lý thuyết điện từ của Maxwell đã làm

cơ sở cho toàn bô cơ học và giải thích tổng quát các hiện tượng điện từ và quang học Vật lý học cổ điển cho kết quả phù hợp với thực nghiệm và là một lý thuyết hoàn chỉnh và chặt chẽ trong phạm vi ứng dụng của nó Từ cuối thế kỉ XIX, các nhà vật lý phát hiện có những hiện tượng không thể giải thích bằng lý thuyết cổ điển như: tính bền của nguyên tử, quy luật bức xạ của vật đen… Từ đó đặt ra vấn đề các nhà vật lý học cần phải xây dựng một lý thuyết mới về lượng tử

Vào những năm đầu của thế kỉ XX, việc xây dựng lý thuyết tổng quát cho các hiện tượng nguyên tử đã trở thành vấn đề nổi bật nhất trong vật lý học Với công sức của hàng chục nhà vật lý học trong 30 năm đầu thế kỉ XX nghiên cứu theo nhiều phương hướng độc lập với nhau nhưng ngay sau đó đã được chứng minh hoàn toàn thống nhất Đó là cơ học ma trận ra đời 1925 và cơ học sóng ra đời năm

1927 Hai lý thuyết này đã được chứng minh rằng chỉ là những hình thức khác nhau của cùng một lý thuyết vật lý về các hạt vi mô, lý thuyết vật lý đó ngày nay chúng

ta gọi là cơ học lượng tử, cái tên do Max Born đưa ra trước khi nội dung của nó được xác lập Có thể định nghĩa vắn tắt: “Cơ học lượng tử là lí thuyết của những hệ nguyên tử và hạt nhân” [51, tr.5] Nguyên tử có kích thước khoảng còn hạt nhân có kích thước khoảng Những vật có kích thước như vậy hoặc nhỏ hơn được gọi là vật vi mô Đi vào nghiên cứu thế giới vi mô các quy luật cổ điển được thay thế bằng quy luật lượng tử, các quy luật này bao quát hơn và bao gồm cả các quy luật cổ điển như những trường hợp riêng

Các công trình nghiên cứu về lý thuyết lượng tử được bắt đầu từ thí nghiệm quang phổ, khí đốt nóng tạo nên các vạch quang phổ tập hợp các vạch nhiều màu sắc, được sắp xếp theo thứ tự xác định, mỗi vạch tương ứng với một tần số nhất định bao gồm vùng ánh sáng nhìn thấy được, bức xạ hồng ngoại, ánh sáng, bức xạ

tử ngoại Tuy nhiên các nhà khoa học không thể giải thích được tại sao chúng lại sắp xếp có quy luật như thế

Năm 1896, Wien thiết lập công thức phù hợp bức xạ có tần sóng cao Năm

1900 Rayleigh và Jeans thiết lập công thức phù hợp bức xạ có tần sóng thấp

Năng lượng của sóng tỉ lệ với bình phương biên độ và có thể biến đổi liên tục Như vậy, một vật có thể phát ra (dưới dạng bức xạ) hay hấp thụ (của bức xạ chiếu tới), những năng lượng tùy ý, tức là những năng lượng có giá trị liên tục

Các nhà vật lý lại không tìm được một công thức có thể thống nhất hai công thức trên Vào thời gian đó nhà vật lý Placnk đã trình bày bản báo cáo nhằm giải quyết cuộc khủng hoảng trong lý thuyết bức xạ nhiệt Planck đưa ra một ý tưởng táo bạo năng lượng truyền đi gián đoạn, cũng phân thành những lượng nhỏ xác định mà Planck gọi là lượng tử Như vậy năng lượng truyền đi không liên tục như vật lý cổ điển đã quan niệm Từ đó, ông thiết lập một công thức vật lý mới và trong công thức đó xuất hiện hằng số h, đợc gọi là lượng tử ( ) Planck giả thuyết rằng bức xạ có tính gián đoạn, nhưng khi truyền đi và hấp thụ vẫn có tính liên tục

Quan niệm này mãi đến năm 1905 được hoàn chỉnh bởi Einstein, năng lượng phát ra, khi truyền đi và bị hấp thụ đều có tính gián đoạn Đến năm 1917, vật lý học

đã xác định lượng tử ánh sáng là năng lượng xác định , động lượng xác định

có trị số là hw/c, trong đó w là tần số góc:

Cũng trong những năm đầu của thế kỉ này, vật lý học cũng cố gắng xây dựng nên mô hình cấu tạo nguyên tử Nhờ vào phát hiện điện tử của Thompson vào năm 1897 và phát hiện hạt nhân nguyên tử của Rutherford vào năm 1911 mẫu hành tinh nguyên tử ra đời Mẫu này giống như thái dương hệ, hạt nhân đóng vai trò trung tâm là mặt trời, các hạt điện tích xoay xung quanh hạt nhân như các tiểu hành tinh xoay quanh mặt trời theo quỹ đạo elip Đó là mô hình hành tinh nguyên tử

Mẫu cấu tạo nguyên tử này cũng sớm xuất hiện khuyết điểm đó là nó không phù hợp với các hiện tượng được quan sát

Chỉ trong một thời gian không dài, ngành vật lý học đã xuất hiện nhiều kết quả thực nghiệm mới chứng tỏ sự tồn tại của những dạng vật chất với kích thước, khối lượng và điện tích vô cùng nhỏ bé Đó là những đối tượng của thế giới vi mô, thế giới mà ta không nhìn thấy được Các kết quả nghiên cứu của các nhà vật lý trong hai thập niên đầu của thế kỉ XX đã chỉ ra có những hiện tượng kỳ lạ mà những khái niệm cũ, lý thuyết cũ không thể nào giải thích được… Điện tử và những hạt vô cùng nhỏ bé khác, vừa mang tính chất của hạt vừa mang tính chất sóng, vừa bức xạ vừa hấp thụ, vừa liên tục lại gián đoạn…Vì vậy, để tiếp tục nghiên cứu những hạt vật chất vô cùng nhỏ bé này, phải có một lý thuyết có thể thống nhất các phương pháp nhìn nhận mới, quan niệm mới trên

Người có công gắn kết các công trình độc lập nói trên và chỉ ra nguyên nhân các hiện tượng rời rạc đó là Nils Bohr (1885-1962) Năm 1917, Nils Bohr đưa ra nguyên lý tương ứng, các quy luật lượng tử sẽ quy về các quy luật của cơ học cổ điển, các số lượng tử của hệ thống có trị số lớn, có thể bỏ qua tác dụng của h Bên cạnh nguyên lý này, Bohr đưa ra mẫu nguyên tử mới cho phép electron được dịch chuyển từ quỹ đạo cho phép (trạng thái dừng) này sang quỹ đạo cho phép khác, đồng thời hấp thụ hay phát ra năng lượng dưới dạng hạt ánh sáng Để mô tả quá trình này năm 1925, Werner Heisenberg (1901-1976) công bố công trình của mình trong đó gồm những nội dung cơ bản sau:

Thứ nhất, ở phạm vi nguyên tử cơ học cổ điển không còn đúng

Thứ hai, lý thuyết mới ra đời phải phù hợp với nguyên lý tương ứng do Bohr

đề ra, tức là khi h bằng 0, các kết quả của lý thuyết mới phải giống kết quả thu được bằng vật lý học cổ điển

Thứ ba, để thay thế cơ học cổ điển trong nghiên cứu lý thuyết lượng tử, Heisenberg đề xuất một ý tưởng là chỉ sử dụng những đại lượng nào mà ta có thể quan sát và đo đạc được

Đến năm 1925, trong số các đại lượng đặc trưng cho chuyển động bên trong của nguyên tử, người ta mới đo được những đại lượng như tần số và cường độ bức

xạ mà nguyên tử phát ra Phân tích những đại lượng đó, Heisenberg nhận thấy rằng chúng có tính gián đoạn, vậy cần phải tìm ra hình thức mới để biểu diễn chúng

Vật lý cổ điển trước đây đã xếp những tần số bức xạ mà nguyên tử phát ra theo một hàng:

Nhưng nhà bác học Ritz nhận thấy rằng, những tần số quan sát thấy trong thí nghiệm luôn luôn được xác định bằng hai chỉ số nguyên: ,

Chẳng hạn, tần số là do bước chuyển của nguyên tử từ trạng thái có năng lượng về trạng thái và phát ra một lượng tử:

Như vậy tần số không thể xếp theo hàng mà phải xếp thành một bảng:

0 , , 0 , , 0 ,

biểu diễn bằng ma trận Không những các đại lượng biến thiên gián đoạn mà cả những đại lượng biến thiên liên tục cũng có thể biểu diễn dưới dạng ma trận

Như vậy, dù xuất phát từ kinh nghiệm của Ritz hay xuất phát từ các toán tử, chúng ta đều thấy rằng có thể: “biểu diễn bất kỳ một đại lượng vật lý nào dưới dạng một ma trận.” [25, tr 83]

Heisenberg tiếp tục suy nghĩ tìm cách dùng những ma trận nào để biểu diễn các đại lượng vật lý thuận lợi nhất, qui tắc tính toán cho những ma trận đó, thống nhất sơ đồ ma trận với tư tưởng của Planck để biểu diễn các đặc trưng của thế giới

vi mô Trong khi giải quyết các vấn đề này, Heisenberg đã chứng minh được sự tồn tại của những trạng thái dừng cùng với những trị số năng lượng đã lượng tử hóa, đã tìm ra tất cả những kết quả như phương trình của Erwin Schrodinger (1887-1961), tìm ra công thức tính toán giá trị trung bình cho các đại lượng vật lý theo ma trận Đặc biệt , nhờ phương pháp ma trận Heisenberg đã tìm ra hệ thức bất định nổi tiếng

Lý thuyết của Heisenberg được gọi là cơ học ma trận Cơ học ma trận sau này được nhà vật lý nổi tiếng Paul Dirac (1902-1984) phát triển và hoàn thiện hơn Cơ học

ma trận có ưu điểm là sự chính xác và cân đối về mặt toán học, nhưng sự trừu tượng với các ký hiệu toán học đặt lên các đại lựơng vật lý khiến nó phức tạp và khó hiểu

là khuyết điểm của nó

Cùng với sự ra đời của cơ học ma trận, năm 1926 phát triển tư tưởng của Broglie (1892-1987) về tính hai mặt sóng- hạt, nhà vật lý Ewind Schrodinger đã xây dựng một lý thuyết mới cho các hạt vi mô Ông đưa ra một hàm phụ thuộc vào các tọa độ không gian và thời gian , ký hiệu là , gọi là hàm sóng,

để mô tả sóng vật chất gắn liền với hạt vi mô Schrodinger tìm được phương trình của hàm được gọi là phương trình sóng và áp dụng vào bài toán electron trong nguyên tử Hydro Ông đã tìm thấy đúng mức năng lượng như chúng ta thấy trong lý thuyết của Bohr mà không cần đưa ra giả thiết bổ sung nào Các khảo sát về sau cho thấy phương trình của ông hoàn toàn mang tính tổng quát Nó đúng với tất cả các nguyên tử phức tạp chứ không riêng Hydro

Với phương trình sóng tìm thấy, Schrodinger đã đặt cơ sở cho một cơ học mới của các hạt vi mô là cơ học sóng Sau đó không lâu Schrodinger đã chứng minh rằng, cơ học sóng và cơ học ma trận là hoàn toàn tương đương nhau Dù rằng công

cụ toán học của hai lý thuyết có khác nhau, cơ học sóng và cơ học ma trận chẳng qua chỉ là hai hình thức diễn đạt tóan học khác nhau của một lý thuyết là cơ học lượng tử Cả hai đều lấy hằng số Planck và khái niệm lượng tử làm cơ sở cho phương pháp của mình Chính vì vậy mà kết quả của cả hai phương pháp hoàn toàn trùng nhau Cơ học sóng gần gũi với trực quan, công cụ tóan học đơn giản nên thông dụng hơn, nhưng cơ học ma trận lại dẫn đến kết quả nhanh hơn

Như vậy cơ học lượng tử đã được xây dựng thành công Ngay sau đó nó được dùng để giải thích hàng loạt các sự kiện quan trọng như các liên kết hóa học trong phân tử, các tính chất dẫn điện…Ngày nay, cơ học lượng tử trở thành một lý thuyết không thể thiếu được trong ngành vật lý, hóa học hay sinh học, các ngành kỹ thuật hiện đại

Ngày nay, trong lĩnh vực cơ bản, thực nghiệm đã đi trước so với lý thuyết Nhiều hiện tượng đang chờ lý thuyết giải thích Trong đó, không gian, thời gian vẫn

là những vấn đề cần nghiên cứu của các nhà vật lý học Dưới góc độ của các lý thuyết cơ học lượng có thể nhận thấy những quan niệm mới mẻ của các nhà vật lý học về không gian, thời gian

Những quan niệm về thế giới vi mô dù rất mới mẻ, khác thường nhưng nó vẫn dựa trên những quan niệm thông thường về không gian, thời gian Cách mô tả không thời gian vẫn gắn liền với sự vật và hiện tượng Cơ học lượng tử thừa nhận không gian và thời gian gắn liền với sự tồn tại các vật thể và các biến cố của chúng trong thế giới vi mô, không có không gian tuyệt đối tách rời các vật thể và cũng không có thời gian tuyệt đối tách rời các biến cố Tức là khái niệm không gian, thời gian được xem xét dưới góc độ của thế giới vi mô

Một số nhà vật lý cho rằng vì đối tượng vi mô có tính chất lượng tử nên không gian và thời gian có tính chất lượng tử, nghĩa là không gian và thời gian cũng

bị lượng tử hóa Nói khác đi, không gian thời gian mất tính chất liên tục, cũng bị phân ra thành từng phần nhỏ riêng biệt, những lượng tử không gian và lượng tử thời gian

Quan niệm mới mẻ này chỉ ra cho chúng ta đang tiến vào nghiên cứu những đối tượng ngày càng nhỏ, các khoảng cách không gian ngày càng ngắn Nhưng độ lớn và khoảng cách có giới hạn không

Các nhà khoa học cho rằng có một độ dài ngắn nhất, gọi là “độ dài nguyên tố” hay là lượng tử không gian, sao cho không có độ dài nào ngắn hon độ dài đó Các độ dài nhỏ hơn không có nghĩa sẽ nhỏ hơn rất nhiều so với

Tất cả độ dài sẽ chỉ có thể là một số nguyên lần

Cũng như vậy có một khoảng thời gian ngắn nhất, gọi là “khoảng thời gian nguyên tố” hay là lượng tử thời gian, sao cho khoảng thời gian nhỏ hơn là không có nghĩa Tất cả các khoảng thời gian sẽ chỉ có thể là một số nguyên lần

và nó nhỏ hơn nhiều lần so với

Những lượng tử không gian và lượng tử thời gian này quá nhỏ bé chắc chắn rằng không thể đo được Không một thời gian kế nào có thể đo được khoảng thời gian bằng một phần tỷ tỷ tỷ tỷ giây, hay cũng không có thước vi mô nào đo được một phần tỷ tỷ cm

Nhưng lượng tử không gian và thời gian nếu tồn tại chúng sẽ liên quan đến khối lượng, năng lượng, cấu trúc và các đặc trưng khác của các hạt cơ bản và người

ta có thể phán đoán nó bằng những lý thuyết về các hạt cơ bản, lý thuyết về mối quan hệ giữa chất và trường

Những quan niệm cũ về không- thời gian vẫn tồn tại dai dẳng trong các khái niệm lượng tử không gian và lượng tử thời gian Chúng ta nhấn mạnh rằng, mỗi loại kiến thức đều được xây dựng từ trên những nền tầng của nó Qúa trình hình thành

những khái niệm mới bao giờ cũng mang những dấu vết của những khái niệm cũ cùng loại, và bao giờ cũng ra đời trong cơn đau đẻ khó khăn vất vả

Đến đầu thế kỉ XX, vật lý học hiện đại đã đạt nhiều thành tựu rực rỡ với nhiều lý thuyết mới ra đời, mang lại nhiều quan niệm mới về không gian, thời gian đòi hỏi các nhà vật lý không chỉ tiếp tục nghiên cứu về mặt lý thuyết mà còn chứng minh qua thực nghiệm, không dừng ở thế giới vi mô mà còn mở rộng tiếp cận thế giới vĩ mô Bắt đầu từ phương trình diễn tả về trường hấp dẫn của Einstein với các đại lượng về không gian, thời gian, vận động của vật thể, cho phép xác định trường hấp dẫn tại từng điểm của vũ trụ và mô tả toàn bộ tính chất của vũ trụ Thuyết tương đối rộng và thuyết lượng tử là những cơ sở để xây dựng thuyết Big Bang hiện nay

* Quan niệm không gian, thời gian trong thuyết Big Bang

Từ rất lâu trước đây, con ngườiđã tự đặt câu hỏi: “vũ trụ trong đó chúng ta sống từ đâu mà sinh ra?” Có nhiều câu trả lời khác nhau trước khi đi đến câu trả lời cuối cùng: “từ Big Bang” Big Bang có nghĩa là “vụ nổ lớn” [42, tr 84] Thuyết Big Bang cho rằng trước đây khoảng 15 tỷ năm vũ trụ của chúng ta phát sinh từ một vụ

nổ lớn Lúc ban đầu, vũ trụ lớn bằng đầu kim, nó cứ nở dần ra và trở nên mênh mông như bây giờ Ý nghĩa về một vụ nổ ban đầu làm vũ trụ phát sinh đã bắt đầu xuất hiện trong khoa học từ gần 80 năm trước Trong một thời gian dài, nó được nhiều nhà khoa học bổ sung, kiểm nghiệm và ngày nay trở thành một lý thyết đáng tin cậy Có thể nói thuyết Big Bang là trí tuệ chung của nhiều nhà khoa học, được hình thành thông qua hoạt động nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

Về mặt lý thuyết, như đã nói ở trên phương trình hấp dẫn Einstein cho phép xác định độ cong của không gian tại từng điểm một và do đóxác định được tính chất chung của không gian Cơ học cổ điển trước đây thừa nhận mô hình “vũ trụ tĩnh” hay mô hình vũ trụ ổn định, không gian và thời gian không thay đổi trong mô hình này Nhưng trường hấp dẫn có thể làm giảm khoảng cách giữa các vật bị tác dụng

và làm vũ trụ bị nén Muốn vũ trụ không bị nén, Einstein đưa vào phương trình số hạng chứa “hằng số vũ trụ”, nó như một “lực phản hấp dẫn” để cân bằng lực hấp

dẫn Khi giải phương trình, Einstein thu được nghiệm là một mô hình vũ trụ trong

đó vũ trụ là một siêu diện cầu ba chiều đồng nhất, không biến đổi theo thời gian

Sau Einstein, nhà bác học Fried Mann(188-1925) có thể giải phương trình

hấp dẫn trên mà không cần đến “Số hạng vũ trụ” [56, tr 40] ông đã giải được các phương trình Einstein và thu được ba nghiệm Tất cả các nghiệm được chia làm hai loại, dẫn đến hai mô hình “sự dãn nở vũ trụ sẽ tiếp diễn mãi mãi” khi hoặc

vũ trụ dãn nở đến một thời điểm nào đó rồi co lại do lực hấp dẫn lấn át xu hướng dãn nở khi Đồng thời ông cũng tính được tuổi thọ của vũ trụ là 10 tỷ năm

Như vậy, đầu thế kỉ XX, đã có 4 nghiệm phương trìnhEinstein Trong đó: một nghiệm là vũ trụ phẳng, ba nghiệm là vũ trụ cong Một nghiệm vũ trụ ổn định,

ba nghiệm vũ trụ nở dần Các vũ trụ cong và nở dần chiếm đa số Nhưng đó là mô hình lý thuyết, cần có dữ kiện thực nghiệm để công nhận hoặc bác bỏ

Về thực nghiệm, 1929 nhờ quan sát qua kính thiên văn Edwin Hubble (1889-1953) phát hiện vũ trụ bao gồm nhiều thiên hà và các thiên hà khác đang chuyển động ra xa thiên hà của chúng ta Tốc độ di chuyển đó tỉ lệ với khoảng cách giữa thiên hà đó với chúng ta là (H là hằng số) Phát hiện này cho thấy vũ trụ đang dãn nở ra Việc thiên hà chuyển động ra xa nhau theo mọi phương và theo cùng một quy luật gợi ra ý nghĩa rằng vũ trụ đồng nhất, đẳng hướng và là một không gian cong, theo kiểu một siêu diện cầu Vũ trụ đang nở ra có nghĩa là trong quá khứ xa xôi nó nhỏ hơn hiện nay và ở thời điểm càng xa trong quá khứ, nó càng nhỏ Tốc độ bay ra xa tỉ lệ với khoảng cách giữa các thiên hà nghĩa là các thiên hà mất cùng một khoảng thời gian để đi từ một điểm xuất phát chung tới vị trí hiện nay Tất cả những điều trên gợi ý nếu đi ngược thời gian chúng ta tìm thấy ở một thời điểm các thiên hà có mặt tại một vị trí và xuất phát để chuyển động tạo nên vũ trụ ngày nay

Với những phát hiện trên, Einstein đã ân hận việc đưa thêm số hạng vũ trụ để giữ cho vũ trụ ổn định và thừa nhận: “Đó là sai lầm lớn nhất trong đời tôi” [42, tr 97].Từ lúc này, các nhà khoa học đã đi theo hướng tìm kiếm mô hình vũ trụ đang dãn nở

Năm 1931, Georges Lemaltre (1894-1966) đề xuất ý tưởng vũ trụ xuất phát

từ nguyên tử mẹ Một vụ nổ ban đầu đã làm cho nguyên tử mẹ đó bung ra và nở ra

để thành vũ trụ ngày nay và đang tiếp tục nở mãi Lemaltre đã đưa thêm một ý tưởng thiên tài rằng: vũ trụ có một thời điểm khởi đầu

Các thí nghiệm và quan sát của các nhà vật lý đã khái quát nên “vũ trụ đang giãn nở một cách đồng đều và đẳng hướng” [56, tr 46], nghĩa là quá trình chuyển động là như nhau đối với những người quan sát ở mọi thiên hà Trong khi vũ trụ giãn nở, khoảng cách giữa các thiên hà tăng lên Sự giãn nở là kết quả những vận tốc còn giữ lại từ một vụ nổ trong quá khứ Những vận tốc đó ngày càng chậm dần

do ảnh hưởng của lực hấp dẫn; sự giảm tốc đó rất chậm làm nảy sinh giả thuyết rằng: “mật độ vật chất của vũ trụ là thấp và trường hấp dẫn của nó là quá yếu có thể làm cho vũ trụ là hữu hạn về mặt không gian hoặc lại có lúc làm đảo ngược sự giãn nở” [56, tr 47] Các tính toán cho phép ta ngoại suy sự giãn nở của vũ trụ lùi về quá khứ, và phát hiện rằng sự giãn nở của vũ trụ lùi về quá khứ, và phát hiện rằng sự giãn nở chắc đã bắt đầu từ mấy nghìn triệu năm để trước đây

Năm 1946, George Gamow (1904-1968) công bố công trình của mình Nếu

ta càng lùi về quá khứ thì vũ trụ có thể tích nhỏ hơn, mật độ vật chất trong vũ trụ càng lớn, nhiệt độ vũ trụ càng cao và năng lượng từng hạt vật chất càng lớn Trước đây khoảng 15 tỉ năm ở thời điểm t = 0, một vụ nổ lớn đã xảy ra và vũ trụ dãn nở cho tới ngày nay Vụ Nổ lớn, nóng khủng khiếp và đã giải thích được tỷ lệ các nguyên tố hoá học trong thiên nhiên: 72% Hiđrô, 7% Hêli còn tất cả những nguyên

tố nặng hợp lại không đến 1% Vật chất ở khắp nơi có thành phần cấu tạo như nhau

và đồng đều do mọi thiên hà cùng chung nguồn gốc Gamow cùng các đồng nghiệp cũng đã đề cập đến trụ cột thứ ba của thuyết Vụ Nổ lớn bằng cách cho rằng ngày nay vẫn phải còn tồn tại một dấu vết gì đó của nồi xúp nguyên thuỷ, đó là bức xạ nền hay “hoá thạch” soi sáng tận cùng sâu thẳm của vũ trụ Ông cũng tính được hiện nay bức xạ này có nhiệt độ là khoảng 5K Đáng tiếc lúc bấy giờ điều tiên đoán này ngoài các nhà tôn giáo sử dụng vinh danh Chúa sáng tạo nên trái đất này, lại chẳng được ai quan tâm Mãi đến năm 1965 mới có hai thanh niên người Mỹ tìm

thấy bức xạ của một vật đen tuyệt đối có nhiệt độ khoảng 3K Đó chính là các photon ban đầu mà Gamow đã đề cập, ngày nay nó được xem là bức xạ nền, bức xạ tàn dư hay bức xạ hóa thạch vì nó tồn tại khắp nơi các nhà Thiên văn Vật lý đã đưa

ra một mô hình lý thuyết về Vụ Nổ lớn Big Bang có sức thuyết phục nhất từ trước đến nay Cho đến thời điểm này thì bằng những quan sát, thực nghiệm họ đã chứng minh được lý thuyết mô tả đúng nhất sự hình thành và phát triển vũ trụ

Thuyết Big Bang đã vạch ra được một cách khá đầy đủ quá trình hình thành

và phát triển của vũ trụ từ vụ nổ ban đầu cho đến ngày nay Những nét lớn của quá trình đó là:

Tại thời điểm t = 0, xảy ra vụ nổ lớn Big Bang

Tại thời điểm t = 10 -43 s hay thời gian Planck, nhiệt độ của vũ trụ lúc này là

khoảng 1032K hay nhiệt độ Planck, kích thước vũ trụ là 10-33cm (độ dài Planck), đây

là những giới hạn lượng tử mà vật lí chưa thể vượt qua Tất cả mọi trạng thái của vũ trụ vẫn còn hỗn độn các hạt vật chất có năng lượng rất cao, khởi điểm của tất cả các loại tương tác và các loại hạt tạo thành vật chất để tập trung trong giới hạn này Chúng kết hợp rồi tách rời Vũ trụ nở ra, nhiệt độ và năng lượng của các hạt vật chất giảm, các proton và neutron bền vững được tạo thành Các hạt quak bị giam trong hardon

Tại thời điểm t = 1s, Các hadron và phản hadron hủy lẫn nhau nhiều, các

phản vật chất bị hủy gần như toàn bộ (do ít hơn vật chất) Các photon tràn ngập vũ trụ và va chạm với các hadron (neutron, proton) và electron, gia tốc cho chúng Quá trình này tiếp diễn liên tiếp trong khoảng 380.000 năm

Tại thời điểm t = 3 phút, nhiệt độ của vũ trụ lúc này là khoảng T=107K Các neutron tự do kết hợp với các proton trong phản ứng kết hợp hạt nhân tạo thành các hạt nhân nặng đầu tiên: từ deutri (hydro nặng) tới heli 4 Thời kì này kéo dài chỉ trong 7 phút nhưng chúng là những viên gạch đầu tiên để xây dựng nên các hạt nhân nặng khác và tạo thành thế giới vật chất ngày nay

Tại thời điểm t = 300 000 năm, nhiệt độ của vũ trụ lúc này là khoảng

T=104K Vật chất bắt đầu được định hình như ngày nay Các electron bị hút gần với hạt nhân hydro và heli, tạo nguyên tử Hydro và Heli Các photon thoát ra bên ngoài lan tràn khắp nơi tạo thành bức xạ nền của vũ trụ

Tại thời điểm t = 1 tỷ năm, nhiệt độ của vũ trụ lúc này là khoảng T=100K sự

kết hợp các hạt cơ bản tạo ra các dạng vật chất gần giống với ngày nay, lượng khí

và bụi trong vũ trụ tăng lên rất nhanh, lực hấp dẫn tập hợp lại thành từng nhóm thiên thể tạo nên các thiên hà đầu tiên

Tại thời điểm t = 10 tỷ năm, hình thành mặt trời và hệ mặt trời

Tại thời điểm t = 15 tỷ năm, nhiệt độ của vũ trụ lúc này là khoảng T=3K , là

vũ trụ hiện nay

Như vậy, theo thuyết Big Bang, vũ trụ bắt nguồn từ một trạng thái vô cùng đặc và vô cùng nóng Từ đó, không gian đã mở rộng cùng với thời gian và làm cho các thiên hà di chuyển xa nhau hơn hình thành nên vũ trụ hiện nay Ngày nay, các nhà khoa học đã ước lượng tuổi của vũ trụ là khoảng 15 tỉ năm

Với con số 15 tỉ năm, con người đặt ra hai câu hỏi xoay quanh nó: Trước khi

có vụ nổ xảy ra thì vũ trụ như thế nào? và trong tương lai vũ trụ sẽ ra sao?

Trả lời câu hỏi thứ nhất, các nhà thần học sung sướng trả lời rằng Chúa sáng tạo nên thế giới bằng cú hích của người Cũng có quan điểm cho rằng không gian là trống rỗng và sau vụ nổ lớn, vũ trụ đã phát sinh và nở dần trong không gian trống rỗng đó

Hiện nay, các nhà vật lý học vẫn chưa vượt qua bức tường Planck, giới hạn

hiểu biết của con người về lịch sử vũ trụ chỉ được bắt đầu ở thời điểm t = 10-43s, sau

vụ nổ ban đầu Vì vậy, chúng ta chưa có luận cứ khoa học để xác định một điều gì

về vũ trụ tại thời điểm trước đó Cũng không có bằng chứng cho thấy vũ trụ do một thế lực siêu nhiên tạo ra Thuyết tương đối của Einstein cũng không thừa nhận một không gian trống rỗng không phải của một hệ thống vật chất nào

Trả lời cho câu hỏi thứ hai, vũ trụ trong tương lai nếu là vũ trụ mở, nó sẽ nở

ra mãi, ngày càng nở nhanh hơn, ngày càng lanh đi và cuối cùng sẽ chết cóng Nếu

vũ trụ là đóng, nó sẽ nở chậm dần rồi ngừng nở và co lại Đến lúc đó nó chỉ còn rất nhỏ, vũ trụ sẽ bị nén vỡ vụn ra và cuối cùng bị thiêu cháy Vũ trụ sẽ đi theo chiều hướng nào tùy thuộc vào: “mật độ vật chất lớn hơn hoặc bé hơn mật độ tới hạn” [56, tr 140] Tuy nhiên, Stephen Weinberg cũng khẳng định: “Vũ trụ trước mắt sẽ còn tiếp tục dãn nở” [56, tr 140]

Nội dung của thuyết Big Bang và một số vấn đề nó đặt ra đã ủng hộ mạnh

mẽ quan điểm duy vật và đề cập nhiều về tính chất của không gian, thời gian Vũ trụ được hình thành từ vụ nổ vật chất, mang tính khách quan

Trong khoảng 15 tỉ năm, chúng ta cũng phân chia vũ trụ thành những giai

đoạn không đồng đều: có khoảng chỉ bằng 10 -43 s hoặc 3 phút hay 15 tỉ năm Thuyết

tương đối giải thích không có không gian tuyệt đối là cái trống rỗng chứa mọi vật Trái lại mỗi hệ vật chất lại có không gian và thời gian của riêng mình Không gian

và thời gian của vũ trụ mênh mông hiện nay khác không gian và thời gian của vũ trụ khi vụ nổ mới xảy ra, toàn vũ trụ chỉ bằng đầu kim Khi đó, không gian lớn vô cùng, thời gian trôi chậm do không gian và thời gian bị cong Không gian và thời

gian ở thời điểm đó khác với hiện nay, nên khoảng thời gian 10 -43 s hoặc 3 phút vào

thời điểm đó có thể lớn hơn 15 tỉ năm hiện nay

Như vậy, không gian và thời gian không mang tính tuyệt đối đối với mọi hệ quy chiếu mà có tính tương đối Từ đó, có thể suy ra một số tính chất của không gian và thời gian như sau

- Không gian và thời gian không ngừng biến đổi

- Không gian không ngừng dãn nở, có thể bị bẻ cong và thời gian có thể trôi đi chậm hoặc nhanh hơn tùy theo mật độ vật chất

Vì vậy, muốn xem xét không gian và thời gian cần đưa nó vào hệ quy chiếu tương ứng

Song, vũ trụ dù vận động theo chiều hướng nào thì cũng cho thấy không gian, thời gian tồn tại gắn liền với vật chất Và dù vũ trụ co lại hay dãn nở mãi thì cũng chứng minh vũ trụ hoặc sẽ tồn tại mãi hoặc co hẹp dần và quay trở lại điểm xuất phát của nó tạo ra một vũ trụ khác chứ không bị tiêu hủy hoàn toàn Điều đó cho thấy vật chất tồn tại mãi mãi, cùng tồn tại với nó cho nên thời gian cũng vĩnh cửu, không gian cũng vô tận

1.2 Khái quát về triết học Mác – Lênin và quan niệm về không gian, thời gian trong triết học Mác – Lênin

1.2.1 Khái quát về triết học và triết học Mác – Lênin

Triết học ra đời ở cả phương Đông và phương Tây gần như cùng một thời gian (khoảng từ thế kỷ VIII đến thế kỷ VI trước Công nguyên) tại một số trung tâm văn minh cổ đại của nhân loại như Trung Quốc, ấn Độ, Hy Lạp Thuật ngữ “triết học” có gốc tiếng Hy Lạp, có nghĩa là: “tình yêu sự thông thái” [23, tr 21] , một hình thái đặc biệt của nhận thức, xây dựng hệ thống tri thức về những cơ sở, nguyên tắc cơ bản của tồn tại, về mối quan hệ giữa người và người, giữa người và tự nhiên Triết học cố gắng tạo dựng bức tranh khái quát tối đa về thế giới và địa vị con người trong thế giới đó bằng các phương tiện lý tính Nó là hạt nhân lý luận của thế giới quan Triết học dựa trên các phương pháp luận trong nhận thức thực tiễn, sử dụng các phương pháp luận để nhận thức thế giới và luận chứng cho các luận điểm của mình

Trải qua quá trình phát triển, đã có nhiều quan điểm khác nhau về triết học nhưng khái quát lại, có thể cho rằng: “triết học là một hệ thống tri thức lý luận chung nhất của con người về thế giới, về bản thân con người và vị trí của con người trong thế giới đó” [15, tr 23]

Vào những năm 40 của thế kỉ XIX, triết học Mác ra đời Sự ra đời của triết học Mác không phải là một ngẫu nhiên mà là sự kết tinh có tính quy luật của quá trình phát triển lịch sử tư tưởng triết học nhân loại và trên cơ sở các điều kiện kinh

tế - xã hội cũng như trình độ phát triển khoa học tự nhiên ở thế kỉ XIX

Về kinh tế - xã hội, phương thức sản xuất Tư bản chủ nghĩa đã thống trị ở Tây Âu vào giữa thế kỉ XIX như nước Anh, Pháp Sư phát triển của Chủ nghĩa Tư bản đã bộc lộ dần những khuyết điểm của nó và làm rõ thêm mâu thuẫn vốn có của phương thức sản xuất Tư bản chủ nghĩa Đó chính là mâu thuẫn giữa giai cấp tư sản

và giai cấp vô sản, mâu thuẫn giữa tính chất xã hội hóa và trình độ phát triển ngày càng cao của lực lượng sản xuất với quan hệ sản xuất tư nhân Tư bản chủ nghĩa Từ

đó, hàng loạt phong trào công nhân đã diễn ra và chứng tỏ giai cấp vô sản là một lực lượng phát triển vô cùng mạnh mẽ Những phong trào công nhân lần lượt diễn

ra ở Anh, Pháp, Đức Tuy nhiên, do chưa nhận thức đầy đủ và giác ngộ về địa vị giai cấp, vai trò lịch sử của mình nên phong trào công nhân chỉ mang tính tự phát, thiếu tổ chức dẫn đến thoái trào Điều này đòi hỏi phải có một lý luận khoa học, cách mạng dẫn đường cho phong trào vô sản Chính hai nhà tư tưởng vĩ đại Karl Marx (1818-1883) và F Engels (1820-1895) đã sáng tạo hệ thống lý luận cách mạng cho giai cấp vô sản trên con đường đấu tranh giải phóng chính bản thân và toàn xã hội

Về khoa học, những phát hiện mới trong khoa học tự nhiên trong lĩnh vực hóa học, vật lý, sinh học vào những năm 40 cuối thế kỉ XIX như định luật bảo toàn

và chuyển hóa năng lượng, thuyết cấu tạo tế bào và thuyết tiến hóa của các loài đã chứng minh tính đúng đắn của phép biện chứng và Chủ nghĩa duy vật Đồng thời,

sự tồn tại khách quan của sự vật, hiện tượng và mọi quy luật vận động diễn ra trong

tự nhiên và xã hội đã lật đổ các quan điểm siêu hình, máy móc, phiến diện Về mặt triết học, Marx và Engels đã khái quát thành tựu khoa học tự nhiên vào thế kỷ XIX

để xây dựng nên hệ thống triết học của mình

Về tư tưởng, Triết học Mác không ra đời từ hư vô, ngược lại nó là kết quả của sự tiếp thu có kế thừa, phê phán và chọn lọc tinh hoa tư tưởng nhân loại từ trong lịch sử Trong đó, Marx và Engels đã cải tạo phép biện chứng duy tâm của F Hegel (1770-1831) trên lập trường duy vật trở thành phép biện chứng duy vật triệt

để nhất Đồng thời, cải tạo Chủ nghĩa duy vật của Ludwig Feuerbach (1804-1872) làm cho Chủ nghĩa duy vật trở thành Chủ nghĩa duy vật biện chứng Kết hợp Chủ

nghĩa duy vật và phép biện chứng Marx và Engels đã xây dựng hệ thống triết học vừa duy vật, vừa biện chứng trong lĩnh vực tự nhiên, xã hội và tư duy

Trong triết học Mác, phép biện chứng duy vật được xem là hình thức cao nhất trong lịch sử phát triển phép biện chứng; là thế giới quan, phương pháp luận khoa học của quá trình nhận thức và hoạt động thực tiễn Nội dung của phép biện chứng duy vật bao gồm hai nguyên lý, các cặp phạm trù cơ bản và ba quy luật về sự vận động, phát triển của tự nhiên, xã hội và tư duy

Trải qua 2000 năm phát triển, các quan niệm không gian và thời gian trong lịch sử triết học được ra đời và không ngừng phát triển Chúng không chỉ phản ánh thực tiễn xã hội, trình độ phát triển của khoa học vào thời đại đó mà còn chỉ ra mối quan hệ mật thiết với vật lý học, đặc biệt về thế giới quan và phương pháp luận trong khi nghiên cứu các quan niệm không gian, thời gian

1.2.2 Quan niệm không gian, thời gian trong triết học Mác – Lênin

Trong lịch sử vận động và phát triển của triết học, những quan niệm về không gian và thời gian ở mỗi thời kỳ lịch sử là không giống nhau

Ở thời kỳ cổ đại, những nhà Triết học duy vật Hy Lạp tuy đã thừa nhận không gian và thời gian tồn tại độc lập với ý thức những không có mối liên hệ với vật chất, tách rời khỏi vật chất Chẳng hạn, Ackhit – nhà Triết học thuộc trường phái Pitago đã cho rằng, không gian tồn tại giống như một ngăn kéo to lớn chứa đựng sự vật và những con số riêng biệt Không gian không phụ thuộc vào vật thể và

có thể tồn tại bên ngoài các sự vật Như vậy, Ackhit đã thấy được tính khách quan của không gian đó là có trước ý thức, tồn tại độc lập với ý thức của con người Tuy nhiên sai lầm của ông chính là ở chổ coi không gian là cái có trước sự vật, gắn liền với sự vật

Khác với quan niệm của Ackhit, xuất phát từ học thuyết về nguyên tử luận Democritus nêu ra khái niệm không gian Theo ông không gian là khoảng “chân không rộng lớn”, trong đó những nguyên tử vận động vĩnh viễn Không gian là

những khoảng trống giữa các vật thể, nhờ đó các vật thể có thể tụ lại hoặc giãn ra Không gian là gián đoạn và có thể phân chia vô cùng tận

Như vậy, Democritus cho rằng không gian là một dạng hư vô trong đó có các nguyên tử đang chuyển động Trong quan niện này, Democritus cũng thấy được tính khách quan của không gian và thời gian, nhưng lại coi chúng là một dạng hư

vô, có trước các sự vật, các nguyên tử và không phải là các thuộc tính vốn có của các sự vật, các nguyên tử thì lại là sai lầm

Tóm lại, theo Aristoteles, không gian là một vị trí trong đó lần lượt vật này hay vật khác cùng tới chiếm chỗ Quan niệm như vậy về không gian cũng thừa nhận

nó là cái có trước sự vật, tồn tại khách quan ở bên ngoài các sự vật, đó cũng là quan niệm sai lầm

Đến thế kỷ XVII - XVIII, chịu ảnh hưởng của phương pháp siêu hình các nhà duy vật siêu hình tập trung phân tích các khách thể vĩ mô vận động trong tốc độ thông thường nên đã tách rời không gian và thời gian với vật chất

Đối lập với các quan điểm duy vật về không gian và thời gian những người theo chủ nghĩa duy tâm phủ nhận tính khách quan của không gian và thời gian Các nhà duy tâm chủ quan phủ nhận thực tại khách quan của không gian Đối với họ không gian và thời gian chỉ là các hình thức trực quan của con người, sự cảm thức không gian - thời gian xét từ góc độ thời tính của sự tồn tại của người Cách hiểu này chưa đúng bản chất của tương quan không gian và thời gian trong tồn tại khách quan của các sự vật, hiện tượng Theo nhận thức siêu hình thì không gian, thời gian chỉ là sự tồn tại trống rỗng, không gắn với vật chất vận động (Descartes, Newton), hoặc duy tâm: không gian, thời gian chỉ là yếu tố trong sự phát triển của ý niệm tuyệt đối (Hegel (1770-1831)), hoặc là sự liên kết chặt chẽ của chuỗi cảm giác (Mach)

Trong lịch sử triết học đã diễn ra liên tục cuộc đấu tranh giữa chủ nghĩa duy tâm và chủ nghĩa duy vật về không gian và thời gian Chủ nghĩa duy tâm phủ nhận