Tiểu Luận Về Khoa Học Và Triết Học Nguyễn Tường Bách Nhà Xuất Bản Trẻ tp. Hcm 2004

NHỮNG ĐIỀU KHÓ HIỂU

Hệ thống cơ học này có bốn yếu tố độc lập với nhau, đó là: vật thể, lực tác dụng, không gian và thời gian. Nếu suy xét kỹ, cả bốn yếu tố này hiện ta với ta một cách rất mơ hồ, dường như chúng có những tính chất rất kỳ lạ.

Lực của Newton nói đến đây là lực trọng trường, là sức hút của trái đất hay nói chung là sức hút củ vật thề có khối lượng. Đó là một thứ lực “tức thời và tác động từ xa”, một điều nghe ra thật kỳ dị. Ta hãy thử tưởng tượng, phải chăng lúc trái đất hút mặt trăng vào qũi đạo của mình, hay kéo trái táo rơi xuống đất, nó đã “thò tay” tác động lên vật? Làm sao có một thứ lực du hành với vận tốc vô tận trong không gian để tác động tức khắc lên một vật khác? Lực mà thông thường ta biết đến phải là một cái gì cụ thể như cơ bắp của con người, nó phải đụng chạm đến vật thể mới tác động lên vật được và cần một thời gian nhất định mới chạm được vật thể. Nay có một từ lực rất to lớn, thông qua chân không mà tức khắc tác động lên vật thể. Đó là điều không ai hiểu được. Cả Newton cũng  không. Ông thừa nhận mình chỉ “mô tả” lực trọng trường đó, nhưng nguyên ủy của lực là từ Thượng đế, là sáng tạo của Thượng đế.

Lực cơ học Newton tác động lên vật thể bằng một mối quan hệ hết sức giản đơn, đó là làm cho vật có một gia tốc. Nói đến gia tốc tức là nói đến sự thay đổi của vận tốc trong thời gian. Nói một cách chính xác gia tốc là mối liên hệ vi phân cấp hai của không gian trên thời gian. Muốn định nghĩa gia tốc, Newton đưa vào trong hệ thống cơ học của mình một khái niệm xem ra vừa rất hiển nhiên, vừa rất nghiêm trọng, đó là quan niệm về tính tuyệt đối của không gian và thời gian. Trong thế giới quan của hệ thống cơ học Newton, người ta chấp nhận có một không gian trường cửu và bất động. Không gian là sân khấu bất di bất dịch cho mọi vận động xảy ra trong đó, sân khấu không hề bị các vật thể vận động trong đó tác động ngược lại.

Không gian bất động của Newton là hệ qui chiếu của sự vận động, tức là dựa trên nó mà người ta định nghĩa một thứ gia tốc tuyệt đối. Không gian đó dường như là một vật cụ thể, nó làm chuẩn cho các vật khác. Nhưng, như ta đã nói đến, không gian không thể được xem là vật thể. Ta có thể xê dịch vật thể torng không gian nhưng không ai có thể xê dịch không gian, không ai nói không gian tồn tại “đâu đó”. Đúng hơn không gian dường như là điều kiện tiên quyết để vật thể có thể tồn tại. Nói như I.Kant, không gian là “dạng” của sự nhận thức. “Không gian bất động” của Newton do đó là một tiền đề không đơn giản.

Khi nói vật thể vận động là ta nói vật thể dời chỗ trong không gian sau một thời gian nhất định. Trong nền vật lý của Newton, thời gian được xem là tồn tại độc lập và trôi chảy một cách đều đặn từ quá khứ đến tương lai. Sự vận động của vật thể không tác động ngược lên tính chất của thời gian. Toàn bộ nền vật lý Newton được xây dựng trên những phương trình vi phân theo thời gian.

Thế nhưng từ xưa đến nay khái niệm thời gian là hết sức khó hiểu. Nói như Kant, nó cũng là một dạng của nhận thức và có tính siêu nghiệm. Nếu không gian thuộc về những cảm nhận ngoại cảnh thì thời gian liên hệ không những với nhận thức ngoại cảnh mà còn với những cảm nhận nội tâm. Giữa không gian và thời gian, dường như tính chất của thời gian là cơ bản hơn. Tại nơi mà khái niệm không gian bị xem xét một cách nghiêm khắc thì thời gian vẫn còn được thừa nhận.

Cuối cùng, yếu tố thứ tư trong cơ học Newton là vật thể. Yếu tố vật thể của cơ học Newton được qui lại thành điểm, chúng được xem là không có kích thước. Đặc trưng của các điểm vật thể trong nền cơ học này là chúng có khối lượng. Khối lượng cũng có những thuộc tính rất kỳ lạ. Nó tạo nên sức hút trọng trường, tức là khối lượng càng lớn nó càng hút mạnh và càng bị hút. Nó chính là tác nhân gây nên sức nặng, khối lượng càng lớn, vật thể càng nặng. Nó lại có quán tính, nghĩa là nó có sức trì trệ, muốn tăng tốc một vật có khối lượng lớn, ta phải càng cần lực lớn hơn. Đặc tính đó của khối lượng, vừa gây lực trọng trường, vừa gây sức trì trệ, hai khái niệm hoàn toàn khác nhau nhưng lại mang cùng một khối lượng như nhau; nó làm phát sinh nhiều suy luận khoa học và triết học về vật thể, cũng như dẫn đến những tri kiến vô cùng bất ngờ trong tương lai.

Bốn yếu tố cơ sở của cơ học Newton – vật thể, lực tác dụng, không gian và thời gian – đều là những khái niệm không hề giản đơn và hiển nhiên. Thật ra chúng cũng là những giả định siêu hình. Trong thời điểm của thế kỷ 17, chúng phù hợp để soi rọi các vấn đề vật lý. Còn liệu vũ trụ là thực sự như vậy hay không, về sau chúng ta sẽ biết rõ hơn. Ở đây, ta cần sớm nhắc đến một luận điểm của Kant đó là ta không bao giờ biết “vũ trụ tự nó” – nói chung là “thực tại tự nó” – được cả, ta chỉ biết được những gì thực tại ấy trình hiện cho ta, còn thực tại tự nó là gì thì theo Kant “ta không biết và cũng không cần biết”.

Thời đại của Newton là thời nở rộ nhiều phát kiến vĩ đại khác nhau về khoa học và triết học. Tiêu biểu nhất là tư tưởng của Leibniz, những công trình tuy không nổi tiếng như của Newton nhưng lại mở đường cho các phát triển của Leibniz về bốn yếu tố trọng đại – vật thể, lực tác dụng, không gian và thời gian – của nền vật lý cơ giới. Những tư tưởng đó khác hẳn quan niệm của Newton.

Thuộc một gia đình dòng dõi, Leibniz được xem là một nhà triết học cuối cùng của trường phái “vạn năng”, tức là của những nhà thông thái nghiên cứu tất cả các vấn đề lớn của loài người từ triết học, thần học, toán học, khoa học tự nhiên đến đạo đức và thẩm mỹ học. Trong tác phẩm nổi danh Specimen Dynamicum được viết lúc chưa đến 40 tuổi, Leibniz trình bày nhiều tư tưởng cơ bản về lực và sự vận động.

Thay vì lực tác động của Newton – mối liên hệ giữa khối lượng và gia tốc – thì Leibniz nghĩ đến một đại lượng mô tả của sự vận động mà ông gọi là vis viva (sức sống). Đại lượng đó được Leibniz cho bằng khối lượng nhân với bình phương của vận tốc(mv2) vật thể. Ông cho rằng “sức sống” đó của vật thể phải được bảo toàn trongmọi tương tác, nó nói lên tính vận động nội tại của vũ trụ, sự tự quản của mọi quá trình vận động. Với nguyên lý đó, Leibniz cho là: “Chúng ta có thể thiết lập một qui luật của thiên nhiên mà tôi coi là nó vạn năng nhất và khó bị thương tổn nhất… nó luôn luôn có một sự cân bằng toàn hảo của toàn bộ những nguyên nhân và tất cả những kết quả… mỗi kết quả là tương đương với nguyên nhân”.

Theo Leibniz, sự vận động phải được nhìn dưới nhiều dạng hình, nhiều quan niệm khác nhau. Trái táo rơi là một sự vận động, khi đến mặt đất, sự vận động chấm dứt. Tếh nhưng, quả lắc đồng hồ, lúc tới biên độ cao nhất, nó dừng lại và đổi chiều, ta quan niệm thế nào về nó? Khi vật thể vận động chậm lại và dừng hẳn vì sự ma sát, ta quan niệm thế nào về nó. Đó là khởi thủy của khái niệm “năng lượng” mà Leibniz đã đưa ra một đại lượng cụ thể.

Như ta dễ dàng nhận thấy, “sức sống” của Leibniz chính là nội dung của một năng lực mà ngày nay ta gọi là động năng. Năm 1807, khoảng hơn 100 năm sau, Thomas Young đổi tên là vis viva thành “động năng” và khoảng 40 năm sau, người ta phát hiện định luật bảo toàn năng lượng, điều mà Leibniz đã tiên đoán trước đó khoảng 150 năm. Định luật bảo toàn năng lượng là một quy luật vật lý hết sức vạn năng, ngày nay nó vẫn đóng vai trò cốt tủy trong nền vật lý hiện đại. Trong lúc đó thì các khái niệm của Newton đã bị vượt qua.

Khái niệm về vật thể của Leibniz cũng rất khác với của Newton. Nếu Newton xem vật thể là một cái gì thụ động, chịu sự tác động củ lực thì đối với Leibniz, “đặc trưng của vật là tác động”. Vì lẽ đó mà nó có “sức sống”. Hình dung về vật thể của Leibniz là nó phải có tính “đàn hồi”, hình dung này làm nền tảng có qui luật bảo toàn năng lượng được phát hiện về sau.

Leibniz không quan niệm có một không gian tuyệt đối như Newton. Đối với Leibniz, không gian chỉ là thuộc tính của vật thể, vật thể là chủ yếu, không gian là thứ yếu. Thậm chí đối với ông, không gian chỉ là “khoảng cách giữa các vật”. Thế nhưng lý luận của Newton về một gia tốc tuyệt đối trong thí nghiệm “xô nước xoay tròn” quá thuyết phục nên trong thế kỷ 17, người ta không có cách nào khác hơn là phải chấp nhận một không gian tuyệt đối của Newton. Về sau, E.Mach, một triết gia và nhà toán học người Áo, lấy  lại quan niệm của Leibniz, cho rằng có một không gian tuyệt đối và cho rằng gia tốc tuyệt đối của Newton tức là gia tốc lấy “các định tinh” làm hệ qui chiếu. Quan niệm của Mach đã mở đường cho Einstein phát hiện thuyết tương đối trong nền vật lý hiện đại. Và ngày nay người ta biết rõ rằng không gian quả thật là thuộc tính của vật chất, không có vật chất thì không có không gian.

Như ta thấy, đến nay mọi lý thuyết về vật chất, về thế giới đều là những mô hình do con người nghĩ ra. Những mô hình đó, dù là của Ptolemy, Copernicus hay Newton, Leibniz, chúng co thể khác hẳn nhau nhưng mang lại câu trả lời và lý giải giống nhau cho hiện tượng trong tự nhiên. Sự thể này đưa ta đến một vấn đề triết học cực kỳ nan giải, đó là, liệu những mô hình là hình ảnh thực sự của thực tại hay chúng chỉ là cấu trúc của tư tưởng nhưng lại phù hợp để lý giải thực tại. Phải chăng khối lượng, lực trọng trường, không gian, thời gian… đều chỉ là sản phẩm của đầu óc con người nhằm lý giải hiện tượng hay chúng thực có? Nói cách khác, phải chăng nền vật lý nói chung là có tính duy thực hay có tính công cụ.

Trớ trêu thay, các nhà vật lý thường không mấy quan tâm đến câu hỏi này, họ tin chắc chắn nơi một thực tại có thật và các khái niệm vật lý cũng phải có thật. Newton hiển nhiên là một người duy thực, tin rằng có một thế giới có thực ở bên ngoài nhưng có thể ông lại vô tình sử dụng phép công cụ, sử dụng những khái niệm thuần túy của trí năng để lý giải hiện thực. Thời đại của Newton chưa ý thức hết chiều sâu của câu hỏi này, nhưng trong thế kỷ 20, câu hỏi duy thực hay công cụ sẽ trở thành một luận đề then chốt trong nền vật lý hiện đại.

---o0o---