Vào thời điểm Henry Cavendish đang hoàn tất các thí nghiệm của mình ở London, thì cách đó hàng trăm dặm tại Edinburgh, một kiểu thời khắc quyết định khác đang chuẩn bị diễn ra sau khi James Hutton qua đời. Tất nhiên đây là tin buồn với Hutton, nhưng lại là tin vui cho khoa học, bởi nó mở đường cho một người đàn ông là John Playfair viết lại các công trình của Hutton mà không phải ngại gì.

Về mọi mặt, Hutton là một người có hiểu biết sâu sắc nhất và lối nói chuyện sinh động nhất, luôn không có đối thủ trong việc tìm hiểu quá trình hình thành chậm chạp của Trái Đất. Thế nhưng, ông không thể diễn giải sao cho những người khác hiểu được các ý tưởng của mình. Như một người viết tiểu sử đã nhận xét về ông kèm một tiếng thở dài, thì ông “hầu như hoàn toàn không biết dùng các phép tu từ”. Gần như mỗi dòng ông viết ra đều khiến người đọc ngủ gật. Đây là những gì ông viết trong kiệt tác năm 1795, A Theory of the Earth with Proofs and Illustrations [tạm dịch: Một lý thuyết về Trái Đất với các bằng chứng và minh họa], bàn luận về… một thứ gì đó như sau:

Thế giới nơi chúng ta cư trú được cấu tạo bởi vật chất, không phải của Trái Đất tiền thân trực tiếp của Trái Đất hiện nay, mà là của Trái Đất, nếu chúng ta tiếp tục đi lên từ hiện tại, chúng ta coi như Trái Đất thứ ba, đó là tiền thân của những đất đai từng ở trên mặt biển, trong khi đất đai của chúng ta thì lại từng ở dưới biển sâu.

Nhưng ông đã một mình sáng tạo ra ngành khoa học địa chất và thay đổi nhận thức của chúng ta về Trái Đất một cách đầy trí tuệ.

Hutton sinh năm 1726 trong một gia đình Scotland giàu có và được hưởng một đời sống vật chất thoải mái cho phép ông dành phần lớn đời mình với những công việc nhẹ nhàng và bồi dưỡng trí tuệ. Ông từng học ngành y nhưng nhận thấy đó không phải sở thích của mình, nên đã chuyển sang nghề nông như một cách để thư giãn và nghiên cứu khoa học trên mảnh đất của gia đình mình ở Berwickshire. Khi đã chán cánh đồng và đàn cừu, năm 1768, ông chuyển tới Edinburgh, và lập một doanh nghiệp thành công chuyên sản xuất muối amoni từ muội than, rồi sống cuộc đời bận rộn với nhiều hoạt động khoa học. Edinburgh thời đó là trung tâm của trí thức và ông đắm mình trong đầy rẫy các triển vọng nghiên cứu ở đây. Ông trở thành nhân vật tiêu biểu của hội Oyster Club, nơi ông dành các buổi tối bên những người bạn như nhà kinh tế học Adam Smith, nhà hóa học Joseph Black và nhà triết học David Hume, với sự viếng thăm không thường xuyên của Benjamin Franklin và James Watt.

Theo xu hướng của thời đó, Hutton quan tâm tới gần như mọi thứ, từ khoáng vật học tới siêu hình học. Ông tiến hành các thí nghiệm hóa học, nghiên cứu các phương thức khai thác than và xây dựng kênh đào, tìm hiểu cơ chế di truyền, sưu tầm hóa thạch, đề xướng lý thuyết về mưa và cấu tạo của không khí cũng như các quy luật về chuyển động, và nhiều vấn đề khác nữa. Nhưng mối quan tâm đặc biệt của ông là địa chất học.

Trong số những câu hỏi thu hút sự quan tâm của ông trong thời đại con người mải mê truy tìm căn nguyên của vạn vật ấy, có một câu hỏi từ lâu đã khiến loài người bối rối – đó là, vì sao những vỏ sò cổ và các hóa thạch đại dương khác lại thường được tìm thấy trên các đỉnh núi. Chúng bò lên đó bằng cách nào? Những người có lời giải đáp chia làm hai trường phái đối lập. Một nhóm theo thuyết thủy thành [Neptunism] cho rằng mọi thứ trên Trái Đất, kể cả việc sò biển có mặt ở những nơi cao một cách vô lý, đều có thể được lý giải bởi sự nâng lên, hạ xuống của mực nước biển. Họ tin rằng núi đồi đều có độ tuổi ngang với bản thân Trái Đất và chỉ có những thay đổi như khi nước dâng lên nhấn chìm tất cả trong thời kỳ ngập lụt toàn cầu.

Nhóm đối lập theo thuyết hỏa thành [Plutonism], cho rằng núi lửa và động đất, trong số nhiều tác nhân khác, không ngừng thay đổi bề mặt của hành tinh, chứ không phải do biển cả bất thường. Các nhà hỏa thành học cũng đưa ra những câu hỏi khá rầy rà rằng khi không có trận lụt thì tất cả số nước đó đã chảy đi đâu. Nếu có đủ nước vào thời đó để nhấn chìm cả dãy Alpơ, vậy thì, ơn Chúa, số nước đó đang ở đâu trong lúc thanh bình như bây giờ. Họ tin rằng Trái Đất chịu tác động mạnh mẽ của cả nội lực lẫn ngoại lực. Tuy nhiên, họ không thể giải thích một cách thuyết phục tại sao vỏ sò lại có mặt trên những đỉnh núi.

Chính trong lúc băn khoăn về những vấn đề này, Hutton đã hiểu ra một loạt các vấn đề. Nhờ quan sát đất đai ở nông trại của chính mình, ông có thể thấy rằng đất được tạo ra bởi sự xói mòn của đá, và các hạt đất liên tiếp bị rửa trôi, rồi bị sông, suối cuốn đi để rồi bồi tụ ở nơi khác. Ông nhận thấy rằng nếu quá trình này diễn ra một cách tự nhiên, thì cuối cùng Trái Đất phải khá bằng phẳng. Thế nhưng, ông thấy quanh mình đâu cũng là đồi núi. Rõ ràng phải có một quá trình khác nữa, một dạng tái tạo và nâng lên, để tạo ra đồi núi và khiến vòng tròn này tiếp diễn mãi. Ông cho rằng việc các hóa thạch biển xuất hiện trên các đỉnh núi không phải do các trận lụt đặt chúng lên đó, mà vì chúng đã vươn lên cùng chính những ngọn núi. Ông cũng suy ra rằng nhiệt độ ở sâu trong lòng Trái Đất đã tạo ra đá mới, các châu lục và nâng các dãy núi lên. Thật không quá khi nói rằng các nhà địa chất học sẽ không nắm được đầy đủ hàm ý của tư tưởng này suốt 200 năm sau đó, cho đến khi họ chấp nhận khái niệm mảng kiến tạo. Hơn hết, điều mà các lý thuyết của Hutton gợi ra là các quá trình tạo ra Trái Đất đòi hỏi khoảng thời gian rất dài, dài hơn bất cứ ai có thể hình dung. Đến đây chúng ta đã có đủ hiểu biết để thay đổi hoàn toàn nhận thức của mình về hành tinh này.

Vào năm 1785, Hutton biến những ý tưởng của mình thành một công trình dài hơn và đọc nó trong một loạt cuộc họp liền nhau của Hội Hoàng gia Edinburgh. Nó hầu như không thu hút được ai. Không khó để hiểu tại sao. Dưới đây là một phần những gì ông đã trình bày trước cử tọa:

Có trường hợp, nguyên nhân hình thành nằm chính trong cơ thể vốn bị tách biệt; vì sau khi cơ thể đã bị kích thích bởi nhiệt, nhờ phản ứng của các vật chất nhất định của cơ thể, mà vực thẳm cấu thành nên mạch máu được hình thành. Trong trường hợp khác, nguyên nhân nằm ở bên ngoài có mối quan hệ với cơ thể trong đó vực thẳm được hình thành. Đã có sự đứt gãy và nong cưỡng dữ dội nhất; nhưng nguyên nhân vẫn cần được làm rõ; và có vẻ nó không nằm trong mạch máu; vì nó không nằm trong những sự đứt gãy và dời chuyển của cơ thể Trái Đất này, trong đó các khoáng chất, hoặc các chất thích hợp của các mạch khoáng, được tìm thấy.

Khỏi cần phải nói, hầu như không ai hiểu được chút ít nào về ý tưởng mà ông đang muốn truyền đạt. Được bạn bè khuyến khích mở rộng lý thuyết của mình, với một hy vọng mong manh rằng với một quy mô lớn hơn những ý tưởng ấy ít nhiều rõ ràng hơn, Hutton đã dành 10 năm tiếp theo chuẩn bị cho tác phẩm vĩ đại của mình, được xuất bản vào năm 1795.

Hai tập sách gộp lại lên tới gần 1.000 trang, và chúng tệ hơn cả nỗi lo ngại của những người bạn bi quan nhất của ông. Ngoài những vấn đề khác, gần một nửa công trình bao gồm những trích dẫn từ nguồn tiếng Pháp, vẫn để nguyên văn. Tập thứ ba không mấy hấp dẫn nên không được xuất bản cho đến tận năm 1899, hơn một thế kỷ sau khi Hutton qua đời, và tập thứ tư – cũng là tập cuối cùng – thì không bao giờ được xuất bản. Theory of the Earth [tạm dịch: Lý thuyết về Trái Đất] của Hutton là ứng cử viên sáng giá cho hạng mục cuốn sách quan trọng ít được đọc nhất trong lĩnh vực khoa học (hoặc ít nhất là nó sẽ chiếm được vị trí này nếu không có nhiều cuốn tương tự). Ngay cả Charles Lyell, nhà địa chất học vĩ đại của thế kỷ tiếp theo và là người có thể đọc mọi thứ, cũng phải thừa nhận rằng ông không thể hiểu nó.

May thay, có một giáo sư toán học tại Đại học Endinburgh và là bạn thân của Hutton, người không chỉ có tài viết những đoạn văn rất trôi chảy mà nhờ nhiều năm gần gũi Hutton còn có thể hiểu đúng hầu như tất cả những điều Hutton đang thật sự muốn diễn đạt. Vào năm 1802, 5 năm sau khi Hutton qua đời, John Playfair đã giới thiệu một ấn bản rút gọn các nguyên lý của học thuyết Hutton với tiêu đề, Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth [tạm dịch: Minh họa cho học thuyết Hutton về Trái Đất]. Cuốn sách được đón nhận nồng nhiệt bởi những người quan tâm tới địa chất dù số người đó hãy còn chưa phải là nhiều vào năm 1802. Tuy nhiên, điều đó sắp thay đổi.

Vào mùa đông năm 1807, 13 tâm hồn đồng điệu ở London tập hợp lại ở Freemasons Tavern, Long Acre tại Covent Garden để lập một câu lạc bộ ăn tối lấy tên là Hội Địa chất. Họ dự định gặp mặt hai lần một tháng để trao đổi về các vấn đề địa chất trong một bữa tối thịnh soạn với vài ly Madeira. Giá của bữa ăn được mặc định là 15 si-linh, để ngăn những ai chỉ sở hữu phẩm chất duy nhất là trí tuệ. Tuy nhiên, điều sớm trở nên rõ ràng là cần phải có một quy chế phù hợp hơn cùng một địa điểm gặp mặt cố định, nơi mọi người có thể tụ tập để chia sẻ và thảo luận về những phát kiến mới. Trong chưa đầy một thập kỷ, số hội viên đã lên đến 400 người – tất nhiên đều là các quý ông – và Hội Địa chất dường như sắp soán ngôi của Hội Hoàng gia để trở thành hội khoa học ưu việt nhất trong nước.

Các hội viên gặp nhau hai lần mỗi tháng từ tháng Mười một cho tới tháng Sáu năm sau, vì từ tháng này gần như mọi thành viên đều đi nghỉ hè hoặc khảo sát. Bạn biết đấy, đây không phải là những người thật sự yêu thích các khoáng vật, hoặc thậm chí đa số đều không thuộc giới hàn lâm. Họ chỉ đơn thuần là các quý ông giàu có, thừa thời gian để nuông chiều một sở thích ít nhiều có vẻ chuyên nghiệp. Vào năm 1830, số hội viên lên đến 745 người, và thế giới sẽ không bao giờ chứng kiến điều tương tự diễn ra nữa.

Giờ đây, thật khó có thể tưởng tượng về điều đó, nhưng địa chất đã làm xáo trộn thế kỷ XIX – đúng hơn đã nắm lấy thế kỷ này một cách tuyệt đối – theo một cách mà khoa học chưa bao giờ làm được trước đấy. Vào năm 1839, khi Roderick Murchison xuất bản cuốn The Silurian System [tạm dịch: Hệ thống Silur], một nghiên cứu nhạt nhẽo, lê thê về một loại đá có tên là đá xám, nó lập tức trở thành tác phẩm bán chạy nhất, với bốn tập, dù mỗi cuốn có giá 8 đồng ghi-nê1 và được viết theo phong cách Hutton, nghĩa là không thể đọc nổi. (Thậm chí một người ủng hộ Murchison cũng phải thừa nhận, nó “hoàn toàn thiếu đi sự hấp dẫn về mặt văn chương”.) Và vào năm 1841, khi Charles Lyell vĩ đại tới Mỹ để giảng dạy tại Boston, 3.000 cử tọa đã ngồi chật kín Học viện Lowell để nghe ông mô tả những điều rất bình thường về zeolit dưới biển và các nhiễu loạn địa chấn ở Campania.

1. 1 ghi-nê = 21 si-linh

Trong thế giới hiện đại, nhiều suy tư, nhất là ở Anh, những người có học thức thường về miền đồng quê để thực hiện một số công việc mà họ gọi là “phá đá”. Đó là một mưu cầu nghiêm túc và họ có xu hướng ăn mặc phù hợp với mũ ống và com-lê tối màu. Chỉ riêng William Buckland xứ Oxford khả kính vẫn giữ thói quen mặc áo choàng đầy chất hàn lâm khi đi thực địa.

Lĩnh vực này thu hút những nhân vật khác thường, không chỉ riêng Murchison, vốn là người đã dành ít nhất 30 năm để đuổi theo lũ cáo, dùng đạn chì bắn rơi những loại chim hiếm; và cũng chẳng thể hiện sự tinh anh về trí tuệ nào ngoài việc đọc tạp chí Times và chơi bài. Sau đó ông nhận ra mình có sở thích về các loại đá, và trong khoảng thời gian ngắn đáng kinh ngạc, đã trở thành một nhân vật có tiếng trong lĩnh vực địa chất học.

Sau đó có tiến sĩ James Parkinson, người ban đầu là một nhà xã hội chủ nghĩa và là tác giả của nhiều tập sách nhỏ kêu gọi đấu tranh với tiêu đề như “Cách mạng không đổ máu”. Vào năm 1794, ông dính líu đến một âm mưu có vẻ điên khùng: có ý định phi phi tiêu tẩm độc vào Vua George III khi ông ta đang ngồi trong lô của mình ở rạp hát. Parkinson bị điệu tới trước Hội đồng Cơ mật để thẩm vấn và bị kết án lưu đày tới Úc, nhưng rồi bản án được lặng lẽ rút lại. Chọn một lối sống kín đáo hơn, ông bắt đầu thích lĩnh vực địa chất học và trở thành một thành viên sáng lập của Hội Địa chất kiêm tác giả của một cuốn sách quan trọng trong lĩnh vực này, Organic Remains of a Former World [tạm dịch: Phần hữu cơ còn lại của Cựu Thế giới], nó vẫn được tái bản trong suốt nửa thế kỷ. Ông không bao giờ gây rắc rối thêm lần nào nữa. Tuy nhiên, ngày nay chúng ta nhớ đến ông nhờ nghiên cứu mang tính bước ngoặt về một chứng bệnh “run và gây liệt” mà từ đó đến nay thường được gọi là Parkinson. (Ông còn nổi tiếng về một chuyện khá nhỏ khác. Vào năm 1785, ông có lẽ đã trở thành người duy nhất trong lịch sử giành được một bảo tàng lịch sử tự nhiên trong một cuộc xổ số. Bảo tàng này nằm tại quảng trường Leicester ở London, được Ngài Ashton Lever sáng lập, nhưng đã khánh kiệt vì không kiềm chế được sở thích sưu tầm các kỳ vật tự nhiên. Parkinson giữ bảo tàng này đến tận năm 1805, khi ông không thể đầu tư để đảm bảo hoạt động của nó thêm nữa, các bộ sưu tập bị chia nhỏ và rao bán).

Charles Lyell có tính cách không mấy nổi bật nhưng lại có tầm ảnh hưởng hơn tất cả những người khác cộng lại. Lyell sinh vào năm mà Hutton qua đời, tại ngôi làng Kinnordy chỉ cách đó 70 dặm. Dù bản thân là người Scotland nhưng ông lớn lên tại vùng viễn nam của Anh, ở New Forest thuộc Hampshire, bởi mẹ ông nghĩ rằng đàn ông Scotland là những gã nát rượu vô tích sự. Theo khuôn thước chung về các nhà khoa học quý tộc thế kỷ XIX, Lyell xuất thân từ một gia đình giàu và có học thức. Cha ông cũng tên là Charles, với một nét riêng, là người rất am hiểu thơ Dante và các loại rêu (Orthotricium lyelli, một loại rêu mà nhiều du khách tới các vùng quê ở Anh đôi lần đã ngồi lên, có pháp danh khoa học được đặt theo tên ông). Lyell học được từ cha mình niềm đam mê về lịch sử tự nhiên, song phải đến khi vào Đại học Oxford, nơi ông trúng phải bùa của mục sư William Buckland – người luôn khoác chiếc áo chùng dài – thì chàng trai trẻ Lyell mới bắt đầu cống hiến cả đời mình cho ngành địa chất.

Buckland có một chút kỳ quặc quyến rũ. Ông đạt được một số thành công thật sự, nhưng điều khiến ông được nhớ đến nhiều nhất chính là sự lập dị của mình. Ông đặc biệt được chú ý vì để một đàn thú hoang, trong đó có nhiều loài lớn và nguy hiểm, đi lại trong nhà và vườn; chưa kể ông còn có sở thích ăn mọi loại động vật. Tùy hứng và sự sẵn có, các vị khách tới thăm Buckland có thể được mời món chuột lang nướng, nhím quay hoặc sên biển Đông Nam Á luộc. Với Buckland, mọi món nấu các loại động vật đều ngon, chỉ trừ loài ruồi vẫn bay đầy trong vườn mà ông luôn ghê tởm. Ông gần như chắc chắn là chuyên gia hàng đầu về phân hóa thạch và sở hữu một chiếc bàn được làm hoàn toàn từ bộ sưu tập mẫu vật của ông.

Ngay cả khi nghiên cứu khoa học nghiêm túc, tính cách của ông nhìn chung vẫn rất đặc biệt. Có lần bà Buckland bị đánh thức lúc nửa đêm vì chồng bà đang bật khóc vì phấn khích: “Em yêu, anh tin chắc rằng dấu chân của Cheirotherium giống như của loài rùa.” Họ cùng xuống nhà bếp trong bộ quần áo ngủ. Bà Buckland dùng bột nhão rải lên sàn, trong khi ngài Buckland khả kính chạy đi tìm con rùa của gia đình. Ném nó vào đám bột, họ thúc nó bước đi và nhận thấy dấu chân của nó thật sự khớp với những hóa thạch mà Buckland đang nghiên cứu. Charles Darwin cho Buckland chỉ là một gã hề – đó chính xác là từ Darwin đã dùng – nhưng Lyell lại thấy Buckland là một người truyền cảm hứng và thích ông đến mức đã cùng đi du lịch với ông ở Scotland vào năm 1824. Ngay sau chuyến đi này, Lyell quyết định từ bỏ nghề luật và toàn tâm toàn ý nghiên cứu địa chất.

Lyell bị cận thị nặng và gần cả cuộc đời phải chịu đựng tật lác mắt, một điều khiến ông gặp phải không ít rắc rối. (Cuối cùng ông mất thị lực hoàn toàn). Điểm đặc biệt nhỏ nữa là ông thường có những tư thế rất kì quặc khi mải suy nghĩ – nằm vắt qua hai chiếc ghế cùng lúc hoặc “ngả đầu vào một chiếc ghế trong khi vẫn đang đứng” (trích nguyên văn lời của Darwin, bạn ông). Công việc thật sự duy nhất trong đời Lyell là giáo sư địa chất tại Đại học King ở London từ 1831 tới năm 1833. Chính vào thời điểm này ông đã cho ra đời cuốn The Principles of Geology [tạm dịch: Các nguyên lý của địa chất học], được in thành ba tập trong khoảng thời gian 1830-1833. Xét về nhiều mặt, tác phẩm này mang tính củng cố và phát triển những tư tưởng đã được Hutton nêu ra. (Dù Lyell chưa bao giờ đọc bản gốc các tác phẩm của Hutton, và rất yêu thích ấn bản do Playfair biên soạn lại).

Giữa thời của Hutton và thời của Lyell đã nảy sinh một cuộc tranh luận mới về địa chất học thay cho (nhưng lại thường bị nhầm với) cuộc tranh luận giữa hai thuyết thủy thành và hỏa thành. Cuộc tranh luận mới trở thành cuộc khẩu chiến giữa thuyết tai biến [catastrophism] và thuyết đơn dạng [uniformitarianism] – những danh từ không mấy hấp dẫn cho một cuộc tranh luận diễn ra quá lâu. Những người theo thuyết tai biến, như bạn có thể hình dung ra từ tên gọi của nó, tin rằng Trái Đất được hình thành nhờ những trận đại hồng thủy đột ngột – về cơ bản đó là nguyên nhân khiến thuyết tai biến thường bị nhầm lẫn và gộp chung với thuyết thủy thành. Thuyết này đặc biệt làm vừa lòng những tu sĩ như Buckland, bởi nó cho phép họ biến trận lụt của Noah trong Kinh Thánh thành những cuộc tranh luận khoa học thật sự. Ngược lại, thuyết đơn dạng tin rằng những thay đổi trên Trái Đất xảy ra từng bước và gần như toàn bộ các quá trình này diễn ra một cách chậm chạp trong khoảng thời gian vô cùng dài. Hutton nên được xem là cha đẻ của lý thuyết này chứ không phải Lyell, nhưng đa số lại chỉ đọc sách của Lyell, và vì thế ông được mọi người thời đó và bây giờ nhớ tới như là người có công khai sinh ra khoa học địa chất hiện đại.

Lyell tin rằng những đợt dịch chuyển của Trái Đất diễn ra thống nhất và đều đặn – những gì từng xảy ra trong quá khứ có thể được lý giải bởi những sự kiện vẫn đang diễn ra ngày nay. Lyell và các môn đồ không chỉ xem thường thuyết tai biến mà còn ghét cay ghét đắng nó. Những người theo thuyết này tin rằng sự tuyệt chủng là một phần của một chuỗi mà trong đó các loài động vật liên tiếp bị gạt bỏ và thay thế bởi các loài mới – một niềm tin mà nhà tự nhiên học T. H. Huxley đã chế giễu bằng cách ví nó như “một loạt quân bài, mà cuối cùng người chơi buồn chán và đòi hỏi một bộ bài mới”. Đây là cách lý giải quá dễ dàng về những điều chưa biết. “Không có thứ giáo điều nào có khả năng khuyến khích sự lười biếng và khiến người ta thui chột trí tò mò hơn thế,” Lyell khịt mũi.

Thiếu sót của Lyell không phải không đáng kể. Ông không giải thích được một cách thuyết phục các dãy núi hình thành do đâu và bỏ qua những dòng sông băng như một tác nhân gây ra thay đổi. Ông phủ nhận ý tưởng của Agassiz về kỷ Băng hà – hay thời kỳ đóng băng toàn cầu, như ông gọi đại khái thế – và tin chắc rằng động vật có vú “có thể được tìm thấy ở những tầng hóa thạch cổ xưa nhất”. Ông phản đối quan điểm cho rằng các loài động thực vật đã bị hủy diệt đột ngột, và tin rằng những nhóm động vật chính – động vật có vú, bò sát, cá, vv.. – đã tồn tại từ thuở bình minh của lịch sử. Sau này, ông bị chứng minh là đã hoàn toàn sai lầm về tất cả những điều đó.

Nhưng có lẽ không cần phóng đại thì tầm ảnh hưởng của Lyell vẫn là cực lớn. Cuốn Các nguyên lý của địa chất học xuất hiện với 12 ấn bản trong đời ông và chứa những khái niệm mang tính định hướng cho các tư tưởng về địa chất của thế kỷ XX. Darwin đã mang ấn bản đầu tiên lên chuyến hải hành Beagle và sau đó viết rằng “giá trị to lớn của cuốn Các nguyên lý là nó đã thay đổi cách suy nghĩ của mỗi người, và vì thế, khi nhìn một thứ mà Lyell chưa từng quan sát, người ta vẫn quan sát nó một phần qua đôi mắt của ông.” Tóm lại, cũng như nhiều người cùng thời, Darwin gần như xem Lyell là một vị thánh. Thêm một minh chứng cho tầm ảnh hưởng của Lyell đó là vào những năm 1980, khi các nhà địa chất phải từ bỏ một phần lý thuyết của ông để lý giải theo thuyết tuyệt chủng do va đập, điều này gần như đã giết họ. Nhưng câu chuyện này sẽ được kể trong một chương khác.

Trong khi đó, khoa học địa chất có rất nhiều công việc phân loại phải tiến hành và không phải tất cả đều diễn ra suôn sẻ. Ban đầu, các nhà địa chất cố gắng phân loại các loại đá theo thời kỳ mà chúng hình thành, nhưng thường sẽ có những bất đồng nghiêm trọng về việc đặt ra các mốc phân định – đó chính là cuộc tranh luận kéo dài được biết đến với cái tên Cuộc Đại luận về kỷ Devon. Vấn đề phát sinh khi giám mục Cambridge, Adam Sedgwick, tuyên bố một lớp đá thuộc kỷ Cambria, còn Roderick Murchison tin nó phải thuộc kỷ Silur. Cuộc tranh luận diễn ra trong nhiều năm và càng lúc càng dữ dội. “De la Beche là một con chó bẩn thỉu,” Murchison đã viết như vậy trong thư gửi một người bạn khi ông đang nổi giận.

Bạn có thể cảm nhận được phần nào những thang cảm xúc khi đọc qua tiêu đề các chương trong cuốn The Great Devonian Controversy [tạm dịch: Cuộc Đại luận về kỷ Devon] xuất sắc và ảm đạm của Martin J. S. Rudwick. Cuốn sách bắt đầu khá kín đáo với các tiêu đề như “Đấu trường của Cuộc tranh luận lịch thiệp” và “Giải mã Đá Xám”, nhưng sau đó đã là “Bảo vệ và tấn công Đá Xám”, “Những lời trách cứ và buộc tội”, “Sự lan truyền của những tin đồn xấu”, “Kẻ thêu dệt rút lại lời trái đạo lý”, “Trả kẻ quê kệch về đúng chỗ” và (đừng nhầm tưởng đây là một cuộc chiến) “Murchison mở chiến dịch Rhineland”. Cuộc tranh luận cuối cùng chấm dứt vào năm 1879 nhờ một biện pháp đơn giản là đưa thêm một kỷ trung gian, kỷ Ordovic, vào giữa kỷ Cambria và kỷ Silur.

Vì nước Anh đóng vai trò tích cực nhất trong những năm đầu của khoa học địa chất, cho nên những cái tên tiếng Anh chiếm ưu thế trong từ điển địa chất. Devonian tất nhiên bắt nguồn từ tên của quận Devon. Cambrian bắt nguồn từ tên của xứ Wales trong tiếng Latin, trong khi Ordovician và Silurian gợi nhớ tới hai bộ lạc cổ của xứ này, Ordovices và Silures. Tuy nhiên, với sự gia tăng các cuộc thăm dò địa chất ở nhiều nơi khác, tên gọi bắt đầu đa dạng hơn. Jurassic liên quan tới dãy núi Jura nằm ở biên giới giữa Pháp và Thụy Sĩ. Permian vốn là tên gọi của tỉnh Perm trước đây thuộc Nga, nằm trên dãy núi Ural. Còn Cretaceous (tiếng Latin có nghĩa là phấn), chúng ta phải biết ơn nhà địa chất học người Bỉ với cái tên rất vui tươi J. J. d’Omalius d’Halloy.

Ban đầu, lịch sử địa chất được chia thành bốn khoảng thời gian: thứ nhất, thứ hai, thứ ba và thứ tư. Nhưng hệ thống này quá đơn giản để có thể đứng vững và các nhà địa chất học nhanh chóng đưa ra những cách phân chia mới đồng thời loại bỏ những cách phân chia cũ. Khoảng thứ nhất và thứ hai đều không còn được sử dụng, trong khi khoảng thứ tư bị một số người loại bỏ và một số người giữ lại. Ngày nay, chỉ có khoảng thứ ba còn được hiểu giống nhau ở mọi nơi, cho dù nó không còn đại diện cho khoảng thứ ba của bất cứ cách phân chia nào.

Lyell, trong cuốn Các nguyên lý, đã bổ sung các đơn vị khác được biết đến như là thế hay chuỗi để gọi tên khoảng thời gian từ thời kỳ khủng long, trong đó có Pleistocene (“gần nhất”), Pliocene (“gần hơn”), Miocene (“khá gần”) và một đại với tên gọi mơ hồ một cách khả ái Oligocene (“nhưng vẫn gần một chút”). Ban đầu, Lyell định cho thêm đuôi “-synchronous” vào các từ này với mục đích đem lại những tên gọi rất kêu như Meiosynchronous hay Pleiosynchronous. Nhưng mục sư William Whewell, một nhân vật có ảnh hưởng, đã phản đối dựa trên căn cứ từ nguyên học và đề xuất sử dụng hậu tố “-eous”, từ đó, chúng ta có Meioneous, Pleioneous chẳng hạn. Các thuật ngữ với hậu tố “-cene” vì thế có tính chất như một sự thỏa hiệp.

Ngày nay, nói một cách chung chung, thì lịch sử địa chất được chia làm bốn giai đoạn, được gọi là các đại: Tiền Cambri, Palaeozoic (bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là “cổ sinh”), Mesozoic (“trung sinh”) và Cenozoic (“tân sinh”). Bốn đại này lại được chia nhỏ hơn nữa thành 12 đến 20 nhóm nhỏ, thường được gọi là các kỷ, dù đôi khi còn được gọi là các hệ. Chúng ta đã biết về đa số chúng khá rõ như Phấn trắng, Jura, Trias và Silur.1

1. Dù trong cuốn sách này không có mục kiểm tra bài cũ nhưng nếu bạn buộc phải ghi nhớ chúng, có thể bạn sẽ cần lời khuyên hữu ích của John Wilford để nghĩ về các đại (Tiền Cambri, Cổ Sinh, Trung Sinh, Tân Sinh) như các mùa trong năm, còn các kỷ (Permi, Trias, Juras, vv..) như các tháng trong năm.

Sau đó đến các thế của Lyell – thế Pleistocene, Miocene, vv.. – áp dụng cho 65 triệu năm gần đây nhất và cũng là giai đoạn phức tạp nhất về cổ sinh vật học; cuối cùng, chúng ta có rất nhiều đơn vị nhỏ hơn được biết đến với tên gọi là kỳ hay thời. Tên của chúng được đặt theo các địa danh và thường vô nghĩa, chẳng hạn như Illinoian, Desmoinesian, Croixian, Kimmeridgian. Theo John McPhee, tổng số chúng lên tới “hàng trăm”. May mắn thay, trừ khi bạn chọn địa chất là nghề nghiệp của mình, nhiều khả năng bạn sẽ không phải nghe về chúng thêm một lần nào nữa.

Một vấn đề gây khó hiểu nhiều hơn là: ở Bắc Mỹ, các kỳ hay các thời có tên gọi khác với ở châu Âu và chỉ gần giao nhau về mặt thời gian. Vì thế giai đoạn có tên là Cincinnatian ở Bắc Mỹ gần như tương ứng với giai đoạn Ashgillian ở châu Âu, nhưng thêm một phần nhỏ của giai đoạn trước đó là Caradocian.

Đồng thời, điều này cũng khác nhau ở tùy từng cuốn sách và mỗi tác giả, thế nên một số người mô tả bảy kỷ nguyên gần đây, trong khi một số khác chỉ có bốn. Trong một số cuốn sách, bạn cũng có thể thấy các khoảng thứ ba và thứ tư được thay thế bằng các kỷ khác gọi là Palaeogene và Neogene. Một số tài liệu sẽ chia thời kỳ Tiền Cambri thành Liên đại Thái Cổ rất xa xưa và Liên đại Nguyên Sinh gần đây hơn. Đôi khi bạn sẽ gặp thuật ngữ Liên đại Hiển sinh được dùng để mô tả khoảng thời gian bao trùm cả ba đại Tân Sinh, Trung Sinh và Cổ Sinh.

Hơn nữa, tất cả những cách chia trên đây chỉ mới đề cập tới đơn vị thời gian. Những lớp đá được phân chia theo các đơn vị riêng được gọi là hệ, chuỗi hoặc thời. Cũng có sự khác biệt giữa khái niệm sớm hay muộn (theo thời gian) và trên hay dưới (theo các lớp đá). Những điều này có thể khiến những người ngoại đạo thấy quá rắc rối, nhưng với một nhà địa chất thì đây có thể là đam mê. “Tôi đã thấy những người đàn ông trưởng thành đã đốt đến cháy sáng giai đoạn là một phần nhỏ của một giây trong lịch sử sự sống bằng cơn thịnh nộ của họ,” nhà cổ sinh vật học người Anh, Richard Fortey, đã viết như thế về cuộc tranh luận kéo dài trong thế kỷ XX về ranh giới giữa kỷ Cambria và kỷ Ordovic.

Ngày nay, ít nhất chúng ta có thể dựa vào những kỹ thuật xác định niên đại tinh vi. Đối với các nhà địa chất thế kỷ XIX, họ hầu như không có gì để dựa vào ngoài sự suy đoán. Phần khó khăn khi đó là dù họ có thể xếp rất nhiều đá và hóa thạch theo niên đại của chúng, nhưng lại không biết mỗi giai đoạn như vậy kéo dài bao lâu. Khi Buckland dự đoán về niên đại của một bộ xương ngư long, ông không thể làm gì hơn ngoài việc cho rằng nó đã sống vào khoảng từ “10.000 lần hoặc hơn của 10.000 năm” trước.

Dù không có cách đáng tin cậy nào để xác định các niên đại nhưng có không ít người đã nỗ lực làm điều này. Một trong những nỗ lực đầu tiên nổi tiếng nhất được tiến hành vào năm 1650, khi giám mục James Ussher của Giáo hội Ireland đã nghiên cứu rất kỹ Kinh Thánh cùng các tài liệu lịch sử khác, và rút ra kết luận trong bộ sách dày Annals of the Old Testament [tạm dịch: Biên niên sử Cựu ước], rằng Trái Đất được tạo ra vào ngày 23 năm 4004 TCN. Xin nói thêm rằng điều này đã gây hứng thú cho không ít sử gia và nhà viết sách giáo khoa từ đó đến nay.1

1. Dù hầu như mọi cuốn sách đều dành một phần nói về ông nhưng có một sự khác biệt đáng kể ở các chi tiết liên quan tới Ussher. Một số cuốn sách nói ông đưa ra tuyên bố này vào năm 1650, một số khác nói năm 1654, thậm chí năm 1664. Một số cuốn sách trích dẫn ngày ra đời của Trái Đất là 26. Ít nhất có một cuốn sách đã ghi nhầm tên ông thành “Usher”. Vấn đề thú vị này đã được Stephen Jay Gould khảo sát và ghi lại trong cuốn Eight Little Piggies [tạm dịch: Tám con heo con].

Có một lời đồn đại từ rất lâu – thậm chí được nêu lên trong nhiều cuốn sách nghiêm túc – rằng quan điểm của Ussher đã chi phối các tư tưởng khoa học mãi cho đến tận thế kỷ XIX và chính Lyell là kẻ đã lay tỉnh mọi người. Stephen Jay Gould trong cuốn Time’s Arrow [tạm dịch: Mũi tên của thời gian] đã lấy câu sau đây trong một cuốn sách nổi tiếng của thập niên 1980 làm ví dụ điển hình: “Cho đến khi Lyell xuất bản cuốn sách của mình, đa số các học giả chấp nhận ý tưởng rằng Trái Đất rất non trẻ”. Thật ra không phải vậy. Như Martin J. S. Rudwick đã cho biết, “không có nhà địa chất mang bất cứ quốc tịch nào có những công trình được các nhà địa chất khác xem là nghiêm túc lại cổ súy cho một khung thời gian nằm trong phạm vi được diễn giải bởi Kinh Thánh”. Ngay cả Buckland, mục sư sùng đạo điển hình của thế kỷ XIX, cũng nhận định rằng Kinh Thánh không hề nói Chúa tạo ra Thiên Đàng và Trái Đất trong ngày đầu tiên mà chỉ nói là “khởi đầu”. Và sự khởi đầu đó, ông giải thích, có thể kéo dài “hàng triệu, hàng triệu năm”. Ai cũng đồng tình rằng Trái Đất phải rất cổ xưa. Câu hỏi đơn giản là: cổ xưa đến mức nào?

Một trong những ý tưởng tốt hơn đầu tiên về việc xác định niên đại của hành tinh đến từ người luôn đáng tin cậy, Edmond Halley. Năm 1715, ông đề xuất rằng nếu bạn chia tổng lượng muối có trong các đại dương trên thế giới cho lượng muối được thêm vào đó mỗi năm, bạn sẽ có được số năm mà các đại dương đã tồn tại và cũng gần như là số tuổi của Trái Đất. Đây là một cách lập luận rất hấp dẫn nhưng không ai biết có bao nhiêu muối trong nước biển cũng như mỗi năm nó tăng thêm bao nhiêu. Điều đó khiến thí nghiệm này thực tế không khả thi.

Nỗ lực đo đạc đầu tiên có thể xem là có hơi hướng mang tính khoa học do một người Pháp là Georges-Louis Leclerc, Bá tước vùng Buffon, tiến hành vào những năm 1770. Từ lâu người ta đã biết Trái Đất tỏa ra một lượng nhiệt lớn – điều này rất rõ ràng nếu bạn đi sâu xuống một mỏ than – nhưng không có cách nào tính được mức tiêu hao nhiệt. Thí nghiệm của ông bao gồm việc nung các khối cầu cho đến khi chúng nóng sáng và ước lượng mức tiêu hao nhiệt bằng cách chạm vào chúng (ban đầu là chạm rất nhẹ) khi chúng nguội dần đi. Từ đó, ông cho rằng tuổi của Trái Đất vào khoảng từ 75.000 đến 168.000 năm. Tất nhiên đây là một kế quả quá thấp; tuy nhiên chính ý tưởng về bức xạ đã khiến ông bị dọa rút phép thông công vì phát biểu nó. Là một người thực tế, ông lập tức xin lỗi về niềm tin dị giáo thiếu lý trí của mình, nhưng rồi vẫn hào hứng nhắc lại ý tưởng đó một cách quả quyết trong các tác phẩm sau này. Cho đến giữa thế kỷ XIX, đa số các học giả nghĩ rằng Trái Đất ít nhất đã một vài triệu tuổi hoặc thậm chí là vài chục triệu tuổi, nhưng có lẽ là không nhiều hơn thế. Vì vậy vào năm 1859, Darwin đã khiến người ta ngạc nhiên vì trong cuốn On the Origin of species1, ông tuyên bố rằng theo tính toán của ông, các quá trình địa chất tạo ra Weald, một vùng ở miền Nam nước Anh trải dài qua Kent, Surrey và Sussex, đã mất 306.662.400 năm để hoàn thành. Điều này thật đáng chú ý, một phần vì nó xác quyết một con số cụ thể, và hơn thế nữa là nó đi ngược lại niềm tin phổ biến về tuổi của Trái Đất.2 Nó gây tranh cãi nhiều đến mức trong lần tái bản thứ ba của cuốn sách, Darwin đã rút lại con số này. Tuy nhiên, cốt lõi của vấn đề vẫn còn đó. Darwin và các nhà khoa học địa chất, bạn của ông, muốn Trái Đất thật già, nhưng không ai biết cách để làm điều đó.

1. Tên đầy đủ của cuốn sách là: On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life bản dịch tiếng Việt: Nguồn gốc các loài, Trần Bá Tín dịch, NXB Tri thức, 2009.

2. Darwin yêu thích các con số chính xác. Trong một công trình về sau, ông tuyên bố rằng số lượng giun trung bình được tìm thấy trong một mẫu đất ở nước Anh là 53.767.

* * *

Không may cho Darwin và sự tiến bộ, câu hỏi này thu hút sự chú ý của Huân tước Kelvin vĩ đại (dù đến lúc đó ông vẫn chỉ là William Thomson; ông không được thăng tước cho đến tận năm 1892 ở tuổi 68, khi ông sắp kết thúc sự nghiệp, ở đây tôi sẽ sử dụng cách gọi tên ngược về trước). Kelvin là một trong những nhân vật khác thường nhất thế kỷ XIX – thật sự là, bất kỳ thế kỷ nào. Nhà khoa học người Đức, Hermann von Helmholtz, đã viết rằng Kelvin cho đến thời điểm đó là người “thông minh, sáng suốt, có tư duy linh hoạt” nhất mà ông từng gặp. “Đôi lúc tôi cảm thấy mình thật vụng về khi đứng cạnh Ngài,” ông viết thêm và pha chút chán nản.

Tình cảm đó là điều dễ hiểu, vì Kelvin thật sự là một kiểu siêu nhân thời Victoria. Sinh năm 1824 ở Belfast, là con của một giáo sư toán học tại Viện Hàn lâm Hoàng gia, ông cùng gia đình sớm rời tới Glasgow. Tại đây, Kelvin đã chứng minh mình là một thần đồng và được nhận vào học tại Đại học Glasgow khi chỉ mới 10 tuổi. Khi bước sang tuổi 20, ông học ở các học viện tại London và Paris, sau đó tốt nghiệp Đại học Cambridge (nơi ông nhận được giải nhất toàn trường về đua thuyền và toán học, đồng thời cũng có thời gian để thành lập một hội âm nhạc), được bầu làm trợ giảng của trường Peterhouse và viết hàng chục bài báo (cả bằng tiếng Pháp và tiếng Anh) về toán học lý thuyết và ứng dụng có tính mới mẻ cao đến mức ông phải công bố chúng ẩn danh vì không muốn gây phiền lòng các bậc tiền bối. Ở tuổi 22, ông trở lại Glasgow để đảm nhận chức danh giáo sư về triết học tự nhiên, vị trí mà ông giữ trong suốt 53 năm sau đó.

Trong suốt sự nghiệp lâu dài của mình (ông sống tới năm 1907, thọ 83 tuổi), ông đã viết 661 công trình, tích lũy được 69 bằng sáng chế (nhờ đó, ông trở nên vô cùng giàu có) và được ghi nhận ở hầu khắp các nhánh của khoa học vật lý. Trong số đó, ông đã gợi ý phương pháp trực tiếp dẫn đến việc phát minh ra tủ lạnh, chế ra thang đo nhiệt độ tuyệt đối mang tên ông, phát minh ra thiết bị tăng thế mà nhờ đó những bức điện tín có thể vượt đại dương, đồng thời đưa ra vô số cải tiến trong lĩnh vực vận tải biển và hàng hải, từ việc tạo ra la bàn hàng hải thông dụng cho tới chiếc máy dò độ sâu đầu tiên. Đây mới chỉ là những thành quả thực tiễn của ông.

Những phát hiện lý thuyết về điện từ, nhiệt động học và lý thuyết sóng về ánh sáng của ông đều mang tính cách mạng tương tự.1 Ông chỉ có một sai sót đó chính là không thể tính chính xác tuổi của Trái Đất. Câu hỏi này chiếm phần lớn thời gian trong nửa sau sự nghiệp của ông, nhưng ông không thể tiệm cận một lời giải thỏa đáng. Nỗ lực đầu tiên của ông vào năm 1862 là một bài viết đăng trên tạp chí Macmillan’s rất nổi tiếng, theo đó, Trái Đất khoảng 98 triệu tuổi, nhưng cũng cẩn thận cho rằng con số có thể xê dịch xuống 20 triệu hoặc lên đến 400 triệu. Với một sự thận trọng đáng chú ý, ông thừa nhận rằng việc tính toán của mình có thể sai nếu “các nguồn mà chúng ta chưa biết được chuẩn bị trước trong một nhà kho vĩ đại của tạo hóa” – nhưng rõ ràng ông không hề nghĩ vậy.

1. Đặc biệt, ông đã phát triển Định luật II về nhiệt động học. Việc bàn về các định luật này sẽ cần hẳn một cuốn sách, nhưng ở đây tôi xin cung cấp phần tóm tắt ngắn gọn của nhà hóa học P. W. Atkins, chỉ nhằm mục đích giúp độc giả hiểu sơ qua về chúng: “Có tất cả bốn định luật. Cái thứ ba, tức Định luật II, được tìm ra đầu tiên; còn cái đầu tiên, Định luật 0, được đưa ra cuối cùng; Định luật I là cái thứ hai; và Định luật III có thể không hẳn là một định luật giống như các trường hợp còn lại.” Nói ngắn gọn, Định luật II cho rằng một phần năng lượng luôn bị hao phí. Bạn không thể có được động cơ vĩnh cửu vì dù hoạt động hiệu quả đến thế nào, nó cũng sẽ hao phí năng lượng và cuối cùng ngừng hoạt động. Định luật I cho rằng bạn không thể tạo ra năng lượng và Định luật III cho rằng bạn không thể giảm các nhiệt độ về 0 tuyệt đối; sẽ luôn có một chút hơi ấm sót lại. Như Dennis Overbye nhận định, ba định luật này đôi khi có thể được trình bày một cách vui vẻ như sau (1) bạn không thể chiến thắng, (2) bạn không thể hòa và (3) bạn không thể dừng cuộc chơi.

Khi thời gian qua đi, Kelvin càng ngày càng trở nên thẳng thắn và ít chính xác hơn khi đưa ra các nhận định. Ông liên tục điều chỉnh các phán đoán của mình theo hướng giảm xuống, từ tối đa 400 triệu năm xuống còn 100 rồi 50 triệu năm, và cuối cùng vào năm 1897, chỉ còn 24 triệu năm. Kelvin không hề cố ý. Chỉ đơn giản bởi không có gì trong vật lý có thể giải thích tại sao một thiên thể cỡ Mặt Trời có thể cháy liên tục hàng chục lần trong hàng triệu năm mà vẫn không cạn kiệt nhiên liệu. Vì thế, theo đó, người ta cho rằng Mặt Trời và các hành tinh đều tương đối trẻ.

Vấn đề là gần như mọi bằng chứng hóa thạch đều đối lập với nhận định này và bất ngờ là trong thế kỷ XIX đột nhiên có rất nhiều bằng chứng như vậy.