Những định luật của newton
là chính quyền vô hình đang cai quản trái đất.
ALFRED A. MONTAPERT
Năm 1687, Issac Newton đã thay đổi lịch sử bằng cách cho cất giữ chiếc hòm khoa học chứa đựng định luật vật lý phổ quát[1] vào trong cuốn Những Nguyên Lý (Principia) của mình. Tính quy luật của giới tự nhiên đã được thấu hiểu từ những thời đại xa xưa, và những gương mặt của thời Phục Hưng như Galileo, Kepler và Tycho Brahe đã gọt giũa và lượng hóa khối tri thức này một cách cẩn trọng thông qua phép quan sát thực nghiệm. Nhưng Newton đã vượt lên trên cả việc quan sát tính quy luật để nhận diện được những mối liên hệ toán học vốn đơn giản, lúc nào cũng áp dụng được và cùng lúc cắt nghĩa được những hành trạng nhìn bên ngoài có vẻ như không liên quan gì đến nhau. Những định luật chuyển động của Newton hóa ra lại được tín nhiệm đến mức cái gì tỏ ra không tương thích với chúng sớm muộn cũng trở thành một chỉ báo đáng tin cậy cho thấy sự sai lệch của quan sát. Những định luật này có những ứng dụng quan trọng trong kỹ nghệ, trong hóa học, trong thương mại và rốt cuộc trở thành nền tảng logic cho toàn bộ thế giới công nghệ của chúng ta. Không có gì đáng ngạc nhiên khi lời điếu ca bất hủ của Alexander Pope vẫn còn khiến mọi người nhỏ lệ:
Tạo hóa và các luật của Tạo hóa đang ẩn mình trong đêm trường.
Chúa bèn phán: Hãy cho Newton ra đời! Và vạn vật bừng sáng.
Ảnh hưởng to lớn của thuyết Newton không đến từ lời kiến giải đẹp đẽ của ông về quỹ đạo của các hành tinh và về thủy triều, mà chính là từ việc sử dụng những cái đó để chứng minh cho tính có giá trị hiệu lực của sự đều đặn và chính xác như một chiếc đồng hồ của vũ trụ - chứng minh ý niệm cho rằng vạn vật của ngày mai, ngày kia, và ngày kìa được hoàn toàn xác định bởi vạn vật của ngay thời khắc này thông qua một tập hợp các quy tắc đơn giản, và khỏi cần thông qua gì nữa hết[2]. Sự ăn khớp tuyệt vời về mặt lượng tính giữa những tính toán của Newton và những quan sát thực nghiệm được tiến hành với các hành tinh khiến người ta phải tuyệt đối tin rằng những quy tắc của ông là chính xác đối với các thiên cầu và điều bí ẩn của bầu trời đã có lời giải đáp. Tính đơn giản của những quy tắc này, sự hợp lý của chúng, và sự tương thích của chúng với những quan sát trên mặt đất từng được Galileo tiến hành, tất cả những cái đó đã khiến người ta nghĩ rằng chúng sẽ còn được áp dụng một cách phổ quát hơn rất nhiều – rằng chúng là chiếc máy đồng hồ. Điều này đã được xác nhận bởi những quan sát tiếp theo sau này. Trong suốt bốn thế kỷ với những thí nghiệm kỹ lưỡng, duy nhất chỉ có một trường hợp các định luật chuyển động của Newton bị vi phạm, được ghi lại ở kích thước nguyên tử, nơi mà những định luật của cơ học lượng tử thay thế những định luật của Newton.
Biết bao năng lượng sáng tạo đã được bỏ ra để trắc nghiệm và khai thác những định luật của Newton.
Ta biết rằng những định luật của Newton hẳn phải vô cùng chính xác do đã có biết bao năng lượng sáng tạo được bỏ ra để trắc nghiệm và sử dụng chúng. Trắc nghiệm được chia làm nhiều hạng kiểu. Một trong số đó là quan sát kỹ lưỡng chuyển động của các thiên thể. Những định luật của Newton không chỉ cắt nghĩa một cách chi tiết hình dạng và lịch sử của những quỹ đạo của các hành tinh, mà còn tiên đoán một cách chính xác tác động của mặt trời lên quỹ đạo của mặt trăng, tiên đoán một cách chính xác đường đi phức tạp của các tiểu hành tinh và các sao chổi[3], cũng như sự ổn định của các vành đai tiểu hành tinh. Việc Thiên vương tinh có vẻ như không tuân theo các định luật Newton đã dẫn đến sự khám phá ra Hải vương tinh và Diêm vương tinh[4]. Một kiểu trắc nghiệm khác là việc nghiên cứu và chế tạo những đồng hồ cơ chính xác, từ chiếc đồng hồ quả lắc nguyên bản của Huygens và những thế hệ sau của nó cho tới chiếc đồng hồ đếm bằng bánh đà[5], rồi tới bộ dao động thạch anh được sử dụng trong những chiếc đồng hồ đeo tay hiện đại (đồng hồ quartz[6]). Một cách khác là dựa trên nguyên lý của con quay hồi chuyển (gyroscope), dựa trên công nghệ la bàn hồi chuyển và của bộ thăng bằng hồi chuyển được thiết kế theo nguyên lý đó[7]. Những ý tưởng của Newton được sử dụng trong việc chế tạo máy móc và thiết kế các tòa nhà cao tầng chịu được động đất, và những định luật này còn được hàm chứa trong các định luật điện học để rồi dẫn đến việc truyền tải năng lượng điện, đến các loại máy tính và đến vô tuyến điện.
Bất chấp những thành công của các định luật Newton và những tiến bộ kỹ thuật đã đạt được nhờ vào chúng, rất nhiều người vẫn thấy việc đó là khó chấp nhận. Nó công khai đi ngược lại với nhận thức theo lương năng thông thường của chúng ta về tính phức hợp của tự nhiên, và với niềm tin của chúng ta cho rằng không thể hoàn toàn định trước được tương lai, mà nó phụ thuộc vào sự lựa chọn cách ứng xử của chúng ta. Việc xem vũ trụ như một chiếc đồng hồ còn có vẻ như không nhất quán với kinh nghiệm sống hằng ngày, và có vẻ như sẽ mang lại những hệ quả không đúng đắn về mặt đạo lý. Ví dụ như nó là cái cớ để bạn có thể muốn làm gì ai thì làm và để tạo ra những thứ nguy hiểm tùy hứng, vì dẫu gì thì tự nhiên cũng chỉ là một cái gì mang tính cơ giới mà thôi. Nó còn có thể hợp lệ hóa một đức tin mù quáng vào logic. Ý tưởng này ban đầu tôi nghe được một cách rõ ràng là từ cha tôi đã lâu trong một cuộc trò chuyện quanh bàn ăn về thuyết định mệnh. Đến một đoạn, ông đâm ra cáu tiết với những nhận định ngốc nghếch chướng tai của lũ trẻ về thế nào là hiện thực, và có vẻ như không kiềm chế được nữa, ông đã cắt nghĩa logic học là một phương pháp có hệ thống để phạm sai lầm. Giờ đây khi đã trưởng thành, tôi mới hiểu ra được điều ông muốn nói. Thông qua những sự việc đau lòng từng chứng kiến khi còn hành nghề luật sư, ông biết rằng con người thường suy luận dựa trên sự giống nhau. Khi bảo một điều gì đó là bất hợp lý, ta thường ngụ ý rằng điều đó không giống như những cái mà ta đã biết. Logic thuần túy là một siêu cấu trúc rất gần gũi với cách suy luận tiện lợi nguyên sơ hơn này và do vậy mà vốn dễ bị sai lầm. Không may là ta lại cần đến sự chính xác logic tối đa khi gặp phải những trở ngại lớn nhất - khi phải đối mặt những điều mới mẻ không giống gì những điều mà chúng ta đã biết. Khả năng chuyên tâm liên tục với điều đó trong một thời gian dài là điều khiến Issac Newton, Albert Einstein khác biệt với chúng ta. Vì vậy, về vấn đề này cha tôi dẫu đúng, nhưng cũng chỉ một phần thôi. Đôi khi ta cần, và phải tin vào logic. Bằng chứng xác đáng chứng tỏ vũ trụ giống như một chiếc đồng hồ ngày càng được củng cố qua nhiều thế kỷ đã trở nên vô cùng vững chắc. Để có được câu trả lời cho những bí ẩn của sự sống, người ta phải nhìn vào một nơi nào đó khác chứ không phải là vào sự thất bại của ý tưởng này.
Bài toán hóc búa về thuyết tất định vật chất vào thế kỷ mười bảy khi môn vật lý mới được phát minh thậm chí còn gây phiền phức hơn bây giờ nhiều. Năm 1633, Galileo Galilei bị mang ra xét xử trước Tòa án Dị giáo Ý vì vi phạm một chỉ dụ được ban hành từ năm 1616 nghiêm cấm việc phổ biến thuyết vũ trụ học của Copernicus. Ông bị “tình nghi là người theo dị giáo”, một lời phán quyết nhẹ hơn chút đỉnh so với việc chính thức bị coi là kẻ dị giáo, và bị buộc phải công khai tuyên bố từ bỏ niềm tin cho rằng trái đất quay xung quanh mặt trời[8]. Giống như nhiều nhà khoa học lớn khác, Galileo có một nhân cách bất khuất. Ông rời ghế đại học mà không nhận bằng tốt nghiệp để theo đuổi những dự định trí tuệ riêng của mình, đó là tiến hành đo đạc mọi thứ, chứ không chỉ suy nghĩ về chúng. Sự nghiệp của ông đã thành công một cách sáng chói. Ngày nay ta biết đến Galileo phần lớn nhờ những phát minh của ông về kính thiên văn và những phát hiện của ông nhờ vào nó, ví dụ như những vệt đen của mặt trời và các mặt trăng của Mộc tinh[9], nhưng đóng góp sâu sắc hơn của ông lại là việc đã vạch rõ những hạn chế cơ bản trong cách tiếp cận khoa học không mạch lạc của Aristotle, và chủ trương là cần phải có sự chính xác toán học. Trong cuốn Nhà Thực Nghiệmcủa mình xuất bản năm 1623, Galileo đã nói rằng cuốn Sách của Tự nhiên đã “được viết bằng ngôn ngữ của toán học”. Thật không may, trong tác phẩm này Galileo đã quá nhiệt thành bênh vực cho thế giới quan tất định luận của mình đến mức không còn chỗ trống nào cho sự can thiệp của thần thánh, và tệ hơn nữa là nó lại ngụ ý quảng bá ý tưởng cho rằng con người có thể hiểu và chế ngự được thần thánh. Ông bị lén tố cáo với Tòa Dị giáo là trong cuốn Nhà Thực Nghiệm ông đã có những lời lẽ thóa mạ đối với môn thần học về Bí tích Thánh thể, nhất là lại có ý thóa mạ học thuyết biến đổi bản thể. Nhưng trớ trêu thay, cuốn sách lại được Galileo đề tặng cho người bạn chí cốt của mình là đức Hồng y Maffeo Barberini, nhân dịp ông này được cử làm Giáo hoàng Urban VIII vào năm 1623[10]. Tình hình lên đến tột đỉnh vào năm 1632 khi Galileo cho xuất bản công trình lớn nhất của ông nhan đề Cuộc Đối thoại giữa hai Hệ thống Thế giới chính, một cuộc công kích khoa học lỗi lạc và mang tính hủy diệt đối với vũ trụ Ptolemy[11]. Nghe theo lời khuyến dụ cho rằng những luận cứ trong công trình này quá sắc bén và thuyết phục đến mức có thể coi là còn nguy hiểm hơn so với cả Calvin và Luther cộng lại, đức Giáo hoàng đã ra lệnh ngừng xuất bản cuốn sách và đưa Galileo ra tòa. Ông bị kết tội và tuyên án quản thúc tại gia ở Arcetri, một ngôi làng nhỏ thuộc ngoại ô Florence, nơi ông đã trú ngụ trong tám năm cho đến khi qua đời.
Không có Galileo thì công trình của Newton có lẽ đã chẳng ra đời. Gần như tất cả những ý tưởng vật lý cơ bản của Newton - và những thí nghiệm hỗ trợ cho những ý tưởng đó - đều bắt nguồn từ Galileo. Galileo là người đầu tiên nhận ra rằng các vật thể không hề cần đến một tác nhân bên ngoài nào để làm cho chúng chuyển động như kiểu Aristotle đã nghĩ cả, mà chúng sẽ chuyển động với vận tốc không đổi trên những quỹ đạo thẳng nếu như không bị ngoại lực tác dụng. Galileo cũng đã phát minh ra ý tưởng về vận tốc xem như một vector, một đại lượng gồm cả độ lớn và hướng. Ông cũng phát minh ra ý niệm về quán tính, sức ì tự nhiên của một vật thể nhằm chống lại sự thay đổi chuyển động của mình, và ông cũng là người đầu tiên xác định tác nhân làm thay đổi chuyển động chính là lực, một thứ khiến cho tốc độ thay đổi gia tăng từ thời điểm này tới thời điểm khác, sao cho vận tốc cứ sau một giây tính từ thời điểm này sẽ là vận tốc ở thời điểm hiện tại cộng với một số gia mà số gia ấy phụ thuộc vào độ lớn của lực.
Cho dù thế nào thì trong cuộc chia phần này, Issac Newton cũng đã giành phần danh tiếng lớn nhất trong việc phát minh ra môn vật lý học hiện đại vì ông đã khám phá ra cách tổng hợp tất cả các ý niệm lại thành một tổng thể toán học nhất quán. Newton sinh đúng vào ngày lễ mừng Giáng Sinh năm 1642, năm mất của Galileo[12]. Cũng như Galileo, Newton cũng là một nhân cách bất khuất không ưa thích quyền uy. Ông viết nguệch ngoạc vào lề một quyển vở ghi chép của ông tại Cambridge một dòng chữ bằng tiếng La Tinh như sau: “Amicus Plato, amicus Aristoteles; magis amica Veritas.” (Plato là bạn tôi, Aristotle là bạn tôi, nhưng chân lý là người bạn tốt hơn cả). Giống như bao thanh niên cầu tiến vào thời đó, ông đã bị môn thiên văn học mới mẻ cuốn hút và đã say sưa nghiền ngẫm những tác phẩm của Galileo và Kepler. Chúng ta hàm ơn những khám phá của Newton có lẽ cũng không kém phần hàm ơn trận Đại Dịch đã khiến ông phải ru rú trốn ở nhà tại Lincolnshire giữa những năm 1665 và 1667. Tại đó, có lẽ với thời gian quá rảnh rỗi, ông đã phát minh ra toán giải tích, một trong những bước đột phá quan trọng cần thiết cho việc giải thích những quan sát của Kepler về quỹ đạo các hành tinh - sự chuyển động của chúng trên một mặt phẳng, dạng elip hoàn hảo của chúng với mặt trời là một tiêu điểm, những sự gia tốc và giảm tốc kỳ diệu của chúng dẫn đến việc các hành tinh quét những diện tích bằng nhau trong một khoảng thời gian như nhau, những mối liên hệ toán học chính xác giữa kích thước của quỹ đạo và chu kỳ của nó. Với những ký hiệu giải tích, Newton đã có thể viết ra giấy những quy tắc về chuyển động của Galileo một cách đơn giản, bằng những phương trình chính xác, giải được, và qua đó có được một mô tả đúng đắn về sự chuyển động của một vật thể tương ứng với các lực tác dụng lên nó. Với những công nghệ toán học ấy và với việc đưa thêm ra một giả thuyết - cho rằng khoảng cách càng lớn thì lực hấp dẫn càng yếu dần đi theo một kiểu nào đó - ông có thể chứng minh rằng những quan sát của Kepler là thực sự phù hợp với những quy tắc của Galileo và không hề là những hiện tượng độc lập[13]. Điều này đến lượt nó lại cho phép ông xuất phát từ những quan sát cực kỳ chính xác của Kepler để lập luận rằng các quy tắc do Galileo đưa ra là rất đúng đắn. Galileo đã hoàn toàn bỏ sót điểm này. Ông không biết đến những định luật của Kepler, mặc dù lúc ông đang còn sống chúng đã được khám phá và đã có sự quan tâm đến toàn bộ ý tưởng về lực hấp dẫn phổ quát, xem nó như một điều “huyền bí”. Số phận dường như đã định sẵn rằng Galileo sẽ phải dẫn dắt đoàn người của mình tới Miền Đất Hứa, nhưng bản thân ông thì không được phép bước vào.
Một trong những điều tệ hại lớn nhất chúng ta đã làm với học sinh là truyền dạy cho họ rằng định luật vật lý phổ quát là cái gì đó buộc phải đúng một cách hiển nhiên, và do đó nghiễm nhiên là có thể học thuộc lòng. Điều đó thật kinh khủng xét trên nhiều bình diện, mà có lẽ tệ nhất là làm mất đi bài học rằng phải chiến đấu, phải chịu hy sinh và thiệt thòi lớn để có được những gì có ý nghĩa. Thái độ tự hài lòng đến mức tự mãn này cũng đi ngược lại với quan điểm đã mang lại những ý niệm mới mẻ và đẹp đẽ tới với thế giới, mang đến cho thế giới nói chung những ý nghĩa lớn lao. Thực vậy, sự hiện diện của định luật vật lý là một điều đáng kinh ngạc biết bao, và lẽ ra nó phải khiến những đầu óc có suy xét phải hoang mang ngỡ ngàng như những gì đã xảy ra hồi thế kỷ mười bảy, khi lần đầu tiên nó được khoa học lần mò giải thích. Ta tin vào định luật vật lý phổ quát không phải vì nó nhất thiết phải đúng, mà bởi những thí nghiệm có độ chính xác cực cao đã không cho ta một sự lựa chọn nào khác.
Chẳng hiểu vì sao gần đây tôi lại bỗng cảm thấy lo âu về vấn đề này nhân một chuyến dã ngoại bằng xe hơi cùng gia đình. Tôi hỏi con trai mình, vốn đang học vật lý ở trường trung học, rằng có bằng chứng gì cho thấy các định luật của Newton là đúng không. Là một cậu bé hiền lành và khá nhạy cảm, con trai tôi phải miễn cưỡng nhận thấy rằng những điều cậu ta đang nói là không ăn nhập gì, nên cậu có vẻ lúng túng một chút, lẩm bẩm gì đó tôi không rõ, rồi im lặng. Tôi làm rõ câu hỏi bằng cách hỏi cậu xem những thí nghiệm nào là những thí nghiệm có tính then chốt. Im lặng vẫn kéo dài. Cái khoảnh khắc hài lòng đó là một hiệu ứng di truyền chung mà các bậc cha mẹ tạo ra để khiến bọn trẻ có lý do ghét họ. Lúc ấy tôi hoàn toàn ý thức được rằng con trai tôi không biết câu trả lời, và thế tôi đã cố gợi chuyện bàn kỹ về quỹ đạo của các hành tinh - và rốt cuộc tôi cũng đạt được ý muốn. Tôi có lý do để tin rằng, thế là câu chuyện đã có kết quả tích cực đối với con mình, nhưng ai mà biết được thế nào khi mọi chuyện còn chưa đến hồi ngã ngũ.
Định luật vật lý phổ quát là một tảng băng trôi mà hằng số vật lý chính xác chỉ là cái phần nhỏ nhô lên khỏi mặt nước mà thôi. Cả hai đều là những khía cạnh của cùng một hiện tượng vật lý nhưng định luật vật lý là khái niệm mang tính bao hàm hơn rất nhiều. Ở các nước vùng Viễn Đông nơi tôi hay lui tới, tôi ưa cắt nghĩa điều này bằng cách so sánh nó với hai phái Phật giáo là Nam Tông[14] và Đại Thừa[15]. Với phái Nam Tông, người ta giới hạn sự chú tâm vào những pháp môn[16] bảo thủ của một số tông phái nhất định nào đó trong lịch sử. Với phái Đại Thừa, hoặc là “cỗ xe lớn”, người ta không chỉ quan tâm tới những pháp môn đó, mà còn tới rất nhiều hàm ý của chúng. Một hằng số phổ quát là một phép đo cho ra kết quả giống nhau trong tất cả các lần đo. Một định luật vật lý là một mối liên hệ giữa các số đo giống nhau có được trong tất cả các lần đo. Trong trường hợp các định luật chuyển động, chẳng hạn như của Newton, đó là mối liên hệ giữa các phép đo ở các thời điểm khác nhau. Và do đó, khi giờ đây ta đo một số đại lượng nào đó, ta không cần đo lại chúng trong tương lai nữa (với giả định rằng chúng không bị đảo lộn), vì giá trị của chúng chắc chắn đã được xác định. Trong khi bàn luận về các định luật, ta thường bàn đến những phương trình chính xác thay vì những giá trị chính xác, nhưng ý tưởng cốt lõi thì vẫn giống nhau. Tính chính xác là điều quyết định. Giống như những phép đo chính xác mang tính phổ quát, ta có xu hướng phân loại các định luật trong đầu mình thành hai loại định luật có nguồn gốc hoặc vi mô hoặc tập thể và sử dụng từ cơ bản để miêu tả cả hai. Cũng giống như với các hằng số, ta nhận thấy rằng sự khác biệt giữa hai cái đó có xu hướng biến mất khi các thực kiện thí nghiệm được khảo sát một cách kỹ lưỡng.
Theo năm tháng, khi danh sách những thành công của các định luật Newton cứ dài ra mãi, chúng dần bắt đầu được áp dụng một cách đầy võ đoán, khác xa với cách áp dụng rất dè dặt lúc ban đầu. Chiến thuật mới là: giả định rằng các định luật Newton vẫn sẽ đúng trong các trường hợp mà người ta không thể kiểm chứng trực tiếp được, ta tính toán các đặc tính vật lý dựa trên sự giả định đó, và sau đó xuất phát từ sự trùng hợp với thực nghiệm để lập luận rằng những giả định ban đầu là đúng đắn. Ví dụ, lý thuyết động học chất khí đã giả định rằng khí được tạo thành bởi những nguyên tử tuân theo các định luật của Newton với lực đẩy tầm ngắn khiến chúng va chạm với nhau tựa như những viên bi-a. Thế rồi người ta lại thấy rằng những nguyên tử huyền thoại sau khi va chạm với nhau có khuynh hướng chuyển động hỗn loạn một cách ngẫu nhiên - mà bất kỳ ai chơi bi-a cũng đều biết rõ. Xu hướng đó được gọi là nguyên lý hỗn độn và là nguồn gốc gây ra sự thất thường khó dự đoán của thời tiết[17]. Sau khi chuyển động hỗn loạn, đám bi hỗn độn trên bàn bi-a lại đua tranh một cách đẹp mắt để có được hành trạng của khí loãng, y hệt như những bổ chính cho định luật khí lý tưởng khi mật độ khí tăng do có sự tương tác giữa các nguyên từ. Vậy nên ta mới bảo rằng lý thuyết động học đã “cắt nghĩa” được định luật về khí lý tưởng - có nghĩa là nó giải thích được nguồn gốc của định luật đó. Nhưng cách suy luận này có một kẽ hở rất hiển nhiên về mặt logic, đó là, hành trạng mà người ta dùng để trắc nghiệm cho các giả thuyết lại cũng rất có thể là một hiện tượng tập thể phổ quát. Trong trường hợp như thế thì về cơ bản phép đo không thể nhạy cảm được đối với những giả thuyết vi mô, chẳng hạn như với sự tồn tại của các nguyên tử, và do đó những giả thuyết này hoàn toàn không thể được trắc nghiệm. Đó là một phép tam đoạn luận giả tạo: Thượng Đế là tình yêu, tình yêu thì mù lòa, Ray Charles bị mù, vậy Ray Charles là Thượng Đế[18]. Rủi thay, với những lý thuyết nói trên, sự việc lại là đúng như vậy. Ở cấp độ kích thước nguyên tử, các định luật của Newton hóa ra là sai.
Vào đầu thế kỷ 20, người ta đã khám phá ra rằng, nguyên tử, phân tử, và các hạt dưới nguyên tử được đặc trưng bởi những định luật của cơ học lượng tử - những quy tắc quá khác với những quy tắc của Newton đến mức các nhà khoa học đã vật vã để tìm ra những câu chữ thích hợp nhằm mô tả chúng. Ở thang kích thước này, các định luật của Newton đã đưa ra những tiên đoán sai về căn bản, ví dụ như việc tiên đoán rằng ở nhiệt độ không thì nguyên tử sẽ có kích thước bằng không và các vật rắn sẽ phải có nhiệt dung khổng lồ, mà trên thực tế thì đâu có như vậy. Một chùm nguyên tử heli chiếu vào bề mặt nguyên tử chất rắn hoàn hảo không bị bật trở lại theo mọi hướng như các định luật của Newton đã tiên đoán, mà bị nhiễu xạ thành cầu vồng giống như hành trạng của một chùm tia sáng[19]. Các nguyên tử chẳng hề giống những viên bi chút nào mà lại là các sóng; rồi các thành phần của nguyên tử cũng vậy, chúng kết lại với nhau tạo thành nguyên tử, giống như kiểu sóng nước lăn tăn kết lại với nhau để thành sóng cồn[20].
Vậy là hóa ra những định luật thần kỳ của Newton lại mang tính đột sinh. Chúng chẳng lấy gì làm cơ bản cả mà chỉ là hệ quả của sự kết tập của vật chất lượng tử thành các thể lỏng và các thể rắn vĩ mô - một hiện tượng tổ chức mang tính tập thể. Chúng là những định luật được khám phá đầu tiên và đã mang lại sự tồn tại cho kỷ nguyên công nghệ, và chúng cũng đúng và chính xác như bất kỳ điều gì chúng ta biết trong vật lý - nhưng khi được khảo sát kỹ lưỡng thì chúng biến vào hư vô. Thật ngạc nhiên là hình như một số các nhà vật lý vẫn còn phủ nhận điều này. Tới tận giờ này họ vẫn còn tổ chức những hội nghị về chủ đề ấy và nói đi nói lại chuyện các định luật của Newton như là sự “gần đúng” của cơ học lượng tử, có giá trị hiệu lực đối với các hệ có kích thước lớn - mặc dù cho đến giờ vẫn chưa có một sơ đồ gần đúng nào được tìm ra. Nhu cầu muốn xem những định luật của Newton như những định luật mang tính đột sinh trong giới hạn vĩ mô đã được đặt tên thánh là “nguyên lý tương ứng” trong những ngày tháng khi cơ học lượng tử còn non trẻ, và đã được sử dụng như một điều kiện bắt buộc để hiểu được phép đo lượng tử. Những ý niệm phi logic một cách trầm trọng (và phần nào sai lầm) về thuyết bất định lượng tử còn quanh quất với ta cho đến tận ngày nay chính là những hệ quả lộn xộn của quá trình đó. Nhưng nguyên lý tương ứng hiện vẫn chưa được chứng minh về mặt toán học.
Tôi lần đầu tiên biết được bản tính đột sinh của các định luật Newton là từ bài tiểu luận nổi tiếng của P. W. Anderson nhan đề More Is Different (Nhiều hơn có Nghĩa Là Khác biệt). Sau khi suy nghĩ rất lung về việc tại sao khi kim loại bị làm lạnh tới những nhiệt độ rất thấp lại bộc lộ sự chính xác kỳ lạ về tính siêu dẫn, Anderson đã nhận ra rằng nguyên lý tương ứng chính là trung tâm của tình trạng khó xử này. Nói một cách khác, thông qua sự chính xác của mình, hành trạng siêu dẫn đã phát lộ cho chúng ta thấy rằng thực tại hằng ngàychính là một hiện tượng tổ chức mang tính tập thể.
Cho nên có vẻ như cậu con trai tội nghiệp của tôi lúc đó đã bị bức hại về mặt trí tuệ. Đừng giận cha, Todd nhé.
❀ ❀ ❀
[1] Tác phẩm Philosophiae Naturalis Principia Mathematica của Newton được tái bản thường xuyên. Ví dụ xem I. Newton, bản dịch của I.B. Cohen và A. Witman, The Principia: The Mathematical Principles of Natural Philosophy (U. of California Press, Berkeley, CA, 1999). Cũng có nhiều cuốn tiểu sử về Newton và các tuyển tập về những công trình của ông đã được xuất bản. Xem R.S. Westfal, The Life of Isaac Newton (Cambridge U. Press, Cambridge, 1994); và B.I. Cohen, Newton: Text Backgrounds Commentaries (W.W. Norton, New York, 1996).
[2] Thuật ngữ vũ trụ tuần hoàn ngày nay ở một mức độ nào đó mang ý nghĩa không tốt. Xem S. J. Goerner, After the Clockwork Universe (Floris, Edinburgh, 1999).
[3] Việc các sao chổi chuyển động trong một quỹ đạo hình el ipse và quay lại định kỳ đã được Edmund Hal ey khám phá, ông đã sử dụng cơ học Newton để tiên đoán sự trở lại của sao chổi và các sao chổi đó giờ đây mang tên ông. Xem C. Sagan và A. Druyan, Comet (Bal antine, New York, 1997). Tài liệu tham khảo gốc về khám phá của Hal ey là E. Hal ey, Phil. Trans. Royal Soc. London 24, 1882-1899 (1705).
[4] Quỹ đạo Hải Vương tinh (Neptune) được Adams và Leverrier tiên đoán và được Gal e tìm ra. Xem S. Drake và C. T. Kowal, Scientific American 243, 52 (1980); và P. More, The Planet Neptune (Wiley, Chichester, 1988). Diêm Vương tinh (Pluto) được Percival Lowell tiên đoán và được Clyde Tombaugh tìm ra vào năm 1930. Xem S. A. Stern và D. J. Tholen, Pluto and Charon (U. of Arizona Press, Tuscon, 1998).
[5] John Harrison đã phát minh ra đồng hồ bấm giờ hàng hải đầu tiên vào năm 1759 và gọi nó là H-4. Về bản chất nó là một cái đồng hồ lớn, đường kính 10cm với lò xo là dải lưỡng kim. Nó được kiểm tra lần đầu tiên vào năm 1762 trong chuyến đi 6 ngày từ Anh tới quần đảo Caribbe. Sai số được ghi nhận khi tới Jamaica chỉ là 5 giây. Sai số về kinh độ tương ứng là 1.25 phút hoặc sai số hàng hải tuyệt đối là 30 dặm. Harrison đã dễ dàng dành chiến thắng trong cuộc thi kinh độ được tài trợ bởi Hội đồng kinh độ London. Vì những lý do phức tạp, hội đồng chỉ trả cho ông một phần tiền trong tổng số 20 nghìn bảng giải thưởng và vua George III đã phải can thiệp thay mặt cho Harrison để số tiền còn lại được giải ngân. Một trong những chiếc đồng hồ bấm giờ đầu tiên của Harrison đã đi cùng với thuyền trưởng Cooke trong chuyến hành trình thứ hai của ông (3 năm) kết thúc vào năm 1776. Cooke đã gọi chiếc đồng hồ bấm giờ đó là “người hướng dẫn trung thành của chúng ta xuyên suốt những biến đổi thất thường của thời tiết”. Xem D. Sobel, Lonngitude (Walker and Co., New York, 1995).
[6] Một cuộc thảo luận thú vị về đồng hồ nguyên tử có thể được xem trong C. Audoin, B. Guinot and S. Lyle, The Measurement of Time (Cambridge U. Press, Cambridge, 2001).
[7] La bàn hồi chuyển đi biển đầu tiên được công ty của Hermann Anschutz chế tạo vào năm 1908 ở Đức, sử dụng những nguyên lý do Max Schuler phát triển. Elmer Sperry đã phát minh ra la bàn hồi chuyển rẻ hơn vào năm 1911, và ông cũng phát minh ra bộ thăng bằng hồi chuyển cho tàu. Xem T.P. Hughes, Elmer Sperry: Inventor and Engineer (John Hopkins U. Press, Baltimore, 1993).
[8] S. Drake, Galileo at Work: His Scientific Biography (U. of Chicago Press, Chicago, 1978).
[9] Kính thiên văn được phát minh ra tại Hà Lan. Chính quyền nhân dân ở Hague đã thảo luận vào tháng 10 năm 1608 về ứng dụng phát minh của Han Lipperley đối với việc sử dụng của kính thiên văn công suất thấp như ống nhòm xem hát. Trong vòng một năm, kính thiên văn đã có bán tại Paris. Kính thiên văn vũ trụ đầu tiên được Galileo tạo ra vào năm 1609. Sử dụng nó, ông đã tìm ra các mặt trăng của Mộc tinh và thấy được những dải tinh vân của các ngôi sao. Xem H. King, The History of the Telescope (Griffin, London, 1955).
[10] Có một vài ấn phẩm hay về việc xét xử và bỏ tù Galileo vì tội dị giáo. Xem P. Redondi, Galileo Heretic (Princeton U. Press, Princeton, 1987). Một cuộc tranh luận đặc biệt có chiều sâu có thể tìm thấy trên website của Đại học Quốc tế Thiên chúa giáo: W. E. Carroll, Galileo: Science and Religion, http:///www.catholicity. com/school/icu/c02907.html.
[11] Galileo Galilei, Dialogue Concerning the Two Chief World Systems do S. Drake biên dịch (U. of California Press, Berkeley, 1967)
[12] Liệu tuyên bố đó có đúng không vẫn còn để ngỏ. Tại thời điểm đó, nước Ý đã chuyển sang sử dụng lịch hiện đại do giáo hoàng Pope Gregory XIII đề xướng, nhưng nước Anh vẫn sử dụng lịch của Julius Caesar. Do đó mặc dù chứng nhận ngày sinh của Newton và ngày chết của Galileo đều vào năm 1642 nhưng theo lịch của giáo hoàng Pope Gregory, Newton được sinh vào 4 tháng 1 năm 1643 trong khi Galileo chết ngày 4 tháng 1 năm 1642, còn theo lịch của Julius Caesar những ngày đó tương ứng là 25 tháng 12 năm 1642 và 4 tháng 1 năm 1643. Xem trang web http:// home.att.net/~ numericana/answer.
[13] J. B. Brackenridge, The Key to Newtonian Dynamics: The Kepler Problem and (U. of California Press, Berkeley, 1995).
[14] Còn gọi là Trưởng Lão Thuyết Bộ hay Thượng Tọa Bộ, ND.
[15] Bài tổng quan về đạo Phật (cho người phương Tây) xem D. C. Conath, Buddhism for the West: Theravada, Mahayana, and Vajrayana (McGraw-Hill, New York, 1974).
[16] Những bài giảng. ND.
[17] Điều hay nhất trong những cuốn sách bàn về hỗn độn là về những người tìm ra nó: E. N. Lorentz, The Essence of Chaos (U. of Washington Press, Seattle, 1994). Xem thêm J. Gleick, Chaos: Making a New Science (Penguin, New York, 1998); và G. P. Wil iams, Chaos Theory Tamed (Joseph Henry Press, Washington, D. C., 1994).
[18] Suy luận đặc biệt nhưng không đúng này đến từ trang chủ của đại học Golden Gate: http://internet.ggu.edu/university _libray/if/false_ syl ogisms.
[19] Đối với những cái nhìn khái quát về hiện tượng nhiễu xạ của nguyên tử Heli trung hòa trên bề mặt, xem G. Scoles, ed., Atomic and Molecular Beam Methods, Vols. I and II (Oxford U. Press, New York, 1992); and D. P. vWoodruff and T. A. Delchar, Modern Techniques of Surface Science (Cambridge U. Press, New York, 1994). Tài liệu tham khảo gốc về phát minh ra sự nhiễu xạ của nguyên tử xem I. Estemann and A. Stern, Z. Physik 61, 95 (1930). Xem thêm trang web http://sibener-group. uchicago. edu/.
[20] Đối với bài tổng quan toàn diện về nhiễu xạ electron xem L. M. Cowley, ed., Electron Difraction Techniques (Oxford U. Press, New York, 1992). Tài liệu tham khảo tổng quát phát hiện về nhiễu xạ electron xem C.J. Davisson and L.H. Germer, Phys. Rev. 30, 705 (1927). Đối với thảo luận về những kỹ thuật hiện đại xem A. Tonnomura, J. Endo, T. Matsuda, and T. Kawasaki, Am. J. Phys. 57, 117 (1989).
