LICH SU VU TRU

© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 1



LỊCH SỬ
VŨ TRỤ HỌC



hiepkhachquay dịch từ










Kiên Giang, tháng 8 & 10/2007
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 2



MỤC LỤC

Phần 1. Các tư tưởng vũ trụ học
Trang
Chương 1 – Thế giới quan Hi Lạp 3
Chương 2 – Sự ra đời của khoa học về vũ trụ 11

Chương 3 – Vũ trụ cơ giới 21
Chương 4 – Vũ trụ cô lập 29
Chương 5 – Vũ trụ dãn nở 48
Chương 6 – Big Bang hay trạng thái bền 61
Chương 7 – Cuộc hành trình vẫn tiếp tục 72

Phần 2. Các phương tiện nghiên cứu vũ trụ học

Chương 8 – Mắt trần 79
Chương 9 – Những chiếc kính thiên văn đầu tiên 87
Chương 10 – Kính thiên văn phản xạ buổi đầu 95
Chương 11 – Thời kì vàng son của kính thiên văn khúc xạ 103
Chương 12 – Quang phổ học và sự ra đời thiên văn học vật lí 114
Chương 13 – Sự hồi sinh của kính thiên văn phản xạ 123
Chương 14 – Những công cụ mới cho nghiên cứu vũ trụ học 131














Tài liệu download tại

hoặc
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 3
PHẦN I
CÁC TƯ TƯỞNG VŨ TRỤ HỌC


Chương 1
THẾ GIỚI QUAN HI LẠP


hế giới quan Hi Lạp là tư
tưởng tồn tại lâu đời
nhất trong lịch sử khoa học
vũ trụ. Liên quan gần gũi với
giả khoa học chiêm tinh học,
nó tiếp diễn từ thời Hi Lạp
cổ đại qua nền văn minh Hồi
giáo Trung cổ cho đến châu
Âu thế kỉ thứ 17.
Nền tảng của thế giới
quan Hi Lạp là triết học của
Plato. Ông cố đạt được một
mức thực tại sâu sắc hơn cái
mà cảm giác có thể đạt tới.
Ông cũng theo đuổi một lí
thuyết đơn giản về vũ trụ có
sức mạnh giải thích không
thể tin nổi. Kết quả là một
niềm tin nhất quán, đó là

chuyển động tròn. Niềm tin
này thống trị tư tưởng của
nhiều nhà thiên văn học và
vũ trụ học phương Tây trong
hai ngàn năm trời.

Hình ảnh tái dựng lại thế giới quan Hi Lạp, với Trái Đất ở
giữa, quay xung quanh là Mặt Trăng, Mặt Trời, các hành
tinh và hoàng đạo sao.

Plato (428-348/347 trước Công nguyên)

Plato chỉ lên trời, còn học trò của ông
Aristotle thì chỉ xuống đất. Tranh của
Raphael thuộc trường phái Athens.

Triết học của Plato và mối liên quan của nó đối với vũ trụ học Hi
Lạp không thể hiểu là một sự phản ứng lại các vấn đề xã hội và
chính trị. Plato thuộc về thời đại bước vào đời sống công chúng
khi Bạo chúa thứ ba mươi, gồm hai người bà con của ông, thống
trị Athens. Hành động của họ khiến Plato phẫn nộ. Khi ách
thống trị của họ bị lật đổ, Plato lại tính đến chuyện tham gia
chính quyền. Nhưng rồi nền dân chủ đã làm khổ người thầy và
người bạn của ông, Socrates. Những kinh nghiệm sau đó, có lẽ
gồm một lần chạm trán với sự độc tài của Syracuse, xác nhận sự
mất hết can đảm của Plato đối với hành động của những kẻ cầm
quyền. Ông tìm kiếm những chuẩn bất biến để trụ lại với những
phán quyết thiên vị của kẻ cầm quyền.
Trong câu chuyện ngụ ngôn nổi tiếng của ông về hang động,
Plato tưởng tượng con người bị trói buộc từ thời thơ ấu trong

một hang động, vì gông cùm nên họ vẫn phải ngồi đó, chỉ nhìn
T

© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 4
Bản sao bức tượng bán thân chân
dung nhà khoa học Hi Lạp với cái mũi
đã được sửa chữa lại.
vào một hướng. Một ngọn lửa phía sau họ tạo nên bóng của các
vật in lên vách hang phía trước mặt họ. Trong sự thiếu vắng bất
cứ thứ kinh nghiệm nào khác, những kẻ bị cầm tù chấp nhận
bóng đổ là thực tại. Plato giải thích rằng nhà tù hang động đó
tương ứng là bộ phận của thế giới được khám phá bởi các giác
quan thể xác của chúng ta. Việc thoát khỏi hang động tương ứng
với việc sử dụng trí thông minh để tiến tới hiểu biết về thế giới
thực tại.



Công việc cho các nhà thiên văn là xác định chuyển động của các hành tinh.
Những người quan sát bầu trời ở Trung Đông, Trung Mĩ, và Trung Hoa cổ đại đã
tiến hành nhiều quan trắc. Từ bảng số liệu của họ, họ đã nghĩ ra kế hoạch tiên đoán
sự chuyển động tương lai trên trời. Nhưng các giải thích mà những nhà quan sát bầu
trời người Babylon, người Maya, và người Trung Hoa cổ đại nghĩ ra cho những
chuyển động này không gì hơn những câu chuyện mang màu sắc thần thoại.
Khoa học về vũ trụ - tìm kiếm một bức tranh của vũ trụ thu được mà không
đề cập tới sự hiện diện của thần thánh – bắt đầu với người Hi Lạp. Họ theo đuổi
việc tìm kiếm xa hơn ngoài khuôn mẫu số cho một số điều cơ bản. Dưới ảnh hưởng
của Plato, các nhà tư tưởng Hi Lạp cố gắng nghĩ ra các kết hợp của chuyển động
tròn đều để mô phỏng chuyển động quan sát được, chúng thường là không đều.
Chuyển động tròn

Một sự kết hợp của chuyển động tròn đều có
thể gồm một vòng tròn lớn (nội luân - vòng
tròn DBC với Trái Đất tại tâm của nó), cuốn
đi xung quanh ở tốc độ không đổi một vòng
tròn nhỏ hơn (ngoại luân), vòng tròn này
thành ra quay xung quanh hành tinh (P) ở
tốc độ không đổi.

Chuyển động kết hợp của nội luân và ngoại luân có thể
mô phỏng chuyển động “thụt lùi” quan sát thấy của
các hành tinh. Khi nhìn từ Trái Đất ở chính giữa tại
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 5

Bên cạnh giả thuyết nội luân, còn có giả
thuyết lệch tâm, trong đó vòng tròn lớn
không còn có tâm trên Trái Đất nữa. Nó
trở thành một “đĩa lệch tâm” có tâm
nằm ở một điểm gần Trái Đất, E. Trong
giả thuyết lệch tâm, hành tinh P chuyển
động tròn đều dọc theo vòng tròn APDB
có tâm của nó tại C. Đối với nhà quan
sát trên Trái Đất, chuyển động có vẻ
nhanh lên và chậm xuống.



Như một phương kế cũ, tốc độ góc đều
đặn có thể đo được không phải tại
khoảng tâm của vòng tròn mà ở một số

điểm khác, điểm mặt bằng, A. Mặt Trời,
S, chuyển động trên vòng tròn có tâm tại
Trái Đất, nhưng nó không chuyển động
ở tốc độ đều. Tốc độ chuyển động của nó
được thiết đặt bởi điều kiện góc a biến
đổi đều theo thời gian.
các thời điểm 1, 2, 3 và 4, hành tinh chuyển động biểu
kiến trên nền mặt cầu của các sao từ 1,2 quay trở lại 3,
rồi lại tiếp tục chuyển động về phía 4, chuyển động
nhanh hơn hành tinh ở phía ngoài, bắt kịp và đi qua nó.


Eudoxus có thể, nhưng không cần thiết, giải thích
chuyển động giật lùi theo kiểu như sau.

Mặt cầu phía ngoài không được vẽ trong hình. Trục
quay của nó là thẳng đứng, trong mặt phẳng màn hình,
theo hướng bắc-nam. Mặt cầu bên ngoài mang mọi thứ
bên trong nó về phía đông. Trục của mặt cầu trong nằm
ngang và trong mặt phẳng màn hình. Chuyển động của
một hành tinh mang bởi mặt cầu trong là hướng lên
(hướng bắc) và hướng xuống (nam) và đi vào (tây) và
đi ra khỏi (đông) mặt phẳng màn hình. Hành tinh có vẻ
đi sang bắc và nam từ 1 đến 2, sang hướng bắc và đông
đến 3, theo hướng nam và đông đến 4, và theo hướng
nam và tây trở lại 1. Khi mặt cầu phía trong truyền một
chuyển động về phía đông cho hành tinh, di chuyển
hành tinh từ 2 đến 3 đến 4, chuyển động toàn thể về
phía đông, kể cả chuyển động về phía đông đều đặn
truyền bởi mặt cầu ngoài, sẽ rất nhanh chóng. Nếu như

tốc độ đi về phía tây truyền bởi mặt cầu trong lớn hơn
tốc độ đi về phía đông đều đều truyền bởi mặt cầu
ngoài, thì hành tinh sẽ có vẻ chậm dần và trong thời
gian ngắn đi về phía tây theo lộ trình từ 4 sang 1 đến 2,
khi vận tốc đi về phía tây của mặt cầu trong lớn hơn
vận tốc đi về phía đông của mặt cầu ngoài.
Mặc dù các mô hình hình học chi tiết chủ yếu được tạo
ra bằng những vòng tròn hai chiều Platon, nhưng nó
cũng có khả năng, ít nhất là về nguyên tắc, giải thích
cho các hiện tượng như chuyển động giật lùi quan sát
thấy của các hành tinh với mặt cầu ba chiều Aristotle.
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 6
Các nhà thiên văn Arab trong những thế kỉ sau đó tiếp
tục tinh lọc mưu đồ của người Hi Lạp. Họ nêu ra thêm
nhiều cách giải thích cho chuyển động hành tinh quan
sát được. Để hiểu rõ sự khéo léo của họ, bạn có thể tìm
hiểu thêm tại


Các nhà khoa học-triết học Hi Lạp đã đặt ra cho mình nhiệm vụ hình dung
vũ trụ là một tập hợp các thực thể vật lí. Học trò của Plato, Aristotle, bắt đầu thống
trị tư tưởng trong lĩnh vực này. Chỗ những người theo chủ nghĩa Plato nghĩ dưới
dạng toán học lí tưởng hóa về các vòng tròn hai chiều thì những người theo trường
phái Aristotle hình dung là những quả cầu ba chiều thực sự.
Aristotle dạy rằng các quả cầu quay mang theo Mặt Trăng, Mặt Trời và các
hành tinh xung quanh một Trái Đất tĩnh tại. Trái Đất là độc nhất do vị trí trung tâm
của nó và thành phần vật chất của nó. Mọi sự sinh ra và hủy diệt xảy ra trong vùng
“trần thế”, nằm bên dưới Mặt Trăng và ở phía trên Trái Đất. Vùng này gồm có bốn
nguyên tố: đất, nước, không khí và lửa. Vùng bên ngoài Mặt Trăng là bất biến và là
vùng hoàn toàn thuộc về thiên đường. Vùng đó chứa một nguyên tố bí mật thứ năm.

Các nhà triết học Hi Lạp đã ước tính khoảng cách tới Mặt Trăng, và còn cố
gắng tính ra kích thước của toàn bộ vũ trụ. Họ tin rằng nó là hữu hạn. Mặt cầu bên
ngoài của các sao mang chúng trên hành trình hàng đêm của mình xung quanh Trái
Đất.
Aristotle (384-322 tCN)

Aristotle là con trai của vị bác sĩ riêng của vua xứ
Macedon, vùng đất nghèo nàn của những kẻ ngang ngược ở
rìa bắc của bán đảo Hi Lạp. Khi ông 17 tuổi, năm 367,
Aristotle nam tiến tới Athens. Ông ở lại đó 20 tiếp theo để
học tại Viện của Plato. Trong khi đó, ở Macedon, Philip II
lên ngai vàng năm 359 và từ từ mở rộng quyền lực. Athens
vẫn là địch thủ chính của ông ta. Cảm nhận được sự chống
đối Macedon ở Athens, cùng với cái chết của Plato vào năm
397, khuyến khích Aristotle rời khỏi Athens. Ở Tiểu Á, ông
tìm được một viện hàn lâm mới dưới sự bảo trợ của người
trị vì địa phương, người có cô con gái nuôi 18 tuổi gả cho
Aristotle. Từ mô tả của ông về thời kì lí tưởng cho kết hôn là
37 tuổi đối với nam và 18 tuổi đối với nữ, có thể suy luận ra
rằng sự lưu vong tự nguyện của Aristotle khỏi Athens không
phải là một chuyện không vui. Năm 342, Aristotle trở lại
Macedon giám hộ con trai của Philip, Alexander. Philip
hoàn thành cuộc chinh phục xứ Hi Lạp vào năm 338, chỉ bị
ám sát chết vào năm 336. Alexander lên ngôi và Aristotle
trở lại Athens một cách thoải mái trên phương diện kẻ chiến
thắng. Trong khi Alexander xâm chiếm vùng Cận Đông, ông
không xao lãng việc gửi về Athens cây cỏ, động vật và các
bản ghi chép thiên văn về cho Aristotle nghiên cứu. Khi
Alexander Đại đế chết vào năm 323, Aristotle lại đi tha
hương tự nguyện. Ông mất một năm sau đó, năm 322.

Vị trí tự nhiên của nguyên tố đất là ở dưới, tại trung tâm của vũ trụ. Nguyên
tố đất có xu hướng chuyển động về vị trí tự nhiên của nó, hướng về trung tâm của
thế giới. Lửa thì di chuyển lên phía trên để tới được vị trí tự nhiên của chúng tại trên
cùng của vùng trần tục.
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 7
Không hề có thế giới khác nào nằm rải rác trong vũ trụ này, vì bản chất đất
của chúng sẽ buộc chúng chuyển động về phía vị trí tự nhiên của chúng tại trung
tâm vũ trụ.
Với Trái Đất nằm ở trung tâm, và hình cầu các sao nằm bên ngoài, vũ trụ
quan Aristotle nhỏ bé hơn hệ Mặt Trời của chúng ta.
Kế tục truyền thống Hi Lạp của Plato và Aristotle là nghiên cứu của Clausius
Ptolemy. Ông đã hệ thống hóa hàng trăm năm vũ trụ học hình học Hi Lạp với sự thể
hiện và bằng chứng chặt chẽ.
Ptolemy viết chuyên luận toán học của ông, sau này mang tên là Almagest
(sách chiêm tinh), vào khoảng năm 150 sau Công nguyên. Ông đã phát triển các hệ
thống hình học của chuyển động hợp nhất trên các vòng tròn hai chiều cho phù hợp
với những chuyển động quan sát được.
Trời không phải cấu tạo từ đá, kim loại, hoặc những chất đất khác, mà từ một
số chất thiêng liêng thuộc về thiên đường. Chất này không gây cản trở lối đi của
một phía qua phía bên kia.


Trong quyển sách sau này của ông,
Planetary Hypotheses (Giả thuyết về thế gian)
,
Ptolemy sử dụng các quả cầu rỗng ba
chiều, xếp lồng quả này trong quả
khác và bao quanh Trái Đất. Không có
không gian trống rỗng giữa các quả
cầu. Chiều dày của mỗi lớp vỏ khớp

với chuyển động nhỏ bên trong và bên
ngoài Trái Đất. Quả cầu quay tự mang
hành tinh hoặc Mặt Trời hoặc Mặt
Trăng trong quỹ đạo của nó xung
quanh Trái Đất.
Các quả cầu quay vì đó là chuyển
động tự nhiên của chúng. Ptolemy tin
rằng điều đó thích hợp cho sự phân bố
chuyển động tròn đều cho các hành
tinh vì sự hỗn loạn và không đều là
không quen thuộc với những thứ
thiêng liêng. Nghiên cứu thiên văn
học, cùng với những thứ thiêng liêng,
là đặc biệt hữu ích cho việc nâng cao
linh hồn của
con người.
Claudius Ptolemy
(100-170)

Về con người Ptolemy, chúng ta biết rất ít. Ông đã ghi
lại các quan sát kéo dài trong thời kì từ năm thứ chính của chế
độ Hadrian (125) cho đến năm thứ tư của Antoninus Pius
(141), và thực hiện tại kinh độ của thành Alexandria. Đây có
thể chính là thành phố Alexandria hoặc có khả năng là gần
Canopus. Được Alexander đại đế xây dựng ở rìa phía tây của
đồng bằng châu thổ sông Nile, Alexandria thu lợi từ đất đai
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 8
màu mỡ dọc theo sông Nile của Ai Cập và nhanh chóng trở thành một trong những đô thị
phồn vinh nhất trong thế giới Hi Lạp. Thư viện của thành phố có lẽ có khoảng nửa triệu
cuốn sách, có khả năng bao gồm cả bộ sưu tập cá nhân của Aristotle. Các thiết bị thiên

văn cũng được xây dựng tại Thư viện, và các quan trắc được thực hiện, vào lúc đầu là dưới
sự bảo trợ của các pharaoh đang tại vị. Tuy nhiên, vào thời của Ptolemy, Alexandria là
một thành phố La Mã cấp tỉnh.
Ptolemy: nhà khoa học hay kẻ lừa gạt ?

Ptolemy được hình dung một qua
bức tranh cũ, với góc cung một phần
tư và thần thơ ca Astronomia.

Ptolemy là nhà thiên văn học cổ đại vĩ đại nhất hay là kẻ lừa
gạt thành công nhất trong lịch sử khoa học ?
Quan sát của ông phù hợp với những người đương thời một
cách kì lạ; sự ăn khớp giữa lí thuyết và quan sát là quá tốt
cho sự thật. Dường như Ptolemy bịa đặt ra những số liệu
quan sát của ông.
Tuy nhiên, sự phù hợp giữa các thông số của ông và giá trị
hiện đại quá gần đến mức ngẫu nhiên. Có thể là Ptolemy đã
có một số lượng lớn quan sát, và sai số đã được triệt tiêu lẫn
nhau ở mức độ lớn trong tính toán của các thông số. Sau đó,
Ptolemy có thể đã chọn trong số những quan sát của ông một
vài quan sát phù hợp tốt nhất với lí thuyết, và rồi đưa những
ví dụ này vào minh họa cho lí thuyết.
Ptolemy thiếu kiến thức hiện đại của chúng ta về ngưỡng sai
số, độ lệch chuẩn, và việc sử dụng giá trị trung bình từ những
quan sát lặp đi lặp lại – các ý tưởng cho phép ông đề xuất
một lí thuyết nói chung là không cần thiết và phù hợp tuyệt
đối với mỗi điểm số liệu thu được, nhưng lại ăn khớp kém
chặt chẽ hơn với tất cả các điểm số liệu trong khoảng thời
gian giới hạn thống kê xung quanh một giá trị trung bình.
Thay vì vậy, không hề có bất kì dao động nào có thể chấp

nhận được trong sự ăn khớp giữa lí thuyết và quan sát, nên
mỗi số đo phải được hiểu là một kết quả chính xác. Bởi vậy,
sự lựa chọn sáng suốt từ trong số nhiều số đo là cần thiết.

Chúng ta cũng cần nhớ rằng Almagest không phải là một bài
báo nghiên cứu hiện đại, mà là một cuốn sách giáo khoa. Mục
đích của Ptolemy là đưa ra các thủ tục và số liệu ví dụ, chỉ rõ
cho các nhà thiên văn tương lai biết nó được thực hiện như
thế nào và cho phép họ đưa những quan sát riêng của mình
trong một ranh giới thời gian dài hơn để thu được các thông
số còn tốt hơn nữa.
Bất kì sự ba hoa hay bịa đặt nào do Ptolemy đưa ra phải
được nhìn nhận là một sự lừa dối được phép trong việc làm
ngăn nắp khoa sư phạm của ông, chứ không có xu hướng làm
cho những độc giả của ông hiểu sai lệch về những vấn đề
quan trọng. Truyền thống thiên văn học Hi Lạp liên quan
nhiều đến các thủ tục hình học nói chung hơn là những kết
quả bằng số nhất định. Tiêu chí hiện đại của khoa học cho
đến nay vẫn chưa có.
Khi đế chế La Mã sụp đổ và nền văn minh châu Âu thu hẹp lại, nền văn minh
Hồi giáo mạnh dần lên đã giải thoát cho vũ trụ học của Ptolemy – và mở rộng thêm
cho nó. Toàn bộ hệ thống kiến thức được truyền bá ngược trở lại phương Tây khi
nền học thuật ở đó hồi sinh vào cuối thời kì Trung cổ. Các bản dịch biểu lộ nhiều
sửa đổi. Chuyên luận toán học của Ptolemy được gọi là megiste, tiếng Hi Lạp có
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 9
nghĩa là “lớn nhất”. Cuốn này được chuyển tự sang tiếng A rập và thêm vào đầu
tiếp ngữ al (giống như trong các từ như algebra và tên các ngôi sao như Aldebaran).
Dịch từ tiếng A rập sang tiếng Latinh thời Trung cổ, cuốn sách của Ptolemy trở
thành “The Almagest”. Người A rập cũng dạy cho phương Tây các chữ số A rập, hệ
thống giá trị tính toán sử dụng số không, và nhiều kĩ thuật lượng giác, tất cả đều có

nguồn gốc từ Ấn Độ và đã thực hiện những cải tiến toán học quan trọng của riêng
họ.
Nền văn minh Hồi giáo quan tâm mức độ cao của nghiên cứu khoa học.
Thiên văn học thật quan trọng trong việc cung cấp thời gian cho cầu nguyện (từ độ
cao của Mặt Trời hoặc các sao) và quibla, hay là sự định hướng thần thánh: những
người sùng đạo ở bất kì đâu trên thế giới cần phải biết hướng của Mecca để họ có
thể quay mặt về đó khi cầu nguyện và các nhà thờ Hồi giáo phải quay mặt về phía
thành phố thiêng liêng đó. Dụng cụ đo độ cao thiên thể là một thiết bị thiên văn cơ
sở, dùng làm đồng hồ và công cụ hàng hải. Những ông hoàng đạo Hồi cũng xây
dựng những thiết bị khổng lồ để đo vị trí của các hành tinh và các sao cho mục đích
thiên văn học.

Dụng cụ đo độ cao thiên thể thời xưa.
Các chấm cong là vị trí của những ngôi
sao sáng.


Chiếc đồng hồ Mặt Trời lớn này tại Jaipur, Ấn Độ,
được xây dựng khoảng năm 1730, dành cho Moghul
Maharaja Sawai Jai Singh II. Tên gọi là Jantar-
Mantar (tiếng Sankrit có nghĩa là “Dụng cụ thần kí”),
thiết bị này có một mẫu mô phỏng ở Samakand.

Vũ trụ học và tôn giáo ở châu Âu Thời kì Tăm tối
“Điều quan trọng cần phải biết là Trái Đất hình cầu, hình trụ, hình đĩa, hay là một bề mặt
lõm ?”, St. Basil đã hỏi như vậy vào thế kỉ thứ tư. “Điều quan trọng cần phải biết là tôi sẽ
đối xử với tôi như thế nào, với khách khứa của tôi như thế nào, và với Chúa như thế nào”.
Cùng với sự sụp đổ của nền văn minh cổ ở Tây Âu, một vài người lại chú ý tới vũ trụ học.
Những công việc mà họ làm chủ yếu là giữ lại các phiên bản đơn giản hóa của các nghiên
cứu của thời Hi Lạp. Một số sử dụng quyền lực của thi ca Kinh thánh mơ hồ để trở lại hình

ành nguyên thủy về một Trái Đất phẳng. Có lẽ thế giới của chúng ta là một cái đĩa, tâm nằm
ở Jerusalem (đây là một ý tưởng mới, đối với những người không theo khoa học khác, họ đã
đặt quê hương của mình ở trung tâm của Vũ trụ). Khi văn minh và lòng say mê khoa học hồi
sinh vào cuối thời kì Trung cổ, các học giả cố tìm lại những tác phẩm thời Hi Lạp cổ đại
trong nhà kho đầy bụi bặm của các tu viện, họ nhận thấy rằng có nhiều tác phẩm đã bị tẩy
xóa bởi các thầy tu, phục hồi lại bản giấy da có giá trị lớn cho công việc sùng đạo.
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 10

Bản đồ thế giới lấy từ Anh năm 1300 với Jerusalem ở chính giữa. Châu Âu nằm ở góc phần
tư bên trái, thấp hơn.
Trong số những người A rập và Ba Tư là những nhà tính toán và nhà toán
học vĩ đại, những người đã nghiên cứu nhằm hoàn thiện lời giải thích mang tính vũ
trụ học của các số đo thiên văn. Ví dụ, Nasir al-din al-Tusi ở Maragha đã sáng tạo ra
một phép cộng mới đặc biệt cho chuyển động tròn của Ptolemy. “Cặp Tusi” tính ra
một chuyển động thẳng từ một sự kết hợp của các chuyển động tròn đều. Trong tác
phẩm mang tính cách mạng của ông về hệ Mặt Trời xuất bản năm 1543, Copernicus
sử dụng một công cụ gây ấn tượng giống như vậy. Copernicus cũng sử dụng một
mô hình cho chuyển động của Mặt Trăng giống hệt như mô hình đã được nghĩ ra
hai thế kỉ trước đấy bởi nhà thiên văn Ibn al-Shatir ở Damascus. Copernicus trích
dẫn nghiên cứu của các nhà thiên văn Hồi giáo và nhất định đã học được từ họ. Các
nhà sử học vẫn đang cố gắng xác định toàn vẹn quy mô của món vay nợ trí tuệ của
ông.
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 11
Chương 2
SỰ RA ĐỜI CỦA KHOA HỌC VỀ VŨ TRỤ

Cách mạng trong khoa học, giống như trong chính trị, thường bắt đầu từ cách
mạng trong nhận thức.
Năm 1543, Nicolas Copernicus nêu ra một sự chuyển đổi vị trí giữa Trái Đất
và Mặt Trời. Ông đặt Mặt Trời ở trung tâm của vũ trụ và đặt Trái Đất quay xung

quanh Mặt Trời. Để giải thích chuyển động hàng ngày của bầu trời, ông đặt Trái
Đất quay tròn xung quanh trục riêng của nó.

Một trang trong cuốn sách Về sự chuyển động của Copernicus (
De revolutionibus orbium coelestium
).
Copernicus đã tặng cuốn sách năm 1543 của ông cho
Giáo hoàng Paul III.

Nicholas Copernicus (1473-1543)
Copernicus học tại trường đại học Cracow,
Ba Lan, và sau đó trở thành một giáo sĩ thuộc
giáo đường tăng lữ Frombork. Ông phục vụ ở
đó cho đến khi qua đời. Tuy nhiên, có sự gián
đoạn khi học luật giáo sĩ ở trường Bologna và
học y khoa ở Padua. Ở Italia, Copernicus
cũng bận rộn với các nghiên cứu thiên văn
học.
Copernicus có được cơ sở của lí thuyết nhật
tâm của ông vào năm 1514, nhưng ông chỉ

Bức tranh sơn dầu thế kỉ thứ 16 này, treo ở Tòa
thị chính thành Torun, Ba Lan, có thể là bản
sao c
ủa một bức phác họa do Copernicus tự vẽ.

© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 12
thận trọng truyền bá nó trong số bạn bè để bình luận mà thôi. Lí thuyết đó vẫn không được
xuất bản vào năm 1539 khi một tông đồ Giêsu đảm nhận trọng trách. Copernicus nhận
được cuốn sách bàn về sự chuyển động của các quả cầu trên trời,

De revolutionibus orbium
coelestium
, chỉ vào lúc hấp hối trên giường, năm 1543.
Để tính vị trí của các hành tinh, Copernicus sử dụng một hệ hình học phức
tạp, rất giống với những người tiền nhiệm Hi Lạp và Hồi giáo của ông (các nhà sử
học vẫn đang nỗ lực phán xét những nguồn nào đã đóng góp cho ý tưởng của ông).
Hệ thống Ptolemy thỏa đáng một cách hợp lí trong việc phù hợp với quan
sát. Copernicus không có những quan sát mới và chính xác hơn như đòi hỏi để bác
bỏ lí thuyết cũ. Sự khao khát về một sự hài hòa toán học hơn nữa khiến ông cố tìm
một cái gì đó khác đi. Theo quan điểm của Copernicus, khi Ptolemy đưa ra chuyển
động xung quanh một điểm mặt bằng, ông ta đã vi phạm nguyên lí chuyển động
tròn đều. Hơn nữa, từ thuyết “nhật tâm” (Mặt Trời ở trung tâm) của Copernicus,
một vài hiện tượng quan sát thấy tuân thủ tự động, chứ không phải điều chỉnh như
trong thuyết Ptolemy.
Hệ nhật tâm ngược lại niềm tin đã có lâu nay và dường như không thể tưởng
tượng được đối với nhiều người. Đây là lí do tại sao Copernicus lại viết trong phần
mở đầu cuốn sách của ông rằng ông “ngập ngừng lâu nay không biết có nên mang
ra ánh sáng những dẫn giải của tôi để chứng minh cho chuyển động của Trái Đất”.
Dẫu vậy, bạn bè của ông “thường thúc giục và nài nỉ tôi xuất bản công trình này”.
Copernicus hi vọng rằng “nỗ lực của tôi đóng góp ở chừng mực nào đó cho toàn thể
con dân của Giáo hội… Không còn lâu nữa vì vấn đề cải cách lịch giáo hội đã được
cân nhắc”.
Thật vậy, trong hàng thế kỉ, bài toán khó về việc tính ngày tháng của lễ Phục
sinh tương lai là một động cơ chính của các quan sát và tính toán thiên văn học.
Trong hệ Copernicus, sự quay của Trái Đất gây ra chuyển động quan sát thấy
của các sao, chứ không phải sự quay của mặt cầu sao. Cho nên mặt cầu sao đã lỗi
thời.


Theo thế giới quan cổ đại và trung cổ, vũ trụ bị giới hạn bởi một mặt cầu phía ngoài chứa toàn bộ các sao.

Mặt cầu sao phía ngoài đơn giản là một vùng trời, có tâm ở Trái Đất, trong hình vẽ này (ở trên, bên trái) lấy
từ cuốn sách năm 1566 của Leonard Digges. Con trai của ông, Thomas, cuối cùng nhận ra rằng mặt cầu các
sao không cần thiết trong một vũ trụ trong đó Trái Đất quay. Hình vẽ của ông (bên phải), có tâm ở Mặt Trời,
cho thấy các sao phân tán qua một không gian mở mênh mông.

© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 13
Nhưng hệ quả hợp lí của sự cách tân của Copernicus không được nhận ra
ngay, bởi Copernicus hoặc bởi những người khác. Cuối cùng, nó được Thomas
Digges nhận ra, trong một hình vẽ do ông đưa vào làm phần phụ lục cho cuốn sách
của cha ông, Leonard. Leonard Digges đã dịch và diễn giải những phần chính của
công trình của Copernicus.
Giờ thì Trái Đất không còn là độc nhất nữa. Nó đơn thuần chỉ là một trong
nhiều vật thể tương tự trong hệ Mặt Trời. Nếu như Trái Đất là một trong nhiều hành
tinh tương tự, thì các hành tinh khác cũng phải có dân cư tương tự. Nguyên lí “sung
túc”, xem bất kì tiềm năng không nhận thức rõ nào trong tự nhiên là sự hạn chế của
sức mạnh của Tạo hóa, đã khuyến khích hơn nữa niềm tìn về nhiều thế giới. Kết
luận này được nhấn mạnh sâu sắc bởi Galileo và những quan sát bằng kính thiên
văn mới của ông.
Galileo Galilei (1564-1642)
Cha của Galileo muốn ông học y khoa, và ông đã học ngành y trong một thời
gian ngắn tại trường đại học Pisa. Nhưng Galileo thích toán học hơn. Ông nghiên
cứu với gia sư riêng ở Pisa và rồi tại nhà, ở Florence. Ông sớm có những bài giảng
riêng về toán học và rồi được bổ nhiệm làm trưởng khoa toán còn bỏ trống tại
trường đại học Pisa. Tại đây, người ta nói ông đã thả rơi những quả cầu sắt từ tháp
nghiêng xuống, như một thách thức công chúng đối với triết học Aristotle, người
nói rằng những quả cầu nặng phải rơi nhanh hơn. Chúng không rơi nhanh hơn.
Trong khi có lẽ Galileo chưa bao giờ làm cái việc giống như câu chuyện huyền
thoại này, nhưng nó đúng là tinh thần của ông – thách thức quyền lực, ý tưởng trong
sáng, và dựa trên quan sát thực tế.

Galileo Galilei (1564 – 1642) đầu những năm 40 tuổi, một vài năm trước khi bắt đầu thực hiện
những quan sát có tính đột phá bằng kính thiên văn vào năm 1609.

Các giáo sư thuộc phái Aristotle tất nhiên không thèm chơi với Galileo, và
ông sớm phải chuyển đến trường đại học Padua. Galileo chế tạo được một chiếc
kính thiên văn và là người đầu tiên sử dụng thiết bị mới này khảo sát bầu trời một
cách có hệ thống, thực hiện những khám phá lạ lùng. Ví dụ, ông phát hiện ra bốn vệ
tinh của một tinh vào đầu năm 1610. Ông đặt tên cho chúng là sao Medicean, kỉ
niệm Cosimo de Medici, vị đại công tước xứ Tuscany. Sau đó, vào năm 1610,
Galileo trở lại Florence làm nhà toán học và triết học, rồi đại công tước và nhà toán
học hàng đầu tại trường đại học Pisa, mà không có trách nhiệm phải giảng dạy.
Không có gì làm xáo trộn những ý tưởng cũ như cái mà Galileo nhìn thấy khi
hướng chiếc kính thiên văn của ông lên Mặt Trăng. Quan sát của ông về bề mặt Mặt
Trăng mang đến kết luận có tính cách mạng rằng Mặt Trăng không phải là một quả
cầu nhẵn nhụi, như những người theo chủ nghĩa Aristotle vẫn quan niệm. Nó không
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 14
bằng phẳng và gồ ghề, giống như Trái Đất. Đối với giáo điều cổ đại khi đó thì vấn
đề duy nhất nằm dưới bề mặt Mặt Trăng đó là nó thuộc về trần tục hay thiên đường?

Galileo thực hiện các bức phác họa này về các vệ tinh
của Mộc tinh khi nhìn qua kính thiên văn của ông,
trên mặt sau của một phong bì. Những bản phác họa
ghi lại các quan sát trong những đêm khác nhau suốt
thời gian từ 14 đến 25/1/1610. Có vẻ như ông thích
các ngôi sao luân phiên tới lui xung quanh hành tinh
đó.
Cái mà ông nhìn thấy là bốn vệ tinh lớn của Mộc tinh,
ngày nay gọi là Io, Europa, Ganymede, và Callisto.
Galileo có khó khăn rất lớn trong việc nhận ra ý
nghĩa thực sự của cái ông đang nhìn thấy; Callisto

thường nằm ra ngoài tầm nhìn (hạn chế) của kính
thiên văn của ông, Io thường biến mất trong ánh chói
của Mộc tinh, và một số vệ tinh thỉnh thoảng mất hút
trong bóng của Mộc tinh hoặc ở phía sau, hoặc ở
phía trước của chính hành tinh đó.
Galileo đặt tên cho các vệ tinh là “sao Medicean”, kỉ
niệm sự trị vì của dòng họ Florentine Medici. Đây là
một động thái có tính toán nhằm tăng cường cơ hội
quay trở lại Florence của ông, và đã thành công.Các
tên sử dụng ngày nay do Simon Mayr (1573 – 1624)
đặt ra, Simon là người một thời chiếm ưu thế trong
việc khám phá ra chúng.


Hình Mặt Trăng do Galileo vẽ
“ Bề mặt của Mặt Trăng không phẳng lặng, đều đặn, và có dạng cầu chính
xác như một số lượng lớn nhà triết học vẫn tin, mà nó gập ghềnh, gồ ghề, và
đầy các chỗ lõm xuống và nhô lên, không phải không giống với bề mặt Trái
Đất, bị bao vây bởi những dãy núi và thung lũng sâu”
Galileo Galilei
Một sự tương đồng khác, giữa Mộc tinh và Trái Đất, được cung cấp bởi
khám phá của Galileo về bốn vệ tinh của Mộc tinh, tương tự với một vệ tinh của
Trái Đất. Làm thế nào mà chúng có thể lấp đầy hệ thống các quả cầu mà mọi người
sử dụng kể từ thời Plato ? Galileo xem bốn hành tinh chưa bao giờ được nhìn thấy
từ khi khai sinh ra thế giới cho đến thời đại của chúng ta là khám phá quan trọng
nhất của ông.
“Ở đây, chúng ta có một luận cứ đẹp và tao nhã để làm lắng đi mối nghi ngờ
của những người hết sức bối rối trước việc chỉ có độc nhất Mặt Trăng
quay tròn xung quanh Trái Đất và hộ tống nó trong chuyển động quay hàng
năm quanh Mặt Trời con mắt riêng của chúng ta chỉ ra cho chúng ta bốn

© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 15
ngôi sao đi lang thang xung quanh Mộc tinh giống như Mặt Trăng đi xung
quanh Trái Đất, trong khi tất cả cùng với nhau đi theo một chuyển động lớn
xung quanh Mặt Trời ”
Galileo Galilei
Năm 1613, trong một bức thư khá lâu không công bố, Galileo bắt đầu biện
luận rằng Kinh Thánh và thuyết Copernicus là phù hợp với nhau. Các môn đồ của
Aristotle cố mang sức mạnh của nhà thờ chống lại Galileo, dẫn ra các đoạn Kinh
Thánh mô tả rõ ràng Trái Đất không chuyển động. Galileo biện luận rằng trong khi
việc hòa giải giữa sự thật khoa học và Kinh Thánh là một vấn đề của các nhà thần
học, thì họ không nên gây trở ngại cho các nhà khoa học nghiên cứu tự nhiên. Năm
1616, Giáo hội buộc Galileo không được giữ quan điểm hoặc bảo vệ cho thuyết
Copernicus. Năm 1624, Giáo hoàng Urban VIII, một người bạn của Galileo, cho
phép ông thảo luận hệ thống Copernicus trong sách vở nếu như ông cũng đồng thời
nói về hệ thống Ptolemy. Cuốn sách Đối thoại về hai hệ thế giới chủ yếu được xuất
bản ở Florence năm 1632, sau một vài sửa đổi theo yêu cầu của Giáo hoàng. Cuốn
sách này thường được xem là một kiệt tác của Galileo. Mặc dù ông khẳng định điều
ngược lại, nhưng cuốn Đối thoại biểu hiện sự xác nhận mạnh mẽ nhất của Galileo
cho hệ thống Copernicus hơn là anh bạn đồng hành Ptolemy của nó, mang lại nhiều
sự phản bác gay gắt của nhiều giáo lí trung tâm của nền vật lí Aristotle. Cuốn sách
đó vẫn rất hấp dẫn độc giả ngày nay.

Trang bìa cuốn Starry Messenger của Galileo
Galileo và thần học
Xung đột của Galileo với chính quyền được công nhận
trước tiên là với các nhà triết học thuộc trường phái
Aristotle ở các trường đại học Italia. Họ cố gắng mang giáo
điều Thiên chúa giáo, nhất là sức mạnh quyền lực của nó,
tòa án La Mã vào cuộc chiến đấu chống lại Galileo.
Chính quyền giáo hội cấp cao lúc đầu không phản đối khoa

học của Galileo. Thật vậy, một vị hồng y giáo chủ từng
nhận xét rằng Kinh Thánh chỉ cho chúng ta biết cách đi tới
Thiên đường, chứ không cho biết bầu trời chuyển động như
thế nào.
Galileo viết rằng khoa học của ông “mâu thuẫn với những
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 16
khái niệm tự nhiên được giữ phổ biến trong số các nhà triết học hàn lâm” và “việc khích
động chống lại tôi không phải là một số ít giáo sư”. Họ “tung ra những công kích khác
nhau và xuất bản hàng loạt tác phẩm chứa đầy những lí lẽ vô
nghĩa, và họ đã đào mộ chôn đi những sai lầm của việc gieo
rắc chúng với những đoạn trích lấy từ trong Kinh Thánh mà họ
đã thất bại trong việc hiểu chúng một cách đúng đắn”. Họ đã
“kiên quyết bịa đặt ra một lá chắn cho ảo tưởng của họ nằm
ngoài vỏ bọc tôn giáo giả cách và quyền lực của Kinh Thánh.
Galileo biện luận rằng học thuyết khoa học của ông “đã được
chứng minh, nên nó không thể mâu thuẫn với Kinh Thánh khi
chúng được hiểu một cách đúng đắn”.
Ông nhận ra rằng “thật hết sức đạo đức giả khi nói và thận
trọng xác nhận rằng Kinh Tháng linh thiêng có thể chưa bao
giờ nói thiếu thành thật-mỗi khi ý nghĩa đúng đắn của nó được
hiểu rõ”. Nhưng “vì cuộc tranh luận về các vấn đề vật chất chúng ta phải bắt đầu không
phải từ quyền lực của các đoạn trích lấy từ thánh kinh mà từ kinh nghiệm cảm nhận hàng
ngày và những luận chứng cần thiết”.
Galileo khuyên chính quyền Thiên chúa giáo không nên có hành động chính thức chống lại
học thuyết Copernicus, trong khi bằng chứng mới do kính thiên văn mang lại vẫn tiếp diễn.
Ông chủ trương hiểu các đoạn thánh kinh theo nghĩa ẩn dụ chứ không nên hiểu theo nghĩa
đen, trong đó Mặt Trời dường như là chuyển động.
Năm 1992, giáo hoàng John Paul II đã thành lập một ủy ban đặc biệt xét lại trường hợp
của Galileo, và giáo hoàng đã có lời xin lỗi chính thức, xóa án cho Galileo.
Có những lời phàn nàn, và Tòa án dị giáo triệu Galileo ra trước tòa ở Rome.

Ông bị ép buộc, có khả năng là dưới sự đe dọa tra tấn, phải thừa nhận rằng ông đã
đi quá xa trong tranh luận của ông cho Copernicus, và phải từ bỏ “tà giáo”
Copernicus. Cuốn sách của ông bị đặt trong danh mục sách cấm, nó vẫn bị cấm cho
tới năm 1835. Năm 1633, chính Galileo bị kết án tù chung thân. Bản ản ngay sau đó
được giảm nhẹ là quản thúc tại nhà vĩnh viễn. Ông đã sống những ngày còn lại của
đời mình trong biệt thự của ông trên vùng đồi Florence, tiếp tục viết những kiệt tác
khác – không phải về vũ trụ học mà về vật lí và cơ học.
Vũ trụ học Aristotle hình dung ra các quả cầu mang những hành tinh quay
xung quanh Trái Đất – những quả cầu pha lên rắn, theo một số người, cung cấp cấu
trúc vật chất của vũ trụ. Cuối thế kỉ 16, Tycho Brahe đã quan sát sao chổi chuyển
động qua hệ Mặt Trời. Sự thật này đã đập vỡ những quả cầu pha lê.
Tuy nhiên, Tycho vẫn là người bảo thủ. Ông miễn cưỡng đặt Trái Đất vào
chuyển động. Là một lựa chọn khác cho vũ trụ Copernicus với tất cả các hành tinh
quay tròn xung quanh Mặt Trời ở chính giữa, Tycho có hệ thống thế giới riêng của
ông. Trong thế giới đó, các hành tinh khác quay xung quanh Mặt Trời, còn Mặt Trời
quay xung quanh Trái Đất tĩnh tại ở trung tâm.
Từ những quan sát của ông về sao mới xuất hiện năm 1572 và sao chổi năm
1577, Tycho bị thuyết phục bởi sự lừa dối của hệ thống Ptolemy. Trong hệ thống
của Tycho, Trái Đất tuyệt đối đứng yên, nên chuyển động hàng ngày của các ngôi
sao cố định được gán cho là sự quay thường nhật của quả cầu ngoài cùng nhất, như
trong hệ thống Ptolemy. (Một hệ hành tinh tương tự đã được đề xuất thời cổ xưa bởi
Heraklides (khoảng 388-310 tCN), tuy nhiên, ông đã gán cho Trái Đất một chuyển
động quay quanh trục hàng ngày).

Trang bìa cuốn Đối thoại
về hai hệ thống thế giới
chủ yếu của Galileo xuất
bản ở Florence, tháng
2/1632.

© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 17
Từ quan điểm chuyển động hành tinh biểu kiến khi nhìn từ Trái Đất, hệ
thống này không thể phân biệt được bằng quan trắc với mô hình Copernicus, nhưng
vẫn giữ lại sự bất động của Trái Đất. Niềm tin về Trái Đất bất động đã theo Tycho
cho đến cuối đời ông. Lí do chủ yếu là ông đã không thể phát hiện ra thị sai hàng
năm của các sao cố định mà mô hình Copernicus tiên đoán, bất chấp độ chính xác
chưa từng có của những quan sát thực hiện với những thiết bị khổng lồ của ông tại
Uraniborg. Tycho có thể đo thị sai xuống tới hai phút cung (1/30 độ). Việc không
nhìn thấy thị sai đối với các sao cố định ngụ ý rằng chúng phải ở xa hơn Thổ tinh
hàng trăm lần, hành tinh ở ngoài cùng được biết vào lúc ấy.

Mô hình hành tinh, do Tycho Brahe nghĩ ra khoảng năm 1583, 40 năm sau cuốn sách của
Copernicus, là một nỗ lực không có sức thuyết phục nhằm lại đưa thuyết địa tâm vào hệ hành tinh
Copernicus.
Hình trên vẽ lại từ cuốn Helenographia của Hevelius. Trước khi Tycho qua
đời, ông đã tiến cử Johannes Kepler là nhà toán học hoàng gia cho Rudolph II,
hoàng đế của đế chế La Mã Thiên chúa giáo. Số liệu của Tycho mang lại cơ sở cho
nghiên cứu của Kepler.
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 18
Tycho Brahe (1546-1601)

Sinh ra trong dòng dõi quý tộc Đan Mạch, Tycho du ngoạn
cùng với một vị thầy dạy đến các trường đại học châu Âu và
trở nên bị cuốn hút vào thiên văn học. Ông nhận thấy ông cần
nhiều thiết bị chính xác hơn và nhiều quan sát hơn nữa để hiệu
chỉnh các lí thuyết không đúng. Sau cái chết của cha ông,
Tycho thừa hưởng một gia sản đủ để xây dựng một số thiết bị
và tiếp tục niềm say mê của ông với thiên văn học. Ông tiếp
tục trở thành nhà quan sát thiên văn nổi tiếng của thế kỉ thứ
16.

Tycho trở nên nổi tiếng với việc quan sát một ngôi sao mới
(sao siêu mới) vào năm 1572. Nhà vua Đan Mạch đã cấp cho
Tycho hòn đảo Hveen, kể cả chi phí và nhân công làm việc
trên đảo. Tycho xây dựng một đài quan sát và bắt đầu tích lũy
những quan sát mới có độ chính xác chưa từng có. Từ những
số liệu này, Johannes Kepler sau này đã xác định được rằng
quỹ đạo hành tinh hình elip, chứ không phải hình tròn.
Cựu hoàng đế qua đời và Tycho bị thất sủng bởi vị hoàng đế
mới. Ông rời khỏi Hveen năm 1597 cùng với hai tá người
trong nhà và các thiết bị của ông. Tycho chu du khắp châu Âu
hơn 2 năm trời trước khi dừng lại ở Prague, dưới sự bảo trợ
rộng lượng của hoàng đế Rudolph II của Đế chế La Mã Thiên
chúa giáo. Tycho sớm qua đời ở đó.
Johannes Kepler (1571-1630)
Sinh ra trong một gia đình thường dân
và nghèo xơ xác, Kepler vào học trường đại
học
Tübingen
(nay thuộc Đức) theo một học
bổng, nghiên cứu toán học và thiên văn học.
Ông tiếp tục vào trường thần học, ý định trở
thành một giáo sĩ Cơ đốc. Ông sớm được mời
rời khỏi đó và dạy toán ở một trường học tại
Graz (nay thuộc Áo).
Tại đấy ông đã tưởng tượng ra mô hình thế giới viễn vông của mình dựa trên
cơ sở học thuyết Platon. Lí thuyết đó sai lầm, nhưng nó đã mang danh tiếng đến cho
Kepler. Sau khi Tycho Brahe dời từ Đan Mạch đến Prague, Kepler đến thăm ông ở
đó. Kepler nhận thấy giá trị của những quan sát đồ sộ của Tycho chính xác hơn bất
kì quan sát nào trước đấy. Ông thừa hưởng cả số liệu của Tycho và thiện chí của
hoàng đế sau cái chết của Tycho năm 1601. Nghiên cứu số liệu, Kepler nhận ra cái

sau này trở nên nổi tiếng là ba định luật mang tên ông, cũng với nhiều quy tắc khác,
một số đúng đắn và một số khác nay đã lãng quên.
Kepler tin rằng Thượng đế và Tạo hóa đã sáng tạo ra một thế giới có trật tự
và điều hòa. Kepler thẳng thắn bênh vực cho hệ nhật tâm Copernicus cả vì sự tiện
lợi về mặt kĩ thuật của nó, như nó có khả năng loại bớt một số rắc rối của hệ thống
Ptolemy, và trên cơ sở triết học, gồm một nhân dạng tượng trưng của Mặt Trời với
Thượng đế tại trung tâm của tất cả.
Cuộc đời thăng trầm của Kepler đã bị ô nhục vào lúc cuối, bởi, trong số
nhiều thứ khác, mẹ ông thử nghiệm làm ma thuật, và sự di cư liên tục và sự ổn định
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 19
về mặt kinh tế dưới tình trạng căng thẳng của chiến tranh và các chuyển biến chính
trị.

Mô hình vũ trụ của Kepler với quả cầu của Thổ tinh ở ngoài cùng, cho thấy mức độ mà khoảng
cách có thể xác định bằng các quy luật hình học.
Niềm tin vào chuyển động tròn đều là một mặt căn bản của thiên văn học
phương Tây trong hai thiên niên kỉ. Niềm tin này bị phá vỡ vào đầu thế kỉ 17.
Kepler, sử dụng số liệu quan trắc của Tycho, chỉ ra rằng Trái Đất và tất cả những
hành tinh khác đều quay xung quanh Mặt Trời theo những quỹ đạo hình elip. Đây là
định luật thứ nhất trong ba định luật Kepler. Nó được công bố năm 1609 trong cuốn
sách của Kepler về nền thiên văn học mới của ông, Astronomia nova.
Các định luật Kepler tìm thấy cho chuyển động của các hành tinh sử dụng
tương tự cho quỹ đạo của Trái Đất. Ông đã loại bỏ sự phân biệt cổ xưa giữa nền vật
lí của quả cầu đất của chúng ta bên dưới Mặt Trăng và nền vật lí thiêng liêng của
một vương quốc cao hơn.
Ba định luật Kepler
Mô hình hệ Mặt Trời của Tycho

© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 20
Định luật thứ nhất và là định luật mang tính cách mạng nhất của Kepler là các hành tinh

chuyển động theo những quỹ đạo elip đơn giản, chứ không phải một số sự kết hợp của
những vòng tròn trịa như mọi người trước ông vẫn nghĩ.
Định luật thứ hai của ông là định luật diện tích bằng nhau, như thế này:


Một hành tinh chuyển động nhanh nhất trên quỹ đạo elip của nó khi nó ở vị trí A, gần tiêu
điểm S của elip nhất, là nơi của Mặt Trời. Tốc độ quỹ đạo của hành tinh biến thiên sao cho
trong những khoảng thời gian bằng nhau, nó đi được khoảng cách AB, BC, CD, và vân
vân, sao cho vùng quét bởi đường nối nó và Mặt Trời luôn luôn có diện tích bằng nhau.
Định luật Kepler thứ ba phát biểu rằng bình phương chu kì thiên văn (thời gian cần thiết
để hoàn thành một vòng quay xung quanh các ngôi sao) của hành tinh tỉ lệ với lập phương
bán trục lớn quỹ đạo của nó.


Nền vật lí Aristotle không còn hoạt động trong vũ trụ của Copernicus và
Kepler. Một lời giải thích cho câu hỏi làm sao mà các hành tinh tiếp tục quay trở lại
cùng đường đi cũ mãi mãi xung quanh Mặt Trời vẫn là một bài toán lớn của thiên
văn học mãi cho đến khi Isaac Newton giải thích cách các vật chuyển động dưới sự
hấp dẫn. Ông đạt tới điều này bằng cách chỉ ra cách thức các chuyển động trên bầu
trời tuân theo cùng các quy luật xác định chuyển động của các vật trên Trái Đất.
Điều này dẫn đường tới việc hiểu cái không ngừng được nhìn nhận là vũ trụ cơ giới.
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 21
Chương 3
VŨ TRỤ CƠ GIỚI


Isaac Newton (1642-1727)
Cha của ông qua đời trước khi ông chào
đời và mẹ ông tái giá khi chưa đầy ba năm sau
đó, để Newton lại cho bà ngoại chăm sóc.

Những năm tháng khó khăn thuở đầu có lẽ đã
góp phần cho sự khó tính của ông khi trưởng
thành. Ông tốt nghiệp trường Trinity College,
Cambridge, và phục vụ ở đó với tư cách là giáo
sư Lucasian. Sau đó, Newton chuyển đến
London và làm chủ tịch Hội Hoàng gia. Những
thành tựu trí tuệ xuất sắc nhất của Newton gồm
sự sáng tạo ra phép tính giải tích, phát minh ra
kính thiên văn phản xạ, phát triển lí thuyết hạt
ánh sáng, và phát triển các nguyên lí hấp dẫn và chuyển động trên Trái Đất và
chuyển động thiên thể. “Thế giới quan Newton” không chỉ thâm nhập sự hiểu biết
thế giới vật lí, mà còn thâm nhập những lĩnh vực trí tuệ như chính trị và kinh tế học
– trong đó ngày nay người ta tìm kiếm những quy luật đơn giản và phổ quát thuộc
loại mà Newton đã chứng minh trong vật lí và thiên văn học.
“Cho đến nay tôi không thể phát hiện ra nguyên nhân của những tính chất
đó của hấp dẫn từ các hiện tượng, và tôi không điều chỉnh giả thuyết… Và
đối với chúng ta, thế là đủ cho hấp dẫn thật sự tồn tại, và tác dụng theo
những quy luật mà tôi đã giải thích, và là nguyên nhân cho mọi chuyển động
của các thiên thể, và của biển cả của chúng ta”.
Isaac Newton
Sự có mặt khắp nơi của Chúa tràn ngập vũ trụ quan Newton. Sự hiện diện
thiêng liêng đó vận hành như một “ête” vô hình không làm cản trở vật nào, nhưng
có thể di chuyển chúng bằng lực hấp dẫn.
Thuyết hấp dẫn Newton thực tế yêu cầu một phép lạ liên tục ngăn cản Mặt
Trời và các sao cố định hút lẫn nhau. Newton hình dung ra một vũ trụ lớn vô hạn,
trong đó Chúa đã đặt các vì sao ở khoảng cách vừa đúng sao cho sức hút của chúng
triệt tiêu lẫn nhau, chính xác như các kim nam châm nằm cân bằng trên giá nhọn đỡ
chúng. Một giải pháp khả dĩ khác là đặt các sao cố định cách nhau những khoảng
cách khổng lồ sao cho chúng không thể cảm nhận được sức hút lẫn nhau trong vài
nghìn năm kể từ thời sáng tạo ra thế giới.

Giả thuyết cổ xưa cho rằng các sao cố định ở một vị trí không phải là một
vấn đề gì nghiêm trọng mãi cho đến năm 1718, khi nhà thiên văn người Anh
Edmond Halley công bố một khám phá đáng chú ý. Ba ngôi sao sáng đã không còn
ở vị trí xác định bởi những quan sát cổ xưa. Các ngôi sao tự do di chuyển như mọi
đối tượng vật chất bình thường khác.


© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 22
Vũ trụ học Newton và tôn giáo
Isaac Newton bị thuyết phục rằng những khám phá của ông chứng minh cho phép lạ của
Chúa. Sự sáng tạo ngăn nắp của hệ Mặt Trời cho thấy trí tuệ và sức mạnh của Chúa, và
con đường mà các hành tinh đi theo trong quỹ đạo của chúng, bất chấp sự nhiễu loạn do
sức hấp dẫn của những hành tinh khác, biểu hiện sự can thiệp liên tục của Ngài. Nhưng sự
chuyển biến nhận thức theo sau vũ trụ học Newton, nhất là ý niệm về một vũ trụ cơ giới,
giống như một chiếc đồng hồ, đã báo trước mối liên hệ lịch sử giữa vũ trụ học và tôn giáo
trong hệ tư tưởng phương Tây.

Ngôi nhà nơi Newton trưởng thành. Các giáo sĩ thời Trung cổ nghiên cứu ánh sáng và cầu vồng là những biểu
hiện của sự soi sáng thần thánh. Newton cũng cảm nhận một cái gì đó siêu nhiên nơi ánh sáng. Nhưng khi ông
thử giải thích màu sắc dưới dạng các hạt cơ tính, ông đã đi đến một quan điểm khác về vũ trụ.

Nhà triết học người Đức Leibniz và các nhà phê bình khác chỉ trích rằng thế giới quan
Newton đã góp phần dẫn đến sự suy tàn của tôn giáo tự nhiên ở nước Anh. Ý tưởng cho
rằng Chúa thỉnh thoảng can thiệp vào vũ trụ, rất giống với một thợ chế tạo đồng hồ kém
lành nghề phải thỉnh thoảng quấn lại và sửa chữa sản phẩm của mình, đặt ra nghi vấn về
sự hoàn thiện của Chúa. Những người ủng hộ Newton thì chấp nhận rằng Chúa phải can
thiệp vào vũ trụ, nhưng chỉ vì sự can thiệp là một phần của kế hoạch thần thánh.
Niềm tin thế kỉ thứ 18 về tính có trật tự của vũ trụ có tính quyết định đến sự ngăn nắp của
các nghiên cứu thần học, triết học, và khoa học quan trọng. William Whiston, người kế tục
Newton tại trường đại học Cambridge năm 1703, biện hộ rằng vũ trụ, với sự đối xứng

tuyệt vời của nó, với những chuyển động đều, và các quy luật có thể nhận thức được, chắc
chắn là công trình của đấng Tạo hóa ngay cả khi loài người không tìm hiểu được tất cả
các nguyên lí chi phối vũ trụ.
Không có kính thiên văn cỡ lớn và những quan sát có tính khám phá về những ngôi sao ở
xa, các nghiên cứu triết học và thần học thống trị trong vũ trụ học thế kỉ 18. Tình huống
này bắt đầu biến chuyển sau khi nhà thiên văn học người Anh William Herschel đề ra một
mô hình vũ trụ học có nguồn gốc từ quan trắc. Từ những năm 1780 trở đi, bầu trời, thâm
nhập bởi những chiếc kính thiên văn cỡ lớn của Herschel, liên tục được hiểu rõ dưới dạng
một cấu trúc ba chiều có thể mở rộng dần.
Nhu cầu cần thiết cho sự can thiệp thần thánh cũng giảm đi khi các nhà thiên văn trong thế
kỉ 18 giải được các bài toán cơ học thiên thể. Năm 1786, chẳng hạn, nhà toán học và nhà
thiên văn học người Pháp Pierre-Simon Laplace chứng minh được rằng tương tác hấp dẫn
của Mộc tinh và Thổ tinh tự hiệu chỉnh được. Những nỗ lực như thế này là một cố gắng
nhằm thay thế giả thuyết về vai trò của Chúa bằng một lí thuyết vật lí thuần túy để giải
thích trật tự quan sát thấy của vũ trụ.
Nỗ lực của Laplace nhằm thay thế giả thuyết về vai trò của Chúa bằng một lí thuyết vật lí
thuần túy để giải thích trật tự quan sát thấy của vũ trụ phản ánh cách tiếp cận tự nhiên
theo chủ nghĩa vô thần của những nhà khai sáng Pháp. Laplace đã thành công, ít nhất là
theo ý kiến của riêng ông. Theo truyền thuyết, khi Napoleon hỏi ông rằng ông có dành chỗ
nào cho Đấng sáng tạo không, Laplace trả lời rằng ông không cần một giả thuyết như thế.
Sự tách rời Chúa khỏi vũ trụ vật lí là điều không thể tránh khỏi với sự phát triển của vũ trụ
học hiện đại, cho dù Newton và những người khác có bị thuyết phục bao nhiêu rằng những
khám phá của họ minh họa cho sự hiện diện và sức mạnh của Chúa. Thay vì vậy, nhiều
© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 23
người xem khoa học là một đối thủ của tôn giáo, xem đó là cảm hứng, xu hướng và tiêu
chuẩn của sự thật.

Edmond Halley (1656 – 1743)
Edmond Halley (đôi khi còn gọi là “Edmund”) học tại trường đại học
Oxford, nhưng ra trường trước khi tốt nghiệp, để quan sát sao trong vòng

một năm ở bán cầu nam. Sau khi trở lại Anh, Halley hoạt động trong Hội
Hoàng gia London. Ở đó, ông đã giúp ông bạn Isaac Newton của mình
nghiên cứu về hấp dẫn và viết cuốn Principia (Nguyên lí), và còn chi tiền
xuất bản cuốn sách đó. Halley nổi tiếng có khiếu phân tích quỹ đạo sao
chổi, ông chỉ ra quỹ đạo của chúng có hình elip và tuần hoàn. Sao chổi
Halley đã quay lại, như ông tiên đoán, năm 1758, 15 năm sau khi ông qua
đời. (Sao chổi đó xuất hiện lần cuối vào năm 1986, và lần xuất hiện kế tiếp
sẽ là năm 2061) Khám phá của Halley về chuyển động sao, ít được biết tới
hơn sao chổi của ông, cũng là một thành tựu. Các ngôi sao không còn
được ai tin là cố định nữa, dù là trên quả cầu ngoài cùng hoặc trong
không gian. Lúc vào tuổi 63, Halley được bổ nhiệm là nhà thiên văn hoàng
gia, ông giữ vị trí đó cho tới khi qua đời.

Giải thích trật tự vũ trụ
Newton xem chuyển động của các sao và hành tinh là những bài toán trong
cơ học, chi phối bởi cùng các quy luật chi phối chuyển động trên Trái Đất. Ông mô
tả lực hấp dẫn bằng toán học.
Mặt khác, nhà triết học người Pháp René Descartes lại đề xuất một mô hình
phi toán học. Ông cho rằng vũ trụ gồm những xoáy khổng lồ của vật chất vũ trụ. Hệ
Mặt Trời của chúng ta sẽ chỉ là một trong số nhiều xoáy như thế. Descartes chính
thức cấm nghiên cứu khoa học “che lấp” hiện tượng, hoặc làm ẩn đi sự cảm nhận.
Ông cho vật chất trên trời chuyển động tròn xung quanh Trái Đất, đẩy tất cả vật chất
địa cầu về phía Trái Đất. Những học trò của Descartes ngờ vực sự lựa chọn của
Newton, một lực hấp dẫn bí ẩn tác dụng xuyên khoảng cách.

Hình vẽ xoáy của Descartes trong cuốn sách Nguyên lí triết học năm 1644 của ông.

© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 24
Vũ trụ học cơ giới, máy móc của Descartes được chấp nhận cao trong quan
niệm của thế giới thế kỉ 17 nói chung như là một cỗ máy. Mặc dù giải thích của ông

là sự mô tả lại định lượng của các hiện tượng bằng thuật ngữ cơ giới. Trong các lớp
học thế kỉ 18, lí thuyết xoáy tỏ ra không thể tính toán những chuyển động hành tinh
quan sát được. Trong khi đó, học thuyết Newton đối thủ lại tiến bộ từ thành công
định lượng chính xác này đến thành công khác.
Hệ Mặt Trời có nhiều thiên thể, và việc tính toán quỹ đạo của bất kì hành
tinh hoặc vệ tinh nào cũng không đơn giản là bài toán về sức hút hấp dẫn của nó lên
những vật thể xung quanh quỹ đạo của nó. Ngoài ra, những vật thể khác có ảnh
hưởng nhỏ hơn, nhưng không phải không đáng kể (gọi là “nhiễu loạn”). Ví dụ, Mặt
Trời làm thay đổi chuyển động của Mặt Trăng xung quanh Trái Đất, và Mộc tinh và
Thổ tinh làm biến đổi chuyển động của từng hành tinh khác xung quanh Mặt Trời.
Nhà toán học người Thụy Sĩ Leonard Euler đã giúp phát triển những kĩ thuật toán học cần
thiết cho tính toán những hiệu ứng nhiễu loạn. Ban đầu, ông áp dụng chúng cho Mặt
Trăng, và rồi năm 1748, áp dụng cho Mộc tinh và Thổ tinh,
với sự thành công một phần.
Vẫn không giải thích được là những bất thường to
lớn trong chuyển động của Mộc tinh và Thổ tinh, và sự
gia tốc của tốc độ quỹ đạo của Mặt Trăng xung quanh
Trái Đất. Nhà thiên văn, toán học người Pháp Pierre-
Simon Laplace đã giải quyết những vấn đề này vào năm
1785 và 1787. Trong cuốn sách của ông,
Mécanique Céleste
,
xuất bản thành năm tập từ năm 1799 đến 1805, Laplace
đã tổng kết những nghiên cứu của ông về cơ học thiên
thể. Trong đó, ông đề xuất rằng mọi hiện tượng vật lí
trong vũ trụ có thể đơn giản thành một hệ nhiều hạt tác
dụng lực hút và lực đẩy lẫn nhau.
“Tôi muốn thiết lập rằng các hiện tượng của tự nhiên đơn giản hóa thành
phép phân tích cuối cùng cho sự tác dụng xuyên khoảng cách từ phân tử lên
phân tử và xem những tác dụng này phải đóng vai trò cơ sở cho lí thuyết

toán học của những hiện tượng này”.
Pierre-Simon Laplace
Tác phẩm của Laplace không chỉ dành cho các nhà khoa học. Cuốn sách năm
1796 của ông,
Exposition du Système du Monde
, tóm tắt dành cho mọi người có mặt
bằng hiểu biết chung về thiên văn học và vũ trụ học cuối thế kỉ 18. Trong cuốn sách
đó, Laplace đã tiến tới một ý tưởng nổi tiếng là “giả thuyết tinh vân”. Ông đề xuất
rằng hệ Mặt Trời của chúng ta, và thật ra là tất cả các ngôi sao, đều hình thành tự sự
lạnh đi và hóa đặc của một “tinh vân” (một đám hạt khí) nóng quay tròn khối lượng
rất lớn. Giả thuyết tinh vân ảnh hưởng mạnh mẽ lên các nhà khoa học trong thế kỉ
19, khi họ cố gắng xác nhận hoặc thách thức nó. Cơ sở của ý tưởng vẫn là trung tâm
của kiến thức của chúng ta ngày nay về sự hình thành hệ Mặt Trời.
Các tác giả thuộc thời kì lãng mạn vào đầu thế kỉ 19 – ví dụ như William
Wordsworth ở Anh và Friedrich Schelling ở Đức – quay trở lại chống đối vũ trụ học
Newton. Bị thuyết phục rằng trật tự vũ trụ là nằm ngoài sự giải thích của khoa học,

© hiepkhachquay Lịch sử vũ trụ học | Trang 25
họ thổi hơi thở cuộc sống thần thánh trở lại cái dường như là một vũ trụ vô thần đã
bị cơ giới hóa quá mức.
Nhà triết học người Đức Immanuel Kant biện hộ phản bác các nhà lãng mạn,
khăng khăng rằng siêu hình học không thể mang lại một lời giải thích cho nền tảng
của tự nhiên vật chất, hữu hình và rằng vấn đề sự tồn tại của Chúa hoàn toàn bị tách
khỏi kinh nghiệm cảm giác trực tiếp. Đối với ông, hệ Mặt Trời Newton mang lại
một mô hình cho hệ thống sao rộng lớn hơn. Kant giải thích rằng cùng nguyên nhân
đem lại cho các hành tinh lực li tâm của chúng, giữ chúng trong quỹ đạo xung
quanh Mặt Trời, cũng có thể đem lại cho các sao sức mạnh quay tròn. Và bất cứ thứ
gì làm cho mọi hành tinh chuyển động trên quỹ đạo đại thể là trên một mặt phẳng
đều có thể thực hiện điều tương tự đối với các sao. Theo Kant, những vật thể xuất
hiện mờ đục trên bầu trời trở thành những hòn đảo vũ trụ, giống như những hệ Mặt

Trời khổng lồ.
Tư tưởng của Kant về vũ trụ ít mang nội dung quan sát. Cơ sở của giả thuyết
vũ trụ học của ông là triết học và thần học. Sự quan sát lần đầu tiên đi vào vũ trụ
học như một phương pháp chủ yếu là vào cuối thế kỉ 18, nhờ nhà thiên văn học
nghiệp dư người Anh, William Herschel.
William Herschel và sự xây dựng cấu trúc của bầu trời

Hệ Mặt Trời theo lí thuyết Newton mang lại một mô hình cho hệ thống sao
rộng lớn hơn. Sự sắp xếp của các sao có lẽ cũng tương tự như sự sắp xếp của các
hành tinh. Hơn nữa, hệ thống Newton mang lại một sự giải thích vật lí tương tự cho
một cấu trúc dạng đĩa. Cùng một nguyên nhân đã mang lại cho các hành tinh sự
chuyển động của chúng và hướng chúng vào quỹ đạo của chúng trong một mặt
phẳng có thể cũng mang lại sức mạnh quay tròn cho các sao và mang quỹ đạo của
chúng vào một mặt phẳng.
Vào cuối thế kỉ 18, quan sát
cuối cùng đã đi vào vũ trụ học các sao
theo con đường chính, bằng đóng góp
cá nhân của nhà thiên văn học nghiệp
dư William Herschel. Những khám phá
của ông thực hiện được bằng kính
thiên văn cỡ lớn do ông tự chế tạo.
Từ những quan sát của ông,
William Herschel báo cáo năm 1784:
“Một tình huống rất đáng chú ý có mặt
trong tinh vân và các cụm sao là chúng
sắp xếp thành tầng, chúng có vẻ chạy
đến một khoảng cách lớn; và một số
trong chúng tôi có thể theo dõi được,
cho nên có thể dự đoán khá tốt hình thể
và hướng của chúng. Chúng có thể bao

quanh toàn bộ quả cầu trong suốt của
bầu trời, chứ không giống như dải
ngân hà – chắc chắn không là gì ngoài
một tầng sao cố định”. Hình vẽ bên

Nhìn từ phía Trái Đất (tại chính giữa) về phía
chúng ta, một tầng dày đặc các sao trở thành dải
sao của ngân hà. Còn nhìn từ phía chúng ta vào,
dải ngân hà bị phân tách do phân chia sự phân bố
của các sao.