Triết học gặp vật lý: Khám phá sự thật ẩn dấu về định luật 300 năm tuổi của Newton

Thứ năm, 16/11/2023

Giống như phần lớn học sinh cấp ba trong giờ vật lý, Dan Hoek đã được nghe câu chuyện huyền thoại về quả táo của Isaac Newton.

Và giờ là cách câu chuyện diễn ra.

Trong khi ngồi dưới một cái cây, Newton thấy một quả táo rụng từ một cái cành và rơi xuống mặt đất. Ông tự hỏi: phải chăng lực bứt quả táo khỏi cây cũng tương tự như lực giữ mặt trăng trong quỹ đạo?

Newton công bố các định luật chuyển động của ông vào năm 1687. Viết bằng tiếng Latin, định luật đầu tiên được diễn ra như “một vật không chịu tác dụng của một lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0, hay còn nói cách khác là các lực cân bằng thì nó vẫn giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều”.

Hoek từng cảm thấy lúng túng bởi câu chữ của định luật này kể từ những ngày học phổ thông ở Hà Lan. Định luật này dường như tạo ra một biệt lệ cho các vật có thể chịu tác động của các ngoại lực”.

Vấn đề là ở chỗ đó. Tất cả các vật thể đều chịu sự tác động của ngoại lực. Tất cả mọi thứ trong vũ trụ này đều đang kéo, đẩy, ném hoặc tác động bởi những vật khác thông qua lực hấp dẫn. Các nhà khoa học và các nhà lý thuyết đều thấy khó hiểu về điểm này nhưng chưa bao giờ chạm được đến một kết luận đủ khiến Hoek thỏa mãn.

Cho đến năm 2021.

Giờ là một nhà triết học tại Virginia Tech, sự tò mò của Hoek về định luật của Newton ngày một lớn dần hơn.

Kết hợp tình yêu triết học và vật lý, Hoek đã nghiền ngẫm về những diễn dịch khác nhau về công trình của Newton. Sau đó, anh có được một khám phá mang tính đột phá: định luật đầu tiên của Newton đã bị diễn dịch sai suốt 336 năm.

*Một sơ đồ từ cuốn “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” của Isaac Newton. Nguồn: The Reading Room/Alamy Stock Photo*

Mùa thu này, Hoek xuất bản phát hiện của mình. Định luật viết nguyên bản bằng tiếng Latin là một vật thể ở trạng thái đứng yên, và một vật thể đang chuyển động với vận tốc không đổi và trên một đường thẳng, ngoại trừ phạm vi khi nó bị những ngoại lực tác động lên – không phải là “trừ phi bị tác động”.

Giờ đây, chi tiết này “có thể được xem như một thứ quá nhỏ để gây tác động”, Hoek nói. “Nhưng trên thực tế nó có sự khác biệt rất lớn bởi vì định luật này ứng dụng lên những vật thể trong thế giới thực”.

Kể từ khi loan báo phát hiện của mình, Hoek đã trao đổi với các giáo viên và người làm truyền thông khắp thế giới, trong đó có cả một bài phỏng vấn trên tạp chí Scientific American.

Từ văn phòng của mình ở Major Williams Hall, Hoek trả lời bốn câu hỏi về tình yêu của mình với vật lý, triết học và cả Sir Isaac Newton.

Nhiều người có thể không chờ đợi một nhà triết học đóng vai trò quan trọng như vậy trong việc tái diễn dịch lại định luật đầu tiên của Newton. Vậy động cơ nào đằng sau quyết định của anh trong việc dành nhiều thời gian cho nghiên cứu về khái niệm khoa học cơ bản từ quan điểm triết học?

Con người thường nghĩ là không có việc gì để triết học có thể làm với các môn khoa học nhưng trên thực tế, khoa học và triết học đều có mọi thứ để làm với nhau. Sự thật là với phần lớn lịch sử phát triển của mình, khoa học chính là triết học. Isaac Newton là một triết gia. Ông ấy tự gọi mình là triết gia của tự nhiên.

Tôi quan tâm đến vật lý từ khi còn nhỏ. Và có lẽ nguyên nhân duy nhất giải thích tại sao tôi lại thích theo đuổi triết học hơn vật lý là tôi quan tâm đến cả những thứ khác như ngôn ngữ, toán học và tất cả mọi thứ bí ẩn của trí não. Và chính xác những gì kích thích tôi nhất là những câu hỏi kết nối các điểm giữa các lĩnh vực khác biệt.

Vậy anh có thể giải thích như thế nào về việc tái diễn dịch định luật đầu tiên của Newton làm thay đổi hiểu biết của chúng ta về cơ học cổ điển và tại sao sự tái diễn dịch này lại quan trọng với vật lý?

Cách tôi được dạy định luật thứ nhất của Newton ở trường chưa bao giờ có ý nghĩa đối với tôi. Và thực tế là, nó cũng là sự thật mà nhiều người cảm nhận. Kể từ khi khám phá của tôi được công bố, tôi nhận được nhiều email mỗi ngày từ các giáo viên vật lý, học sinh phổ thông, sinh viên đại học, những người lúng túng về điều tương tự tôi thấy trong một thời gian dài.

Việc tái diễn dịch của tôi về tác động của định luật Newton lên tất cả các vật thể trong thế giới thực. Một ví dụ – ví dụ của chính Newton trong cuốn sách “Principia” của ông – là con quay. Newton nói rằng một con quay phải quay quay và quay, ngoại trừ việc những lực cản nào đó ngăn nó lại.

Và bạn nghĩ đến một quả táo lăn lăn, nó sẽ cứ lăn mãi ngoại trừ khi có những lực ngăn nó không làm tiếp điều đó. Điểm chỉ ra của Newton là các vật thể, vốn được đẩy và kéo không đổi, chỉ chệch khỏi chuyển động của mình khi có các ngoại lực tác động lên chúng.

Sự tái diễn dịch của anh về định luật đầu tiên của Newton bắc cầu qua khoảng trống giữa các khoa học và con người như thế nào?

Trong triết học, bạn được khuyến khích tò mò về vô số điều. Đây là một ví dụ lớn về cách triết học giúp kết nối giữa các lĩnh vực khác nhau. Để có được khám phá này, tôi cần biết một chút về vật lý nhưng tôi cũng cần biết một chút về ngôn ngữ và logic, và cả về lịch sử khoa học.

Tôi hỏi chính mình là tại sao người ta nghĩ về định luật thứ nhất của Newton theo cách sai ngay từ đầu. Và cách diễn dịch sao này kết nối bí ẩn vật lý về định luật đầu tiên như thế nào? Các nhà vật lý luôn luôn hiểu về phần vật lý trong câu đố này nhưng họ lại không có phần lịch sử và phần ngôn ngữ.

Nó có thể dẫn đến mơ hồ về sự thật với câu chuyện mà mọi người đã từng nói trong một thời gian dài. Các nhà triết học đều được học để đặt câu hỏi về mọi điều và phải đọc văn bản một cách cẩn thận, điều giúp chúng ta trở lại với sự thật. Có thể lấy một ý tưởng từ một nơi nhất định và dùng nó để soi sáng lên một số thứ theo một cách hoàn toàn khác. Đó là cách mà triết học có thể hỗ trợ khoa học và tạo được những kết nối giữa khoa học và con người.

Vậy bằng cách nào mà triết học có thể tiếp tục đóng một vai trò quan trọng trong thế giới do công nghệ điều hướng?

Với tôi, triết học vẫn có ở khắp mọi nơi. Bạn có thể dùng nó để đem một ý tưởng từ một nơi và rọi chiếu lên thứ khác theo một cách hoàn toàn mới. Triết học khuyến khích bạn tò mò về mọi thứ.

Khi triết học xuất hiện lần đầu tiên vào hàng ngàn năm trước, ai đó đã tự hỏi mọi thứ bằng cách nào tồn tại trong thế giới này là một nhà triết học. Qua nhiều thế kỷ, những điều triết học xới lên trở thành những ngành khác nhau. Newton là một hình mẫu vô cùng quan trọng trong việc tách vật lý khỏi triết học.

Vai trò của triết học trong thế giới hôm nay là giữ lấy tất cả những gì còn sót lại. Nếu bạn nghĩ về một vũ trụ như một ngôi nhà, nơi mỗi phòng đều có một không gian riêng và bộ các câu hỏi riêng của nó để trả lời thì triết học như một gác mái hỗn độn. Nó là nơi mọi câu hỏi không hề khớp với bất cứ căn phòng nào khác đều được nhét vào. Tất nhiên, gác mái này là một nơi tuyệt vời và xứng đáng để dành thời gian cho nó. Anh có cơ hội để tạo ra một sự tiến triển nào đó cho những phần trả lời của mọi câu hỏi thú vị, vốn không hề ăn khớp với các phòng còn lại của ngôi nhà này. Và đem đến sự tiến triển cho các vấn đề đó đòi hỏi sự kết nối giữa các lĩnh vực khác nhau và các chủ đề khác nhau. Nêu anh quan tâm đến việc làm điều đó, triết học sẽ là một nơi dành cho anh.

Theo Tạp chí Tia sáng