Nhìn lại thế giới khoa học 1000 năm về trước (Phần 2)

Năm 1859 đánh dấu một cột mốc lịch sử trong sự hiểu biết của con người về tự nhiên – và về chính bản thân mình – đó chính là sự kiện Charles Darwin cho xuất bản cuốn sách “Nguồn gốc của muôn loài”. Darwin giả thuyết rằng, tất cả các sinh vật trên Trái đất đều tiến hóa từ một gốc rễ chung, thông qua một cơ chế mà ông gọi là chọn lọc tự nhiên. 

Ông bắt đầu lý giải luận điểm này từ việc tạo ra những biến dị trong một quần thể sinh vật được chăm sóc dưới điều kiện tương đồng. Thông qua việc quan sát những biến đổi của một số loài động vật qua một vài trăm năm, ông nhận thấy rằng, nếu con người có thể tạo ra những thay đổi này, thì tự nhiên hoàn toàn có thể tạo ra những thay đổi vĩ đại hơn thế.

Quá trình chọn lọc tự nhiên, theo Darwin, phụ thuộc vào hai yếu tố: thứ nhất, trong một quần thể sinh vật luôn có sự khác biệt giữa các cá thể, và thứ hai, luôn có sự cạnh tranh giữa các quần thể về thức ăn, bạn tình và vô số những thứ khác để sinh tồn và sinh sản. 

Darwin cho rằng, trong bất cứ điều kiện môi trường nào, một vài thành viên trong quần thể luôn được thừa hưởng một yếu tố nào đó mang tính chất di truyền, giúp chúng vượt trội so với đối thủ trong quá trình sinh tồn và phát triển – và cứ như thế, qua nhiều thế hệ, dòng giống của chúng sẽ chiếm ưu thế trong quần thể. Chính tự nhiên đã chọn ra thành phần ưu tú nhất – thành phần có khả năng thích nghi tốt nhất với môi trường, và khi môi trường biến đổi, quá trình này lại tiếp tục.

Chọn lọc tự nhiên đã tác động mạnh lên nền văn hóa phương Tây vào thời điểm đó. Ý tưởng này đã trực tiếp chỉ ra rằng, con người cũng phải trải qua quá trình tiến hóa như mọi loài sinh vật khác. Thậm chí, một vài nhà khoa học đã bắt đầu cho rằng, vượn chính là tổ tiên của loài người. Đây là một cú shock thực sự vào thời điểm đó, khi người ta vẫn tin rằng mọi loài đều được tạo ra dưới bàn tay của Chúa trong Vườn Địa Đàng, và con người là sản phẩm cao quý nhất của Người. 

Vào những năm cuối thế kỷ 17, khoa học bùng nổ một cách mạnh mẽ. Nhà vật lý học người Scotland, James Clerk Maxwell đã mở rộng lý thuyết về từ trường và điện trường, kết hợp chúng lại để tạo thành lý thuyết về trường điện từ. Năm 1897, nhà vật lý học người Anh, Joseph Thomson khám phá ra các hạt tích điện âm trong nguyên tử - và ông gọi chúng là các electrong. Trong những năm sau đó, Marie Curie – nhà vật lý học người Pháp gốc Ba Lan, cùng với chồng, Pierre Curie, đã phân lập được các nguyên tố lượng tử, từ đó mở ra hướng phát triển mới cho việc nghiên cứu phóng xạ. Thiên văn học phát triển mạnh mẽ với những loại kính ngày càng được cải tiến, và sinh vật học tiếp tục có những khám phá mang tính bước ngoặt về sự sống trên Trái đất. Tuy nhiên, không ai tại thời điểm đó có thể ngờ rằng, một khám phá sẽ thay đổi toàn bộ thế giới đang đến rất gần.

1905, nhà vật lý học người Do Thái Albert Einstein cho xuất bản cuốn sách của mình về Thuyết Tương đối. Tại thời điểm đó, người ta vẫn cho rằng, mọi quy luật vật lý đều là bất biến, dù bạn đang ở đâu, dù bạn đang di chuyển như thế nào. Einstein bác bỏ ý kiến này và đề ra giả thuyết rằng, ở những vị trí khác nhau trong vũ trụ, chúng ta sẽ quan sát thấy sự kiện xảy ra theo nhiều cách khác nhau, phụ thuộc vào sự di chuyển của vị trí đó. Theo lý thuyết này, một chiếc đồng hồ đứng yên sẽ chạy nhanh hơn một chiếc đồng hồ đang di chuyển. Được kiểm chứng qua rất nhiều thực nghiệm khác nhau, Thuyết Tương đối của Einstein đã trở thành một bước ngoặt vĩ đại của vật lý học nói riêng và khoa học nói chung, cũng như các định luật của Newton. Chúng đã thay đổi hoàn toàn cách nhìn của con người đối với thế giới.

Cùng thời điểm khi Einstein công bố lý thuyết nổi tiếng của ông, những nhà khoa học khác tiếp tục đi sâu vào nghiên cứu về nguyên tử. Năm 1911 đánh dấu bước phát triển vượt bậc của lĩnh vực này khi nhà vật lý học người Anh Ernest Rutherford trình bày cuộc thử nghiệm mang tính chất cách mạng, thay đổi hoàn toàn hiểu biết của giới khoa học về cấu trúc nguyên tử. Thử nghiệm này cho thấy, nguyên tử có một cấu trúc rõ ràng, với phần lớn khối lượng được tập trung vào một vùng tích điện dương rất nhỏ, giúp gia tốc cho các phần tử electron xung quanh để chúng có được tốc độ quay cực kỳ nhanh.

Những thử nghiệm của Rutherford vẫn chưa giải thích được bằng cách nào mà các electron được sắp xếp xung quanh hạt nhân. Năm 1913, nhà vật lý học người Đan Mạch Niels Bohr đã đề ra giả thuyết rằng các electron bị giới hạn trong những quỹ đạo xác định, hay những “lớp vỏ” xung quanh hạt nhân. Bohr cũng cho rằng, khi một electron nhảy ra khỏi quỹ đạo bên ngoài để đi vào quỹ đạo bên trong, nó sẽ phát ra một lượng tử. Lý thuyết này đã trở thành một phần của không thể thiếu của vật lý lượng tử.

Kể từ thời điểm đó, rất nhiều nghiên cứu đã được tiến hành nhằm mục đích tìm hiểu về cấu trúc và hoạt động của nguyên tử. Proton – thành phần quan trọng trong hạt nhân nguyên tử đã được khám phá ra vào đầu thế kỷ 20. Neutron, thành phần không tích điện còn lại được tìm ra sau đó ít lâu, vào khoảng năm 1932. Trong những năm sau đó, các nhà khoa học tiếp tục cố gắng tiến hành thử nghiệm phá vỡ các hạt vật chất nhằm tìm hiểu chính xác xem thứ gì nằm ở trung tâm của nguyên tử. Họ cho rằng, còn rất nhiều hạt vật chất cơ bản cấu trúc thành proton và neutron, và thậm chí, còn có cả những hạt nhỏ hơn cấu thành nên những hạt vật chất cơ bản đó. 

Năm 1964, hai nhà vật lý học người Mỹ Murray Gell Mann và George Zweig đã độc lập đề ra giả thuyết rằng tất cả các hạt vật chất đều được cấu tạo thành từ một hạt cơ bản có tên là hạt Quark. Đến năm 1999, khoa học đã tìm ra bằng chứng chứng minh sự tồn tại của hạt này, thậm chí, họ đã tìm ra 6 loại hạt Quark khác nhau, kết hợp với nhau theo nhiều cách để tạo thành các hạt vật chất lớn hơn.

Không chỉ vật lý lượng tử, khoa học vũ trụ cũng có những bước chuyển mình mạnh mẽ. Năm 1920, nhà thiên văn học người Mỹ Edwin Hubble đã giải đáp được câu hỏi có từ rất lâu: Dải ngân hà là thiên hà duy nhất hay còn rất nhiều “đảo vũ trụ” khác tồn tại trong vũ trụ? Bằng cách chỉ ra sự tồn tại của tập hợp nhiều ngôi sao bên ngoài ranh giới của Dải ngân hà, Hubble đã xác định rằng thiên hà của chúng ta chỉ là một trong số vài tỷ thiên hà của vũ trụ.

Hubble cũng cho rằng, rất nhiều thiên hà khác đang di chuyển ra xa chúng ta và ra xa nhau. Khám phá này đã phần nào hé lộ sự thực về một vũ trụ đang giãn nở, từ đó chỉ ra nguồn gốc hình thành của vũ trụ: một vụ nổ - sự kiện Big Bang. Nhiều nhà thiên văn học đã dựa vào luận điểm này để tính toán tuổi thọ của vũ trụ, nằm ở quãng từ 10 cho đến 20 tỷ năm.

Hàng nghìn năm đã trôi qua, khoa học đã trở thành người bạn đồng hành cùng con người từ buổi đầu sơ khai cho đến tận ngày nay. Khoa học chính là thứ đã giúp cho nền văn minh nhân loại có những bước phát triển vượt bậc, và hứa hẹn sẽ đưa con người tiếp tục chinh phục những nấc thang mới. Điểm qua lịch sử hàng nghìn năm phát triển của khoa học, hãy cùng hi vọng rằng đêm trường Trung cổ sẽ mãi chìm vào quá khức, và ngọn lửa khoa học cũng như tri thức nhân loại sẽ tiếp tục rực cháy.