Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Lời giới thiệu - Những con đường của ánh sáng

TTO - Ánh sáng là người bạn tri kỉ của tôi. Trong công việc của nhà vật lý thiên văn, tôi thường

xuyên phải làm việc với nó. Nó là phương tiện đặc ân mà tôi có để đối thoại với vũ trụ.

Các hạt có năng lượng cao phát ra từ các cơn hấp hối bùng nổ của các ngôi sao nặng, mà

người ta gọi là các "tia vũ trụ", hay các sóng hấp dẫn, các sóng độ cong của không gian được

tạo ra từ sự co mạnh ở lõi của một khôi sao nặng để trở thành nơi giam cầm ánh sáng - một lỗ

đen -, hay từ chuyển động điên cuồng của một cặp lỗ đen nhảy múa quanh nhau, đều mang

đến cho chúng ta rất nhiều thông tin mới lạ về không gian xa xôi.

Nhưng không phải các tia vũ trụ, cũng chẳng phải các sóng hấp dẫn là các sứ giả chính của vũ

trụ. Chính ánh sáng mới là cái đảm nhiệm vai trò này. Không còn nghi ngờ gì nữa, phần lớn các

thông tin về vũ trụ mà chúng ta biết được đều là nhờ sự giúp đỡ hữu hiệu và trung thành của

ánh sáng. Đó là sứ giả tuyệt vời nhất của vũ trụ. Chính ánh sáng cho phép chúng ta giao tiếp

và kết nối với vũ trụ. Chính ánh sáng đã chuyển tải những đoạn nhạc và các nốt rời rạc của cái

giai điệu bí ẩn của vũ trụ mà con người kỳ công tái dựng với tất cả vẻ đẹp tráng lệ của nó.

Ánh sáng đóng vai trò sứ giả của vũ trụ nhờ ba tính chất cơ bản mà các bà mụ đã ban tặng cho

nó lúc chào đời: 1) ánh sáng không lan truyền tức thì, và phải mất một khoảng thời gian mới

đến được chỗ chúng ta; 2) ánh sáng tương tác với vật chất; và 3) ánh sáng thay đổi màu sắc

khi được phát đi bởi một nguồn sáng chuyển động đối với người quan sát.

Bởi vì ánh sáng không lan truyền tức thì, nên chúng ta nhìn vũ trụ bao giờ cũng muộn hơn, và

chính điều này cho phép chúng ta lần ngược trở lại theo thời gian, để khám phá quá khứ của

vũ trụ và tái tạo bản sử thi hoành tráng và kỳ diệu của vũ trụ khoảng 14 tỷ năm dẫn đến chúng

ta. Ngay cả khi ánh sáng lan truyền với vận tốc lớn nhất có thể trong vũ trụ: 300 000 kilômét

mỗi giây - một cái nháy mắt là ánh sáng đã có thể chạy bảy vòng quanh Trái Đất! -, thì ở

thang vũ trụ vận tốc ấy cũng chỉ như rùa bò. Bởi vì nhìn xa, nghĩa là nhìn sớm - chúng ta nhìn

Mặt Trăng muộn hơn hơn một giây, Mặt trời gần tám phút, ngôi sao gần nhất hơn bốn năm,

thiên hà gần nhất giống dải Ngân Hà của chúng ta, thiên hà Andromède, sau 2,3 triệu năm,

các quasar xa nhất sau khoảng mười hai tỉ năm -, nên các kính thiên văn, hay còn gọi là các

page 1 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

giáo đường của thời hiện đại, nơi đón nhận ánh sáng của vũ trụ, là các cỗ máy đích thực lần

ngược lại thời gian. Các nhà thiên văn học đang miệt mài chế tạo các kính thiên văn tiếp nối

các kính thiên văn khổng lồ hiện nay để nhìn được những thiên thể mờ hơn, cũng có nghĩa là

xa hơn và sớm hơn, và lần ngược lại thời gian khoảng 13 tỷ năm ánh sáng, tới tận khoảng 1 tỷ

năm sau Big Bang, với hy vọng ngắm nhìn trực tiếp sự ra đời của các ngôi sao và thiên hà đầu

tiên. Bằng cách khám phá quá khứ của vũ trụ, các nhà vật lý thiên văn có thể sẽ hiểu được

hiện tại và tiên đoán được tương lai của nó.

Ánh sáng cho phép chúng ta lần ngược trở lại quá khứ do nó cần phải mất một khoảng thời

gian mới đến được chúng ta. Ánh sáng cũng mang theo nó bản mật mã vũ trụ, và một khi giải

được mật mã này chúng ta sẽ tiếp cận được bí mật về cấu tạo hóa học của các sao và thiên hà,

cũng như bí mật về chuyển động của chúng. Sở dĩ như vậy là vì ánh sáng tương tác với các

nguyên tử cấu thành vật chất nhìn thấy được của vũ trụ. Trên thực tế, ánh sáng chỉ có thể nhìn

thấy được nếu nó tương tác với các vật. Ánh sáng tự thân là ánh sáng không nhìn thấy được.

Để ánh sáng nhìn thấy được, thì đường đi của nó phải bị một vật nào đó chặn lại, vật ấy có thể

là cánh hoa hồng, là các chất màu trên bảng màu của người họa sỹ, là gương của kính thiên

văn hay võng mạc của mắt chúng ta. Tùy theo cấu trúc nguyên tử của vật chất mà ánh sáng

tiếp xúc, ánh sáng sẽ bị hấp thụ một lượng năng lượng rất chính xác. Tới mức nếu chúng ta thu

được quang phổ của ánh sáng do một sao hay một thiên hà phát ra - hay nói cách khác, nếu

chúng ta dùng lăng kính phân tách nó thành các thành phần năng lượng hay màu sắc khác

nhau -, thì chúng ta sẽ phát hiện ra rằng quang phổ này không liên tục, mà bị ngắt thành các

vạch hấp thụ dọc tương ứng với năng lượng đã bị các nguyên tử hấp thụ. Vị trí của các vạch

này không hề tùy tiện, mà là phản ánh một cách trung thực sự sắp xếp các quỹ đạo electron

trong các nguyên tử của vật chất. Sự sắp xếp này là độc nhất đối với mỗi nguyên tố hoá học.

Nó là một dạng dấu vân tay, một loại thẻ căn cước của các nguyên tố hóa học cho phép nhà

vật lý thiên văn nhận ra các nguyên tố này một cách dễ dàng. Ánh sáng cho chúng ta biết

thành phần hóa học của vũ trụ bằng cách như vậy đó.

Ánh sáng cũng cho phép nhà thiên văn học nghiên cứu chuyển động của các thiên thể. Vì trên

trời chẳng có gì là đứng yên. Lực hấp dẫn làm cho tất cả các cấu trúc của vũ trụ - như sao,

thiên hà, đám thiên hà... - hút lẫn nhau và "rơi" vào nhau. Chuyển động rơi này hòa vào

chuyển động giãn nở chung của vũ trụ. Thực tế, Trái Đất cũng tham gia vào một vũ điệu vũ trụ

tuyệt vời. Nó mang chúng ta qua không gian với vận tốc khoảng ba chục kilômét mỗi giây trong

chuyến chu du hàng năm quanh Mặt Trời. Đến lượt mình, Mặt Trời lại kéo theo Trái Đất, và

cùng với Trái Đất là chúng ta, trong chuyến chu du của nó quanh trung tâm của Ngân Hà, với

vận tốc hai trăm ba mươi kilômét mỗi giây. Thế vẫn chưa hết: Ngân Hà lại rơi với vận tốc chín

mươi kilômét mỗi giây về phía thiên hà đồng hành với nó là Andromède. Đến lượt mình, cụm

thiên hà địa phương chứa thiên hà của chúng ta và Andromède cũng lại rơi với vận tốc khoảng

sáu trăm kilômét mỗi giây về đám Vierge, và đám này lại rơi vào một tập hợp lớn các thiên hà

gọi là "Nhân hút Lớn". Bầu trời tĩnh và bất động của Aristote đã chết hẳn ! Trong vũ trụ, tất cả

đều vô thường, đều thay đổi và chuyển hóa liên tục. Chúng ta không nhìn thấy sự náo động

mãnh liệt này bởi vì các thiên thể ở quá xa, và cuộc sống của chúng ta quá ngắn ngủi. Một lần

page 2 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

nữa, lại chính ánh sáng đã tiết lộ cho chúng ta sự vô thường này của vũ trụ. Ánh sáng thay đổi

màu sắc khi nguồn sáng chuyển động so với người quan sát. Ánh sáng dịch chuyển về phía đỏ

(các vạch hấp thụ dọc dịch chuyển về phía năng lượng nhỏ hơn) nếu vật tiến ra xa, và về phía

xanh lam (các vạch hấp thụ dọc dịch chuyển về phía năng lượng cao hơn) nếu vật tiến lại gần.

Bằng cách đo sự dịch chuyển về phía đỏ hay phía xanh này, nhà thiên văn học sẽ tái hiện được

các chuyển động vũ trụ.

Như vậy ánh sáng kết nối chúng ta với vũ trụ. Nhưng ánh sáng không chỉ thiết yếu đối với nhà

thiên văn học. Tất cả chúng ta đều là con đẻ của ánh sáng. Ánh sáng đến từ Mặt Trời là nguồn

gốc của sự sống. Dù là tự nhiên hay nhân tạo, ánh sáng cho phép chúng ta không chỉ ngắm

nhìn thế giới, mà còn tương tác với thế giới và tiến hóa trong thế giới. Nó không chỉ ban cho

chúng ta nhìn thấy, mà còn ban cho chúng ta tư duy nữa. Từ những thời rất xa xưa cho tới

ngày nay, ánh sáng luôn mê hoặc trí tuệ con người, dù đó là nhà khoa học, triết gia, nghệ sỹ

hay tu sĩ. Tôi muốn thuật lại ở đây lịch sử hùng tráng của những nỗ lực của con người nhằm

thâm nhập vào trong lòng của vương quốc ánh sáng để đột phá những bí mật của nó. Tôi

muốn khám phá không chỉ các chiều kích khoa học và công nghệ của ánh sáng, mà cả các

chiều kích thẩm mỹ, nghệ thuật và tâm linh của ánh sáng nữa. Tôi muốn nghiên cứu không chỉ

vật lý về ánh sáng, mà cả siêu hình học về ánh sáng. Ý đồ của tôi là tìm hiểu xem bằng cách

nào ánh sáng đã giúp chúng ta trở thành người.

Các chương từ 1 đến 3 kể lại các những nỗ lực của con người nhằm đột phá các bí mật khoa

học của ánh sáng.

Chương đầu tiên bắt đầu với khái niệm của người Hy Lạp về một "ngọn lửa bên trong", một con

mắt chăm chú quan sát thế giới bằng cách phóng chiếu lên nó các tia sáng, trái ngược với quan

niệm hiện nay về ánh sáng, theo đó, ánh sáng không phải đi từ mắt tới vật, mà từ vật tới mắt.

Chương này tiếp tục với Euclid và hình học của ông về thị giác và mặt nón các tia thị giác, với

nhà bác học Arập Alhazen, người vứt bỏ khái niệm ngọn lửa bên trong và đảo ngược hướng của

các tia sáng, để rồi kết thúc với Léonard de Vinci, người hiểu được rằng các hình ảnh của thế

giới bên ngoài được phóng chiếu theo chiều bị đảo ngược lên võng mạc của mắt.

Chương 2 phát triển các quan niệm mới về ánh sáng do cuộc đại cách mạng khoa học thế kỷ

XVII mang lại. Kepler và Descartes đã phát hiện ra rằng não đóng vai trò tích cực trong thị

giác, rằng chính não đã tái lập lại sự định hướng đúng của vật và làm cho chúng ta nhìn thấy

thế giới ở đúng vị trí của nó. Bằng cách dùng lăng kính phân tách ánh sáng trắng thành bảy

màu, bảy sắc cầu vồng, Newton đã đưa ra khái niệm về các màu cơ bản.

page 3 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Chương 3 tập trung quanh cuộc tranh luận về bản chất của ánh sáng: ánh sáng là hạt, như

Newton quả quyết, hay là sóng, như Huygens, Young và Fresnel khẳng định? Vào thế kỷ XVIII,

Young đã chứng minh rằng sự thêm ánh sáng vào ánh sáng có thể lại dẫn đến bóng tối, điều

này chỉ có thể giải thích được nếu ánh sáng có bản chất sóng. Faraday và Maxwell, khi ngợi ca

sự kết hợp của điện và từ, và chứng tỏ rằng các sóng điện từ cũng không khác gì các sóng ánh

sáng, đã củng cố thêm quan niệm sóng về ánh sáng. Vào thế kỷ XX, Einstein, bằng cách tự vấn

thế giới có thể sẽ trình hiện như thế nào trước mắt mình khi nó cũng chuyển động nhanh như

một hạt ánh sáng, đã tạo ra một cuộc cách mạng trong các quan niệm về thời gian và không

gian, và đã thống nhất vật chất và năng lượng bằng thuyết tương đối hẹp. Để giải thích hành

trạng của các electron phát ra từ bề mặt của một kim loại dưới tác dụng của ánh sáng - mà

người ta gọi là "hiệu ứng quang điện" -, Einstein đã đưa trở lại quan niệm ánh sáng là hạt,

nhưng gán cho các hạt này một "lượng tử năng lượng", ý tưởng đã được Planck đưa ra trước

đó.

Vậy ánh sáng là sóng hay hạt? Bohr và các đồng nghiệp của ông, những người sáng lập ra một

môn vật lý mới gọi là "cơ học lượng tử", tuyên bố rằng ánh sáng vừa là sóng vừa là hạt. Giống

như Janus, ánh sáng có hai khuôn mặt bổ sung cho nhau. Nó xuất hiện như một sóng hoặc

như một hạt tùy theo dụng cụ đo được sử dụng.

Chương 4 khám phá các dạng ánh sáng thiên thể khác nhau xuất hiện trong suốt lịch sử dài

dằng dặc của vũ trụ. Chương này đặt ra câu hỏi: trong tương lai rất xa những ánh sáng này sẽ

trở nên như thế nào? Bắt đầu bằng ánh sáng nguyên thủy, vô cùng nóng, của Big Bang, ánh

sáng này trình hiện trước chúng ta ngày nay dưới dạng một bức xạ hóa thạch, bị lạnh đi rất

nhiều bởi sự giãn nở của vũ trụ và choán khắp vũ trụ. Sau đó chương này sẽ đề cập đến sự

tiến hóa của ánh sáng các sao và thiên hà, từ sự ra đời của các sao đầu tiên cho đến cái chết

của các tinh tú gần đây nhất.

Chương này cũng nhắc đến đối trọng của ánh sáng, đó là bóng tối. Sau rốt, vật chất sáng của

các sao và các thiên hà chỉ chiếm 0,5 tổng lượng vật chất và năng lượng của vũ trụ. Chúng ta

đang sống trong một vũ trụ-tảng băng trôi, chỉ nhìn thấy phần nhô lên rất nhỏ. Trong 99,5%

còn lại, 3,5% được cấu thành từ vật chất thông thường không phát ra bất kỳ ánh sáng nhìn

thấy được nào, 26% vật chất ngoại lai không phát ra bất kỳ ánh sáng nhìn thấy được hoặc ánh

sáng nào khác, và bản chất của chúng thì vẫn hoàn toàn là bí ẩn (người ta gọi đó là "vật chất

tối"), và 70% còn lại tạo thành "năng lượng tối", tác dụng như một lực đẩy làm tăng sự giãn nở

của vũ trụ, và bản chất của năng lượng này cũng hoàn toàn bí ẩn.

Chương 5 đề cập chi tiết hơn về ánh sáng mặt trời, nguồn gốc của sự sống và năng lượng, và

vô số các cảnh tượng ánh sáng với tất cả những vẻ đẹp mà ánh sáng mặt trời sinh ra trên Trái

page 4 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Đất. Chương này đề cập đến sự quang hợp của cây cối, phản ứng sinh hóa quan trọng nhất

cho sự sống của chúng ta trên Trái Đất, và những nguy cơ mà con người đang gây ra cho hành

tinh bởi hành động phá hủy dại dột các khu rừng nhiệt đới và gây ô nhiễm khí quyển trái đất.

Chương này không chỉ đề cập đến những mặt tích cực, mà còn cả những mặt tiêu cực của ánh

sáng mặt trời khi người ta lạm dụng nó. Tác giả cũng giải thích cảnh tượng huyền diệu của cầu

vồng, màu đỏ rực rỡ của hoàng hôn, "tia xanh" bí hiểm, màu trắng của những đám mây, màu

lam thẫm của các dãy núi xa xa, màu xanh thẳm của đại dương, màu xanh vắt của bầu trời

quang mây...

Chương 6 kể lại cách con người chế ngự ánh sáng phục vụ cuộc sống của mình và giao tiếp với

đồng loại, và nhờ vậy đã biến hành tinh thành một ngôi làng toàn cầu. Chương này bắt đầu

bằng công cuộc chinh phục lửa, sau đó đề cập đến ánh sáng nhân tạo với phát minh ra đuốc và

đèn thắp bằng mỡ động vật và dầu thực vật, nến, đèn gaz và, cuối cùng là bóng điện và đèn

huỳnh quang. Tiếp theo là phát minh ra lazer, đứa con của cơ học lượng tử, kết quả của sự

"khuếch đại" ánh sáng nhìn thấy được, và với vô số các ứng dụng đa dạng bắt nguồn từ đó.

Sau đó tác giả đề cập đến việc sử dụng ánh sáng để vận chuyển thông tin và kết nối nhân loại.

Các mạng cáp quang khổng lồ vận chuyển ánh sáng ngang dọc khắp thế giới. Chúng tải hàng

triệu cuộc điện đàm và kết nối tất cả các máy tính của hành tinh thành một mạng khổng lồ gọi

là Internet. Internet hiện nay vẫn dựa trên các máy điện quang, trong đó các electron kết hợp

chặt chẽ với các photon để truyền thông tin. Nhưng công nghệ internet điện quang này sẽ sớm

được thay thế bằng Internet quang tử, dựa hoàn toàn trên ánh sáng.

Chương 6 kết thúc với các máy của tương lai, các máy lượng tử. Làm thế nào để sử dụng được

các tính chất lượng tử lạ lùng và kỳ diệu của ánh sáng để viễn tải các hạt (viễn tải lượng tử),

để ngăn chặn tin tặc (mật mã lượng tử) và tính toán cực kỳ nhanh (máy tính lượng tử)?

Chương 7 đề cập đến mối quan hệ mật thiết của mắt và não, đến cách kết hợp chặt chẽ của

hai cơ quan này để cho phép chúng ta nhìn thấy. Chương này cũng khám phá cách thức mà

ánh sáng góp phần làm phong phú thế giới tinh thần và nghệ thuật của con người. Mắt là một

dụng cụ quang học kỳ diệu mà tiến hóa sinh học đã nhào nặn một cách độc lập cho rất nhiều

loài. Mặc dù mắt người chỉ chứa ba loại tế bào thị giác nhạy cảm chỉ với ba loại màu: đỏ, xanh

và tím, nhưng nhờ hoạt động của não, con người có thể tri giác được tới khoảng vài trăm sắc

thái và màu của thế giới. Chính nhờ có não mà chúng ta nhạy cảm với ánh sáng, mà ánh sáng

khơi dậy trong chúng ta biết bao xúc cảm và tình cảm. Theo Goethe, ánh sáng có một bản chất

sâu kín và tâm linh, và các màu là "những hành động và nỗi đớn đau của ánh sáng". Một vật có

màu sắc được tri giác bởi cả mắt và não.

page 5 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Các màu chuyển tải các mã, các ý nghĩa được che khuất, những điều cấm kị và các định kiến

mà chúng ta phản ứng lại một cách vô thức. Các họa sỹ là những bậc thầy trong nghệ thuật sử

dụng ánh sáng để gợi ấn tượng và cảm giác về hiện thực. Monet, một hoạ sỹ thuộc trường phái

ấn tượng, đã biến ánh sáng thành một yếu tố căn bản và luôn thay đổi trong tranh của ông.

Ông muốn thâu tóm trên tranh của ông "tính tức thời", cái thần thái của sự vật ở một thời điểm

nhất định. Ánh sáng, vốn thay đổi theo thời gian, và màu sắc, vốn thay đổi theo sự chiếu sáng,

phải được tính đến bằng mọi giá. Bị mê hoặc bởi các phát kiến khoa học liên quan đến ánh

sáng và thị giác, Seurat đã sáng tạo ra lối vẽ điểm hoạ của ông. Những biến đổi của sắc độ

không còn được tạo ra bằng cách pha trộn các màu trên bảng màu nữa, mà bằng cách bắt mắt

và não của người xem phải tổ hợp các điểm màu khác nhau trong một loại "đại tổng hợp thị

giác". Từ bỏ phép phối cảnh truyền thống, Cézane đã tiến hành thử nghiệm với không gian và

màu sắc. Theo ông, hội họa không phải là nghệ thuật bắt chước một vật. Vẽ, đó chính là sử

dụng màu sắc và hình khối để thể hiện các cảm giác bên trong mãnh liệt trước thế giới bên

ngoài. Còn Kandinsky đã đẩy sự trừu tượng đi xa hơn nữa: khẳng định chiều kích tinh thần của

ánh sáng và các màu sắc, ông khẳng định rằng hội họa có thể vượt qua các hình khối và chỉ

thể hiện bằng các đường nét, các vết và các màu, rằng mỗi một màu sắc đều biểu lộ một sự

cộng hưởng nội tại riêng có đối với tâm hồn và do đó có thể được sử dụng một cách độc lập

với hiện thực thị giác. Chiều kích tinh thần này của ánh sáng đã được các tôn giáo và các

truyền thống tâm linh ca ngợi đến cực điểm. Trong Cơ đốc giáo, Chúa là ánh sáng, và nghệ

thuật Gothic trước hết là nghệ thuật ánh sáng. Trong Phật giáo, ẩn dụ ánh sáng được sử dụng

để chỉ sự tiêu tan của vô minh và nhận ra diệu đế.

Cuốn sách này dành cho những "chính nhân" không nhất thiết phải có một hành trang kỹ thuật,

mà chỉ cần có óc tò mò ham hiểu biết về vật lý và siêu hình của ánh sáng. Trong quá trình viết

cuốn sách này, tôi đã cố gắng hết sức có thể để tránh sử dụng các thuật ngữ chuyên ngành mà

vẫn không làm mất đi độ chính xác và nghiêm túc khoa học. Tôi đặc biệt quan tâm làm thế nào

để cho hình thức trình bày là đơn giản nhất, rõ ràng nhất và dễ đọc nhất, nhằm chuyển tải đến

bạn đọc các khái niệm đôi khi khô khan, xa lạ và khó hiểu. Tôi cũng đã đưa vào nhiều hình ảnh

và một tập các hình minh họa màu không chỉ để cụ thể hóa những gì tôi đã trình bày, mà còn

để việc đọc cuốn sách này thêm vui mắt.

TRỊNH XUÂN THUẬN (Charlottesville, tháng 11 năm 2006)

Con mắt cổ đại và ngọn lửa bên trong

Con mắt cổ đại và ngọn lửa bên trong

page 6 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Ánh sáng chạm đến tất cả các mặt của cuộc sống

TTO - Trong khi viết, tôi nhìn qua cửa sổ. Khung cảnh mùa đông tràn ngập Virginia. Mặt trời

vàng tỏa sáng bằng toàn bộ ngọn lửa của nớ trong bầu trời xanh thẳm, để lộ ra những thân

cây trơ trụi màu nâu, những ngôi nhà sơn trắng thấp thoáng sau những hàng cây, mà tôi có

thể đoán được những đường nét kỷ hà của chúng, đây đó vài chiếc xe hơi đỗ bên đường...

Chỉ có những chú sóc có bộ lông màu ghi xám nhảy nhót trên mặt đất trơ trụi và chuyền từ

cành nọ sang cành kia, phá vỡ sự yên tĩnh của khung cảnh mùa đông này. Nói tóm lại, một tập

hợp quen thuộc các đường nét, các motif, các hình ảnh và màu sắc mà ánh sáng làm phát lộ

trước mắt và tâm hồn tôi.

Ánh sáng cho phép chúng ta kết nối mình với thế giới bên ngoài và gắn mình vào đó. Ánh sáng

là giá đỡ của thị giác, mà thị giác, hơn bất kỳ giác quan nào khác, lại ngự trị trong đời sống

tinh thần của chúng ta. Ánh sáng làm cho trải nghiệm thị giác thêm phong phú, giàu sắc thái

và chi tiết đến mức chúng ta không thể phân biệt được nó với trải nghiệm về chính thế giới.

Cho dù chúng ta có không nhìn thế giới một cách trực tiếp, thì chúng ta không thể ngăn cản

mình tưởng tượng thế giới, tái hiện thế giới bằng những hình ảnh trong đầu. Ánh sáng cho

phép chúng ta nhận biết thế giới và xây dựng một cơ sở dữ liệu hướng dẫn hoạt động và các

hành vi của chúng ta.

Tôi đưa mắt dạo quanh căn phòng. Tất cả nói với tôi về ánh sáng: màn hình sáng của chiếc

máy tính đang bật với các dòng chữ lần lượt xuất hiện trước mắt tôi; chỉ cần bật nhẹ công tắc,

ngọn đèn sẽ tỏa đầy bàn của tôi một quầng sáng dịu; dàn hi-fi phát ra các những nốt nhạc du

dương của một bản sonate viết cho piano ghi trong đĩa compact và được đọc bởi một chùm

sáng gọi là laser; đầu đọc DVD giúp tôi hiển thị các bộ phim vốn không là gì khác ánh sáng

được chuyển hóa thành các tín hiệu số và được ghi trên một giá đỡ kim loại; các bức ảnh gắn

trên tường, kết quả của trò bắt ánh sáng của các nhũ tương hóa học; chiếc đài hay tivi cho

phép tôi tiếp cận gần như đồng thời với tất cả các sự kiện trên thế giới, hoặc nghe và xem các

nghệ sỹ mà tôi ưa thích.

Ánh sáng đã biến Trái Đất thành một ngôi làng toàn cầu. Mạng cáp quang vận chuyển các tín

hiệu ánh sáng cho phép kết nối các máy tính của toàn thế giới lại với nhau: tôi có thể gửi đi

một thư điện tử, bức thư này sẽ đến gần như tức thì địa chỉ của người nhận, từ phòng làm việc

của tôi đến những vùng xa xôi nhất trên hành tinh.

page 7 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

TRỊNH XUÂN THUẬN

Ánh sáng là nguồn sống

TTO - Ánh sáng là một phần không thể tách rời của cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Ánh

sáng hiện hữu khắp mọi nơi, tới mức chúng ta coi nó là hiển nhiên và đối xử với nó một cách

thờ ơ, cho tới khi quanh ta đột nhiên là bóng tối chúng ta mới thấy nhớ ánh sáng.

Chúng ta sẽ vui mừng và sảng khoái đón chào một ngày mới, với những hứa hẹn và hy vọng

của nó, khi chấm dứt màn đêm và sự tối tăm chứa đầy những mối đe dọa và nỗi sợ hãi truyền

kiếp bắt nguồn từ những thời xa lắc xa lơ của tổ tiên. Ánh sáng đối lập với bóng tối. Buổi tối,

khi Mặt Trời đã lặn xuống dưới đường chân trời, các tia nắng xiên khoai khơi dậy trong ta một

nỗi hoài niệm, một cảm giác về sự mất mát không gì an ủi nổi. Một bầu trời xanh và quang

đãng làm dịu lòng ta, trong khi một bầu trời đầy mây và xám ngắt sẽ gieo vào đầu óc chúng ta

nỗi chán chường kiểu thi sĩ Beaudelaire.

Nhưng chúng ta gắn bó với ánh sáng còn sâu sắc hơn thế. Ánh sáng thậm chí còn là duyên

khởi của sự tồn tại của chúng ta. Mọi sự sống trên Trái Đất đều phụ thuộc vào ánh sáng Mặt

Trời. Thực tế, ánh sáng chịu trách nhiệm về sự quang hợp của cây cối. Khi h hấp thụ ánh sáng

Mặt Trời, các phân tử diệp lục của cây xanh khởi phát một chuỗi các phản ứng hóa học chuyển

hóa nước và khí cacbonic có trong khí quyển Trái Đất thành ôxy và các phân tử đường (gọi là

các hydrat cacbon). Trong một chừng mực nào đó có thể nói các phân tử này có tác dụng tích

trữ năng lượng Mặt Trời. Con người không thể thực hiện được sự chuyển hóa này. Chúng ta sử

dụng năng lượng Mặt Trời trên mâm qua cơm việc ăn rau hoặc thịt động vật, mà bản thân các

con vật này cũng lại ăn thực vật. Chính lượng ánh sáng mà cây cối thu nhận được đã xác định

chuỗi thức ăn đảm bảo sự tồn tại của chúng ta.

Như vậy ánh sáng là nguồn sống. Nó cho phép chúng ta tri giác và hiểu thế giới, tiến hóa trong

thế giới, tương tác với thế giới, chinh phục các vùng đất, các đại dương và không gian. Ánh

sáng giúp ta đánh giá được vẻ đẹp, sự lộng lẫy và hài hòa của vũ trụ quanh ta. Ánh sáng điều

chỉnh nhịp sinh học của cơ thể chúng ta. Nhưng ở đây có một nghịch lý lớn: nếu ánh sáng cho

phép chúng ta nhìn thấy thế giới, thì bản thân ánh sáng lại không nhìn thấy được nếu không có

các vật trong môi trường chặn đường đi của nó và làm cho nó bộc lộ mình. Thật vậy, nếu bạn

chiếu ánh sáng vào một cái thùng kín và chú ý để cho nó không đập vào bất kỳ vật hay bề mặt

nào, bạn sẽ chỉ thấy bóng tối. Chỉ khi nào bạn đưa một vật ngang qua đường đi của ánh sáng

và bạn thấy nó được chiếu sáng thì bấy giờ bạn mới biết rằng cái thùng chứa đầy ánh sáng.

page 8 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Tương tự, một nhà thiên văn học nhìn qua cửa sổ của phi thuyền không gian sẽ chỉ thấy không

gian sâu thẳm tối đen như mực, mặc dù ánh sáng Mặt Trời choán đầy xung quanh anh ta. Ánh

sáng Mặt Trời ở đây không đập vào cái gì nên không nhìn thấy được.

Vậy ánh sáng là gì? Ánh sáng bắt nguồn từ đâu? Đâu là bản chất của cái vật kỳ diệu và lạ lùng

cho phép chúng ta nhìn thấy thế giới xung quanh, nhưng bản thân nó lại không thể nhìn thấy

nếu không có sự giúp đỡ của các vật nằm trên đường đi của nó? Làm thế nào chúng ta có thể

tri giác được các hình ảnh của thế giới bên ngoài? Bản chất của các hình ảnh này là gì? Não của

chúng ta diễn giải thế nào những thông tin chứa đựng trong các hình ảnh này? Những câu hỏi

này đã từng ám ảnh các nhà tư tưởng vĩ đại nhất từ hơn hai nghìn năm trăm năm nay. Bởi vì

ánh sáng từ lâu đã được coi là yếu tố quý giá nhất của tự nhiên, và mắt người là bộ phận quý

giá nhất của cơ thể con người, nên các nhà tư tưởng vĩ đại - như Aristotle, Ptolemy, Alhazen,

Léonard de Vinci, Kepler, Newton, Goethe, Einstein và rất nhiều người khác nữa - đã từng quan

tâm đến vấn đề bản chất của ánh sáng. Xét về mặt lịch sử, nghiên cứu ánh sáng rất chậm phát

triển, và con đường dẫn đến việc giải mã các bí mật của ánh sáng đã rắc đầy những sai lầm và

các lạc lối của trí tuệ con người, đầy rẫy những lối đi lầm lạc và những ngõ cụt, nhưng cũng

được rọi sáng bởi các trực giác xuất thần và các cú nhảy vọt sáng tạo xuất sắc. Sở dĩ như vậy

là bởi vì sự nghiên cứu về ánh sáng liên quan với các yếu tố không chỉ vật lý (hình ảnh đi vào

trong mắt như thế nào), mà cả sinh lý nữa (não giải mã hình ảnh như thế nào). Hiểu ánh

sáng, nghĩa là phải giải mã được các bí mật của mắt và của não. Ánh sáng, thị giác và hoạt

động thần kinh gắn bó với nhau không thể tách rời.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Vương quốc của ánh sáng

TTO - Từ những thời kỳ xa xưa cho đến ngày nay, ánh sáng luôn luôn mê hoặc đầu óc con

người. Ánh sáng có ảnh hưởng lớn đến các xúc cảm và suy nghĩ của con người, đến cách con

người quan niệm về thế giới, dù đó là thầy tu, triết gia, nhà thơ, nghệ sỹ hay nhà bác học.

Rất lâu trước khi trở thành đối tượng của các nghiên cứu khoa học, ánh sáng đã được xếp vào

hạng tiên nghiệm (ordre transcendental). Các nguồn sáng trong bầu trời - như Mặt Trời, Mặt

Trăng, các sao, cầu vồng, cực quang - đều đóng vai trò thần thánh trong rất nhiều thần thoại

trên thế giới. Ánh sáng là sứ giả của thần thánh. Mối liên kết giữa ánh sáng với quan niệm cho

rằng con người được sinh ra từ ánh sáng là mật thiết tới mức người ta có thể nói rằng một nền

văn hóa được xác định bằng hình ảnh mà người ta ban tặng cho ánh sáng. Cézane đã vẽ không

page 9 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

biết mệt mỏi rất nhiều lần ngọn núi Sainte-Victoire dưới các góc độ chiếu sáng khác nhau.

Monet chăm chú theo dõi trò chơi sáng - tối suốt nhiều giờ trên các motif của giáo đường

Rouen. Như vậy ánh sáng mang theo nó một hàm ý thẩm mỹ về "cái đẹp" và một hàm ý tinh

thần về "cái thiện". Ánh sáng cho phép chúng ta ngắm nhìn thế giới và giải thích thế giới.

Trong khoa học, ánh sáng cũng đóng vai trò hàng đầu. Ánh sáng thu hút sự chú ý của nhà

quang học, người chuyên chế tạo các kính thiên văn và các loại kính viễn vọng khác để bắt bức

xạ rất yếu của các thiên thể ở xa. Đối với nhà thiên văn, ánh sáng là phương tiện đặc ân để

tiếp xúc với phần còn lại của vũ trụ. Ánh sáng mà nhà thiên văn thu nhận được, thứ ánh sáng

đến từ những thời xa lắc xa lơ, vượt qua không gian mênh mông giữa các vì sao và giữa các

thiên hà, mang theo nó bản mật mã của vũ trụ mà nhà thiên văn phải hoá giải nếu muốn tái

dựng quá khứ, hiểu được hiện tại và tiên đoán tương lai của vũ trụ. Còn nhà vật lý thì lại quan

tâm đến bản chất của ánh sáng. Họ đã phát hiện ra rằng ánh sáng có hai mặt, giống như

Janus: trong một số hoàn cảnh nào đó, ánh sáng trình hiện như một sóng, nhưng trong các

hoàn cảnh khác, nó lại biến hoá thành hạt. Về phần mình, nhà sinh vật học muốn hiểu được

làm thế nào mà sự tiến hóa theo Darwin, được kích thích bởi chọn lọc tự nhiên, lại có thể tạo ra

được một dụng cụ hoàn hảo đến thế - đó là mắt của con người. Còn nhà thần kinh học thì lại

muốn tìm hiểu làm thế nào mà các thông tin thị giác được mắt truyền lên não lại có thể cho

phép não xây dựng được một biểu tượng về thế giới.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Ánh sáng truyền theo đường thẳng

TTO - Người Hy Lạp là những người đầu tiên suy nghĩ nghiêm túc về ánh sáng, thị giác và

màu sắc, cũng như rất nhiều vấn đề khác. Theo họ, một trong hai điều phải xảy ra. Hoặc mắt

là một cơ quan thụ động an phận ghi lại màu sắc và hình dạng mà các vật quanh chúng ta gửi

đến cho nó.

Trong trường hợp này, ánh sáng đi từ vật tới mắt. Đó là quan điểm của chúng ta hiện nay.

Hoặc mắt là chủ động và dò xét thế giới bên ngoài bằng cách chiếu vào nó các tia sáng. Trong

trường hợp này, ánh sáng đi từ mắt thay vì đi vào mắt - một quan điểm mà ngày nay, đối với

chúng ta, dường như là hết sức kỳ cục, thậm chí nực cười. Nhưng liệu ý tưởng cho rằng nhìn là

một quá trình chủ động có thực sự đáng cười đến thế không? Xét cho cùng, khi một người đưa

ánh mắt dò xét các vật xung quanh, thì anh ta thực sự đã phóng chiếu tâm hồn của mình ra

thế giới bên ngoài. Sau này chúng ta sẽ thấy rằng những tiến bộ của ngành sinh lý học giờ đây

page 10 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

đã xác lập một cách chắc chắn rằng mắt còn lâu mới là một cơ quan thuần túy thụ động. Chỉ có

điều sự hoạt động của mắt không giống như sự hình dung của những người cổ xưa.

Mặt khác, học thuyết theo đó các hình ảnh của thế giới bên ngoài đến với chúng ta, mà ngày

nay chúng ta chấp nhận nhưng không mấy bận tâm suy nghĩ về nó, còn lâu mới là hiển nhiên.

Ví dụ, một đám đông theo dõi một cuộc thi đấu thể thao trong một sân vận động chật cứng

người: hình ảnh của các vận động viên chạy trên đường piste có thể đi vào mắt của hàng nghìn

người tại cùng một thời điểm như thế nào? Liệu hình ảnh đó có được nhân lên vô số lần không?

Khi chúng ta ngắm nghía những đường viền tinh tế của cánh hoa hồng, các đường cong hài

hòa của một bức tượng hay màu đỏ rực rỡ của cảnh hoàng hôn, thì bằng cách nào các hình

dạng và màu sắc đó đã tách ra khỏi hoa hồng, bức tượng hay của Mặt Trời để đi vào mắt

chúng ta? Trả lời cho những câu hỏi này đã đặt ra nhiều vấn đề cho người Hy Lạp. Ý tưởng về

ảnh quang học tạo thành trong mắt mới chỉ xuất hiện một nghìn năm trăm năm sau, nhờ có

nhà bác học người Ảrập Alhazen. Khái niệm ảnh quang học chưa bao giờ xuất hiện trong đầu

những người Hy Lạp.

Các quan niệm đầu tiên về ánh sáng không dựa trên những quan sát chính xác cũng chẳng dựa

trên các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm: phương pháp thực nghiệm lúc đó còn chưa ra đời.

Các nhà tư tưởng Hy Lạp quan tâm đến ánh sáng là các triết gia hơn là nhà vật lý học. Một số

thậm chí còn tuyên bố rằng các kinh nghiệm từ cuộc sống hàng ngày là lừa dối, rằng không cần

tính đến chúng. Chẳng hạn, triết gia Parménide (khoảng 540-450 tr. CN) cho rằng Tồn tại là

một, liên tục và vĩnh cửu, và không thể thay đổi. Sự phong phú của thế giới, sự đa dạng và vô

thường của các sự vật hiện tượng chỉ là vẻ bề ngoài, là ảo giác, cần phải tránh xa chúng. Tính

hai mặt giữa ảo giác và hiện thực là một chủ đề cũng thường xuyên nổi lên trong nghiên cứu

về sự tri giác qua thị giác.

Người Hy Lạp đã biết rằng ánh sáng lan truyền theo đường thẳng. Xét cho đến cùng, chỉ cần

hé mở cửa một phòng tối và nhìn các tia sáng của Mặt Trời, hay nhìn ánh sáng Mặt Trời khoan

thủng các đám mây sau cơn giông, là có thể nhận thấy ngay điều đó. Với tình yêu hình học vốn

có, ý tưởng cho rằng đường đi của ánh sáng là thẳng là hoàn toàn tự nhiên đối với người Hy

Lạp.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Lửa trong các con mắt của Empédocle

page 11 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

TTO - Empédocle (khoảng 490 - 435 tr. CN) là tác giả của lý thuyết về thị giác xa xưa nhất mà

chúng ta biết. Là một người đa tài, ông đồng thời là nhà thơ, triết gia, bác sỹ và giáo sỹ. Ông

cũng nổi tiếng vì đã chấm dứt cuộc đời của mình một cách bi thảm bằng cách lao mình xuống

núi lửa Etna.

Theo Empédocle, vạn vật được sinh ra từ bốn nguyên tố cơ bản: lửa, nước, không khí và đất,

chúng được gắn kết với nhau bởi Tình Yêu, bị chia rẽ bởi Hận Thù. Chính sự hòa trộn bốn

nguyên tố này mang lại hình dạng và màu sắc cho vạn vật. Liên quan đến ánh sáng,

Empédocle cho rằng mắt truyền các "tia thị giác" đến thế giới bên ngoài. Sở dĩ có lý thuyết về

các tia thị giác này một phần là do niềm tin dân gian cho rằng các con mắt có chứa "lửa": thực

tế, nếu có ai đó giáng cho bạn một cú đấm vào mắt, thì bạn sẽ có cảm giác như nhìn thấy lửa

(mà ta gọi là nảy đom đóm). Hơn thế nữa, người ta còn nghĩ rằng mèo và các động vật

khác cùng họ mèo đều có thể nhìn được trong bóng tối là bởi vì mắt chúng phát ra ánh sáng.

Niềm tin này sẽ chẳng có gì là khó hiểu đối với những ai đã từng ngồi quanh đám lửa trại vào

ban đêm và nhìn thấy những ánh mắt đe dọa của những động vật hoang dã sáng rực trong

bóng tối.

Nhưng, theo Empédocle, ánh sáng không đi theo một chiều từ mắt tới vật; ánh sáng còn đi

theo chiều ngược lại, từ vật đến mắt. Như vậy mắt cùng lúc vừa là máy phát vừa là máy thu

ánh sáng. Như một chiếc đèn lồng, mắt phát ra lửa, nhưng các vật cũng sinh ra các xạ khí chứa

các thông tin liên quan đến các đặc điểm của chúng như màu sắc và hình dạng, chẳng hạn. Để

giải mã các thông tin này, mắt truyền các tia thị giác qua các lỗ nhỏ, để các tia này tiếp xúc với

các xạ khí của vật và quay trở lại mắt, mang theo các thông tin liên quan đến thế giới bên

ngoài. Ở đây thị giác được đánh đồng với xúc giác: tia thị giác là một dạng cánh tay vươn dài

của mắt, cánh tay này sẽ sờ mó các xạ khí của vật. Vì tồn tại bốn nguyên tố, nên có bốn màu -

trắng, đen, đỏ và xanh-vàng - đi vào mắt người qua bốn loại lỗ tương ứng. Một sự lựa chọn

màu thật là kỳ cục, có thể bạn sẽ nói như vậy. Lẽ nào người Hy Lạp lại nhìn thiếu màu? Đó là

điều mà William Gladstone, nguyên thủ tướng Anh đồng thời là triết gia không chuyên đã kết

luận: ông đã nhận thấy rằng các tác phẩm của nhà thơ Homère (khoảng thế kỷ IX tr. CN)

thường thiếu các từ liên quan đến màu sắc. Thiếu từ vựng có lẽ là cách giải thích hợp lý hơn.

Empédocle cuối cùng đã để trôi vào im lặng một việc quan trọng mà học thuyết của ông không

thể giải thích được: đó là tại sao, khác với loài mèo, chúng ta lại không nhìn thấy trong bóng

tối? Với đôi mắt phát ra "lửa", thì lẽ ra sẽ không có bất kỳ sự khác nhau nào trong khả năng

nhìn giữa ngày và đêm.

TRỊNH XUÂN THUẬN

page 12 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Ảo ảnh Leucippe

TTO - Các triết gia Hy Lạp tiếp tục quan tâm đến vấn đề ánh sáng là Leucippe (khoảng 460-370

tr.CN) và học trò của ông là Démocrite (470-360 tr. CN).

Hậu thế đã coi họ là những người đầu tiên đã phát biểu ý tưởng cho rằng vật chất được cấu

thành đồng thời từ các nguyên tử chuyển động không ngừng và chân không. Chính sự đối lập

giữa đầy (tồn tại) và trống rỗng (không tồn tại) là nguồn gốc của thế giới.

Quan niệm nguyên tử luận về vật chất đã được kiểm chứng một cách hết sức ấn tượng bởi vật

lý lượng tử gần hai mươi lăm thế kỷ sau. Trái ngược với "lửa" trong mắt của Empédocle thoát

ra thế giới bên ngoài, Leuccipe cho rằng thế giới thị giác đến với chúng ta, và do đó, về thực

chất, thị giác là một trải nghiệm thụ động. Dưới tác động của ánh sáng, các hình ảnh về các vật

quanh ta - mà Leucippe đặt cho một tên riêng bằng tiếng Hy Lạp là các eidonlon ( số nhiều là

eidola), có nghĩa là các ảo ảnh - sẽ tách khỏi bề mặt của vật, như da của một con rắn lột xác

tách khỏi cơ thể, và đi đến mắt chúng ta.

Leucippe hình dung rằng các "ảo ảnh" này là các tấm voan vật chất rất mỏng, độ dày cỡ một

nguyên tử, tróc từng lớp từng lớp một ra khỏi các vật để bay hết tốc lực theo tất cả các hướng

của không gian mà vẫn giữ nguyên hình dạng của chúng. Không phải ánh sáng đi vào mắt

người, mà là các hình dạng phiêu du được cấu thành từ các nguyên tử biểu thị các hình ảnh vật

chất của các vật được nhìn thấy, truyền đến mắt và tạo cảm giác cho mắt chúng ta giống như

mùi bay vào lỗ mũi chúng ta.

Học thuyết về các ảo ảnh gợi lên rất nhiều vấn đề thu hút sự chú ý của những người kế tục

Leucippe trong gần mười bốn thế kỷ: nếu chúng ta thu nhận toàn bộ hình ảnh của một vật

trong mắt chúng ta, thì tại sao chúng ta lại chỉ thấy bề mặt của vật ở trước mắt chúng ta? Lẽ ra

chúng ta sẽ phải nhìn thấy tất cả các cạnh và mặt sau của chúng. Và, bởi vì một ảo ảnh giữ

nguyên kích thước ban đầu của vật, vật thì bằng cách nào hình ảnh của một vật khổng lồ như

một quả núi hay một con voi lại có thể đi vào trong một cái lỗ nhỏ như con mắt? Mặt khác, tại

sao một vật ở xa trông lại bé hơn? Các hình ảnh liệu có co lại trong khi chúng chuyển động

không? Và, cứ cho rằng chúng co lại đi, thì bằng cách nào một hình ảnh có thể biết được tôi

page 13 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

đang ở đâu mà điều chỉnh kích thước cho phù hợp để có thể đi vào lỗ mắt của tôi? Bởi vì các

ảo ảnh cần có ánh sáng để kích hoạt - ánh sáng Mặt Trời, Mặt Trăng, hay lửa -, nên ngược lại

với Empédocle, Leucippe đã giải thích dễ dàng tại sao chúng ta không thể nhìn thấy trong bóng

tối.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Giấc mơ Démocrite

TTO - Phát triển các ý tưởng của Leucippe, Démocrite đã đưa ra một lý thuyết về các giấc mơ.

Theo ông, các ảo ảnh thoát ra từ cơ thể chúng ta khi chúng ta ngủ mang theo các dấu ấn về

các xung động tinh thần của chúng ta, về các phẩm chất đạo đức và xúc cảm của chúng ta.

Chúng tỏ ra thực đối với người ngủ và choán đầy các giấc mơ của anh ta. Như vậy, trong bóng

tối hoàn toàn, các lớp mỏng nguyên tử thoát ra từ bề mặt của các vật xung quanh để nuôi

dưỡng các giấc mơ đêm của chúng ta.

Các quan điểm của Démocrite về ánh sáng và thị giác đều dựa trên học thuyết nguyên tử. Ông

chấp nhận bốn màu cơ bản của Empédocle - đen, trắng, đỏ và vàng-xanh-, nhưng thêm vào

đó các màu khác gọi là các màu thứ cấp, như lục và nâu. Khác với Empédocle, Démocrite

không gắn các màu cơ bản cho bốn nguyên tố, mà gắn cho các nguyên tử có hình dạng khác

nhau. Chẳng hạn, các nguyên tử tạo ra màu trắng là tròn và nhẵn, được sắp xếp sao cho vạch

ra các kênh thẳng, "không có bóng", trong khi các nguyên tử tạo ra màu đen, phát ra bóng tối,

lại có hình dạng không đều và sần sùi, được ghép lại với nhau trong các hệ xốp vặn vẹo, giam

hãm ánh sáng. Các nguyên tử bản thân chúng không có màu. Chỉ có các tính chất gọi là "sơ

cấp", như kích thước, hình dạng, trọng lượng, vị trí hay chuyển động, mới là đặc trưng cho

chúng. Các màu (và các đặc tính giác quan khác như mùi và vị) không hiện hữu trong bản thân

các vật. Chính vì vậy mà bản thân các nguyên tử, vốn là nguyên nhân tạo ra sự đa dạng của

thế giới, có một tập hợp các tính chất rất hạn chế; nhưng chúng có thể được gắn kết lại với

nhau theo một nghìn lẻ một cách, làm cho thế giới trở nên vô cùng đa dạng thay vì đơn điệu,

nhạt nhẽo và buồn tẻ. Học thuyết về màu sắc của Démocrite là một loại khoa học vật liệu đi

trước thời đại.

page 14 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Démocrite còn đi xa hơn. Ông phát biểu rằng cái mà chúng ta thấy bắt nguồn từ cái mà chúng

ta đã tạo ra trong đầu chúng ta: các "nguyên tử màu sắc" chỉ trở nên có màu sau khi đã tương

tác với các "nguyên tử của tinh thần". Mặc dù Démocrite, với học thuyết nguyên tử của ông, đã

vượt rất Parménide (người xem rằng Tồn tại bất biến là một, trong khi đó theo Démocrite tồn

tại được nhân lên thành một số vô hạn các nguyên tử không thể chia cắt và bất biến), nhưng

ông có một điểm chung với Parmédie, đó là nghi ngờ các dữ liệu cảm tính. Theo cả hai triết gia

này, thế giới cảm giác chỉ là một ảo ảnh, một ẩn dụ; bề mặt không tiết lộ được chân lý ở sâu

bên trong.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Ánh sáng siêu hình của Platon

TTO - Platon (428-347 tr. CN) đã đẩy quan niệm về sự khác biệt căn bản giữa vẻ bề ngoài và

bản chất bên trong đến cực điểm.

Ông cho rằng có hai cấp độ của thực tại: thực tại của thế giới vật lý mà các giác quan của

chúng ta tiếp cận được - đó là thế giới không vĩnh cửu, hay thay đổi và ảo giác - và thực tại

của thế giới thực, thế giới của các Ý niệm vĩnh cửu và bất biến.

Để minh hoạ sự lưỡng phân giữa hai thế giới và quan niệm cho rằng thế giới cảm giác và nhất

thời chỉ là sự phản ảnh nhạt nhòa của thế giới các Ý niệm, Platon đã đưa ra một phúng dụ nổi

tiếng gọi là phúng dụ hay thần thoại cái hang. Bên ngoài hang có một thế giới lung linh các

màu sắc, các hình dạng và ánh sáng mà con người trong hang không thể nhìn thấy, không thể

tiếp cận được. Tất cả những gì con người ở đây tri giác được, đó là bóng của các vật và các

sinh vật của thế giới bên ngoài hắt lên thành hang. Thay vì sự rực rỡ của các sắc màu, sự rõ

nét của các hình dạng của hiện thực, họ chỉ được thấy một màu xám buồn tẻ và các đường

viền mờ nhoè của những cái bóng. Tính hai mặt này của thế giới kéo theo tính hai mặt của

Tồn tại. Trong thế giới các Ý niệm nơi cái Thiện ngự trị, nó là vĩnh cửu và bất biến, tồn tại bên

ngoài thời gian và không gian; còn trong thế giới cảm giác, con tạo nhào nặn vật chất theo các

kế hoạch của thế giới các Ý niệm.

page 15 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Liên quan đến thị giác, Platon lấy lại một số khái niệm của những người đi trước và sắp xếp

chúng lại theo cách riêng của ông. Chẳng hạn, trong cuốn Timée, ông đã phát triển ý tưởng

"lửa" trong mắt mà Empédocle đã phát biểu bảy mươi năm trước. Ông dẫn ví dụ về cái kim rơi

xuống đất; chúng ta có thể tìm cái kim này rất lâu, nhưng, để thấy nó, thì chỉ cần cái nhìn của

chúng ta rơi trên nó, chạm vào nó, và trong một chừng mực nào đó là sờ mó nó. Như vậy thị

giác là một loại xúc giác hoạt động thông qua các tia thị giác. Bằng chứng: chẳng phải đôi khi

chúng ta cảm thấy có ai đó nhìn sau gáy ta đấy sao? Platon cũng chấp nhận bốn màu cơ bản

của Empédocle bằng cách coi chúng gắn liền với bốn nguyên tố. Đi theo dấu chân của

Démocrite, ông đã lấy lại quan niệm cho rằng có các màu là do các hạt cơ bản. Nhưng ông bác

bỏ các quan niệm nguyên tử luận của Démocrite và cho rằng thế giới được cấu thành không

phải từ các nguyên tử, mà từ các đa giác đều.

Ở Platon, ánh sáng thuộc vào hạng siêu hình. Mặt Trời là con của cái Thiện, và mắt, nhạy cảm

với ánh sáng, là một cơ quan gắn chặt nhất với Mặt Trời. Như vậy thị giác là kết quả cảu sự

tổng hợp của ba quá trình bổ sung cho nhau. Mắt phát ra lửa, lửa kết hợp với ánh sáng xung

quanh để tạo thành một chùm sáng duy nhất. Chùm sáng này được phóng thẳng ra phía trước

cho đến khi gặp bề mặt của một vật; ở đó, nó gặp tia các hạt do vật phát ra dưới tác dụng của

ánh sáng xung quanh và kết hợp với chùm sáng ban đầu. Tia các hạt này chứa thông tin về

tình trạng của vật, màu sắc và kết cấu của nó. Sau đó chùm sáng co lại để truyền đến mắt

những thông tin này. Các hạt đi qua những lỗ nhỏ xíu trong măt để truyền thông tin đến não,

nơi diễn giải những thông tin này. Bởi vì hình ảnh sinh ra chỉ do sự gặp gỡ giữa các tia thị giác

có bản chất thần thánh phát ra từ mắt chúng ta với các tia phát ra từ vật, "những gì giống

nhau đi đến với nhau", nên Platon có thể giải thích được tại sao chúng ta không thể nhìn thấy

trong bóng tối: sở dĩ mắt không thể nhìn trong đêm tối, chính là bởi vì các vật không phát ra

các tia, nên "lửa" bên trong mắt không thể tiếp xúc với "lửa" phát ra từ các vật bên ngoài.

Trong sơ đồ Platon, mắt đồng thời là cơ quan phát và cơ quan thu, vừa chủ động vừa thụ

động, và vai trò của ánh sáng xung quanh đã được nêu ra một cách rất rõ ràng.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Aristote và ánh sáng hoạt hóa sự trong suốt của không khí

TTO - Aristote (384-322 tr. CN), học trò của Platon, đưa ra một quan điểm nằm giữa chủ nghĩa

duy tâm của Platon và chủ nghĩa duy vật của Démocrite. Là một triết gia thuộc trường phái tự

nhiên, ông có cái nhìn cụ thể hơn và kinh nghiệm hơn về hiện thực, đồng thời ông cũng là

người bác bỏ thế giới Ý niệm của Platon.

page 16 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Ông cũng không tỏ ra mấy thích thú đối với một thế giới cấu thành từ các nguyên tử và chân

không, bởi lẽ chúng không phù hợp với các quan niệm của ông về các phẩm chất và sự thay

đổi đặc trưng của thế giới. Trong khi Démocrite quy giản vạn vật về các thực thể định lượng

(các nguyên tử), thì Aristote lại cho rằng chính chất chứ không phải lượng mới tạo nên hiện

thực cơ bản. Chẳng hạn, hãy nhìn một quả cam chín đặt trên đĩa. Theo Aristote, tính chất chín

là tiềm năng có ngay từ đầu trong quả cam. Tiềm năng này trở thành hiện thực ngay khi quả

cam chín. Sự chín, do đó, đối với ông là một phẩm chất cơ bản. Ngược lại, đối với những người

theo trường phái nguyên tử luận, quả cam chín là bởi vì các nguyên tử cấu thành nó thay đổi vị

trí hoặc cách xếp cạnh nhau của chúng. Bằng cách đưa ra các khái niệm như "tiềm năng" và

"thực tại", Aristote đã bác bỏ quan niệm của Parménide theo đó mọi thay đổi chỉ là ảo giác.

Aristote chấp nhận bốn nguyên tố của Empédocle và kết hợp chúng với bốn phẩm chất cơ bản

gắn liền với xúc giác: lạnh, nóng, khô và ẩm. Như vậy, đất là lạnh và khô, nước nóng và ẩm,

không khí nóng và ẩm, lửa nóng và khô. Chính sự hòa trộn bốn phẩm chất cơ bản đã tạo ra các

tính chất thứ cấp, như các màu sắc và mùi vị. Liên quan đến thị giác, Aristote bác bỏ dứt khoát

các "tia thị giác" của Empédocle, bởi theo ông lý thuyết này không giải thích được tại sao chúng

ta không nhìn thấy trong bóng tối. Ông cũng bác bỏ quan niệm của Platon về các hạt thoát ra

từ bề mặt các vật để đi vào mắt người quan sát. Theo ông, sự tri giác các vật được thực hiện

không phải thông qua dòng vật chất, mà bởi ấn tượng của chúng lên các giác quan, cũng giống

như sáp tiếp nhận dấu ấn của chiếc nhẫn nhưng không tước mất của nó cái chất, sắt hay vàng,

đã tạo nên chiếc nhẫn đó. Ấn tượng tạo bởi vật đã thực tại hóa tiềm năng vốn đã tồn tại trong

cơ quan thị giác. Như vậy mắt tiếp nhận các ấn tượng về màu sắc, hình dạng, chuyển động,

v.v... Còn sự nhận dạng cuối cùng về vật không diễn ra trong mắt, mà trong một bộ phận mà

Aristote gọi là sensus communis (lương tri). Bởi vì Aristote đặt "tâm hồn" không phải trong não,

mà trong tim, nên ông cũng đặt "lương tri" ở trá i tim . Để tạo ra một hình ảnh tinh thần về

các ấn tượng, tâm hồn sử dụng một khả năng đặc biệt gọi là "tưởng tượng".

Vậy các ấn tượng về các vật bên ngoài được truyền đến các cơ quan thị giác như thế nào?

Theo Aristote, chức năng này được thực hiện trước hết bởi không khí, sau đó bởi chất lỏng có

trong mắt . Chúng ta nhìn thấy các vật bởi vì một nguồn sáng đã làm thay đổi tính chất của

môi trường giữa mắt và vật; từ không trong suốt, nó trở thành trong suốt. Môi trường này đã

có một tiềm năng trong suốt; chính ánh sáng đã thực tại hóa sự trong suốt này mà Aristote gọi

là "diaphane": "Màu làm cho diaphane, như không khí, chẳng hạn, chuyển động, rồi sự

diaphane lại truyền chuyển động của nó cho con mắt mà nó tiếp xúc." Để nhìn được thì nhất

thiết phải có một nguồn sáng - lửa, Mặt Trời hay Mặt Trăng, chẳng hạn. Nguồn sáng này cho

phép thực tại hóa sự trong suốt cần thiết cho thị giác mà trước đó vẫn chỉ là tiềm năng. Như

vậy, ánh sáng, màu sắc và các hình dạng không phải là các chất di chuyển qua một môi

trường. Chúng chỉ làm một việc là làm thay đổi cái môi trường ấy. Chúng không cần thời gian

để đi tới chúng ta; do đó sự tri giác là tức thời. Ngược lại với điều mà Empédocle suy nghĩ, ánh

sáng theo Aristote không phải là một vật chất: nó không phải là "lửa", không phải là vật, cũng

không phải là xạ khí của của vật.

page 17 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Liên quan đến màu sắc, Aristote cho rằng tồn tại hai màu cơ bản: đen và trắng, tạo thành các

"phẩm chất cực đoan", mà ông đồng nhất với tối và sáng. Tất cả các màu khác bắt nguồn từ sự

hòa trộn hai màu cơ bản này và biểu hiện các "phẩm chất trung gian". Tuy nhiên, sự hòa trộn

này không đơn thuần chỉ là sự xếp cạnh của màu đen và trắng vốn chỉ tạo ra màu xám. Ở đây

Aristote viện đến vai trò của nhiệt. Chẳng hạn, trong tác phẩm Màu sắc, ông đã miêu tả những

con ốc sên vốn màu xám, sau khi bị luộc sẽ chuyển sang màu tím. Các màu khác cũng có thể

bắt nguồn từ sự hòa trộn giữa đen và trắng trong một môi trường bán trong suốt: đó là trường

hợp các màu nâu đỏ hoặc da cam của cảnh hoàng hôn.

Tóm lại, người Hy Lạp là tác giả của ba lý thuyết rất khác nhau về thị giác: lý thuyết "tia thị

giác" xuất phát từ mắt của Empédocle; lý thuyết "hạt" của Leucippe và Démocrite, theo đó các

hình dạng chuyển động được cấu thành từ các nguyên tử tách khỏi bề mặt của các vật; và lý

thuyết "diaphane" của Aristote, trong đó một nguồn sáng thực tại hóa sự trong suốt của không

khí xung quanh truyền đến mắt người cảm giác về các màu sắc và hình dạng của các vật. Các

quan niệm này đã có ảnh hưởng to lớn đến các nhà tư tưởng quan tâm đến vấn đề ánh sáng

và thị giác trong suốt hai mươi thế kỷ sau đó.

1. Aristote cho rằng chức năng của não là làm lạnh máu.

2. Các ngôi sao được nhìn thấy qua một môi trường khác, là ête. Đó là nguyên tố thứ năm, có

các phẩm chất thần thánh, mà Aristote gọi là "tinh chất".

TRỊNH XUÂN THUẬN

Euclide và hình học về thị giác

TTO - Aristote là người cuối cùng của dòng các nhà tư tưởng gộp cả triết học và khoa học vào

một sơ đồ rộng lớn duy nhất. Sau ông, hai phương thức tìm hiểu thế giới này tách ra khỏi

nhau. Các nhà khoa học rời xa triết học, và các triết gia chỉ chuyên tâm đến các vấn đề tinh

thần, đạo đức và tôn giáo.

Nhờ các cuộc chinh phục của Alexandre Đại đế (356-323 tr. CN), một học trò của Aristote, nền

page 18 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

văn minh Hy Lạp đã được truyền bá tới tận Indus và Ai Cập. Mặc dù Aten vẫn là kinh đô của

triết học với các gương mặt như Épicure (341-270 tr. CN) và học trò của ông là Lucrère (95-52

tr. CN), mà bài thơ triết học Về tự nhiên của ông được coi là tác phẩm trình hay nhất về các ý

tưởng nguyên tử luận của Démocrite, nhưng thành phố Alexandrie ở Ai Cập do Alexandre thiết

lập đã trở thành trung tâm khoa học của thế giới Hy Lạp. Chính nơi đây đã ra đời viện hàn lâm

khoa học nổi tiếng mang tên "Bảo Tàng", nơi có một thư viện khổng lồ tập trung gần nửa triệu

cuốn sách.

Nhà toán học Euclide (khoảng 300 tr. CN) là một trong những nhà khoa học đầu tiên làm việc

tại Bảo Tàng. Ngoài các bài viết và những chứng minh các định lý hình học - một tượng đài trí

tuệ hùng vĩ tới mức được chấp nhận hoàn toàn trong suốt hai mươi hai thế kỷ sau -, Euclide

còn quan tâm đến vấn đề thị giác. Và sự quan tâm ấy hoàn toàn có cơ sở: ông thấy ở đó một

lĩnh vực lý tưởng để áp dụng các ý tưởng hình học thân thiết của ông. Ông đã chấp nhận một

cách tự nhiên quan niệm về "tia thị giác" của Empédocle: trong số ba lý thuyết mà các bậc tiền

bối đưa ra, thì lý thuyết "tia thị giác" phù hợp nhất với cách xử lý toán học chặt chẽ. Ông đã

đưa ra nhiều lập luận xác đáng để ủng hộ giả thuyết này. Chẳng hạn, ông lập luận rằng chúng

ta không phải lúc nào cũng tri giác được các vật, ngay cả khi cái nhìn của chúng ta bặt gặp

chúng: chưa chắc bạn nhận thấy một cái kim rơi xuống đất ngay cả khi nó nằm trong tầm nhìn

của bạn; trong khi đó, nếu thị giác chỉ phụ thuộc vào ánh sáng được cái kim phản xạ đến mắt

bạn, thì chắc chắn bạn phải nhìn thấy nó ngay lập tức. Ngược lại, lý thuyết "tia thị giác" phát ra

từ "ngọn lửa" bên trong mắt bạn có thể giải thích rất rõ điều đó: cái kim chỉ có thể nhìn thấy

được ngay vào lúc các tia phát ra từ mắt chúng ta bắt gặp nó.

Trong cuốn Quang học, Euclide đưa ra tiên đề rằng các "tia thị giác" phát ra từ mắt chiếu thẳng

vào tất cả những gì mà cái nhìn chạm vào. Mỗi một tia đi đến đầu bên kia chỉ tới một điểm của

vật được nhìn thấy. Nhưng thực nghiệm chỉ ra rằng chúng ta có thể đồng thời nhìn được hơn

một điểm của vật. Chẳng hạn, không cần cử động mắt, bạn vẫn có thể đồng thời nhìn được

nhiều từ trên trang sách này; các từ khác ở xa trở nên mờ nhòe hơn. Vì vậy Euclide đưa ra tiên

đề về tập hợp các "tia thị giác" chứa trong một hình nón mà đỉnh của nó là tâm của mắt và đáy

là phạm vi nhìn thây của mắt. Nhờ có tiên đề mặt nón thị giác này và nhờ các tính toán hình

học, ông đã giải thích được tại sao cây ở xa trông lại nhỏ hơn cây ở gần . Ông cũng đã đưa ra

được lý do giải thích tại sao một vòng tròn nằm trong cùng một mặt phẳng với mắt lại nhìn

giống như một đường thẳng.

Tất nhiên, vẫn còn nhiều câu hỏi căn bản mà quang hình học của Euclide chưa thể đưa ra câu

trả lời: tỉ như có bao nhiêu "tia thị giác" trong "mặt nón thị giác", và nhân tố nào quyết định số

lượng của chúng? Còn về vấn đề được coi là gót chân Achille của lý thuyết các "tia thị giác"

cũng chưa được giải quyết: tại sao chúng ta nhìn mờ hơn ngay khi ánh sáng ban ngày giảm, và

hoàn toàn không nhìn được trong đêm tối? Hơn nữa, chúng ta không thấy Euclide tính đến bất

kỳ yếu tố sinh lý (như vai trò của mắt), tâm lý (như vai trò của não) hay vật lý nào liên quan

page 19 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

đến bản chất của ánh sáng và của các màu. Euclide mới chỉ giới hạn ở vai trò của nhà toán

học.

Quang học của Euclide không vì thế mà không có một ảnh hưởng lịch sử to lớn. Lần đầu tiên

toán học (ở đây là hình học) được áp dụng cho một hiện tượng tự nhiên và lần đầu tiên các

thực thể trừu tượng xuất phát từ trí tưởng tượng của con người, như đường thẳng, tam giác

hay vòng tròn, được sử dụng để làm sáng tỏ một tình huống thực tế: mắt, ánh sáng và thị giác.

Đó là sự khởi đầu của nhận thức rằng ngôn ngữ của tự nhiên là toán học. Mặt khác, quan niệm

"mặt nón thị giác" đã đóng một vai trò quyết định trong sự phát triển của các ý tưởng trong

quang học và đã có một sức sống đặc biệt lâu dài. Nó còn kéo dài rất lâu ngay cả sau khi con

người đã nhận ra rằng chính ánh sáng của thế giới bên ngoài đi vào mắt người, chứ không phải

ngược lại, và rất nhiều khía cạnh của cơ chế thị giác đã được làm sáng tỏ. Vào thời kỳ khá gần

với chúng ta, tức vào năm 1800, rất nhiều nhà vật lý vẫn còn tin rằng một chùm ánh sáng được

cấu thành từ nhiều "tia thị giác", và rằng một chùm sáng sẽ càng sáng nếu nó chứa càng nhiều

"tia thị giác". Còn những người cho rằng ánh sáng được cấu thành từ nhiều hạt thì hình dung

những hạt đó chúng di chuyển trên các "tia thị giác" tựa như xe ô tô chạy nối đuôi nhau trên

đường nhựa.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Ptolémée và bánh xe màu sắc

TTO -Nhân vật tiếp theo bước lên sân khấu của câu truyện truyền kỳ về ánh sáng là nhà thiên

văn học người Hy Lạp tên là Claude Ptolémée (khoảng 100 - 178).

Ông đặc biệt nổi tiếng trong việc xây dựng hệ thống địa tâm của thế giới, trong đó Trái Đất

ngự ngay trung tâm của hệ Mặt Trời, còn các hành tinh khác và Mặt Trời đều quay xung quanh

Trái Đất.

Tác phẩm chính của ông, cuốn Almageste, đã trở thành nền tảng của thiên văn học trong suốt

page 20 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

mười ba thế kỷ - cho tới tận khi Copernic, vào năm 1543, đã trục xuất Trái Đất khỏi vị trí trung

tâm của thế giới để đặt vào đó Mặt Trời. Ptolémée cũng là tác giả của một tác phẩm về quang

học nhưng rất tiếc đã không được lưu giữ đầy đủ, và chỉ một phần của nó là còn lại đến ngày

nay.

Lý thuyết về thị giác của Ptolémée về cơ bản giống với lý thuyết thị giác của Euclide. Nhưng,

vốn là người có óc quan sát, ông chú ý đến các kết quả thực nghiệm của lý thuyết nhiều hơn

Euclide, người mới chỉ dừng lại ở bình diện toán học trừu tượng. Ptolémée cũng cho rằng mắt

đồng thời vừa là máy phát vừa là máy thu: mắt phát ra các "tia thị giác" có cùng bản chất với

ánh sáng và màu sắc. Ngay khi chúng ta mở mắt, dòng thị giác lan truyền một cách tức thời

theo vô số hướng, và chúng ta tri giác được mọi thứ mà dòng này chạm đến vào thời điểm trời

đủ sáng. Ptolémée cũng đưa ra tiên đề về "mặt nón thị giác", nhưng khác với Euclide, ông cho

rằng mặt nón này không chứa một tập hợp các "tia thị giác" tách biệt, mà chứa một continuum

các tia có mật độ lớn nhất ở trung tâm, tại đó mắt nhìn thấy rõ nhất, nhưng giảm dần ở rìa

mép nơi các chi tiết nhoè mờ hơn. Ptolémée giải thích rằng nếu các tia là tách biệt, thì các vật ở

rất xa, như một ngôi sao chẳng hạn, sẽ có nhiều khả năng rơi vào giữa hai tia và do vậy không

thể nhìn thấy được. Nhưng thực tế không phải như thế. Theo ông, "mặt nón thị giác" bản thân

nó không đủ; còn cần phải có thêm ánh sáng bên ngoài để được khởi phát sự hoạt động của

nó. Chẳng hạn, khi "mặt nón thị giác" quét lên bề mặt của một vật, nó chỉ tương tác với vật ấy

nếu có ánh sáng xung quanh. Ánh sáng bên ngoài này càng mạnh thì tương tác càng mạnh.

Điều này giải thích tại sao chúng ta không nhìn được trong bóng tối.

Ptolémée cũng suy nghĩ về hành trạng của ánh sáng khi nó phản xạ trên một bề mặt (định luật

phản xạ) hay đổi hướng khi đi từ môi trường này sang môi trường khác, như đi từ không khí

sang nước, chẳng hạn (định luật khúc xạ). Ông cũng là người đầu tiên miêu tả các màu hòa

trộn với nhau như thế nào không chỉ trên bảng màu của người hoạ sĩ, mà còn cả trong mắt

nữa. Để làm điều này, ông vẽ các màu khác nhau trên một bánh xe sau đó quay bánh xe thật

nhanh. Mắt không có đủ thời gian để phân biệt từng màu một, mà chỉ nhìn thấy các màu này bị

trộn vào nhau. Ngoài vận tốc, ông còn nhận thấy rằng sự hòa trộn các màu còn có thể là kết

quả của khoảng cách: một bức tranh ghép các màu sáng nhìn từ xa có thể cho ấn tượng về

màu xám.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Theo Galien, trung tâm của thị giác là thuỷ tinh thể

page 21 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

TTO - Một gương mặt lớn khác góp phần phát triển các ý tưởng về ánh sáng và thị giác vào

cuối thời kỳ Hy Lạp là Claude Galien (130-200), và cùng với Hippocrate là hai bác sỹ vĩ đại nhất

thời Cổ đại.

Ông là bác sỹ riêng của hoàng đế Marc Aurèle, người đã phái ông đến Rome để chăm sóc cho

con trai mình là Commode bị bệnh rối loạn tinh thần. Galien đã lấy lại một phần các tư tưởng

triết học của triết gia khắc kỉ tên là Zénon (khoảng 384-322 tr. CN), theo đó vũ trụ là một sinh

vật sống, duy lý và thông minh, và tự nhiên được thổi một luồng sinh khí và sáng tạo gọi là

pneuma (linh khí). Theo Galien, linh khí của sự sống được các động mạch dẫn đến não và được

chuyển hóa thành một linh khí tinh tế hơn, gọi là linh khí tâm hồn, mà trung tâm của nó nằm

trong não. Linh khí thị giác là một bộ phận cấu thành quan trọng của linh khí tâm hồn. Nó thực

hiện một vòng đi từ não, đến mắt qua các dây thần kinh thị giác, rồi đến vật được quan sát để

rồi quay ngược trở lại: mắt → dây thần kinh thị giác → não.

Galien cũng đã lấy lại một số quan niệm của Aristote: dưới ảnh hưởng kết hợp của linh khí thị

giác và ánh sáng, không khí bao quanh ta chịu một biến đổi làm cho mắt nhìn thấy được. Các

màu sắc cũng làm cho không khí biến đổi. Theo Galien, trung tâm của thị giác là thủy tinh thể.

Tuy ông không giải thích được bằng cách nào hình ảnh của một vật đi vào trong con ngươi,

được ghi lại trên thủy tinh thể và được truyền đến não, nhưng các quan niệm của ông vẫn có

một ảnh hưởng to lớn đối với hậu thế. Quan niệm cho rằng thủy tinh thể là trung tâm của thị

giác đã kìm hãm đáng kể sự phát triển của một lý thuyết đúng đắn: nó không hề bị xem xét lại

trong suốt mười bốn thế kỷ, cho tới khi Johannes Kepler chứng tỏ vào năm 1604 rằng chính

võng mạc, chứ không phải thuỷ tinh thể, mới là bộ phận chính của thị giác.

Hy Lạp, vì bị sáp nhập vào Đế chế La Mã vào cuối thế kỷ II tr. CN, nên tư tưởng ở đó đã mất đi

sự rực rỡ để rồi tàn lụi bốn thế kỷ sau. Các nghiên cứu về giải phẫu và sinh lý học của Galien và

hệ địa tâm của Ptolémée là những lóe sáng cuối cùng của văn minh Hy Lạp. Việc đốt phá Thư

viện lớn Alexandrie cùng với năm trăm nghìn cuốn sách vào năm 389 và việc đóng cửa Viện

hàn lâm Platon của hoàng đế Justinien vào năm 529 là những đòn chí tử kết liễu hệ tư tưởng

Hy Lạp, báo hiệu những thế kỷ đen tối sắp tới. Người La Mã ít quan tâm đến các tư biện trừu

tượng nên không có đóng góp gì vào sự tiến bộ của các tư tưởng nói chung, và vào lý thuyết

về ánh sáng và thị giác nói riêng. Các cuộc tấn công liên miên của các bộ lạc du mục dã man

đến từ phương Đông kéo dài suốt thế kỷ V và VI đã đẩy nhanh sự suy tàn của Đế chế La Mã,

vốn đã bị suy yếu đáng kể bởi sự suy thoái về chính trị, khủng hoảng về kinh tế, hỗn loạn về

quân sự, cùng với tệ quan liêu tột độ và sự sụp đổ của hệ thống tư pháp.

TRỊNH XUÂN THUẬN

page 22 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Thế giới Hồi giáo giành lấy ngọn đuốc

TTO - Trong khi Đế chế La Mã suy tàn và sụp đổ thì Đế chế Ảrập - hồi giáo lại bắt đầu cất

cánh. Cái chết của nhà tiên tri Mohamet năm 632 đã đưa thế giới Ảrập vào một trạng thái hưng

phấn tôn giáo mạnh mẽ.

Nhiều làn sóng người sùng đạo dồn dập tỏa khắp địa cầu: về phía Đông, đến đế chế Ba Tư và

Ấn Độ; về phía Tây, đến Bắc Phi và Ai Cập; về phía Bắc, đến Tây Ban Nha và cuối cùng bị quân

đội của Charles Martel chặn lại gần Poitiers, đúng một thế kỷ sau khi nhà tiên tri Mohamet qua

đời. Ngọn đuốc của nền văn minh được truyền từ người phương Tây sang tay của các khalíp

(vua) của Bagda, mới được thành lập năm 762. Nền văn hóa Arập-Ba Tư đạt đến đỉnh điểm

dưới thời vua Haroun al-Rachid (766-809), một nhân vật huyền thoại của Nghìn lẻ một đêm,

người đã mở đầu cho một thời kỳ huy hoàng nở rộ tinh thần hiệp sỹ, thơ ca và âm nhạc. Các

tác phẩm lớn của Hy Lạp đều được dịch sang tiếng Ảrập và Bagda đã trở thành trung tâm tri

thức lớn của thế kỷ IX.

Một số nhà khoa học Ảrập ở Bagda quan tâm trở lại vấn đề thị giác. Đúng như người ta chờ

đợi, ở đây cũng có những người tán thành các "tia thị giác" và cũng có một số người khác phản

đối. Trong số những người tán đồng, Al-Kindi (khoảng 801-866), triết gia đầu tiên và đồng thời

cũng là bác sỹ, nhạc sỹ và nhà toán học Ảrập đã ủng hộ mạnh mẽ các "tia thị giác", và do đó

ông thuộc dòng tư tưởng từ Empédocle đến Galien và Euclide. Về cơ bản, ông lấy lại các quan

niệm của những người đi trước: các "tia thị giác" có dạng các mặt nón nhỏ đỉnh chạm vào mắt

và kết nối các giác quan của chúng ta với thế giới bên ngoài bằng cách làm thay đổi hình thái

của không khí phía trước chúng ta, để không khí có thể truyền được hình dạng và màu sắc của

các vật. Theo ông, lý thuyết về các "ảo ảnh" của Démocrite là không đứng đắn, vì nó không

giải thích được tại sao một hình tròn lại có thể trình hiện theo một hướng nào đó như là một

đường thẳng, trong khi hình học Euclide áp dụng cho các "tia thị giác" có thể dễ dàng giải thích

điều đó bằng một phép chiếu đơn giản.

Ngược lại, triết gia và bác sỹ người Iran tên là Avicenne (980-1037) mà ngày nay vẫn được thế

giới Ảrập coi là "ông hoàng của các bác sỹ", đã bác bỏ lý thuyết về các "tia thị giác" bằng các

lập luận sau: "chúng ta có thể dễ dàng nhìn thấy sống của một con tàu trong một vùng nước

trong; vậy thì làm thế nào các tia thị giác có thể đi vào trong nước, vốn là một chất không xốp,

mà không làm cho mặt nước bị cuốn lên? Theo ông, lý thuyết của Galien cũng không thể chấp

nhận được: bởi vì không khí không thể dùng để nối dài linh khí thị giác, bởi vì nó không thể đi

đến được các ngôi sao xa xôi trong khi mắt vẫn hoàn toàn có thể nhìn được các ngôi sao này.

Và, biết giải thích thế nào đây việc chúng ta có thể nhìn thấy ngay cả khi gió thổi mạnh và khi

không khí chuyển động?

page 23 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Nhưng, cũng giống như Al-Kindi, Avicenne không đưa ra được sơ đồ khác về căn bản với các

bậc tiền bối Hy Lạp. Nhiệm vụ này được trao cho triết gia, nhà toán học và thiên văn học Ibn

al-Haytham (965-1039), nổi tiếng hơn ở Phương Tây với tên gọi là Alhazen. Trong số khoảng

một trăm hai mươi cuốn sách, cuốn Luận về quang học của ông vẫn được coi là một kiệt tác về

các quan sát và suy diễn đặt vấn đề xem xét lại một số khía cạnh của tư tưởng Hy Lạp, và đã

chi phối các suy nghĩ và tư biện về các hiện tượng quang học trong suốt sáu thế kỷ, cho tới khi

Johannes Kepler vượt sang giai đoạn tiếp theo.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Alhazen dập tắt "ngọn lửa bên trong" và đảo ngược lại các tia sáng

TTO - Alhazen đồng ý với quan điểm của Aristote theo đó ánh sáng đến từ bên ngoài và đi vào

mắt, chứ không phải ngược lại. Ông đưa ra nhiều lập luận để bảo vệ quan điểm này. Có một

điểm mới: lập luận của ông dựa trên các quan sát hơn là trên các tiên đề toán học theo cách

của Euclide.

Chẳng hạn, ông đã từng viết, chúng ta không thể nhìn lâu Mặt Trời mà không bị chói mắt. Nếu

ánh sáng đi từ mắt chúng ta, thì sẽ không có lý do gì để chúng ta phải cảm thấy chói mắt như

vậy. Ngược lại, nếu ánh sáng mặt trời đi đến mắt chúng ta, thì ánh sáng chói loà của nó có thể

dễ dàng giải thích tại sao chúng ta lại thấy khó chịu như vậy. Alhazen cũng nêu lên hiện tượng

lưu ảnh; hãy nhìn một vật trong nắng và sau đó đi vào bóng râm: hình ảnh về vật vẫn đọng lại

vài giây trước mắt chúng ta. Một lần nữa, hiện tượng này cũng chỉ có thể giải thích được nếu

ánh sáng đi vào mắt chúng ta từ bên ngoài.

Nhưng nếu Alhazen bác bỏ ý tưởng về "ngọn lửa bên trong", thì không vì thế mà ông từ bỏ cơ

sở hình học của thị giác đã được Euclide phát triển. Theo ông, các tia sáng thật sự tồn tại.

Chúng lan truyền theo đường thẳng (người ta có thể nhìn thấy đường đi thẳng của ánh sáng

qua một khe nhờ các hạt bụi làm cho ánh sáng nhìn thấy được; chỉ có điều, cảm giác về sự lan

truyền của chúng bị đảo ngược: chúng lan truyền từ vật đến mắt, chứ không phải từ mắt đến

vật. Khi ánh sáng xung quanh chạm vào một vật liền bị vật này phản xạ. Từ mỗi điểm trên bề

mặt của một vật có màu, các chùm tia sáng lan tỏa theo tất cả các hướng (trừ phi vật này là

một cái gương, trong trường hợp đó ánh sáng đi ngược trở lại theo một và chỉ một hướng), và

chỉ một tỉ lệ nhỏ của chúng đi vào mắt chúng ta. Ở đây Alhazen đã đưa ra ý tưởng về sự tán xạ

ánh sáng.

page 24 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Ngược lại với điều mà Démocrite và Épicure đưa ra, không phải các "ảo ảnh" xuất phát từ vật,

mà là các tia sáng. Mặt nón của Euclide vẫn tồn tại, nhưng bị đảo lại: đỉnh nằm trên vật, và đáy

của nó trên con ngươi, chứ không phải ngược lại. Theo Alhazen, ánh sáng trong môi trường

xung quanh là cần thiết để nhìn: các tia thị giác chỉ phát ra từ vật nếu bản thân chúng cũng

sáng hoặc được chiếu sáng. Ông cũng đã tấn công quan niệm của Aristote về sự trong suốt;

ông cho rằng sự trong suốt của các môi trường trung gian giữa mắt và vật không gắn kết quá

mạnh với nguồn sáng, mà có thể được giải thích bằng các tia sáng lan truyền theo đường

thẳng.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Mắt- máy thu hình ảnh

TTO - Như vậy Alhazen đã dập tắt "ngọn lửa bên trong" của Empédocle. Ông đã thay vào đó

một lý thuyết về thị giác dựa trên các tia sáng có hành trạng được mô tả chính xác bằng ngôn

ngữ toán học và hình học của Euclide.

Mắt không còn là nơi trú ngụ của một thứ ánh sáng thần thánh và thiêng liêng nữa; mắt chờ

được được chiếu sáng bởi ánh sáng từ ngoài. Từ vai trò là máy phát ra các tia, mắt chuyển

sang vai trò là máy thu.

Sự đảo ngược vai trò này buộc Alhazen phải suy nghĩ về chính cơ chế của thị giác. Với mặt nón

các tia thị giác đi ra từ mắt, ta có thể phân tích cơ chế của thị giác mà không bao giờ cần phải

đề cập đến chuyện giải phẫu mắt, thần kinh thị giác và não. Với các tia thị giác vừa khít với

hình dạng của các vật và thấm đẫm các màu sắc của chúng, ta có thể xây dựng một lý thuyết

quang học mà không cần phải phát triển một vật lý về ánh sáng. Tất cả những điều đó sẽ thay

đổi nếu ánh sáng đến từ bên ngoài, chứ không phải là từ bên trong. Alhazen phát biểu rằng ở

mỗi một điểm của thế giới bên ngoài ứng với một và chỉ một hình ảnh lên thủy tinh thể, mà

ông nghĩ một cách sai lầm giống bác sỹ Galien rằng đó là một bộ phận chính của thị giác (ở

đúng vị trí của võng mạc và mãi sáu thế kỷ sau vai trò của võng mạc mới được Johannes

Kepler làm rõ). Cũng giống như Galien, ông đặt sai lầm thủy tinh thể vào tâm của nhãn cầu

(chứ không phải ở mặt trước của nhãn cầu) (H. 1). Vì luật Hồi giáo cấm phẫu tích, nên hiểu

page 25 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

biết của ông về giải phẫu mắt chủ yếu dựa trên các phẫu tích thông thường của thời kỳ đó

được thực hiện tại Ai Cập, nơi có phong tục ướp xác.

Hơn nữa, để mỗi một điểm của một vật ứng với một và chỉ một yếu tố của thủy tinh thể, thì chỉ

được phép có một tia sáng đi từ vật đến yếu tố này. Nếu nhiều tia sáng đến từ nhiều điểm

khác nhau tác động đến cùng một yếu tố của cơ quan thị giác, thì chúng sẽ gây ra các cảm

giác chồng chéo gây nhiễu thị. Để duy trì sự tương ứng duy nhất, và do đó để nhìn được rõ

nét, Alhazen thấy cần phải giả định rằng trong vô số các tia sáng chạm vào mỗi điểm ở mặt

trước của thủy tinh thể, chỉ một tia là "hữu ích", đó là tia chạm vào nó theo chiều vuông góc.

Tia hữu ích này không bị khúc xạ, nghĩa là đường đi của nó không bị lệch, và vẫn tiếp tục

truyền thẳng theo hướng cũ đi vào thủy tinh thể. Chính tia này làm cho mắt nhìn thấy điểm mà

từ đó nó được phát ra. Tuy Alhazen không đưa ra được những lập luận vật lý để biện minh cho

định đề về "tia hữu ích" này, nhưng đột phá trí tuệ mà ông đạt được là rất lớn: lần đầu tiên

trong lịch sử tư tưởng nhân loại đã xuất hiện quan niệm cho rằng hình ảnh của thế giới bên

ngoài được truyền bởi các tia sáng và được hình thành trong mắt.

Hình 1: Hệ thị giác theo Ibn al-Haytham (hay Alhazen) (965-1039) khoảng năm 1000. Theo nhà

bác học người Ảrập này, thủy tinh thể ở trung tâm của nhãn cầu là cơ quan thị giác. Các hình

ảnh tạo thành từ các tia sáng đi qua các dây thần kinh thị giác rỗng gặp nhau ở "điểm giao

thoa thị giác", rồi sau đó được truyền đến não ở đó linh hồn sẽ tổng hợp thông tin.

Đó là một bước tiến rất quan trọng. Alhazen là người đầu tiên hiểu được rằng các hình ảnh của

thế giới bên ngoài không đi toàn bộ như chúng vốn có vào trong con ngươi, như những người

ủng hộ lý thuyết "ảo ảnh" tuyên bố. Ngược lại, ông đã nhận thấy một cách đúng đắn rằng các

cảnh tượng diễn ra dưới mắt ta có thể tách thành vô vàn các điểm mà mắt người nhìn thấy

đồng thời. Mỗi một điểm này được một tia sáng kết nối với một yếtu tố của cơ quan thị giác, và

sau đó mắt tập hợp vô số các yếu tố này lại thành hình ảnh.

Để củng cố lý thuyết thị giác của mình, Alhazen vốn là một nhà thực nghiệm giỏi đã thực hiện

rất nhiều thí nghiệm với ánh sáng bằng một buồng tối (camera obscura). Các bạn hãy tưởng

tượng đang đứng thẳng trong một buồng tối phủ kín rèm. Bên ngoài, trời nắng chói chang. Hãy

khoét một lỗ nhỏ trong rèm bạn sẽ thấy ánh sáng đi qua lỗ này và vẽ lên tường đối diện một

hình ảnh của khung cảnh bên ngoài rực nắng. Khung cảnh giàu chi tiết và màu sắc này đã luồn

lách qua một lỗ nhỏ chỉ lớn hơn đầu một cái đinh ghim ! Alhazen từ đó suy ra một cách chính

xác rằng chỉ có những tia sáng đồng thời đi qua cái lỗ này mới có thể giải thích được một hiện

tượng lạ lùng đến thế. Tuy nhiên, có một vấn đề rất quan trọng được đặt ra: hình ảnh được

phóng chiếu trên tường lại theo chiều lộn ngược (trên lộn xuống dưới, trái chuyển sang phải và

ngược lại), nhưng Alhazen không đi sâu vào vấn đề này. Còn về sự liên quan đặc biệt của thí

page 26 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

nghiệm buồng tối này với mắt người, phải mất khoảng bốn trăm năm sau mới được làm rõ khi

Léonard de Vinci với một trực giác thiên tài đã đồng nhất con mắt với một camera obscura...

Alhazen cũng là người đầu tiên miêu tả hiện tượng khúc xạ, nghĩa là hành trạng của ánh sáng

khi chuyển từ môi trường này sang môi trường khác (chẳng hạn từ không khí vào thủy tinh,

hoặc từ không khí vào nước). Ông đã hiểu rằng ánh sáng khi thay đổi môi trường thì cũng

đồng thời thay đổi hướng và vận tốc truyền. Hơn sáu thế kỷ sau, Descartes và Newton vẫn

dùng lại nguyên vẹn lập luận này.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Cảm giác về khoảng cách và màu sắc

TTO - Với Alhazen, ánh sáng đã trở thành một thực thể vật lý. Để giải thích thị giác, sự trong

suốt và các màu sắc, chỉ triết học thôi là không đủ. Vật lý và hình học dựa trên thực nghiệm và

quan sát vì vậy từ nay có quyền được nêu danh.

Alhazen đã lấp đầy lỗ hổng ngăn cách những nghiên cứu về giải phẫu mắt và các lý thuyết về

thị giác. Sinh lý học đã tràn vào thế giới quang học; mối quan hệ giữa khoa học về thị giác và y

học đã trở nên không thể tách rời: kể từ đó người ta không thể bàn về tri giác mà không xét

đến các vật tri giác.

Theo Alhazen, các hình ảnh bắt nguồn từ các "tia sáng" đi qua dây thần kinh thị giác, được giả

định là rỗng, rồi qua "điểm giao thoa thị giác", nơi dây thần kinh thị giác phải gặp dây thần kinh

trái, và sau đó truyền đến mặt trước của não, ở đó linh hồn - "cảm năng tối hậu" - sẽ tổng hợp

các thông tin được hai mắt và các giác quan khác truyền đến, cho phép chúng ta nhìn thấy (H.

1).

Vẫn còn phải giải quyết vấn đề về khoảng cách: làm thế nào chúng ta có thể ước lượng được

một vật nào đó nằm ở xa hay gần? Những người đi theo lý thuyết "các tia thị giác" cho rằng

các tia này, vì có cảm giác về độ dài của chính mình, nên nhờ đó trao cho chúng ta cảm giác về

độ dài. Điều này không còn đúng nữa ngay khi ánh sáng đi vào mắt người thay vì từ đó đi ra.

page 27 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Sự "sờ mó" từ xa là không thể, và không thể có được cảm giác về độ sâu bằng tiếp xúc thị giác

các đồ vật. Để phán đoán khoảng cách, Alhazen nghĩ (và là nghĩ đúng) rằng chúng ta phải

dùng đến các dấu hiệu khác: chẳng hạn, một vật nằm trước che khuất một phần các vật nằm

đằng sau nó, hay một vật ở xa (như cây cối chẳng hạn) trông nhỏ hơn cũng vật đó nhưng ở

gần hơn. Sở dĩ chúng ta có thể phán đoán khoảng cách từ chỗ mình đứng đến chỗ một người

nào đó bởi vì chúng ta đã ước lượng được kích thước trung bình của một người. Chiều cao biểu

kiến của một người cũng cho phép chúng ta ước lượng được chiều cao của tất cả các vật ở gần

anh ta, như một ngôi nhà hay một bông hoa. Để phán đoán khoảng cách hay độ sâu của các

vật, não chắp nối liên tục cái không biết với cái đã biết, cái thực tại với cái đã được ghi nhớ.

Còn về các màu, Alhazen cũng nghĩ như Ptolémée rằng chúng là các tính chất cố hữu của các

vật nhìn thấy được. Chính ánh sáng, khi vấp phải bề mặt của một vật không trong suốt, nghĩa

là có màu rất đậm, đã lấy ra từ đó màu mà sau đó nó mang đến mắt.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Ánh sáng siêu hình của Robert Grosseteste và Roger Bacon

TTO - Sau các đỉnh cao trí tuệ của Alhazen, lý thuyết thị giác đã ngừng tiến bộ trong thế giới

Ảrập. Sự vươn rộng của nền văn minh Hồi giáo đã bị các cuộc xâm lược triền miên của đội

quân Barbare chặn lại. Bagdad rơi vào thay Hulaga Khan năm 1258. Ngọn đuốc trí tuệ lại

chuyển về phương Tây.

Các thế kỷ XI và XII đã được chứng kiến một sự đổi mới văn hóa, chính trị và xã hội ở Tây Âu.

Các trường đại học đầu tiên đã được thành lập, ở Bologne (Italia) năm 1150, rồi sau đó ở Paris

và Montpellier (Pháp), ở Oxford và Cambridge (Anh), v.v... Các tác phẩm lớn của người Hy Lạp

và Ảrập đã được dịch sang tiếng Latinh.

Mối quan tâm lớn về thần học của thời Trung cổ là bản chất của Chúa. Bị ảnh hưởng bởi các

tác phẩm của Aristote, một số nhà thần học cho rằng không thể thống nhất một cách hài hòa

học thuyết Cơ Đốc về Chúa với học thuyết của Aristote trong lĩnh vực khoa học tự nhiên. Robert

Grosseteste người Anh (1168-1253), hiệu trưởng trường ĐH Oxford, rồi sau đó là giám mục

Lincol, đứng đầu giáo phận lớn nhất nước Anh, đã đóng vai trò quan trọng trong trào lưu tư

tưởng này. Ông đã kết hợp chủ nghĩa Platon của thánh Augustin (354-430), theo đó thế giới có

page 28 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

thể được giải thích một cách duy lý bằng toán học, và chủ nghĩa kinh nghiệm của Aristote với

tư tưởng của thánh Augustin theo đó Chúa là "Ánh sáng là vô thể và vô hạn". Thực tế, siêu

hình học về ánh sáng đã đóng vai trò hàng đầu trong tư tưởng của Grosseteste. Trong tác

phẩm Về ánh sáng, ông đã viết rằng: "Ánh sáng là dạng thức vô thể đầu tiên từ đó mới xuất

hiện vạn vật", rằng "ánh sáng được nhân lên vô hạn từ một điểm duy nhất đến tất cả các mặt

và tán xạ đồng đều theo tất cả các hướng", và rằng "từ chính hoạt động này mà xuất hiện thế

giới vật chất". Như vậy, toàn bộ vũ trụ vật chất được bắt nguồn từ một ánh sáng đậm đặc. Chỉ

cần tưởng tượng một chút là người đọc hiện nay có thể thấy ngay trong cách miêu tả này

những điểm tương đồng với lý thuyết hiện đại về sự hình thành thế giới (Big Bang). Chúa của

Grosseteste, cũng giống như Thượng đế của Platon, đều là một nhà hình học và toán học,

nhưng Chúa của Grosseteste có điểm đặc biệt là đã chọn ánh sáng cho sự Sáng thế của Người.

Theo Grosseteste, ánh sáng này có hai khía cạnh: nó không chỉ là nguyên nhân của sự tồn tại

vật lý của chúng ta bằng cách ngưng tụ thành vật chất, mà còn ở cấp độ tinh thần. Ánh sáng

tinh thần của trí tuệ này đều có ở các sinh vật được Chúa sáng tạo ra, nó là trung gian giữa

Chúa và con người, hay còn được gọi là "các thiên thần".

Sau đó, các nhà tư tưởng về quang học phần lớn theo trường phái Aristote, ngay cả khi họ có

thiện cảm nhất định với các tư tưởng của Platon. Sở dĩ như vậy là vì họ bị ảnh hưởng sâu sắc

bởi tác phẩm của Alhazen - đã được dịch sang tiếng Latinh khoảng năm 1170 với nhan đề

Perspectiva, nên người ta còn gọi họ là những người theo trường phái phối cảnh . Người nổi

tiếng nhất trong số họ là Rober Bacon người Anh (1214-1292), người đã từng giảng dạy tại các

trường ĐH Oxford và Paris. Thường được coi là nhà tiên tri của khoa học và công nghệ hiện

đại, ông đã tiên đoán về kính viễn vọng, ôtô, máy bay, v.v... Trong các sách chuyên luận về

ánh sáng và màu sắc, ông đã cố gắng tổng hợp các quan niệm của Aristote về ánh sáng và

màu sắc (vốn là các "dạng thức" phi vật chất) và các quan niệm của Alhazen (màu sắc được

truyền bởi các tia phát ra từ tất cả các điểm của vật). Theo Bacon, mọi vật phóng theo đường

thẳng về tất cả các hướng một cái gì đó thuộc tinh chất của nó mà ông gọi là "loài". Chẳng

hạn, Mặt trời phát ra các "loài" sáng. Sự phát ra tinh chất này không phải là vật chất, vì nếu

không Mặt trời đã tắt từ lâu lắm rồi. Bằng sự phát này, Mặt trời thực tại hóa tiềm năng của các

vật thị giác làm cho chúng trở thành sáng. Quan niệm này cho phép gắn vật lý với thần học,

Chúa cũng có thể được coi là một lò ánh sáng khổng lồ.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Léonard de Vinci và buồng tối của mắt

page 29 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

TTO -Trong thời kỳ Phục hưng, thời kỳ quá độ giữa Trung cổ và kỷ nguyên hiện đại, khoa học

tự nhiên đã bắt đầu tách khỏi Nhà thờ và triết học Aristote.

Thời kỳ này chứng kiến sự xuất hiện một lớp người làm các nghề mới - nghệ sỹ, kiến trúc sư,

thiết kế đồ họa, v.v...- họ không thuộc tầng lớp thầy tu cũng không phải là các giảng viên đại

học, nên họ không phải chịu những gò bó cứng nhắc của các truyền thống kinh viện.

Máy in được Gutenberg phát minh vào năm 1440 đã góp phần quan trọng vào việc phổ cập

khoa học bằng cách thúc đẩy việc truyền bá tư tưởng. Léonard de Vinci người xứ Florence

(Italia) (1452-1519) là một trong những người nổi tiếng nhất của thời kỳ này. Là họa sỹ thiên

tài, ông cũng đã có những đóng góp quan trọng cho điêu khắc, kiến trúc, cơ học, giải phẫu học

và quang học. Quang học, một khoa học bị tàn lụi trong thời Trung cổ, đã cất cánh trở lại trong

thời Phục hưng nhờ một phát minh lớn vào khoảng năm 1280: đó là kính. Kính có lẽ đã được

phát minh bởi một thợ thủy tinh ở Venise (Venise thời đó đã phát triển một nền công nghiệp

thủy tinh lớn) khi nhận thấy rằng các vật nhìn qua một mẩu thủy tinh ở tâm dầy hơn xung

quanh sẽ được phóng đại lên. Kính đã trở thành phổ biến, nhiều trí thức và các nhà bác học đã

đeo kính mà không hiểu nguyên nhân gì đã tạo ra khả năng phóng đại của nó (H. 2). Một số

người thậm chí còn cho rằng kính làm biến dạng hiện thực, mang lại một hình ảnh "sai lệch" về

hiện thực.

Khi tấn công vấn đề thị giác, Léonard de Vinci đã biết đến kính. Ông cũng đã biết thí nghiệm

Buồng tối đã được Alhazen miêu tả vào năm 1000: chọc một lỗ nhỏ vào tấm rèm phủ kín một

buồng tối, lập tức các hình ảnh của thế giới được chiếu sáng từ bên ngoài sẽ hiện lên bức

tường đối diện, nhưng lộn ngược (H. 3)! Trong một cơn xuất thần của trí tưởng tượng sáng

tạo, Léonard đã tổng hợp hai sự kiện này lại. Ông là người đầu tiên đã đồng nhất mắt với

buồng tối, nơi các hình ảnh của thế giới được phóng chiếu, các tia sáng từ bên ngoài đi vào qua

lỗ con ngươi. Các tia sáng này sau đó bị lệch hướng và được tụ tiêu bởi thủy tinh thể trên dây

thần kinh thị giác, cũng giống như mắt kính làm lệch hướng và tụ tiêu ánh sáng. Ý tưởng này

rất quan trọng. Léonard đã bác bỏ quan niệm của Galien cho rằng thủy tinh thể là trung tâm

của thị giác. Vai trò của thủy tinh thể bây giờ bị rút lại thành vai trò của một dụng cụ quang

học đơn thuần giống như mắt của một cái kính. Nhưng sự đồng nhất mắt với buồng tối đặt ra

một vấn đề: các hình ảnh bị đảo ngược, ấy vậy mà mắt vẫn nhìn thế giới theo đúng tư thế

thuận của nó ! Léonard đã nghĩ một cách sai lầm rằng đường đi của các tia sáng qua thấu kính

thủy tinh thể chịu một sự đảo ngược kép có khả năng tái dựng lại chiều chính xác của các hình

ảnh bằng một cơ chế mà ông không giải thích (H. 4).

Léonard de Vinci là một trong số những người có đóng góp to lớn cuối cùng cho khoa học về

thị giác trước cuộc đại cách mạng cho ra đời khoa học hiện đại, vào cuối thế kỷ XVI. Cảnh đã

page 30 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

được dàn dựng để đón nhân vật có vai trò lớn trong câu chuyện truyền kỳ về ánh sáng bước

lên sân khấu: đó là Johannes Kepler, một nhà khoa học người Đức.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Kepler và cuộc cách mạng Copernic

Kepler và cuộc cách mạng Copernic

TTO - Một cuộc đảo lộn lớn đã xảy ra trong lịch sử khoa học tự nhiên vào năm 1543 khi linh

mục phụ tá người Ba Lan Nicolas Copernic (1473-1543) xuất bản cuốn sách Về sự quay của các

thiên cầu.

Copernic đã đặt vấn đề xem xét lại vũ trụ địa tâm của Ptolémée trong đó Trái Đất ngự ở trung

tâm của vũ trụ, một vũ trụ đã trở thành chuẩn mực trong suốt hơn mười lăm thế kỷ.

Giờ đây Trái Đất bị đẩy vào hàng một hành tinh bình thường quay quanh Mặt Trời, còn Mặt

Trời chiếm vị trí trung tâm. Quả là một đòn giáng mạnh vào tinh thần con người: con người

không còn là trung tâm của thế giới và vũ trụ được tạo ra không còn để dành riêng cho con

người nữa. Trong khi phần lớn những người đương thời với Copernic chỉ thấy trong hệ vũ trụ

của ông một hệ thống toán học cho phép tính toán chính xác hơn quỹ đạo của các hành tinh

nhưng vẫn chưa thực sự miêu tả được thế giới , thì Johannes Kepler (1571-1630), cha đẻ của

thiên văn học hiện đại, đã là một trong số những người đầu tiên ý thức được tầm quan trọng

của cuộc cách mạng trí tuệ được Copernic phát động.

Sau khi nghiên cứu thần học và toán học, vào năm 1594, chàng trai trẻ Kepler được chọn làm

giáo viên toán của trường dòng Graz, ở Áo. Là người theo đạo Luther trong một Nhà nước

Thiên chúa giáo, nên Kepler đã bị trục xuất khỏi Áo năm 1600. Ông sống lưu vong ở Praha.

page 31 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Cuộc gặp gỡ với nhà thiên văn học vĩ đại người Đan Mạch Tycho Brahe (1546-1601) tại thủ đô

nước Séc đã đánh dấu một bước ngoặt trong cuộc đời khoa học của Kepler. Không còn được

vua Đan Mạch sủng ái nên Brahe sống lưu vong tại Bohême dưới sự bảo trợ của hoàng đế

Rodolphe II. Ông đã thuê Kepler làm phụ tá để ghi chép những quan sát về bầu trời. Một năm

sau ông qua đời, để lại cho chàng đồng nghiệp trẻ một kho báu vô giá các số liệu quan sát cực

kỳ chính xác về chuyển động của các hành tinh được tích lũy trong khoảng hai chục năm - một

thời gian đủ để nhìn thấy các hành tinh gần nhất thực hiện được nhiều vòng quay quanh Mặt

trời. Là người bảo vệ nhiệt thành hệ thống Copernic, Kepler tin rằng các quan sát của Brahe sẽ

giúp ông đột phá những bí mật về chuyển động của các hành tinh. Bất chấp một cuộc sống khó

khăn , và sau bốn năm làm việc năng nhọc, Kepler, người kế tục Brahe với vai trò là nhà toán

học hoàng gia trong cung đình của vua Rodolphe II, cuối cùng, vào năm 1605, đã công bố với

thế giới ba định luật chi phối chuyển động của các hành tinh, cho dù chúng trái ngược với các

niềm tin siêu hình của chính ông. Theo Kepler, Chúa là một nhà toán học và hình học, vì vậy

các hành tinh phải đi theo các quỹ đạo có hình dạng hoàn hảo (hình tròn) theo một chuyển

động hoàn hảo (tức là phải đều); vậy mà các quan sát của Brahe lại cứ ương ngạnh nói với ông

một thực trạng hoàn toàn khác: các quỹ đạo hành tinh không tròn, mà có hình elip, và chuyển

động của chúng không là đều, các hành tinh tăng tốc khi tiến gần Mặt Trời và giảm tốc đi ra xa

Mặt Trời. Là một nhà khoa học đích thực, Kepler đã nghiêng mình trước phán quyết của quan

sát.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Võng mạc là trung tâm của thị giác

TTO - Ngoài các công trình về chuyển động của các hành tinh ghi dấu ấn trong lịch sử khoa

học, Kepler còn quan tâm đến các vấn đề quang học, trong đó có một số gắn liền với thiên văn

học.

Chẳng hạn, ông đã tự vấn tại sao đường kính của hình ảnh của Mặt Trăng chiếu qua một lỗ vào

trong buồng tối lại luôn lớn hơn giá trị mong đợi, làm cho hình ảnh bị nhòe. Ông đã rút ra kết

luận đúng đắn rằng nguyên nhân ở đây chính là tại kích thước hữu hạn của cái lỗ. Nhưng, ông

tiếp tục, nếu mắt là một buồng tối, như Léonard de Vinci giả định, và nếu các tia sáng đi vào

mắt qua con ngươi có một kích thước nhất định, thì thế giới bên ngoài phải trình hiện trước mắt

ta một cách mờ nhòe, không rõ nét. Tuy nhiên, thực tế lại không phải như vậy. Do đó, các hình

ảnh mà mắt nhìn thấy phải được hình thành theo một cơ chế khác. Kepler đã nhận ra rằng cơ

chế này chính là sự khúc xạ. Các tia sáng không lan truyền theo đường thẳng khi đi vào mắt,

như trường hợp buồng tối, mà bị lệch hướng khi đi vào thủy tinh thể. Như vậy, mặc dù mượn

phần lớn các quan điểm của Alhazen , nhưng Kepler không đồng ý với khẳng định của nhà

page 32 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

khoa học Ảrập này theo đó chỉ có những tia đi vuông góc với giác mạc mới đóng góp cho thị

giác. Tại sao một tia sáng rất gần với đường vuông góc với mắt lại không giúp gì cho thị giác?

Điều đó không đúng ! Kepler đã khẳng định một cách chính xác rằng tất cả các tia sáng đều

đóng góp cho thị giác và sở dĩ chúng ta nhìn thấy rõ nét các hình ảnh, chính là bởi vì tất cả các

tia này đều bị lệch hướng và hội tụ vào một điểm duy nhất khi đi vào mắt người.

Để kiểm tra giả thuyết của mình, Kepler đã miệt mài tiến hành các thí nghiệm với các bình thủy

tinh tròn chứa đầy chất lỏng, giống như mắt. Ông đã chứng tỏ được rằng các tia sáng đi qua

các bình thủy tinh nước ấy đều hội tụ vào một điểm duy nhất, và rằng hình ảnh là sáng và nét

nếu độ mở mà các tia đi qua đó là tương đối nhỏ. Mắt có một độ mở nhỏ như thế (con ngươi)

và một thấu kính (thủy tinh thể) để hội tụ các tia sáng. Nhưng hình ảnh được hình thành ở

đâu? Vẫn rất chính xác, Kepler cho rằng nơi hội tụ các tia sáng và hình thành các hình ảnh là

võng mạc - chứ không phải là thủy tinh thể như Alhazen và Galien đã nghĩ. Sau hai nghìn năm

lý thuyết về thị giác, vai trò của võng mạc là trung tâm của thị giác cuối cùng đã được thừa

nhận.

Nhưng Kepler cũng vấp phải vấn đề đã từng hấp dẫn Léonard de Vinci: các hình ảnh của thế

giới bên ngoài trên võng mạc bị đảo ngược (H. 5). Ông viết: "Thị giác tạo bởi một hình ảnh của

vật nhìn thấy được trên thành màu trắng và lõm của võng mạc; và các vật của thế giới bên

ngoài nếu ở bên phải sẽ xuất hiện ở bên trái, những vật ở bên trái sẽ xuất hiện ở bên phải, ở

trên thì lộn xuống dưới, ở dưới ngược lên trên".

TRỊNH XUÂN THUẬN

Thị giác được tạo ra cả trong mắt và trong não

TTO - Vậy thì tại sao chúng ta lại không nhìn thấy thế giới bị lộn ngược? Léonard de Vinci giải

thích điều đó bằng sự đảo chiều kép được thực hiện khi các tia sáng khi đi qua thủy tinh thể

làm cho các vật trở lại chiều đúng của chúng. Nhưng sự đảo ngược kép này đã diễn ra như thế

nào?

Kepler đã cố gắng tìm hiểu cách giải thích của Léonard de Vinci, nhưng không có kết quả. Tất

nhiên là ông không thể hiểu được bởi vì quan niệm đó là sai lầm! Từ đó ông rút ra kết luận rất

đúng đắn rằng Léonard đã đi sai đường và rằng hình ảnh tạo thành trên võng mạc đúng là bị

page 33 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

lộn ngược. Ông đã khẳng định điều đó bằng các phẫu tích mắt bò do chính ông tự tay thực

hiện và những phẫu tích này đều cho thấy rõ các hình ảnh bị lộn ngược trên võng mạc. Kepler

khẳng định, điều xảy ra đối với hình ảnh bị đảo ngược sau khi được dây thần kinh thị giác của

mắt truyền tới não trong phần gọi là lương tri (sensus communis) nơi mà sự tri giác cuối cùng

coi như đã được khu biệt, không còn là một vấn đề của quang học nữa, và do đó không còn

thuộc phạm vi của vật lý học mà là của sinh lý học. Bằng một cơ chế nào đó chưa rõ, não biết

cách tái lập lại sự định hướng đúng của vật, và nhờ đó mà chúng ta nhìn thấy các vật theo

đúng chiều thuận của chúng. Như vậy, Kepler là người đầu tiên gợi ý rằng não có thể đóng một

vai trò tích cực trong thị giác, rằng chúng ta nhìn cả bằng mắt và bằng não. Nhiều thế kỷ sau,

vai trò chính xác của não trong quá trình thị giác mới được làm sáng tỏ.

Trung thành với quan niệm huyền bí về thế giới, Kepler đã gán cho ánh sáng một tính chất siêu

hình: ánh sáng có lẽ là sự biểu hiện của Chúa. Ngược lại với Aristote, ông cho rằng ánh sáng

(thực thể phi vật chất) và màu sắc (tính chất của các vật được chiếu sáng) không cần môi

trường trung gian để lan truyền. Ánh sáng lan truyền tức thời: vận tốc của ánh sáng là vô hạn.

Bù lại, Kepler chấp nhận quan niệm của Aristote về "ánh sáng tiềm năng" của các vật có màu.

Tiềm năng này được thực tại hóa nhờ ánh sáng bên ngoài. Các màu hiện diện bên trong chứ

không phải ở trên bề mặt của các vật. Chính vì thế mà sự phản xạ ở bề mặt của các chất lỏng

không làm thay đổi màu của các tia tới. Còn về một số kim loại cho sự phản xạ có màu sắc, đó

là do chúng đã thêm ánh sáng có màu của chúng vào ánh sáng bên ngoài.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Tư tưởng nghi ngờ của Descartes

TTO - Đến cuối thế kỷ XVII, chủ nghĩa Aristote mất dần ảnh hưởng và suy tàn. Lúc này nhu cầu

xem xét lại toàn bộ hệ tư tưởng trở nên cấp bách hơn bao giờ hết. Triết gia kiêm nhà toán học

Pháp René Descartes (1596-1650) là người đóng vai trò tiên phong trong cuộc cách mạng về

quan niệm này.

Sinh ở Touraine, là con trai của một gia đình quý tộc ở Rennes, Descartes học phổ thông tại các

trường dòng Tên và năm hai mươi tuổi đỗ cử nhân luật ở Paris. Sau đó ông nhập ngũ và chu

du khắp châu Âu, "lăn lộn đây đó khắp nơi, tự trao cho mình nhiệm vụ làm khán giả chứ không

phải diễn viên trong các tấn trò đời đang diễn ra ở đó". Từ năm 1629, ông lập nghiệp ở Hà Lan,

sống ở đó hai mươi năm và thường xuyên gặp gỡ giới trí thức tinh hoa của nước này. Năm

1648, ông đến Stockholm theo lời mời của nữ hoàng Thụy Điển Christine, người muốn theo học

page 34 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

triết học của ông. Để tận dụng tối đa thời gian có mặt của Descartes, vị nữ hoàng trẻ trung này

hẹn gặp từ 5 giờ sáng vị triết gia khốn khổ vốn không bao giờ dậy trước 12h trưa! Sức khỏe

của Descartes suy sụp và ông mất năm 54 tuổi.

Toán học đóng vai trò quan trọng trong tư tưởng của Descartes. Đối với ông cũng như đối với

Galileo (1564-1642), toán học là ngôn ngữ của tự nhiên. Descartes sáng tạo ra hình học giải

tích, cho phép ông mô tả bằng phương trình các hình hình học như hình tròn hay hình tam

giác. Tin vào sự thống nhất cơ bản của các khoa học, ông coi các khoa học, cũng như toán học,

phần lớn đều có thể được suy ra bằng lý trí thuần túy. Ở điểm này, ông đi ngược lại với Kepler

và Galileo, hai nhà khoa học này nhấn mạnh sự cần thiết phải quan sát và thực nghiệm để giải

mã các bí mật của tự nhiên, nhưng đồng thời không hề phủ nhận vai trò cơ bản của toán học.

Như vậy Descartes là biểu tượng của "chủ nghĩa duy lý".

Descartes xây dựng hệ tư tưởng của ông dựa trên sự nghi ngờ: tất cả đều phải được xem xét

lại, vì các giác quan của chúng ta đều có thể bị nhầm lẫn. Xét cho cùng, trong giấc mơ chúng

ta thấy các vật cũng thật như khi chúng ta thức. Nhưng, theo Descartes, ít nhất có một điều

không thể bị xem xét lại, đó là bản thân việc mình đang nghi ngờ. Khi nghi ngờ, cần phải tư

duy và, bởi vì tư duy, nên phải tồn tại với tư cách là người tư duy. Từ đó có câu nói nổi tiếng:

"Tôi tư duy, vậy tôi tồn tại", mở đầu cho tác phẩm Luận về phương pháp xuất bản năm 1636

và được dùng làm dẫn nhập cho các tiểu luận của ông về Khúc xạ học, Sao băng và Hình học .

Trong Luận về phương pháp, Descartes đã trình bày các phương pháp "để dẫn dắt lý trí một

cách đúng đắn và để tìm kiếm chân lý trong khoa học", nói cách khác là để xóa bỏ khoa học cũ

và xây dựng lại khoa học dựa trên các căn cứ duy lý.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Thị giác giống như cây gậy của người mù

TTO - Theo Descartes, hiện thực có hai khía cạnh hoàn toàn khác nhau: khía cạnh tinh thần và

khía cạnh thế giới vật chất. Đó chính là "nhị nguyên luận" nổi tiếng của ông. Tinh thần là ý thức

thuần túy, không trải rộng trong không gian (tức không có quảng tính) và không thể phân chia.

Trái lại, vật chất hoàn toàn không có ý thức, có quảng tính không gian và có thể chia nhỏ đến

page 35 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

vô cùng. Descartes có một quan niệm nguyên tử luận về không gian này. Không gian mà ông

gọi là plenum chứa đầy các hạt có kích thước và hình dạng khác nhau. Lý thuyết hạt của

Descartes khác với học thuyết nguyên tử của Démocrite ở chỗ nó bác bỏ sự tồn tại của chân

không và cho rằng vật chất chia nhỏ được đến vô cùng.

Descartes áp dụng quan niệm không gian của ông cho ánh sáng theo cách sau: giữa mắt và

mỗi vật tồn tại một cột plenum mà ánh sáng lan truyền qua với vận tốc vô hạn. Nói cách khác,

sự lan truyền của ánh sáng là tức thời. Ánh sáng không phải là vật được phóng ra cũng không

phải là chất lỏng, mà là một "xu hướng chuyển động". Nói theo ngôn ngữ hiện đại, thì đó là

một dạng sóng lan truyền trong không gian chứa đầy các hạt mà không làm dịch chuyển đáng

kể bản thân các hạt này. Từ quan niệm như thế về ánh sáng, Descartes đã rút ra một phương

pháp tiếp cận mang tính cơ giới về thị giác. Theo ông, thị giác giống như cây gậy của người

mù; để tìm đường đi, người mù dò dẫm bằng cách dùng cây gậy chạm vào các vật trên vệ

đường. Ngay khi đầu gậy chạm vào một vật, một xung lực truyền ngay đến đầu kia của gậy

chỗ tay cầm, và người mù nhận ra ngay vị trí của vật cản. Tương tự, một vật sáng tác động lên

plenum quanh nó, gây ra trong mắt một xung động, và nhờ đó mà chúng ta nhìn thấy.

Descartes miêu tả trong Luận về phương pháp: "Ánh sáng không là gì khác, trong các vật mà

người ta gọi là sáng, một chuyển động nào đó, hay một tác động cực nhanh và mạnh, truyền

đến mắt bạn qua không khí và các vật trong suốt khác, cũng giống như chuyển động hoặc

xung động truyền đến tay người mù qua cây gậy". Như vậy Descartes là người đầu tiên phát

biểu rõ ràng một lý thuyết cơ giới về ánh sáng, về môi trường truyền và thị giác. Hoàn toàn có

thể coi lý thuyết của ông là điểm mốc khởi đầu của quang học vật lý hiện đại.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Descartes và sự ra đời của sinh lý học thần kinh

TTO - Descartes cũng đề cập đến sinh lý học thông qua các hạt. Ông bác bỏ quan niệm phổ

biến của những người đương thời cho rằng linh hồn là khởi nguyên của sự sống. Ông lấy lại

thuyết linh khí (pneuma) của Galien nhưng dưới dạng giản lược và duy vật.

Theo ông, tồn tại một chuỗi các hạt gọi là "linh hồn động vật" đi từ máu đến não, rồi từ tủy

sống qua các dây thần kinh có đường kính thay đổi tùy theo các kích tố (stimuli). Ông đưa ra

một quan điểm quan trọng và độc đáo, mà cho tới nay vẫn còn sức sống: một sự kiện tâm thần

(một xúc cảm hay một cảm giác) luôn đi kèm với một sự kiện vật lý nào đó trong não. Nhưng,

bởi vì tâm thần là phi vật chất và não là vật chất, vậy thì bằng cách nào chúng ảnh hưởng lẫn

page 36 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

nhau? Câu trả lời của Descartes là bằng sự hỗ trợ của "tuyến tùng", một điểm nhỏ của não.

Theo Descartes, tuyến tùng điều khiển não bằng các chuyển động nhỏ, bằng cách mở và đóng

các lỗ của nó, giống như một nhạc sỹ đàn organ điều khiển cho các ống mở hoặc đóng bằng

cách ấn phím.

Descartes cũng quan tâm đến vấn đề thị giác, đặc biệt là vấn đề hình ảnh bị lộn ngược trên

võng mạc do Kepler nêu ra. Ông xem xét và bác bỏ giả thiết cho rằng có một "người tí hon"

(homunculus) trong đầu, nhìn hình ảnh trên võng mạc và tái lập lại chiều đúng của hình ảnh.

Loại lập luận này nhanh chóng dẫn đến phi lý vì cần phải có một người tí hon khác nữa để tái

lập chiều của hình ảnh trên võng mạc của homunculus, và cứ như vậy đến vô cùng. Sẽ có một

chuỗi vô hạn các homunculus lồng vào nhau, giống như một chuỗi vô tận các con búp bê Nga.

Trong Luận về con người, Descartes đã xây dựng một lý thuyết cơ giới về thị giác. Theo ông,

các dây thần kinh thị giác đi từ hai mắt vận chuyển đến não các thay đổi cơ học trên võng mạc

do ánh sáng gây ra. Các dây thần kinh này hoạt động như các sợi dây căng truyền mọi nhiễu

động từ đầu này đến đầu kia. Chẳng hạn, một hình ảnh kép về thế giới bên ngoài từ võng mạc

của hai mắt được truyền lên não. Sau đó hai hình ảnh này được kết hợp thành một hình ảnh

duy nhất trong "lương tri" của não (H. 6).

Hình 6. Hệ thông thị giác theo René Descartes (1596-1650) (Luận về con người, Paris, 1664).

Đó là một lý thuyết cơ giới: các dây thần kinh truyền lên não tất cả các thay đổi cơ học do ánh

sáng gây ra trên võng mạc của mỗi mắt. Hai hình ảnh tới từ hai mắt sau đó được ghép với

nhau và được tuyến tùng của não giải mã.

Về vấn đề hình ảnh trên võng mạc bị lộn ngược, Descartes đã nói rất dứt khoát: chính não đã

tái lập lại chiều đúng của các hình ảnh, giúp chúng ta không nhìn thấy thế giới bị lộn ngược.

Descartes còn đi xa hơn: hình ảnh trong não mà chúng ta tri giác được là một phiên bản đơn

giản hóa của hình ảnh được gửi tới từ thế giới bên ngoài, và chính não đã bổ khuyết thêm

những thông tin còn thiếu. Ông so sánh các hình ảnh trong não với các bức tranh. Các bức

tranh không phải là sự tái hiện chính xác thế giới thực, tuy nhiên não của chúng ta biết nhận ra

ở đó các đồ vật, con người hay phong cảnh bằng sự tri giác các nét cọ chấm phá đây đó. Đó là

một quan niệm đi trước rất xa so với thời đại của ông: phải vài thế kỷ sau sinh lý học hiện đại

mới đề cập đến vấn đề mã hóa có lựa chọn các đường viền của vật...

Đối với các con vật, mà Descartes coi là không có tâm hồn, các tín hiệu thị giác được tích hợp

với các tín hiệu của các giác quan khác, như xúc giác và khứu giác, và được gắn kết với các dữ

page 37 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

liệu của trí nhớ trong "lương tri". Sau đó một xung động đi từ não đến các cơ bắp để tạo ra các

phản xạ. Còn về con người, do vốn có một tâm hồn, nên các tín hiệu của các giác quan khác

nhau được "tuyến tùng" giải mã để cho ta một nhận thức cảm tính. Liên quan đến sự tri giác

các màu, Descartes nghĩ rằng đó là do các cuộn xoáy của các hạt. Descartes cho rằng, trái

ngược với ánh sáng lan truyền bằng các xung động theo đường thẳng, các màu đến mắt là do

chuyển động quay của các hạt.

Như vậy, Descartes là người đầu tiên cố gắng khai mở các con đường từ sự tri giác thế giới bên

ngoài cho đến bộ não. Theo nghĩa này, ông có thể được coi là cha đẻ của ngành sinh lý học

thần kinh hiện đại.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Römer và vận tốc ánh sáng

TTO - Aristote cho rằng thị giác bắt nguồn từ một thay đổi tức thời môi trường do ánh sáng

xung quanh gây ra. Ngoại trừ Alhazen và một số rất ít các nhà bác học khác, cho tới thế kỷ

XVII tất cả các nhà tư tưởng vẫn đinh ninh rằng sự lan truyền ánh sáng là tức thời và vận tốc

của ánh sáng là vô hạn.

Xét cho cùng, mỗi buổi sáng khi tỉnh dậy và mở mắt ra, chúng ta có cảm giác rằng các hình

ảnh của thế giới xung quanh xâm chiếm tức thì ý thức của chúng ta. Địa vị siêu hình học của

ánh sáng thời Trung Cổ vẫn còn tiếp tục củng cố niềm tin này: bởi vì ánh sáng là biểu hiện của

Chúa mà Chúa thì hiện diện khắp nơi, nên sự lan truyền của ánh sáng phải là tức thời. Ngay cả

Kepler và Descartes, những người đã khai mở kỷ nguyên khoa học hiện đại, cũng khư khư giữ

chặt quan điểm cho rằng ánh sáng đến với chúng ta mà không cần mất một khoảng thời gian

nào.

Trung thành với danh tiếng là người quan sát tự nhiên, Galileo là người đầu tiên tiến hành thí

nghiệm để kiểm tra giả thiết này. Ông đặt hai người ở hai vị trí khác nhau, mỗi người cầm một

page 38 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

cái đèn lồng. Ông yêu cầu họ gửi cho nhau các chớp sáng bằng cách đưa tay che trước đèn, rồi

sau đó rút tay lại. Mỗi người phải trả lời cho người kia bằng một chớp sáng ngay khi nhận được

chớp sáng do người kia phát ra. Galileo nhận xét một cách đúng đắn rằng nếu ánh sáng phải

mất thời gian để lan truyền, thì các khoảng thời gian giữa hai chớp sáng kế tiếp nhau xuất phát

từ cùng một người phải càng dài nếu khoảng cách giữa hai người càng xa. Nhưng, khi tách hai

người ra xa hơn, ông không phát hiện ra bất kỳ khác biệt nào. Từ đó Galileo kết luận rằng hoặc

là sự lan truyền ánh sáng là tức thời, hoặc là vận tốc của ánh sáng là cực lớn.

Phải mãi tới sau này, nhà thiên văn học người Đan Mạch là Ole Römer (1644-1710) mới chứng

minh được rằng kết luận thứ hai của Galileo là đúng. Năm 1671, vua Louis XIV mời Römer đến

làm việc tại Đài thiên văn hoàng gia Paris mà ông vừa thành lập. Tại đây, Römer chuyên nghiên

cứu vấn đề quỹ đạo của một trong các mặt trăng của Mộc tinh, tên là Io, được Galileo phát

hiện năm 1610 ngay sau khi phát minh ra kính thiên văn. Römer xác định thời gian để Io đi hết

một vòng quỹ đạo của nó quanh Mộc tinh bằng cách đo khoảng thời gian giữa hai lần nguyệt

thực liên tiếp của mặt trăng Mộc tinh, nguyệt thực này xảy ra trong mỗi vòng quay khi Io đi

qua phía sau Mộc tinh. Ông phát hiện ra một hiện tượng lạ: thời gian để Io thực hiện được một

vòng quay quanh Mộc tinh không cố định, mà thay đổi theo chu kỳ (trung bình là 42 giờ rưỡi).

Thời gian này tăng khoảng 20 phút khi Trái Đất, trong chuyến chu du hằng năm quanh Mặt

Trời, ở xa Mộc tinh nhất, và giảm cũng chừng ấy thời gian khi Trái Đất gần Mộc tinh nhất (H.

7). Mà thời gian Io quay một vòng quanh Mộc tinh không thể thăng giáng, cũng giống như Mặt

Trăng luôn quay quanh Trái Đất một vòng hết đúng một tháng.

Hình 7. Ole Römer (1644-1710) đo vận tốc ánh sáng năm 1676. Nhà thiên văn học Đan Mạch

đo khoảng thời gian giữa hai lần nguyệt thực liên tiếp của mặt trăng Io của Mộc tinh, từ hai vị

trí khác nhau của Trái Đất trên quỹ đạo của nó quanh Mặt Trời: 1) khi Trái Đất gần Mộc tinh và

Io nhất, và 2) khi Trái Đất cách xa chúng nhất. Kết quả của hai phép đo chênh nhau khoảng

hai mươi phút: đó là thời gian cần thiết để ánh sáng đi qua khoảng cách bằng đường kính của

quỹ đạo Trái Đất. Chỉ cần chia khoảng cách này (tính bằng các kỹ thuật khác) cho thời gian 20

phút là biết vận tốc của ánh sáng.

Römer đã giải thích chính xác độ lệch biểu kiến của chu kỳ quỹ đạo của Io là bằng chứng cho

thấy ánh sáng từ Io phải mất một khoảng thời gian nhất định để đến được Trái Đất, và khoảng

thời gian gần 20 phút (giá trị chính xác đo được bằng các máy đo hiện đại là 16 phút 36 giây)

là ứng với thời gian bổ sung cần thiết để ánh sáng đi từ Io tới vị trí xa nhất của Trái Đất . Sở dĩ

Römer thành công ở chỗ mà Galileo đã thất bại, đó là vì khoảng cách Mộc tinh - Trái Đất là

khoảng 600 triệu kilômét, trong khi hai người truyền cho nhau các chớp sáng trong thí nghiệm

của Galileo chỉ cách nhau vài trăm mét ! Bởi vì vận tốc của ánh sáng là cực lớn (7,5 lần vòng

quanh trái đất trong một giây), nên phải dùng các khoảng cách thiên văn mới có thể làm sáng

tỏ được sự chênh lệch thời gian mà ánh sáng phải mất để đến được chúng ta. Như vậy quan

niệm của Descartes về một plenum truyền tức thời các thay đổi cơ học do ánh sáng gây ra là

page 39 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

hoàn toàn sai lầm.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Ánh sáng đi chậm hơn hay nhanh hơn khi đi vào một trường chiết quang hơn?

TTO - Người đầu tiên thiết lập được công thức toán học về định luật khúc xạ là Kepler. Trong

cuốn Khúc xạ học, Kepler cho rằng tỷ số của góc tới (tức là góc lập bởi tia và pháp tuyến) và

góc khúc xạ là không đổi. Nhưng định luật này chỉ đúng đối với các góc nhỏ.

Phải đợi đến thế kỷ XVI, nhà khoa học người Hà Lan Willibrord Snel (1580-1626) mới phát hiện

ra định luật đúng về khúc xạ: tỷ số của sin góc tới và sin góc khúc xạ là không đổi, dù góc tới

có là thế nào chăng nữa . Định luật khúc xạ được phát hiện sau khoảng một nghìn năm nghiên

cứu này là một trong những định luật đầu tiên của vật lý học được phát biểu một cách định

lượng.

Nhưng nếu Snel biết miêu tả hành trạng của ánh sáng khúc xạ bằng một công thức toán học,

thì ông lại không thể giải thích được nó. Descartes cố gắng tìm ra nguồn gốc của định luật của

Snel bằng cách mượn ý tưởng của Alhazen: chính sự thay đổi vận tốc của tia sáng khi đi từ môi

trường này sang môi trường khác là nguyên nhân của hiện tượng khúc xạ. Nhưng sơ đồ của

ông là ngược với sơ đồ của Alhazen: thay vì phần ánh sáng song song với mặt phân cách giữa

hai môi trường chậm lại so với thành phần vận tốc thẳng đứng không thay đổi, Descartes lại

cho rằng thành phần vận tốc thẳng đứng tăng lên so với thành phần song song không thay đổi.

Ông cho rằng tỷ số sin của góc tới và sin của góc khúc xạ là không đổi và bằng tỷ số của vận

tốc ánh sáng trong nước và vận tốc ánh sáng trong không khí. Nhưng, bởi vì góc tới lớn hơn

góc khúc xạ, nên theo Descartes, ánh sáng đi trong nước nhanh hơn đi trong không khí. Vận

tốc của ánh sáng tăng khi chuyển từ một môi trường kém chiết quang sang một môi trường

chiết quang hơn: một kết quả chí ít cũng là hoàn toàn phi trực giác !

Sau này bằng cách mượn lại các quan điểm của Alhazen và Descartes, nhà bác học người Anh

Isaac Newton (1642-1727) đã dùng những suy luận theo thủy động lực học để đưa ra một sự

biện minh sai lầm: các kênh hẹp hơn trong môi trường đặc hơn sẽ buộc ánh sáng phải đi nhanh

hơn, giống như nước chảy nhanh hơn khi chúng ta bóp nhỏ đường kính của ống ở chỗ nước

phun ra. Nhưng lương tri của chúng ta chống lại sự biện minh đó: nó mách bảo chúng ta rằng

page 40 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

một môi trường càng đặc (tức chiết quang hơn) sẽ cản trở càng mạnh sự truyền của ánh sáng,

và ánh sáng càng bị chậm hơn, chứ không phải ngược lại!

TRỊNH XUÂN THUẬN

Khúc xạ ánh sáng "bẻ gãy" các tia

TTO - Trong cùng một môi trường ánh sáng lan truyền theo đường thẳng.

Khi ánh sáng gặp một vật, thì một trong hai hiện tượng sẽ xảy ra: hoặc là nó nảy trên bề mặt

của vật để quay lại phía sau, và người ta nói ánh sáng bị phản xạ (chẳng hạn, khi bạn nhìn

mình trong gương, thì chính ánh sáng của cơ thể bạn được phản xạ bởi gương đi vào trong mắt

bạn); hoặc là ánh sáng đi vào môi trường mới trong suốt bằng cách thay đổi hướng, và người

ta nói ánh sáng bị khúc xạ.

Bốn thế kỷ trước CN, Euclide đã biết định luật phản xạ trên mặt phẳng: góc của tia tới tạo với

pháp tuyến của mặt phẳng bằng góc của tia phản xạ với chính pháp tuyến đó (H. 8).

Archimède (khoảng 287-212 tr.CN) đã chứng minh được rằng có thể tập trung toàn bộ ánh

sáng tới vào tiêu điểm của gương nếu gương này có dạng parabol. Như vậy, người Hy Lạp đã

biết làm chủ kỹ thuật chế tạo gương. Trên thực tế, Archimède đã thiêu rụi hạm đội La Mã đang

vây hãm thành phố Syracuse bằng cách dùng các gương parabol khổng lồ tập trung ánh sáng

mặt trời lên tàu địch. Ngày nay nguyên lý tập trung ánh sáng này vẫn được dùng trong kỹ

thuật để chế tạo các kính thiên văn lớn.

Hình. 8. Các định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng. (a) Đối với phản xạ, các góc tạo bởi tia tới

và phản xạ so với pháp tuyến là bằng nhau. (b) Đối với khúc xạ, hiện tượng xảy ra khi, ví dụ,

ánh sáng đi từ không khí vào nước (hoặc vào một môi trường trong suốt khác như thủy tinh,

chẳng hạn). Trong trường hợp này, góc r lập bởi tia khúc xạ và pháp tuyến nhỏ hơn góc i của

tia tới lập với pháp tuyến. Khi đi vào một môi trường trong suốt đặc hơn (còn gọi là chiết quang

hơn), ánh sáng truyền chậm lại. Người ta định nghĩa chiết suất n bằng tỷ số sin i/ sin r. n là

page 41 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

hằng số có giá trị bằng tỷ số của vận tốc của ánh sáng trong môi trường đầu kém chiết quang

hơn (không khí chẳng hạn) với vận tốc trong môi trường sau chiết quang hơn (nước chẳng

hạn). Đây chính là định luật Snell. Như vậy chiết suất luôn luôn lớn hơn 1. Giá trị của chiết suất

đối với mặt phân cách không khí-nước là 1,333.

Người Hy Lạp cũng đã biết đến hiện tượng khúc xạ. Trong cuốn Quang học, Ptolémée miêu tả

thí nghiệm đã từng được Euclide nhắc đến (bạn có thể dễ dàng tự mình thực hiện thí nghiệm

này để bước đầu tìm hiểu các hiệu ứng của khúc xạ ánh sáng): đặt một cái bát to lên bàn và

thả xuống đáy bát một đồng tiền xu. Hãy ngồi ở một chỗ sao cho bạn không thể nhìn thấy

đồng tiền xu nếu không hơi nhổm người lên. Nghĩa là đồng xu đã nằm ngoài tầm mắt của bạn.

Sau đó hãy đổ nước từ từ vào trong bát. Mức nước tăng lên và, đến một lúc nào đó, bạn sẽ

nhìn thấy đồng xu mà không phải nhổm người lên. Sở dĩ bạn nhìn thấy đồng xu là nhờ khúc xạ

ánh sáng: không có nước, các tia sáng xuất phát từ đồng xu không đi vào mắt; có nước, tia

sáng bị lệch về phía đáy và đi vào mắt nên bạn có thể nhìn thấy nó (H. 9). Một thí nghiệm khác

cũng minh hoạ những hiệu ứng lạ của khúc xạ: đặt một cái bút chì vào trong bát nước và bạn

thấy cái bút chì này dường như không còn là một vật nguyên vẹn nữa, mà trông cứ như bị cắt

làm đôi; khúc xạ làm cho phần bị chìm dưới nước trông cứ như không gắn với phần nằm trên

mặt nước.

Hình 9. Trong trường hợp (a), bát không có nước và đồng xu không được nhìn thấy từ nơi

người ngồi quan sát; trong trường hợp (b), bát đầy nước, ánh sáng đi từ đồng xu bị khúc xạ và

người quan sát vẫn ở vị trí đó có thể nhìn được nó.

Mặc dù đã nghiên cứu về khúc xạ, nhưng Ptolémée vẫn chưa biết các định luật chi phối ánh

sáng khúc xạ . Nhà bác học Arập Alhazen đã đưa ra một lý thuyết về khúc xạ ánh sáng vào

năm 1000, nhưng không phải bằng ngôn ngữ toán học. Tuy nhiên, trực giác của ông đã tỏ ra

đúng đắn. Ông đã cho ánh sáng một vận tốc hữu hạn và thừa nhận ra rằng vận tốc ánh sáng

phụ thuộc vào môi trường mà nó đi qua . Alhazen tách vận tốc ánh sáng làm hai thành phần:

một vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt, chẳng hạn không khí và

nước, và một song song với mặt phân cách ấy; ông nghĩ rằng thành phần song song của tia

sáng chậm hơn thành phần nằm vuông góc khi ánh sáng đi vào một môi trường chiết quang

hơn (như từ không khí vào nước), làm cho ánh sáng bị lệch về phía pháp tuyến của của mặt

phân cách (H. 8).

TRỊNH XUÂN THUẬN

page 42 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Vấn đề cứu người chết đuối

TTO - Nguyên lý tiết kiệm không chỉ áp dụng cho hành trạng của ánh sáng. Nó còn có các hệ

quả khác thực tiễn hơn. Chẳng hạn, vấn đề mà Fermat giải quyết cho đường đi của ánh sáng

cũng là bài toán mà một nhân viên cứu hộ phải giải để cứu một người bơi bất cẩn đang bị

chìm.

Người cứu hộ phải làm thế nào để đến chỗ người chết đuối nhanh nhất có thể. Anh ta có thể

lựa chọn đường đi. Có thể chạy thẳng xuống nước theo hướng vuông góc với bờ biển và sau đó

bơi đến chỗ người bị nạn. Nhưng bơi sẽ mất nhiều thời gian hơn chạy trên bờ biển, và anh ta

có nguy cơ đến muộn. Cũng có thể chạy một khoảng cách dài nhất có thể trên bờ biển nơi anh

ta thấy gần người bị nạn nhất rồi sau đó bơi thẳng (vuông góc) từ bờ biển đến chỗ người bị

nạn. Hoặc cũng có thể đi theo một con đường nào đó là trung gian giữa hai con đường vừa nêu

ở trên. Nguyên lý tiết kiệm nói với chúng ta rằng đường đi nhanh nhất đối với người cứu hộ là

sẽ là một trong số những con đường trung gian đó.

Ngay lập tức nghiên cứu của Fermat đã bị các học trò của Descartes tấn công, đặc biệt là

Claude Clerselier. Clerselier phê bình Fermat đã sử dụng một nguyên lý mục đích luận ("Không

phải nguyên tắc đạo đức, mà lại là các mục đích buộc tự nhiên hành động") và một nguyên tắc

khác buộc tự nhiên phải do dự (tự nhiên có thể rút ngắn nhất thời gian hoặc khoảng cách cần

phải vượt qua; vậy tại sao tự nhiên cứ phải chọn thời gian?). Mặt khác, chứng minh của Fermat

đã giả định rằng ánh sáng ngay lúc xuất phát đã "biết" trước nơi mà nó phải đến để cực tiểu

hoá thời gian đi. Đó là siêu hình chứ đâu phải là vật lý nữa!

Tuy nhiên, các tiến bộ sau này của vật lý đã chứng tỏ rằng Fermat đã đúng và các phê phán đó

là sai lầm. Fermat đã nhận ra một đặc tính chung của tự nhiên bao trùm một loạt các tình

huống và có thể được phát biểu đơn giản và ngắn gọn thế này: tự nhiên hành động tiết kiệm

nhất có thể. Những người sáng tạo ra khoa học về cơ học và chuyển động sẽ thường gặp trên

con đường của mình nguyên lý tiết kiệm này, nguyên lý mà họ đặt tên là "nguyên lý tác dụng

tối thiểu" .

TRỊNH XUÂN THUẬN

Grimaldi và nhiễu xạ hay phương thức lan truyền mới của ánh sáng

page 43 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

TTO - Như vậy ánh sáng có thể lan truyền theo ba cách khả dĩ: theo đường thẳng, bằng phản

xạ trên một mặt phẳng như gương chẳng hạn, và bằng khúc xạ khi thay đổi môi trường. Nhưng

liệu ánh sáng có chỉ giới hạn trong ba hành trạng này không?

Câu trả lời là không, vì năm 1665, năm Fermat qua đời, là năm công bố di cảo một chuyên luận

dài mang nhan đề Một luận đề siêu hình học và toán học về ánh sáng, màu sắc và cầu vồng,

của một tu sĩ dòng Tên, giáo viên dạy toán ở Bologne (Italia) tên là Francesco Maria Grimaldi

(1618-1663). Trong chuyên luận này, Grimaldi đã thông báo một phát hiện quan trọng đạt

được trong các nghiên cứu tỉ mỉ về bóng của các vật được chiếu bởi ánh sáng lọc qua các lỗ rất

nhỏ. Trên thực tế ông thấy ánh sáng có thể lan truyền theo một cách khác nữa: "Tôi sẽ chứng

tỏ với các bạn một phương thức lan truyền thứ tư mà tôi gọi là nhiễu xạ, bởi vì ánh sáng bị

phân tán, ngay cả trong một môi trường đồng nhất, ở lân cận một vật cản, thành các nhóm tia

khác nhau lan truyền theo các hướng khác nhau".

Trong quá trình tiến hành thí nghiệm, Grimaldi nhận thấy bóng của các vật được chiếu sáng

được mở rộng hơn kích thước được dự liệu bởi các tính toán thuần túy hình học dựa trên các

mặt nón tia sáng lan truyền theo đường thẳng (H. 10). Grimaldi từ đó đã suy ra rất chính xác

rằng tia sáng không thể chỉ đi theo đường thẳng, rằng một số tia chắc chắn đã bị vật cản làm

cho lệch hướng. Một sự kiện khác còn khó hiểu hơn: trong bóng xuất hiện xen kẽ và cách đều

nhau các dải màu đỏ và xanh. Tuy nhiên, hiện tượng nhiễu xạ không đến mức quá lạ lùng như

thoạt đầu chúng xuất hiện. Thỉnh thoảng trong cuộc sống hằng ngày chúng ta vẫn thấy xuất

hiện nhiễu xạ khi ánh sáng đi qua mép của một vật không trong suốt. Chẳng hạn, trong một

đêm trời mưa, nếu nhìn ánh đèn đường qua ô che mưa, bạn sẽ thấy rất nhiều hình ảnh màu

của ánh sáng này. Tương tự, nếu bạn cầm một vật nhỏ cỡ một xentimet giữa ngón cái và ngón

trỏ cùng hướng với nguồn sáng, bạn sẽ thấy hiện lên một motif các đường viền và hình dạng

tối. Nói cách hình ảnh, thì chính sự đấu tranh của ánh sáng với bóng tối đã cho ra đời các hình

dạng và màu sắc này.

Hình 10. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng đã được một tu sĩ dòng Tên người Italia tên là

Francesco Grimaldi (1618 - 1663) phát hiện ra. Nếu ánh sáng thực sự chỉ truyền theo đường

thẳng thì ánh sáng đi qua hai lỗ CD và GH sẽ chỉ chiếu sáng màn trong vùng ở giữa N và O.

Ánh sáng trong vùng I - N và O - K có được là do nhiễu xạ.

Grimaldi nhận ra rằng không một hiện tượng nào trong số các hiện tượng nhiễu xạ, trong đó

ánh sáng xâm lấn bóng tối, có thể được giải thích bằng quan niệm về ánh sáng đang thắng thế

page 44 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

ở thời kỳ đó, cụ thể là ánh sáng bao gồm các hạt lan truyền chỉ theo đường thẳng và nối đuôi

nhau. Để giải thích các quan sát của ông, Grimaldi đã đưa ra giả thiết cho rằng ánh sáng có

bản chất sóng. Xét đến cùng, nhiễu xạ xuất hiện là do ánh sáng đi qua một vật cản giống như

một dòng nước uốn qua một tảng đá để tiếp tục con đường của mình. Mà các sóng nước, chuỗi

các đỉnh và hõm này, rõ ràng là có bản chất sóng. Tại sao lại không phải như vậy với ánh sáng?

Nhưng Grimaldi đã không đi xa hơn.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Huygens và bản chất sóng của ánh sáng

TTO - Chính nhà bác học người Hà Lan Christiaan Huygens (1629-1695) (H. 11) mới là người

đầu tiên xây dựng lý thuyết sóng ánh sáng. Sinh ra trong một gia đình ưu tú ở Hà Lan, ông

được coi là nhà toán học và vật lý học lớn nhất của thời kỳ giữa Galileo và Newton.

Với một bộ óc toàn năng, vừa là nhà thực nghiệm vừa là nhà lý thuyết, Huygens đã có những

đóng góp to lớn cho nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau. Đóng góp cho thiên văn học của ông

là phát hiện ra các vành của Thổ tinh và mặt trăng lớn Titan của hành tinh này. Nhờ phát

minh ra kính mắt trong kính thiên văn của ông, cho phép thực hiện được các quan sát chính

xác, mà Huygens đã đo đạc được chuyển động quay của Hỏa tinh. Trong toán học, ông là

người biên soạn chuyên luận đầy đủ đầu tiên về phép tính xác suất. Trong cơ học, ông đã xây

dựng lý thuyết con lắc được sử dụng để điều chỉnh đồng hồ. Trong quang học, ông giải thích

các định luật phản xạ và khúc xạ bằng lý thuyết sóng ánh sáng.

Năm 1666, ông được vua Louis XIV và Colbert mời đến Paris để thành lập tại đây Viện Hàn lâm

Khoa học, mà ông là Tổng thư ký đầu tiên. Vì là người theo đạo Tin Lành, nên ông đã quay trở

về Hà Lan vào năm 1685 do bị cách chức theo chỉ dụ Nantes của vua Henri IV. (Bản thân vua

Henri IV trước khi lên ngôi cũng là một người theo đạo Tin Lành nhưng đã cải sang Công giáo

để có thể lên ngôi. Việc đưa ra chỉ dụ này đã chấm dứt cuộc chiến tôn giáo tàn phá nước Pháp

suốt thế kỷ XVI - ND). Chính tại đây, vào năm 1690, ông đã cho xuất bản cuốn Luận về ánh

sáng nổi tiếng.

page 45 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Theo Huygens, ánh sáng không thể bắt nguồn từ sự dịch chuyển các hạt của vật sáng tới mắt.

Ông cho rằng nếu ánh sáng là một chùm các hạt vật chất, thì một tia sáng sẽ phải va chạm với

một tia sáng khác nếu hai tia gặp nhau. Nhưng thực tế điều đó đã không xảy ra. Nhà vật lý học

người Hà Lan này cũng bác bỏ quan điểm của Descartes cho rằng ánh sáng như một xung

động lan truyền tức thời. Theo ông, ánh sáng lan truyền trong không gian cũng giống như sóng

được sinh ra khi ta ném một viên đá xuống ao, nó sẽ truyền trên khắp mặt nước. Sự truyền

sóng không hề vận chuyển vật chất nào đi theo, như ta có thể nhận thấy khi thả nổi người trên

mặt biển. Bạn hãy bơi ra khơi xa: các con sóng ở đây, với các đỉnh và hõm, cũng giống như là

một sóng lan truyền trên mặt biển. Biên độ của các sóng này tăng lên khi càng tiến gần vào bờ.

Các sẽ nghĩ rằng với sức mạnh không gì cưỡng lại được, chúng sẽ kéo bạn vào phía bờ và bẻ

gãy cơ thể khốn khổ của bạn trên cát chứ gì? Thật may là không phải như vậy. Trên thực tế,

khi các con sóng đi qua, bạn không bị đẩy về phía bờ, mà cơ thể của bạn chỉ lần lượt bị đẩy

lên và kéo lên và xuống tại chỗ. Nước không di chuyển về phía bờ, nó chỉ làm mỗi việc là nâng

lên và hạ xuống ở cùng một vị trí. Khi bạn nhìn thấy các con sóng tiến về phía bạn, thì đó

không phải là khối nước tiến đến ập lên bạn, mà là sóng. Chỉ khi nào sóng bị vỡ trên cát thì bản

thân nước mới tràn ra. Chuỗi các sự kiện tương tự sẽ xảy ra nếu bạn quan sát một cái chai

rỗng hoặc một cái phao nổi trên mặt biển: khi một con sóng đi qua, các vật này nâng lên và hạ

xuống, nhưng vẫn ở vị trí cũ. Như vậy ánh sáng không phải là một sự lan truyền của một thực

thể vật chất, mà là của một hình dạng.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Ête, thực thể huyền bí và vô hình

TTO - Nhưng, giống như các sóng nước lan trên mặt biển, các sóng ánh sáng cũng cần phải có

một thể nền vật chất để lan truyền.

Theo Huygens, chất nền này là một tinh chất, huyền bí và không sờ mó được, choán đầy trong

không gian, một chất lỏng giả thuyết, không trọng lượng và đàn hồi mà người xưa gọi là "ête".

Theo Huygens, ête không có gì giống với không khí cả. Nếu bạn đặt một cái chuông trong bình

rồi hút hết không khí trong bình ra, bạn sẽ không thể nghe được tiếng chuông kêu, vì âm thanh

page 46 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

cần có không khí để lan truyền. Ngược lại, bạn vẫn sẽ nhìn thấy cái chuông, vì ánh sáng là một

sóng lan truyền trong ête, ête không bị hút ra khỏi bình như không khí. Huygens nghĩ - một

cách sai lầm, như chúng ta sẽ thấy - rằng ánh sáng, cũng giống như âm thanh, là một sóng

nén, rằng nó lan truyền bằng cách nén các hạt ête ở trước nó.

Vậy sóng ánh sáng sinh ra như thế nào? Theo Huygens, một nguồn sáng bao gồm vô số các

hạt rung động. Các hạt này truyền rung động của chúng tới các hạt ête bên cạnh dưới dạng

các sóng cầu có tâm tại mỗi một hạt rung này (H.12). Vô số các sóng cầu này được truyền đi,

và bán kính tác dụng của chúng tăng dần theo thời gian. Chúng chồng chập lên nhau và biểu

hiện hỗn độn của chúng ở gần nguồn sáng giảm dần khi các sóng truyền ra xa nguồn sáng.

Càng xa nguồn sáng, sóng càng trở nên trơn và đều đặn hơn.

Ánh sáng còn một tính chất khác cần được giải thích: áng sáng đi nhanh hơn rất nhiều âm

thanh, như ai cũng có thể nhận thấy khi trời có giông. Chúng ta nhìn thấy chớp sớm hơn nhiều

nghe thấy tiếng sấm. Vận tốc của âm thanh nghe được, có tần số từ 15 Hz (âm trầm) và 15

kHz (bổng), là khoảng 340 m/s; trong khi đó vận tốc của ánh sáng là 300 triệu m/s, lớn hơn

khoảng một triệu lần. Huygens giải thích sự chênh lệch lớn về vận tốc này là do có độ chênh

lệch lớn về độ cứng giữa không khí và ête.

Thật vậy, vận tốc lan truyền của một sóng tăng theo độ cứng của môi trường trong suốt. Để

nhận thấy điều đó, bạn hãy kéo căng một sợi dây giữa hai cột. Đập một cái vào một đầu dây và

nhìn sóng do cú đập gây ra lan truyền sang đầu dây bên kia. Hãy tăng độ cứng của dây bằng

cách kéo căng nó hơn một chút, và lặp lại thí nghiệm. Ban sẽ thấy nhiễu động sóng sẽ chuyển

động nhanh hơn. Ngược lại, khi giảm độ căng, và sóng sẽ chuyển động chậm hơn . Huygens

thừa nhận rằng các hạt ête cứng và rắn đến mức chúng truyền mọi nhiễu động hầu như tức

thời. Chỉ cần một sự rung nhẹ ở đầu bên này của một hạt ête là ngay lập tức nó sẽ được truyền

sang đầu bên kia. Ngược lại, các hạt không khí mềm hơn và truyền các rung động chậm hơn

rất nhiều.

Nhờ lý thuyết sóng của mình mà Huygens đã có được một cái nhìn tổng hợp về quang học.

Ông không chỉ tìm được các định luật phản xạ và khúc xạ, mà còn giải thích được hiện tượng

nhiễu xạ đã từng được Grimaldi quan sát, điều mà một lý thuyết hạt không thể làm được. Tuy

nhiên, lý thuyết sóng ánh sáng của ông còn chưa chiếm được ưu thế. Một nhân vật mới đã

bước lên sân khấu ánh sáng, đó là nhà bác học người Anh Isaac Newton (1642-1727), người

một lần nữa lại làm nghiêng cán cân sang phía lý thuyết hạt.

page 47 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

TRỊNH XUÂN THUẬN

Newton, thiên tài cô đơn

TTO - Giống như một loại truyền tiếp ngọn đuốc, Newton sinh đúng vào năm Galileo

(1564-1642) mất. Cuộc đời của họ đã xác định thời kỳ của cuộc đại cách mạng khoa học mà

hai người đã có rất nhiều đóng góp.

Khi còn là sinh viên ĐH Cambridge vào những năm 1664 và 1665, chàng trai trẻ Newton đã

thuộc lòng các tác phẩm của Descartes, Galileo và Kepler.

Để tránh dịch hạch đang hoành hành trong thời gian đó, năm 1665, ông về nương náu ở nhà

mẹ tại Woolsthorpe, vùng nông thôn Lincolshire. Hai năm tiếp sau đó thật kỳ diệu vì chính

trong quãng thời gian này nhà vật lý trẻ đã làm thay đổi diện mạo thế giới bằng sức mạnh trí

tuệ của mình. Ông đã phát minh ra phép tính vi tích phân năm hai mươi tư tuổi, có các phát

hiện cơ bản về bản chất của ánh sáng, và đặc biệt là xây dựng lý thuyết vạn vật hấp dẫn.

Truyền thuyết kể rằng khi nhìn thấy một quả táo trong vườn rơi xuống chân, trực giác thiên tài

của ông đã lập tức mách bảo rằng nguyên nhân làm cho quả táo rơi và làm cho Mặt Trăng

quay quanh Trái Đất chỉ là một, đó là lực hấp dẫn.

Newton được phong giáo sư ở ĐH Cambridge, một trường ĐH danh tiếng, khi mới sắp bước vào

tuổi 29. Nhưng, ngoài một vài đồng nghiệp biết đến các phát minh của ông, còn thì Newton là

nhân chứng duy nhất về thiên tài của chính mình. Làm việc đơn độc, ông viết hàng trăm trang

tính toán, rồi cuối cùng cất kỹ trong ngăn kéo bàn. Newton không cho đăng các công trình

nghiên cứu của mình, có lẽ bởi vì ông cho rằng chúng vẫn còn chưa hoàn chỉnh, mà cũng có

thể vì tính ông hay đa nghi và hoang tưởng. Vị giáo sư trẻ này nghĩ rằng việc công bố sẽ gây ra

những công kích chống lại các quan điểm của ông, hoặc các quan điểm của ông sẽ bị các đồng

nghiệp ăn cắp một cách trắng trợn.

Thiên tài của Newton không chỉ phát lộ trong các nghiên cứu toán học và lý thuyết. Ông còn

page 48 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

chứng tỏ là một nhà thực nghiệm ngoại hạng. Với hy vọng xâm nhập sâu hơn vào các bí mật

của tự nhiên và của Chúa (Newton là người cực kì sùng tín), ông cũng đã lao vào nghiên cứu

giả kim thuật và thần học. Nhưng cuộc đời ông đã có một bước ngoặt quan trọng vào năm

1684, khoảng hai mươi năm sau phát hiện ra định luật vạn vật hấp dẫn, khi ông gặp nhà thiên

văn học hoàng gia Edmund Halley. Qua một câu chuyện tình cờ, Halley biết gần hai thập kỷ

trước Newton đã giải được bài toán về các chuyển động của hành tinh - tại sao các hành tinh

lại tuân theo các định luật của Kepler? - bằng một kỹ thuật toán học do chính ông sáng tạo ra -

phép tính vi tích phân ! Halley liên tục thúc giục Newton công bố lý thuyết của mình. Nhượng

bộ trước những khích lệ của nhà thiên văn học hoàng gia, và sau hai năm viết cật lực, năm

1689, cuối cùng Newton cũng đã xuất bản bằng tiền của Halley tuyệt tác Các nguyên lý toán

học của triết học tự nhiên (thường được gọi tắt bằng tên Latinh là Principia), trong đó ông trình

bày rất tài tình lý thuyết vạn vật hấp dẫn. Principia ngày nay vẫn còn là một cuốn sách vật lý có

ảnh hưởng nhất của mọi thời đại .

Vài năm sau, một suy sụp tinh thần đã chấm dứt khả năng sáng tạo của Newton. Ông rời

Cambridge đến Luân Đôn, tại đây ông được bổ nhiệm làm "Giám đốc Sở đúc tiền". Ông đã

dành nhiều năm để quan tâm đến vấn đề tiền tệ của nước Anh. Chính trong thời kỳ này ông đã

viết tác phẩm quan trọng mang tên Optikcs, xuất bản năm 1704. Trong cuốn sách này ông đã

mô tả các nghiên cứu của mình về quang học thực hiện khoảng ba mươi năm trước. Các quan

điểm của ông sau đó đã thống trị toàn bộ tư tưởng của thế kỷ XVIII về ánh sáng và màu sắc.

Các quan điểm của Newton lan rộng khắp lục địa và làm ông trở nên nổi tiếng. Đóng góp vào

đó là những người phổ biến khoa học tài năng đưa khoa học và triết học Newton đến với giới

trí thức châu Âu. Trong số họ, có lẽ xuất sắc và nổi tiếng nhất là Voltaire (1694-1778), một triết

gia của kỷ nguyên Ánh Sáng và là người hâm mộ nồng nhiệt Newton, ông đã công bố cuốn Các

yếu tố của triết học Newton trong tầm tay mọi người vào năm 1738. Trong cuốn sách dành

tặng người tình của mình, nữ hầu tước Châtelet, này Voltaire đã tự trao cho mình nhiệm vụ

"nhổ gai khỏi các trang sách của Newton đồng thời không tô điểm thêm cho chúng các bông

hoa không thích hợp." Sau khi cuốn sách được xuất bản, ngay cả những đối thủ (các tu sĩ dòng

Tên) của Voltaire cũng đã phải thừa nhận rằng "cả Paris vang dội tên tuổi của Newton, cả Paris

nghiên cứu và học Newton". Hơn hai thế kỷ sau, Albert Einstein, một người khổng lồ khác của

lâu đài vật lý, đã nói về bậc tiền bối của mình: "Newton là tổng hoà của nhà thực nghiệm, nhà

lý thuyết và nhà nghệ sỹ. Ông sừng sững trước chúng ta, mạnh mẽ, chắc chắn và cô đơn: niềm

vui của ông trong sáng tạo và sự chính xác tỉ mỉ của ông hiển hiện trong mỗi con chữ và mỗi

phép tính."

TRỊNH XUÂN THUẬN

page 49 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Lăng kính của Newton

TTO - Newton bắt đầu nghiên cứu quang học bằng việc chế tạo một "kính theo kiểu Galileo".

Galileo đã đi vào đầu óc mọi người với vai trò là người đầu tiên hướng kính thiên văn lên trời,

vào năm 1609. Với độ phóng đại gấp ba mươi hai lần, kính này cho phép Galileo khám phá rất

nhiều kỳ quan.

Trong số các khám phá ngoạn mục nhất của ông phải kể đến bốn mặt trăng lớn của Mộc tinh,

ngày nay gọi là các "vệ tinh Galileo", các vết trên Mặt Trời và các dãy núi trên Mặt Trăng. Kính

thiên văn của Galileo hoạt động dựa trên một thấu kính tụ tiêu ánh sáng tới từ một tinh tú xa

xôi; khi đi qua thấu kính trong suốt, các tia bị lệch hướng theo các định luật khúc xạ (từ đó

kính có tên là "kính thiên văn khúc xạ") và hội tụ đằng sau thấu kính để tạo thành ảnh ở một vị

trí gọi là "tiêu điểm" (H. 13). Nhưng Newton đã nhanh chóng nhận ra rằng các ảnh mà ông thu

được bằng kính thiên văn khúc xạ của Galileo có các rìa mép không rõ nét, chúng bị bao quanh

bởi một quầng ngũ sắc, với các màu luôn theo một trật tự: tím, chàm, lam, lục, vàng, cam và

đỏ.

Để hiểu hiện tượng phát ngũ sắc bí ẩn này, Newton đã quyết định tiến hành các thí nghiệm về

ánh sáng bằng cách cho nó đi qua các lăng kính rắn, trong suốt có dạng lăng kính với tiết diện

ngang là hình tam giác, có tác dụng phân tách và làm lệch hướng ánh sáng (H. 14). Ông đã

tiến hành một loạt các thí nghiệm thuộc loại cơ bản nhất và thanh nhã nhất của vật lý học, và

cũng có thể là thuộc loại những thí nghiệm nổi tiếng nhất trong lịch sử về ánh sáng. Ông đã

dùng lăng kính thủy tinh để phân tách ánh sáng Mặt Trời (ánh sáng trắng) thành một lễ hội

màu sắc mà chúng ta có thể nhìn thấy trong cầu vồng hoặc trong các giọt sương ban mai

vương trên cỏ một buổi sáng nắng đẹp (H.1 trong tập hình ảnh màu). Newton nhận ra rằng

dãy màu sắc này đích thị là dãy được nhìn thấy trên rìa mép ngũ sắc của ảnh các thiên thể nhìn

được bằng kính thiên văn của Galileo.

Hình 13. So sánh kính thiên văn khúc xạ (b) với kính thiên văn phản xạ (a). Hai loại kính thiên

văn được sử dụng để nhận và tụ tiêu ánh sáng vũ trụ. Các máy dò điện tử được đặt tại tiêu

điểm để ghi ánh sáng. Trong trường hợp kính thiên văn khúc xạ, ánh sáng đi qua thấu kính và

được tụ tiêu tại tiêu điểm ở sau thấu kính. Trong trường hợp kính thiên văn phản xạ, ánh sáng

được một hệ các gương phản xạ và tụ tiêu. Máy dò điện tử có thể được đặt ở tiêu điểm của

gương sơ cấp để ghi ánh sáng do gương sơ cấp phản xạ tới. Các gương sơ cấp lớn nhất trên

thế giới có đường kính tới mười mét: đó là hai kính thiên văn Keck được đặt trên đỉnh núi lửa

đã tắt Mauna Kea ở Hawaii. Nhưng tiêu điểm của các kính thiên văn phản xạ nằm rất cao, và

nói chung sẽ là không thực tế nếu đặt các dụng cụ đo tại đó. Thông thường nhất, ánh sáng

trên đường đi của nó từ gương sơ cấp bị chặn bởi một gương thứ cấp nhỏ hơn, có tác dụng lái

page 50 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

ánh sáng đến một vị trí thuận lợi hơn. Trong kính thiên văn phản xạ loại Newton (gọi theo tên

Newton, người phát minh ra nó), chùm sáng bị làm lệch 90 độ về phía thị kính. Loại kính thiên

văn này rất được các nhà thiên văn học nghiệp dư ưa thích.

Bức thư viết năm 1671 gửi Royal Society, tức Viện Hàn lâm Khoa học đầy uy tín của nước Anh,

Newton đã miêu tả sự thích thú của mình khi được chơi với ánh sáng như thế này : "Năm 1666,

tôi mua một lăng kính tam giác bằng thủy tinh để thực hiện các thí nghiệm về các hiện tượng

nổi tiếng về màu sắc. Sau khi đóng kín phòng cho tối và khoét một lỗ cửa để một lượng ánh

sáng Mặt Trời thích hợp lọt vào, tôi đặt lăng kính trước cái lỗ đó để ánh sáng bị khúc xạ lên

tường đối diện. Ban đầu, đó là một trò giải trí rất thú vị vì được ngắm các màu sắc sống động

và mạnh được tạo ra". Ông viết tiếp: "Nhưng, một lúc sau, khi cố gắng xem xét chúng một

cách chi tiết hơn, tôi ngạc nhiên nhận thấy rằng ánh sáng bị tán sắc có hình bầu dục chứ không

tròn, như các định luật về khúc xạ dự báo". Newton hiểu rằng sở dĩ có hình dạng bầu dục này

là do ánh sáng Mặt Trời bị tán sắc bởi lăng kính không trải đều theo tất cả các hướng để tạo

cho hình ảnh có dạng tròn, mà chỉ theo hướng vuông góc với mặt của lăng kính, tạo cho nó có

hình bầu dục.

Hình 14. Nhà bác học người Anh Isaac Newton (1642-1727) đang miệt mài với các thí nghiệm

nổi tiếng dùng lăng kính để phân tách ánh sáng trắng của Mặt Trời thành các màu cầu vồng.

Các thí nghiệm này thuộc loại quan trọng nhất của lịch sử vật lý (Tranh khắc của Froment theo

Guillon, thế kỷ XIX). © Rue des Archives/PVDE.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Bảy màu cơ bản

TTO - Trong khi cố gắng hiểu dãy các màu, Newton nhớ lại một thí nghiệm khác. Buộc một sợi

dây màu đỏ với một sợi dây màu lam, rồi quan sát hai sợi dây qua một lăng kính, ông thấy sợi

màu đỏ bị xê xích nhẹ so với sợi màu lam.

Thay vì nằm như phần kéo dài của sợi màu lam, sợi màu đỏ nhìn hơi bị dịch lên cao hơn, điều

này chỉ có thể được giải thích là do ánh sáng màu lam bị lệch hướng nhiều hơn ánh sáng màu

đỏ. Thí nghiệm về sự phân tách ánh sáng bằng lăng kính cũng cho các kết quả tương tự (H.

15). Nó cũng chứng tỏ rằng ánh sáng màu lam khúc xạ nhiều hơn ánh sáng màu đỏ, và lần

page 51 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

này, nguồn sáng không còn là sợi dây màu nữa, mà là đĩa trắng Mặt Ttrời.

Làm thế nào ánh sáng trắng lại có thể có các màu như vậy? Hai khả năng có thể xảy ra: hoặc

là các màu là các tính chất do lăng kính tạo cho ánh sáng trắng khi đi qua nó; hoặc là ánh sáng

trắng đã chứa sẵn trong nó tất cả các màu cầu vồng, chức năng duy nhất của lăng kính là tách

các màu này ra. Descartes đã lựa chọn giả thiết thứ nhất. Theo ông, ánh sáng được vận

chuyển bởi các hạt, và các hạt có màu sắc bằng cách quay quanh mình theo một chuyển động

quay do lăng kính truyền cho. Newton đã bác bỏ giả thuyết này. Trong thí nghiệm của ông về

hai sợi dây màu, các màu đã tồn tại ở hai sợi dây trước khi ánh sáng đi qua lăng kính. Như vậy

không phải là lăng kính tạo ra màu. Mặt khác, ông cũng đã quan sát thấy cùng một dãy màu

đó khi nghiên cứu sự tương tác của ánh sáng với các bong bóng xà phòng. Như vậy các màu

không thể là do lăng kính tạo ra được. Nhưng, để chắc chắn rằng ánh sáng trắng đúng là kết

quả của một hỗn hợp các màu, Newton đã có ý tưởng thiên tài là đưa ánh sáng bị phân tách

bởi lăng kính đầu tiên thành các màu khác nhau đi qua lăng kính thứ hai giống hệt với lăng

kính thứ nhất, nhưng đặt theo chiều ngược lại. Và điều kỳ diệu đã xảy ra: ánh sáng đi ra từ

lăng kinh thứ hai lại trở về màu trắng! Như vậy ánh sáng trắng chắc chắn là tổng hợp của bảy

màu gọi là màu cơ bản.

Theo Newton, việc có bẩy màu cơ bản không phải là một ngẫu nhiên. Với bản tính ưa thần bí,

ông cho rằng các màu của ánh sáng cũng phải tuân theo nguyên lý hài hòa chi phối các âm

trong âm nhạc. Theo ông, bẩy màu cơ bản này được phân bố trên một quãng tám, tương ứng

với bẩy âm của thang nguyên. Newton không phải là người đầu tiên nêu ra sự tương tự giữa

ánh sáng và âm nhạc. Trước ông rất lâu, Aristote cũng đã so sánh màu sắc với âm thanh.

Nhưng, ngược với Aristote người cho rằng các màu được sắp xếp một cách tuyến tính, đi từ

trắng đến đen, Newton là người đầu tiên nhận thấy rằng bảy màu cơ bản (không bao gồm màu

trắng và màu đen) không nối tiếp nhau một cách tuyến tính, mà được sắp xếp theo vòng tròn,

đi từ tím đến đỏ qua chàm, lam, lục, vàng và cam để rồi trở lại tím, giống như một con rắn tự

cắn đuôi mình. Bẩy màu nối tiếp tuần tự gối lên nhau. Màu trắng ở giữa (H. 16). Newton đã chỉ

ra cách sử dụng vòng tròn màu như thế để biết kết quả pha hai hay nhiều màu với các tỉ lệ

khác nhau. Như vậy có thể nói ông c òn là cha đẻ của phép phối màu.

Hình 16. Bánh xe màu của Newton. Quang phổ của bẩy màu cơ bản (đỏ, cam, vàng, lục, lam,

chàm và tím) được sắp xếp theo vòng tròn sao cho màu tím và màu đỏ nằm cạnh nhau. Màu

trắng nằm ở giữa. Như vậy Newton là người đầu tiên đưa ra một hệ các màu vừa thực tiễn vừa

chính xác về mặt tâm lý; giữa đỏ và tím tồn tại một quan hệ gần gũi.

TRỊNH XUÂN THUẬN

page 52 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Kính phản xạ của Newton

TTO - Nhưng Newton không dừng lại ở đó. Ông muốn có thêm luận chứng để tống khứ dứt

khoát vào quên lãng cái quan điểm cho rằng lăng kính tạo ra các màu cho ánh sáng.

Trong khoa học, nhiều khi chính sự đối chiếu các kết quả thí nghiệm độc lập sẽ tạo niềm tin đối

với tính đúng đắn của một lý thuyết.

Nhờ các tấm chắn, Newton đã phân chia các tia màu đi ra từ lăng kính đầu tiên thành nhiều

chùm, mỗi chùm chỉ chứa một màu (được gọi là chùm đơn sắc). Sau đó ông cho mỗi chùm

sáng đơn sắc này đi qua lăng kính thứ hai, lần này được đặt cùng chiều với lăng kính thứ nhất.

Câu hỏi đặt ra là: các chùm đơn sắc này liệu có bị phân tách thành các thành phần còn cơ bản

hơn nữa không? Câu trả lời là không. Một tia là đỏ hoặc lục đi vào lăng kính thứ hai khi đi ra

vẫn chính xác là màu đỏ hoặc màu lục ấy (H. 17). Từ đó Newton rút ra kết luận rằng bảy màu

do lăng kính thứ nhất tách ra đúng là các màu cơ bản, không thể phân chia được nữa, của ánh

sáng trắng.

Hình 17. Experimentum Crucis. Một thí nghiệm cơ bản cũng của Newton chứng tỏ rằng một

chùm sáng đơn sắc không thể bị phân tách bởi lăng kính. Hình này cho thấy một chùm các tia

sáng Mặt Trời đi vào qua cửa sổ và đi qua lăng kính đầu tiên phân tách nó thành bẩy chùm đơn

sắc. Một trong các chùm đơn sắc này sau đó được phóng qua một lăng kính thứ hai. Lần này,

chùm sáng không bị phân tách thành nhiều chùm khác nhau nữa: ánh sáng trắng là một hỗn

hợp, không phải là một màu cơ bản.

Một kết quả khác cũng khẳng định kết luận này. Ánh sáng đi từ lăng kính thứ hai có dạng tròn

chứ không phải dạng bầu dục, như đi ra từ lăng kính thứ nhất. Điều này có nghĩa là lăng kính

thứ hai thực tế không hề làm thay đổi bản chất của ánh sáng tới, ngoại trừ hướng của nó, sự

đổi hướng này phụ thuộc vào màu của chùm tới.

Từ các thí nghiệm này Newton kết luận rằng mép thấu kính trong kính thiên văn Galileo có tác

page 53 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

dụng như một lăng kính, nó phân tách ánh sáng tới từ một tinh tú xa xôi thành nhiều thành

phần màu khác nhau, khi làm lệch hướng của chúng một cách khác nhau tùy theo màu sắc.

Như vậy, mỗi một chùm sáng đơn sắc sẽ có một tiêu điểm riêng. Chẳng hạn, ánh sáng lam bị

lệch hướng nhiều hơn, nên tiêu điểm của nó ở gần thấu kính hơn một chút so với ánh sáng đỏ.

Chính sự có nhiều các tiêu điểm là nguyên nhân tạo ra quầng ngũ sắc. Các nhà thiên văn học

gọi hiện tượng này là "sắc sai" (H. 18).

Hình 18. Sắc sai. Các mép của một thấu kính trong kính thiên văn khúc xạ xử sự như một lăng

kính và làm lệch các thành phần màu theo các góc khác nhau. Chẳng hạn, thành phần tím bị

lệch nhiều hơn và tụ tiêu tại một điểm gần thấu kính hơn thành phần đỏ. Điều này có nghĩa là

tất các hình ảnh thu được về các thiên thể đều có một quầng màu, dù vị trí của máy dò được

đặt ở đâu giữa các tiêu điểm các ánh sáng tím và đỏ.

Chú ý: các chữ ghi trên hình (từ trái sang phải) !!!!!

Ánh sáng trắng; Tím; Đỏ

Bởi vì chính thấu kính là nguyên nhân làm cho các ảnh bị mờ nhoè ở viền mép, nên cần phải

loại bỏ nó để thu được ảnh rõ nét! Newton vì thế đã phát minh ra một kính thiên văn trong đó

ông thay thấu kính bằng gương. Chính gương này thu nhận, phản xạ và tụ tiêu ánh sáng. Kính

thiên văn như vậy được gọi là kính phản xạ (H. 13). Ngoài việc loại bỏ được các quầng ngũ sắc,

kính thiên văn phản xạ còn có có nhiều ưu điểm khác so với kính thiên văn khúc xạ. Trước hết,

ánh sáng quý báu đi đến từ vũ trụ không bị hấp thụ cũng không bị tiêu tán, bởi vì nó không

phải đi qua thủy tinh của thấu kính. Hiệu ứng hấp thụ này không lớn đối với ánh sáng nhìn thấy

được, nhưng lại là lớn đối với các ánh sáng cực tím hoặc hồng ngoại. Thứ hai, thấu kính lớn

bằng thủy tinh rất nặng và, vì nó chỉ có thể được đỡ ở hai đầu mút để không chặn các tia sáng

tới, nên nó dễ bị biến dạng dưới tác động của trọng lượng của chính nó, điều này ảnh hưởng

đến chất lượng của hình ảnh. Trong khi đó, một gương có hình dạng parabolôít (để tụ tiêu các

tia vào một điểm) có thể được đỡ trên toàn bộ mặt phía sau của nó. Cuối cùng, thấu kính có

hai mặt (một mặt lõm và một mặt lồi) phải được mài cực kỳ một cách chính xác - một nhiệm vụ

cực kỳ khó khăn - để thu được các ảnh rõ nét, trong khi gương chỉ có một mặt, điều này giúp

tiết kiệm được rất nhiều công sức mài nhẵn.

Chính vì tất cả những lý do này mà các kính thiên văn lớn hiện đại đều là các kính thiên văn

phản xạ và đều sử dụng gương để thu nhận ánh sáng của vũ trụ. Kính thiên văn khúc xạ lớn

nhất thế giới, có một thấu kính đường kính khoảng một mét, được chế tạo cách đây đã hơn

page 54 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

một thế kỷ, năm 1897, tại đài thiên văn Yerkes, Wisconsin. Kể từ đó, các kính thiên văn phản

xạ đã thế chỗ của kính thiên văn khúc xạ. Các kính thiên văn lớn nhất hiện nay có đường kính

khoảng 10 mét (đó là các kính Keck, ở đài thiên văn Mauna Kea, trên đảo Hawaii), nhưng các

kính thiên văn khổng lồ đường kính 30 mét đã lấp ló ở chân trời. Năm 1672 Newton đã giới

thiệu kính thiên văn phản xạ của ông với Royal Society tại Luân Đôn (H. 19). Có khả năng

phóng đại các hình ảnh gấp khoảng ba mươi tám lần, sáng chế này đã làm cho danh tiếng của

ông vượt ra ngoài cộng đồng giáo sư hạn hẹp ở Cambridge.

TRỊNH XUÂN THUẬN

Các đám mây đen đã thấp thoáng ló ở chân trời

TTO - Huygens đã ra sức bảo vệ lý thuyết sóng ánh sáng của ông. Ông đã tìm được một đồng

minh là Robert Hooke (1635-1703), một nhà thực nghiệm kỳ cựu và nổi tiếng của Royal Society

chuyên chuẩn bị các thí nghiệm để cung cấp cho các cuộc tranh luận của các thành viên uyên

bác của Hội Hoàng gia Luân Đôn.

Hooke trước hết nổi tiếng rộng rãi với vai trò là tác giả của cuốn Micrographia, tác phẩm đầu

tiên miêu tả chi tiết thế giới nhìn qua kính hiển vi. Nhờ có năng khiếu bẩm sinh của một nhà

quan sát và một tài năng tuyệt vời của một hoạ sĩ, ngoài những thứ khác, Hooke đã phát hiện

ra bản chất đích thực của mốc trên cánh hoa hồng, hay dáng vẻ kì lạ của một số thực vật, các

con nhậy và bọ chét khi chúng được phóng đại lên nhiều lần. Ông cũng miêu tả trong sách rất

chi tiết các màu được tạo bởi các lớp vật chất rất mỏng, như các thành của một bong bóng xà

phòng hay hai tấm thủy tinh mỏng ép sát vào nhau. Ông nhận thấy rằng bằng cách thay đổi độ

dầy của lớp không khí giữa hai tấm thủy tinh, các vòng màu sẽ xuất hiện theo cùng một trật tự

như các màu cầu vồng. Hooke cũng phát triển trong tác phẩm của mình một lý thuyết sóng của

ánh sáng có nhiều nét giống như lý thuyết của Huygens. Theo ông, ánh sáng bắt nguồn từ

chuyển động của các hạt vật chất. Trong một vật sáng, các hạt rung động và sự rung động của

chúng lan truyền trong môi trường xung quanh (ête) dưới dạng sóng, mà không có một sự vận

chuyển vật chất nào kèm theo.

Nhưng quan niệm này về bản chất sóng của ánh sáng không kéo dài được lâu. Nó đã bị quét

bỏ và nhấn chìm bởi làn sóng phấn khích đón nhận các quan điểm hạt của Newton. Tuy nhiên,

một lý thuyết thuần túy hạt liệu có thể thực sự giải thích được tất cả các tính chất của ánh sáng

hay không? Một thí nghiệm đặc biệt, do chính Newton thực hiện, khiến người ta phải suy nghĩ.

page 55 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Khi Newton đặt một thấu kính phẳng lồi lên trên một tấm thủy tinh (với mặt phẳng ngửa lên

trên) và chiếu sáng tất cả bằng ánh sáng đơn sắc, ông đã phát hiện ra một hiện tượng quang

học mới, rất lạ. Nhiều vòng tròn đồng tâm (ngày nay được gọi là các "vân tròn Newton") xuất

hiện, đan xen giữa vân đen và vân màu. Hoàn toàn tự nhiên, Newton giải thích các vân đen là

vùng ở đó ánh sáng bị thấu kính phản xạ, và các vân màu là các vùng ở đó ánh sáng được

truyền qua. Nhưng làm thế quái nào có thể giải thích được một hạt ánh sáng, khi đến bề mặt

của thấu kính, lúc thì bị phản xạ, lúc thì được truyền qua? Newton cho rằng, bởi vì các điều

kiện của thủy tinh và của thấu kính là giống nhau và không đổi, nên chính các tính chất của các

hạt ánh sáng phải biến đổi và khác nhau. Như vậy ông cho mỗi một hạt ánh sáng một tính chất

được gọi là "accès" (đường tới). Các hạt có "accès" truyền qua dễ thì sẽ truyền qua, còn các

hạt ánh sáng có "accès" phản xạ dễ thì sẽ phản xạ. Nhưng "lý thuyết" này không giải thích

được điều gì: nó chỉ làm xuất hiện thêm vấn đề, vì cần phải có một lý thuyết khác để giải thích

các tính chất được gọi là "accès".

Bất chấp một vài đám mây đen báo hiệu sắp có giông bão, các công trình của Newton vẫn tiếp

tục có ảnh hưởng và gây được tiếng vang lớn. Tiếng vang thể hiện rõ qua hai câu thơ của nhà

thơ người Anh Alexandre Pope (1688-1744) khắc trên bia ở mộ ông, năm 1727 :

Tự nhiên và các định luật của tự nhiên bị bao bọc trong bóng tối, Chúa nói: "Sẽ có Newton", và

tất cả bừng sáng !

TRỊNH XUÂN THUẬN

Các hạt ánh sáng

TTO - Newton là một người ủng hộ mạnh mẽ lý thuyết hạt ánh sáng. Theo ông, các tia sáng

được cấu thành từ vô số các hạt sáng phát ra bởi các vật được chiếu sáng, lan truyền theo

đường thẳng qua không gian nối tiếp nhau, như xe ô tô trên đường. Ông xem xét, và sau đó

bác bỏ giả thuyết sóng ánh sáng.

Lý lẽ chính của ông là người ta có thể nghe thấy rõ một tiếng động ở chỗ rẽ góc phố mà không

cần nhìn thấy người hoặc vật đã gây ra tiếng động. Mà, nếu ánh sáng có bản chất sóng, như

âm thanh, thì trong những điều kiện như nhau, chúng ta sẽ phải nhìn thấy ánh sáng giống như

nghe thấy âm thanh.

page 56 / 57

Những con đường của ánh sáng

www.maxreading.com

Còn về sự tri giác các màu của chúng ta, thì nguyên nhân chính kích thước của các hạt. Chẳng

hạn, các hạt nhỏ nhất tạo ra cảm giác tím. Các hạt lớn hơn gây ra cảm giác về màu chàm, và

cứ tiếp tục như vậy. Bởi vì tồn tại bẩy màu cơ bản, nên các hạt phải có bẩy loại kích thước khác

nhau. Như vậy sự tổng giác của chúng ta về các màu là biểu thị chủ quan của một hiện thực

khách quan được quy định bởi kích thước của các hạt.

Nhờ mô hình hạt và các khái niệm được gợi ý từ lý thuyết vạn vật hấp dẫn của mình - lý thuyết

chi phối sự rơi của quả táo và chuyển động của các hành tinh - Newton đã giải thích được các

định luật cơ bản của quang học. Chẳng hạn, để giải thích các định luật phản xạ, khúc xạ và

nhiễu xạ, Newton đã đưa vào các lực hút và đẩy giữa các hạt ánh sáng, những hạt mà nếu để

tự do chúng sẽ truyền theo đường thẳng. Liên quan đến khúc xạ, ông đã đưa ra giả thuyết cho

rằng trên bề mặt của một vật trong suốt (như lăng kính, chẳng hạn) tồn tại một vùng rất mỏng

ở đó có một lực tác dụng để kéo các tia sáng vào bên trong nó. Như vậy, các hạt màu tím, do

chúng nhỏ hơn, sẽ bị hút bởi một môi trường đặc hơn không khí (như thủy tinh, chẳng hạn)

mạnh hơn so với các hạt lớn hơn có màu đỏ, tức các hạt màu tím bị lệch khỏi đường đi ban đầu

của nó nhiều hơn các hạt màu đỏ. Như vậy, Newton đã giải thích được tại sao các chùm màu

khác nhau lại bị lệch hướng khác nhau bởi cùng một môi trường, và tại sao một chùm đơn sắc

bị lệch hướng khác nhau trong các môi trường trong suốt khác nhau. Ông cũng đã tìm lại được

định luật khúc xạ của Snel bằng cách thừa nhận - một cách sai lầm, giống như Descartes - rằng

ánh sáng đi nhanh hơn trong một môi trường đặc hơn. Để giải thích các tia bị nhiễu xạ của

Grimaldi, ông không viện đến một lực hút, mà một lực đẩy có tác dụng đẩy các hạt ánh sáng

vào trong bóng tối hình học của một vật.

Nói cách khác, theo Newton, cơ học ánh sáng là đồng nhất với cơ học các thiên thể. Sau khi

thống nhất trời và đất bằng lý thuyết vạn vật hấp dẫn, Newton đã thống nhất thế giới vô cùng

bé với thế giới vô cùng lớn bằng cơ học. Trong quan niệm tổng thể về vũ trụ này, hành trạng

của vạn vật - từ các vật vô cùng bé, như các hạt ánh sáng, đến các vật vô cùng lớn, như các

thiên thể xa xôi - đều bị chi phối bởi cùng các lực cơ học và tất định.

Suốt một thế kỷ sau khi cuốn Opticks được công bố (năm 1704), quan niệm hạt của Newton

thống trị hoàn toàn các cuộc tranh luận về bản chất của ánh sáng. Các thí nghiệm của ông với

các lăng kính được thực hiện chính xác và rất dễ hiểu, các giải thích của ông giàu tính thuyết

phục và phần lớn các nhà vật lý đều tán thành. Mọi tiếng nói khác đều nhanh chóng bị dập tắt.

TRỊNH XUÂN THUẬN

page 57 / 57