Khoảng 400 năm trước, vào mùa xuân năm 1610, Galileo đang nhìn lên bầu trời thông qua thiết bị mới nhất của mình. Kính viễn vọng có độ phóng đại gấp 2 lần mới chỉ tồn tại được vài năm và nhà đa khoa học từ Pisa hiện đã tự chế tạo cho mình một kính viễn vọng mạnh gấp 10 lần.
Galileo là người đầu tiên quan sát các miệng núi lửa của Mặt trăng và bốn trong số các mặt trăng của Sao Mộc – hiện được gọi là các mặt trăng Galilê – mà ông đã trình bày chi tiết trong cuốn sách Sidereus Nuncius (‘Sứ giả của các vì sao’).
Mặc dù anh ấy đã kiềm chế không tuyên bố như vậy trong ấn phẩm, nhưng anh ấy đã lấy những phát hiện này để hỗ trợ mô hình nhật tâm của Copernicus về Hệ Mặt trời bằng cách đặt câu hỏi về sự hoàn hảo của các thiên thể và gợi ý rằng ít nhất một số thứ khác ngoài Trái đất đã quay quanh (trong trường hợp này là Sao Mộc ). Điều này khiến anh gặp rắc rối với Giáo hội Công giáo.
Đọc thêm về lịch sử thiên văn học
Điều hấp dẫn về ‘vụ Galileo’ của Giáo hội không phải là bằng chứng thuyết nhật tâm, mà là điều mà Giáo hội thực sự phàn nàn.
Năm 1616, Galileo được Hồng y Bellarmine chỉ thị “…từ bỏ hoàn toàn… quan điểm cho rằng Mặt trời đứng yên ở trung tâm thế giới và Trái đất chuyển động”.
Tuy nhiên, hướng dẫn không phải là từ bỏ các mô hình nhật tâm như một công cụ tiên đoán hữu ích.
Trước đó, Đức Hồng Y đã chỉ ra rằng chỉ cần cho rằng Trái đất quay quanh Mặt trời, người ta có thể tính toán chính xác vị trí và thời điểm các thiên thể khác sẽ ở đâu và khi nào trên bầu trời đêm là một chuyện, nhưng đưa ra tuyên bố báng bổ đó lại là một chuyện hoàn toàn khác. rằng, “Thật ra, Mặt trời ở trung tâm và Trái đất ở trên trời.”
Mối quan tâm của ông là Galileo đang quảng bá mô hình nhật tâm như một thứ gì đó đáng tin cậy hơn là, như ông nói, chỉ là một trò ảo thuật đơn thuần được sử dụng để “cứu vãn vẻ bề ngoài”.
Có một lịch sử đáng kính đối với ý tưởng rằng nghiên cứu khoa học chỉ nhằm mục đích ‘cứu vãn các hình thức’.
Cụm từ này bắt nguồn từ suy nghĩ của các nhà triết học và nhà chiêm tinh Hy Lạp cổ đại, và đã trở thành một chủ đề nóng đối với các nhà tư tưởng có đầu óc khoa học kể từ đó.
Năm 1908, nhà vật lý và triết gia người Pháp Pierre Duhem cho rằng logic đứng về phía Bellarmine hơn là Galileo.
Suy nghĩ của anh ấy là Bellarmine hiểu rằng khoa học là về việc phát triển các lý thuyết giúp chúng ta đưa ra và dự đoán chính xác chứ không phải lý thuyết để đánh giá tính hợp lý của nó.
Cái gọi là ‘các nhà thực chứng logic’ của đầu thế kỷ 20 đến giữa thế kỷ 20 cũng có quan điểm tương tự, lập luận rằng những tuyên bố về thế giới vượt ra ngoài những gì có thể quan sát trực tiếp là không chính đáng.
Nhà triết học đương đại Bas van Fraassen lập luận rằng “Khoa học nhằm cung cấp cho chúng ta những lý thuyết phù hợp về mặt thực nghiệm”. Nói cách khác, khoa học chỉ nhằm dự đoán những gì có thể cảm nhận được, không gì khác.
Tuy nhiên, chắc chắn chúng tôi muốn nói rằng Galileo có lý khi tin rằng thuyết nhật tâm là đúng.
Khi chúng ta nhìn lên bầu trời qua kính viễn vọng, thật dễ dàng để giả định rằng chúng ta có thể tìm hiểu xem Vũ trụ xuất hiện như thế nào đối với chúng ta mà không bị ảnh hưởng bởi các giả định lý thuyết và triết học.
Xét cho cùng, không phải chúng ta cần biết bất kỳ lý thuyết cụ thể nào về vũ trụ học để vận hành kính viễn vọng hoặc ghi lại những gì chúng ta nhìn thấy.
Và triết học có thể làm gì với nó? Nhưng trên thực tế, mọi thứ không đơn giản như vậy.
Mối quan hệ giữa những gì xuất hiện với chúng ta trên bầu trời đêm và những gì lý thuyết của chúng ta nói về những lần xuất hiện đó là những câu hỏi tiếp tục đánh đố các triết gia và nhà tư tưởng.
Hóa ra những gì chúng ta có thể tìm hiểu về Vũ trụ phụ thuộc vào tất cả các loại yếu tố mà chúng ta thường không nhận thức được.
Ngày nay, chúng ta liên tục tuyên bố rằng mình đã tìm hiểu các sự thật về thế giới trên cơ sở quan sát bằng kính thiên văn.
Trường hợp các ngôi sao xuất hiện gần Mặt trời trong thời gian nguyệt thực xác nhận rằng không gian bị cong. Việc phát hiện Nền vi sóng vũ trụ xác nhận rằng Vũ trụ đã giãn nở.
Việc quan sát sự quay của các thiên hà xác nhận sự tồn tại của vật chất tối, v.v.
Nếu Bellarmine, Duhem và các nhà thực chứng logic làm theo cách của họ, chúng ta sẽ phải đợi đến năm 1990, khi Du hành 1 gửi cho chúng ta ‘Chân dung gia đình’ của Hệ Mặt trời, trước khi chúng ta được phép tuyên bố rằng thuyết nhật tâm là đáng tin cậy.
Đó là bức ảnh chụp đầu tiên của chúng tôi về vị trí của Mặt trời so với các hành tinh. Ngược lại, hầu hết các nhà khoa học hiện đại có xu hướng ‘thực tế’.
Họ thực hiện các quan sát, hình ảnh, kết quả đọc trên máy tính và dữ liệu để xác nhận niềm tin của chúng ta vào sự thật của các lý thuyết vượt xa vẻ ngoài của mọi thứ.
Vì vậy, những gì bạn nghĩ rằng bạn có thể học được bằng cách nhìn qua kính viễn vọng, trước hết, phụ thuộc vào việc bạn có phải là người theo chủ nghĩa hiện thực khoa học hay không.
Giải quyết sự việc không hề đơn giản. Một mặt, sự thành công của các lý thuyết khoa học qua các thời đại dường như có thể gợi ý rằng chúng không chỉ là những phát minh đơn thuần nhằm mục đích dự đoán mọi thứ sẽ như thế nào.
Như nhà triết học Hilary Putnam đã nhận xét vào năm 1975, chủ nghĩa hiện thực “…là triết lý duy nhất không biến thành công của khoa học thành một phép màu.”
Mặt khác, khó có thể phủ nhận rằng ngay cả những lý thuyết khoa học thành công nhất của chúng ta dường như cuối cùng cũng sẽ bị làm sai lệch.
Ví dụ, vào thời của Newton, chúng ta đã biết rằng thuyết nhật tâm do Galileo nghĩ ra là không hoàn toàn đúng.
Mặt trời không chính xác ở trung tâm hấp dẫn của Hệ mặt trời. Và Galileo từ chối tin quỹ đạo của các hành tinh theo hình elip.
Gần đây hơn, chúng ta đã biết được rằng Hệ Mặt trời thậm chí không ở trung tâm Thiên hà của chúng ta.
Những phát triển này nên nghi ngờ ý tưởng rằng ngay cả các lý thuyết vật lý ngày nay là hoàn toàn đúng.
Nhưng họ cũng đặt câu hỏi về quan điểm của những người theo chủ nghĩa hiện thực rằng sự thật là điều mà các nhà thiên văn học nên tìm kiếm ngay từ đầu. Nếu tất cả các lý thuyết đều được định sẵn để thay thế, tại sao lại tin chúng?
Nhưng có lẽ chúng ta không cần giải quyết vấn đề theo cách nào cả. Cả những người theo chủ nghĩa hiện thực, như Galileo, và những người theo chủ nghĩa ‘phản hiện thực’, như Bellarmine, đều dựa trên ý tưởng rằng ít nhất có những ‘sự xuất hiện’, có thể được cứu hoặc vượt ra ngoài. Đó là câu hỏi trong chính nó.
Hiện nay người ta nghi ngờ rằng những dự đoán của Galileo về kích thước của các ngôi sao đã bị nhầm lẫn bởi các đĩa Airy (mẫu nhiễu xạ) được tạo ra trong kính thiên văn của ông xung quanh hình ảnh các ngôi sao.
Nếu điều đó đúng, các ngôi sao không hề xuất hiện trực tiếp với Galileo. Và ngày nay, hầu như không có bất kỳ thiên văn học nào được thực hiện thông qua quan sát trực tiếp.
Ở mức tối thiểu, kính thiên văn mang ánh sáng từ các vì sao đến mắt chúng ta thông qua một loạt gương và thấu kính. Các kính viễn vọng lớn, chẳng hạn như Kính viễn vọng Không gian Hubble, ghi lại dữ liệu trên máy tính từ nhiều phổ điện từ hơn chúng ta có thể cảm nhận được.
Các nhà thiên văn học phải thao túng dữ liệu đó để có được ý tưởng về những gì Hubble đang chỉ vào. Với tính chất gián tiếp của các quan sát thiên văn của chúng ta, chúng ta nên nói những sự xuất hiện nằm ở đâu?
Nó nằm trên ống kính bên ngoài của phạm vi của chúng tôi hoặc trên một số gương bên trong? Trong thị kính của kính thiên văn hay trên thấu kính của mắt chúng ta? Bất kỳ sự lựa chọn có vẻ tùy ý.
Nhưng nếu chúng ta không thể nói nơi xuất hiện, thì sẽ chẳng có ý nghĩa gì khi khẳng định rằng mục đích của các lý thuyết khoa học là cứu vãn chúng hoặc vượt qua chúng.
Một giải pháp thay thế cho cả chủ nghĩa hiện thực và chủ nghĩa phản hiện thực là thừa nhận rằng lý thuyết và vẻ bề ngoài gắn bó chặt chẽ với nhau.
Đến những năm 1960, các nhà sử học và triết học như Norwood Russell Hanson, Paul Feyerabend và Thomas Kuhn đã bắt đầu nhận thấy rằng quan sát khoa học là ‘đầy lý thuyết’ – gắn liền với kiến thức lý thuyết phải được hiểu để hiểu được mọi thứ theo cách nào. Nhìn.
Điều này giải thích làm thế nào mà NASA biết ngay từ những hình ảnh mờ đầu tiên về vấn đề của gương Hubble. Với những gì chúng ta đã biết, Vũ trụ không nên trông như thế. Và ngay cả việc sử dụng phạm vi trong nước của chúng tôi cũng mang tính lý thuyết.
Ví dụ: chúng ta biết chờ đợi những buổi tối không mây, để điều chỉnh tiêu cự hoặc chuẩn trực kính viễn vọng để bù nếu hình ảnh chúng ta nhìn thấy không sắc nét.
Điều quan trọng là Galileo hiểu nhiều điều trong số này, nhưng không phải tất cả. Một phần rắc rối của ông là thuyết phục người khác tin tưởng vào một dụng cụ mà hoạt động của nó không lý thuyết quang học nào vào thời điểm đó có thể giải thích đầy đủ.
Vậy, bạn có thể học được gì khi nhìn lên bầu trời qua kính viễn vọng? Rõ ràng, nó phụ thuộc vào lượng kiến thức lý thuyết mà bạn may mắn có được: về bầu trời đêm và khoảng cách của các vật thể bạn muốn nhìn, về quang học, về cấu tạo của ống kính và về khả năng nhận thức của chính bạn .
Hãy tưởng tượng sẽ khó sử dụng như thế nào nếu bạn không biết những điều này!
Nhưng những gì bạn có thể học cũng phụ thuộc vào việc liệu có thể, như những người theo chủ nghĩa hiện thực tin tưởng, để biết bất cứ điều gì ngoài cách mọi thứ xuất hiện với bạn.
Những người chống hiện thực nghĩ rằng điều đó là không thể bởi vì đó không phải là công việc của khoa học. Những người khác nghĩ rằng điều đó là không thể bởi vì không có gì chính xác đối với khái niệm ‘mọi thứ xuất hiện như thế nào đối với bạn’ độc lập với những gì bạn đã tin.
Các nhà triết học, nhà thiên văn học và nhà sử học khoa học sẽ tiếp tục tranh luận về những vấn đề này trong một thời gian dài; nhưng chúng là những điều để tất cả chúng ta suy ngẫm khi nhìn vào đêm quang đãng tiếp theo.
Galileo có thể nổi tiếng nhất nhờ những quan sát thiên văn dẫn đến quan điểm thẳng thắn của ông bảo vệ thuyết nhật tâm. Nhưng đây không phải là đóng góp duy nhất của ông cho khoa học, cũng không phải là đóng góp quan trọng nhất.
Trên thực tế, Galileo là người đầu tiên đưa ra giả thuyết về nhiều hiện tượng vật lý tạo nên nền tảng của vật lý đương đại.
Chúng bao gồm chu kỳ không đổi của con lắc, mối quan hệ giữa cao độ của sóng âm và tần số của chúng, và sự độc lập của các định luật tự nhiên với hệ quy chiếu của chính người quan sát (một dạng của thuyết tương đối).
Galileo cũng là một nhà phát minh ấn tượng, có những đóng góp đáng kể cho sự phát triển của la bàn điều hướng, nhiệt kế và dĩ nhiên là cả kính viễn vọng, cái tên được đặt để chỉ các dụng cụ của chính Galileo (hãy làm theo hướng dẫn DIY của chúng tôi để chế tạo kính thiên văn Galileo).
Và đó không phải là tất cả. Galileo đã viết một chuyên luận có ảnh hưởng lớn về phương pháp điều tra khoa học, lập luận rằng các quy luật tự nhiên được “viết bằng ngôn ngữ toán học” và rằng các tuyên bố nên dựa trên thực nghiệm hơn là giáo điều tôn giáo.
Mặc dù vậy, một trong những lời biện hộ nổi tiếng nhất của ông cho tuyên bố rằng tất cả các vật thể rơi với tốc độ như nhau (bất kể trọng lượng của chúng) là hoàn toàn hợp lý.
Ông lập luận rằng nếu hai trọng lượng khác nhau được kết nối với nhau thì không thể hiểu một cách hợp lý rằng trung bình chúng sẽ rơi nhanh hơn hay chậm hơn so với khi không được kết nối. Do đó, ông suy luận rằng chúng phải giảm với tốc độ như nhau.
Các nhà triết học vẫn tranh luận liệu lập luận này có thực sự biện minh cho kết luận hay không.
Sidereus Nuncius , thường được dịch là ‘Sứ giả của các vì sao’, được bán ra công chúng vào ngày 13 tháng 3 năm 1610 và tin tức về nội dung của nó lan truyền nhanh chóng.
Mặc dù nó không đưa ra một lý thuyết khoa học mang tính cách mạng nào (khi so sánh với những đóng góp khoa học vĩ đại khác của Galileo), nó đã thể hiện bên trong những quan sát quan trọng về các hiện tượng thiên văn xung đột với quan điểm chính thống.
Đặc biệt lưu ý là tuyên bố của Galileo đã nhìn thấy miệng núi lửa trên Mặt trăng và bốn mặt trăng quay quanh Sao Mộc.
Việc tiếp nhận cuốn sách ban đầu đã chia rẽ ý kiến. Trong một trường hợp nổi tiếng, một nhà phê bình cho rằng Galileo không đáng tin hơn một người nào đó tuyên bố đã bình phương hình tròn (một nhiệm vụ hình học bất khả thi theo đúng nghĩa đen) hoặc đã chế tạo ra một viên đá của triết gia (có thể biến bất kỳ kim loại nào thành vàng).
Những người khác đã cho Galileo lợi ích của sự nghi ngờ. Chẳng hạn, nhà thiên văn học Johannes Kepler tuyên bố rằng ông không thấy có lý do gì để “không tin một nhà toán học uyên bác nhất, người mà chính phong cách của ông đã chứng minh sự đúng đắn trong phán đoán của ông.”
Tuy nhiên, Kepler thực sự có quyền lợi nhất định vì những tuyên bố của Galileo đã gián tiếp ủng hộ mô hình nhật tâm được ưa chuộng của Kepler về Hệ Mặt trời.
Hai lý do ngăn cản sự tán thành nhất trí của cuốn sách là không ai vào thời điểm đó có kính viễn vọng mạnh như của Galileo và thực tế là Sao Mộc đã khuất khỏi tầm nhìn vào những tháng cuối mùa xuân.
Tuy nhiên, vào cuối năm đó, ‘thông điệp về các vì sao’ của Galileo đã được xác minh rộng rãi, khiến Galileo trở thành một người nổi tiếng và kính thiên văn trở thành món đồ đáng mơ ước kể từ đó.
Toby Friend là một triết gia làm việc tại Đại học Bristol trong Dự án Khoa học Thống nhất Siêu hình, được tài trợ bởi ERC (cấp 771509).
Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 3 năm 2021 của Tạp chí BBC Sky at Night.