Banner được lưu thành công.: Chuyên mục: Khái niệm Vũ trụ học & Vật lý Thiên văn; By Hien PHAN; 09.Aug

Founder of the VLTV Community

Dr. Hien PHAN is a lecturer and researcher at the Department of Space and Applications, University of Science and Technology of Hanoi (USTH). He received his Ph.D. in Physics of the Universe at Université Paris Diderot (Paris VII, Université de Paris) in 2019. He is the Founder and an Administrator of Vật Lý Thiên Văn (VLTV).

Đọc tiếp

Thiên văn học không có tiến bộ lớn nào ở châu Âu thời Trung cổ đầy xung đột. Sự ra đời và mở rộng của Hồi giáo sau thế kỷ thứ bảy đã dẫn đến sự nở rộ của các nền văn hóa Ả Rập và Do Thái đã lưu giữ, phiên dịch và bổ sung vào nhiều ý tưởng thiên văn của người Hy Lạp. Ví dụ, nhiều tên của các ngôi sao sáng nhất ngày nay được lấy từ tiếng Ả Rập, chẳng hạn các thuật ngữ thiên văn như “zenith” (thiên đỉnh).

Khi nền văn hóa châu Âu bắt đầu xuất hiện từ thời kỳ dài tăm tối của nó, giao thương với các nước Ả Rập đã dẫn đến việc khám phá lại các văn bản cổ như Almagest và khơi dậy sự quan tâm đến các câu hỏi thiên văn. Thời gian tái sinh này (trong tiếng Pháp, "phục hưng") trong thiên văn học được thể hiện trong công trình của Copernicus (Hình 2.16).

Hình 2.16 Nicolaus Copernicus (1473–1543). Copernicus là một giáo sĩ và nhà khoa học, người đã đóng vai trò hàng đầu trong sự xuất hiện của khoa học hiện đại. Mặc dù ông không thể chứng minh rằng Trái đất quay quanh Mặt trời, nhưng ông đã trình bày những lý lẽ thuyết phục cho ý tưởng này đến nỗi ông đã lật ngược dòng suy nghĩ vũ trụ và đặt nền móng mà Galileo và Kepler đã xây dựng một cách hiệu quả vào thế kỷ sau.

Copernicus

Một trong những sự kiện quan trọng nhất của thời kỳ Phục hưng là sự dịch chuyển Trái Đất khỏi vị trí trung tâm của vũ trụ. Đó là một cuộc cách mạng trí tuệ do một giáo sĩ Ba Lan khởi xướng vào thế kỷ XVI. Nicolaus Copernicus sinh ra ở Torun, một thị trấn trọng thương dọc theo sông Vistula. Ông được đào tạo về luật và y học, nhưng sở thích chính của ông là thiên văn học và toán học. Đóng góp to lớn của ông cho khoa học là sự đánh giá lại phản biện các lý thuyết hiện có về chuyển động của hành tinh và sự phát triển của một mô hình mới của Hệ Mặt trời trong đó có tâm là Mặt Trời, còn gọi là mô hình nhật tâm. Copernicus kết luận rằng Trái Đất là một hành tinh và tất cả các hành tinh đều quay quanh Mặt Trời. Chỉ có Mặt Trăng quay quanh Trái Đất (Hình 2.17).

Hình 2.17 Hệ thống Copernicus. Copernicus đã phát triển một bản đồ nhật tâm của Hệ Mặt Trời. Hệ thống này đã được xuất bản trong ấn bản đầu tiên của De Revolutionibus Orbium Coelestium. Chú ý từ Sol có nghĩa là “Sun” (Mặt Trời) nằm ở chính giữa. (tín dụng: Nicolai Copernici)

Copernicus đã mô tả chi tiết những ý tưởng của mình trong cuốn sách De Revolutionibus Orbium Coelestium (Về cuộc cách mạng của các quỹ đạo thiên thể), xuất bản năm 1543, cũng là năm ông qua đời. Vào thời điểm này, hệ Ptolemaic cũ cần có những điều chỉnh đáng kể để dự đoán vị trí của các hành tinh một cách chính xác. Copernicus muốn phát triển một lý thuyết cải tiến để từ đó tính toán vị trí các hành tinh, nhưng khi làm như vậy, bản thân ông cũng không thoát khỏi mọi định kiến truyền thống.

Ông bắt đầu với một số giả định phổ biến trong thời đại của mình, chẳng hạn như ý tưởng rằng chuyển động của các thiên thể phải được tạo thành từ sự kết hợp của các chuyển động tròn đều. Nhưng ông không cho rằng (như hầu hết mọi người đã làm) rằng Trái Đất phải ở trung tâm của vũ trụ, và ông đã trình bày một cách bảo vệ hệ nhật tâm một cách trang nhã và thuyết phục. Những ý tưởng của ông, mặc dù không được chấp nhận rộng rãi cho đến hơn một thế kỷ sau khi ông qua đời, nhưng cũng đã được thảo luận nhiều giữa các học giả và cuối cùng, có ảnh hưởng sâu sắc đến tiến trình lịch sử thế giới.

Một trong những ý kiến phản đối thuyết nhật tâm là nếu Trái Đất chuyển động, tất cả chúng ta sẽ cảm nhận được hoặc cảm nhận được chuyển động này. Các vật thể rắn sẽ bị xé toạc khỏi bề mặt, một quả bóng rơi từ độ cao lớn sẽ không chạm đất ngay bên dưới nó, v.v. Nhưng một người đang chuyển động không nhất thiết phải nhận thức được chuyển động đó. Tất cả chúng ta đều đã từng trải qua việc nhìn thấy một đoàn tàu, xe buýt hoặc một con tàu liền kề dường như di chuyển, chỉ để phát hiện ra rằng chính chúng ta đang di chuyển.

Copernicus lập luận rằng chuyển động biểu kiến của Mặt Trời đối với Trái Đất trong suốt một năm có thể được biểu diễn tương tự bởi chuyển động của Trái Đất đối với Mặt Trời. Ông cũng giải thích rằng chuyển động quay biểu kiến của thiên cầu có thể được giải thích bằng cách giả sử rằng Trái Đất quay trong khi thiên cầu đứng yên. Trước sự phản đối rằng nếu Trái Đất quay quanh một trục thì nó sẽ bay thành nhiều mảnh, Copernicus trả lời rằng nếu một chuyển động như vậy có thể xé nát được Trái Đất, thì chuyển động còn nhanh hơn của thiên cầu rộng lớn theo giả thuyết địa tâm sẽ thậm chí còn tàn khốc hơn nhiều.

Mô hình nhật tâm

Ý tưởng quan trọng nhất trong cuốn sách De Revolutionibus của Copernicus nêu bật rằng Trái Đất là một trong sáu (thiên thể mà sau này được gọi là) hành tinh xoay quanh Mặt Trời. Sử dụng khái niệm này, ông đã có thể tìm ra bức tranh tổng thể chính xác về Hệ Mặt Trời. Ông đã đặt các hành tinh, bắt đầu gần Mặt Trời nhất, theo đúng thứ tự: Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, Sao Hỏa, Sao Mộc và Sao Thổ. Hơn nữa, ông suy luận rằng một hành tinh càng gần Mặt Trời, tốc độ quỹ đạo của nó càng lớn. Với lý thuyết của mình, ông đã có thể giải thích chuyển động nghịch hành phức tạp của các hành tinh mà không cần đến các vòng tròn ngoại luân (epicycle) và tìm ra tỷ lệ gần đúng cho Hệ Mặt Trời.

Copernicus không thể chứng minh rằng Trái Đất quay quanh Mặt Trời. Trên thực tế, với một số điều chỉnh, hệ thống Ptolemaic cũ cũng có thể tính toán chuyển động của các hành tinh trên bầu trời. Nhưng Copernicus đã chỉ ra rằng vũ trụ học Ptolemaic còn vụng về và thiếu vẻ đẹp cũng như tính đối xứng như mô hình nhật tâm.

Trên thực tế, vào thời Copernicus, ít người nghĩ rằng có cách nào để chứng minh liệu hệ nhật tâm hay hệ địa tâm cũ là đúng. Một truyền thống triết học lâu đời, có từ thời Hy Lạp và được Giáo hội Công giáo bảo vệ, cho rằng tư tưởng thuần túy của con người kết hợp với sự mặc khải của thần thánh đại diện cho con đường dẫn đến chân lý. Thiên nhiên, như được tiết lộ bởi các giác quan của chúng ta, đã bị nghi ngờ. Ví dụ, Aristotle đã lý luận rằng các vật nặng hơn (có nhiều chất lượng khiến chúng nặng hơn) phải rơi xuống Trái Đất nhanh hơn các vật nhẹ hơn. Điều này hoàn toàn không chính xác, vì bất kỳ thí nghiệm đơn giản nào khi thả hai quả bóng có trọng lượng khác nhau đều cho thấy như vậy. Tuy nhiên, vào thời của Copernicus, các thí nghiệm không mang nhiều trọng lượng (nếu bạn muốn bỏ qua biểu thức); lý luận của Aristotle thuyết phục hơn.

Trong môi trường này, có rất ít động lực để thực hiện các quan sát hoặc thí nghiệm để phân biệt giữa các lý thuyết vũ trụ đang cạnh tranh nhau (hoặc bất kỳ lý thuyết nào khác). Do đó, chúng ta không nên ngạc nhiên khi ý tưởng nhật tâm đã được tranh luận trong hơn nửa thế kỷ mà không có bất kỳ thử nghiệm nào được áp dụng để xác định tính hợp lệ của nó. (Trên thực tế, ở các thuộc địa Bắc Mỹ, hệ thống địa tâm cũ hơn vẫn được giảng dạy tại Đại học Harvard trong những năm đầu tiên sau khi ngôi trường được thành lập vào năm 1636.)

Hãy đối chiếu điều này với tình hình ngày nay, khi các nhà khoa học vội vã thử nghiệm từng giả thuyết mới và không chấp nhận bất kỳ ý tưởng nào cho đến khi có kết quả. Ví dụ, khi hai nhà nghiên cứu tại Đại học Utah tuyên bố vào năm 1989 rằng họ đã phát hiện ra một cách để đạt được phản ứng nhiệt hạch (quá trình cung cấp năng lượng cho các ngôi sao) ở nhiệt độ phòng, các nhà khoa học khác tại hơn 25 phòng thí nghiệm trên khắp Hoa Kỳ đã cố gắng nhân bản "phản ứng tổng hợp lạnh" trong vòng vài tuần - nhưng kết quả là không thành công. Lý thuyết nhiệt hạch lạnh nhanh chóng chìm trong biển lửa.

Ngày nay chúng ta nhìn nhận mô hình của Copernicus như thế nào? Khi một giả thuyết hoặc lý thuyết mới được đề xuất trong khoa học, trước tiên nó phải được kiểm tra xem có nhất quán với những gì đã biết hay không. Ý tưởng nhật tâm của Copernicus đã vượt qua thử nghiệm này, vì nó cho phép tính toán ít nhất các vị trí hành tinh cũng như lý thuyết địa tâm. Bước tiếp theo là xác định dự đoán nào mà giả thuyết mới đưa ra khác với dự đoán của các ý tưởng cạnh tranh. Trong trường hợp của Copernicus, một ví dụ là dự đoán rằng, nếu Sao Kim quay quanh Mặt trời, hành tinh sẽ trải qua đầy đủ các pha giống như Mặt Trăng, trong khi nếu nó quay quanh Trái Đất thì không (Hình 2.18). Ngoài ra, chúng ta sẽ không thể nhìn thấy toàn bộ pha của Sao Kim từ Trái Đất vì Mặt Trời khi đó sẽ nằm giữa Sao Kim và Trái Đất. Nhưng vào giai đoạn đó, trước khi có kính thiên văn, không ai có thể thử nghiệm những dự đoán này.

Hình 2.18 Các pha của Sao Kim. Khi Sao Kim di chuyển xung quanh Mặt Trời, chúng ta thấy sự chiếu sáng thay đổi trên bề mặt của nó, cũng giống như chúng ta thấy mặt của Mặt Trăng được chiếu sáng khác nhau trong tiến trình một tháng.

Hình ảnh động mô phỏng các pha của Sao Kim, đồng thời cho biết khoảng cách của Sao Kim từ Trái Đất khi nó quay quanh Mặt Trời: https://openstax.org/l/30venusphases

(còn tiếp...)

Tham khảo

Astronomy 1st edition, Senior Contributing Authors: A. Franknoi, D. Morrison, S. Wolff ©2017 Rice University, Textbook content produced by OpenStax is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License. (Access for free at https://openstax.org/details/books/astronomy)