Tác giả: Tôn Thất Thông
Hiệu đính: Hoàng Lan Anh

Thế kỷ 18 là thời kỳ xuất hiện rõ rệt của sự nhất thể hóa giữa thiên nhiên và lý tính. Điều này vừa là nhân vừa là quả của quá trình hợp tác và ảnh hưởng cộng sinh giữa triết học và khoa học tự nhiên. Nó khởi đầu từ giữa thế kỷ 17, để tạo nên điều kiện khung cho sự thăng hoa tột đỉnh của trào lưu khai sáng trong thế kỷ 18.

Triết học cung cấp phương pháp luận cho khoa học, từ đó đã tháo gỡ sự bế tắc về phương pháp nghiên cứu của các khoa học gia thời trung đại. Có hai nhân vật tiêu biểu từ thế kỷ trước đó, thứ nhất là Francis Bacon, đại biểu cho thuyết duy nghiệm, và từ đó là phương pháp quy nạp được sử dụng trong khoa học thực nghiệm; người thứ hai là René Descartes đại biểu cho thuyết duy lý và từ đó là phương pháp diễn dịch, đặc biệt áp dụng trong khoa học lý thuyết. Cả hai phương pháp nói trên là những đóng góp to lớn đưa đến sự thành công của khoa học và kỹ thuật trong thế kỷ 18.

Ngược lại, khoa học đã củng cố các biện giải triết học, vốn dĩ mang tính chất khái quát. Những khám phá của Isaac Newton về lý thuyết trọng lực, về lý thuyết chuyển động, về lực ly tâm đã thay đổi nhận thức của con người về thiên nhiên, vũ trụ và quy luật tự nhiên. Cũng nhờ sự ảnh hưởng của tư duy khoa học, mà các triết gia chính trị tiếng tăm đương thời như John Locke, Voltaire, Montesquieu đã vận dụng phương pháp tư duy khoa học khi phê phán các mô hình chính trị hiện hữu và các định chế tôn giáo truyền thống, trong bối cảnh chế độ quân chủ chuyên chế vẫn còn ngự trị khắp nơi. Những tư tưởng về lý tính, tự do, luật tự nhiên và sự tiến bộ bắt đầu xuất hiện và tác động mạnh mẽ, làm bệ phóng cho các phong trào xã hội và chính trị, mà rõ rệt nhất là ảnh hưởng của họ đến cuộc cách mạng Pháp năm 1789 và các phong trào dân chủ trên khắp lục địa.

Sự nhất thể hóa giữa thiên nhiên và lý tính cũng là xung lực cho những cuộc cách mạng vĩ đại trong thế kỷ 18. Đó là hai cuộc cách mạng chính trị ở Mỹ và Pháp; là cách mạng kinh tế kéo dài gần một thế kỷ mà đỉnh cao là sự phát triển kinh tế thị trường với tên tuổi Adam Smith; đó là cách mạng khoa học thực nghiệm để tiến đến cách mạng kỹ thuật làm bệ phóng cho sự khởi động cuộc cách mạng công nghiệp bắt đầu ở hậu bán thế kỷ 18.

Quá trình nhất thể hóa này khó nhận thấy ở đầu thế kỷ, nhưng nó phát triển dần dần theo sự tiến hóa ngày càng dồn dập về triết học cũng như khoa học tự nhiên. Đến cuối thế kỷ thì mọi chuyện đã hiển lộ rõ ràng, như Immanuel Kant tóm tắt vào cuối thế kỷ, khi ông trả lời câu hỏi “Khai sáng là gì?”. Kant khuyến khích rằng, khi thiên nhiên đã cho phép, thì không có lý do gì để lý tính phải lùi bước. Kant tuyên bố mang tính khiêu khích: “Hãy có can đảm sử dụng lý tính của mình”, và lý giải tiếp theo: “Sự lười biếng và nhút nhát là nguồn gốc để cắt nghĩa tại sao, một bộ phận trong dân chúng vẫn muốn làm người chưa trưởng thành, mặc dù Thiên nhiên đã lên tiếng giải phóng họ ra khỏi sự dẫn dắt của một sức mạnh xa lạ từ bên ngoài”[1].

Về sự đóng góp to lớn vào sự nhất thể hóa này, chúng ta cũng nên kể đến Dietrich von Holbach (1723 – 1789), người Pháp gốc Đức, người có xu hướng duy vật và vô thần, một học giả thông thái có hiểu biết sâu sắc về triết học và khoa học tự nhiên. Ông đã thánh hóa tính nhất thể giữa Thiên nhiên và Lý tính trên con đường đi tìm chân lý. Ông viết: “Hỡi Thiên nhiên, chúa tể của muôn loài, và những người con đáng kính của Người: Đức hạnh, Lý tính và Chân lý. Các người luôn là những Thánh thần duy nhất mà chúng tôi tôn trọng và thờ phụng! Hỡi Thiên nhiên, hãy chỉ cho chúng tôi biết, con người phải làm gì để đạt đến hạnh phúc, thứ hạnh phúc làm cho chúng tôi sống một cuộc đời đáng sống. Hỡi Lý tính, xin hãy dẫn dắt chúng tôi theo những bước chân chập chững trên con đường vào đời, và hỡi Chân lý, xin ngọn đuốc của Người soi sáng cho chúng tôi”[2].

Tính nhất thể hóa này đã làm cho lý tính và thiên nhiên trở thành những vũ khí sắc bén của học giả khi phê phán triết lý thần học, phê phán Thánh Kinh và Giáo hội Kitô. Cũng từ đó, học giả tiến đến tình trạng tự giải phóng triệt để trên con đường đi tìm chân lý. Nhờ thế, chúng ta không ngạc nhiên khi thấy rằng, triết học cũng như khoa học tự nhiên đã thăng hoa lên đỉnh cao trong thế kỷ 18, dẫn đến sự vươn dậy của các ngành kỹ thuật, vốn dĩ là nền tảng của cuộc cách mạng công nghiệp bắt đầu phát triển từ hậu bán thế kỷ 18, rồi bùng nổ trong thế kỷ 19 để tạo nên phồn vinh cho cả loài người.

Về mặt triết học, thế kỷ 18 chứng kiến sự vươn dậy của thuyết duy nghiệm. Được khởi xướng từ đầu thế kỷ 17 bởi Francis Bacon, thuyết duy nghiệm ngày càng được ưa chuộng nhờ những biện giải sắc bén của John Locke (1632 – 1704) vào hậu bán thế kỷ 17, và sau đó được tiếp nối bởi những triết gia hàng đầu trong thế kỷ 18, thí dụ như George Berkeley (1685 – 1753), David Hume (1711 – 1776), v.v… Đối trọng của thuyết duy nghiệm là thuyết duy lý, vốn dĩ là biểu tượng của triết học thế kỷ 17, nhưng trong thế kỷ 18, thuyết duy lý dù chưa bị lãng quên, cũng dần dần bị đẩy vào thế thủ. Xu hướng triết học duy nghiệm đã ảnh hưởng sâu sắc lên quá trình phát triển của khoa học tự nhiên, nhờ thế, khoa học thực nghiệm và kỹ thuật có điều kiện để phát triển. Đó là tiền đề để cách mạng công nghiệp được định hình kể từ hậu bán thế kỷ 18.

Thế kỷ 18 là thời đại thắng thế của lý tính trong mọi trào lưu triết học, đồng thời cũng là thời đại vươn mình của phương pháp thực nghiệm trong nghiên cứu khoa học tự nhiên và sự áp dụng của nó trong những lĩnh vực mới về sự hiện hữu và tri thức. Sự phát triển này thực ra đã có nguồn gốc sâu xa từ thời hậu phục hưng, với hai gương mặt tiêu biểu là Leonardo Da Vinci và Galileo Galilei. Nhưng phải đợi đến hậu bán thế kỷ 17 mới được định hình, khi Isaac Newton thành công trong việc tạo một gạch nối nhịp nhàng giữa tư duy thuần lý của toán học, với sự kiểm tra cẩn thận mỗi một bước đi trong thực tế của thiên nhiên. Newton đứng vững trên luận thuyết cho rằng, định luật và nguyên lý phải được rút tỉa từ sự quan sát các hiện tượng thiên nhiên. Tất cả những luận chứng mà không xuất phát từ sự quan sát các hiện tượng thực tế, thì chúng chỉ là giả thuyết, và do đó không có chỗ đứng trong nền khoa học thực nghiệm. Đó chính là phương pháp tư duy duy nghiệm trong nghiên cứu khoa học, vốn dĩ đã được ươm mầm bởi Francis Bacon từ những năm chuyển tiếp giữa thế kỷ 16 và 17.

***

Trong thế kỷ 18, những khám phá vĩ đại từ thế kỷ 17 trong hai lĩnh vực vật lý và thiên văn học được củng cố và phát triển thêm. Ngoài ra, một loạt phát minh khác trong lĩnh vực hóa học và sinh vật học làm cho các ngành khoa học mới mẻ này mang một nội dung rất hiện đại. Mọi người, chỉ cần có một ít tri thức và đam mê trong khoa học, đều tiến hành những thử nghiệm riêng cho mình. Có người tự xây dựng cho mình một phòng thí nghiệm riêng để làm việc ngoài giờ. Antoine de Lavoisier chẳng hạn, đã tung hết tài sản của mình để trang bị cho phòng thí nghiệm cá nhân, mà theo người đương thời đánh giá là hiện đại nhất lúc ấy tại Paris[3]. Voltaire tự cho mình một thú vui riêng trong thí nghiệm hóa học; Montesquieu bỏ nhiều thì giờ học thêm về vật lý[4]. Các thí dụ ấy cho thấy, ngay cả những triết gia, văn sĩ vốn thường hoạt động trong lĩnh vực nhân văn, cũng bị cuốn hút vào làn sóng khoa học tự nhiên.

Trong thế kỷ 18, hầu hết mỗi nước châu Âu đều ít nhiều có các nhà khoa học và triết gia. Các Vương triều cũng không bỏ lỡ cơ hội chứng tỏ sự quan tâm bằng cách hỗ trợ những tiến bộ về tri thức. Đời sống học thuật không chỉ giới hạn trong kinh đô hoặc các thành phố lớn, mà lan truyền xuống tận các thành phố nhỏ. Điều này chúng ta quan sát được với sự có mặt các hàn lâm viện hoặc các học viện nghiên cứu khoa học tại các tỉnh lẻ. Pháp là quốc gia đứng đầu trong trào lưu này. Ngay cả tại tỉnh lẻ, các viện nghiên cứu khoa học thường có phòng đọc sách hoặc thư viện cho công chúng được mượn sách về nhà.

Khoa học thế kỷ 18 sản sinh một chuỗi khám phá của những gương mặt lớn trong lĩnh vực toán và cơ học, chẳng hạn như Isaac Newton[5] với phép tính vi tích phân, hoặc các định luật về chuyển động làm nền móng cho ngành cơ học hiện đại; Gottfried Leibniz với phép tính vi tích phân, hình học giải tích, topology, hoặc hệ thống nhị phân (binary system) làm nền móng cho ngành máy tính sau này; gia tộc Bernoulli ở Basel, Thụy Sĩ, có đến 8 khoa học gia tiếng tăm với các công trình toán ứng dụng trong thủy động học, khí động học, xác suất, phép tính biến phân (Variational calculus) v.v…

Trước khi khảo sát cách mạng khoa học trong các ngành riêng lẻ, thiết tưởng cũng là điều cần thiết để nói đến hai thành tựu quan trọng chi phối các ngành khác, đó là sự ra đời của Bách khoa Toàn thư và sự thành hình của Hệ thống đo lường Metric.

Bách khoa Toàn thư

Trước thế kỷ 18, thế giới học thuật đã có những bộ từ điển tường giải có giá trị, thí dụ như Từ điển Lịch sử và Phê phán (Dictionaire Historique et Critique) xuất bản năm 1697 của Pierre Bayle, một học giả tiên phong của trào lưu khai sáng Pháp; hoặc như bộ Bách khoa (Cyclopedia) của Ephraim Chambers (1680 – 1740) người Anh, xuất bản năm 1728. Nhưng tựu trung, những tác phẩm đó thường được biên soạn bởi một người, hay cùng lắm là vài người, cho nên nội dung cũng bị hạn chế trong một vài lĩnh vực, chủ yếu là triết học, văn chương, lịch sử. Riêng về khoa học, nếu có đề cập đến cũng chỉ có vài khái niệm tượng trưng.

Cho đến lúc Denis Diderot (1713 – 1784) phụ trách tổng biên tập bộ Bách khoa Toàn thư (Encyclopedia), thế giới tri thức bị xáo trộn tận gốc, và bộ bách khoa này tác động vào môi trường học thuật như một quả bom tấn. Ban đầu, nhà xuất bản Le Breton người Pháp chỉ muốn Denis Diderot phụ trách biên dịch tác phẩm Bách khoa của Ephaim Chambers, nhưng việc thương thảo với nhà xuất bản Anh không thành, cho nên Le Breton ký hợp đồng với Denis Diderot, biên soạn một tác phẩm tương tự để phục vụ độc giả tiếng Pháp[6].

Một mặt chấp nhận hợp đồng, mặt khác Diderot âm thầm xây dựng một giấc mơ lớn. Dưới quyền tổng biên tập Diderot, bộ Bách khoa Toàn thư dần dần biến đổi từ một bộ từ điển tường giải, với viễn kiến khiêm tốn của nhà xuất bản, đã trở thành một tác phẩm vĩ đại, với hàm lượng học thuật rất phong phú, có tầm vóc vô tiền khoáng hậu, phục vụ cho việc tra cứu trong mọi ngành nghề. Ngoài những lĩnh vực truyền thống như triết học, văn chương, lịch sử, luật học, bộ Bách khoa bao gồm cả những khái niệm mới nhất về khoa học, kỹ thuật, chính trị, kinh tế đều được đề cập đến. Bộ bách khoa này mãi mãi giữ vị trí dẫn đầu suốt hơn hai thế kỷ, và chỉ nhường chỗ cho những bộ bách khoa trực tuyến, kể từ khi Internet trở nên thông dụng ở hậu bán thế kỷ 20.

Bách khoa Toàn thư bao gồm 22 tập từ điển tường giải, nhưng hơn thế nữa, mỗi khái niệm đều được trình bày như một bài giáo khoa; thêm 11 tập gồm hình ảnh, bản vẽ, khắc họa và sau cùng là hai tập chỉ mục tra cứu. Có hơn 150 học giả khắp nơi trên lục địa tham gia viết bài, đa số là những học giả hàng đầu đương thời trong tất cả các lĩnh vực đã được định hình lúc ấy. Vài thí dụ như Voltaire, Jean Jacques Rousseau, Montesquieu, Holbach, D’Alembert, Lagrange, De Lavoisier v.v… Thời gian biên soạn kéo dài hơn 30 năm, đến 1780 mới hoàn thành tập cuối cùng.

Với mức độ phức tạp của Bách khoa Toàn thư, người ta tưởng chỉ có các cơ quan nhà nước và các tư nhân quý tộc giàu có mới mua nổi. Nhưng không ngờ mức tiêu thụ vượt xa dự tính và nhà xuất bản đã trở nên giàu có khi tác phẩm hoàn tất. Trong lúc ấy, Denis Diderot không hưởng được gì ngoài thu nhập ít ỏi được thỏa thuận từ trước với nhà xuất bản. Đã có lúc Diderot muốn bán thư viện của mình để có tiền trang trải cuộc sống và tiếp tục dự án. May thay, Nữ hoàng Nga Katharina, một nhà chuyên chế khai sáng nổi danh, đồng ý trả cho Diderot 15.000 Livres[7] và cho phép ông vẫn giữ lại thư viện để tiếp tục làm việc. Ngoài ra, Diderot được trả thêm 1.000 Livres mỗi năm cho công bảo quản thư viện, được trả trước 50 năm[8]. Có thể nói, Nữ hoàng Katharina là người hỗ trợ quan trọng cho sự hoàn thành bộ Bách Khoa Toàn thư. Nữ Hoàng không những cứu Diderot mà đã cứu dự án Bách khoa Toàn thư để ông có thể yên tâm hoàn thành đến cuối.

Nếu so sánh Bách khoa Toàn thư ở thế kỷ 18 với các bộ bách khoa trực tuyến hiện nay, thí dụ Wikipedia hoặc Encyclopedia Britanica, thì thật khó để so sánh giá trị và tác động lên xã hội. Phương tiện trực tuyến ngày nay tất nhiên làm cho việc tra cứu dễ dàng hơn, hàm lượng học thuật của các bộ bách khoa hôm nay cũng nhiều hơn, nhưng nếu xem xét bối cảnh học thuật hôm nay, và tỉ lệ các dữ liệu của Wikipedia trong tương quan với nguồn thông tin vô tận của thế kỷ 21, thì bộ Bách khoa Toàn thư của thế kỷ 18 chắc hẳn có giá trị sử dụng cao hơn, và giá trị học thuật cũng phong phú hơn. Nó hàm chứa gần như toàn bộ tri thức đương thời trong mọi lĩnh vực. Sự tham gia viết bài của hơn 150 học giả hàng đầu thuộc mọi ngành nghề lúc ấy cũng đủ để nói lên tầm vóc của bộ Bách khoa.

Sự ra đời của Bách khoa Toàn thư là yếu tố rất quan trọng, góp phần thúc đẩy quá trình phát triển khoa học và kỹ thuật thế kỷ 18. Kể từ đây, mọi người, không phân biệt giàu nghèo, giai tầng xã hội, không phân biệt trình độ chuyên môn, đều có thể tiếp cận đến những vấn đề mới mẻ nhất của thời đại. Nói cách khác, Bách khoa Toàn thư đã đại chúng hóa tri thức hàn lâm, và nhờ thế, nó thúc đẩy quá trình nâng cao kiến thức cho toàn xã hội. Về mặt khoa học, điều đó đã thúc đẩy sự phát triển ngành khoa học thực nghiệm và kỹ thuật được tiến triển nhanh hơn.

Hệ thống đo lường Metric

Cho đến thế kỷ 18, châu Âu chưa có một tiêu chuẩn đo lường thống nhất. Duy chỉ nước Anh có hệ thống đo lường Imperial, và lúc ấy, Anh là một quốc gia hùng mạnh về quân sự và kinh tế, cho nên hệ thống đó được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, vì tính phức tạp của nó, giới nghiên cứu khoa học cũng chỉ tiếp nhận miễn cưỡng, cho nên việc diễn đạt và trao đổi kiến thức lẫn nhau cũng trở nên hạn chế.

Với cách mạng thành công năm 1789, Pháp bắt đầu xây dựng lại các cơ quan nghiên cứu, và gắn liền với nó là việc tiêu chuẩn hóa các phạm vi nghiên cứu. Trong khuôn khổ đó, hệ thống đo lường Metric được khởi công từ năm 1791 bởi Hội đồng Metric, trong đó, Pierre-Simon Laplace là một thành viên. Dự án này kéo dài tám năm và hoàn tất vào năm 1799. Hệ thống đo lường này trước tiên được áp dụng tại Pháp, rồi mới dần dần lan ra các nước khác, và mãi 80 năm sau, nó mới trở thành tiêu chuẩn chung cho các nước châu Âu. Quy ước quốc tế về đo lường Metric được ký kết năm 1875 bởi 19 nước ở lục địa đánh dấu bước chuyển biến quan trọng về hệ thống đo lường, tạo điều kiện cho các công trình nghiên cứu được diễn đạt và phổ biến dễ dàng hơn.

Đơn vị nền tảng của hệ thống Metric là mét (mètre), được quy định bằng một phần 40 triệu chiều dài đường xích đạo. Đơn vị nhỏ hơn là tấc (décimètre) bằng 1/10 của mét; nhỏ hơn nữa là phân (centimètre) bằng 1/100 của mét. Sự liên hệ giữa chúng đều theo nguyên lý thập phân, rất dễ dàng cho việc chuyển đổi và tính toán. Dẫn xuất từ khái niệm mét, các đơn vị về thể tích và trọng lượng cũng được tiêu chuẩn hóa. Đơn vị thể tích – một lít – được định nghĩa là một vật thể hình khối ba chiều, mỗi bề là một tấc. Tương tự như thế, đơn vị trọng lượng – một ki-lô gram – là trọng lượng của một đơn vị thể tích, khi bên trong chứa đầy nước nguyên chất.

Nhưng ở đây, chúng ta không đi sâu về chi tiết của hệ thống metric, chỉ biết rằng hệ thống đó đã đánh dấu một kỷ nguyên mới cho lĩnh vực đo lường, đơn giản hóa các phép tính, cũng như làm cho sự trao đổi các công trình nghiên cứu trở nên giản dị hơn nhiều. Hệ thống Imperial của Anh dần dần bị đẩy lùi vào thế thủ, mặc dù cho đến nay vẫn còn được dùng ở một số quốc gia nói tiếng Anh.

***

Những thành quả của khoa học trong các ngành riêng lẻ ở thế kỷ 18 có thể tóm tắt như sau. Trong khuôn khổ hạn chế này, chỉ xin trình bày dưới hình thức hết sức rút gọn:

Toán học

Ngoài công trạng vĩ đại của Isaac Newton mà chúng ta đã đề cập trước đây, ngành toán học thế kỷ 18 không thể tách rời một nhân vật đặc sắc: Pierre-Simon Laplace (1749-1827), nhà toán học được người đương thời đặt tên là „Newton của nước Pháp“. Ông là người tiên phong khám phá phương pháp tính xác suất. Dựa vào những tiền đề không chính xác hoặc chỉ do phỏng đoán, phép tính này có thể đưa ra kết quả đáng tin cậy. Ngày hôm nay, xác suất được dùng rộng rãi ở lĩnh vực thống kê kinh tế, cũng như trong các ngành phi kinh tế khác. Hầu như tất cả mọi lĩnh vực cần sự phỏng đoán dựa vào dữ liệu không đầy đủ đều dùng lý thuyết xác suất để tìm lời giải[9]. Trong lĩnh vực xác suất, Laplace để lại hai tác phẩm lớn, cuốn Lý thuyết Phân tích Xác suất để cho khoa học gia nghiên cứu (Théorie Analytique des Probabilités, 1812) và cuốn Tiểu luận Triết học về Xác suất được viết cho độc giả rộng rãi (Essai philosophique sur les Probabilités, 1814), vì thế từ cuối thế kỷ 18, xác suất trở thành một thuật ngữ thông dụng trong xã hội. Bên cạnh xác suất, Laplace còn để lại cho chúng ta nhiều lý thuyết còn giá trị đến hôm nay. Chẳng hạn, phương trình Laplace, phép biến đổi Laplace, phép tính vi phân là vài thí dụ tiêu biểu.

Khi nói đến nền toán học thế kỷ 18, chúng ta không thể bỏ quên gia tộc Bernouilli ở Basel, Thụy Sĩ. Nếu so sánh với gia tộc Bach trong âm nhạc, thì Bernouilli trong toán học có nhiều người con xuất sắc đáng ngưỡng mộ hơn. Suốt nhiều thế hệ, Bernouilli sản sinh trên dưới 10 nhà toán học đại tài có tầm vóc quốc tế, và hàng chục nhà toán học xuất sắc, làm cho Thụy Sĩ, bên cạnh Pháp, được vinh danh là quốc gia vĩ đại của nền toán học châu Âu.

Gia tộc Bernouilli đã khai triển và quảng bá phép tính vi tích phân (infinitesimal calculus) do Leibniz khởi xướng, đã mang lại cho lý thuyết này một giá trị tuyệt đối trên khắp lục địa. Bernouilli đã làm cho phép tính này trở nên rõ ràng và dễ ứng dụng cho các ngành khoa học khác, nhờ thế đã tạo nên thế thượng phong của lục địa so với Anh quốc. Nhờ gia tộc Bernouilli, phép tính vi tích phân đã trở nên một công cụ hữu hiệu trong vật lý. Thí dụ, Daniel Bernouilli là người đầu tiên dùng phép tính vi tích phân để biểu diễn và chứng minh các nguyên lý hoạt động của chất lỏng.

Cũng chính gia tộc Bernouilli đã kiến tạo nên những công trình toán học khác, thí dụ Johanns Bernouilli triển khai phép tính biến phân (Variational calculus) vào các công trình thực tiễn, hoặc Jakobs Bernouilli đã hoàn thiện, quảng bá và áp dụng lý thuyết về xác suất kể từ đầu thế kỷ 18 để phục vụ nền kinh tế đang trên đà bùng nổ.

Thế kỷ 18 cũng đã sản sinh nhiều nhà toán học đại tài khác mà tên tuổi không xa lạ gì trong giới sinh viên ngành toán hiện nay, thí dụ như, Leonhard Euler (1707–1783), Jean-Baptiste le Rond d’Alembert (1717–1783), Joseph-Louis Lagrange (1736–1813), Adrien-Marie Legendre (1752–1833), v.v…

Thiên văn

Ngành thiên văn và vật lý củng cố và hoàn thiện các thành quả đạt được trong thế kỷ 17, trong đó Pierre-Simon Laplace, vốn được tặng cho danh hiệu “Newton của Pháp”, đóng vai trò quyết định. Bằng các nghiên cứu về cơ học thiên thể (Celestial mechanics), thông qua một loạt các định lý và công thức toán học, Laplace giải thích lại một cách chính xác các quỹ đạo và hiện tượng cơ học trong vũ trụ, từ đó trả lời dứt khoát một câu hỏi đáng sợ của người đương thời: Các hành tinh sẽ không bao giờ va chạm vào nhau và sụp đổ. Tác phẩm kinh điển Khảo sát về cơ học thiên thể (Traité de Méchanique Céleste) trở thành sách gối đầu giường của các nhà thiên văn. 

Các sử gia khoa học đều đồng ý rằng, ngành thiên văn thế kỷ 18 mới đúng nghĩa thực sự là thiên văn của thời đại mới. Có nghĩa rằng, đó là ngành khoa học khảo sát các thiên thể bao gồm cả các vì sao, chứ không giống như từ trước, chỉ giới hạn trong việc nghiên cứu sự liên hệ giữa mặt trời, mặt trăng và các hành tinh. Điều đó là kết quả của các công trình nghiên cứu lý thuyết của Pierre-Simon Laplace và Immanuel Kant, cũng như các công trình đo đạc, thực nghiệm của ba nhà thiên văn học lớn của thế kỷ: Edmond Halley (1656–1742), James Bradley (1693–1762) và Sir William Herschel (1738–1822). Cả ba đều là người Anh, nắm giữ những chức vụ chủ chốt trong các định chế khoa học Hoàng gia.

Hóa học

Người tiên phong đưa ngành hóa học ra khỏi tư duy giả kim (alchemist) để tiến vào tư duy hóa học hiện đại là Robert Boyle (1626 – 1692) người Ái Nhĩ Lan. Nhưng kể từ lúc Boyle khám phá định luật về mối liên hệ giữa thể tích và áp suất chất khí từ thập niên cuối của thế kỷ 17, ngành hóa học, ngạc nhiên thay trong vòng 50 năm kế tiếp, không có một khám phá nào mới mẻ, mà ít nhiều vẫn còn tiếp tục tư duy giả kim. Phải đợi đến giữa thế kỷ 18, ngành hóa học hiện đại mới được khởi đầu bởi Joseph Black (1728 – 1799) người Tô Cách Lan (Scotland) và Antoine Laurent de Lavoisier (1743 – 1794) người Pháp.

Vị giáo sư Black làm sụp đổ lý thuyết cổ điển cho rằng, không khí chỉ chứa đựng một nguyên tố duy nhất. Black kết luận ngược lại và chứng minh sự hiện hữu của vài chất khí, trong đó có cả chất độc là thán khí. Black cũng là người đầu tiên dùng cân tiểu ly để đo trọng lượng các nguyên tố, một việc làm chưa hề được các nhà hóa học trước đó nghĩ tới. Nhờ phương pháp nghiên cứu này, mà người ta có thể khám phá sự thay đổi trọng lượng các nguyên tố rất nhẹ, như chất khí chẳng hạn, dưới một số điều kiện đặc thù.

Tiếp nối hướng đi của Black, hai nhà hóa học lớn của thế kỷ 18 là Henry Cavendish (1731 – 1810) và Joseph Priestleys (1733 – 1804). Cả hai đều là người Anh, là thành viên của Royal Society. Họ tiếp nối đến mức hoàn thành công trình nghiên cứu của Joseph Black, đặt nền tảng cho những nhà hóa học đi sau tạo nên những bước đột phá.

De Lavoisier người Pháp còn đi xa hơn các công trình của Black, Cavendish và Priestleys. Ông tìm thấy trong nước có hai nguyên tố Oxy và Hydro có thể được tách rời nhau, và khi tổng hợp Oxy+Hydro theo tỉ lệ 1:2, người ta có thể tạo ra nước[10]. Lavoisier còn đi xa hơn khi quả quyết rằng, tất cả mọi vật chất đều được cấu tạo bởi một hoặc vài nguyên tố hóa học. Cho đến lúc chết năm 1794, Lavoisier khám phá được 23 nguyên tố hóa học đầu tiên. Nhưng di sản của De Lavoisier không chỉ là những nguyên tố đầu tiên ấy, mà là con đường De Lavoisier phân tích và tổng hợp vật chất để lọc ra các nguyên tố. Đó chính là những viên gạch đầu tiên để hậu thế xây dựng ngành hóa phân tích và hóa tổng hợp. Ngành hóa học hiện đại được bắt đầu như thế[11]. Khi Lavoisier bị nhóm khủng bố Robespierre kết tội phản cách mạng và bị hành hình năm 1794, người bạn, cũng là nhà toán học tiếng tăm Joseph Lagrange nhìn đồng hồ và thốt lên: “Chúng nó chỉ cần một khắc để lấy đầu ông ấy, nhưng có lẽ chúng ta phải đợi thêm 100 năm nữa để có một cái đầu tương tự”[12].

Dụng cụ của Lavoisier để tách Oxy ra khỏi nước.
Nguồn: Bibliothèque Nationale de France – Wikipedia, vùng công cộng

Ngành y khoa và hệ thống chăm sóc sức khỏe

Vì tính chất quan trọng của nó trong đời sống thường nhật để bảo vệ con người trước bệnh tật chết chóc, ngành y khoa được chú ý phát triển rất sớm, tiếp nối bước đột phá đầu tiên của Andreas Vesalius từ thế kỷ 16. Thuở đó, vào năm 1543, đúng vào năm Copernicus mất, một sự kiện chấn động xảy ra. Nhưng đó không phải là chuyện không gian vũ trụ của các nhà thiên văn học, mà ở dưới đất và ngay trong vùng tận cùng bí mật mà con người chưa bao giờ nhìn thấy. Một cánh cửa mới được mở ra, phô diễn một thế giới huyền diệu mà con người chưa từng biết.

Lần đầu tiên, vị bác sĩ giải phẫu người Hà Lan Andreas Vesalius (1514-1564) công bố nhiều hình vẽ chi tiết về cấu trúc bên trong và hoạt động của cơ thể con người. Tác phẩm gồm bảy quyển của Vesalius „Cấu tạo cơ thể con người“ xuất bản năm 1543 đã mở đầu cho ngành phẫu thuật hiện đại[13], một cuộc cách mạng lớn trong ngành y khoa, vừa mang tính chất khoa học thực nghiệm, vừa có ý nghĩa nhân văn, triết học và tôn giáo. Bác sĩ nổi danh thế kỷ 19 người Canada, Sir William Osler gọi đó là tác phẩm vĩ đại nhất về y khoa từng được xuất bản[14].

Tác phẩm đó xứng đáng là một cuộc cách mạng vì nó chấm đứt vai trò huyền thoại Galenus của Hy Lạp trong ngành phẫu thuật, điều chỉnh lại toàn bộ nền khoa học phẫu thuật đã có từ trước, và hoàn tất nền móng vật lý cho ngành y học hiện đại[15]. Tất cả được bắt đầu bằng tác phẩm tuyệt diệu của vị bác sĩ 29 tuổi Andreas Vesalius, đúng vào những thập niên hưng thịnh của nền khoa học hậu phục hưng.

Và cứ thế, ngành y khoa phát triển không ngừng và đến thế kỷ 18, ngành y khoa đạt đến những đột biến mang ý nghĩa lịch sử, định hướng đi cho toàn ngành đến những thế kỷ tiếp theo. Ngoài những ngành truyền thống như cơ thể học, phẫu thuật học, vốn dĩ vẫn tiếp tục hoàn thiện công trình của Andreas Vesalius, một số ngành mới được thành hình, như sinh lý học, bệnh lý học mang tính chất thực nghiệm cao độ.

Ngành bệnh lý học vốn đã có nguồn gốc từ thế kỷ 17, nhưng đến thế kỷ 18 mới được hệ thống hóa và trở thành một ngành độc lập. Người lập công đầu cho sự phát triển ngành bệnh lý học hiện đại là Giovanni Battista Morgagni (1682-1771). Cuốn sách kinh điển về bệnh lý học của ông xuất bản năm 1761 đã trở thành sách gối đầu giường cho các bác sĩ đương thời. Trong sách, ông liệt kê 640 bệnh lý với các triệu chứng, tiến trình và bệnh lý phụ. Gần như tất cả khám phá trong lĩnh vực bệnh lý học sau này đều lấy những phát minh của Morgagni làm nền tảng[16].

Ngành sinh lý học được Albrecht von Haller (1708-1777) xây dựng với những khám phá mới chưa từng có. Haller là người cực kỳ thông minh, mới 19 tuổi đã có bằng tiến sĩ, năm 28 tuổi trở thành giáo sư đại học Göttingen, đã công bố hơn 600 báo cáo khoa học. Haller là người tổng kết tất cả các vấn đề về sinh lý học đương thời để viết thành sách xuất bản năm 1766. Đó là tác phẩm sinh lý học mà chuyên gia sinh lý trong thế kỷ 21 vẫn còn sử dụng để tham khảo. Ông còn khám phá cơ chế hoạt động của hơi thở, tính tự động trong hoạt động của tim, vai trò của gan để xử lý mỡ, tiến trình phát triển thai nhi, nói chung là những vấn đề mới mẻ nhất liên quan đến sinh lý con người[17].

Với những nghiên cứu định tính trong các ngành y khoa, kết hợp với những liệu pháp chữa trị mới, ngành y học đã làm cho đời sống toàn xã hội có chất lượng cao hơn, tuổi thọ trung vị của người dân không ngừng được nâng lên. Chúng ta thử làm một so sánh: Đến cuối thế kỷ 16, tuổi thọ trung vị của trẻ sơ sinh là 8. Nói cách khác, 50% tổng số trẻ em sơ sinh đều không kháng cự được bệnh tật, dẫn đến tử vong trong vòng 8 năm tuổi. Đến cuối thế kỷ 17, tuổi thọ trung vị đã là 27 và đến cuối thế kỷ 18 được nâng lên 40 tuổi. Điều này không chỉ đạt được do những tiến bộ nhảy vọt trong lĩnh vực y khoa, mà còn do những vắc-xin mới được khám phá, và nhất là hệ thống chăm sóc sức khỏe được tổ chức chu đáo và tài trợ rộng rãi từ vương triều.

Vật lý thực nghiệm: Nhiệt học, điện, máy hơi nước

Nhiệt học

Ngành vật lý thế kỷ 18 đã thoát xác để bước qua một khúc quanh mới, có xu hướng về vật lý thực nghiệm, chừng mực nào mang tính chất kỹ thuật để đáp ứng nhu cầu sản xuất hàng hóa phục vụ cho giới tiêu thụ ngày càng đông đảo, những người có sức mua ngày càng cao. Trong các lĩnh vực nghiên cứu vật lý, ngành nhiệt học dần dần tiến vào trung tâm các hoạt động, và chứng kiến những khám phá mới về công dụng của nó như là nguồn phát sinh năng lượng cho các thiết bị sản xuất.

Trong thực tế, khái niệm năng lượng chưa quen thuộc trong thế kỷ 18, mà phải đợi đến năm 1807 mới được Thomas Young khái quát hóa. Tuy nhiên, để dễ trình bày, chúng ta tạm dùng thuật ngữ năng lượng trong bối cảnh thế kỷ 18. Cho dù sự phát triển ngành năng lượng chỉ mới ở giai đoạn ban đầu và mang tính chất lý thuyết, nhưng nó cũng có đủ khả năng diễn giải những kinh nghiệm thực tế, tổng kết chúng thành hệ thống lô-gic, và ít nhiều mang tính chất dẫn đường cho những thử nghiệm tiếp theo.

Các khoa học gia đã khám phá những nguyên lý mới mẻ trong lĩnh vực nhiệt học. Thí dụ, dưới tác dụng của hơi nóng, một vật thể không chỉ nóng lên tùy vào số lượng hơi nóng được áp vào, như trước đây người ta vẫn lầm tưởng, mà còn tùy thuộc vào cường độ và áp suất của hơi nóng. Hoặc Joseph Black đã khám phá rằng, mỗi loại vật chất đòi hỏi một lượng hơi nóng và áp suất khác nhau để làm cho vật thể đó nóng lên một đơn vị nhiệt độ. Từ đó người ta bắt đầu nghiên cứu các phương pháp đo nhiệt độ để trả lời câu hỏi chưa có đáp án: khi nào thì nước đông thành đá, và khi nào thì nước bốc hơi.

 Người đầu tiên, cũng được gọi là „tổ phụ ngành đo nhiệt độ“, Gabriel Daniel Fahrenheit (1686 – 1736) người Đức, thiết lập một thang trị số từ +32º (nhiệt độ nước đóng băng) và +212º (nhiệt độ nước bốc hơi). Nếu so sánh với hệ thống Celsius chúng ta quen dùng, thì đó là +0ºC và +90ºC. Hệ thống nhiệt độ Fahrenheit vẫn được dùng ở Mỹ và một số nước nói tiếng Anh. Người nổi tiếng thứ hai là René Antoine Ferchault de Réaumur (1683 – 1751) người Pháp. Nhưng hệ thống của Réaumur phức tạp và không có giá trị sử dụng cao. Cuối cùng, hệ thống đo nhiệt độ quen thuộc với chúng ta hôm nay được Anders Celsius (1701 – 1744) người Thụy Điển thiết lập trong một thang đo lường bao gồm 100 trị số từ +0ºC (nước đóng băng) đến 100ºC (nước bốc hơi)[18]. Hệ thống nhiệt độ Celsius đã nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn chung cho hầu hết các quốc gia ngày nay.

Nhiệt kế sử dụng chất lỏng cũng được khám phá trong giai đoạn này. Mặc dù nhược điểm của chất lỏng là không giãn nở theo tỉ lệ thuận của nhiệt độ, nhưng những khám này đã mở đầu cho sự phát triển ngành nhiệt học, năng lượng để sau đó áp dụng trong máy hơi nước.

Điện học

Công trình quan trọng hơn còn có tác dụng đến sự phát triển trong thế kỷ 20 và 21 là điện học. Thực ra, hiệu ứng điện đã được William Gilbert (1544 – 1603) khám phá từ đầu thế kỷ 17, nhưng phải đợi đến thế kỷ 18 mới có những phát minh đột phá, thí dụ Stephen Gray (1666 – 1736) khám phá hiệu ứng dẫn điện qua kim loại. Benjamin Franklin (1706 – 1790) phát minh phương pháp tạo ra điện năng từ những hiện tượng khác nhau, thí dụ sấm sét, hoặc do sự cọ xát. Charles August Coulomb (1736 – 1806), Luigi Galvani (1737 – 1798), Alessandra Volta (1745 – 1827) tiếp tục công trình của Franklin để đưa điện năng đến những áp dụng hữu ích. Nhờ thế, khi kết hợp với kiến thức về vật lý chất rắn, ngành điện tử mới phát triển vào đầu thế kỷ 20, để từ đó, ngành vi điện tử chiếm ngự vị trí trung tâm vào hậu bán thế kỷ 20. Phối hợp với lý thuyết nhị phân (Binary system) và mã hóa của Gottfried W. Leibniz trong thế kỷ 17, ngành vi điện tử dẫn đến máy tính, supercomputer, smartphone ở thế kỷ 21.

Cơ khí, máy hơi nước

Và tất nhiên, quan trọng không kém là phát minh máy hơi nước từ giữa thế kỷ 18, bắt đầu bằng những sáng kiến đầu tiên của Denis Papin (1647-1712), tiếp nối và cải thiệt bởi Thomas Newcomen (1663-1729) và kỹ sư Thomas Savery (1650-1715). Nhưng phải đợi đến lúc James Watt (1736-1819) phát hiện những chỗ sai sót của các mô hình trước đó, hoàn thiện chúng để kiến tạo bộ mẫu đầu tiên và nhận được bằng phát minh năm 1769, máy hơi nước mới trở thành công cụ sản xuất hiện đại có hiệu suất cao. Kể từ thời điểm này, cuộc cách mạng công nghiệp mới thực sự được định hình, góp phần nâng cao trình độ sản xuất và gắn liền với nó là phồn vinh không ngừng được nâng cao. Trong các chương sau, khi khảo sát chuyên sâu cuộc cách mạng công nghiệp, chúng ta sẽ diễn đạt chi tiết hơn tiến trình phát triển của máy hơi nước, ở đây chỉ xin vẽ lên vài nét chấm phá.

Mặc dù lý thuyết về nhiệt trong thế kỷ 18 không phải là chìa khóa dẫn đến sự ra đời máy hơi nước, nhưng quả thật, chiếc động cơ này, được vận hành bởi nhiệt năng là một phát minh mang tầm vóc thế kỷ. Không cần phải dựa vào các nguyên lý khoa học, máy hơi nước được thiết kế bởi những kỹ thuật viên hoặc kỹ sư, được kiến tạo qua những phép thử thực nghiệm, và ngay cả khi nó đã hoạt động hoàn chỉnh, các khoa học gia cũng ngẩn người không biết chuyện gì đang xảy ra bên trong chiếc máy. Và đó cũng chỉ là một trong nhiều trường hợp khác, khi mà kỹ thuật đã đi trước khoa học một bước dài.

Xuất phát điểm của cách mạng công nghiệp có thể xem như được ươm mầm từ giữa thế kỷ 18. Trước đó, hoạt động sản xuất và phương tiện giao thông đều được thúc đẩy bởi sức người và thú vật, được hỗ trợ thêm bằng sức mạnh của thiên nhiên, như quạt gió, tàu buồm, bánh xe chạy bằng nước. Nhưng kể từ khi ngành khai thác than và ngành dệt, nhất là khâu kéo sợi, được phát triển cao độ, người ta cần thêm máy móc có sức kéo lớn để thúc đẩy hoạt động sản xuất. Từ nền thủ công nghiệp cá thể, nền kỹ nghệ của Anh bước qua phương thức sản xuất mới với cơ xưởng sản xuất đóng vai trò chủ đạo. Máy hơi nước ra đời trong bối cảnh đó.

Để làm chất đốt phục vụ sản xuất, người ta cần nhiều gỗ và than đá. Nhưng gỗ hầu như đã cạn kiệt, than đá lộ thiên cũng thế. Cho nên, việc khai thác than đá từ lòng đất, vốn dĩ nằm bên dưới các tầng nước ngầm, là giải pháp duy nhất. Câu hỏi nan giải là làm sao để mang nước từ lòng đất lên trên. Đó chính là áp dụng quan trọng đầu tiên của máy hơi nước, và hơn thế, đó là giải pháp duy nhất để đưa ngành khai thác than ngầm dưới đất tiến đến những bước nhảy vọt. Nhờ phát minh máy hơi nước, nền công nghiệp Anh lần đầu tiên áp dụng một nguồn động lực cơ khí, bền bỉ và tiện dụng trong quy trình sản xuất. Kể từ đây, máy hơi nước trở thành trái tim của quá trình công nghiệp hóa nước Anh. Và đó là những phát minh mang tầm vóc thế kỷ, làm nên cuộc cách mạng giao thông vận tải đường xa bằng tàu thủy, tàu lửa trong tiền bán thế kỷ 19, những bộ phận quan trọng của cuộc cách mạng công nghiệp toàn diện.

./.

Tôn Thất Thông & Hoàng Lan Anh

Trở về trang chủ
Xem thêm các bài viết và dịch của Tôn Thất Thông

Xin mời nghe Video trên Youtube:

Ghi chú

---

[1] Xem Immanuel Kant: Beantwortung der Frage: Was ist Aufklärung?

[2] Xem H. J. Störig trang 361.

[3] Xem J. Farndon et al. trang 73.

[4] Xem C. Brinton et al. (1) trang 621.

[5] Xem thêm mục „Isaac Newton, nhà khoa học đa dạng“ ở trên.

[6] Xem H. J. Störig trang 369.

[7] Livre là đơn vị tiền tệ lấy bạc làm tiêu chuẩn. Để so sánh: một buổi ăn trưa trong nhà hàng giá khoảng 1 livre, lương của một người thợ in mỗi ngày khoảng 2 livres. 15.000 Livres có thể xem tương đương với 10 năm lương của Diderot.

[8] Xem H. J. Störig trang 370-371.

[9] Ai muốn kinh doanh bằng đầu tư chứng khoán không thể không bỏ qua lý thuyết xác suất. Trong trò chơi xổ số hoặc cờ bạc cũng thế! Tuy nhiên, không ít người giỏi toán xác suất trở nên trắng tay khi lao vào thị trường chứng khoán !?

[10] Bây giờ, chúng ta ai cũng biết công thức hóa học của nước là H₂O.

[11] Xem C. Brinton et el. (1) trang 621.

[12] Xem E. P. Fischer trang 175-176.

[13] Xem E. P. Fischer trang 71-72. Tựa đề tác phẩm tiếng la-tinh của Vesalius là „De humani corporis fabrica libri septem” (Seven Books on the Structure of the Human Body).

[14] Xem W. & A. Durant (1) trang 869.

[15] Xem W. & A. Durant (1) trang 871.

[16] H. J. Störig trang 424.

[17] H. J. Störig trang 425.

[18] H. J. Störig trang 392.