RSS

CHÂN KHÔNG VẬT CHẤT – Nơi Vật Chất Tạo Nên Không Gian

27 Apr

Michel Paty / Nguyễn Austin chuyển ngữ

● Chân Không,Vũ Trụ, Tất Cả Và Không Có Gì

Le Vide, Univers, Du Tout Et Du Rien


● Chân Không Vật Chất- Nơi Vật Chất Tạo Nên Không Gian

Le Vide Matériel Où La Matière Crée L’espace

Nguyễn Austin chuyển ngữ 
– nhân nghĩ về cuộc hành trình hơn 20 thế kỷ đầy gian nan của Vật lý học để thu nhận được ý nghĩa của hai chữ ‘Sắc- Không’

* * * * * 

Mở đầu

Kiến thức hiện nay của chúng ta về chân không phải trông cậy vào tập hợp các lý thuyết cổ điển về vật lý (chẳng hạn như sự thu được chân không cơ học) cũng như những lý thuyết Tương đối, Lượng tử và Vũ trụ học. Dù đã gần 350 năm quen thuộc với cái “thấy” trong nhiệt kế thủy ngân hay trong các khoảng không giữa các ngôi sao thì chân không vẫn chất vấn trực gíac chung của chúng ta và mời gọi tìm kiếm những thực tại phức tạp hơn đang ẩn nấp dưới cái bề ngoài thật hiển nhiên lặng lẽ, chẳng hạn như ý tưởng chân không chính là vật chất… Những thực tại đó đồng thời cũng đặt cho chúng ta những câu hỏi nền tảng để cố gắng hiểu được chúng. Về phương diện này, điều có ích là chúng ta phải tự hỏi rằng vào những giai đoạn khác nhau của lịch sử tư tưởng về khái niệm chân không , hay đúng hơn là về cái thuật ngữ mà chúng ta ngày nay vẫn nghe, nó đã được hiểu hay cấu thành như thế nào thông qua việc đặt câu hỏi về bản chất vật lý cũng như triết học .

Nhìn vào qúa khứ cũng như dưạ vào ý nghĩa của những kiến thức và những câu hỏi về chân không mà chúng ta đã gán cho thiên nhiên, người ta có thể phân biệt 4 giai đọan trong lịch sử. Hai giai đoạn đầu tiên đặc trưng cho quan niệm ‘cổ điển” của những cuộc tranh luận về chân không được tiến hành với sự “sáng chế” ra nó hay sự kiểm chứng “vật lý” về nó. Hai giai đoạn này được nối tiếp bởi một giai đoạn trung gian mà ở đó chân không cùng tồn tại với vật chất khi người ta đặt ra vấn đề về “chân không vật lý”( hay vật chất) và giai đoạn đương thời ở đó chân không sẽ không là gì khác hơn là một trạng thái của vật chất. Chúng ta hãy lược qua mỗi giai đoạn trước khi kiểm tra chúng một cách chi tiết hơn dù không đầy đủ.

Giai đoạn đầu tiên kể từ thời cổ đại Hy lạp cho đến cuối thời kỳ Phục hưng. Đó là giai đoạn tranh luận truyền thống với những lập luận thuần túy về bản thể nhưng cũng viện dẫn những lý giải về bản chất vật lý về sự tồn tại của chân không (Ở đây chúng ta không nói đến những khái niệm đã được triển khai trong những nền văn hóa khác như Ấn độ, nơi mà khái niệm về chân không cũng rất quan trọng) và kéo dài cho đến khi những điều kiện đã được chuẩn bị (về khái niệm cũng như kỹ thuật) cho sự kiểm nghiệm về sự tồn tại vật lý của chân không. Giai đoạn này đã cho thấy khái niệm chân không đi từ cái ’không-là’ đến cái ‘có thể’ và đặt để những điều kiện tương liên mang tính khái niệm có thể mang đến sự nghiên cứu định lương về chuyển động của các vật thể.

Giai đoạn thứ hai là giai đoạn của những tư tưởng tích cực về sự tồn tại của chân không trong thế giới vật lý, của sự kiểm nghiệm và sự hội nhập của khái niệm này vào toà nhà Cơ học và Lý thuyết vể hấp dẫn. Nó chiếm gần như toàn bộ thế kỷ 17, từ Galilé đến Newton. Về thực tế, sự hội nhập này là một sự tái thiết lập vì sự tồn tại của chân không về mặt vật lý (nghĩa là chân không mà không phải là cái “không có gì”) rất cần thiết cho việc khái niệm hóa, ngay cả cho vật lý và trước hết là Cơ học. Nó được xem như là cái “vỏ chứa” cần thiết cho các vật thể mà từ đó Vật lý có thể gắn kết vào để làm sáng tỏ những tính chất của nó. Để góp phần vào khái niệm này, mối bận tâm về chân không đã nhường chỗ cho sự thiết lập một khái niệm về không gian tuyệt đối. Nó đã được khẳng định cùng với khái niệm lực một cách dễ dàng. Nói một cách chính xác, nó có đặc tính vật lý riêng biệt của một không gian trống rỗng, không vật chất và cùng tồn tại với những vật thể.

Khó khăn khi tư duy về một không gian trống rỗng một cách vật lý, được Descartes nhấn mạnh, là một vấn đề. Đó chính là câu hỏi: Làm thế nào mà chân không (không gian trống rỗng) thật sự lại có được những tính chất vật lý? Sau này khó khăn đó đã được tránh né một cách tạm thời bằng sự đưa vào khái niệm Ether. Những câu hỏi đó cũng đã được kích gợi nơi những lãnh vực khác nhau của Vật lý trong qúa trình thiết lập những lý thuyết, từ những lý thuyết đầu tiên về Nhiệt học cho đến Quang học và Điện từ học. Trong giai đoạn thứ ba của lịch sử về khái niệm chân không , Ether được xem là sự trải rộng liên tục của một loại vật chất khác biệt với những vật chất thông thường và chiếm toàn bộ không gian, tạo nên chất liệu thay thế có tính chất vật lý cho chân không. Dù vậy, chân không cũng luôn được nghĩ là phi vật lý. Trên thực tế thì sau đó lý thuyết về chuyển động Lorentz của electrons đã tước đi nhưng tính chất vật lý của Ether và đem nó về với bản chất chỉ là một qui chiếu của không gian tuyệt đối. Hệ qủa sau đó là lý thuyết Tương đối hẹp với sự từ chối một không gian tuyệt đối và hoàn toàn chấp nhận một không-thời gian tuyệt đối và trống rỗng (độc lập với những vật thể). Dường như lý thuyết này cũng đã để lại nguyên vẹn những khó khăn ban đầu khi quan niệm cái vỏ chứa (không -thời gian) không có vật chất hoàn toàn tách biệt với vật chất của động lực học.

Tuy vậy, lý thuyết Tương đối hẹp đã chỉ ra một lối thoát và mở ra một giai đoạn mới về việc khái niệm hóa chân không ( thời kỳ thứ tư) bằng sự góp nhập không gian và thời gian thành một đối tượng của chính động lực học (với lý thuyết tương đối tổng qúat), hay bằng việc xem xét chúng từ phương diện động lực học để áp đặt những tính chất riêng biệt ( với lý thuyết lượng tử). Không gian của lý thuyết Hấp dẫn tương đối (hấp dẫn tổng qúat), được cấu thành bởi các trường sinh bởi các khối lượng vật chất và từ đó đã không còn được nghĩ là sự vắng mặt của vật thể vật lý. Theo một cách nào đó, người ta có thể nói rằng không gian trống rỗng được cấu thành bởi những tính chất của vật thể bên ngoài vùng định xứ của chúng và nó là vùng vật chất do ảnh hưởng của những vật thể mà không có mặt của chúng. Đối với Vật lý lượng tử thì không gian trống rỗng đã làm nên một cái nền vật chất cho những trạng thái tiềm ẩn. Những trạng thái này có thể hiển thị tại mỗi điểm trong không gian dưới dạng vật lý cụ thể (hạt và trường) khi có một mức độ kích thích nào đó được áp dụng vào điểm này (sự phân cực của chân không và sự sinh các cặp hạt). Hai chiều hướng ưu tiên này của Vật lý thế kỷ 20, tùy theo cách thức riêng của chúng, luôn đi cùng với sự chấp nhận mới mẻ về chân không , từ giai đoạn của những bằng chứng đơn giản về sự tồn tại (“trống rỗng”) đến giai đoạn của cái vỏ chứa (được cung cấp những tính chất một cách tường minh).

Đồng thời, Vũ trụ học hiện đại cũng dựa trên hai lý thuyết này để gỉai thích động lực học của vũ trụ vật lý cùng với những đối tượng của nó đã tiết lộ bản chất tiến hóa của các đối tượng. Bản chất này được hiểu là không gian (lấp đầy hay trống rỗng) cùng với thời gian là những dạng của vật chất. Chúng [vật chất] hiển hiện cùng với không gian và khó mà có thể nghĩ rằng chúng đã có mặt trước không gian. Theo cách nhìn này thì chính vật chất đã tạo nên không gian trong sự hiển bày của không-thời gian.Thật vậy, trong tiến trình gĩan nở của Vũ trụ theo thời gian, không gian được tạo nên cùng với thời gian vì những gì đã xảy đến cho vật chất. Trong lối diễn giải này thì Vật chất, không gian và thời gian kết hợp thành một thể duy nhất: vật chất-không -thờigian mà khái niệm chân không ( từ nay được hiểu làkhông gian vật lý trống rỗng) chỉ là một trạng thái riêng biệt.

Chúng ta đã dự đoán rằng lịch sử của khái niệm chân không có liên hệ chặt chẽ với lịch sử của những khái niệm vật lý. Chân không, như là một khái niệm, thật ra có thể nói là được lấp đầy bởi những khái niệm khác của vật lý và của vũ trụ học ngay từ nguồn gốc. Những cuộc tranh luận ngay từ thời Trung Cổ đã chuẩn bị cho sự hình thành những khaí niệm của Cơ học thế kỷ 17. Những tranh luận đó cũng đã cho thấy một mối quan tâm đáng kể về vấn đề này. Cho dù đã có một thời gian dài chúng nằm sâu trong bóng tối nhưng vai trò của khái niệm chân không cũng đã luôn chiếm một vị trí xác định.

Chân không giữa cái ‘không là gì’ và cái ‘nơi chốn của chuyển động của vật thể’.

Nhìn về qúa khứ thì lịch sử dài của những cuộc tranh luận ‘truyền thống’ về khả năng hiện hữu của chân không có vẻ như là lịch sử của một cuộc tháo gỡ. Đó là những cuộc tranh luận bằng sự hợp lý hóa những thuật ngữ .Thế rồi, sự gỉai phóng tuần tự những điều không thể có trong truyền thống đã chuẩn bị cho việc xây dựng những khái niệm thiết yếu cho việc nghiên cứu chuyển động của các vật thể.

Những nhà nghiên cứu nguyên tử Hy lạp và Latin như Leucippe, Démocrite, Épicure, Lucrèce cùng với những người theo trường phái Épicure khác tiếp nhận một không gian trống rỗng nơi mà các nguyên tử chuyển động: Chân không .Trong cái nhìn của họ đó là điều kiện của chuyển động. Ngược lại, Aristote “chứng minh” bằng lập luận về sự bất khả thực của chân không. Lập luận của ông dựa trên gỉa thuyết rằng không gian được xem như một nơi chốn tự nhiên của các vật thể, chuyển động của các vật thể là do một động lực không tách rời sự vật và định luật về chuyển động phụ thuộc chính yếu vào môi trường. Nếu một vật chuyển động trong chân không thì tại sao nó lại dừng ở nơi này mà không phải là nơi khác? Như vậy nó phải đeo đuổi chuyển động của nó mãi mãi và điều này, trong hệ tư tưởng của Aristote, là vô lý. Chuyển động trong chân không do dó là điều bất khả thi.

Không giống như những nhà ‘nguyên tử’, những người theo chủ nghĩa Khắc Kỷ không đi đến việc chấp nhận sự tồn tại của chân không trong thế giới vật lý. Tuy nhiên, họ lại quan niệm chân không như là một vùng ở tận bờ mé của hình cầu bao quanh vũ trụ. Mặt khác, trong khi Aristote và những nhà phê phán Hy lạp chỉ cầu viện vào những lý lẽ thì những nhà cơ khí như Philon de Byzance hay Héron d’Alexandrie lại dùng lập luận của thí nghiệm đồng hồ nước ( bằng thí nghiệm này Anaxagore đã chứng tỏ rằng không khí là một vật thể) và những thí nghiệm khác để suy ra sự bất khả thực của chân không hoặc it ra thì cũng suy ra sự không hiện hữu của những không gian lớn trống rỗng vì chúng mở ra khả năng cho những lỗ nhỏ giữa các phân tử.

Những khái niệm của Aristote không được đeo đuổi trong một thời gian rất dài trong thời Cổ đại. Chúng chỉ trở lại mạnh mẽ với những nhà triết học và những nhà thông thái Ả rập của thời Trung Cổ và sau đó với những người Cơ đốc ở phương tây. Khi chấp nhận và triển khai Vật lý Aristote, những nhà thông thái và các triết gia của thế giới Hồi gíao, đặc biệt là Avicenne, al-Gazâli và Maimonide, cũng đóng góp những khái niệm của Stagyrite về sự bất khả thực của chân không ở tầm mức các vật thể vật lý cũng như ở mức độ của những vùng nơi bờ mé của hình cầu ngoài vũ trụ. Họ cũng thêm vào những bằng chứng thực nghiệm của các nhà cơ khí Hy lạp và giải thích cơ chế của các máy móc thủy lực dựa vào sự vắng mặt của chân không. Nhưng ngược lại với các nhà triết học, các nhà thần học Hồi gíaolại chống đối và đi ngược lại với luận thuyết của Aristote. Họ là những người theo thuyết nguyên tử và chấp nhận chân không.

Mô hình để giải thích về tỷ trọng và khối lượng của vật chất trong bài giảng khoa học về vật chất – giáo sư Dan Reese & khoa học gia Alex Gash thực hiện

Ibn Bâjjâ (Avempace) dùng lại lập luận của Jean Philipon chống lại Aristote và phủ nhận lập luận cho rằng ‘sự rơi trong chân không xảy ra tức thời vì thế không khẳng định được một cách chính thức sự tồn tại của chân không’. Để phản bác lại, Ibn Roshd (Averroès), một người có tiếng là đọc nhiều và được tán thưởng bởi giới học gỉa, đã trình bày lại một cách tỉ mỉ lập luận của Ihn Bâjjâ và cũng nhờ thế mà những người Cơ đốc phương tây đã có một cơ hội biết đến lập luận ấy một cách chi tiết. Chính điều này đã làm mầm móng cho khái niệm động lực học, nơi mà định luật chuyển động phụ thuộc vào tác động và vật chuyển động mà không phụ thuộc vào môi trường .

Những nhà tư tưởng Kinh viện của thế kỷ 13 lấy lại những kết luận của Aristote về sự bất khả thực của chân không. Một số trong họ, chẳng hạn như Roger Bacon, cũng dựa trên những chứng cứ thực nghiệm hoàn thiện bởi các nhà cơ khí Hy lạp và các nhà thông thái Ả rập ( tất cả đều bằng lòng với những thí nghiệm chỉ có tính chất tưởng tượng có liên quan đến những vấn đề quan tâm). Họ đặc biệt viện dẫn những thí nghiệm về nước chảy lên một bình đóng kín chứa cây nến đang cháy, về đồng hồ nước, về ống thông nhỏ, về những cái đĩa được ghép với nhau, những thí nghiệm mà Jean Buridan vào thế kỷ 14 cũng phải dựa vào.

Các tu sĩ dòng Đa Minh như Albert le Grand và Thomas d’Aquin lại quan tâm đến sự phản bác của Avempace. Thomas vượt qúa khuôn khổ của một nền Vật lý nhàn nhã và dấn thân chống lại những lập luận của Aristote về sự bất khả thực của chân không khi xem xét trọng lực đã phân biệt lực tác động và vật thể. Khái niệm sau được biểu thị bởi một hình thể và đại lượng (bằng cách nào đó thì điều đó đã chuẩn bị cho khái niệm khối lượng sau này)

Một cách tổng qúat, những học gỉa Kinh viện đã bổ sung vào những lập luận của Aristote rằng, sự bất khả thực của chân không sẽ kéo theo sự không tồn tại của nhiều thế giới bởi sự vắng mặt của không gian giữa các mặt cầu lồi kế cận. Lập luận này được đề nghị đầu tiên bởi Michel Scot và được dùng lại bởi nhiều người trong đó có Guillaume d’Auvergne và Roger Bacon. Từ sự không tồn tại của chân không, lập luận đó sẽ dẫn đến một hệ qủa khác: Thượng đế không thể làm cho toàn bộ Vũ trụ dịch chuyển, vì như vậy thế giới sẽ để lại sau nó một khoảng chân không và phải xuyên thủng chân không trước nó.

Quan niệm về “nỗi kinh hoàng chân không” được phác họa bởi Albert le Grand và được thiết lập bởi Roger Bacon trong một lý thuyết mà theo ý nghĩa riêng biệt nào đó nó lại là sự bổ túc đòi hỏi bởi động lực học Aristote (xu hướng các vật di chuyển về những khoảng trống, sự tách biệt cái nặng và cái nhẹ) nhằm để hiểu được những thí nghiệm của Philon và de Héron. Trong lý thuyết này, những nguyên nhân có liên hệ với những bản chất riêng biệt thì phụ thuộc vào thứ tự của bản chất phổ quát và do đó chúng có thể là mâu thuẫn như trong thí nghiệm nước chảy lên bình kín trên cao chống lại trọng lượng của nó đã minh chứng điều đó. Nguyên nhân cuối cùng liên hệ với thứ tự cao hơn sẽ bảo đảm cho tính liên tục phổ quát của vật thể: chúng sẽ nối tiếp nhau mà không để lại khoảng trống giữa chúng. Chân không không phải là nguyên nhân gây hiệu ứng. Không phải chính nó đã lôi kéo nước mà chính là nguyên nhân sau cùng bị tác động bởi các nguyên nhân gây hiệu qủa, nghĩa là bởi các nguyên nhân có mặt mà thứ tự đã được điều chỉnh bởi nguyên nhân cuối cùng. Mặt khác, trong khi kiểm tra ( mặc dù Bacon phủ nhận chân không) xem chuyển động trong chân không là tức thời hay xảy ra trong một thời gian xác định, ông ta đã kết luận rằng điều này xảy ra trong một thời gian xác định. Ngoài ra, theo lý thuyết về trọng lực, sự rơi của vật nặng được xác định bởi trọng lực được sinh ra bởi ảnh hưởng của các tinh tú mà không được xác định bởi hình dạng thực sự của chúng. Những quan niệm của Roger Bacon đã có ảnh hưởng đáng kể tại hai trường đại học Oxford và Paris.

Vào năm 1277 ,Tổng gíam mục Paris Étienne Tempier đã lên án hai mệnh đề triết học Kinh viện về sự bất khả hiện hữu của chân không và của nhiều thế giới dựa vào lý do là chúng đã giới hạn quyền năng thần thánh ( nhất là mệnh đề thứ hai, nhưng các nhà tư tưởng Kinh viện đã liên kết nó với mệnh đề thứ nhất để trở thành không thể tách biệt được). Một cách nghịch lý, sự lên án này thay vì ép buộc các vị thầy ở Đại học Paris và ở các trường trong tầm ảnh hưởng của ông ta, như Henri de Grand hay Jean Duns Scot phải nghĩ đến khả năng tồn tại của chân không cũng như sự hiện hữu của nhiều thế giới thì nó lại có tác động gỉai phóng các vị thầy này.

Sự tồn tại của chân không đối với Duns Scot không phải là sự tồn tại của một vật thể đích thực mà là sự tồn tại của những kích thước có tiềm lực, nghĩa là có khả năng tiếp nhận những vật thể có hình dạng và kích thước xác định. Tuy vậy, quyết định của những người có quyền lưc lại gây nên xung đột giữa giáo lý thần khải (đối tượng của thần học) và triết học Aristote. Vào thế kỷ 14, Walter Burley, rồi đến Jean Buridan và các học trò, trong khi đào sâu những thuật ngữ của cuộc tranh luận gắn bó mật thiết với họ, đã làm cho sự mâu thuẫn trở nên rõ ràng. Nhưng họ không phát biểu điều gì về sự tồn tại của chân không bên ngoài thế giới. Ngược lại, Nicolas Oresme lại khẳng định điều đó dưới danh nghĩa về sự tồn tại của nhiều thế giới mà điều này thật ra đã hình thành sự lệch hướng đầu tiên từ một vũ trụ đã được quan niệm cho đến vũ trụ địa tâm và vị nhân (anthropocentrique).

Mặt khác, thời gian cần thiết để các vật thể chuyển động trong chân không vẫn là đề tài được bàn cãi.Trong khi các vị thầy thế tục ở Paris, trung thành với Aristote và Averroès cho rằng chuyển động này là tức thời thì Duns Scot, Guillaume d’Ockham và trường phái dòng Francis lại quan niệm cần phải có một thời gian xác định. Đối với câu hỏi được đặt ra là các vật rơi trong chân không với cùng một vận tốc hay với vận tốc khác nhau thì các ý kiến lại không đồng nhất. Một số dùng lại câu trả lời của các nhà nguyên tử Hy lạp thiên về một vận tốc duy nhất và điều này thực ra đã dự cảm cho khái niệm khối lượng. Trong khi chấp nhận rằng chỉ duy nhất Thượng đế mà không phải con người hay thiên nhiên có thể tạo ra chân không, luận thuyết về “Nỗi kinh hoàng chân không” của Roger Bacon cũng vẫn còn sức sống và nó đã kéo dài cho đến khi phát hiện ra áp suất khí quyển.

Sự gợi nhắc ngắn ngủi về một lịch sử rất dài (gần hai mươi thế kỷ) được thống trị bởi những lập luận siêu hình về những khái niệm của chân không, từ Aristote cho đến những người tiền phong của Galilée, đã cho thấy sự đặt để rất chậm của những điều kiện trí thức cho ý tưởng vật lý về chân không, đồng thời cũng là cho Vật lý, trước hết là chuyển động. Để nghĩ đến khả năng hiện hữu của chân không đồng thời với khả năng tồn tại của vật chất, nghĩa là sự đồng tồn tại của chân không và vật chất, nhất nhiết phải có một sự biến đổi các phạm trù ban đầu mang đặc thù bản thể luận. Chẳng hạn như sự đồng nhất vật chất với cái“ là” và đồng nhất chân không (sự không có mặt của vật chất) với cái “không-là” (hay là sự phủ định của vật chất). Những phạm trù này [vật chất và chân không] tạo vị trí cho những mối liên hệ của những khaí niệm tương ứng với những tính chất cấu thành nhưng với tư cách là các đại lượng hơn là những tính chất.

Ý tưởng vật lý về sự tồn tại của chân không

Vào thế kỷ 17, Galilée và Descartes đưa ra câu hỏi về chân không trong vấn đề về sự ngưng tụ và sự pha loãng. Galillé, vẫn chấp nhận nguyên lý về ‘ Nỗi kinh hòang chân không’ trong thiên nhiên bằng cách phủ nhận tính bất khả thực của chân không của Aristote. Với sự dè dặt, ông cho rằng thiên thiên có chân không và đã giải thích sự cố kết của các vật thể bằng một loại chất dính nào đó giữa các phần trong vật thể do sự có mặt của các khoảng trống nhỏ. Ông xem xét chuyển động của các vật thể (đặc biệt là sự rơi của chúng) trong chân không , nơi được xem như là không còn sức cản không khí hay của mật độ môi trường. Về mức độ giới hạn của chiều cao cột nước đưa lên bởi một cái bơm, vào năm 1630, ông vẫn không tránh khỏi sự phân biệt giữa chuyển động đi lên và chuyển động đi xuống vàkhông thấy rằng hiện tượng này là do áp suất. Trong tác phẩm ‘ Những bài giảng về hai ngành khoa học mới’ (Discours sur deux sciences nouvelles) xuất bản năm 1638 Galilée tưởng tượng một thí nghiệm để làm cân bằng lực nối kết bởi chân không bằng cách làm nó cân bằng với một trọng lượng. Nhưng chân không [đối với Galilée] vẫn chưa phải là một đối tượng của một thí nghiệm mà đúng hơn là một đối tượng tinh thần . Do dó, mối quan tâm này lại trở lại với những người học trò của ông đặc biệt là Baliani và Torricelli.

Descartes phê phán sự giải thích của Galilée về sự cố kết của các vật thể bởi chân không khi nhận định rằng “ điều mà [Galilée] gán cho chân không, không bắt buộc phải gán cho trọng lượng của không khí…” Sự phản đối của Descartes chống lại lập luận siêu hình và định tính của ‘nỗi kinh hoàng chân không’ có vẻ hoàn toàn thích đáng: “ và chắc chắn là, nếu do chính ‘nỗi kinh hoàng chân không’ đã làm ngăn cản hai vật tách rời nhau, thì cũng không có bất kỳ lực nào có khả năng tách được chúng”.

Quan niệm của Descartes nằm sâu trong hệ thống tư tưởng về sự trải rộng được xem như là thuộc tính chính yếu hay bản chất của vật thể .Nó sắc sảo và nhiều màu sắc hơn một sự từ chối thuần nhất và đơn giản về chân không và góp phần làm sáng tỏ ý nghĩa của khái niệm này. Trong tác phẩm’ Những Nguyên Lý Triết Học’( Principes de la philosophie), Descartes phân biệt chân không theo nghĩa của các nhà triết học với chân không theo ý nghĩa của ngôn ngữ hiện hành .Sự phân biệt này dường như là nền tảng của các cuộc tranh luận trước đó.

Ý nghĩa đầu tiên thuộc bản thể học, được hiểu như là sự phủ nhận vật chất và dó đó có nghĩa là “hư vô”. Nó khẳng định sự bất khả thể của vật chất một cách tiên nghiệm. Sự trải rộng của không gian cũng là sự trải rộng của vật thể ( chiếm không gian). Cái gì được trải rộng đều là chất liệu, và người ta có thể cảm nhận rằng “ cái không là gì cũng có sự trải rộng ”. Như vậy, “ không gian mà người ta gỉa định là trống không” lại có “ sự trải rộng trong chính nó” . Phải chăng “ nó cũng nhất thiết phải có chất liệu”? Người ta đã cố gắng diễn dịch về điều: ” không gian trống rỗng là vật lý” để rồi Vật lý về chất Ether được phát triển sau đó.Trước tiên và có tính cách tạm thời với Huygens và lý thuyết về sóng ánh sáng, rồi lâu bền hơn với Ether quang học của Fresnel. Sau cùng là Ether của điện từ học, từ Maxwell đến Lorenz, đã đủ để sau đó thuyết tương đối hẹp và lý thuyết lượng tử diễn đạt theo cách riêng của chúng .

Về ý nghĩa thứ hai ” chân không theo cách dùng bình thường “ có nghĩa là “ một không gian không chứa gì và được chúng ta cảm nhận rõ rệt” thì Descartes chấp nhận nó rất hiển nhiên bằng cách phân tích ý nghĩa của nó trong những đề mục của luận thuyết về sự trải rộng như là bản chất của chính vật thể. Trong ý nghĩa sau, chân không” không loại trừ bất kỳ loại vật thể nào”. Nó là không gian trống rỗng chứa “ một vật chất được sáng tạo và một chất liệu được trải rộng” cho dù là chúng không được cảm nhận đi nữa. Sự đồng nhất của Descartes giữa vật chất và không gian đã không dành chỗ cho chân không theo nghĩa chặt chẽ ( như là sự vắng mặt hòan toàn vật chất trong không gian). Descartes đã thay thế chân không bằng một chất liệu trong không gian mà theo ông nó có tính vật thể (nghĩa là không gian vật lý hay vật chất). Chất liệu này được cảm nhận như là một loại “vật chất vi tế” liên kết với vật thể. Tương tự như một miếng bọt biển nó cho phép ông ta tưởng tượng với hình ảnh : khi một vật co rút thì thật ra là các lỗ nhỏ co lại và một phần vật chất vi tế đã lấp đầy các lỗ nhỏ ấy sẽ chảy ra (và ngược lại đối với sự giãn nở). Khi vật thể được làm trống rỗng (theo nghĩa thông thường), chẳng hạn như nếu một cái lọ không còn được lấp đầy chất liệu vi tế đó, thì các thành bình của nó sẽ tự động đến tiếp xúc sát vào nhau. Điều đó đã hàm ý “ trong quan niệm của tôi, ông viết, có một sự mâu thuẫn khi nói về một không gian mà nó hoàn toàn trống rỗng, về hư vô mà nó trải rộng và về một vũ trụ có mọi vật mà bị hạn chế ”

Dường như trong tư tưởng của Descartes người ta phải phân biệt chân không theo nghĩa tuyệt đối (thuộc bản thể, được đồng nhất với hư vô) và một loại “ gỉa chân không” tương ứng với sự trải rộng (do vậy nó mang tính vật thể) mà ở đó loại vật chất cảm nhận được có độ loãng đến cực độ nhưng vẫn mang tính vật lý. Dó tính đồng nhất “về bản thể”, Descartes đã đồng nhất cái “gỉa chân không” với một loại “vật chất” không được cảm nhận trực tiếp mà chức năng của nó là mang những đặc tính vật lý của không gian (những tính chất này rất thiết yếu khi người ta nghiên cứu chuyển động).

Trong Vật lý Descartes, những tác động lên các vật thể được đưa về dạng tác động do sự tiếp xúc và ông đã triển khai một lý thuyết về chuyển động xoáy của vật chất vi tế giữa các vật thể để giải thích trọng lực cũng như là chuyển động của các hành tinh. Lý thuyết của ông đã được hoàn thiện bởi Christian Huygens, người đã tạo cho phiên bản này những phép tính định lượng khi đưa vào dạng của lực ly tâm (ông tìm ra đồng thời với Newton một cách độc lập). Lý thuyết về chuyển động xoáy bị bác bỏ nhanh chóng bởi Newton nơi tập thứ 3 trong bộ Principia.

Việc kiểm nghiệm sự tồn tại của chân không thật sự đã đưa đến việc dịch chuyển câu hỏi về chân không từ tranh luận mang tính bản thể nơi mà phần lớn khái niệm này nằm ở đó đến việc xem xét thực tại của chân không theo quan niệm vật lý. Sự xem xét này gắn liền với những thí nghiệm đã được Galilé và Descartes thóang thấy về chân không (không gian trống vắng các vật thể) và về áp suất khí quyển khi khaí niệm này đã có mặt trong cùng thời gian này.

Những người thợ máy nước ở thành phố Florence đã thấy rằng nước có thể được đưa lên một độ cao nào đó (32 feet) bằng một bơm hút. Galilée đã nhận ra lý do nằm nơi sự hút của chân không. Học trò của ông, Baliani -là người dường như được cho là đã có ý tưởng về áp suất khí quyển- đã nghĩ rằng sự hút này được cân bằng trong hiện tượng tự nhiên bởi trọng lượng của một cột không khí. Ông đã gợi ý với Galilée về một thí nghiệm trong đó người ta thay cột không khí bằng cột nước để trọng lượng của nó cân bằng với sự hút của chân không ( hẳn là Baliani , cũng như Descartes, đã nghĩ đến khái niệm áp suất chứ không phải là sức hút hay sự hút của chân không).

Vào năm 1644, điều này đã được thực hiện bởi một người học trò khác của Galilée: nhà toán học Evangelista Torricelli. Đó là thí nghiệm nổi tiếng về áp suất khí quyển. Trong thí nghiệm này chân không đã được kiểm nghiệm bằng sự hạ xuống của áp suất trong một ống thủy ngân. Sau này được Mersenne làm lại, thí nghiệm của Torricelli và Baliani đã phát biểu sự diễn gỉai chính xác nhất. Sự diễn giải này đã thật sự chinh phục được Mersenne (vẫn còn ngờ vực sự giải thích) về sự tồn tại của chân không : “ Vả lại, trong ống thủy tinh thủy ngân có một không gian hoàn toàn trống rỗng, tôi đã chắc chắn về điều đó cũng như chắc chắn rằng điều này phụ thuộc vào trọng lượng của không khí”.

Tin tức về kết qủa thí nghiệm của Torricelli và sự diễn giải của nó đã lan truyền nhanh chóng trong giới bác học châu Âu nhất là qua trung gian của Mersenne ,người liên lạc thường xuyên với Pascal. Vào năm 1647 ở Puy de Dôme, Pascal đã thực hiện lại thí nghiệm về áp suất khí quyển và thu hút sự quan tâm sâu sắc của Descartes. Thu nhận những kết qủa và những nhận xét rải rác của Stevin, Benedetti, Galilée, Torricelli, Descartes,..Pascal sau đó đã sắp xếp chúng thành một lý thuyết mạch lạc và phát biểu thành những nguyên lý về Thủy tĩnh học.

Từ đó lý thuyết của Roger Bacon ( Nỗi kinh hoàng chân không) trở nên lỗi thời. Sau sự chứng minh đầy thuyết phục về sự hiện hữu, chân không đã không còn gây nên tranh cãi ngoại trừ sự lệch hướng của khái niệm không gian trống rỗng. Mặt khác, Gassendi rồi Boyle, Newton và một số người khác đã dùng lại gỉa thiết nguyên tử của người cổ Hy lạp mà trong đó các nhà luyện kim là những người duy nhất dựa vào trong suốt thời kỳ Trung Cổ cho đến thời kỳ hiện đại (đừng quên rằng chính Newton cũng là một nhà luyện kim). Từ đó việc thu được chân không chẳng gì khác hơn là chuyện phát triển kỹ thuật và công nghệ: làm sao để lấy ra những hạt vật chất ( những nguyên tử) lấp đầy một thể tích cho trước , từ bơm chân không của Robert Boyle cho đến chân không tuyệt đối đạt được ở thời đại chúng ta (không nói đến vấn đề đạt đến không gian trống rỗng trong vũ trụ được đặt ra gần đây hay là vấn đề về bức xạ lấp đầy không gian .Chúng chỉ được đặt ra vào thế kỷ 20).

Khái niệm về “sự trống rỗng” đặc biệt cho phép chúng ta nghĩ rằng khái niệm không gian độc lập với vật chất , nghĩa là độc lập đối với vật thể trong không gian ấy. Đối với Galilée và Descartes thì không gian được xem là có liên hệ với vật thể trong không gian và vì thế nó mang tính chất tương đối giống như chuyển động.

Sự thiết lập nguyên lý qúan tính mà người ta vẫn cho là của Galilée, Descartes, Gassendi và Newton, có liên hệ đến ý tưởng về chân không. Vốn không rời bỏ ý tưởng về trọng lực theo hướng thẳng đứng như gắn liền với vật thể, Galilée đã phân biệt những chiều của không gian và đã thiết lập nguyên lý này cho chiều nằm ngang duy nhất và quan niệm chân không tương ứng với sự vắng mặt của sức cản không khí. Gassendi thiết lập nguyên lý qúan tính này theo một cách thức đầy đủ hơn với sự biểu hiện của một không gian phù hợp với nguyên lý (không gian hoàn toàn trống rỗng, vũ trụ trống rỗng, trước sự sáng tạo): vì không có tâm nên mọi phần của không gian là giống nhau .Do đó trong không gian một vật đứng yên sẽ vẫn đứng yên và một vật chuyển động sẽ tiếp tục ở trạng thái này. Không gian vật chất và hình học của Descartes cũng chấp nhận như thế. Về phần Newton, ông ta liên hệ không gian với động lực học, phát biểu nguyên lý này trên nền tảng một không gian (trống rỗng) và khối lượng đặc trưng cho vật chất chịu lực tác dụng hay không.

Như là sự vắng mặt của chất liệu và vật thể, chân không đã vượt qua khả năng bị loại bỏ. Từ Gassendi đến Newton và ngay đến đầu thế kỷ 20, chân không đã cùng tồn tại với vật chất và tìm lại được chức năng mà các nhà nguyên tử Hy lạp ngày trước đã gán . Tự nó là một nhu cầu mà cũng đồng thời là điều kiện và nơi chốn cho chuyển động của các vật thể. Chân không ,ban đầu được quan niệm như đối kháng và phủ định của thực tại vật lý, nay đã xuất hiện như một phần bổ túc cần thiết (điều này vẫn nằm trong khuôn khổ ý tưởng về cái “đang là”). Khi gợi lên ý tưởng về một không gian tuyệt đối của Newton, người đã đặt nền tảng cho động lực học, thì chân không cũng kéo theo một sự đổi mới trong ý tưởng về mối liên hệ giữa chân không và không gian.Tuy vậy, trong một chiều hướng khác thì khái niệm về một “gỉa chân không” hay “chân không vật chất”, được từng được minh họa bởi chất liệu vi tế của Descartes, đã tìm lại sức sống cùng với những lý thuyết về Ether và sự cần thiết phải công nhận những tính chất vật lý cho không gian.

Chân không và ý tưởng về không gian

Newton, người đã tiếp nhận chân không (giống Galilée và ngược với Descartes), đã quan niệm nguyên nhân của chuyển động nằm ngoài vật thể ( ngược với Galilée và giống Descartes) và chấp nhận chuyển động qúan tính ( giống Galilée và Descrates) , đã khai triển một khái niệm mới về không gian” tuyệt đối và toán học”, được định nghĩa không dựa vào vật chất và sự hiện hữu khả dĩ của chân không. Tuy nhiên, trong tác phẩm Principia Newton đã định nghĩa vật chất và chuyển động mà không đề cập tới chân không. Ngay phần mở đầu của tác phẩm, ông viết :” Ở đây tôi không xem xét môi trường đã xuyên thâu vào những kẽ hở giữa những phần của các vật thể, cho dù nó thế nào đi nữa” nhằm để giải thích khái niệm về lượng vật chất hay khối lượng và điều đó cũng đã chỉ ra sự khác biệt về những khái niệm của ông về vật chất và về không gian so với Descartes. Xa hơn một chút, không gian “tuyệt đối, thật và toán học” (đối nghịch với “ tương đối, biểu kiến và bình thường”) được đưa ra để được quan niệm như một thực thể (theo nghĩa vật lý): “ bởi bản chất riêng biệt, không liên hệ với bên ngoài, [nó] luôn luôn như vậy và bất động”.

Để chứng minh tính chất thực tế của không gian tuyệt đối , ở phần cuối của chú thích cho các định nghĩa Newton đã xét chuyển động của hai qủa cầu nối với nhau bằng một sợi dây và chuyển động chung quanh một trục vuông góc với dây nối đi qua tâm của chúng. Có thể xác định những đại lượng đặc trưng cho chuyển động tròn này (xuất phát từ sức căng của dây) ngay cả sự vắng mặt các vật thể chung quanh làm qui chiếu cho chuyển động (ông viết “ngay cả trong một chân không mênh mông mà chuyển động xảy ra trong đó cũng không có cái gì bên ngoài và nhạy cảm để các đại lượng này có thể căn cứ vào đó mà so sánh”).

Không gian tuyệt đối của Newton là một sự lý thuyết hóa chân không. Nó bảo đảm cho sự tôn trọng chặt chẽ các định luật toán học và do đó cho phép sự lý tưởng hóa mà vẫn có tính chất thực tế. Ngay cả khi vắng mặt vật chất (chẳng hạn như không khí ), không gian vẫn không có tính chất chống lại chuyển động của các vật.Trong những hiện tượng của cuộc sống bình thường thì những tình huống lý tưởng này đã được điều chỉnh :” những vật được ném sẽ tiếp tục chuyển động thẳng của nó, nếu nó không bị chậm lại bởi sức cản không khí hay chịu tác dụng của trọng lực….” ,” những con quay luôn giữ chuyển động quay nếu chuyển động này không bị làm chậm lại bởi sức cản không khí…” trong khi “những hành tinh và sao chổi tiếp tục chuyển động rất lâu vì chúng chịu ít sức cản trong không gian trống rỗng hơn…”.

Theo định nghĩa của Newton thì bản chất của không gian ( tuyệt đối, vật lý và tóan học) là không chứa cũng như không giữ một vật nào. Không gian này hoàn toàn trống rỗng. Nhưng điều mà Newton quan tâm trước hết chính là đặc tính “ toán học và tuyệt đối” của không gian: là bể chứa hay vỏ chứa các vật thể và khác hẳn với chúng. Chân không, không được gọi tên trong định nghĩa này, nhưng nó sinh ra trực tiếp từ đó bởi vì nó hàm ẩn trong đó. Khái niệm này là khả dĩ cùng với lý thuyết được xây dựng trên đó, chân không đã không còn tạo nên vấn đề gì nữa, ít ra là về mặt nguyên tắc….Dầu vậy, Newton luôn bận tâm bởi tình huống có mặt dưới hình thức nào đó của vật chất trong chân không.

Dĩ nhiên, trước hết là để phủ bác lý thuyết đang cạnh tranh với lý thuyết của mình: lý thuyết về chuyển động xoáy của Descartes và Huygens.Trong cuốn 2 của Principia, Newton đã mở rộng những thí nghiệm của mình về sức cản của những lưu chất khác nhau bằng việc nghiên cứu tác dụng của chúng lên chuyển động khi cho sức cản này tác dụng vào các phần bên trong của một vật thể “ một môi trường ether nào đó cực kỳ hiếm và vi tế đã đi sâu vào những khoảng trống của các vật thể một cách tự do”. Từ thí nghiệm được thực hiện với một con lắc được làm bởi một cái hộp, treo vào một sợi dây, trước tiên chứa một miếng kim loại nặng , sau đó để trống, ông đi đến kết luận rằng một sức cản nội tại như thế sẽ kém hơn 5000 lần sức cản bởi bề mặt của vật khi chuyển động, có nghĩa là không đáng kể. Người đọc có thể tự suy diễn rằng một chất Ether như thế có thể có tác động vật lý được viện dẫn bởi những người theo thuyết Descartes dưới dạng chuyển động xoáy.

Cũng trong cuốn 2, nơi mà khái niệm về “không gian trống vắng các vật thể” được viện dẫn thì cùng với những câu hỏi mang tính tổng quát mà ở đó “ triết học dường như là nền tảng một cách chính yếu”, cuốn sách này đã kết thúc với việc lên án không ân xá lý thuyết được đề nghị bởi Descartes khi giải thích về trọng lực, lực hấp dẫn của các hành tinh và chuyển động của sao chổi:” Gỉa thuyết về chuyển động xoáy hoàn toàn không tương thích với những quan sát thiên văn và nó làm rối rắm thay vì giải thích chuyển động của các tinh tú”. Khi đã sở hữu tất cả những yếu tố về một “hệ thống thế giới” của Newton thì kết luận này lại được phóng đại lên trong những chú thích tổng qúat nơi cuốn 3. Những chuyển động của các hành tinh có thể theo đúng, một cách chính xác, các định luật đã được tính tóan vì chúng không gặp bất kỳ lực cản nào: không khí không tồn tại trong những vùng ngoài không gian và người ta đã biết điều đó bởi những thí nghiệm của Boyle về bơm chân không, rằng định luật về trọng lực đã được tuân theo một cách chính xác bởi các vật rơi trên trái đất khi chân không được thực hiện bằng cách lấy không khí đi.

Sự nhấn mạnh của Newton bằng việc đề cập đến những khó khăn của lý thuyết Descartes và Huygens đã đảm bảo cho những lợi ích mà lý thuyết của họ đã mang lại vào thời kỳ này. Tuy vậy, dường như không gian trống rỗng cũng không làm thỏa mãn hoàn toàn chính Newton, vì ông đã hiểu những khó khăn về mặt khái niệm mà nó [không gian trống rỗng] hàm ý vì sẽ dẫn đến khái niệm về một không gian tuyệt đối không thể quan sát được) để ủng hộ cho khái niệm về gia tốc (cách thức để phục hồi đặc tính vật lý của không gian) và dẫn đến sự tưởng tượng về sự lan truyền tức thời của lực hấp dẫn trong không gian. Những khó khăn này đã được khai thác triệt để ở những nơi khác bởi các đối thủ của lý thuyết Newton. Gần hai mươi năm sau tác phẩm Principia, trong cuốn những “Vấn đề của Quang học” ông lại đưa vào ý tưởng về một môi trường Ether. Từ cái lưu chất vi tế “tồn tại trong cái bình khi người ta bơm không khí ra ngoài”, nó sẽ là môi trường tác động của ánh sáng và truyền nhiệt, ông tự hỏi ” Một cách không thể so sánh được, phải chăng cái lưu chất này không hiếm, vi tế , đàn hồi và năng động hơn không khí”, “ phải chăng nó không xuyên thấu một cách mau lẹ vào mọi vật” và phải chăng do tính chất đàn hồi, nó sẽ “không trải rộng trong các bầu trời vô hạn”. Mặt khác, có lẽ cái lưu chất này ( nó gợi nhắc “chất Ether vi tế” của Descartes) chịu trách nhiệm về trọng lực, không phải là do chuyển động xoáy mà Newton đã phủ bác, mà bởi những tính chất riêng biệt ( chẳng hạn như sự biến đổi mật độ do khoảng cách xa nhau giữa các vật). Chính ở chỗ này mà Newton trong khi xem xét đến một số lớn hơn những hiện tượng vật lý và tìm ra sự thiếu sót của không gian tuyệt đối trong cơ học, đã lấp đầy không gian đó bằng chất Ether: ” Chất Ether này , vì chính như thế mà tôi đã chỉ định cho nó…”.

Những nghi vấn này ảnh hưởng rất ít vào Cơ học và Lý thuyết về Hấp Dẫn nên luận thuyết Newton đã không bị ảnh hưởng nhiều và như đã biết nó được chấp nhận sau đó. Tuy nhiên trong suốt hơn hai thế kỷ, những nhà triết học và vật lý, ngay cả khi chấp nhận không gian tuyệt đối thường xuyên nhất, cũng đã mưu toan thoát ra khỏi khó khăn về mặt khái niệm để nghĩ đến lưỡng tính không gian-vật chất. Sự khó khăn mà một D’Alembert đã bắt đầu gây tiếng vang về một quan niệm trung dung: ” Không gian có tồn tại độc lập với vật chất ?[…] Có một không gian mà không vật chất nào? “ (với thời gian cũng vậy). Nhưng theo ông, người ta chỉ có những câu hỏi này bởi vì ”người ta đã gỉa định cho không gian và thời gian nhiều thực tế hơn cái người ta có…” .Mặt khác, khái niệm về sự không thể xuyên thấu cho phép phân biệt vật chất với không gian .Không gian từ đó chỉ là “ một sức chứa đặc thù và đơn gỉan để tiếp nhận sự trải rộng không thể xuyên thấu”. Tất cả điều còn lại là siêu hình: ” những đứa bé có lý khi nói chân không là không có gì, bởi vì chúng bám vào những khái niệm đơn gỉan của nhận thức chung . Những triết gia muốn nhận thức về chân không nhưng lại lạc lối trong những tư biện của chính họ”. Điều còn lại là những câu hỏi mà d’Alembert đã bỏ ngỏ về tính dễ hiểu hơn của không gian trống rỗng, nghĩa là câu hỏi về bản chất ( hiểu ngầm là vật lý). Ông không đưa ra một xác quyết nào về bản chất của các môi trường trong đó các hành tinh chuyển động, khi đặt vấn đề: ” Những hành tinh được gỉa định là chuyển động hoặc trong chân không, hoặc trong không gian không có sức cản….” và hệ qủa là những qui luật toán học của những chuyển động này được áp dụng một cách chính xác và chính điều đó mới quan trọng.

Ether – chất liệu của chân không.

Không gian tuyệt đối của Newton vừa vật lý vừa không mang tính chất vật lý. Không vật lý bởi sự phân biệt với vật chất đến tận gốc rễ trong vai trò là sân khấu của những biến cố xảy đến cho các vật thể. Và vật lý là do không gian có vai trò của một chất nền cho những tác động từ xa như trọng lực (đã được nghĩ là truyền tức thời). Nó không sở hữu những tính chất nào khác và vai trò của nó thuần túy tiềm ẩn, điều chỉ có nơi các tác động từ xa. Về phương diện bản thể học, nó là một thứ biểu hiện thần thánh của kẻ sáng tạo ra nó. Đây là một tính chất bị bác bỏ bởi những người kế thừa trong cùng lục địa với Newton vào thế kỷ 18 của Lý tính. Vai trò đơn thuần và tiềm ẩn của không gian vẫn đủ cho sự hoàn thiện về mặt toán học của Cơ học cũng như cho sự thống nhất các ngành Cơ học, từ động lực học vật rắn cho đến thủy động lực học và Cơ học thiên thể, như người ta đã thấy trong tác phẩm Cơ học giải tích của Lagrange.

Tuy vậy, khi đến lượt các lĩnh vực khác nhau của vật lý được toán học hóa trong các lý thuyết riêng biệt thì vai trò này không còn đủ thích ứng. Không gian trống rỗng được dùng làm chất nền hay môi trường truyền tác động trong mỗi trường hợp, phải được xem là một hình thức khác của vật chất. Để xử lý một cách tổng quát những hiện tượng vật lý bằng những phương trình vi phân riêng phần, ngành Vật lý tóan có nhu cầu phải quan niệm không gian trống rỗng như một vật rắn đàn hồi hay là một lưu chất mà không có những đặc tính vật lý và không ảnh hưởng đến các chuyển động của các vật thể khác như là nhiệt và ánh sáng ( xem công trình nghiên cứu của Laplace, Fourier, Poisson). Vật lý lý thuyết, bận tâm đến mỗi lãnh vực khác nhau của các hiện tượng, đã đòi hỏi một môi trường hay chất ether riêng biệt cho chúng. Trước khi triều đại ‘lý thuyết về hạt của Newton’ độc chiếm thì Fresnel trong lý thuyết về sóng ánh sáng của mình đã dùng lại chất Ether ngày trước được đề nghị bởi Huyghens bằng cách cung cấp cho chất Ether ánh sáng của ông ta những tính chất hơi khác ( tính gần như là rắn để cho phép những dao động ngang).

Người ta cũng tưởng tượng đến những chất Ether điện từ. Maxwell trong khi sử dụng lại những khái niệm về điện trường và từ trường của Faraday và sát nhập chúng vào trong lý thuyết của mình đã tái thống nhất ba loại Ether thành một loại duy nhất: chất Ether điện từ mà những lý thuyết của Hertz, Lorentz và những người khác đã nỗ lực định tính nó tương ứng với vấn đề về chuyển động. Chất Ether, chồng chất vào không gian- trống rỗng hay bị chiếm bởi các vật thể- cho phép kết nối đầu tiên là Quang học rồi đến Điện từ học với Cơ học. Nhưng sự diễn giải Cơ học về ánh sáng, rồi về Điện từ không tiến triển mà không đặt ra nhiều khó khăn. Một phần thì theo như Hertz lưu ý, bên cạnh những khái niệm Cơ học chúng ta phải chấp nhận những khái niệm khác mà nó không có, như khái niệm về trường lực của điện trường và từ trường và do đó, phải chấp nhận lưỡng tính điện từ. Ether, chất nền của trường điện từ, phải được đặt ngang tầm như vật chất có trọng lượng (vật chất và Ether đều là nơi chốn của các trường, chất Ether của Hertz hoàn toàn bị kéo theo bởi chuyển động của vật thể trong vùng lân cận nhưng điều này lại trái với thí nghiệm của Fizeau về vận tốc của ánh sáng trong các lưu chất chuyển động).

Về phương diện Khoa học luận, sự phê phán không gian trống rỗng tuyệt đối của Newton đã lấy lại sức sống và sự phát triển. Theo Mach, sự phê phán trở nên cần thiết khi Vật lý phải xem xét đến những tác động lân cận và những tác động từ xa được lan truyền. Từ Faraday đến Maxwell, cùng với những tiến bộ được thực hiện trong lĩnh vực thực nghiệm thì chân không đã được thừa nhận có những tính chất vật lý. Nó không ngăn cản những tác động vật lý (Boyle đã chứng minh điều đó trong quang học và với nam châm); nó lan truyền những trạng thái vật lý (ánh sáng, lực điện và từ). “Vậy thì, trong bất kỳ hình thức nào, chân không không phải là không có gì; ngược lại nó có những tính chất vật lý rất quan trọng”, “ biến đổi và cái này phụ thuộc cái kia gắn kết với nó giống như ở các vật thể” mà từ những điều đó ngưởi ta quan niệm về nó như một vật thể (Ether). Những phê phán bởi Mach trong tác phẩm Cơ học có một hiệu qủa quan trong trên ý tuởng của các nhà vật lý vào thời kỳ này nhất là Einstein.

Để giải thích những hiện tượng điện từ của các vật thể chuyển động, dường như Lorentz đã không thay đổi khaí niệm Ether về bản chất. Ngoại trừ làm cho nó trở thành nơi chốn duy nhất của các trường (vai trò mà nó đã lấy đi nơi vật chất) và ban phát cho nó tính bất động tuyệt đối. Nhưng thật ra ông ta cũng đã lấy đi những tính chất cơ học và dẫn nó đến với sự “vật chất hóa” của không gian tuyệt đối với tư cách là một hệ qui chiếu ưu tiên. Lý thuyết của Lorentz phải gỉa định rằng những vật thể vật lý (nhất là các electron cấu thành vật) bị co lại theo hướng chuyển động. Đây là một tính chất động lực cho phép tìm lại nguyên lý tương đối đối với các chuyển động qúan tính mặc dù hệ qui chiếu tuyệt đối là Ether điện từ ( lý thuyết của Lorentz được hòan thiện bởi Poincaré đồng thời với Einstein khi đề nghị lý thuyết Tương đối hẹp ).

Lý thuyết Tương Đối hẹp của Einstein, trong khi định nghĩa lại không gian và thời gian xuất phát từ nguyên lý tương đối (đối với các chuyển động qúan tính) và từ vận tốc không đổi của ánh sáng trong chân không , đã tước mất của Ether tính chất duy nhất mà Lorentz đã ban phát: sự bất động tuyệt đối. Dựa trên nguyên lý tương đương của tất cả các qui chiếu qúan tính thì qui chiếu Ether ở trạng thái nghỉ không còn tính chất ưu tiên bởi các định luật điện từ. Điều này dẫn đến sự vô ích của Ether,” điện từ trường không biểu hiện cho trạng thái của một môi trường mà là những thực thể độc lập; chúng không thể được rút gọn thành cái gì khác và cũng không liên hệ với bất kỳ chất nền nào”. Ether mất đi chính sự tồn tại của nó và trong khi lột xác từ Ether thì không gian trống rỗng thuần tương đối cũng đã mất đi những tính chất vật lý. Ngoại trừ , đối với Eistein, tính chất là một không gian hình học được quan niệm như là “không gian qui chiếu” đối với các vật thể và được tạo nên bởi các nguyên lý vật lý.

Từ đó, không gian trống rỗng chỉ còn mang tính tương đối và khi được kết nối thành một cái tuyệt đối mới: không-thời gian , thì nó chỉ giữ lại một điều gì đó trong đặc tính tuyệt đối của nó nơi sự liên hệ với thời gian. Không- thời gian độc lập với vật thể, theo nghĩa là những tính chất của nó ( “độ cứng”, bởi metric bất biến) vẫn không đổi ,cho dù vật thể như thế nào và có trong không thời gian ra sao thì nó vẫn không bị ảnh hưởng. Một số người khác đã diễn giải về những khái niệm mới này khi quan niệm những hình thức của không gian và thời gian tương đối như là hiệu ứng động lực học ( chẳng hạn như Lorentz khi vẫn giữ lại chất Ether) , hay khi thừa nhận cấu trúc không- thời gian là điện từ và gắn liền với những tính chất vật lý (với Minkowski).

Phần đối tác của việc không thừa nhận không gian trống (và của thời gian) chính là sự “vật chất hóa” của bức xạ điện từ. Chính bức xạ điện từ truyền năng –xung lượng như là một hình thức của vật chất và do đó, những thực tế duy nhất chính là các hạt vật chất và các trường điện từ. Tuy nhiên, trạng thaí này của chúng có vẻ như chống lại trực giác. Nếu chân không là không gian không có vật chất, không có bức xạ và nếu không gian này tương đối thì làm sao có thể quan niệm về nó? Phải chăng như không gian tọa độ nó chỉ là một mối liên hệ thuần túy? Lý thuyết tương đối hẹp của Einstein không trả lời câu hỏi như thế nhưng thực ra cũng không đặt ra vấn đề đó. Nó chỉ chứng tỏ rằng không gian trống rỗng không đồng thời. Nhưng tư tưởng vật lý ( nhất là ý tưởng về chân không) đã gỉa định một động lực học và thuyết tương đối hẹp vẫn ở bên ngoài động lực học đó.

Không gian trống rỗng- hình thái của vật chất.

Giai đoạn tiếp theo là một giai đoạn mà ở đó, một phần với lý thuyết tương đối tổng quát phần kia là lý thuyết lượng tử, không gian trống được nhận đầy đủ những phẩm chất vật lý ngang hàng với vật chất đã làm tiêu tan cái lưỡng tính của vật chất – chân không để nói rằng chân không là một trạng thái đơn giản của vật chất.

Lý thuyết tương đối tổng quát gắn cấu trúc của không gian với vật chất ( khối lượng, năng lượng) mà nó chứa. Trong ý nghĩa này, không gian trống rỗng khi thiếu tất cả vật chất và mọi dạng bức xạ thì chỉ là một không gian mà hình học của nó là hình học Euclide chặt chẽ. Nhưng một không gian như thế có phải là một sự lý tưởng hóa, một quan niệm thuần túy về tinh thần? trong bài nói chuyện ở Leyde năm 1920 về “ Chất Ether và Lý Thuyết Tương Đối ” Einstein trở về ý tưởng loại bỏ Ether mà chính ông đã đề nghị năm 1905 khi phủ bác hoàn toàn không gian tuyệt đối.

Trong bài viết đầy ý nghĩa này Einstein đã loan báo ý tưởng thoạt nhìn thì có vẻ nghịch lý rằng, sự loại bỏ Ether không đòi hỏi bởi thuyết Tương Đối hẹp. Người ta có thể gỉa định một chất Ether, nhưng nó sẽ không bất động (nó không có chuyển động xác định). Về phần Lý Thuyết Tương Đối Tổng Qúat, nó lại đòi hỏi một cái gì đó như là Ether để từ đó xác định gia tốc và chuyển động quay (cần thiết nếu nó tương ứng với những hiệu ứng có thật). Vấn đề nằm ở chỗ: có phải đó là một thực tế không thể tiếp cận bằng quan sát? Einstein gỉai thích rằng Mach đã giải quyết vấn đề này với các nguyên lý của mình [Mach]. Thay vì gia tốc đối với không gian tuyệt đối, ông ta nghĩ ra gia tốc trung bình đối với toàn bộ vật chất của vũ trụ. Như thế, lực qúan tính được tạo nên bởi những tác động từ xa mà không cần môi trường trung gian, trừ phi là trở lại với Ether để truyền lực qúan tính. Và đến lượt chính các trạng thái của các khối lượng qúan tính lại xác định chất “Ether của Mach”, theo như cách gọi của Einstein.

Lý thuyết Tương Đối tổng quát, như Einstein giải thích, cũng hàm ẩn một chất Ether nhưng theo một khái niệm khác. Trạng thái của loại “Ether” này được biểu diễn bởi tensơ hấp dẫn và không gian trống rỗng không có tính chất đồng nhất cũng như đẳng hướng: nó được phú cho những tính chất vật lý dù rằng nó không chuyển động.Thật vậy, “chất ether của lý thuyết tương đối tổng qúat là một môi trường bị lấy đi tất cả những tính chất cơ học và động học nhưng lại được dùng để xác định những hiện tượng cơ học và điện từ”. Không gian được xác định bới các thế hấp dẫn mà nếu không có chúng thì ta không thể quan niệm về không gian và cũng do chúng mà không gian có những tính chất metric. Như vậy, trường hấp dẫn theo lý thuyết Tương Đối Tổng Quát ngược lại với trường điện từ lại có liên hệ mật thiết với sự tồn tại của không gian, với chất Ether hấp dẫn. Weyl và Einstein đã cố gắng kết nối những gì đã được nghĩ ra nhưng vẫn còn sự tách biệt: không gian ( chất Ether hấp dẫn) và vật chất ( trường điện từ). Nghĩa là làm mất đi sự đối kháng: ether-vật chất. Einstein tóm tắt ý tưởng này trong bài viết năm 1920 khi cho rằng chân không vật lý như là nơi ần náu mới của ý tưởng về Ether.

Như thế, với việc lý thuyết Tương Đối Tổng Quát đã thiết lập mối liên hệ của sự tất yếu giữa không gian và vật chất ( và thời gian) thì chân không đã tìm lại được những tính chất vật lý theo chiều hướng trực giác của nguyên lý Mach và theo chức năng chặt chẽ hơn của tính hiệp biến (covariance) tổng qúat. Không gian trống rỗng là dạng của vật chất và ngoài ra, những gợn sóng hấp dẫn được tiên đóan bởi lý thuyết hấp dẫn tổng quát (sự truyền sóng hấp dẫn) đã biểu lộ rằng chân không là một hình thái có thể bị biến đổi.

Theo một khía cạnh và theo một cách tiếp cận khác thì các hiện tượng nguyên tử, hạt nhân cùng với Cơ Lượng tử, Lý thuyết Trường lượng tử lại đưa ra những đặc tính vật lý của chân không . Về lâu dài hơn thì những những tính chất của chân không sẽ được suy từ Lý thuyết Thống Nhất các trường. Trước tiên, ở mức độ có thể cảm nhận và có thể thấy được thì vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử tách biệt bởi những khỏang hở chưá chân không bên trong và giữa các thành phần cấu tạo nên chúng (các electron). Các electron chuyển động tròn trong một không gian trống rỗng rộng lớn quanh một hạt nhân cô đặc trong một thể tích rút gọn ở bên trong (như người ta đã biết từ cấu trúc nguyên tử hạt nhân của Rutherford). Từ đó người ta có thể quan niệm rằng vật chất hầu như được cấu tạo từ chân không.

Khái niệm về hạt (được hiểu như là một vùng trải rộng hay một điểm đặc biệt) sánh vai cùng với khái niệm về chân không. Nhưng Chân không vật lý ( sự phân cực của chân không) lại tương ứng với sự biểu hiện của trường chứ không phải của hạt. Trường có mặt tại một điểm ( truyền từ điểm này sang điểm khác) mà không gắn liền với một điểm. Chính trường làm nên những đặc tính của không gian. Không gian tương đối thuộc về tính đa dạng của thể liên tục không-thời gian và thể liên tục này được đồng nhất với trường hấp dẫn ( hay đúng hơn là những tính chất của vật chất bao gồm cả những trường khác như điện từ và trường jauge (gauge)).

Nhưng chân không này lại bị bó buộc bởi một số giới hạn: giới hạn dành cho chân không vật lý như được gợi lên trước đây và sự kiện là xác suất tồn tại của một electron qũi đạo trong không gian giữa các nguyên tử- hay giữa hạt nhân và các qũi đạo- là khác không tuy rất nhỏ. Tình huống này cũng giống như đối với không gian trống rỗng giữa các tầng mức cấu trúc khác nhau của vật chất- nguyên tử, hạt nhân và cấu trúc hạ hạt nhân ( các nucleon và quark). Ngành Vật lý Trường lượng tử khi mô tả những trạng thái này của vật chất cũng hàm ý về một chân không vật lý mà ở đó không còn là sự vắng mặt của vật chất nữa và đặc tính có khe hở chỉ còn là gần đúng và tương đối . Là nơi chốn của các trường nên nó [chân không vật lý] có tính chất tiềm ẩn của mọi trường. Nó chính là một thứ “vật chất đầy sức mạnh”, một loại trường không có năng , xung lượng.

Vì trường vật lý khác zero tại mỗi điểm của không gian và có thể gây nên những hiệu ứng ở đó nên điều này hàm ý rằng chân không vật lý không còn là chân không theo nghĩa của từ nguyên học và phải hiểu khác hơn khái niệm chân không của các nhà nguyên tử học xa xưa ,cổ điển. Để hiểu một cách chính xác ý nghĩa của chân không theo nghĩa hình học ( như là một thể tích không gian bị lấy mất vật chất và bức xạ) chúng ta nên hiểu những mối liên hệ chính xác giữa không gian và vật chất trong vật lý lượng tử tương đối tính. Không gian theo nghĩa là các lượng tử chịu những giới hạn. Những giới hạn này tồn tại trong lý thuyết Trường lượng tử mà ở đó những điều kiện của thuyết Tương đối hẹp đã can thiệp vào. Về phần không gian trong thuyết tương đối tổng quát thì cho đến nay nó vẫn chưa hòa nhập vào phương pháp của lý thuyết lượng tử.

Chân không vật lý chứa đầy vật chất ảo. Lý thuyết Trường lượng tử đã cung cấp cho ý tưởng này sự hợp pháp và chính xác, rộng rãi hơn. Không gian trống rỗng là một đại dương có thể bị khuấy động bởi những cơn bão vật chất: sự phân cực của chân không, các cặp hạt- phản hạt ảo….Ít ra là khi người ta tra vấn về ý nghĩa cụ thể của điều này thì đó cũng là một cách giải thích. Khi lý thuyết áp dụng vào thực tế nó phải đành chấp nhận các thực thể mang tính hình thức hơn và kém trực giác hơn: các trường lượng tử. Sự biến đổi về mặt ý nghĩa này có thể được minh họa bởi khái niệm “ hạt ảo” cùng với sự thay đổi tận gốc rễ về khái niệm hạt.

Ở đây phải chú ý một điều về tính bất khả liên thông. Đối với vật lý cổ điển ( từ Newton đến D’Alembert, Lagrange,…) thì điều làm nên sự khác biệt về cơ bản giữa không gian ( cái vỏ chứa) và vật chất (cái được chứa), trái ngược với quan niệm của Descartes, đó chính là tính chất bất khả liên thông được xem như là một thuộc tính của vật chất. Từ nay, với nguyên lý loại trừ của Pauli thì Vật lý Lượng tử quan niệm rằng tính chất bất khả liên thông này chỉ là một trong những thuộc tính của vật chất trong một số những điều kiện nào đó ( hai electron hay tổng quát hơn hai fermion không thể có cùng trạng thái). Các hạt vật chất khác không có tính chất này là những boson ( photon, meson, …).Nhận xét này cùng với những điều kiện chiếm chỗ bởi các hạt vật chất có liên quan đến khái niệm “ không gian trống rỗng”.

Chân không ở các khoảng hở giữa các tầm mức khác nhau của cấu trúc vật chất trong trạng thái “tự nhiên” được quan sát trên trái đất ( nguyên tử-hạt nhân, hạt nhân-nucléon, nucleon-quark) có tính chất tương đối và có tầm quan trọng giảm sút khi người ta nhận thấy rằng trong thiên nhiên tồn tại những trạng thái cực kỳ cô đặc của vật chất mà ở đó các khoảng hở co rút một cách đáng kể. Những ngôi sao neutron, những lỗ đen và chất plasma tạo bởi quark và gluon là những thí dụ về những trạng thái ấy. Ở đó sự tách biệt giữa các tầm mức bị thủ tiêu lần luợt ở các mức độ nguyên tử-hạt nhân, hạt nhân-nucléon và nucleon–quark.

Những ngôi sao neutron được hình thành bởi một khí neutron suy biến là kết qủa của phản ứng hạt nhân p+e →n+ ν, các neutron này đè nén lên nhau nên cấu trúc của nguyên tử và hạt nhân ở trạng thái ban đầu của vật chất tạo nên ngôi sao không còn được giữ. Tỷ trọng của các lỗ đen còn lớn hơn thế nữa và ở đó chính những hạt proton và neutron cũng không còn phân biệt được. Các chất plasma quark-gluon là các trạng thái của vật chất hạt nhân có mật độ cực kỳ cao được hình thành một cách nhân tạo trong qúa trình va chạm giữa các hạt có năng lượng cao ( các hạt nhân tương đối trong các tia vũ trụ hoặc là những ion nặng được gia tốc): các hạt nhân mất đi căn gốc và các thành phần của chúng (quark và gluon) tạo nên một chất plasma. Đó là một trạng thái mới của vật chất được tạo bởi sự chuyển pha. Sự giam giữ định xứ của các thành phần bên trong hạt nhân tạm thời bị phá vỡ. Các hạt quark và gluon chuyển động tự do trong một không gian không còn là trống rỗng . Không gian này bị quấy động bởi các cặp quark-antiquark có bậc kích thích cao của một ‘đại dương các hạt ảo”.

Theo gỉa thuyết được chấp nhận về Big Bang hay là vụ nổ của “nguyện tử sơ khai” thì vật chất được phân bố trong vũ trụ ngày nay, vào những khoảnh khắc đầu tiên của sự tiến hóa của vũ trụ, đã ở trạng thái có mật độ cực kỳ lớn (gần như vô hạn) mà ở đó tất cả các hạt khả dĩ của trường vật chất thống nhất tồn tại trong một thể tích không gian gần như zero. Vào lúc ban đầu chân không vắng mặt (ít ra là nó không có mặt khắp nơi ngoại trừ một điểm?). Vũ trụ học đương thời đang đặt lại vấn đề về không gian và chân không theo cách thức riêng của nó.

Nơi vật chất tạo ra không gian

Vào thế kỷ 20 lý thuyết Tương đối và Lượng tử hàm chứa những thay đổi một cách đáng kể về mặt khái niệm của chất Ether và của chân không vật lý. Không còn nữa một bên là chân không, bên kia là vật chất và khái niệm chân không được thay thế bởi những phạm trù đã có từ trước. Giống như khái niệm về vật chất, khái niệm về chân không chỉ mang tính liên hệ mà không còn là bản chất ( hay đúng hơn là bản chất được xác định trong mối liên hệ).

Trong sự biểu hiện này, nếu chân không là vật lý thì nhất thiết nó là vật chất. Chính nơi biểu hiện này người ta tìm lại được trực giác sâu sắc của Descartes. Nó không được hình thành từ những thuật ngữ của bản thể học nữa mà lại từ một thuật ngữ chỉ mối liên hệ trong các ngành Vật lý hiện hành. Theo đó thì, vật chất, không gian và thời gian kết hợp lại trong một thể thống nhất: Vật chất- Không-Thời gian mà chân không chỉ là một trạng thái riêng biệt. Đó là một trạng thái định xứ ( nó có thể được tạo nên một cách nhân tạo với một sự gần đúng rất cao) hoặc theo quan niệm toàn xứ (global) ở đó toàn thể vũ trụ được xem xét như một thực thể , thì nó là một trạng thái giới hạn không đạt tới được vào thời điểm hiện nay của lịch sử vũ trụ ( vì bức xạ nền là 2,7K).

Vũ trụ học hiện nay đặt vấn đề chân không , nghĩa là không gian tuyệt đối không có mặt của vật chất, theo một cách khác do sự lệch hướng của lịch sử Vũ trụ và sự gĩan nở của nó trong không gian. Vật lý thiên văn và Vũ trụ học hiện hành chứng tỏ rằng những khái niệm nền tảng của chúng ta về cấu trúc vũ trụ vật lý đã hàm chứa nơi sự điều chỉnh và cách thức đặt vấn đề về chân không như thế nào.

Trước tiên hãy xem xét Vật lý thiên văn. Không gian giữa các thiên thể nơi mà các quasar, nguồn bức xạ, thiên hà, lỗ đen, pulsar, ngôi sao, sao chổi, các hành tinh và những vệ tinh của chúng, các tiểu hành tinh,…. chuyển động cũng chính là nơi có chân không gần như tuyệt đối. Tuy nhiên, vùng không gian đó lại không bị tước mất vật chất và năng lượng. Ngoài các đối tượng to lớn được đề cập trên, người ta bắt gặp ở đó những cơn gío mặt trời, những chất khí ,…Nhưng người ta cũng thấy ở đó những tia vũ trụ được tạo bởi các hạt mang điện ( hạt nhân, proton) hay trung hòa ( sóng điện từ, ánh sáng , tia X hay gamma và các hạt neutrino) đến từ những vụ nổ của các vì sao hay những biến cố mạnh mẽ của Vũ trụ. Trong những vùng như thế sự có mặt của trường điện từ sẽ làm tăng tốc các hạt. Vả lại, cái “nền trời” nghĩa là không gian hay chân không vũ trụ lại được nhấn chìm trong một bức xạ đẳng hướng với mật độ tương đối lớn và nhiệt độ rất thấp (bức xạ nền 2,7K) cũng được bồi bổ thêm bằng các hạt neutrino có năng lượng đáng kể. Như thế, phải chăng chân không vũ trụ lại chứa đầy những “đối tượng” gần như không nắm bắt được?

Và bây giờ hãy xét đến Vũ trụ học. Những gía trị giới hạn của các trạng thái có mật độ cực kỳ lớn vào lúc khởi thủy của Vũ trụ mà chúng ta đã nhắc ở trên đã đặt ra một cách sâu sắc hơn vấn đề về bản chất, không chỉ của chân không mà còn của chính không gian. Khi chúng ta đi ngược thời gian, ngược dòng gĩan nở của vũ trụ thì toàn bộ thể tích không gian chiếm bởi vật chất ( hạt và bức xạ) rút gọn lại trong một vùng có kích thước vô cùng nhỏ nhưng chứa toàn bộ năng lượng của Vũ trụ. Cái giới hạn này gần như là một điểm (chiều dài Planck) là kết qủa của phép ngoại suy và hầu như không bao giờ chúng ta quan sát được vì phải đi ngược về thời điểm xa xưa nhất trong khi các thiên hà đang dịch xa nhau ngày càng nhanh. Trong vùng lân cận của “thời điểm gốc” những qúa trình vật lý bị “tẩy rửa” bởi các pha liên tiếp của các tương tác nổi trội .Các ý kiến rất khác nhau về bản chất của Vũ trụ vào những khỏanh khắc đầu tiên ra đời của nó.

Một số người nói về điểm kỳ dị như là một điểm tóan học: có cái gì vào thời điểm zero ( thậm chí vào các thời điểm âm)? Vật chất đã nổi lên từ….chân không hay từ hư vô? Người ta nói rằng tình huống này tương tự như tại tâm của lỗ đen Schwartzschild….Nhưng, đối với một mật độ vật chất vô hạn , thì những phương trình Einstein không có khả năng mô tả tình huống đó .Mặt khác, trước khi đạt tới giới hạn đó, khi thể tích của vũ trụ không vượt qúa thể tích của một nguyên tử ( vào thời điểm t=10-43 s) ,thì lý thuyết Tương Đối tổng quát phải được điều chỉnh và thay thế bằng lý thuyết vẫn nằm ở tương lai: lý thuyết hấp dẫn lượng tử. Sở dĩ chúng ta vẫn không biết gì về ý nghĩa của thời gian và không gian ở dưới gía trị này là vì chưa có một lý thuyết vật lý nào để định nghĩa chúng.

Ngay cả trong gỉa thuyết thuần túy toán học về điểm kỳ dị thì người ta cũng không thể hình dung đến việc quay trở lại phía sau bờ mé của điểm kỳ dị: thời gian và không gian không còn ý nghĩa nữa ở bờ mé của giới hạn. Do đó, ngoại trừ là một sự lạm dụng ngôn ngữ, người ta không thể nói về sự sáng tạo của vũ trụ. Trừ phi gỉa định rằng không gian trống rỗng và thời gian vĩnh cửu luôn luôn hiện hữu trước vật chất, điều mà chúng ta gặp lại nơi không gian và thời gian tuyệt đối của Newton và nơi những cuộc tranh luận của những người tác động đến triết học Kinh viện. Dường như cũng rất khó khăn để quan niệm về sự hình thành Vũ trụ trong một không gian trống rỗng đã hiện hữu trước. Bởi vì, vào những thời điểm xa xưa nhất và trong những không gian mỏng manh nhất thì sự mô tả vật chất chỉ liên hệ duy nhất với thời gian và không gian rất nhỏ trải ra cho đến lúc ấy. Đối với tôi, những gỉa định cho phép tưởng tượng đến những vũ trụ có trước thời gian (thời gian của chúng ta) hay là những sự tái sáng tạo sau vụ nổ cuối cùng, nếu thật là như vậy, chỉ đánh dấu sự kết thúc ( không phải của thời gian mà là) của định nghĩa về thời gian ( bằng một hiệu ứng ngược với những thời điểm đầu tiên).

Vấn đề chân không tồn tại trước Vũ trụ đã gợi lại những lập luận tương đối của Aristote và những nhà triết học Kinh viện về sự dịch chuyển Vũ trụ nếu chân không hiện hữu. Hơn nữa, sự đa dạng của các hình học khả dĩ đối với không gian của thế giới vật lý cho phép trả lời cho những câu hỏi về giới hạn của Vũ trụ hay về cái gọi là “bên ngoài” vũ trụ. Hình học của Vũ trụ thay đổi theo thời gian (chẳng hạn như nó được xác định bởi độ cong toàn phần, không kể đến những biến đổi cục bộ) và vào mỗi thời điểm người ta có thể quan niệm về một loại Vũ trụ khép kín nhưng không có giới hạn .

Trong khi vật chất gĩan nở trong không gian thì sự tiến hóa của Vũ trụ đã gợi lên ý tưởng rằng chính không gian cũng đã sinh ra bởi sự gĩan nở này, nghĩa là sinh ra từ vật chất. Tuy nhiên cũng chính ý tưởng này mà người ta lại tìm thấy điều gì đó trong trực giác của người xưa bởi vì chân không không thể được xem là sự phủ định của vật chất ( nó cùng với thời gian, không thể diễn tả ngoài hiện tượng được, nghĩa là ngoài vật chất).

Chính vật chất đã tạo nên không gian (không-thời gian). Không gian và thời gian là những dạng của vật chất và chúng không thể được quan niệm là có trước vật chất. Trong tiến trình giãn nở của Vũ trụ, không gian được sinh ra cùng với thời gian và theo thời gian , vì những gì xảy đến cho vật chất.

Điều thú vị cần chú ý là, qua những sự biến đổi của khái niệm chân không từ thời cổ đại Hy lạp cho đến những khái niệm của Vật lý và Vũ trụ học đương thời , thì từ ngữ “chân không” vẫn như thế. Cũng như các từ “không gian” và “vật chất” vẫn tiếp tục chỉ định những khái niệm đã có ( hay những phạm trù đã được đề cập) nhưng nội dung của chúng đã được điều chỉnh một cách sâu sắc vào mỗi giai đoạn bởi sự tương liên về ý nghĩa vật lý và triết học. Cho nên với mỗi giai đoạn hay mỗi khái niệm chúng ta đều có thể nói về một hệ thống bao hàm các ý nghĩa tương hỗ của các khái niệm chính xác như chân không, không gian, vật chất, thời gian trong một tập hợp các khái niệm mang tính dễ hiểu thuần lý- những hình thức của kiến thức và cách nhìn về thế giới. Có lẽ sự tồn tại dai dẳng của một từ ngữ nằm ở chỗ là, những khái niệm vật lý luôn luôn có tính cách liên đới trong nhiều phạm trù tổng qúat hơn của tư tưởng. Những khái niệm này đòi hỏi sự liên kết giữa chúng và mối ràng buộc với kinh nghiệm chung thường ngày. Cho dù những kinh nghiệm này, ngay khi bị phê phán, vẫn tiếp tục cung cấp những thông tin về những gì mà chúng ta quan niệm và điều đó được xem như là mang đến tính chất dễ hiểu của các khái niệm. Có thể nói rằng, đó chính là những sức nặng của tư tưởng về chân không. Điều mà chân không để lại nơi chúng ta đã không thể, và sẽ không thể được tư duy mà không có những sức nặng ấy.

(Nguồn: http://sachhiem.net)

 
Để lại bình luận

Posted by on Tháng Tư 27, 2011 in Khảo Luận

 

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: