Kỷ niệm ngày sinh Isaac Newton

Ngày 4/1/2013, kỷ niệm 370 năm ngày sinh thiên tài Isaac Newton (04-01-1643).

Là một trong những thiên tài lớn nhất thế giới, một trong những trí tuệ khoa học sáng giá nhất của mọi thời đại - Isaac Newton là một nhà vật lý, nhà thiên văn học, nhà triết học, nhà toán học, nhà thần học, ông cũng là nhà giả kim, hóa học, về lý thuyết lẫn thực nghiệm.Chế ra kính thiên văn, phát minh Toán vi-tích phân và nhất là khám phá  lực hấp dẫn.

"If I have seen further it is because I have stood on the shoulders of giants" –Isaac Newton.

Isaac Newton sinh ra tại một ngôi nhà ở Woolsthorpe, gần Grantham ở Lincolnshire, Anh, vào ngày 4 tháng 1 năm 1643, gần đúng một thế kỷ sau khi Nicolas Copernicus (1473 – 1543) tạ thế, và đúng vào những năm Galileo Galilei  (1564-1642) từ trần. Có lẽ vì ảnh hưởng từ cái chết của cha ông trước khi ông ra đời hai tháng mà mẹ ông sinh thiếu tháng và từ nhỏ Newton đã rất ốm yếu.
Khi Isaac lên hai tuổi, mẹ tái giá, và Isaac được gởi đến bà ngoại nuôi, cậu James Ayscough đỡ đầu. Lên năm, Isaac học tiểu học trường làng, trước tiên tại Skillington, sau đó tại Stoke.

Sống không hạnh phúc với bố dượng từ nhỏ, Newton bắt đầu những năm học phổ thông trầm uất, xa nhà và bị gián đoạn bởi các biến cố gia đình. May mắn là do không có khả năng điều hành tài chính trong vai anh cả sau khi bố dượng mất, ông tiếp tục được cho học Đại học sau phổ thông vào năm 1661, sử dụng học bổng của trường với điều kiện phải phục dịch các học sinh đóng học phí.

Năm 18 tuổi, Isaac đậu vô Đại học Cambridge, nơi đó ông  ở lại trong suốt 40 năm, đầu tiên là sinh viên, sau đó là giáo sư.  Tại đại học này ngoài những bài học về Toán Descartes, ông còn thích môn Thiên văn, do đó phải học toán hình học vì ông còn thiếu nhiều khái niệm toán học để hiểu các công trình của Edmund Halley (1656-1742).

Việc học của Isaac không cho phép ông có thì giờ cưới cô Storey (một bạn học cũ, người đã từng đính hôn với Newton năm ông 17 tuổi và sẽ cưới sau khi Newton ra trường) và cuối cùng ông sống độc thân suốt đời.

Tại Cambridge, trong 3 năm đầu tiên của đời sống sinh viên, ông  học Số học, Hình học trong Éléments của Euclide và Lượng giác. Sự gặp gỡ với giáo sư khoa học Isaac Barrow (1630 - 1677) quyết định nghề nghiệp khoa học của ông sau này. Giáo sư Barrow ngạc nhiên về trí thông minh của Newton đến nỗi ông từ chức để nhường chỗ cho Newton, một người mà ông biết ngay sẽ là một nhà toán học và vật lý học vô cùng đặc biệt.

Mục tiêu ban đầu của Newton tại Cambridge là tấm bằng luật sư với chương trình nặng về triết học của Aristotle, nhưng ông nhanh chóng bị cuốn hút bởi toán học của Descartes, thiên văn học của Galileo và cả quang học của Kepler. Ông đã viết trong thời gian này: "Plato là bạn của tôi, Aristotle là bạn của tôi, nhưng sự thật mới là người bạn thân thiết nhất của tôi". Tuy nhiên, đa phần kiến thức toán học cao cấp nhất thời bấy giờ, Newton tiếp cận được là nhờ đọc thêm sách, đặc biệt là từ sau năm 1663, gồm các cuốn Elements của Euclid, Clavis Mathematica của William Oughtred, La Géométrie của Descartes, Geometria a Renato Des Cartes của Frans van Schooten, Algebra của Wallis và các công trình của François Viète.

Năm 23 tuổi, chàng thanh niên Newton nhận bằng Bachelor of Arts, tương đương với cử nhân hiện nay. Lúc  bấy giờ bệnh dịch hạch lan tràn khắp Âu châu , đại học đóng cửa và Newton về quê Woolsthorpe, ở trong nông trại nơi ông sinh ra. Trong suốt hai năm, ông  không ngừng  làm việc, suy nghĩ và nghiên cứu khoa học. Và cũng chính những năm tháng quý báu ấy, Newton đã cho ra đời những phát minh khiến ông nghiễm nhiên trở nên ngang hàng với các thiên tài khoa học của mọi thời đại.

Trước hết Newton phát minh ra khoa Toán học Vi phân dùng để tính những số lượng chuyển biến như sự vận động của các vật thể, của làn sóng và để giải những bài toán vật lý có liên quan tới mọi sự chuyển động. Cũng trong lúc đó, Gottfried Leibniz (1646-1716), nhà bác học Đức cũng tìm ra cách tính này.  Do đó sinh ra một cuộc bút chiến giành quyền tác giả ưu tiên, một cuộc bút chiến dữ dội và lâu dài vì Newton khái niệm về toán vi phân trước Leibniz rất lâu, nhưng  Leibniz lại in đề tài này ra trước.

Khám phá quan trọng thứ hai của Newton là định luật về thành phần ánh sáng và từ đó ông phân tích được bản chất của màu sắc và bản chất của ánh sáng trắng. Newton chứng minh rằng: ánh sáng trắng của mặt trời gồm có những tia sáng màu mà ta thường thấy ở cầu vồng. Như vậy màu sắc là bản chất của ánh sáng, và ánh sáng trắng - những thí nghiệm bằng lăng kính của Newton đã chứng minh - là do sự trộn lẫn tất cả các màu sắc của quang phổ. Từ khám phá này, Newton tiến đến việc chế tạo kiểu viễn kính phản chiếu đầu tiên, có thể đem ra sử dụng một cách có hiệu quả.

Khám phá thứ ba có lẽ là khám phá vĩ đại nhất của Newton, là định luật vạn vật hấp dẫn. Khám phá này đã kích động trí tưởng tượng của các nhà khoa học, mãnh liệt hơn mọi khám phá về lý thuyết khác trong thời kỳ cận đại. Theo một giai thoại ai cũng biết thì Newton giác ngộ rồi tìm ra định luật hấp dẫn khi ông quan sát quả táo rơi. Sự thật thì chuyện trái đất hút những vật ở gần không có gì mới lạ. Nhưng điều mới lạ là Newton đã mở rộng nhận xét đó để áp dụng đối với vạn vật, từ trái đất các hành tinh và chứng minh được thuyết của ông bằng toán học.

Điều đáng ngạc nhiên là Newton không hề công bố gì về ba phát minh cực kỳ quan trọng của ông về toán học vi phân, màu sắc và định luật hấp dẫn. Bản tính rất dè dặt kín đáo, ông không thích tiếng tăm, không thích tranh luận, và có ý muốn xếp xó những phát minh của ông. Những gì ông công bố sau này đều do bạn bè thúc ép, những công bố song ông lại hối hận vì trót mềm yếu nghe lời họ. Ông nghĩ rằng công bố sẽ khiến cho người ta phê bình, rồi từ phê bình đi tới tranh luận, điều mà Newton với bẩm tính nhạy cảm rất lấy làm khổ tâm.

Sau những năm sống ẩn dật và nhàn hạ bất đắc dĩ vì bệnh dịch hạch tàn sát London, Newton lại trở lại Cambridge. Chỉ biết ông tiếp tục nghiên cứu về ánh sáng và công bố khám phá của ông về thành phần của ánh sáng trắng. Lập tức ông bị lôi cuốn vào một cuộc tranh luận vì lẽ những kết luận của ông về ánh sáng trái ngược hẳn với quan niệm đương thời, và vì trong tập tài liệu công bố, ông đã trình bày quan niệm triết lý của ông về khoa học. Ông chủ trương rằng: nhiệm vụ chính yếu của khoa học là tiến hành những cuộc thí nghiệm, ghi nhận những kết quả của thì nghiệm, và sau hết là rút ra những định luật toán học căn cứ vào kết quả những thí nghiệm đó. Ông viết: “Phương pháp thích đáng nhất để nghiên cứu đặc tính của sự vật là suy luận xuất phát từ những cuộc thí nghiệm”. Những nguyên tắc này hoàn toàn phù hợp với phương pháp nghiên cứu khoa học hiện đại, nhưng trong thời Newton lại không được chấp nhận. Thời đó, chịu ảnh hưởng triết học cổ, các học giả thường hay tin ở trí tưởng tượng, ở lý trí, ở bề ngoài của sự vật nhiều hơn là tin ở sự thí nghiệm.

Năm 1687 ông xuất bản quyển Những nguyên tắc Toán học trong Triết học tự nhiên (Principes de Mathématiques de la Philosophie naturelle). Trong đó ông chứng minh sự rơi, sức hút vạn vật và sự chuyển động các vì sao. Đó là sức hấp dẫn vạn vật. Trong quyển sách này, ông trình bày bốn quy tắc của lý luận khoa học :

• Các hiện tượng tự nhiên phải được giải thích bằng một hệ tối giản các quy luật đúng, vừa đủ và chặt chẽ.
• Các hiện tượng tự nhiên giống nhau phải có cùng nguyên nhân như nhau.
• Các tính chất của vật chất là như nhau trong toàn vũ trụ.
• Một nhận định rút ra từ quan sát tự nhiên chỉ được coi là đúng cho đến khi có một thực nghiệm khác mâu thuẫn với nó.

Bốn quy tắc súc tích và tổng quát cho nghiên cứu khoa học này đã là một cuộc cách mạng về tư duy thực sự vào thời điểm bấy giờ. Thực hiện các quy tắc này, Newton đã hình thành được các định luật tổng quát của tự nhiên và giải thích được gần như tất cả các bài toán khoa học vào thời của ông. Newton còn đi xa hơn việc chỉ đưa ra các quy tắc cho lý luận, ông đã miêu tả cách áp dụng chúng trong việc giải quyết một bài toán cụ thể. Phương pháp giải tích mà ông sáng tạo vượt trội các phương pháp mang tính triết lý hơn là tính chính xác khoa học của Aristoteles và Thomas Aquinas. Newton đã hoàn thiện phương pháp thực nghiệm của Galileo Galilei, tạo ra phương pháp tổng hợp vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay trong khoa học.

"...Quyển đầu tiên của bộ sách Nguyên tắc toán học, đề cập đến sự chuyển động các vật thể trong không gian. Phần thứ hai của quyển này đề cập đến sự chuyển động trong môi trường trở lực, thí dụ như chuyển động dưới nước. Trong phần cuối Newton đề cập đến sự chuyển động phức tạp của thể lỏng và những bài toán về sự chuyển động này đều được giải đáp. Ngoài ra Newton có tính các tốc độ của âm thanh và diễn tả bằng toán học sự chuyển động của làn sóng. Quyển một này là nền tảng của khoa học vật lý toán học, khoa thủy tĩnh học và thủy động học ngày nay..." (trích trong "Lược sử thời gian" của Hawking)

Những năm 1692 đến 1694, ông bị đau óc, phải nghỉ đến 10 năm sau mới xuất bản quyển khảo luận Quang học (Traité d'Optique), cuốn khảo luận về cách tính Vi phân.

Vào tuổi 51, Newton sức khoẻ kém, tinh thấn suy sụp bởi ông thất vọng vì khám phá của mình ít được ai đánh giá cao như ý ông muốn, chao đảo bởi những vấn đề thần học và tín ngưỡng, và hình như cuộc hỏa hoạn đã đốt cháy căn nhà ông với phòng thí nghiệm cùng một số lớn bản thảo mà ông quí biết bao tất cả như giọt nước đã làm tràn cái ly đầy làm ông trở nên đa nghi đến cực độ, tạo kẻ thù khắp nơi.

Ba năm sau, tinh thấn ông khá hơn nhiều. Ông bỏ chức giáo sư, ra khỏi Cambridge vì phần lớn bạn ông đều đã chết hay đã không còn làm ở đó nữa.

Năm 1699, Newton bắt đầu thích thú trong những hoạt động của Hội Khoa học Hoàng gia Luân Đôn. Ít lâu sau ông được làm thành viên của hội đồng.

Ngày 30 tháng 11, 1703 Newton được đắc cử chủ tịch của Hội Khoa học Hoàng gia Luân Đôn và giữ chức  này cho đến ngày cuối cùng.

Năm 1724 bệnh phổi của ông  bắt đầu và ông bị bó buộc phải rời London để tới Kensington ở.

Ngày 28 tháng Hai 1727, ngay vừa mời bớt bệnh goutte, ông đã phải đến London để chủ tọa cuộc họp ở Hội Khoa học Hoàng gia Luân Đôn.  Đường xa mệt nhọc đã làm ông nằm liệt cho đến 20 tháng Ba thì ông qua đời, được mai táng trong tu viện Westminster, bên cạnh các vua Anh quốc, thọ 85 tuổi.

Newton đã một mình đóng góp cho khoa học nhiều hơn bất cứ một nhân vật nào trong lịch sử của loài người. Ông đã vượt trên tất cả những bộ óc khoa học lớn của thế giới cổ đại, tạo nên một miêu tả cho vũ trụ không tự mâu thuẫn, đẹp và phù hợp với trực giác hơn mọi lý thuyết có trước. Newton đưa ra cụ thể các nguyên lý của phương pháp khoa học có thể ứng dụng tổng quát vào mọi lĩnh vực của khoa học. Đây là điều tương phản lớn so với các phương pháp riêng biệt cho mỗi lĩnh vực của Aristoteles và Aquinas trước đó.

Cũng có các nhà triết học trước như Galileo và John Philoponus sử dụng phương pháp thực nghiệm, nhưng Newton là người đầu tiên định nghĩa cụ thể và hệ thống cách sử dụng phương pháp này. Phương pháp của ông cân bằng giữa lý thuyết và thực nghiệm, giữa toán học và cơ học. Ông toán học hoá mọi khoa học về tự nhiên, đơn giản hoá chúng thành các bước chặt chẽ, tổng quát và hợp lý, tạo nên sự bắt đầu của kỷ nguyên suy luận. Những nguyên lý mà Newton đưa ra do đó vẫn giữ nguyên giá trị cho đến thời đại ngày nay. Sau khi ông ra đi, những phương pháp của ông đã mang lại những thành tựu khoa học lớn gấp bội những gì mà ông có thể tưởng tượng lúc sinh thời. Các thành quả này là nền tảng cho nền công nghệ mà chúng ta được hưởng ngày nay.

Không ngoa chút nào khi nói rằng Newton là danh nhân quan trọng nhất đóng góp cho sự phát triển của khoa học hiện đại. Như nhà thơ Alexander Pope đã viết:

“Nature and Nature's laws lay hid in night
God said, Let Newton be!
and all was light .”

Tự nhiên im lìm trong bóng tối
Chúa bảo rằng Newton ra đời!
Và ánh sáng bừng lên khắp lối .

Theo Diễn đàn toán hoc