Khi chĩa chiếc kính tự chế lên trời vào cuối năm một nghìn sáu trăm lẻ chín và đầu năm một nghìn sáu trăm mười, Galileo Galilei thấy Mặt Trăng không nhẵn bóng mà có núi non và miệng hố, thấy dải Ngân Hà mờ mờ thật ra gồm vô số ngôi sao, và thấy bốn chấm sáng nhỏ đi vòng quanh sao Mộc. Những quan sát ấy, cùng với pha khuyết của sao Kim mà ông thấy sau đó, cho thấy không phải mọi thứ trên trời đều quay quanh Trái Đất.
Chào bạn, đây là Nhà Vật Lý. Mở đầu loạt tập về những phát hiện lớn của vật lý, mình kể lại vài tháng đặc biệt trong lịch sử, khi một ông giáo sư toán người Ý làm một việc giản dị: hướng ống kính lên trời và ghi chép cẩn thận những gì nhìn thấy. Mình cố kể đúng những gì đã được ghi nhận, và nói rõ chỗ nào là giai thoại.
Một món đồ chơi từ Hà Lan trở thành dụng cụ khoa học
Những ống nhòm đầu tiên xuất hiện ở Hà Lan khoảng năm một nghìn sáu trăm lẻ tám, ghép hai thấu kính trong một ống, phóng to được vài lần. Chúng được xem như đồ dùng cho thuỷ thủ, quân đội, hay món đồ lạ.
Galileo nghe tin về dụng cụ này và tự mài thấu kính, tự chế lấy. Ông cải tiến nhanh, từ vài lần phóng đại lên khoảng hai mươi lần. Kính của ông vẫn rất thô theo tiêu chuẩn ngày nay: trường nhìn hẹp, ảnh nhoè ở rìa, rất khó giữ vững.
Điều khác biệt không nằm ở chiếc kính mà ở việc ông làm với nó. Thay vì nhìn tàu thuyền ngoài khơi, ông nhìn lên trời một cách có hệ thống, vẽ lại, ghi ngày giờ, so sánh qua nhiều đêm.
Đầu năm một nghìn sáu trăm mười, ông công bố kết quả trong một cuốn sách mỏng tên là Sứ giả của các vì sao.
Mặt Trăng có núi và dải Ngân Hà là vô số ngôi sao
Theo quan niệm phổ biến thời ấy, các thiên thể là những khối cầu hoàn hảo, nhẵn bóng, khác hẳn Trái Đất gồ ghề. Galileo nhìn đường ranh giới sáng tối trên Mặt Trăng và thấy những đốm sáng nằm lẻ trong vùng tối, như đỉnh núi đón nắng sớm khi chân núi còn trong bóng đêm.
Ông lập luận rằng Mặt Trăng có núi, có thung lũng, và còn ước tính được độ cao của núi từ chiều dài bóng đổ. Mặt Trăng là một thế giới bằng đá, không khác bản chất Trái Đất là mấy.
Chĩa kính vào dải Ngân Hà, thứ mà mắt thường chỉ thấy như một vệt sữa mờ, ông thấy nó vỡ ra thành vô số ngôi sao nhỏ mà mắt không phân biệt được. Bầu trời chứa nhiều sao hơn bất kỳ ai từng tưởng.
Bầu trời không còn là một vòm trang trí hoàn hảo, mà là nơi có thể khám phá, đo đạc.
Bốn chấm sáng quanh sao Mộc
Đầu tháng Một năm một nghìn sáu trăm mười, Galileo thấy cạnh sao Mộc có mấy ngôi sao nhỏ xếp gần thẳng hàng. Đêm sau, vị trí của chúng đã thay đổi. Theo dõi nhiều đêm, ông nhận ra chúng không phải sao cố định mà đi theo sao Mộc, lúc ở bên này lúc ở bên kia, có lúc khuất sau nó.
Kết luận duy nhất hợp lý là có bốn thiên thể đang quay quanh sao Mộc. Ngày nay chúng được gọi là bốn vệ tinh Galileo. Ông đặt tên chúng theo dòng họ Medici, gia đình quyền lực ở Florence, và không lâu sau ông được nhận làm nhà toán học của triều đình ở đó.
Ý nghĩa của phát hiện này rất lớn. Một trong những lý lẽ chống lại ý tưởng Trái Đất quay quanh Mặt Trời là: nếu Trái Đất chuyển động, Mặt Trăng sẽ bị bỏ lại phía sau. Sao Mộc với bốn vệ tinh theo cùng cho thấy một thiên thể chuyển động vẫn giữ được các vệ tinh của nó.
Nó cũng cho thấy có những thiên thể quay quanh một thứ không phải Trái Đất. Trái Đất không còn là tâm duy nhất của mọi chuyển động.
Pha của sao Kim và mô hình nhật tâm
Ít lâu sau, Galileo quan sát sao Kim và thấy nó có pha tròn khuyết như Mặt Trăng, kích thước thay đổi rõ rệt: khi khuyết thành lưỡi liềm thì trông to, khi gần tròn thì trông nhỏ.
Trong mô hình cũ, với mọi thứ quay quanh Trái Đất theo cách người ta thường hình dung, sao Kim không thể có đủ chuỗi pha như vậy. Còn nếu sao Kim quay quanh Mặt Trời, phía trong quỹ đạo Trái Đất, thì chuỗi pha và sự thay đổi kích thước được giải thích rất gọn gàng.
Đây là một bằng chứng quan sát mạnh mẽ ủng hộ ý tưởng nhật tâm mà Copernicus đã đề xuất trước đó. Galileo cũng là người quan sát vết đen Mặt Trời, và thấy sao Thổ có hình dạng kỳ lạ như có hai cái tai, dù kính của ông chưa đủ tốt để nhận ra đó là vành đai.
Như mình đã kể ở tập về sao Hôm sao Mai, bạn có thể tự thấy pha của sao Kim bằng một chiếc ống nhòm đặt chắc tay. Bạn đang lặp lại đúng quan sát của Galileo hơn bốn thế kỷ trước.
Cái giá của việc nói ra điều mình thấy
Việc Galileo công khai ủng hộ thuyết nhật tâm dẫn ông tới xung đột với giới chức tôn giáo thời bấy giờ. Năm một nghìn sáu trăm ba mươi ba, ông bị xét xử, buộc phải rút lại quan điểm và sống những năm cuối đời trong tình trạng bị quản thúc tại nhà. Các sử gia vẫn còn bàn về những yếu tố khoa học, chính trị và cả tính cách cá nhân trong câu chuyện phức tạp này.
Câu nói nổi tiếng gắn với ông, rằng dù sao nó vẫn quay, nhiều khả năng là giai thoại được thêm vào về sau, không có bằng chứng ông đã nói như vậy.
Điều chắc chắn là phương pháp của Galileo, quan sát có hệ thống, đo đạc, dùng toán học để mô tả tự nhiên, trở thành nền móng cho vật lý hiện đại. Ông còn nghiên cứu chuyển động rơi, mặt phẳng nghiêng và con lắc, những thí nghiệm mà mình đã nhắc nhiều lần trong các tập trước.
Câu hỏi để bạn nghĩ tiếp: Galileo mô tả được các vật rơi thế nào nhưng chưa giải thích vì sao chúng rơi, và vì sao Mặt Trăng không rơi xuống Trái Đất. Người trả lời câu hỏi đó gắn với một quả táo nổi tiếng. Chuyện quả táo có thật không?
Câu hỏi thường gặp
Galileo có phải người phát minh ra kính thiên văn không?
Không. Những ống nhòm đầu tiên xuất hiện ở Hà Lan trước đó. Galileo là người tự chế, cải tiến đáng kể và là một trong những người đầu tiên dùng nó để quan sát bầu trời một cách có hệ thống.
Bốn vệ tinh Galileo tên là gì?
Bốn vệ tinh lớn của sao Mộc mà Galileo phát hiện ngày nay mang tên Io, Europa, Ganymede và Callisto. Ganymede là vệ tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời.
Galileo có thật thả hai quả cầu từ tháp nghiêng Pisa không?
Câu chuyện này được một học trò của ông kể lại, nhưng không có ghi chép nào của chính Galileo về thí nghiệm ở tháp Pisa, nên nhiều sử gia coi đó là giai thoại. Galileo đúng là đã nghiên cứu chuyển động rơi, chủ yếu bằng mặt phẳng nghiêng.
Thuyết nhật tâm là gì?
Thuyết nhật tâm cho rằng Mặt Trời ở trung tâm và Trái Đất cùng các hành tinh quay quanh nó. Copernicus đề xuất mô hình này ở thế kỷ mười sáu; về sau được hoàn thiện bởi Kepler với quỹ đạo hình elip và được Newton giải thích bằng lực hấp dẫn.
Có thể tự quan sát những gì Galileo đã thấy không?
Có. Với ống nhòm chắc tay hay kính thiên văn nhỏ, bạn thấy được miệng hố trên Mặt Trăng, các vệ tinh của sao Mộc, pha của sao Kim và vô số sao trong dải Ngân Hà ở nơi trời tối. Tuyệt đối không nhìn Mặt Trời qua dụng cụ quang học không có kính lọc.
