LÝ THUYẾT NHẬT TÂM
VÀ
TRÁI ĐẤT TỰ QUAY
CỔ ĐẠI
(1967)

Tác giả: James Andrew Coleman* 
Người dịch: Nguyễn Văn Khoa

*

Như chúng ta đã thấy, lý thuyết các quả cầu đồng tâm có thể giải thích, dù chỉ một cách đại khái, những vòng quay đặc biệt trên các quỹ đạo của hành tinh, và nếu đây là tiêu chí duy nhất cho sự thành công, thì nó đã đạt thành quả khá cao — ít ra là trong một thời gian đáng kể. Nhưng một hiện tượng khó hiểu khác của các hành tinh đã tự động loại bỏ sự tin tưởng hoàn toàn vào lý thuyết các quả cầu đồng tâm của Eudoxos, Kallippos và Aristotelēs. Đấy  là sự thay đổi về kích thước và độ sáng của một số thiên thể trong hành trình của chúng trên bầu trời. Trong trường hợp của sao Kim và Mặt Trăng, những thay đổi nói trên là đặc biệt rõ rệt. Hơn nữa, khi Mặt Trời bị Mặt Trăng che, các lần nhật thực đôi khi có dạng hình khuyên, nghĩa là với vành ngoài của Mặt Trời được hiển thị, trong khi vào những thời điểm khác, chúng là hoàn toàn. Kết luận rõ ràng là Mặt Trăng và các hành tinh có khoảng cách khác nhau với Trái Đất trong suốt chu trình của chúng.

Những người quan sát sao xưa sớm nhất từng nghĩ rằng sao Kim là hai hành tinh khác nhau. Sao Mai (Phosphoros), ngôi sao buổi sáng, mọc ngay trước Mặt Trời, và Sao Hôm (Hesperos), ngôi sao buổi tối, mọc sau khi Mặt Trời lặn. Dường như Pythagoras là người đầu tiên quan sát thấy rằng chúng chỉ là một, và cùng là một hành tinh.

Hērakleidēs ở Pontikos (khoảng 388-310 tCn), học trò của Platōn, đã đưa ra một giải pháp rất thỏa đáng cho sự thay đổi khoảng cách của các sao Thủy và sao Kim. Ông cho rằng cả hai đều quay quanh Mặt Trời, với sao Thủy bên cạnh Mặt Trời, và, như một nhóm, cả Mặt Trời lẫn hai hành tinh đều quay quanh Trái Đất (như trong Hình 1). Giải pháp này giữ Trái Đất ở vị trí thống lĩnh của nó tại trung tâm của vũ trụ đối với các hành tinh khác — sao Hỏa, sao Mộc và sao Thổ — vẫn quay quanh Trái Đất ở những quỹ đạo xa hơn. Hình vẽ cho thấy sự quay của sao Thủy và sao Kim xung quanh Mặt Trời giải thích sự xuất hiện luân phiên của các hành tinh này trước và sau Mặt Trời, trong khi Mặt Trời quay theo quỹ đạo hàng năm của nó qua các chòm sao của Hoàng Đạo.

Hình 1

Bước hiển nhiên tiếp theo (và trong trường hợp này, là bước đi đúng) như giải pháp cho toàn bộ vấn đề là giả định rằng các hành tinh, bao gồm cả Trái Đất, đều quay chung quanh Mặt Trời. Điều này đã được Aristarkhos ở Samos (310-230 tCn) thực hiện. Trong  lý thuyết của ông, Trái Đất mất đi vị trí cao quý của nó ở trung tâm vũ trụ, và về mặt hình học, chỉ có cùng thân phận như các hành tinh khác. Bây giờ Mặt Trời đã trở thành trung tâm cố định, bất động của vũ trụ, và tất nhiên không còn di chuyển nữa.

Để giải thích sự quay hàng ngày của các ngôi sao xung quanh Trái Đất, Aristarkhos đã giả định rằng Trái Đất còn tự xoay trên trục của nó trong khi quay quanh Mặt Trời. Các vì sao xa bây giờ nằm cố định ở vị trí của chúng chứ không chuyển động, Nhưng đây không phải là bước cải tiến độc đáo của Aristarkhos. Vào cuối thế kỷ thứ V hay đầu thế kỷ thứ IV tCn, các thành viên đời sau của Trường phái Pythagoras* từng đưa ra lý thuyết cho rằng Mặt Trời, Mặt Trăng và các ngôi sao đều có vị trí cố định trong vũ trụ, nghĩa là các tầng trời và các thiên thể chỉ có vẻ như đang di chuyển mà thôi, trong khi Trái Đất xoay trên trục của nó với một tốc độ rất lớn. Tuy nhiên, các luận điểm của họ vẫn thuộc về học thuyết địa tâm, trái với cái lý thuyết nay mới thực sự là nhật tâm của Aristarkhos.

Sự kiện thuyết nhật tâm của Aristarkhos đã giải thích được sự thay đổi về độ sáng ​​biểu kiến của Mặt Trăng và các hành tinh, cũng như những chuyển động ngược của các hành tinh, là không có gì đáng ngạc nhiên, bởi vì bây giờ chúng ta đều biết rằng nó là thứ lý thuyết đúng. Thế nhưng nó đã không nhận được sự tán thành và chấp nhận rộng rãi và, trên thực tế, dường như chỉ nhận được một quy chiếu thoáng qua trong trước tác của các triết gia đương thời khác. Lý thuyết sau đó đã rơi vào quên lãng, cho đến thời Trung Cổ, khi sức nặng của các bằng chứng quan sát thuận  lợi cho nó đã giúp nó hồi sinh. Nếu lý thuyết đã được trao cho sự tin tưởng nó xứng đáng được hưởng, thì lịch sử của các môn nguồn gốc vũ trụ và vũ trụ học khoa học đã đổi khác rất nhiều.

Một số lý do có thể giải thích vì sao thuyết nhật tâm của Aristarkhos không được chấp nhận rộng rãi. Trong số đó, quan trọng nhất là, như chúng ta biết cho đến nay, Aristarkhos đã không cung cấp được những chi tiết chứng thực nào để hỗ trợ lý thuyết của ông. Hai tài liệu tham khảo quan trọng về lý thuyết của Aristarkhos nằm trong Người Đếm Cát (Sand Reckoner) của Arkhimēdēs^[1] và Về Cái Mặt Người Trên Mặt Trăng (On the Face of the Moon) của Ploutarkhos^[2]. Nhưng cả hai đều không chứa nhiều chi tiết hơn những gì đã được nêu ra ở trên. Nếu Aristarkhos đã thực hiện những tính toán chi tiết nhằm hỗ trợ lý thuyết của mình, có lẽ nó sẽ được xem xét nghiêm túc hơn, cho dù chỉ để bị bác bỏ. Bất chấp sự kiện nhà toán học Hy Lạp nổi tiếng Arkhimēdēs là người cùng thời với Aristarkhos, ông ta không đưa ra thêm tài liệu tham khảo nào mà chúng ta biết, ngoài phần đại cương trong tác phẩm đã đề cập.

Mặt khác, một lý do khoa học lớn làm mất uy tín của thuyết nhật tâm nữa đã được Aristotelēs* đưa ra trong quyển Về Các Tầng Trời (On the Heavens) của ông. Đấy là sự thất bại của nó trong việc quan sát cái được gọi là hiện tượng thị sai^[3] sao (xem hình 2 bên dưới). Nếu Trái Đất quay quanh Mặt Trời, vị trí của nó trong không gian so với các ngôi sao ở xa sẽ thay đổi liên tục. Điều này có nghĩa rằng phương hướng của một ngôi sao đã cho, từ một vị trí cụ thể, khi nó ở điểm A của Trái Đất chẳng hạn, sẽ khác sáu tháng sau, khi Trái Đất ở tại điểm B, bên phía đối diện với quỹ đạo của nó.  Kết quả là, khi vị trí của Trái Đất trên quỹ đạo của nó thay đổi, vị trí của ngôi sao ở gần hơn giữa các sao ở xa hơn cũng sẽ thay đổi.

Hình 2 - Hiện tượng thị sai sao

Lý do thực sự của việc không quan sát được hiện tượng thị sai sao vào thời của người Hy Lạp là khoảng cách đến các ngôi sao cố định lớn hơn đường kính quỹ đạo của Trái Đất rất nhiều, do đó sự khác biệt về phương hướng của một ngôi sao cố định trong vòng  sáu tháng tương ứng là nhỏ và khó phát hiện. Trên thực tế, hiện tượng thị sai sao là nhỏ đến nỗi nó vẫn không bị phát hiện cho đến năm 1838, khi cuối cùng nó được nhà thiên văn học người Đức Bessel^[4] tìm ra.

Thật ra, sự phản bác thuyết nhật tâm đã được ngầm chứa trong phản bác về sự quay của Trái Đất. Phản biện «khoa học» tập trung trên sự tin tưởng rằng một Trái Đất quay sẽ khiến cho các vật thể văng khỏi bề mặt của nó, giống như cách mà nước trào ra khỏi vành của một bánh xe đang quay nhanh. Sau này, nhà thiên văn học Klaudios Ptolemaîos* đã đưa ra một phân tích chi tiết nhằm giải thích vì sao ông ta tin như vậy.

   James A. Coleman,
Các Học Thuyết Xưa Sớm Về Vũ Trụ
(Early Theories of The Universe,
Signet Science Library Book, 1967, tr. 33-36).

^[1] Arkhimēdēs (khg 287-212 tCn): nhà bác học, nhà phát minh Hy Lạp cổ đại. Trong tác phẩm quy chiếu (HL: Archimedes Psammites, A: The Sand Reckoner, P: L'Arénaire) ông tìm cách tính số lượng cát cần thiết để lấp đầy vũ trụ. Để làm việc này: về toán học, ông phải phát minh ra một cách thức để mô tả những con số thật lớn; về thiên văn, ông phải nghĩ ra một cách thức để ước tính kích thước của vũ trụ — và ở đây, ông nhắc tới mô hình nhật tâm của Aristarkhos.

^[2] Ploutarkhos (LT: Lucius Mestrius Plutarchus, 46-119): triết gia, sử gia, từng là tư tế tại đền thờ Apollo ở Delphoi. Tác phẩm chính đã được dịch sang tiếng Anh: Parallel Lives, Moralia. Văn bản dưới tựa On the Face of the Moon (tên khác: Concerning the Face Which Appears in the Orb of the Moon) ở trên nói về hiện tượng Mặt Trăng, khi quay quanh hành tinh của ta, có thể khiến những kẻ nhìn lên từ Trái Đất có ảo tưởng trông thấy một khuôn mặt người trên đó liên tục nhìn xuống.

 &  

Ảo ảnh mặt người trên Mặt Trăng từ 2 vị trí trên Trái Đất

^[3] Thị sai là hiệu ứng của sự thay đổi vị trí của người quan sát đối với vật được quan sát, và do đó, được nhận thức.

^[4] Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846): nhà vật lý, thiên văn, và toán học người Đức. Tác phẩm tiêu biểu: Astronomische Untersuchungen (2 q., 1841-1842.