VAI TRÒ CỦA
TRỰC GIÁC VÀ SUY LUẬN
TRONG SỰ HÌNH THÀNH CỦA
LUẬT QUÁN  TÍNH
(1938)

Tác giả : Albert Einstein* & Leopold Infeld^[1]
Người dịch : Nguyễn Văn Khoa

*

Một vấn đề cơ bản, hoàn toàn bị che khuất bởi những rối rắm của nó suốt hàng nghìn năm, là vấn đề chuyển động. Mọi chuyển động mà chúng ta quan sát trong tự nhiên – một hòn đá ném lên không trung, một con tàu lướt trên biển, một cỗ xe đẩy dọc theo lề đường – tất cả đều thực sự rất phức tạp. Để hiểu những hiện tượng này, nên bắt đầu bằng các trường hợp đơn giản nhất có thể, rồi dần dần bắt qua các tình huống phức tạp hơn sau. Thử xem xét một cơ thể ở trạng thái nghỉ, khi không có một chuyển động nào có thể quan sát được cả. Để thay đổi vị trí của một cơ thể như vậy, ta phải ảnh hưởng tới nó bằng một hành động, như đẩy nó đi hay  nâng nó lên, hoặc gây tác động lên nó bằng các cơ thể khác, như ngựa hay động cơ hơi nước. Bởi chúng ta đều có ý tưởng trực quan rằng sự chuyển động luôn luôn liên quan tới loại hành động đẩy, nâng, hoặc kéo. Nhiều kinh nghiệm lặp đi lặp lại còn khiến chúng ta mạo hiểm đưa ra một khẳng định khác nữa, rằng nếu chúng ta muốn cho cơ thể này di chuyển nhanh hơn, ta cần phải đẩy nó mạnh mẽ hơn. Và có vẻ như tự nhiên khi ta kết luận rằng tác động trên một cơ thể nào đó càng mạnh, thì tốc độ di chuyển của nó càng lớn. Một cỗ xe được bốn con ngựa lôi sẽ đi nhanh hơn một cỗ xe khác chỉ do hai con ngựa kéo. Như vậy, trực giác cho chúng ta biết rằng, về cơ bản, chuyển động gắn liền với hành động hay tác động.

Mọi độc giả tiểu thuyết trinh thám đều biết rõ sự kiện này: một manh mối sai sẽ làm xáo trộn câu chuyện và trì hoãn giải đáp. Phương pháp suy luận do trực giác áp đặt là không đúng và dẫn đến những quan niệm về chuyển động sai lầm, tuy vậy vẫn được duy trì suốt nhiều thế kỷ. Có lẽ cái uy quyền lớn lao của Aristotelês trên khắp châu Âu là lý do chính của sự tin tưởng dai dẳng mà người ta đặt vào ý tưởng trực quan này. Trong quyển Cơ Học^[2] từng được gán cho ông từ hai nghìn năm nay, chúng ta còn đọc thấy dòng chữ này: «Cơ thể đang chuyển động sẽ ngừng khi cái lực đẩy nó không còn có thể hành động để đẩy nó nữa»…

Việc phát hiện và sử dụng lý luận khoa học của Galileo là một trong các cuộc chinh phục quan trọng nhất trong lịch sử tư tưởng của con người; nó đánh dấu bước khởi đầu thực sự của khoa vật lý. Khám phá này đã dạy chúng ta rằng không nên luôn luôn tin  vào những kết luận trực quan dựa trên sự quan sát trực tiếp tức thì, vì đôi khi chúng là những đầu mối dẫn đến sai lầm.

Nhưng trực giác đã lầm lẫn ở đâu? Có thể nào là chúng ta sai khi nói rằng một cỗ xe được 4 con ngựa kéo phải di chuyển nhanh hơn là một chiếc xe khác chỉ được kéo bởi 2 con ngựa chăng?

Thử xem gần và xét kỹ hơn những sự kiện cơ bản của sự chuyển động, bắt đầu từ các kinh nghiệm hàng ngày quen thuộc với nhân loại từ buổi sớm mai của nền văn minh, và đã được thu nhận trong cuộc đấu tranh sinh tồn đầy khó khăn này.

Hãy quan sát một người đang đẩy một cỗ xe trên một con đường bằng phẳng, rồi đột nhiên ngừng tay, không đẩy nữa. Chiếc xe sẽ tiếp tục đi một quãng đường nhất định trước khi dừng hẳn lại. Chúng ta tự hỏi: làm thế nào có thể nối dài khoảng cách này? Ta có thể làm cho nó dài hơn bằng nhiều cách khác nhau, như bôi trơn các bánh xe, hoặc làm cho con đường phẳng phiu hơn nữa chẳng hạn. Bánh xe quay càng dễ hơn, con đường càng phẳng hơn, thì cỗ xe sẽ càng lăn xa hơn. Chúng ta đã đạt được kết quả gì bằng cách bôi trơn và làm phẳng? Đơn giản là điều này: mọi  ảnh hưởng bên ngoài đều được giảm bớt. Ảnh hưởng của cái gọi là sự ma sát đã bị giảm đi, vừa ở các bánh xe, vừa giữa chúng với mặt đường. Tự nó, đây đã là một giải thích lý thuyết về một sự kiện hiển nhiên; trong thực tế nó là tùy tiện. Đi thêm một bước quan trọng nữa, và  chúng ta sẽ có được đầu mối thực sự. Hãy tưởng tượng ra một con đường tuyệt đối bằng phẳng, và những bánh xe hoàn toàn trơn tru không bị chút ma sát nào. Lúc đó sẽ không có gì để làm cỗ xe dừng bánh, và nó sẽ tiếp tục di chuyển không ngừng. Kết luận này chỉ đạt được bằng cách tưởng tượng ra một trải nghiệm lý tưởng hóa, một thí nghiệm không bao giờ có thể thực hiện được trên thực tế, vì ta không thể nào loại bỏ tất cả mọi ảnh hưởng bên ngoài trong hiện thực. Kinh nghiệm lý tưởng hóa phơi bày cái đầu mối đã thực sự lập nền cho ngành cơ học về chuyển động.

Bằng cách so sánh hai phương pháp được dùng để tiếp cận vấn đề, chúng ta có thể nói: quan điểm trực quan dạy ta rằng hành động càng lớn, thì tốc độ càng lớn. Như vậy, vận tốc cho ta thấy các lực bên ngoài có tác động hay không tác động lên một cơ thể. Cái đầu mối mới được Galileo Galilei tìm thấy là: nếu một cơ thể không bị đẩy, kéo, cũng không phải chịu bất kỳ hành động nào, hoặc nói ngắn gọn hơn, nếu không có lực bên ngoài nào tác động lên một cơ thể, thì nó sẽ di chuyển một cách đều đặn, nghĩa là luôn luôn với cùng một tốc độ trên một đường thẳng. Như vậy, tốc độ không cho thấy các lực bên ngoài có tác động hay không tác động lên một cơ thể. Một thế hệ sau đó, kết luận đúng đắn của Galileo đã được Newton công thức hóa: đó là định luật quán tính, và thường thì đây là định luật vật lý đầu tiên mà chúng ta đều học thuộc lòng ở trường. Và không ít người trong chúng ta vẫn còn có thể nhắc lại:  

Mọi cơ thể đều kiên định trong trạng thái nghỉ, hoặc chuyển động đều theo một đường thẳng, trừ phi nó bị các lực tác động lên nó buộc phải  thay đổi trạng thái ban đầu này.

Chúng ta đều thấy rằng luật quán tính này không thể nào được  trực tiếp rút ra từ kinh nghiệm, mà chỉ bằng tư duy – các suy nghĩ và biện luận tương thích với những điều quan sát. Trải nghiệm lý tưởng hóa không bao giờ có thể được thực sự thực hiện, mặc dù nó dẫn đến một sự hiểu biết sâu sắc về những thí nghiệm được làm trong hiện thực.  

Albert Einstein và Leopold Infeld,
Sự Tiến Hóa Của Tư Tưởng Vật Lý Học
(The Evolution of Physics,
New York, Simon and Schuster, 1938, tr. 5-8  =
L’Évolution des Idées en Physique,
Paris, Flammarion, 1948, tr. 9-11)

^[1] Leopold Infeld (1898-1968): nhà vật lý học lý thuyết Ba Lan. Tác phẩm chính: The World in modern science: matter and quanta (1934); The Evolution of Physics (với Albert Einstein, 1938); Quest : An Autobiography (1941); Whom the Gods Love: The Story of Evarist Galois  (1948); Albert Einstein, his work and its influence on our world (1950); Motion and Relativity (với Jerzy Plebanski, 1960).

^[2] Được khám phá lại vào đầu thời kỳ Phục Hưng, quyển Cơ Học hay Các Vấn Đề Cơ Học được gán cho Aristotelês, và từng kích động nhiều cuộc tranh luận liên quan đến môn học này trong các tác phẩm của nhiều nhà khoa học ở thế kỷ XVI, XVII.