Tài liệu Lịch sử vật lí học

ĐÀO VĂN PHÚC LỊCH SỬ VẬT LÍ HỌC (T á i bàn lần I lì ử hai) NHÀ X U Ấ T BẢN G IÁ O DỤC Bản quyền thuộc Nhà xuất bản Giáo dục. 11 - 2 0 0 7 / C X B / 3 1 6 - 2 1 1 9/GD Mã số : 7 K 5 7 5 T 7 - D A I LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình ,âLịch sử vật lí h ọ c ” được biên soạn phù hợp với c tương ỉ rỉnh do Bộ Giáo dục trước đây ban hành tháng 7 năm ỉ 984 và được xuất bản lần đầu năm 1986, được Hội đồng Thẩm định sách cảu Bộ Giáo dục khi đó giới thiệu làm sách dùng chung cho các trường Đại học Sư phạm. Trọng tâm của giáo trình là lịch sử vật lí họ: c ổ điển. Lịch sử vật lí học hiện đại cho tới những năm 20 của thê , kỉ XX được trình bày ở mức độ vừa phải. Cuối cùng, giáo trinh giới , thiệu vắn tắt sự phát triển vật lí học ở giai đoạn gần đây nhất , cho tới những năm 60. Trên cơ sở trinh bày và phân tích những sự kiện cụ thể\ lịch sử vậì lí học cỏ nhiệm vụ rút ra những quỵ luật của sự phát triển vật lí thọc, nêu lên những bài học kinh nghiệm cho việc nghiên cứu và giảng idại vật lí học. Đ ể tạo thuận tiện cho độc giả, chúng tôi trình bày itihỉng quy luật đó ngay từ đầu giáo trình nhằm giúp độc giả định í hướng khi đọc cá c phần sau. Trong khi nghiên cứu các giai đoạn cụ íthé của lịch sử vật lí học, độc giả nên đối chiểu lại với các quy luật (đãtrình bày ỏ phẩn đẩu đ ể củng c ố thêm. Tác giả đã trình bày lịch sử vật lí học không phải như một bản ỉliệi kê những phát minh đăc sắc của những thiên tài xuất chúng. Tác Ị ậ iả c ố gắng chứng minh rằng đó là một quá trình khó khăn nhưng có cqm luật, trải qua đấu tranh gian kh ổ giữa cái đúng và cái sai, cái im ớ và cái củf cái tiến bộ và cái phản tiến bộ, là một sự đóng góp tập ỉthểcủa những nhà khoa học chuyên nghiệp và không chuyên, là một ssự nghiệp không phải chỉ dành riêng cho một s ố ít những tài năng đặc Ibiệ. Nếu phản tích kĩ quá trình đó, mỗi người đều có thể rút ra ìnhừig bài học b ổ ích cho bản thán mình. 3 Đ ể phù hợp với tình hình hiện nay, năm 2003 sách được tái thán có chỉnh lí và b ổ sung theo các phương hướng như sau : - Phần “Mở đầu ” Vớ các chương l - VII vê cơ bản được ịgiữ nguyên như cũ nhưng có giảm bớt một s ổ chi tiết không cần thiết đ ể tăng thêm việc phân tích, đánh giá sự phát triển của vật lí học tron g các giai đoạn cụ thể. - Chương VIII được viết lại hoàn toàn đ ể giới thiệu đầy đủ Hiơn và cập nhật hơn sự phát triển của vật lí học trong th ế kỉ XX. - Phần minh hoạ được làm lại hoàn toàn , nhằm cung cấp tốt Hiơn nhiều tư liệu lịch sử cho người đ ọ c , điểu mà khả năng in ấn năm 1986 chưa cho phép làm được. Tác giả mong nhận được những ý kiến p h ê bình, nhận xét ccủa độc giả. 6-2002 ĐÀO VĂN PHÚC Mỏ ĐẦU I. ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM v ụ MÔN LỊCH s ử VẬT LÍ HỌC Nhân loại ngày nay đã đạt tới nhữns tri thức vật lí học khổng lồ về số lượng cũng như về chất lượng. Những tri thức đó không phải là những- trái cây thơm n s ọt sẵn có trẽn cành mà con người chỉ cần hái lấy để sử dụn£. Tri thức vật lí học, cũng như mọi tri thức khoa học k h á c, khồng phải là một cái gì đã c ó ' s ẵ n , đã hoàn chỉnh. Nó được hình thành từng bước trong một quá trình lâu dài và gian khổ, và hiện nay cũng như trong tương lai vẫn c ò n tiếp tục được hoàn chỉnh hơn lên. Sau khi hình thành được những tri thức ban đầu về cơ học, con người đã phải trải qua hàng nghìn năm để đi đến những định luật Niutơn m à ngày nay mọi học sinh trung học phổ thông đều biết. Con người cũng đã phải trải qua hơn hai trăm năm nữa để hiểu được rằng những định luật đó không phải là phổ biến, mà phải được hoàn chỉnh thêm nữa đê áp dụng c h o c á c hạt vi mô và c á c vật chuyển động với vận tốc rất lớn. Con người hiện nay lại đã bắt đầu nắm được và hệ thống hoá được những quy luật cùa thế giới hạ nguyên tử và của vũ trụ rộng lớn bao la. Như vậy vật ií học, cung như mọi khoa học khác, là một quá trình tiến lên từ cái chưa biết đến cái đã biết, từ tri thức chưa đầy đủ và chưa hoàn chỉnh đến tri thức đầy đủ hơn và hoàn chỉnh hơn. Nói c á c h k h á c, tri thức là m ột quá trình c ó tính lịch sử, và mỗi khoa học đều c ó lịch sử của nó. 5 Lịch sử vật lí học nghiên cứu quá trình hình ihành và phát Iiriển của khoa học vật lí, không phải như một- lập hợp của những sự kúện riêng rẽ, rời rạc, mà như một tổng thể thống nhất, như một hiiện tượng xã hội có vị trí và vai trò nhất định trong đời sống củ a (Con người. V ật lí học phải được hiểu là một hộ thống tri thức bắt (đầu xuất hiện và hình thành vào một giai đoạn phát triển nhất định tcủa xã hội loài người. Sự phát triến cùa vật lí học phải được nghicn (.cứu như một quá trình gắn liền với lịch sử phát triển cùa xã hội lloài người. V ị trí và vai trò củ a vật lí học trona, xã hội loài người khíông phải là một cầí gì c ố định, mà nói chung c ũ n c biến đổi tuỳ theo> sự phát triển của nhân loại. Cũng như lịch sử c á c khoa học k h á c, lịch sử vật lí học trước hết có nhiệm vụ phát hiện và trình bày lại các sự kiện lịch sử một ciách chọn lọc và có hệ thống, nhằm tái hiện toàn bộ quá trình phát t r i ể n của khoa học vật lí. L ịc h sử vật lí học cũng c ó nhiệm vụ phân ttích những sự kiện lịch sử đó, nhàm ch ứ n e minh rằng tiến trình pthát triển của khoa học vật lí là một tất yếu lịch sử, và giải thích tại ssao tử xưa kia ch o tới nay, khoa học vật lí đã phát triển đúng như nó dã phát triển, chứ không thể đi theo một con đường nào k hác thế. Ciuối cùng, lịch sử vật lí học còn có một nhiệm vụ quan trọng bậc nhấit là tìm ra những quy luật tổng quát của sự phát iriển vật lí học, nh ữ n g quy luật mà sự phát triển vật lí học đã tuân theo trong quá khứ vàt sẽ •cò n tiếp tục tuân theo trong tương lai. Thực hiện tốt nhiệm vụ riíày, lịch sử vật lí học xứng đáng được co i là một khoa h ọ c , và có !tác dụng hướng dẫn hành động của nhân loại, nếu k hông, nó sẽ chỉ c ò n là một bản liệt kê nhạt nhẽo những thành tựu to lớn của những trí tuệ thiên tài. Những quy luật của sự phát triển vật lí học, cũng như nhũỉng quy luật của m ọi hiện tượng xã hội k hác, c ó những đặc thù khố>ng giông như những quy luật cùa c á c hiện tượng tự nhiên. Khi nghsiên 6 cửu lịch sứ phát triến c ủ a vật lí học, hoặc của một hiện tượng xã hội nàọ đó, hay cứa toàn thể xã hội nór chung, nhà nghiên cứu xác lập được ưhững quy luật ch u n g mà sự phát triển đó đà tuân theo trong quá khứ, và giả định rằng những quy luật đó cũng sẽ đúng trong quá trình phát triển tương lai. Như vậy, trên c ơ s ở nghiên cứu sự phát t riể n quá khứ, con người c ó thể dự đoán được sự phát triển tương lai c ủ a vật lí h ọ c , và do đó c ó khả năng điều khiển được sự phát triển đó một cá c h có ý thức, b ằng cá c h vận dụng những quy luật mà mình đã xác lập được. Lẽ tất nhiên, con người không thể tiên đoán được ngày nào Niutơn ra đời, và ngày nào Anhxtanh phát minh ra thuyết tương đối, như con người đã báo trước hết sức chính x á c thời điểm của cá c kì nhật thực và nguyệt thực. Con người cũng khỏng thế điều khiên được tư duy và hoạt động sán g tạo của c á c nhà khoa học một cách chính x á c như khi điều khiển sự hoạt động của c á c vệ tinh nhân tạo, cá c con tàu vũ trụ. Quy luật c ủ a sự phát triển vật lí học không giống như những định luật vật lí học c ổ điển, c h o phép x á c định một cách chính x á c và đơn giá mọi hệ quả sẽ phải xảy ra khi cá c nguyên nhân đã được biết rõ. Các quy luật của lịch sử vật lí họ c chỉ vạch ra xu hướng và tính chất chung của sự pháĩ triển vật lí học. Tuy nhiên, chúng vản là những quy luật khách quan, tác động một c á c h khách quan vào sự phát triển cùa vật lí học. V à khi nắm được những quy luật đó, con người c ó thể tiên đoán được nhiều đậc điểm quan trọng của sự phát triển đó trong tương lai, và vận dụng quy luật một cách chủ động để sự phát triển đó phục vụ tốt nhất lợi ích củ a nhân loại. Khái niệm quy luật phát triển cùa khoa họe nói chung và của Vật lí học nói riêng là một khái niệm rất rộng rãi. Trước hết, đó là những quy luật tổng quát nhất, c ơ bản nhất, quy định bởi vai trò xã h ộ i và kinh tế của môn k h o a học đó trong đời sống con người. Sau n ữ a, đó là những quy luật xác định b ải đối tượng nghiên cứu của 7 môn khoa học, bởi những đặc điếm cứa sự nhận thức củ a con ngĩười trong quá trình nghiên cứu đôi tượne đó. Những quy luật này ciung c ó khi được gọi là lôgic nội tại của sự phát triển bộ môn khoa hiọc. T iế p theo, đó là những quy luật chi phối quá trình sáng tạo cúat cá nhân nhà bác học,, cũng g ọ i là những quy luật tam lí học sáng ítạo khoa học. Cuối cùng, đó là nhữne quy luật về sự tổ ch ứ c khoa hiọc, k ế hoạch hoá ngh-iên cứu khoa học, thông tin khoa h ọc,... tức là những quy luật chi phối hoạt động tập thể củ a c á c nhà khoa tíiọc trong quá trình sáng tạo. Dưới đây chúng ta sẽ xét quy luật cơ bản và những quy luật mỏi tại củ a sự phát triển vật ií học. Sự hiểu biết lịch sử vật lí học có một ý nghĩa đáng kê đối wới nhà nghiên cứu, người học và người dạy vật lí học. Có người ch o rằng nhà vật lí học phải nghiên cứu và phát miinh c h o hiện tại và tương lai, không nên mất thì g iờ vào việc nghiên C'ứu lịch sử vật lí h ọ c , vì đó ch ỉ là nhiệm vụ của c á c nhà sử học. Thực tra, khi bắt đầu một côn g ĩrình nghiên cứu, nhà khoa h ọ c nào cũng plhải điểm lại xem trước kia vấn đề đó đã được những ai nghiên cíứu, nghiên cứu bằng những phương pháp nào, theo những tư tương cìhủ đạo riào, và đã đạt những kết quả nào. Nhà khoa học cũ n g phải đáinh giá m ột cá c h phê phán những tư tưởng chỉ đạo, những phưưng pháíp, những kết quả đó, rút ra bài học ch o mình và xác định con đườnig mình sẽ đi, cái đích mình nhằm đạt tới. Như vậy, nhà khoa học cũing phải làm nhiệm vụ của nhà nghiên cứu lịch sử khoa học ờ một miức độ nào đó. Cũng chính vì vậy mà nhiều nhà khoa học đã đích thỉân nghiên cứu lịch sử khoa h ọ c . Đ ơ Brơi nói : "... nhà khoa học thiực n g h iệm ... tìm thấy trong lịch sử khoa học rất nhiều bài h ọ c , và dưcớc vũ trang bằng kinh nghiệm của bản thân m ình, nhà khoa học íhiựe nghiệm c ó thê lí giải được c á c bài học lịch sử một c á c h thành t h ạ o hơn bất kì ai hết". H a ix e n b e c cũng ch o rằng muốn đánh giá đúmg Ệt 8 đ ược tình hình hiện nay cùa vật lí imuyên tứ, cần điểm lại toàn bộ b ư ớ c đi lịch sử của sự phát triển siá thuyết nguyên tử từ thời cổ đại. Đ ố i với việc dạy và học vặ! lí, lịch sứ vật lí học cũng c ó một ý n g h ĩa to lớn. L ịc h sử vật lí học, cũng như lịch sử cá c khoa học khác, n g h iên cứu quá trình tiến lén từ cái chưa biết đến cái đã biết, quá trình nhận thức thiên nhiên cùa con người. L í luận nhận thức của chủ nghĩa duy vật biện chứng được xây dưng; dựa trên c ơ sờ những thành tựu củ a c á c khoa học, dựa trên sự phân tích và khái quát hoá quá trình nhận thức thiên nhiên và xà hội c ủ a con người. Nhiều khái niệm và phạm trù của chú nghĩa duy vật biện chứng xuất phát từ những khái niệm có ý nghĩa vật lí : vật chất, không gian, thời gian, c h u y ể n đ ộ n s ... L ịc h sử vật lí học vì vạy có vai trò lớn lao trong việc xây dựng th ế giới quan duy vạt biện chứng. Phương pháp truyền đạt kiến thức dựa theo con đường phát triển lịc h sử của nó nhiều khi có hiệu quả rất c a o . Trong một số* lĩnh vực, quá trình nhận thức củ a từng con người hầu như lập lại quá trình nhận thức của nhân loại, vì vậy việc dẫn dắt người học đi lại những bước đi lớn mà nhân loại đã trải qua để đạt tới Iri thức như hiện nay là một con đường lô g ic , giúp ch o việc nắm kiến thức sâu sắc hơn và vững c h ắ c hơn. Q u a những bài học lịch sử, môn lịch sử vật lí học có tác dụng xây dựng lòng yêu mến và kính trọng đối với khoa h ọ c và c á c nhà khoa h ọ c , g iáo dục phẩm chất và đạo đức co n người, mở rồng nhãn quan khoa học và văn hoá, ch ống chủ nghĩa g iáo điều và hình thức trong v iệc dạy học. Như vậy, việc hiểu biết lịch sử vặt lí học sẽ giúp nâng c a o trình độ k h o a học và trình độ nghiệp vụ của người g iáo vicn vát lí học tương lai. 9 II. QUY LUẬT C ơ BẢN CỦA s ự PHÁT TRIỂN VẬT LÍ H í p c Ọuy luật, c ơ bản của sự phát triển vật lí h ọ c , cung như của Ikhoa học nói chung, c ó thể được phát biếu như sau : sự phát triển củcỉi vật lí học do nhu cầu của thực tiền xà hội vù trước hết là của sản xuất quyết'định. Th ực tiễn xã hội ớ đây phài được xét trong quá ttrình phát triển lịch sử c ủ a xã hội, vì trong mỗi bước phát triển củ a xaỉ hội thì nhu cầu củ a thực tiễn xã hội lại có những đặc thù riêng củaì nó. Như vậy động lực c ơ bản củ a sự phát triển vạt lí học là sản xuấít, và sự phát triển củ a vật lí học được quyết định bời mối quan hệ giữa vật lí học với sản xuất cũng như với các khía cạnh vật chất và tinh thần khác của đời sống xã hội luôn luôn phát triển. Đ ể hiểu rõ quy luật c ơ bản này, chúng ta sẽ xét những đặc đ i ể m củ a c á c mối quan hệ nói trên. 1. Vật lí học và sản xuất Sản xuất quyết định sự phát triển cùa mọi khoa học, nhưng mối quan hệ giữa sản xuất với từng ngành khoa học là khống gìiống nhau. Vật lí h ọ c , cũng như c á c ngành khoa học tự nhiên khác:, có mối quan hệ với sản xuất trực tiếp hơn c á c ngành khoa học xãĩ hội k hác. Những kết quả nghiên cứu cùa vật lí học được vận dụng trực tiếp trong sản xuất, trong kĩ thuật, và sán xuất cũng trực tiếp "(điều k h iển " sự phát triển củ a vật lí học. Enghen đã nói : "Nếu như tirong xã hội xuất hiện một nhu cấu kĩ thuật, nó sẽ thúc đẩy khoa học tiến lên nhiềụ hơn là một c h ụ c trường đại học". Trong suốt quá trình phát triển lịch sử củ a vật lí h ọ c , ch ỗ rùào ta cũ n g c ó thể thấy được m ối quan hệ trực tiếp giữa vật lí học vài sản xuất. Nhu cẩu c h ế tạo c á c đồng hồ chính xác để phục vụ c á c chiuyến đi biển đà khiến H u y g h en x ơ xâv dựng được lí thuyết c o n lắc, 'Và lí thuyết đó đã g óp phần xây dựng c ơ học c ò điển. Nhu cầu cài tiến c á c m áy hơi nước nhàm tiết kiệm nhiên liệu đă là khởi điểm cùat các 10 định lí Cacnỏ và đã thúc đáy sự phát triển nhiệt động lực học. Vật lí hạt nhân chí thực sự phát triển mạnh mẽ từ khi năng lượng hạt nhân đ ược ứng dụng trong thực tế. Mối quan hệ trực tiếp giữa vật lí học và kĩ thuật biến đổi tùy t h e o sự phát triển của sán xuất. Một mặt, mối quan hệ đó ngày càng được củng c ố và mờ rộng hơn, mặt khác tính chất của nó cũng có b iến đổi. Cho tới giữa thế kỷ X I X , kĩ .thuật luôn luôn phát triển trước, và vật lí học phát triển sau, mối quan hệ giữa vật lí học và kĩ thuật ờ thài c ổ đại và trung đại cò n lỏng lẻo, nhưng từ th ế kỉ X V I - X V I I đã trờ nên ngày càn g chặt chẽ hơn. Có thể lấy sự phát triển nhiệt động lực họ c làm một thí dụ. L ú c đầu, do nhu cầu của sản xuất, người ta phát minh ra máy hơi nước bằng kinh nghiệm kĩ thuật, bằng cách m ày mò. M áy hơi nước thô sơ lúc ban đáu có hiệu suất rất thấp. Nhằm mục đích nâng cao hiệu suất cùa máy hơi nước, C acnô đã phái minh ra c á c định lí C a c n ô , trên c ơ sờ đó nhiệt động lực học bắt đầu phát triển. T ừ giữa th ế kỉ X I X trở đi, khoảng cách giữa sự phát triển của kĩ thuật và của vật lí học ngày càn g rút ngắn và dắn dần vật lí học tiến lètt trước, nhiều ngành kĩ thuật xuất hiện và pháĩ triển sau khi đã có nhưng phát minh trong vật lí học. Chẳng hạn như những phát minh trong lĩnh vực điện động lực học đã dẫn đến kĩ thuật sử dụng dòng điện trong thông tin, và sử dụng điện nãng trong sản xuất. Tính chất mới của mối quan hệ này ngày càn g được củng c ố , và hiện nay không thế tìm được một ngành kĩ thuật nào xuất hiện và phát triển mà không c ó c ơ sở khoa học đã được phát minh từ trước. Trong giai đoạn gần đây, song song với sự củng c ố mối quan hệ giữa vật lí học và kĩ thuật càn g ngày lại càng nổi rõ một tính chất m ô i : tính độc lập tương đối của sự phát triển vật lí học. Càng ngày càdg c ó nhiều phát minh vật lí học và khoa học nói chung không c ó 11 quan hệ trực tiếp với kĩ thuật (thường sọị ỉà những phát minh k h o a học "thuán tuý"), thí dụ như sự phát minh ra thuyết tương dối Anhxtanh vào đáu thế kỉ X X . Thực ra thì những phát minh khoa h ọ c lúc đầu có vẻ "thuần tuý", tách rời sân xuất như vạy, cuối cùng, sau một thời gian ngắn hay dài, nhất thiết sẽ dược ứng dụng trong kĩ thuật. Chỉ khi đó chúng mới được cò n g nhận là một chân lí khoa học đã qua thứ thách, và mới được phát triển một cá c h mạnh m ẽ. Thuyết tương đối hẹp Anhxtanh lúc đầu bị coi là một lí thuyết g iả tạo, khó hiếu, bị nhiều người phủ nhận, nhưng hiện nay nó đã là kiến thức c ơ bản không thể thiếu đối với c á c kĩ sư thuộc nhiều ngành khác nhau. Cần phải hiểu một c á c h đúng đắn tính độc lập tương đối củ a sự phát triẽn vật lí học. để khỏi m ắc phai sai lám thực dụng chủ nghĩa, đòi hòi rằng sự nghiên cứu trong vạt lí học và trong khoa học nói chung phải nhằm mục đích được áp dụng ngay trong kĩ thuật. Ý nghĩa thực tiễn cuả vật lí học chủ yếu là ở c h ỗ trong lúc trình độ kĩ thuật ngày càng được nâng cao, thì mỗi tiến bộ kĩ thuật đều phải được khoa học dẫn đường, đều là sự vạn dụng những lí thuyết khoa học nhất định, và nếu chỉ dựa vào kinh nghiệm , chì dùng trí thông minh để lần mò như trước đây vài thế ki thì không thế c ó bất kì tiến bộ kĩ thuật nào. Vai trò của khoa học trong sán xuất ngày càng tâng cường mạch m ẽ, đến mức hiện nay khoa học đã thưc sự trở thành một lực lượng sản xuất trực tiếp, tiến bộ khoa học và tiến bộ kĩ thuật đã thực sự gắn với nhau làm một, không thế tách rời. 2. Vật lí học và triết học Giữa vật lí học và triết học c ó mồi quan hệ rất một thiết. Triết học luôn luỏn phải dựa vào những thành tựu cùa khoa học, đặc biệt của vật lí học. Nhiều khái niệm c ơ bán của triết học phát triển song song với những khái niệm tương ứng của vật lí học : vật chất, 12 c h u y ế n động, nhân quá, khỏng gian, thời gian... Ngược lại, vật lí h ọ c . cũng như c á c khoa học khác, phái dựa vào cá c khái niệm, các luận điểm mà triết học đà xay dựng : quan hệ aiữa tư duy và tồn tại. g iới hạn và khá năng của nhận thức, phương pháp nhận thức... Sau đây chú ng ta sẽ chí xét đến anh hưởng của triết học đối với vật lí h ọ c , không xét đến ảnh hường ngược lại. M ố i quan hệ giữa triết học và vật lí học biến đổi trong quá trình phát triển của triết học cũng như của vật lí học. Ở thời cổ đại, vật lí h ọ c chưa tồn tại như một khoa học độc lập. Tất cả tri thức của con người c ổ đại về tự nhiên đều tập trung trong một bộ môn duy nhất g ọi là "triết học tự n h iê n ”. Triết học và tri thức về tự nhiên lúc đó t hống nhất làm một, và triết học giữ vị trí chủ đạo, tri thức về tự nhiên chí mới là những tri thức khái quát nhất. Tới thế kí X V I - X V I I . vật lí học và c á c khoa học tự nhiên trờ thành c á c mỏn khoa học riêng biệt, tách khỏi triết học, và tới thế ki X V I I - X V I I I cũng hình thành triết học mới. Triết học mới không c ò n b ao gồm c á c khoa học tự nhiên, nó chủ yếu nghiên cứu những quy luật tổng quát nhất củ a tồn tại và nhận thức, của quan hệ giữa tư duy và tồn tại... Tuy nhiên ờ một mức độ nhất định, nó vẫn tìm c á c h giải quyết những vấn đề thuộc đối tượng nghiên cứu của các khoa học tự nhiên, như : ban chất cúa vật chất, cấu trúc của vật chất, tính chất vật lí của không gian và thời gian... Nó tự coi mình là "k h o a học đứng trên cá c khoa h ọ c " , nắm được chân lí tuyệt đối, có q u y ển nói lên tiếng nói cuối cùng về chân lí khoa học, và can thiệp cả vào nhiều vấn đề cụ thê cứa c á c khoa học tự nhiên, muốn bắt các thành tựu nghiên cứu của khoa học tự nhiên phải phù hợp với cá c sơ đồ sán c ó củ a triết học. Tới đáu th ế kỷ X I X , triết học bắt đẩu từ bỏ việc giải quyết những vấn đề cụ thê của khoa học tự nhiên. Thực chứng luận mà Ô g u y x t ơ Côngtơ là người sáng lập chống lại việc coi triết học là 13 khoa học đứng ĩrên c á c khoa học, nhưng lại phủ nhận vai trò củ a triết học là xác lập những quy luật và nguyên lí tổng quát nthất. C ò n gtơ phủ nhận sự tồn tại của vật chất, c h o rằng khoa họ c chiỉ c ó nhiệm vụ mô tả c á c hiện tượng và c á c vật xung quanh ta, chứ khiông thể nhận thức được bản chất của chúng, và triết học cũng chíỉ c ó nhiệm vụ tổng kết c á c luận điểm của c á c khoa học. Triết học duy vật biện chứng đã giai quyết đúng đắn mối qỊUan hệ giữa triết học và khoa học. Duy vật biện chứng nghiên cứu ĩmối quan hệ giữa nhận thức và tồn tại, nghiên cứu những quy luật vận động và phát triển tổng quát nhất của thiên nhiên, xã hội và nihận thức. Duy vật biện chứng là c ơ sở phương pháp luận và là phưíơng pháp nhận thức của mọi khoa học. Nó không tự nhận là khoa học đứng trên c á c khoa học, không giải quyết c á c vấn để cụ thể của khoa học tự nhiên, không quyết định thuyết vật lí nào là đúng hay sai. Lênin nhấn mạnh : "Chủ nghĩa duy vật và chủ nghĩa duy ítấm khác nhau ở c á c h giải quyết thế này hay thế k hác vấn để vể ngmổỉi góc nhận thức của chúng ta, về mối quan hệ của nhận thức với th ế giới vật lí, còn vấn đề về cấu trúc cúa vật ch ấ t, về c á c nguyên tiử và cá c êlectrôn, thì đó là một vấn đề chi c ó liên quan đến cái "thế ‘giới vật lí" đó mà thôi". M ối quan hệ mật thiết giữa khoa học tự nhiên và triết học (duy vật biện chứng là hết sức cần thiết ch o cả khoa học và triết học. Nó giúp ch o sự phát triển của khoa học tự nhiên, cũrm như cùa duy vật biện chứng. Cần chú ý rầng vật lí học gắn liền với kĩ thuật, với sán xuấti, và nhiệm vụ hàng đầu của nó là phục vụ việc sán xuất ra của cải vặt chất. Vì vậy, m ặc dù c ó ảnh hường to lớn, triết học cùng khònu thể làm thay đổi tiến trình phát triển của vật lí học, nó chí có thẻ tthúc đẩy hoạc kìm hàm sự phát triển đó mà thôi. Những tư tườne ttriết 14 họe vé cấu trúc nguyên tử của vật chất, về nguyên lí nhân quá, vể sự bảo loàn vật chất và vận động... đã trờ thành những tư tướng chí đạo c ó vai trò thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển vật lí học. Trái lại, những hệ thống triết học phú nhạn sự tổn tại của nguyên tử và phân tử (A r ix t ô t , Hêghen, M ak hơ , Ồxvan) đà có ảnh hưởng tiêu cực, làm ch ạm bước tiến của vật lí học. Nói chung, các triết học duy vật đã có ảnh hường tích cực và c á c triết học duy tâm đâ c ó anh hưởng tiêu cực đến sự phát triển vạt lí học. Tuy nhiên triết học duy vật trước M á c , mang yếu tố siêu hình, đã có những ánh hướng trái nsược đối với vật lí hộc. Lúc đấu, c h o tới giữa thế kì X I X , ảnh hưởng của nó chủ yếu là tích cực. Nhưng về sau tư tường siẻu hình đã dẫn đến chủ nghĩa giáo điều, cản trờ sự phát triển của vật lí học, làm phát sinh c u ộ c khủng hoảng trong vật lí học vào cuối th ế kí X I X , đầu th ế kỉ X X . Ngược lại, cũng không nên nghĩ rằng c á c triết học duy tâm chi c ó ảnh hưởng tiêu cực mầ thôi. Trong c á c triết học duy tâm cũng có những tư tưởng hợp lí thúc đẩy sự phát triển của vật lí học ờ những giai đoạn nhất định. Lênin nói : "Chủ nghĩa duy tâm triết học chỉ lù cái vớ vẩn theo quan điếm của chủ nghĩa duy vật thô thiển, giản đơn, siêu hình. Trái lại, theo quan điểm của chủ nghĩa duy vật .biện chứng , chủ nghía duy tâm triết học là sự phát triển một chiều , phóng đại (sự thổi phồng) một nét, một khía cạnh, một mặt của nhận thức thành cái tuyệt đối, tách rời khòi vật chất, khỏi tự nhiên, thần thánh hoá”. Bất kì nhà vật lí họ c nào cũng phải dựa vào c á c sự kiện, vào thực tại khách quan đế xây dựng lí thuyết. V à m ặc dù nhà nghiên cứu c ó tạo ch o lí thuyết đó một màu sắc .d u y tãm nào đó, nó cũng phải chứa đựng một hạt nhân hợp ỉ í nhất định thì mới phản ánh đúng được thực tạụ mới đứng vững được mà không bị đào thải. Trong quá trình phát triển cùa vật lí học, những sắc thái duy tâm cản trờ sự phát triển của lí thuyết sẽ lần lượt được gạt bỏ đế chí còn giữ lại cốt lõi đúng đắn củ a lí thuyết. 15 Mối quan hệ giữa quan điểm triết học cùa một nhà khoa h ọ c với lí thuyết khoa học của c á c nhà khoa học đó không phải là đơn giản. Có những trường hợp lí thuyết khoa học không chút nào dính dáng tới chù nghĩa duy tâm, nhưng nhà khoa học lại gán ghép c h o nó những ý riízhĩa duy tâm. Vì vậy, khi đánh giá một thuyết khoa học, phai nhìn vào thực chất cúa nó, không thể chí căn cứ vào quan điểm triết học hoặc cá ch giãi thích củ a tác giả đế đi đến những kết luận vội vàng. 3. Vật lí học và các khoa hợc khác Giữa vật lí học và c á c khoa học khác có một ảnh hưởng qua lại, thúc đẩy nhau phát triển. Đôi khi ảnh hưởng đó to lớn đến nỗi nếu khồng xét đến nó thì k h ô n s thể hiểu được nguyên nhân và tính chất của sự phát triển. Thiên văn học là mỏn khoa học c ó ảnh hướng trực tiếp tới vật ií học ngay từ những bước phát triển đầu tiên. Sự nghiên cứu chuyển động cúa cá c thiên thế đã tạo ra những bước đi đầu tiên của động học và đã gợi ra ý nghĩ về tính tương đối của ch uyển động c ơ học. Những nhu cầu của thiên vãn học từ thế kỉ X V I I về việc hoàn chỉnh kính thiên văn đã thúc đấy sự phát triển của quang hình học, bát đẩu bằng sự nghiên cứu cá c định luật của cá c thấu kính mỏng và sau đó lại đẩy mạnh việc nghiên cứu bản chất của ánh sáng. Quang phổ học cũng bắt đáu phát triển do nhu cầu của thiên vãn học dùng phương pháp quang phố để xác định thành phán hoá học của c á c sao, đế tính vận tốc tia của cá c sao. Vật lí thiên văn hình thành từ thế ki X I X nghiên cứu vật lí học cá c thiên thể tại đó vật chất tổn tại à những trạng thái cùng cực về nhiệt độ, áp suất, mật độ... đã cung cấp những tư liệu khoa học ch o sự phát triển cùa thuyết tương đối rộng, lí thuyết c á c hạt cơ bán, điện động lực học... Hoá học cũ n ẹ có ánh-hướng thúc đấy sự phát triển quang phổ 16 h ọc áp dụng vào c á c phép phân tích hoá học trong điều kiện của Trái Đất. Sự phát minh ra định luật tuần hoàn của Menđêlêép có ý nghĩa lớn lao đối với sự phát triển vật lí nsuy ên tử. Cho tới ngày nay, hoá học cũng đang giúp cho sự phái triển của c ơ học lượng tử vật lí chất rắn, và nhiều ngành khác nữa của vật lí học. Một điều c ó vẻ bất ngờ là y học cùng đà từng có tác động mạnh đên vật lí học. V à o cuối thế kỉ X V I I I . đáu thê kỉ X I X , người ta cho ráng sự phóng điện c ó tác động mạnh đến c ơ thê con người và có khả nàng chữa bệnh được. Nhiều nhà y học đã nghiên cứu c á c hiên tượng tĩnh điện, và bác sĩ y học Ganvani đà tình c ờ phát minh ra dòng điện ganvanic, tạo ra một hước ngoạt đáng kể trong sự phát triển củ a điện học. G iữ a vật lí học và toán học luôn luôn có mối quan hệ hết sức mật thiêt. Vạt lí học sử dụng cồng cụ toán học và luôn luôn đặt ra những yêu cầu mới, làm nảy sinh nhiều ngành toán học mới. Ngược lại, sự phát triển của vật lí học phụ thuộc đáng kể vào sự phát triển* của toán h ọ c , vì toán học đã trở thành một cỏng cụ hết sức mạnh mẽ của việc nghiên cứu vật lí học. Toán học c ó lúc đã giữ một vai trò c h ì đạo trong sự phát triển của thuyết tương đối, c ơ học lượng tử, và nhiều ngành vật Ịí học hiện đại. Có lúc, chỉ bằng côn g cụ toán học, người ta đã đi đến những kết quả lí thuyết mà chưa ai hiểu được ý nghĩa vật lí, và những c ô n g trinh nghiên cứu thực nghiệm về sau mới khẳng định được sự đúng đắn và giải thích được ý nghĩa vật lí cúa những kết quả đó. III. NHỮNG QUY LUẬT NỘI TẠI CÚA s ự PHÁT TRIỂN VẬT Lí HỌC Đ ể nghiên cứu những quy luật nội tại của sự phát triển vật lí học, người ta tạm thời coi sự phát triển đó như một quá trình tự thân vận động, bỏ qua ảnh hường của sản xuất và cúa c á c mặt khác của 2-LSVLH-A 17 đời sống xã hội. Khi đó sẽ nổi rõ lên những độc điểm của sự phát triển đó do tính chất của sự nhận thức của con neười, do tính chất của đối tượng nghiên cứu của vật lí học xác định. Lẽ tất nhiên đó ch ỉ là một sự trừu tượng hoá để thuận tiện cho việc nghiên cứu, giống như khi ta khảo sát một hệ cỏ lập trong co học. 1. Quy luật thứ nhất Sự phát triển của vật lí học lả mội quá trình luân phiên nhau giữa những thời kì tiến hoá yên tĩnh vù những ỉlỉời kì biến đổi cách mạng của cá c lí thuyết, các khái niệm, cúc nguyên lí cơ bán... Quy luật đó không những đúng đối với toàn thể vật lí học, mà cũng đúng cả với từng ngành, thậm c h í từng lí thuyết cùa vạt lí học nữa. * Trong thời kì tiến hoá, vật lí học phát triển một cách yên tĩnh, tuân theo những quan điểm chung, và một phương pháp l.uận chung. C á c nguyên lí c ơ bản đã xác lập được vận dụng rộng rãi c h o mọi vấn để cụ thể. Những nghiên cứu cụ thể, bộ phận, cũng góp phần làm ch o c á c nguyên lí c ơ bản chính xác hơn và hoàn chinh hơn lên. Nhưng đến một lúc m à c á c nguyên lí đó không thế giải thích được một số hiện tượng quan trọng mới được phát hiện, thì thời kì tiến hoá chấm dứt và thời kì cá ch mạng bắt đầu. Các nguyên lí cũ xụp đổ và bị thay thế bằng c á c nguyên lí mới, quan điểm m ới, lí thuyết mới, rồi lại bắt đầu một thời kì tiến hoá yên tĩnh mới. Vật lí học trước th ế kỉ X V I I phát triển chậm chạp với những quan điểm triết học tự nhiên của Arixtôt. Tới thế ki X V I I , chúng bị thay thế bởi những quan điểm của Đ ê c a c , cỉựa trên nguyên lí tác dụng gần. Khi c ơ học Niutơn thắng thế. những quan điếm của Niutơn dựa trên nguyên lí tác dụng xa đã đẩy lùi quan điếm cua Đ ẻ c a c . Nhưng tới nửa sau th ế kỉ X I X . với sự xuất hiện của định luật bảo toàn năng lượng và c á c định luật M a c x o e n vể điện từ trường, nguyên lí tác dụng gán của Đ ê c a c lại được phục hồi ờ một dạng cao 18 2-LSVlH-B htơn. V à tới đáu thế ki’ X X , trong vật lí học lại nảy ra một cu ộc cách m ạ n e m ớ i. Một quá trình như vậy cũng c ó thế nhận thây được trong nhiều ngành riêng biệt cúa vật lí học. Những lí thuyết, quan niệm cũ không bao g iờ nhường chỏ một c á c h đơn giản c h o những lí thuyết, quan điếm mới, những cu ộc biến đ ổi c á c h mạng trong vật lí học thườns kèm theo đấu tranh gay gắt v ể tư tưởiìg. Thuyết tương đối của Anhxtanh, thuyết lượng tử cúa P ĩ ã n s , đã phải trải qua hàng ch ụ c năm tranh luận, chỉ trích, thử thách trong thực nghiệm, mới được đỏng đảo cá c nhà khoa học công nhận. T h ậ m ch í giáo hội Công giáo đã thảng tay trừng trị những người bảo vệ lí thuyết của C ỏ p e c n ic , và biến sự đấu tranh tư tưởng trong k h o a học thành sự đàn áp bằng quyền lực. Sự xuất hiện lí thuvết mới cũng là một quá trình phức tạp, do những sự kiện thực nghiệm mới mâu thuẫn với lí thuyết cũ. L ú c đầu người ta tìm cách bổ sung lí thuyết cũ để giải thích được c á c kết quá thực ng h iệm mới mà vẫn giữ nguyên được cơ sờ của lí thuyết cũ. Nhưng c á c sự kiện mới xuất hiện ngày càng nhiều, mâu thuẫn ngày càn g sâu sắc, những bổ sung, điều chinh lặt vặt tỏ ra là bất lực, là lí thuyết cũ bị phá vỡ, lí thuyết mới xuất hiện và giải thích được một c á c h c ó hệ thống những sự kiện thực nghiệm cũ và mới. Sự xuất hiện lí thuyết sóng ánh sáng, thay thế lí thuyết hạt, là một thí dụ về trường hơp này. 2. Quy luật thứ hai Sự phát triển cùa vật lí học mang tính kê thừa, nỏ lù một sự tịnh tiến liên tục vé plìíư trước. Trong một trạng thái mới của quá trình phát triển, bao g iờ cũng c ó những yếu tố nào đó của trạng thái cũ. T ín h k ế thừa thể hiện không những trong c á c thời kì tiến hoá yên tĩnh, mà còn c ả trong c á c thời kì biến đổi cá c h mạng nữa. Mậc dù những lí thuyết c ơ bán, những quan điểm cơ bản đã bị thay thế. nhưng những định luật cụ thể do lí thuyết cũ xác lạp vẫn còn tồn tại 19 trong lí thuyết mới như những định luật họ phận, aần đúng, áp dụng được trong phạm vi những giới hạn do lí thu vết mới vạch ra. T h í dụ, những định luật của quang hình học mà thuyết hạt về ánh sáng đã xây dựng như những định luật phổ biến, vẫn được công nhận trong thuyết sóng ánh sáng, nhưng chi được áp dụng trong trường hợp bước sóng củ a ánh sáng là rất nhỏ so với kích thước của c á c vật cản. M ặ c dù những luận điếm c ơ bán của lí thu vết cũ là không phù hợp với thực tại, nhưng lí thuyết cũ vần chứa đựng một hạt nhân hợp lí, và vẫn phản ánh được thực tại khách quan ờ một mức độ nào đó. Chính vì vậy mà những định luật cụ thế cùa nó vẫn là đúng, vẫn có giá trị trong một giới hạn nhất định. Điểu đó ch ứ n s minh ch o một luận điểm cơ bản trong lí luận nhận thức của chú nghĩa duy vật biện chứng: quá trình nhận thức là một quá trình tiến dần đến chân lí tuyệt đối, thòng qua những chãn lí tương đối. Lí thuyết cũ và lí thuyết mới trong vật lí học đểu là những bậc thang nhất định của quá trình đó. Tính k ế thừa trong sự phát triển vật lí học thể hiện bằng nhiều hình thức khác nhau. Nguyên lí tương ứng là một hình thức của tính k ế thừa đó. Trong c á c côn g thức diễn tá những định luật cụ thể của lí thuyết mới, nếu ta c h o một thông số nào đó tiến tới một giới hạn nào đó, ta sẽ thu được những c ô n g thức của c á c định luật tương ứng cúa lí thuyết cũ. Khi c h o bước sóng tiến tới 0 , ta chuyển từ quang học sóng về quang hình học, khi ch o vận tốc ánh sáng tiến tới 00, ta chuyển từ c ơ học tương đối tính về cơ học Niutơn. Tính k ế thừa còn thế hiện cà ớ ehổ lí thuyết mới mượn ỡ cá c lí thuyết cũ, hoạc c á c lí thuyết về c á c hiện tượng vật lí khác những tư tường nào đó. T h í dụ như điện học ỏ thời kì lí thuyết tác động xa đã mượn nhiều tư tưởng của thuyết hấp dẫn, thuyết nguyên tử - phàn tử hiện đại đã mượn nhiều tư tường của nguyên tử luận cổ đại. 3. Quy luật thứ ba Trong quá trình phát triển , vật ìỉ học thường sử dụng phương 20