Galileo Galilei: Người đặt nền móng cho khoa học hiện đại

Bạn có tin rằng một chân lý hiển nhiên lại có thể bị phủ nhận chỉ vì nó thách thức quyền lực? Đó chính là câu chuyện của Galileo Galilei, một nhà thiên văn, nhà toán học và nhà vật lý thiên tài người Ý, người được mệnh danh là “cha đẻ của nền khoa học hiện đại”. Thế nhưng, thời ông sinh ra, thế giới vẫn chưa hề biết đến khái niệm khoa học đúng nghĩa.

Khi bị Giáo hội buộc phải từ bỏ quan điểm Trái Đất quay quanh Mặt Trời, Galileo đã để lại câu nói bất hủ: “Dù sao Trái Đất vẫn quay.” Trước sức ép khổng lồ của quyền lực, ông vẫn kiên định bảo vệ sự thật khoa học, dẫu chỉ có một mình. Phải mất hàng trăm năm, khi khoa học tiến bộ vượt bậc, nhân loại mới chứng minh được những điều ông khẳng định là đúng đắn. 

Không chỉ say mê thiên văn, Galileo còn là một nhà toán học uyên bác. Với ông, toán học chính là ngôn ngữ hoàn hảo của vũ trụ, vừa để soi sáng trật tự thiên nhiên, vừa nhắc nhở con người về sự khiêm nhường trước thế giới rộng lớn. 

Galileo Galilei sinh năm 1564 tại Pisa, vùng Tuscany, trong một gia đình có truyền thống nghệ thuật. Cha ông là Vincenzio Galilei, một nhạc sĩ đồng thời cũng là một nhà tư tưởng độc lập. Dù là một nghệ sĩ, nhưng cha ông mang tư duy tân tiến, cha ông không chấp nhận sự khô cứng của âm nhạc nhà thờ đương thời, mà tìm cách thổi vào đó tâm hồn của thơ ca và thần thoại Hy Lạp. Chính sự đổi tinh thần này đã góp phần đặt nền móng cho sự ra đời của opera Ý.

Điều đáng nói hơn cả, Vincenzio mang trong mình một tư duy sắc bén. Ông tin rằng mọi khẳng định đều cần được chứng minh bằng lập luận và trải nghiệm. Câu nói còn được ghi lại như một tuyên ngôn của ông:

Tinh thần ấy, đã trở thành mảnh đất tư duy màu mỡ, nuôi dưỡng Galileo từ thuở nhỏ. Có lẽ Galileo đã học rằng bất kể điều gì muốn tìm thấy sự đúng đắn cần phải được soi sáng bằng lý trí và thực nghiệm.

Năm 17 tuổi, Galileo vào Đại học Pisa, ban đầu ông dự định sẽ theo học ngành y theo mong muốn của cha. Tuy nhiên, niềm đam mê toán học đã khiến ông muốn rẽ hướng sang lối đi khác. Khi ngỏ ý với cha, Galileo bất ngờ trước sự hưởng ứng của cha mình, cha không chỉ tôn trọng quyết định con trai mà còn sắp xếp cho ông học kèm cùng nhà toán học Ricci, người từng thiết kế công sự cho triều đình Tuscan. Đây chính là bước ngoặt kế tiếp mở ra hành trình khoa học của Galileo.

Một trong những giai thoại đầu tiên của Galileo gắn với phát hiện thú vị về chiếc đèn treo trong nhà thờ Pisa. Mười tám tuổi, khi ngồi trong nhà thờ Pisa, Galileo để ý thấy chiếc đèn treo trên trần đang lắc qua lại. Điều khiến ông ngạc nhiên là dù đèn lắc mạnh hay lắc nhẹ, thời gian cho mỗi vòng lắc gần như không thay đổi. Khi đem so sánh nhịp lắc ấy với nhịp tim của mình,  Galileo đã nhận ra một quy luật quan trọng: chu kỳ của con lắc hầu như không thay đổi theo độ lớn của dao động.

Quan sát tưởng chừng rất đơn giản ấy đã mở đường cho những nghiên cứu về con lắc, đặt nền móng cho sự ra đời của đồng hồ quả lắc và cả những ứng dụng trong y học. Vào thời điểm đó, dụng cụ y tế còn nghèo nàn, việc đo nhịp tim chủ yếu dựa vào cảm nhận chủ quan của thầy thuốc. Trước thực tế này, Galileo đề xuất sử dụng nhịp dao động đều đặn của con lắc để đo nhịp tim chính xác hơn. Ý tưởng đã truyền cảm hứng cho bác sĩ người Ý Santorio Santorio, người sau đó chế tạo ra “pulsilogium”, dụng cụ đo mạch có hệ thống đầu tiên trong y học.

Không lâu sau, Galileo lại gây ấn tượng theo một cách đặc biệt. Năm 20 tuổi, trong buổi thuyết trình để xin vào giảng dạy tại Đại học Pisa, Galileo có một hướng đi táo bạo, ông không chọn một đề tài toán học quen thuộc như bao người. Thay vào đó, ông phân tích Inferno (Địa ngục), phần đầu trong Thần Khúc (La divina commedia) là trường ca của nhà thơ Ý Dante Alighieri, tác phẩm mô tả địa ngục với 9 tầng hình phễu, mỗi tầng đại diện cho một tội lỗi khác nhau.

Trong buổi thuyết trình, Galileo so sánh hai bản vẽ mô phỏng mái vòm địa ngục rồi dùng toán học để chứng minh mô hình nào hợp lý hơn. Dù phép tính chưa thật sự chính xác, nhưng cách tiếp cận độc đáo của ông đã khiến mọi người nhận ra Galileo là một trí tuệ trẻ trung và khác biệt

Đến năm 25 tuổi, tức năm 1589, Galileo được bổ nhiệm làm giảng viên toán tại Đại học Pisa.  Ba năm sau, ông tiếp tục khẳng định tên tuổi khi giữ vị trí giáo sư tại Đại học Padua, nơi ông gắn bó suốt gần hai thập kỷ. Giảng đường là môi trường lý tưởng giúp Galileo phát huy khả năng truyền đạt, nghiên cứu và bắt đầu xây dựng những nền tảng quan trọng cho các phát minh sau này.

Sau thời gian giảng dạy tại Pisa, Galileo bắt đầu đặt lại những câu hỏi mà nhà triết học thông tuệ Aristotle đã từng nêu ra hơn một ngàn năm trước: “Liệu vật nặng có rơi nhanh hơn vật nhẹ?”

Aristotle là một triết gia Hy Lạp cổ đại, thế kỷ 4 TCN. Aristotle đã khẳng định:

- Vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ.

- Tốc độ rơi tỉ lệ thuận với khối lượng của vật.

Theo quan điểm nêu trên có nghĩa: một hòn đá nặng 10 kg sẽ rơi nhanh gấp đôi một hòn đá nặng 5 kg. Quan điểm ấy tồn tại suốt hơn 1.000 năm, được coi như chân lý trong giới học thuật châu Âu thời trung cổ, bởi tư tưởng Aristotle có tầm ảnh hưởng sâu rộng.

Tuy nhiên, trái ngược với quan niệm của triết gia Aristotle, Galileo lại cho rằng nếu bỏ qua sức cản của không khí, mọi vật đều rơi với cùng một tốc độ.

Người ta kể lại, để chứng minh lập luận của mình là đúng, ông đã thả hai quả cầu có khối lượng khác nhau từ tháp nghiêng Pisa trước sự chứng kiến của nhiều học giả. Dù câu chuyện này còn gây tranh cãi về tinh xác thực, nhưng một điều chắc chắn Galileo đã tiến hành nhiều thí nghiệm về rơi tự do, qua đó đặt nền móng cho một trong những nguyên lý quan trọng nhất của vật lý hiện đại.

Từ phát hiện về tốc độ rơi của vật, Galileo đã thách thức uy quyền của các nhà triết học cổ đại, đồng thời khẳng định con đường đến với chân lý cần dựa trên thực nghiệm và quan sát thực tế. 

Những năm kế tiếp, nhất là trong giai đoạn giảng dạy tại Đại học Padua, Galileo bước vào giai đoạn sáng tạo mạnh mẽ nhất. Ở đây, ông vừa nghiên cứu cơ học, vừa chế tạo công cụ. Ông đưa ra nguyên lý quán tính, nguyên lý cho rằng một vật thể đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động mãi nếu không có lực cản tác động, một quan niệm hoàn toàn mới mẻ, mở đường cho định luật Newton sau này. Đồng thời, ông chế tạo các công cụ phục vụ đời sống như nhiệt kế nước sơ khai, hoặc các dụng cụ đo đạc, vẽ và tính toán trong các công trình quân sự.

Năm 1609, khi nghe tin ở Hà Lan có một loại ống kính đặc biệt giúp con người nhìn các vật ở xa rõ gấp ba lần. Dù chưa từng thấy tận mắt, nhưng Galileo lập tức bị thu hút. 

Vốn có nền tảng vững về toán học và quang học (khoa học nghiên cứu về ánh sáng và ống kính), nên chỉ cần dựa vào mô phỏng, ông đã hình dung ra nguyên lý hoạt động của loại công cụ này. 

Từ đó, ông đã chế tạo và cải tiến kính thiên văn, nâng khả năng phóng đại lên đến 20 lần. Nhờ phát minh của ông, lần đầu tiên con người có trong tay công cụ để khám phá những bí ẩn của các thiên thể xa xôi.

Với chiếc kính thiên văn tự chế, Galileo bắt đầu hành trình khám phá bầu trời. Chỉ trong vòng một năm, những quan sát của ông đã đủ sức làm rung chuyển nền tảng tri thức tồn tại hàng ngàn năm.

Đầu tiên, khi hướng ống kính lên Mặt Trăng. Ông quan sát thấy Mặt Trăng không phải là một khối cầu trơn nhẵn và hoàn hảo như Aristotle hay Giáo hội từng khẳng định, trái lại Mặt Trăng hiện ra dưới dạng một thế giới gồ ghề với núi non, hố sâu và thung lũng. Điều này cho thấy: thiên thể cũng có khuyết điểm và biến đổi, giống như Trái Đất vậy. 

Khi hướng kính về phía Sao Mộc, Galileo phát hiện bốn “mặt trăng nhỏ”’ xoay quanh hành tinh này, sau này được đặt tên là Io, Europa, Ganymede và Callisto. Khám phá ấy là bằng chứng rõ ràng rằng không phải mọi vật đều quay quanh Trái Đất. Nó đi ngược lại Thuyết Địa Tâm quan niệm rằng Trái Đất là trung tâm vũ trụ, mọi thiên thể đều chuyển động xung quanh Trái Đất. Lần đầu tiên, niềm tin ấy cũng như vai trò của Giáo Hội bị lung lay bởi một chứng cứ không thể chối cãi.

Quan sát dải Ngân Hà, Galileo nhận ra vệt sáng mờ ảo trên bầu trời thực chất được cấu thành từ vô số ngôi sao li ti. Vũ trụ  mở ra, rộng lớn và phức tạp hơn rất nhiều so với hình dung trước đây của loài người.

Không dừng lại ở đó, Galileo còn quan sát được các pha của Sao Kim thay đổi hình dạng tương tự Mặt Trăng. Đây là bằng chứng trực tiếp rằng Sao Kim quay quanh Mặt Trời chứ không phải quanh Trái Đất. Cuối cùng, khi quan sát Mặt Trời bằng kính thiên văn, ông nhận ra trên bề mặt Mặt Trời có những vết đen (sunspots) dịch chuyển theo thời gian. Phát hiện này cho thấy Mặt Trời không phải là một khối cầu hoàn hảo, bất biến và vĩnh hằng như người ta từng tin, mà nó cũng có sự biến đổi, vận động và thay đổi.

Những phát hiện liên tiếp của Galileo đã giáng thẳng những nhát búa mạnh mẽ vào bức tường niềm tin đã tồn tại suốt nhiều thế kỷ của loài người. Những niềm tin cũ kỹ như Trái Đất là trung tâm vũ trụ, tất cả đều quay quanh Trái Đất trở nên dần trở nên lung lay, rạn nứt. Cũng để từ đó, kỷ nguyên của nền khoa học dần được hé mở. 

Những phát hiện gây chấn động ấy nhanh chóng đưa tên tuổi Galileo vang xa khắp châu Âu. Ông được mời đến Florence làm “nhà toán học và triết gia của Đại công tước xứ Tuscan”, được các học giả nể trọng và quần chúng mến mộ. Nhưng cũng chính lúc ấy, Galileo đối mặt với một bức tường kiên cố: uy quyền của Giáo hội.

Xuyên suốt hàng trăm năm, Trái Đất là trung tâm của vũ trụ, đã hòa quyện thành một phần của đức tin. Khi Galileo công bố những quan sát thiên văn của mình, ông thách thức một giả thuyết của bậc hiền triết mà còn đụng chạm đến hệ thống niềm tin và quyền lực. Các nhà thần học lo ngại rằng, nếu Mặt Trời là trung tâm, thì không chỉ kinh thánh bị diễn giải lại, mà cả uy tín của Giáo hội cũng lung lay.

Thuyết Nhật Tâm mà Galileo ủng hộ, quan niệm rằng Trái Đất và các hành tinh đều quay quanh Mặt Trời, chứ không phải Mặt Trời quay quanh Trái Đất. Quan điểm này hoàn toàn trái ngược với thuyết Địa tâm vốn được Giáo hội coi là chân lý.

Chú thích: Thuyết Địa Tâm cho rằng Trái Đất là trung tâm của vũ trụ, mọi hành tinh, Mặt Trăng, Mặt Trời, cả các vì sao đều quay xung quanh Trái Đất.

Các đối thủ không tiếc lời chỉ trích, cáo buộc ông “xuyên tạc Kinh Thánh” và gieo rắc tư tưởng nguy hiểm. Năm 1616, Giáo hội chính thức cấm lời giảng dạy về Thuyết Nhật Tâm. Galileo, người ủng hộ thuyết Nhật Tâm, trước áp lực nặng nề, buộc phải im lặng trong nhiều năm.

Thế nhưng, niềm tin khoa học trong Galileo chưa bao giờ tàn lụi. Khi Giáo hoàng mới Urban VIII, người luôn mến mộ Galileo và tỏ ra rất cởi mở trong tầm nhìn, Galileo nghĩ rằng đã đến lúc có thể đối thoại.

Năm 1632, ông cho xuất bản tác phẩm “Đối thoại về hai hệ thống thế giới chính”. Cuốn sách được viết dưới hình thức đối thoại, so sánh thuyết Địa Tâm và Nhật Tâm. Tuy nhiên, không khó để độc giả nhận ra Galileo nghiêng hẳn về phía Copernicus, ủng hộ quan điểm Trái Đất quay quanh Mặt Trời.

Tác phẩm này nhanh chóng tạo nên một cơn địa chấn. Nếu chiếc kính thiên văn từng mở ra cho nhân loại một vũ trụ mới qua đôi mắt, thì cuốn sách đã mở ra một vũ trụ mới trong tư duy. Nhưng cùng lúc, nó châm ngòi cho cơn thịnh nộ của Giáo hội. Chỉ một năm sau, Galileo bị triệu tập ra tòa án dị giáo để xét xử.

Mùa xuân năm 1633, một Galileo đã ngoài bảy mươi tuổi phải chống gậy đến Rome để hầu tòa. Trước mặt ông không chỉ là những vị thẩm phán mặc áo choàng đen, mà còn là cả quyền lực của Giáo hội, một thế lực quyết định số phận không chỉ của khoa học, mà của cả cuộc đời ông.

Trong phiên xử, Galileo bị buộc tội “nghi ngờ đức tin” và “phổ biến học thuyết lệch lạc”. Những bằng chứng từ chiếc kính thiên văn, những trang sách ông viết, tất cả đều bị xem như lời chống lại Kinh Thánh. Trước sức ép nặng nề của tòa án dị giáo và nỗi lo bị kết án tử hình, Galileo buộc phải đọc lời thú tội và công khai chối bỏ niềm tin vào thuyết Nhật tâm.

Thế nhưng khi bước xuống, ông khẽ lẩm bẩm câu nói bằng tiếng Ý: “E pur si muove”: “Dù sao Trái Đất vẫn quay”. Câu nói là một minh chứng đẹp cho thấy, dù bị buộc phải im lặng, Galileo chưa từng đánh mất niềm tin vào chân lý. Ông có thể cúi đầu trước quyền lực, nhưng trong sâu thẳm, ngọn lửa khoa học nơi ông chưa bao giờ lụi tàn. 

Sau phiên tòa, Galileo bị quản thúc tại gia cho đến cuối đời. Ông không còn được giảng dạy hay xuất bản công khai. Thế nhưng, trong căn nhà nhỏ ở Arcetri gần Florence, trí tuệ ông vẫn miệt mài sáng tạo. Dù bệnh tật hành hạ và đôi mắt dần mù lòa, Galileo vẫn tiếp tục nghiên cứu cơ học và để lại tác phẩm Hai khoa học mới, một di sản đặt nền móng cho vật lý hiện đại.

Đằng sau những năm tháng miệt mài nghiên cứu, Galileo cũng có một đời sống riêng nhiều khúc quanh. Năm 1599, ông gặp Marina Gamba, khi ấy ông  35 , còn cô gái ông yêu vừa tròn 21 tuổi, hai người có với nhau ba mặt con. Thế nhưng mối quan hệ chưa đi đến cam kết về hôn nhân, điều khiến mẹ ông muộn phiền. Những đứa con của họ là đứa con ngoài giá thú, nên hai cô con g gái được Galileo gửi vào tu viện từ nhỏ, còn cậu con trai Vincenzio, được công nhận hợp pháp về sau để có quyền thừa kế tài sản của cha.

Ngoài gia đình, Galileo còn tìm thấy sự đồng điệu nơi những người bạn thân. 

Ông đặc biệt gắn bó với Giovan Francesco Sagredo, một quý tộc trẻ tuổi ở Venice. Họ say mê những cuộc trò chuyện bất tận, từ bàn tiệc bình dân cho đến các dinh thự sang trọng. Chính Sagredo sau này trở thành nhân vật đối thoại trong Đối thoại về hai hệ thống thế giới chính và Hai khoa học mới, như biểu tượng cho tinh thần khoa học cởi mở và sâu sắc. 

Một người bạn khác không kém phần quan trọng là Fra Paolo Sarpi, tu sĩ dòng Servite và là nhà thần học uy tín của Cộng hòa Venice. Trong bối cảnh căng thẳng chính trị đầu thế kỷ XVII, khi Giáo hoàng Paul V ra lệnh cấm Venice, Sarpi đã mạnh dạn khuyên chính quyền thành phố phớt lờ sắc lệnh. Quyết định táo bạo ấy dẫn đến việc trục xuất toàn bộ tu sĩ Dòng Tên khỏi Venice, bản thân Sarpi cũng suýt mất mạng trong một vụ ám sát mờ ám.

Những mối quan hệ ấy cho thấy cuộc đời Galileo không chỉ gói gọn trong phòng thí nghiệm và kính thiên văn. Ông hiện diện giữa dòng xoáy chính trị, tôn giáo và xã hội, may mắn đã tìm thấy những tri âm tri kỷ đã góp phần nuôi dưỡng tinh thần tự do và khát vọng tri thức mà ông theo đuổi suốt đời.

Dù từng phải đối diện với sự phản kháng dữ dội của Giáo hội, Galileo vẫn để lại một di sản khoa học rực rỡ. Ông đặt nền móng cho cơ học hiện đại với những nghiên cứu về quán tính, rơi tự do và gia tốc, sáng chế về kính thiên văn trở thành công cụ xuất sắc giúp loại người mở rộng tầm nhìn. Nhờ có ông, vũ trụ không còn là một mái vòm tĩnh lặng, mà hiện ra sống động, đầy chuyển động và biến đổi.

Ảnh hưởng của Galileo vượt xa thời đại. Những công trình về cơ học và thiên văn đã trở thành nền tảng để Newton xây dựng nên cơ học cổ điển, những ý tưởng về tính tương đối trong chuyển động sau này được Einstein phát triển thành thuyết tương đối nổi tiếng. 

Chính những thành tựu mang tính bước ngoặt ấy, Galileo được mệnh danh là “cha đẻ của khoa học hiện đại”, người đặt nền móng cho việc quan sát, thực nghiệm và công thức toán học trở thành chuẩn mực để đi tìm tri thức.

Ngày nay, tên tuổi Galileo vẫn vang vọng khắp nơi: từ hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu của châu Âu cho đến những trang sử khoa học ghi dấu bước chuyển vĩ đại. Nhưng hơn tất cả, Galileo sống mãi trong tinh thần khai phá của nhân loại, tinh thần không ngừng chất vấn, tìm tòi và mở ra chân trời mới.

Không chỉ góp phần khai mở nền khoa học, Galileo còn làm rung chuyển tận gốc nền tảng tư tưởng phương Tây. Ông chứng minh rằng chân lý chỉ có thể được tìm thấy qua lăng kính khoa học với bằng chứng xác thực, chứ không chỉ dựa vào những niềm tin siêu hình. Từ đó, Galileo đã khơi dậy tinh thần Khai Sáng, mở đường cho sự trỗi dậy của triết học và tư duy hiện đại.

Trong các công trình nghiên cứu, cách Galileo dung hòa toán học, nghệ thuật và triết học đã phản chiếu trọn vẹn tinh thần Phục Hưng: một thời đại mà tri thức biết kết hợp, giao thoa và mạnh mẽ chuyển mình vượt khỏi những khuôn khổ cũ kỹ.

Có thể nói, Galileo là một nhà khoa học lỗi lạc, một biểu tượng cho lòng can đảm dám tìm ra những điều mới mẻ giữa muôn vàn niềm tin khuôn khổ. 

Từ chiếc kính thiên văn thô sơ đến những lần chịu sự chèn ép của quyền lực, tất cả đều góp phần định hình nên câu chuyện của Galileo, một cá nhân nhỏ bé nhưng kiên cường đã dùng trí tuệ và niềm tin khoa học để thay đổi cách nhân loại nhìn về vũ trụ và vị trí của mình trong thế giới tự nhiên.