Sự phát triển của triết học Kant (4): Lần Ra Mắt Đầu Tiên Sôi Động: “Bức xạ Nghịch Đảo Bình Phương”

Ý định của Kant là phải hiểu được các sức mạnh của thế giới tự nhiên và ông đã lên kế hoạch để giải câu đố về lực (force). Tác phẩm Thoughts of the True Estimation of Living Forces (tạm dịch: “Suy Tư Về Đánh Giá Đúng Đắn Đối Với Động Năng”) là một đóng góp cho các tranh luận về thứ gọi là “động năng” (“vis-viva”); mục tiêu của nó là giải quyết vấn đề một lần và mãi mãi. Vấn đề vừa thật đơn giản vừa thật sâu sắc: lực là gì, và làm thế nào mà nó có thể được đo lường?

Cuộc tranh luận đã bắt đầu vào thế kỷ trước và trở nên thịnh hành trong suốt thời cận đại. Tiếp theo sau các gợi ý trong cơ học mô tả vật chất hữu hình của mình, Descartes chỉ ra rằng lực có thể được hiểu là đại lượng toán học của chuyển động quan sát được trong vật chất. Descartes cho rằng đại lượng này là bảo toàn trong cả vũ trụ. Thế giới tự nhiên là các vật chất đang chuyển động, và chuyển động chính là nguyên tắc giải thích. “Lực” là sản phẩm của khối lượng và vận tốc (mv), một đại lượng gọi là “đại lượng của chuyển động”, hoặc gọi nó là có “áp lực chết” (“dead pressure”) trước đó và giờ nó có động lượng (momentum). Hơn cả điều này, theo Descartes, “lực” không hề có ý nghĩa nào xa hơn. Điểm cốt lõi của học thuyết Descartes có thể được cô đọng trong nhận thức về vật chất hữu hình và vô hình, và lực không là một trong hai thứ này. Lực không phải là một thực thể sôi động, cũng không phải là một thực thể nào cả. Nó chỉ đơn thuần là một đại lượng khác cho sự chuyển động có thể tính toán được của vật chất. Bằng các diễn giải này, Descartes quy vật lý về động học (kinematics).

Leibniz bác bỏ phát biểu của Descartes. Khi xem xét các vật thể bay lên và rơi xuống, ông nhận ra rằng hành động của chúng hé lộ một đại lượng khác, suy ra từ định luật của Galileo về sự rơi, đó là sản phẩm của khối lượng và bình phương vận tốc (mv2). Leibniz nghĩ điều này hàm ý rằng đại lượng của Descartes là sai, và chỉ có mv2, không phải mv, là được bảo toàn. Leibniz gọi đại lượng mới này là “living force” (vis viva); ngày nay ta gọi nó là động năng (kinetic energy). Lực là có thật, ông tranh luận, và nó là thứ gì đó còn hơn cả một đại lượng (ý chỉ mv của Descartes) - nó là giá trị cơ bản của thế giới tự nhiên, và hành động của nó có thể được quan sát trong tự nhiên. Leibniz mở rộng vật lý thành động lực học (dynamics).

Leibniz đã đúng về các vật thể bay lên và rơi xuống, nhưng những người theo thuyết Descartes (Descartes mất năm 1650) đã chỉ về một vài thí nghiệm khác ủng hộ công thức mv. Thật không may rằng trong các tranh luận ban đầu, vấn đề không thể được thống nhất – bởi vì cả hai phía đều đã đúng; có cả động lượng và động năng. Vì vậy các tranh luận đã kéo dài hàng thập kỷ. Sau khi Leibniz chết (1716), tranh cãi được tiếp tục bởi những người ủng hộ ông, là những người cãi nhau với nhóm người Pháp ưu tú theo thuyết Descartes. Người theo thuyết Newton không đồng ý về vis viva; Newton và những người Anh hâm mộ ông đã phản đối nó, trong khi những người theo Newton thuộc khối lục địa lại chấp nhận nó. Sau cái chết của Newton (1727), vào những năm 1740, vấn đề đã được dàn xếp – theo hướng ủng hộ Newton. D’ Alembert chứng minh rằng có một chỗ cho cả hai đại lượng trong vật lý (1743). Trước đó, Euler (1737) đã tìm ra rằng động lượng của Descartes là lực của Newton tác động theo thời gian, và động năng của Leibniz là lực của Newton tác động thông qua không gian. Tuy vậy, thông tin này mất một thời gian để lan truyền và trở nên chấp thuận rộng rãi. Cuộc tranh luận kết thúc đâu đó vào lúc Kant xuất bản quyển Living Forces (1749).

Màn ra mắt của Kant là một trong rất nhiều nỗ lực để giải quyết sự bất đồng, nhưng xét đến mục đích thực tiễn, nó đã thất bại. Quyển Living Forces xuất hiện quá muộn để thay đổi bất kỳ điều gì, và Kant đã không biết đến các nghiên cứu của d’Alembert và Euler. Nhưng thứ hủy diệt quyển sách trong mắt công chúng là việc Kant có vẻ như đã đặt cược vào chú ngựa thua trận. Ông tranh luận cho một sự tổng hợp của động học (kinematics) của những người theo Descartes và động lực học (dynamics) của những người theo Leibniz, và làm vậy với cái giá là sự đánh đổ cơ học Newton. Lúc đó ông chỉ nắm được một phần ý tưởng của Newton. Ông không hiểu được rằng sự chuyển động, như những thứ khác, là một trạng thái (một thứ mà Galileo đã khám phá ra) và lực chỉ được cần đến để thay đổi, chứ không phải để giữ nguyên trạng thái đó (Định Luật I của Newton về sự chuyển động). Ông không chỉ phản đối Newton một cách gián tiếp bằng những sai lầm, mà còn minh thị đặt nghi vấn về uy tín của Newton. Trong cuối quyển sách, ông phê bình Định Luật I về sự chuyển động, đề xuất một khái niệm thay thế cho quán tính của Newton, và gạt bỏ nó, xem nó như là một “lời giải thích tuyệt vọng” của Newton trong quan điểm nói rằng việc mất đi chuyển động đã hé lộ xu hướng mất trật tự của thiên nhiên (nature’s entropic tendency). Ông cố gắng xác định lực mà không đề cập đến Định Luật II về sự chuyển động, thứ định nghĩa lực là sản phẩm của khối lượng và gia tốc. Với Kant, cơ học của Newton không liên quan. Trong khi có hàng trăm dẫn chiếu đến Descartes và Leibniz trong quyển sách, dẫn chiếu đến Newton có thể đếm trên đầu ngón tay của một bàn tay.

Thực tế, tuy vậy, Kant có vẻ đã không hề sai lầm như người ta thấy vào lúc đó. Vì một điều, ông đã đi đến cùng một kết luận trọng yếu với d’Alembert và Euler: cả mv và mv2 đều hợp lý, và đều là những đại lượng có thể đo được. Quan trọng hơn, ông đề xuất một liên kết sâu hơn. Trong khi Chương 2 cho thấy rằng đại lượng của Descartes đã được hỗ trợ tốt bởi thực nghiệm, ông cũng chỉ ra tại Chương 3 rằng đại lượng của Leibniz phải được bao gồm trong đó để đạt đến một sự hiểu biết đầy đủ và có thể định lượng được về lực. “Lực tác động” (active force, hay hoạt lực, lực chủ động, được hiểu là những lực luôn luôn tác động, ví dụ như trọng lực; khác với passive force, hay bất hoạt lực, lực bị động, là lực thể hiện như là một phản ứng đối với sự thay đổi môi trường, thường là khi một lực tác động tác động vào một vật) là cùng có thể được đo đạc giống như “áp suất chết” (“dead pressure”) và “động năng” (“living force”) – hiểu biết đầy đủ về lực đòi hỏi một sự tổng hợp của động học của Descartes và động lực học của Leibniz, bất kể sự mâu thuẫn của chúng.

Bằng việc này, Kant không chỉ nhìn nhận động lượng và năng lượng như là những đại lượng có liên quan, giống d’Alembert đã làm, mà ông còn nắm được điểm chung của chúng để tiến đến bản chất tự nhiên của lực. Điều này còn sắc bén hơn cả nhận thức của Euler. Euler đã khám phá được rằng các đại lượng này được phái sinh từ lực của Newton và theo đó nó có một liên kết đo đạc được giữa chúng. Tuy nhiên, Kant đã trao cho mối liên kết này một ý nghĩa định lượng, cho rằng cấu trúc của tự nhiên phải được hiểu trong bối cảnh của động lực học, và rằng Newton đã thật sự bỏ qua điểm này. Tiêu đề của quyển sách, “Thoughts on the True Estimation of Living Forces” (“Suy Tư Về Đánh Giá Đúng Đắn Đối Với Động Năng”) không đơn thuần là lời khoe khoang, vì “Đánh Giá Đúng Đắn” của Kant chính là sự hiểu biết sâu sắc rằng “động năng” (“living force”) và áp suất chết (“dead pressure”) là hai mặt của cùng một đồng xu. Xuyên suốt quyển sách, ông đánh vật với sự hài hòa của những thứ đối lập, động học (kinematics) của Decartes và động lực học (dynamic) của Leibniz, cố gắng để gắn kết động lượng và năng lượng – trong khi cả gan phê bình Newton. Đây là đột phá của công trình này. Nếu đúng như dự đoán, nó sẽ rất cao cả. Với ấn phẩm đầu tiên này, Kant có trực giác rằng không chỉ vật chất chung cuộc đều có chứa đầy năng lượng, mà thước đo nội tại của nó chính là động lượng-năng lượng.

Nhận định này không phải là đoán mò. Kant hiểu rõ lực liên quan đến thứ gì. Ông cho rằng lực là cốt lõi của tác động. Tác động này là một xung (pulse) mà nó “lan truyền ra ngoài” (“boarden out”). Sự lan-truyền-ra-ngoài của lực là một sự kéo giãn ra của không gian. Lực tạo nên thể liên tục (the continuum), thứ mà được điều chỉnh ngược lại bởi chính cấu trúc tạo nên nó. Sự chuyển dịch trong cách hiểu này về bản chất của lực đã tương ứng thay thế bản chất mà một người nghĩ về các vật thể và tương tác động lực học. Nguyên bản và cội nguồn là lực, mà không phải vật chất, như những người theo thuyết của Descartes đã từng khăng khăng. Lực chịu trách nhiệm cho vật chất, sự định lượng, và luật tự nhiên – không có con đường nào khác. Trong luận đề táo bạo này, Kant dự đoán việc mình sẽ nổi tiếng hơn nữa (“trở thành như Copernus”) – một sự đảo ngược của cách chúng ta nhận thức thiên nhiên – nhưng trong bối cảnh này, ông vẫn đang làm việc của mình trong lĩnh vực triết học tự nhiên trong thời kỳ đó. Tương tác động lực học biến lực thành một trường (field) và khoảng không (void) là một khoảng đầy (plenum). Kant dự đoán rằng động lượng – năng lượng là yếu tố tương liên quan trọng với không-thời gian. Vượt qua Newton, ông đã bắt kịp Einstein.

Kết nối với nhận định này là đề xuất liên kết của lực và không gian – “lực” được hiểu như là động lượng – năng lượng, bản chất hoạt động của vật chất, và “không gian” được định nghĩa như một chiều liên tục (dimensional continuum) theo Kant. Với Kant, lực nắm lấy khoảng không, giữ nó như một sự hiện diện mang tính chiều không gian để định vị xung ban đầu. Lực mở rộng không gian, ra lệnh cho nó, và không gian đặt định lực, điều chỉnh nó. Không gian mở rộng một cách sôi động, lực thì hành xử mang tính cấu trúc. Mỗi thứ cần thứ còn lại. Không có lực, không gian sẽ thiếu kết cấu và không thể đặt định một thế giới. Không có không gian, lực không thể là một trường. Lực là không gian, và không gian là lực. Đây là liên kết của chúng. Thực vậy: khối lượng kéo dãn không-thời gian, và không-thời gian giữ chặt khối lượng.

Thực ra, Kant đã đuổi kịp với vật lý hiện đại trong một vài khía cạnh. Ông cũng có một nhận định khác rất cơ bản, đến mức dễ dàng bị bỏ qua. Ông nói rằng lực được xem như là một ma trận tương tác của tự nhiên, và nhấn mạnh sự quan trọng của động lực. Động lực học bản thể (dynamic ontology) của Living Force là trò cười trong thời đại đó, vì cơ học của Newton đã hấp thu động lực học thiên thể (celestial dynamics) của Kepler và đặt ra giới hạn của động lực học vật lý (physical dynamics) của Leibniz. Tuy nhiên, quan điểm của Kant đã đánh dấu hướng đi tương lai của khoa học. Chúng ta không xem tự nhiên như là một tập hợp của các hạt và lực trong một không gian rỗng nữa, nhưng thay vào đó, như là một hệ thống của năng lượng-xung nhịp tương tác trong các trường. Động lực đã trở thành cốt lõi.

Khi xem xét mối liên kết lực-không gian một cách chi tiết, Kant khám phá ra định luật bức xạ nguồn điểm tự do (the law of free point source radiation), chính là sự khái quát hóa mang tính lịch sử của định luật nghịch đảo bình phương (inverse-square laws) trong triết học tự nhiên:

Phép tổng quát của Kant đã kết hợp định luật của của Kepler về phép đo hình ảnh (Kepler’s law of photo measurement - 1604), định luật vạn vật hấp dẫn của Newton (Newton’s law of universal gravitation - 1697), và sau đó là định luật của Coulomb về trường tĩnh điện (Coulomb’s law of electrostatic force – 1785) như là một thuyết minh về sự lan truyền của năng lượng. Định luật của của Kant điều chỉnh nhiều dạng của bức xạ tự do, không chỉ có ánh sáng, trọng lực, và trường tĩnh điện, mà còn cả phóng xạ, sóng điện từ, và âm thanh. Áp dụng nổi tiếng nhất của nó, trong lần đầu tiên và bằng một cách cụ thể, là liên quan đến các dự đoán của Kepler đối với sự đo đạc về độ sáng của các ngôi sao khác nhau của kính viễn vọng Hubble (1924) – điều mà sau đó đã dẫn đến khám phá về sự giãn nở của vũ trụ và Vụ Nổ Lớn (Big Bang).

Trong một tổng kết về mười chương trọng yếu của Living Forces, Kant ghi nhận sự liên tục của tỷ lệ áp lực truyền (pressure-propagation ratio), hàm ý rằng các tỷ lệ khác sẽ sản sinh liên tục cùng với các chiều không gian khác, và phỏng đoán rằng khoa học nghiên cứu về phạm vi các chiều không gian sẽ là những thành tựu hình học cao nhất. Về hình học lượng tử (quantum geometry) và hình dáng hiện đại của nó – thuyết siêu dây (superstring) và thuyết M (M-theory) – dấu ấn cuối cùng này rất có thể là dự đoán xa nhất của Kant. Mặc dù phải trải qua sự thiếu tốn về đào tạo khoa học, sự từ chối của vị cố vấn, thất bại trong học thuật, và thảm họa của gia đình, màn ra mắt triết học của Kant vào năm 1749 cho thấy dấu ấn của thiên tài.