CLÔT PTÔLÊMÊ, NGƯỜI TẠO LẬP LÝ THUYẾT BẦU TRỜI
“Khi xem xét, đánh giá những điểm chưa hoàn hảo trong các phát minh của loài người chúng ta, đừng ai cho rằng những giả thiết được nêu ra ở đó là giả tạo. Chúng ta không được so sánh sự không hoàn hảo của con người với sự không hoàn hảo của thần thánh. . . Không nên xem xét các hiện tượng trên trời từ góc độ mà chúng ta thương gọi là đơn giản hay phức tạp. Bởi vì đốt với con người chúng ta tất cả đều mang tính võ đoán và hay thay đổi còn đối với các thiên thần mọi sự đều rất nghiêm ngặt và không thay đổi”. Bằng những lập luận này nhà bác học cuối cùng trong hàng ngũ các nhà bác học lỗi lạc của Hy Lạp Clôt Ptôlêmê đã kết thúc công trình nghiên cứu thiên văn của mình. Những nhận xét đó dường như đã tổng kết toàn bộ nền khoa học cổ đại. Trong đó chúng ta nghe thấy dư âm của cả thành công lẫn thất vọng của khoa học cổ đại. Suốt một nghìn năm trăm năm, cho tới tận thời Côpecnic những dư âm ấy cứ vang lên mãi trong bốn bức tường của các trường đại học thời Trung cổ và còn lặp đi lặp lại trong các công trình của các nhà khoa học.
Clôt Ptôlêmê sống và làm việc ở thành phố Alêcxanđria trên bờ sông Nin. Thành phố được Hoàng đế Alêcxanđrơ xứ Maxêđoan sáng lập. Trong suốt ba thế kỷ Alêcxanđria là thủ đô của vương quốc thuộc triều đại Ptôlêmê - những người kế vị Alêcxanđrơ Đại Đế. Vào năm 30 trước Công nguyên Ai Cập đã bị quân La Mã chiếm đóng và trở thành một bộ phận của đế quốc La Mã.
Ở Alêcxanđria có nhiều nhà bác học lỗi lạc thời cổ đại sống và làm việc: các nhà toán học như Ơclit, Eratôxthen Apôlôniôt xứ Pecga, các nhà thiên văn Arixtin và Timôcharit. Vào thế kỷ thứ III trước Công nguyên, thành phố đã thành lập thư viện Alêcxanđria nổi tiếng. Thư viện đã thu thập tất cả các tác phẩm văn học và khoa học chủ yếu của thời đại: khoảng gần 700.000 cuốn sách bằngchỉ thảo hay giấy sậy (papirut). Thư viện Alêcxanđria là nơi được Clôt Ptôlêmê thường xuyên đến đọc sách.
Ptôlêmê sống ở thị trấn Canốp thuộc ngoại ô thành phố Alêcxanđria, và dành toàn tâm toàn sức cho hoạt động khoa học. Nhà thiên văn Ptôlêmê không có quan hệ họ tộc với triều đại Ptôlêmê chẳng qua ông chỉ là người có họ trùng với dòng họ triều đại này. Chúng ta chưa biết những mốc năm tháng chính xác trong cuộc đời của ông, nhưng theo những tài liệu gián tiếp, chúng ta có thể xác định một cách tương đối rằng ông sinh khoảng năm 100 của Công nguyên và mất khoảng năm 165. Tuy nhiên người ta lại biết chính xác những ngày tháng (và thậm chí cả giờ) của các quan sát thiên văn do ông thực hiện trong suốt 15 năm: từ năm 127 đến hết năm 141.
Ptôlêmê tự đặt cho mình một nhiệm vụ khó khăn: xây dựng lý thuyết về chuyển động biểu kiến trên vòm trời của Mặt Trời, Mặt Trăng và năm hành tinh đã biết ở thời đó. Sự chính xác của lý thuyết phải đạt mức cho phép tính toán vị trí của các thiên thể này so với các ngôi sao cho nhiều năm về sau dự đoán được thời điểm bắt đầu nhật thực và nguyệt thực.
Để làm được điều đó cần phải lập ra cơ sở làm mốc cho việc tính toán vị trí của các hành tinh: lập danh mục vị trí các định tinh. Trong tay của Ptôlêmê đã có một danh mục như thế do nhà thiên văn cổ Hy Lạp Hippac lập ra từ 250 năm trước ông. Trong danh mục đó có gần 850 ngôi sao.
Ptôlêmê đã sáng chế ra những dụng cụ đo góc đặc biệt để quan sát vị trí các sao và các hành tinh: đĩa trắc cao thiên văn, thước xích cầu, thước ngắm tam giác (triquetrum) và một số dụng cụ khác. Bằng các dụng cụ đo góc trên ông đã thực hiện nhiều cuộc quan sát và đã bổ sung thêm vào danh mục sao của Hippac, đưa số sao lên tới 1022 ngôi.
Sử dụng kết quả quan sát của những người đi trước (từ các nhà thiên văn Babilon cổ đại đến Hippac) cũng như các kết quả quan sát của chính mình, Ptôlêmê đã xây dựng lý thuyết chuyển động của Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh khác. Trong lý thuyết đó có giả thiết cho rằng tất cả các thiên thể chuyển động xung quanh Trái Đất; Trái Đất là trung tâm của Vũ Trụ và có dạng hình cầu.
Để giải thích tính chất phức tạp trong chuyển động của các hành tinh Ptôlêmê đã phải đưa ra một tổ hợp của hai hoặc nhiều chuyển động vòng tròn. Trong hệ thống thế giới của ông thì bản thân các hành tinh không quay xung quanh Trái Đất mà chuyển động đều trên các vòng tròn phụ và nhỏ được gọi là ngoại luân (tiếng Anh epicycle, gốc tiếng Hy Lạp: epi = trên, ngoài; cyclos = vòng tròn bánh xe) và tâm của cóc ngoại luân mới chuyển động đều quanh Trái Đất theo vòng tròn lớn và chính, được gọi là chính đạo hay bản luân (tiếng Anh: deferent gốc trong La tinh nghĩa là “mang”). Trên thực tế chuyển động theo ngoại luân chỉ phản ánh chuyển động thực của Trái Đất xung quanh Mặt Trời. Để tái hiện một cách chính xác hơn tính chất không đều trong chuyển động của các hành tinh, ông đã đặt lên ngoại luân nhiều ngoại luân nhỏ hơn nữa.
“Tôi biết rằng rồi tôi sẽ chết. Tôi biết thời gian còn lại của tôi được tính từng ngày. Nhưng, khi trong ý nghĩ, tôi còn quan sát đường đi của các thiên thể một cách không biết mệt mỏi và say mê, thì lúc đó tựa hồ tôi không đặt chân xuống Trái Đất: Trong bữa tiệc của Thần Dớt, tôi đang được thưởng thức các món Ăn của thánh thần”
(Clôt Ptôlêmê, “Almagest”)
Ptôlêmê đã thành công trong việc lựa chọn kích thước và tốc độ quay của tất cả các bánh xe trong mô hình Vũ Trụ của ông sao cho việc miêu tả chuyển động của các hành tinh đạt tới độ chính xác cao. Công việc này đòi hỏi có sự nhạy cảm toán học rất cao và khối lượng tính toán khổng lồ.
“Năm trăm năm sau Arixtôt, Clôt Ptôlêmê đã viết: Có những người khẳng định hình như không có gì cản trở việc công nhận rằng: Trái Đất quay xung quanh trục của nó từ Tây sang Đông và quay trọn một vòng trong một ngày đêm... Thật vậy, không có gì ngăn cản việc công nhận điều đó chỉ để cho đơn giản hơn, dù rằng sự đơn giản như vậy cũng sẽ không có, chỉ cần xem xét những hiện tượng nhìn thấy được. Nhưng những con người này không nhận thức được rằng, nếu tự quay xung quanh trục thì Trái Đất có tốc độ lớn hơn nhiều so với những tốc độ mà ta có thể quan sát thấy... Kết quả là mọi vật thể không bám vào Trái Đất, ắt phải chuyển động giống như vậy, nhưng theo hướng ngược lại; cả những đám mây, những vật thể bay hoặc bốc hơi cũng sẽ không bao giờ được nhìn thấy là đang chuyển động về hướng Đông, bởi vì chuyển động sang hướng đông của Trái Đất sẽ luôn luôn hất chúng theo hướng ngược lại.
Khi lựa chọn giữa Trái Đất đang chuyển động và Trái Đất đứng yên, xuất phát từ vật lý học của Arixtôt, Ptôlêmê đã chọn Trái Đất đứng yên. Có lẽ vì lý do này ông đã chấp nhận hệ thống thế giới địa tâm.”
Ông đã không hoàn toàn hài lòng với lý thuyết của mình. Khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng của ông biến đổi rất lớn (gần gấp đôi) điều đó tất phải dẫn đến sự thay đổi rõ rệt kích thước góc của Mặt Trăng; cũng không thể hiểu được vì sao độ chói của sao Hoả lại dao động rất lớn. Nhưng chính ông và cả những người kế tục ông không thể đưa ra một sự lý giải nào tốt hơn. Tất cả những vấn đề vừa nêu trên được Ptôlêmê coi là ít tệ hại hơn quan niệm Trái Đất chuyển động.
Tất cả những nghiên cứu thiên văn của Ptôlêmê đã được ông tổng kết trong một tác phẩm quan trọng mà ông gọi là “Megale syntaxis” (Cấu trúc toán học to lớn). Nhưng những người chép lại công trình này lại thay từ “to lớn” bằng tử “vĩ đại nhất” (megiste), và các nhà khoa học Arập lại gọi nó là AI - Megiste”, do đó sau này mới có cái tiêu đề cuốn sách là “Aimagest”. Công trình này được viết khoảng năm 150 của Công nguyên.
Trong suốt 150 năm tác phẩm này của Clôt Ptôlêmê đã được dùng làm sách giáo khoa cơ sở của ngành thiên văn cho tất cả giới khoa học. Nó được dịch từ tiếng Hy Lạp sang tiếng Xyri, tiếng Ba Tư Trung cổ tiếng Arập, tiếng Xanxcrit (Phạn), tiếng La tinh, và đến thời cận đại nó đã được dịch ra hầu hết các ngôn ngữ châu Âu.
Sau khi hoàn thành “Almagest” Ptôlêmê đã viết sách chỉ dẫn về chiêm tinh học “Tetrabiblos” (Tứ thư), và sau đó là cuốn “Địa lý học”, tác phẩm chiếm vị trí thứ hai về mặt ý nghĩa trong số các tác phẩm khoa học của ông. Trong tác phẩm này ông miêu tả tất cả các nước đã được biết tới hồi bấy giờ và xác định tọa độ (vĩ độ và kinh độ) của nhiều thành phố. Tác phẩm “Địa lý học” của Ptôlêmê cũng đã được dịch sang nhiều thứ tiếng và đã được xuất bỏn hơn 40 lần. Clôt Ptôlêmê còn viết chuyên khảo về quang học và một cuốn sách về lý luận âm nhạc (“hòa âm”). Rõ ràng ông là một nhà bác học rất toàn diện.
Người ta đã xếp các tác phẩm “Almagest” và “Địa lý học” của Ptôlêmê vào danh mục những tác phẩm quan trọng nhất đã được sáng tạo trong toàn bộ lịch sử của khoa học.
