KHÔNG THỂ CÓ CHÂN KHÔNG
Cuối thế kỷ thứ IV trước CN, sau một tiến trình lịch sử hơn 300 năm, nền khoa học Hi Lạp cổ đại đã tích lũy được một khối lượng đồ sộ gồm cả những kiến thức khoa học lẫn những quan điểm trái ngược nhau. Một nhu cầu được đặt ra là phải kết hợp chúng lại để tạo dựng bức tranh khoa học của thế giới. Người cố gắng thực hiện công việc này là Aritotle - nhà bác học vĩ đại nhất của thế giới cổ đại.
Dựa trên quan điểm về một thế giới địa tam (coi Trái Đất là trung tâm Vũ trụ) Aristotle đã xây dựng nên học thuyết về chuyển động từng ngự trị trong vật lý suốt gần hai nghìn năm. Aristotle hiểu chuyển động (hay vận động nói chung) là bất cứ một sự thay đổi định tính hay định lượng nào mà nhờ đó hình thành một hiện tượng. Ông chia vận động thành bốn loại khác nhau:
1. Vận động định tính hay sự biến đổi về chất,
2. Vận động định lượng hay biến đổi về lượng như tăng lên giảm đi,
3. Vận động không gian, tức là sự di chuyển vị trí của vật thể trong không gian,
4. Sự sinh thành hay hủy diệt.
Theo Aristotle sự chuyển dời vị trí diễn ra trong không gian nhưng tính chất của nó lại được quyết định bởi các vật thể. Cũng như vật chất, không gian của Aristotle là không thuần nhất: trong đó chia ra ''hạ giới'' (''thế giới dưới Mặt Trăng'') - là cõi trần gian nơi vạn vật sinh ra và tiêu vong, và ''thượng giới'' (hay ''thế giới các thiên thể'') - là thế giới vĩnh hằng bất diệt của các tinh cầu (thiên cầu có gắn sao). Mọi chuyển động cơ học được Aristotle phân ra thành chuyển động tự nhiên và chuyển động cưỡng bức.
Chuyển động tự nhiên của các thiên thể là chuyển động tròn vòng quanh Trái Đất, bởi lẽ các hành tinh là do Thượng Đế tạo lập, mà Thượng Đế là đấng tạo hoá toàn thiện toàn mỹ nên các hành tinh (thiên thể) nhất thiết phải chuyển động theo những quỹ đạo hoàn thiện nhất là các đường tròn. Chuyển động tự nhiên của các vật ở hạ giới là chuyển động thẳng lên phía trên hoặc xuống phía dưới tùy theo vật thể tham gia chuyển động là vật nhẹ tuyệt đối hay nặng tuyệt đối. Tất cả các loại chuyển động khác đều là chuyển động cưỡng bức, diễn ra dưới tác dụng của các vật thể khác - các động cơ.
Chẳng hạn Aristotle cho rằng để duy trì chuyển động thẳng đều của vật thể thì nhất thiết phải tác dụng lên nó một lực không đổi. Thế giới của Aristotle còn là một thế giới bất đẳng hướng (dị hướng). Trong ''thế giới dưới Mặt Trăng'' (hạ giới) chiều nổi trội là chiều thẳng đứng, đó là chiều chuyển động tự nhiên của vạn vật theo hướng thẳng đứng lên phía trên hoặc xuống phía dưới, còn trong ''thế giới phía trên Mặt Trăng'' (thượng giới) thì chuyển động tự nhiên là chuyển động theo động tròn.
Trái ngược với quan điểm của những người theo thuyết nguyên tử, Aristotle đã chứng minh rằng chân không là không thể tồn tại. Ông nói, nếu như thừa nhận sự tồn tại của chân không thì không thể giải thích được vì sao một vật chuyển động lại dừng lại ở đây chứ không phải ở kia, hoặc đi về hướng này chứ không phải hướng khác, bởi lẽ chân không tự thân nó không mang trong nó bất kỳ một sự khác biệt nào về phương hướng cả. Chân không luôn thụ động, bất chấp mọi nhiễu loạn và về nguyên tắc là không thể quan sát được. Trong chân không không thể khởi đầu bất kỳ một chuyển động tự nhiên nào mà ta có thể nhìn thấy được, ví dụ như sự rơi của hòn đá. Tất cả những điều nói trên chỉ đơn giản có nghĩa là chân không không tồn tại. Ngoài ra theo Aristotle, chuyển động trong chân không sẽ dẫn đến vận tốc lớn vô hạn - là điều không thể xảy ra. Như vậy là bản thân chân không là một khái niệm mâu thuẫn về mặt logic hay là một sự trừu tượng hoá đã mất hết ý nghĩa.
Ở đây nhìn chung Aristotle đã có lý. Khái niệm trung tâm của vật lý hiện đại cũng là chân không, nhưng chân không theo quan niệm hiện đại không phải là không gian trống rỗng theo cách hiểu của thời cổ Hi Lạp, mà là một đối tượng vật lý rất phức tạp và còn nhiều bí ẩn.
Bản thân khái niệm không gian được Aristotle gắn với khái niệm vị trí mà ông định nghĩa là ranh giới cố định đầu tiên của một vật thể chứa trong nó một vật thể khác: ''Một vật thể mà bên ngoài nó có một vật thể nào khác chứa nó thì ta phải nói rằng nó đang ở một vị trí (nào đó). Còn vật thể mà không có điều kiện đó thì có nghĩa là nó không ở đâu cả...'' Ranh giới (các đường biên, mặt biên) cố định đầu tiên của một vật thể chứa vật thể khác chính là vị trí. Nói cách khác không gian, theo Aristotle, không tồn tại nếu không có các vật thể và hiện diện với tư cách là kết quả của mối quan hệ giữa hai đối tượng vật chất.
Cách hiểu như vậy về không gian thế giới đã đưa Aristotle đến kết luận về tính hữu hạn của nó. Ở nơi nào mà chấm dứt sự giới hạn một vật thể này bằng một vật thể khác thì ở đó không áp dụng được khái niệm không gian. Do đó giới hạn của không gian thế giới chính là giới hạn cuối cùng của bầu trời (vòm trời) bao trùm các vật thể. Trong mô hình Vũ Trụ của Aristotle ''Đất chứa trong nước, nước chứa trong không khí, không khí chứa trong ête, ête chứa trong bầu trời, còn bầu trời thì không được chứa vào đâu cả''.
Thời gian, theo Aristotle, cũng không thuộc những thực thể độc lập mà chỉ là một dạng thước đo đặc biệt của chuyển động, là ''con số của chuyển động''. Nó biểu hiện như là một tập hợp các mối quan hệ giữa những hiện tượng vật lý (sớm hơn, muộn hơn bây giờ). Vì thời gian của Aristotle là con số đếm được, mà ngoài linh hồn ra thì không một chủ thể nào biết đếm, nên Aristotle kết luận rằng nếu thiếu linh hồn thì cũng không có thời gian.
CHÂN KHÔNG CÓ TỒN TẠI KHÔNG?
(Aristotle chống lại Democritus)
Democritus: Chân không cũng hiện thực như nguyên tử. Nếu chân không không tồn nguyên tử và theo đó là các vật thể cấu tạo từ nguyên tử không thể chuyển động Aristotle: Chân không không tồn tại. Nếu như nó hiện hữu thì vật thể chứa trong nó sẽ chuyển động về đâu? Một điều hiển nhiên là vật đó không thể đi về tất cả các hướng cùng một lúc... Trong chân không không có lý do nào khiến cho vật thiên về hướng này hay hướng khác: bởi lẽ đó là chân không và ở đó không có sự phân biệt về phương hướng... Tiếp theo, không ai có thể nói được tại sao một vật đã được đưa vào trạng thái chuyển động sẽ dừng lại ở một nơi nào đó vì rằng không trả lời được câu hỏi tại sao nó chắc hẳn sẽ dừng lại ở đây hơn là ở kia? Do đó vật thể nhất thiết phải hoặc là đứng yên hoặc là chuyển động bất tận. Trong trường hợp sau tất cả các vật thể sẽ có cùng một vận tốc, bởi lẽ không có nguyên nhân nào khiến cho một loại vật thể này lại vận chuyển nhanh hơn loại vật thể khác. (Còn trong trường hợp môi trường được làm đầy thì điều nói trên tất yếu sẽ xảy ra do chỗ vật nặng hơn sẽ dùng lực của mình để chia tách môi trường nhanh hơn).
Từ những điều nói trên suy ra rằng nếu chân không tồn tại thì cả vật nặng lẫn vật nhẹ đều sẽ chuyển động trong đó nhanh như nhau. Nhưng điều này là phi thực tế. Có nghĩa là không thể có chân không.
Vận tốc chuyển động của cùng một vật thể trong những môi trường khác nhau thì khác nhau và tỷ lệ nghịch với độ đậm đặc (mật độ) của môi trường. Do đó nếu giả định rằng mật độ của nước bằng 10 lần mật độ không khí thì chuyển động trong không khí sẽ nhanh gấp 10 lần so với chuyển động trong nước. Vì độ loãng (độ trống rỗng) của chân không cũng khác xa vô cùng so với mật độ của không gian, dù chỉ được lấp đầy bởi các vi chất nhẹ nhất, nên các vật thể đang chuyển động sẽ chuyển động trong chân không một cách tức thời; nhưng chuyển động tức thời là không thể có, do đó chúng không thể có sự hình thành chân không.
(Theo “Vật lý học” của Aristotle)
