SỰ HÌNH THÀNH CÁC VIỆN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Ảnh hưởng của các nhà nghiên cứu tự nhiên lan toả ra, dần dần làm cho xã hội thấy cần thiết phải xây dựng môn vật lý với tư cách một môn khoa học chuyên sâu. Cho tới thế kỷ XVII việc tiếp thu những tri thức mới là nhiệm vụ của những đại diện của giới tăng lữ làm việc trong các trường đại học những nhà toán học và triết học cung đình. Họ nghiên cứu tách biệt nhau, hầu như chỉ dựa trên những quan điểm cổ đại. Vào thế kỷ XVII bắt đầu hình thành những cộng đồng khoa học của những người có cùng mối quan tâm là nghiên cứu tự nhiên và thường xuyên trao đổi với nhau ý kiến về những kết quả khoa học mới. Các cộng đồng đó có thể mang những hình thức tổ chức khác nhau, quan trọng nhất là các Viện hàn lâm.
Vào năm 1459, ở Florence nhà triết học và khoa học nhân văn nổi tiếng người Italia Marsilio Ficino (1433 - 1499) đã lập ra viện hàn lâm đầu tiên theo kiểu Academia Athens của Platon. Nó được gọi là Viện hàn lâm Platon và được bảo trợ đặc biệt của người đứng đầu thành phố là Lorenzo de Medici, có biệt danh Lorenzo Huy Hoàng. Sau khi Ficino qua đời và Medici bị trục xuất khỏi Florence thì viện hàn lâm cũng tạm hoạt động, nhưng không lâu. Ngay từ giữa thế kỷ XVI theo sáng kiến của Giorgio Vasari (1511-1574), một họa sĩ nhà kiến trúc và nhà sử học nghệ thuật, Viện hàn lâm Florence lại được thành lập, có quy chế nhà nước và được cấp kinh phí chính thức từ ngân sách quốc gia của Đại công quốc Toscana. (Florence là thủ phủ của Toscana).
Có lẽ Galilei cũng là một viện sĩ của Viện hàn lâm này hoặc chí ít thì chính tại đây đã diễn ra phát biểu khoa học đầu tiên của ông về trắc đạc địa hình địa ngục của Đante.
Những viện hàn lâm này cũng như nhiều viện thành lập về sau vẫn chưa thật sự nghiên cứu tự nhiên mà các thành viên chủ yếu quan tâm đặc biệt tới những nghiên cứu khoa học nhân văn như văn học lịch sử và triết học.
Chỉ riêng Viện hàn lâm Lincei (nghĩa là Viện hàn lâm Linh Miêu, chỉ những người có cặp mắt tinh tường như linh miêu) ở Roma do vương công Federico Cesi (1585 - 1630) thành lập năm 1603 mới quan tâm nhiều tới nghiên cứu tự nhiên.
Đầu tiên viện này chỉ gồm 4 thành viên kể cả người sáng lập là vương công Cesi. Hào quang và sự hưng thịnh của viện này thực sự toả sáng với sự tham gia của Galileo Galilei. Sự kiện ấy diễn ra vào tháng 4 năm 1611, khi Galilei đến Roma để thông báo những phát kiến xuất sắc của mình về thiên văn và thuyết phục toà thánh Vatican về tính đúng đắn của hệ thống Copernic.
Cesi cho rằng, không nên nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên riêng lẻ mà phải nghiên cứu toàn bộ hệ thống trong chỉnh thể của nó. Ông hiểu rằng một mình ông thì không thể hoàn thành được nhiệm vụ đó và ông ước mơ cho ra đời một tập từ điển bách khoa về hệ thống Vũ Trụ do tập thể những người cùng ý tưởng biên soạn. Thành viên Viện hàn lâm này không chỉ trực tiếp giao lưu với nhau mà còn là những người đầu tiên áp dụng rộng rãi việc trao đổi thư từ khoa học. Ví dụ do việc lui tới Roma không thường xuyên, Galilei ít khi tham dự trực tiếp các cuộc họp của Viện dei Lincei nên ông được thông báo về công việc của viện qua trao đổi thư từ.
Cùng với thời gian, nhiều viện hàn lâm đã hình thành, trong điều lệ của đa số viện có sự phân chia hội viên thành hội viên (viện sĩ) chính thức và hội viên (viện sĩ) thông tấn. Hội viên chính thức phải có mặt trong các cuộc hội họp thường xuyên còn các hội viên thông tấn thì tham gia công việc của viện thông qua trao đổi thư từ.
Viện hàn lâm dei Lincei mang đậm tính thế tục. Một số nhà sử học còn có khuynh hướng tìm thấy trong hoạt động của viện sự thách thức nào đó đối với trường Dòng Tên ở Roma - trung tâm khoa học hàng đầu của Giáo hội. Tuy nhiên. Toà thánh Vatican ngày nay coi Viện hàn lâm dei Lincei là một cơ quan của mình và trong tất cả các tài liệu chính thức đều ghi rõ Viện hàn lâm khoa học của Giáo hoàng do vương công Cesi sáng lập năm 1604.
Vào giữa thế kỷ XVIII, ở Italia chưa phải là thời điểm thuận lợi cho khoa học phát triển. Sau vụ án xử Galileil, những nhà bác học tài năng cố rời xa những khu vực bị Giáo hội kiểm soát. Vai trò đầu tàu trong khoa học lại thuộc về các nước khác ở châu Âu. Tại Pháp nhà tài chính và chính khách nổi tiếng Jean Baptiste Colbert (1619 - 1683) thời vua Louis XIV đã hiểu sự tiến bộ khoa học hứa hẹn những lợi ích thực tiễn. Năm 1666 ông tự bỏ tiền ra tập hợp một nhóm các nhà khoa học vào một tổ chức có tên rất kêu là Viện Hàn lâm khoa học (tự nhiên) hoàng gia Paris. Năm 1669, thông qua điều lệ của Viện, còn kinh phí nghiên cứu lấy từ ngân quỹ hoàng gia.
Tại nước Anh từ 1645 đã hình thành không chính thức một nhóm các nhà bác học London và Oxford lấy tên “Trường đại học vô hình” (Invisible College). Các thành viên nổi tiếng trong hội này có nhà hoá học và vật lý Robert Boyle (1627 - 1691), nhà toán học John Wallis (1616 - 1703) và khoa học đa năng Robert Hooke (1703).
Nhân vật nổi bật nhất có lẽ là Robert Hooke. Tuy nhiên sự toả sáng của ông lại đúng vào lúc ngôi sao Newton đang mọc, nên Newton đã lấn át hết xung quanh. Hooke có mối quan hệ với Newton phức tạp và mâu thuẫn ảnh hưởng không nhỏ tới sáng tạo và cuộc sống riêng của cả hai người. Robert Boyle, người có uy tín trong số thành viên sáng lập gặp may hơn nhiều. Những sáng tạo của ông ra đời sớm hơn và các công trình không mảy may lệ thuộc, thậm chí còn thể hiện trước cả những ý tưởng của Newton. Sáng chế nổi bật nhất của ông không có liên quan tới công trình của Newton, là việc hoàn thiện chiếc bom không khí xuất phát từ ý tưởng các nhà thực nghiệm Italia và Pháp. Năm l660, hội khoa học nói trên được chuyển thành Hội (khoa học) hoàng gia (Royal Society) nổi tiếng.
Vua Charles II của nhà Stuart (1660 - 1685) lên đã tuyên bố mình là người ủng hộ các khoa học chính xác và và bảo trợ hội khoa học mới thành lập. Sự bảo trợ đó xem ra chỉ có giá trị tinh thần chứ không có hỗ trợ về tài chính. Dù sao sự bảo trợ đó đã tạo ra không ít thuận lợi cho các nghiên cứu về vật lý.
Cứ như thế vào nửa sau thế kỷ XVII, các cộng đồng khoa học không chính thức phải nhường chỗ cho những hội có tổ chức. Người ta hiểu kinh phí cho khoa học là một sự đầu tư chứ không phải là sự ủng hộ kiểu Mạnh Thường Quân. Khoa học bắt đầu có được sự tư chủ vật chất.
Viện hàn lâm khoa học đầu tiên của nước Nga lại ra đời hoàn toàn khác. Nó không hình thành từ sự tập hợp không chính thức các nhà bác học. Vua Peter (Piotr) đệ nhất đã mời không ít nhà khoa học nổi tiếng châu Âu đến làm việc. Sau đó Viện Hàn lâm khoa học Hoàng gia Petersburg ra đời theo hình mẫu tổ chức lấy từ châu Âu.
VIỆN HÀN LÂM THỰC NGHIỆM
Quan điểm tiếp cận thực nghiệm thể hiện mạnh nhất trong chương trình hoạt động của Viện hàn lâm del Cimento (Viện hàn lâm thực nghiệm). Sự ra đời của Viện này cũng gắn liền với tên tuổi của Galilei mặc dù điều ấy diễn ra năm 1657, nghĩa là sau khi nhà bác học qua đời 15 năm. Trong số những người sáng lập Viện, phải kể đến hai người học trò cuối cùng của ông là Evangelista Torricelli (1608 -1647) và Vincenzo Viviani (1622 -1703).
Các Vện sĩ Florence làm việc cùng nhau và công bố tác phẩm ''Những công trình về thực nghiệm đối với thiên nhiên được Viện hàn lâm thực nghiệm tiến hành'' mà không tách bạch công lao của các tác giả. Công trình này được xuất bản sau khi Viện chấm dứt hoạt động vào năm 1667, tức là nó chỉ tồn tại trong 10 năm. Tài liệu này nói lên xu hướng nguyên tắc của các thành viên là không lý thuyết hoá về thiên nhiên mà tìm kiếm sự hiểu biết các hiện tượng cụ thể thông qua các thực nghiệm đa dạng. Một vài thí nghiệm đã được các nhà vật lý khác thực hiện trước kia, viện chỉ lặp lại một cách hết sức tỉ mỉ; một số thí nghiệm khác được nghĩ ra với trí tưởng tượng khác thường. Những nhà khoa học Florence đã lần đầu tiên sử dụng nhiệt kế thực sự mà không khí được hút hết trong bầu và trong ống để tránh ảnh hưởng của áp suất không khí. Viện cũng đề xuất một trong những phương pháp xác định độ ẩm không khí đầu tiên và thậm chí đã thử đo tốc độ ánh sáng, tuy cũng dễ hiểu vì sao thời bấy giờ họ chưa thể thành công.
Cũng như Viện hàn lâm Florence, Viện hàn lâm del Cimento thực tế do nhà nước bao cấp và các viện sĩ nhận thù lao về việc tiến hành các thí nghiệm khoa học. Ở một mức độ nào đó, nó giống museion Alexandria, chỉ có điều nó là một cơ quan tôn giáo nhiều hơn và các viện sĩ tại đó có thể ví như những nhà bác học - thầy tu làm việc trong các tu viện hoặc trong các trường của Dòng Tên.
MERSENNE VÀ NHỮNG NGƯỜI TRAO ĐỔI THÔNG TIN VỚI ÔNG
Marin Mersenne (1588 -1648), một thầy tu người Pháp là ''Viện hàn lâm một người'' của Châu Âu thế kỷ XVII, đã liên lạc và phối hợp hoạt động của các nhà bác học châu Âu thông qua trao đổi thư từ. Trong số những người trao đổi thư từ với ông phải kể đến Descartes, Galilei, Roberval, Desargues, Pascal, Beckman... và rất nhiều người khác. Tài liệu trao đổi thông tin kiểu này của Mersenne xuất bản ở Pháp tuy chưa đầy đủ đã tới… 17 tập.
Những bức thư của Mersenne có ý nghĩa quan trọng trong việc giải quyết bài toán về sự rơi tự do. Sinh thời Albert ở Saxony đã chỉ ra rằng, vận tốc vật rơi có thể tỉ lệ thuận hoặc với thời gian hoặc với quãng đường đã rơi. Năm 1604 trong một bức thư, Galilei đã trình bày đề xuất rằng ông sẽ có thể rút ra được tất cả các luật chuyển động nhanh dần đều từ nguyên lý vận tốc tỉ lệ với khoảng cách đi được. Chỉ tới năm 1638 trong cuốn ''Trò truyện và những chứng minh toán học” ông đã chứng minh chuyển động với vận tốc tỉ lệ thuận với quãng đường đi được là không thể tồn tại (trong trường hợp đó, để đi qua một đoạn đường bất kì, cần thời gian vô hạn). Định luật đúng mà Galilei phát hiện (vận tốc của vật rơi tự tỉ lệ thuận với thời gian) đánh giấu sự khai sinh môn cơ học cổ điển.
Năm 1618 khi chuyển đến thành phố Breda thuộc Hà Lan, Ren Descartes đã gặp nhà toán học và cơ học địa phương có tên là Isaac Beckman (1570 - 1637), người đã lưu ý chàng thanh niên Ren tới bài toán về sự rơi tự do mà mình không thể tự giải quyết được.
Trong rất nhiều năm, họ trao đổi thư từ cho nhau, thông tin đều đặn cho nhau về các phát hiện mới hay về các nghi vấn cho Mersenne, người đã kêu gọi các nhà khoa học khác ở châu Âu hợp tác giải quyết bài toán này. Chính Mersenne là người đầu tiên báo cho Descartes biết về những chứng minh của Galilei ghi trong ''Đối thoại giữa hai hệ thống...'' Trong thư phản hồi cho Mersenne, Descartes đã phê phán kịch liệt Galilei và bác bỏ những kết luận đúng của Galilei.
Trong các thư từ trao đổi với các nhà vật lý và toán học ưu tú nhất châu Âu, Mersenne đã luận bàn những vấn đề về bản chất âm thanh và cách đo vận tốc âm thanh, về đường ném ngắn nhất và về sự xoay của xiclôit (cycloid). Thì ra hai nội dung sau có liên quan chặt chẽ với nhau và lời giải là cùng một đường cong như nhau. Bài toán thứ nhất được tóm tắt như sau: vật rơi tự do phải di chuyển theo đường cong nào để chuyển từ điểm này đến điểm kia trong thời gian ngắn nhất. Người ta đã xác định nhanh chóng rằng dạng của đường cong đó trùng với cái gọi là ''đường võng'' (đường dây xích) - dạng treo tự do ở 2 điểm của dây xích, Christiaan Huygens (1629 - 1695) đã đi đến bài toán thứ hai khi cố gắng cải tiến những chiếc đồng hồ do ông chế tạo.
Độc lập với Galilei, người đã không thể thực hiện thành công ý đồ của mình, ông quyết định dùng con lắc dẹt - một trọng vật nhỏ gắn với sợi dây trọng lượng không đáng kể để có thể nhận được bước đi đều đặn của đồng hồ. Tuy nhiên sau đó Huygens phát hiện chu kì của con lắc ấy là không đẳng thời. Chu kì dao động của nó chỉ là cố định với những biên độ nhỏ. Khi tăng biên độ dao động, thời gian sẽ tăng lên đáng kể. Nhà bác học nhận thấy, những chuyển động đẳng thời xuất hiện khi trọng vật của con lắc chuyển động không theo đường tròn mà theo đường xicloit. Để đạt được mục đích ấy, ông giới hạn sự chuyển động của sợi dây bằng một lá gạt kim loại, nghĩa là thay đổi điểm treo và độ dài con lắc. Vấn đề còn lại là tìm hình thù lá gạt như thế nào để trọng vật chuyển động theo xicloit. Việc giải quyết triệt để mọi bài toán về xicloit, phải nhờ đến Blaise Pascal, Năm 1658, ông đã phát biểu và chứng minh 6 định lý. Ông cũng đề nghị, giấu tên bằng một biệt danh, các nhà toán học châu Âu chứng minh chúng để đoạt giải thưởng bằng tiền. Tất nhiên công đầu thuộc Pascal nhưng Huygens cũng đã giải được 4 trong số 6 bài toán trên, nhất là trong việc tìm ra hình dạng của ''lá gạt'': nó phải có hình dạng xicloit để đảm bảo cho trọng vật chuyển động theo đường cong này. Nhờ Mersenne mà lần đầu tiên Pascal biết tới bài toán đường cong xicloit. Hàng chục năm ròng rã Mersenne luôn ở tâm điểm của đời sống khoa học châu Âu, ông nối kết nhiều nhân vật khác nhau, có những người không ưa nhau, thậm chí thù địch nhau. Như lời nhà vật lý và lịch sử khoa học Anh John Desmond Bernal (1901 - 1971), Mersenne là ''hòm thư chủ yếu của tất cả các nhà bác học châu Âu, bắt đầu từ Galilet và cuối cùng là Hobbes''. Thông báo cho Mersenne một tin gì mới có nghĩa là thông báo cho toàn thế giới tin đó.
