TỰ NHIÊN LÀ GÌ?
Nhiều triết gia trước Aristotle đã sáng tạo các tác phẩm thi ca và văn xuôi với nhan đề truyền thống là ''Về Tự nhiên''. Nhưng đâu đã có một cách nhìn thống nhất về thế giới. Để xác định một bản chất chân thực của sự vật phải xây dựng một khoa học dựa hẳn vào lôgic và quan sát, nghiên cứu các vấn đề, đại loại như tự nhiên là cái gì và từ đó suy ra các biểu hiện riêng của nó. Aristotle đã thực sự khai sinh một phương pháp mới mẻ hoàn thiện hơn, cho phép đi tới sự chấp thuận những vấn đề nguyên tắc.
Ông gọi khoa học về tự nhiên là physica - vật lý học (từ chữ Hi Lạp ''physis'' có nghĩa là ''tự nhiên''). Và đương nhiên vấn đề đầu tiên nhà triết học cố gắng trả lời là: Tự nhiên là gì? Nếu tri thức tự nhiên đem đến sự hiểu biết nguyên nhân của những gì đang diễn ra tức là về bản chất của sự vật thì đó là điều đáp ứng câu hỏi vì sao một hiện tượng nào đó xảy ra đúng như thế, chứ không thế khác. Bản chất sự vật cái thực chất của nó, là điều khiến sự vật này là chính nó, là bản thân nó. Nói khác di, bản chất sự vật có thể gọi bằng khái niệm, bằng ý niệm các ''eidos'' (theo tiếng Hi Lạp cổ hay ''forma'' theo tiếng La tinh) về nó. Tự nhiên không đơn giản chỉ là cái bao quanh ta, cái mà ta có thể cảm nhận bằng giác quan hay kinh nghiệm. Nó không nằm trên bề mặt bên ngoài của hiện tượng mà ẩn giấu trong các sự vật cảm nhận được. Nhận biết nó bằng cách quan sát và suy xét nghiêm túc - đó chính là nhiệm vụ của vật lý học.
Nhận thức ra bản chất của tự nhiên theo Aristotle là dùng trí tuệ nhìn thấu qua bức màn che sân khấu nơi diễn ra các hiện tượng hiểu ra cái thực chất ẩn giấu không quan sát thấy mà được lĩnh hội bằng trí tuệ, tức là các nguyên nhân.
Aristotle chia ra 4 loại nguyên nhân: vật chất, hình thức, thúc đẩy (hay phát sinh), và mục đích. ''Nguyên nhân một mặt có nghĩa là cái vật chất làm nên sự vật sinh thành sự vật giống như đồng làm thành bức tượng, bạc làm thành cái cốc... Theo ý nghĩa khác, đó chính là hình thức, hình ảnh nói cách khác đó là khái niệm bản chất của tồn tại và những gì chung hơn nữa của khái niệm ấy. Sau nữa nguyên nhân - đó là cái nguồn từ đó sự thay đổi hay yên vị bắt đầu. Chẳng hạn một người đưa ra lời khuyên, thì là nguyên nhân, cha là nguyên nhân của đứa con, và nói chung, cái làm ra là nguyên nhân của cái được làm ra, cái gây nên thay đổi là nguyên nhân của cái bị thay đổi. Ngoài ra nguyên nhân còn có ý nghĩa mục tiêu, mục đích nữa. Mục tiêu là cái vì nó mà làm chẳng hạn như mục tiêu của việc tản bộ là vì sức khoẻ. Thực vậy tại sao người ta đi tản bộ, ta hỏi. Để cho khoẻ mạnh. Nói vậy là ta đã chỉ rõ một nguyên nhân''.
Hai nguyên nhân đầu chủ yếu đặc trưng cho trạng thái không biến đổi. Còn hai nguyên nhân sau, đặc trưng cho quá trình phát sinh của sự vật. Đối với vật lý học châu Âu thời cận đại, việc giải thích các hiện tượng bằng những nguyên nhân mục tiêu có vẻ như là không thể chấp nhận nổi, và đó là một trong những bất đồng nghiêm trọng nhất với vật lý học Aristotle. Nhưng lẽ nào để xuất hiện một ngôi nhà thì mục tiêu xây dựng nó lại không quan trọng?
Và câu hỏi: thế giới được cấu tạo như vậy mà không phải thế khác, sớm muộn cũng đưa chúng ta tới câu hỏi: nó đã được tạo ra đúng như thế này để làm gì? Vật lý học thời cận đại mà nền tảng là hệ thống thế giới nhật tâm (lấy Mặt Trời làm tâm điểm, đứng yên), đã có thể chấp nhận các luận điểm tương tự chỉ có điều chúng nói về các sự vật do con người tạo thành chứ không phải về các hiện tượng và đối tượng thiên nhiên.
Khảo luận của Aristotle “Khí tượng học”, bằng hai thứ tiếng Hi Lạp và La Tinh, bản in năm 1585
Vậy cả 4 nguyên nhân của Aristotle sẽ tác động ra sao trong trường hợp cụ thể, ví dụ hòn đá rơi. Nguyên nhân vật chất của hòn đá là nó do chất gì tạo nên. Truy đến cùng, nó cấu tạo từ vật chất nguyên thuỷ, không có các tính chất riêng nào. Nguyên nhân hình thức của hòn đá đó là cả loạt các đặc trưng xác định làm cho nó trở thành chính hòn đá, chứ không phải mầu gỗ, thỏi sắt. Trong gỗ hay chẳng hạn có pha trộn cả hai chất nguyên tố là đất và lửa mà theo Aristotle khi bị đốt cháy mẩu gỗ đó phân rã thành 2 nguyên tố đó. Còn hòn đá thì chỉ chứa một nguyên tố là đất; mà xu hướng của nó là tính hướng tâm trong Vũ trụ. Vì vậy khi nó ở vị trí không tự nhiên đối với nó (như trong không khí chẳng hạn) hòn đá sẽ có xu hướng trở lại hoàn toàn dạng thức dành riêng của nó, tức là trở về chỗ Tự nhiên xếp đặt cho nó. Đó chính là nguyên nhân mục đích gây ra sự rơi của hòn đá. Khi hòn đá thực hiện việc lấy lại dạng thức hoàn tất của mình (sự rơi thì toàn bộ Vũ Trụ giúp nó: thông tin cho nó về tình trạng vi phạm trật tự tự nhiên của sự vật và giúp nó chỉnh lý cái sai đó. Đó chính là nguyên nhân thúc đẩy (phát sinh).
Vì sự rơi của hòn đá xảy ra không có tác động nào (thấy được) từ bên ngoài nên nguồn gốc chuyển động ấy phải nằm ngay ở bên trong bản chất của thiết chế Vũ Trụ. Nghĩa là sự rơi hòn đá là thuận theo tự nhiên xảy ra một cách tự nhiên. Kết luận rằng chuyển động của hòn đá rơi xuống dưới đúng tự nhiên, không chỉ suy ra từ quan sát mà còn phải phân tích chuyển động bằng lý luận và làm rõ bản chất của hiện tượng. Chính đó là nhiệm vụ của vật lý học: chuyển từ quan sát tới nhận thức cái gì xảy ra thuận theo tự nhiên, còn cái gì trái tự nhiên, tìm ra cơ sở hợp lý cho mọi thứ. Nhưng sự vật chuyển động, thuận theo tự nhiên hay một cách tự nhiên thì trong trường hợp đó nguồn gốc chuyển động nằm ngay bên trong chúng chúng không bị kéo hay đẩy bởi các vật khác. Chuyển động tự nhiên có bản tính là hướng tới mục tiêu xác định phục tùng nguyên nhân tận cùng. Còn khi sự chuyển động của vật có nguồn gốc từ bên ngoài, thì đó là chuyển động cưỡng bức. Bất cứ vật nào bị cưỡng bức mà chuyển động thì nhất định sẽ tìm đến chuyển động nhiên của mình, vốn vì cưỡng bức mà bị vi phạm.
Nhiệm vụ của vật lý học chỉ là nghiên cứu các chuyển động tự nhiên. Rất nhiều kiểu chuyển động cưỡng bức không phải là đối tượng nghiên cứu của vật lý học Aristotle. Thứ nhất vì vật lý học là khoa học về bản chất của các sự vật. Thứ hai, nguyên nhân của bất kì chuyển động cưỡng bức nào truy đến cùng vẫn là một chuyển động tự nhiên nào đó, không thể khác được.
Để thoát khỏi mê cung của trong phái Aristotle cần phải đem chuyển động cưỡng bức làm đối tượng nghiên cứu của vật lý học, công việc mà vào thế kỷ XVI - XVII Galilei đã khởi đầu và Newton hoàn tất.
Tuy nhiên Einstein trong lý thuyết tương đối rộng của mình, theo ý nghĩa nào đó, lại trở về với quan điểm của Aristotle. Theo lý thuyết tương đối, sự rơi của hòn đá xảy ra không phải dưới tác động của trọng lực ngoại lực hấp dẫn vạn vật như Newton quan niệm, mà theo cách tự nhiên phù hợp với cấu trúc không thời gian, bị làm cong bởi sự hiện diện của Trái Đất. Einstein mơ ước xây dựng lại toàn bộ vật lý học sao cho trong nó chỉ còn có các chuyển động tự nhiên nhưng tiếc rằng ông không kịp thực hiện được điều đó.
ARISTOTLE CÓ BIẾT ĐỊNH LUẬT QUÁN TÍNH?
Từ dữ kiện tư biện rằng trong không gian trống rỗng tuyệt đối, một vật ban đầu đang đứng yên không thể bắt đầu chuyển động, không thể suy ra rằng các vật trong không gian trống rỗng (chân không) đều không thể chuyển động, nếu nó bị đẩy. Khi hình dung về chuyển động của vật trong chân không, nếu như chân không tồn tại, Aristotle viết: ''Không ai có thể nói, vì sao một vật chuyển sang chuyển động, sẽ dừng lại ở đâu đó, bởi lẽ khi đó vì sao nó dừng lại ở đó chứ không phải chỗ khác? Vì thế nó cần phải hoặc đứng yên hoặc chuyển động vĩnh viễn, nếu không bị một lực mạnh hơn cản lại''. Nói cách khác, trong không gian trống rỗng vô hạn vật thể sẽ vĩnh viễn chuyển động thẳng và đều.
Nhưng khẳng định rằng ngay từ bấy giờ, vào thế kỷ IV tr.CN quán tính đã được đề xuất là không đúng (nó được biết ở dạng định luật thứ nhất của cơ học, được Newton công bố lần đầu tiên năm 1687). Nguyên lý ấy là thành quả của thế giới quan cơ học, nó ''tước đi'' của các vật cái nguyên nhân thay đổi trạng thái nghỉ (hay chuyển động) của mình, ''triệt tiêu'' cái khả năng của vật tự mình bắt đầu chuyển động, làm cho nó có quán tính. Phát biểu nêu trên của Aristotle cần hiểu chẳng qua là sự ứng dụng một nguyên lý đủ cơ sở vào những điều kiện cho trước: điều xảy ra chỉ có thể là cái được, rút ra từ tất cả các phương án còn lại bằng cách nào đó, và không có cái thay thế tương đương. Nếu vật thể khi chuyển động vẫn giữ nguyên là chính mình, nghĩa là vào lúc có va chạm nó không bị vật chất nào thêm vào nó, mà lượng của nó đáng ra có thể bị giảm đi khi chuyển động; thì không có cơ sở nào để cho rằng một điểm của quỹ đạo của vật trong chân không sẽ là tốt nhất để dừng lại. Vì vậy vật thể bị buộc phải chuyển động trong chân không, sẽ chẳng bao giờ dừng lại.
Nhưng đó vẫn chưa phải là nguyên lý quán tính. Thực ra nội dung chính của định luật thứ nhất của Newton là ở chỗ, nguyên nhân duy nhất làm gia tốc vật thể, là ngoại lực tác động lên nó. Từ đó suy ra rằng điều mà Aristotle có thể đồng ý chỉ là: trong chân không (ở đó không thể có ngoại lực nào) vật luôn luôn chuyển động không có gia tốc. Nhưng theo Aristotle chân không là không thể có, mà trong không gian thực đẩy vật chất và không đồng nhất thì vật thể có thể khởi đầu chuyển động có gia tốc ngay cả khi không có ngoại lực, bởi lẽ nguyên nhân của thay đổi vận tốc (dù chỉ một phần) nằm ngay bên trong vật thể. Theo Newton thì ngược lại, không thể như vậy, vì vật chất về bản chất là có quán tính, là vô tri vô giác. Aristotle đứng trong khuôn khổ thuyết địa tâm, không thể hiểu được nguyên lý gia tốc chuyển động chỉ như một tác động từ bên ngoài. Vậy nên trong vật lý học của ông về nguyên tắc không có chỗ cho định luật quán tính.
