Chương 1 - Nhập môn Khoa học tự nhiên - Lecture notes 1 | Đại học Sư phạm Hà Nội

Chương 1 - Nhập môn Khoa học tự nhiên - Lecture notes 1 | Đại học Sư phạm Hà Nội với những kiến thức và thông tin bổ ích giúp sinh viên tham khảo, ôn luyện và phục vụ nhu cầu học tập của mình cụ thể là có định hướng, ôn tập, nắm vững kiến thức môn học và làm bài tốt trong những bài kiểm tra, bài tiểu luận, bài tập kết thúc học phần, từ đó học tập tốt và có kết quả cao cũng như có thể vận dụng tốt những kiến thức mình đã học vào thực tiễn cuộc sống.

30 15 lượt tải Tải xuống

Chia sẻ Báo cáo tài liệu

TRƢỜNG ĐẠ ỌC SƢ PHẠI H M HÀ NỘI

Biên so n: ạ GS.TSKH Đỗ Đức Thái ( biên), PGS.TS Nguy n Ng c Hà, Chủ ễ ọ

PGS.TS Lê Huy Hoàng, PGS.TS L c Huy Hoàng PGS.TS Trụ , ần Đăng Hƣng,

PGS.TS Mai Sĩ Tuấn

NHẬP MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VÀ CÔNG NGHỆ

CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ Ế Ự TH GIỚI T NHIÊN - KHOA H ỌC

TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGH Ệ

HÀ N 2019 ỘI –

CHƢƠNG 1

KHÁI QUÁT V Ề THẾ Ớ Ự GI I T NHIÊN - KHOA H C T NHIÊN VÀ Ọ Ự

CÔNG NGH Ệ

§1. ÁI QUÁT VKH Ề Ế Ớ Ự TH GI I T NHIÊN

I. Thế i t nhiên là gì? giớ ự

Con người từ lúc sinh ra đã được bao bọc bởi thế giới xung quanh. Bản thân

con người cũng là mộ ới đó. Vì thế, con ngườt phần của thế gi i luôn có khát vọng

tìm hi u th i xung quanh mình là gì và ho nào? Nh ng hi u biể ế giớ ạt động như thế ữ ể ết

đó không những giúp con người mở rộng kho tàng tri thức mà còn giúp con người

phát tri n kinh t -xã hể ế ội, nâng cao đời sống vật chất và tinh th ần.

Có nhi u cách gi i thích v i xung quanh chúng ta. Nh ng nhà triề ả ề thế giớ ữ ết

học cổ xưa đã “chia” thế giới xung quanh chúng ta thành hai lo i: Thạ ế giới v t chậ ất

và Th i phi v t chế giớ ậ ất.

Thế giới v t ch t có tên g , hay g i tậ ấ ọi đầy đủ là Vũ trụ Thvà ế giới t nhiênự ọ ắt

là ( ng Anh: m vi bao quát c a nó là r t r i vi Tự nhiên tiế nature). Phạ ủ ấ ộng từ thế giớ

mô cho t i thớ ế giới vĩ mô bao la vũ trụ Nói đế nhiên" là nói đế trong . n "Tự n

các x y ra trong th i v t chhiện tượng ả ế giớ ậ ất cũng như trong sự sống nói chung.

Mặc dù con người là một phần của Tự nhiên, nhưng nhữ ạt động ho ng của

con người thường được hiểu là một phạm trù riêng bi t v i các hi ng t nhiên ệ ớ ện tượ ự

khác. ng h n, Th i tinh th n cChẳ ạ ế giớ ầ ủa con người (như ý thức, văn hóa, nghệ

thuật, khoa học,…) là một phần của Th i phi v t ch ế giớ ậ ất.

Từ nature có ngu n g c tồ ố ừ ong ti Latin m chnatura tr ếng , có nghĩa là "phẩ ất

thuần khi ng b m sinh", và trong th i c sinh ết, thiên hướ ẩ ờ ổ đại nó có nghĩa đen là "sự

ở".

Natura trong ti ng Latin là d ch t ế ị ừ physis ng Hy L p, m t t(θύζις) trong tiế ạ ộ ừ

có ngu n g ng c tính n i t i mà c v ng v t và nh ng ồ ốc liên quan đến nhữ đặ ộ ạ thự ật, độ ậ ữ

đối tượ ắt đầ

ng khác của thế giới dựa theo chúng để phát triển. B

u bằng những cách

thông hi t lõi c a t

ểu ý nghĩa cố ủ ừ “θύζις” củ ết gia trướa các tri c Sokrates , khái

niệm t nhiên (ự hay vũ trụ ần đượ ộng và đượ vật chất) nói chung, dần d c mở r c chấp

nh hiận. g n phát tri n c a các c Ở iai đoạ ể ủ phương pháp khoa họ ện đại trong suốt

nhiều kthế ỷ qua, khái ni m t c ti p t c s dệ ự nhiên đượ ế ụ ử ụng và hoàn thi n n i hàm. ệ ộ

Trong cách hi u và s d ng ngày nay, Th i t nhiên hàm ch a Thiên ể ử ụ ế giớ ự ứ

nhiên, trong đó nói đế Thiên nhiên thườn ng là nói đến Địa chất và Thế giới hoang

dã nh. Cũng như vậy, nói đến Thiên nhiên chúng ta có th c n ể đề ập đế ữ động loài ng

thự ốc vật s ng khác nhau, trong mnhưng ột số trường h có thợp ể đề c ng ập đến nhữ

tiế ạn trình tồn t i và làm biến đổi môi trường quanh nó c a nh ng v t vô tri vô giác ủ ữ ậ

như thờ ếi ti t, hoạt động đị ủa Trái Đấ ôi trườa chất c t. "M ng tự nhiên" hoặc “Thiên

nhiên hoang dã ng c hi u là ng v , b ói ” thườ đượ ể độ ật hoang dã, đá, rừng ờ biển,… N

chung là nh ng th không b b i s can thi p c i, hoữ ứ ị thay đổi đáng kể ở ự ệ ủa con ngườ ặc

vẫn t n t i b t ch p sồ ạ ấ ấ ự can thi p cệ ủa con người.

Bây gi chúng ta s tìm hi u v m t vài dờ ẽ ể ề ộ ạng điển hình của Th i t nhiên. ế giớ ự

1. Vũ trụ

1.1. Vũ trụ là gì?

Theo quan ni m c a nhi u nhà khoa h c hi n t i, là t t c không gianệ ủ ề ọ ệ ạ Vũ trụ ấ ả ,

thời gian và thành ph n c a chúng, bao g m các hành tinh, ngôi sao, thiên hà và tầ ủ ồ ất

cả các d ng khác c t ch t ạ ủa vậ ấ và năng lượng. Cũng có những quan điểm cho rằng

Vũ trụ ợc định nghĩa là mọ đang tồ đã tồ có thể đư i thứ n tại, mọi thứ n tại, mọi thứ sẽ

tồn t i và bao hàm m i d ng s ng, m i l ch s . ạ ọ ạ ố ọ ị ử

Mặc dù c toàn th c a Vcác nhà thiên văn chưa biết được kích thướ ể ủ ũ trụ là bao

nhiêu (và có th là vô h có th c c quan sát ể ạn!), nhưng ta ể đo kích thướ ủa vũ trụ

Sokrates Socrates hay (tiếng Hy Lạp cổ: Σωκράηης Sōkrátēs) là một nhà hiền triết, một nhà tư

tưởng nằm giữa giai đoạn bóng tối và giai đoạn ánh sáng của nền triết học Hy Lạp cổ đại. Về năm

sinh của ông hiện vẫn chưa có sự thống nhất giữa năm 469 hay 470. (469–399 TCN), (470–399

TCN). Ông sinh ra tại thành phố Athena, thuộc Hy lạp ết . Thời trẻ, ông nghiên cứu các loại tri

học thịnh hành lúc bấy giờ của các "triết học gia trước Sokrates", đó là nền triết học nỗ lực tìm

hiểu vũ trụ và thế giới tự nhiên xung quanh chúng ta. Tên ông được phiên âm ra tiếng Việt

thành . Xô-crát

được, hi ng kính 93 tện được ước tính có đườ ỷ năm ánh sáng và ướ c tính có khoảng

2 nghìn t ng thành t u c a V t lí lí thuy

ỉ thiên hà trong vũ trụ quan sát được.

Nhữ ự ủ ậ ết

và V i ngày càng hi u sâu s c u trúc và s ật lí thiên văn đã giúp con ngườ ể ắc hơn về ấ ự

tiế ển tri n của Vũ trụ.

Từ (vũ trụ chữ Hán ) trong : 宇宙 tiếng Việt n tđược vay mượ ừ tiếng

Hán. trong Vũ 宙 vũ trụ 宇宙 có nghĩa là không gian, còn trụ 宙 có nghĩa là thời

gian. Vũ trụ nghĩa mặ t chữ là không gian và th i gian. ờ

Trong ti ng Anh, danh t ế ừ universe c hoặ the

universe c hình thành t ng Anh Trung c đượ ừ tiế ổ

với ngu n gồ ốc từ tiếng Pháp cổ univers hoặc

tiếng Latin universum.

1.2. Các mô hình v ề vũ trụ

Các mô hình v u tiên cũ trụ đầ ủa Vũ trụ được

phát tri n b i các nhà tri t h c Hy L p và ể ở ế ọ ạ Ấn Độ

cổ đại là Thuyết địa tâm, đặt Trái đất làm trung

tâm. n kĐế thế ỷ 16, bằng các quan sát thiên văn

chính xác hơn đã

, Nicolaus Copernicus

phát

triển mô hình nhật tâm v i M t tr i trung tâm ớ ặ ờ ở

của H Mệ ặt tr i. D a trên các công trình cờ ự ủa

Copernicus cũng như các định luật của Julian

Kepler c

v chuyề ển động ủa các hành tinh và các

Nicolaus Copernicus (19/2/1473 24/5/1543 – ) là một nhà thiên văn học đã nêu ra hình thức

hiện đại đầu tiên của Thuyết nhật tâm Mặt Trời ở trung tâm) trong cuốn sách ( Về sự chuyển động

quay của các thiên thể (De revolutionibus orbium coelestium). Sự phát triển thuyết nhật tâm của

ông được coi là giả thuyết khoa học quan trọng nhất trong lịch sử, đánh dấu bước chuyển

sang thiên văn học hiện đại.

Julian Kepler (1571-1630) là một nhà thiên văn học người Đức với đóng góp chính là các định

luật cơ bản của sự chuyển động của các hành tinh, trong đó các hành tinh xoay quanh Mặt trời

theo quỹ đạo không tròn. Sinh thời, ông không coi chúng là luật, mà là một phần của sự hòa hợp

thiên thể phản ánh ảnh hưởng của Thiên Chúa trong vũ trụ.

quan sát a Tycho Brahe Isaac Newton nên nh lu t v

thiên văn củ

đã xây dựng đị ậ ạn

vật h p d n. ấ ẫ

Bằng nh , các nhà khoa h n ra rững quan sát sâu hơn ọc đã nhậ ằng Mặt tr i là ờ

một trong hàng trăm tỷ ngôi sao trong Dải Ngân hà, là một trong ít nhất hàng trăm

tỷ thiên hà trong Vũ trụ. Nhiều ngôi sao trong thiên hà của chúng ta có các hành

tinh. quy mô l n nh c phân b u và Ở ớ ất, các thiên hà đượ ố đồng đề như nhau trong

mọi hướng, có nghĩa là Vũ trụ ột tâm đặ ệt nào đó. Ở không có biên hay m c bi quy

mô c phân b thành các c o thành các nhỏ hơn, các thiên hà đượ ố ụm và siêu đám tạ

sợi và l r ng l n trong không gian, t o ra m t c u trúc gi t l n. Quan sát ỗ ỗ ớ ạ ộ ấ ống như bọ ớ

về s phân bự ố và v ch ph c n nhi u lý thuy t h c ạ ổ ủa các thiên hà đưa đế ề ế vũ trụ ọ hiện

đại. Khám phá trong đầu thế kỷ XX v s d ch chuy trong quang ph c a các ề ự ị ển đỏ ổ ủ

thiên hà g ng r , và khám phá ra b c x n n vi ợi đến ý tưở ằng Vũ trụ đang giãn nở ứ ạ ề

sóng vũ trụ ấy Vũ trụ ời điể cho th phải có th m kh u. Gởi đầ ần đây, các quan sát vào

cuối th p niên 1990 ra s giãn n cậ chỉ ự ở ủa Vũ trụ ẫn đang mở ốc độ hiện v rộng với t

ngày càng tăng. ều đó còn cho thấ ần năng lượ ếu trong Vũ trụĐi y thành ph ng chủ y

thuộc v m t d t tề ộ ạng chưa biế ới gọi là ng tnăng lượ ối. Đa phầ ối lượng trong Vũ n kh

trụ cũng tồ ại dướn t i một d ng bi n, còn g i là vạng chưa từ ết đế ọ ật ch t t i. ấ ố

Lý thuy t V N L n (Big Bangế ụ ổ ớ ) là mô hình vũ trụ ọc đượ h c chấp nhận rộng

rãi, nó miêu t v s hình thành và ti n hóa c . Không gian và th i gian ả ề ự ế ủa Vũ trụ ờ

đượ ớc t o ra trong V Nạ ụ ổ L n xuấ ệ ỷ nămt hi n cùng nhau 13,799 ± 0,021 t và một

lượng cố định năng lượ ất choán đầng và vật ch y trong nó. Khi không gian giãn nở,

mật độ ất và năng lượ ban đầ của vật ch ng giảm. Sau sự giãn nở u (được gọi là kỷ

nguyên l m phát vào kạ hoảng 10−32 giây) và tách b n l dố ực cơ bản đã biết, Vũ trụ ần

dần ngu p t c m rội đi và tiế ụ ở ộng, nhiệt độ Vũ trụ giảm xu l nh cho phép ống đủ ạ

hình thành lên nh ng h t h nguyên t u tiên và ti p sau là nh nguyên t ữ ạ ạ ử đầ ế ững ử đơn

giả ấ ầ ậ ợn. Vật ch t tối d n dần t p h p lại, tạo thành một cấu trúc gi t cống như bọ ủa các

Tycho Brahe (14/12/1546-24/10/1601) là nhà thiên văn học, nhà chiêm tinh học Đan Mạch,

được coi là người sáng lập môn thiên văn quan sát trước khi có kính viễn vọng.

Isaac Newton Jr. (4/1/1643-31/3/1727) là một nhà vật lý, nhà thiên văn học, nhà triết học, nhà

toán học, nhà thần học và nhà giả kim thuật người Anh, được nhiều người cho rằng là nhà khoa

học vĩ đại và có tầm ảnh hưởng lớn nhất trong lịch sử nhân loại. Các định luật về chuyển động và

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newto là cơ sở để con người nhận thức Thế giới tự nhiên.n

sợi tơ và các lỗ ỗng dưới tác độ ững đám mây hydro và heli r ng của trọng lực. Nh

khổ ấ ấ ạng lồ dần dần bị hút vào nh t chững nơi có vậ t t c nhối dày đặ t, t o thành các

thiên hà, ngôi sao và m i th khác mà ngày nay chúng ta nhìn th u gi s mô ọ ứ ấy. Nế ả ử

hình ph n này i c có giá tr c t ng dổ biế là đúng, thì tuổ ủa Vũ trụ ị tính đượ ừ nhữ ữ liệu

quan sát là 13,799 ± 0,021 t ỷ năm.

Có nhi u gi i ngh ch nhau v . Các nhà ề ả thiết đố ị ề Số phận sau cùng của Vũ trụ

vật lý và tri t hế ọc v n không bi t ch c vẫ ế ắ ề những gì (gi s b t cả ử ấ ứ điều gì!) có trước

Vụ Nổ L n. Nhiớ ều ngườ ững ước đoán, nghi ngời phản bác nh bất kỳ thông tin nào

có th thu th c này. Có nhi u gi thuyể ập được từ trạng thái trướ ề ả ết về , trong đa vũ trụ

đó một vài nhà vũ trụ ọc đề ằng Vũ t ều vũ trụ h xuất r rụ có thể là một trong nhi cùng

tồn t i song song v i nhau. ạ ớ

2. Mặt trời

Hiểu bi n nh t c a nhân lo i v M t Tr bết cơ bả ấ ủ ạ ề ặ ời đó là một đĩa sáng trong ầu

trời, khi nó xu t hi n thì g i là ban ngày, còn khi nó bi n mấ ệ ọ ế ất là ban đêm.

Trong các n i và ti n s , Mền văn hóa cổ đạ ề ử ặt

Trời được xem là n M t Tr i hay các hithầ ặ ờ ện

tượ ờng siêu nhiên khác. Th cúng Mặt Tr i là tâm ờ

điểm của các n Inca ền văn minh như ở Nam

Mỹ và Aztec thu c xico ngày nay. ộ Me

Một số tượng đài cổ được xây dựng với ý

tưở ợng k t hế p v i các hiớ ện tượng liên quan đến

Mặt Tr i; ví d , các cờ ụ ự thạch u m t cách đánh dấ ộ

chính xác c h chí (các c ch nđông chí hoặ ạ ự thạ ổi

tiếng phân bố ở Nabta Playa, Ai C p, Mnajdraậ ,

Malta và Stonehenge, Anh). Vào th i k La Mã, ở ờ ỳ

ngày sinh c a M t Tr i là ngày ngh (ủ ặ ờ ỉ sau Đông

chí) k m Sol Invictus mà ngày nay g

để ỉ niệ

ọi

là

Christmas

Sol Invictus ("M t Tr i không th khu t ph c") là v chính th c c a sau ặ ờ ể ấ ụ ị thần M t Trặ ời ứ ủ Đế chế La Mã

này và là ngườ ững người lính. Vào ngày 25 tháng 12 năm 274, Hoàng đếi bảo trợ cho nh La

, Dựa theo các sao cố định các nhà thiên văn học Hy L p c i cho r ng Mạ ổ đạ ằ ặt

Trời t xoay quanh Trái Đấ một l n m t m m t ph o xuyên ầ ấ ột năm theo ặ ẳng hoàng đạ

qua i hai chòm sao, và vì th h cho r ng M t Tr i là mmườ ế ọ ằ ặ ờ ột trong 7 hành

tinh (trong ti ng Hy L p ế ạ planetes nghĩa là "đi lang thang"). mỞ ột số ngôn ngữ, Mặt

Trời còn t tên cho m t trong 7 ngày trong được đặ ộ tuần (Sunday- Chủ Nhật).

Ở m t s ngôn ng ông Á, M t Tr c vi t là ( ng Trung, phiên ộ ố ữ Đ ặ ời đượ ế 日 tiế

âm pinyin rì hoặ ế ảc ti ng Nhật nichi) hay (gi太阳 n thể)/太陽 (ph n th ) (pinyin ồ ể tài

yáng hay ti ng Nh t ). Trong ti ng Vi t, phiên âm Hán t c a ch này ế ậ taiyō ế ệ Việ ủ ữ

là nhật và thái dương.

Trong su t l ch s các n a nhân lo i, M t Tr i còn ố ị ử ền văn hóa củ ạ ặt Trăng và Mặ ờ

liên quan đế âm dương ặt Trăng tượng trưn ời tượn với M g cho và Mâm ặt Tr ng

trưng cho ới ý nghĩa trái ngượ vdương c nhau t Tr i di n cho l ng di. Mặ ời đạ ệ ực lượ ệt

trừ ma qu . Các ma cà r h u h u b s ánh sáng M t Trỷ ồng ầ ết đề ị ợ ặ ời.

Một trong nh i tiên phong nêu ra l i giững ngườ ờ ải thích khoa h c v Mọ ề ặt Trời

là

nhà tri t h c Hy L p Anaxagoras . Ông cho r ng M t Tr i là qu c u l a kim ế ọ ạ

ằ ặ ờ ả ầ ử

ạ ổi kh ng lồ, thậm chí l Peloponnesusớn hơn

, và không ph i là xe ng a chariot ả ự

ủa th n Mầ ặt Tr i Heliosờ

Do lu m này b coi là d giáo nên bận điể ị ị ông đã bị ỏ tù

bởi nhà c m quy n và b tuyên án t hình, m c phóng thích bầ ề ị ử ặc dù sau đó ông đượ ởi

ự can thi p c a Periclesệ ủ

. Sau đó hai thế kỷ, vào thế kỷ III TCN nhà toán h c, thi ọ

Mã Aurelian n nó thành v t th cúng chính th c cùng v i các th c th cúng theo truyđã biế ậ ờ ứ ớ ần La Mã đượ ờ ền

thống.

Giáng sinh (Christmas) là m t l h m k ni m sộ ễ ội hàng nă ỷ ệ ự ra đời của Chúa Giêsu Kitô, diễn ra vào

ngày 25 tháng 12 như một lễ kỷ niệm tôn giáo và văn hóa của hàng tỷ người trên thế giới.

Anaxagoras (510- c Công nguyên) là m428 trướ ột triết gia Hy L t lạp trước Socrates. Ông đã đưa ra mộ ời

giải thích chính xác cho nhật thực, cũng như cố g ng gi i thích c u v ng và thiên th ch. ắ ả ầ ồ ạ

Peloponnesos là m o l ng th t vùng phía nam Hy L p, t o thành khu vột bán đả ớn đồ ời cũng là mộ ở ạ ạ ực

phía nam qu c gia t i v nh Corinth. ố ạ ị

Trong n tho i Hy L p, M t Tr i c nhân cách hóa thành (thầ ạ ạ ặ ờ đượ Helios tiếng Hy L ạp: Ἥλιος / ἥλιος).

Pericles là một chính khách, nhà hùng biện và tướng quân Hy L p n i ti ng và có ng c a Athens ạ ổ ế ảnh hưở ủ

trong th i kờ ỳ hoàng kim c a nó - c bi t là th i gian gi a các cu c chiủ đặ ệ ờ ữ ộ ến tranh Ba Tư và Peloponnesian.

sĩ, thiên văn họ đã ướ ữa Trái Đấ

c Hy Lạp Eratosthenes

c tính khoảng cách gi t và

Mặt Trời vào khoảng "400 vạn và 80.0000 stadia". Người ta chưa biết chính xác

con s c a cách vi t này, có th 4.080.000 stadia (755.000 km) ho là ố stadia ủ ế ể là ặc

804.000.000 stadia (148 đến 153 triệu km); con số sau so với khoảng cách thật có

sai s là vài ph ố ần trăm.

Vào th k I, Ptolemyế ỷ

nhà toán h c x Alexandria c tính ọc, thiên văn họ ứ đã ướ

kho

ảng cách này g p 1.210 l n Vào th k VIII, ấ ầ bán kính Trái Đất.

ế ỷ Yaqūb ibn

Tāriq

, nhà toán h i ọc, thiên văn học ngườ Ba Tư đã ướ c tính khoảng cách giữa Trái

Đấ ặ ờ ấ ố ớt và M t Tr i g p 8.000 l t, mần bán kính Trái Đấ ột con s l n nhất về đơn vị

thiên văn cho đế n th ời điểm đó.

Giả thuy t r ng M t Tr i là trung tâm c a qu o chuyế ằ ặ ờ ủ ỹ đạ ển động của các hành

tinh đượ

c Aristarchus c a Samos k TCNủ

đưa ra vào thế ỷ III , và sau đó Seleucus

ủa Seleucia

cũng theo thuyết này. Quan điể ọng này đã đượm triết học quan tr c

Eratosthenes (276-194 c Công nguyên) là m t nhà toán h c Hy L p. Ông là trướ ộ ọ ạ đã Giám đốc

Thư việ a. Ông đã phát minh ra Đị Geography cũng n Alexandri a lý học (Geography). Thuật ngữ

do ông đặt ra.

Claudius Ptolemaeus ((khoảng 100-178 ng Hy L ; tiế ạp: Κλαύδιος Πηολεμαῖος Klaudios

Ptolemaios), hoặc m n là ột cách đơn giả Ptolemaeus Ptolemy Ptolémée, hay hay , là mPtôlêmê ột

nhà bác h c Hy L p t x t Tebaida, h c hành và làm vi c t i Alexandria. Ông vi t nhi u tác ọ ạ xuấ ứ ừ ọ ệ ạ ế ề

phẩm trong các lĩnh vực như thiên văn họ toán học, c, địa lý và nhạc.

Yaʿqūb ibn Ṭāriq ( ; m t nhà toán h c cقرﺎط ﻦﺑ بﻮﻘﻌﯾ ất năm 796) là mộ ọc, thiên văn họ ủa

Baghdad.

Aristarchus c a Samosủ (310-230 TCN) là m c và nhà toán h c Hy L p c ột nhà thiên văn họ ọ ạ ổ

đại, người đầu tiên đã trình bày mô hình nhật tâm đặ ủa vũ trụ và Trái đất Mặt trờ ởi trung tâm c t

xoay quanh nó.

Seleucus c a Seleuciaủ (190- c Công nguyên; ng Hy L p: là m150 trướ tiế ạ Σέλεσκος Seleukos) ột

nhà thiên văn học và triết gia Hy L n t Seleucia trên sông Tigris, Mesopotamia, thạp. Đế ừ ủ đô của

Đế ế ấ ế ậ ch Seleucid, ông đượ ết đến như là một người đềc bi xu t thuy t nh t tâm và lý thuy t v ế ề

nguồn gốc của th y triủ ều.

Nicolaus Copernicus át tri n thành mô hình toán h c d t cách hoàn ph ể ọ ự đoán mộ

chỉnh về hệ nhật tâm vào th k ế ỷ XVI.

2.1. M ặt Trời là gì?

Mặt Tr i m ngôi sao có d ng hình c u o!) n trung ờ là ột ạ ầ (gần như hoàn hả ằm ở

tâm Hệ ả ặ Mặt Trời, chiếm kho ng 99,86% ckhối lượng ủa Hệ M t Tr t và ời. Trái Đấ

các thiên th hành tinh, u hành tinh, thiên th , sao ch i và bể khác như các tiể ạch ổ ụi

quay quanh M t Tr ặ ời.

Khoảng cách trung bình giữa

Mặt Tr t x p x 149,6 ời và Trái Đấ ấ ỉ

triệu kilômét nên ánh sáng M t Trặ ời

cần 8 phút 19 giây m c Trái ới đến đượ

Đất. Trong m ng cách này ột năm, khoả

thay đổi từ 147,1 triệu kilômét ở điểm

gần nh t (kho ng ngày 3 tháng 1), tấ ả ới

điểm xa nhấ ệt là 152,1 tri u km

(khoảng ngày 4 tháng 7 N). ăng lượng

Mặt Trời dở ạng ánh sáng h cho ỗ trợ

hầu h t s s t thông ế ự ống trên Trái Đấ

qua quá trình quang h p và M t Trợ ặ ời

cũng điều khiển khí hậu và thời ti t t. b m t c a M t Tr i xế trên Trái Đấ Nhiệt độ ề ặ ủ ặ ờ ấp

xỉ 5.505 °C khi n nó có màu tr ng có màu vàng khi nhìn t b m t Trái ế ắng, và thườ ừ ề ặ

Đấ ở ựt b i s tán xạ khí quyển.

. C2.2 ấu t o c a M t Tr i ạ ủ ặ ờ

Mặt Tr i tờ ồn t d ng thái plasma và không r n c. Thành ph n cại ở ạng trạ ắ chắ ầ ủa

Mặt Tr i g m hydro (khoờ ồ ảng 74% kh ng, hay 92% th tích), heli (kho ng 24% ối lượ ể ả

khối lượ ột lượng, 7% thể tích), và m ng nhỏ các nguyên tố khác,

gồm s t, nickel, ắ oxy, silic, lưu huỳnh, magiê, carbon, neon, canxi crom. và

Cấu trúc c a M t Trủ ặ ời không có

ranh gi i c ng hành tinh ớ ụ thể như nhữ

đá: ở ật độ phần phía ngoài của nó, m

các khí gi m g n n theo hàm ả ầ hư

mũ

theo khoảng cách t tâm. Tuy ừ

nhiên, c u trúc bên trong cấ ủa nó được

xác định rõ ràng, như được miêu tả bên

dưới.

c a M t Tr c coi là Lõi ủ ặ ời đượ

chiếm kho ng 0,2 t i 0,25 bán kính ả ớ

ặt Tr Nó có m lên tời.

ật độ ới

150g/cm³

(150 lần mật độ nước trên

Trái Đấ ệt đột) và có nhi gần

13.600.000 độ ệt độ K (so với nhi bề

mặt M t Trặ ời kho ng 5.800 K). ả

Vùng b c xứ ạ là vùng t 0,25 từ ới

khoảng 0,7 bán kính M t Tr i, v t liặ ờ ậ ệu

Mặt Trời đủ nóng và đặc đủ để bức xạ

nhiệt chuy tển được nhiệt độ ừ trong lõi

ra ngoài. Trong vùng này không có nhi đối lưu ệt.

Trong l p ngoài c a M t Trớ ủ ặ ời, vùng đối lưu là vùng tính t b m t c a Mừ ề ặ ủ ặt

Trời xu ng x p x 200.000 km (hay 70% bán kính M t Tr i), plasma M t Trố ấ ỉ ặ ờ ặ ời

không đủ đặc hay đủ nóng để ển năng lượ chuy ng nhiệt từ bên trong ra ngoài bằng

bức x . Vì th t di n ra khi các cạ ế, đối lưu nhiệ ễ ột nhi t mang v t li u nóng ra b mệ ậ ệ ề ặt

(quyển sáng) c a M t Tr i. Khi v t liủ ặ ờ ậ ệu l b mạnh đi ở ề ặt, nó đi xuống dưới đáy

vùng đối lưu, để nhận thêm nhi t t nh vùng b c x b m t nhìn th c cệ ừ đỉ ứ ạ. Ở ề ặ ấy đượ ủa

Mặt Tr i, nhi m xuờ ệt độ đã giả ống 5.700 K và mật độ chỉ còn 0,2 g/m³ (khoảng

1/10.000 mật độ không khí ở mực nước biển).

Quang quyển là l p b m t nhìn th c c a M t Tr mà i nó, ớ ề ặ ấy đượ ủ ặ ời ở bên dướ

Mặt Trời tr nên m c v i ánh sáng nhìn th ở ờ đụ ớ ấy được.

Các ph n bên trên quang quy n c a M t Tr c g i chung là ầ ể ủ ặ ời đượ ọ khí quyển

Mặt Trời. Chúng có th c quan sát bể đượ ằ ễng kính vi n vọng, gồm ba vùng

chính: sắc quyể ận, vành nh t hoa, và nhật quy n. ể

Sắc quyển là vùng bên trên l p nhi tớ ệt độ ối

thiểu, đó là một lớp dày khoảng 2.000 km, chủ yếu

là quang ph cổ ủa các đường hấp thụ và phát x . ạ Nó

được g i là (chromosphere, b t nguọ sắc quyển ắ ồn

từ t ừ chroma c a Hy L c), bủ ạp, có nghĩa màu sắ ởi

sắc quy n nhìn th t ánh sáng có ể ấy được như mộ

màu u và cu i c a các l n nh t th c toàn ph n. ở đầ ố ủ ầ ậ ự ầ

Nhiệt độ ển tăng dầ ới độ của sắc quy n cùng v cao,

lên kho ng 20.000 K g nh. ả ở ần đỉ

Vành nh t hoaậ kéo dài ra l p khí quy n bên ớ ể

ngoài c a M t Tr i, nó có th tích l Mủ ặ ờ ể ớn hơn cả ặt

Trời. Vành nh t hoa liên t c m r ậ ụ ở ộng vào vũ trụ

hình thành nên gió M t Tr i, l y toàn b H ặ ờ ấp đầ ộ ệ

M i.ặt Trờ Nhật quyển là khoảng tr ng xung quanh ố

Mặt Tr c l y b ng gió plasma M t Trời, đượ ấp đầ ằ ặ ời

và kéo dài x p x kho ng 20 l n bán kính M t Trấ ỉ ả ầ ặ ời (0,1 AU) ra các mép phía ngoài

của Hệ M t Tr ặ ời.

Bán kính M t Tr tâm t i c nh ngoài Quang quy ặ ời được đo từ ớ ạ ển. Đây đơn giản

là l p mà bên trên nó các khí quá l nh hay quá m b c x mớ ạ ỏng để ứ ạ ột lượng ánh sáng

đáng kể

, và vì thế tạo ra bề mặt dễ quan sát nhất bằng mắt thường.

Phía trong Mặt

Trời không th quan sát tr c ti c do chính M t Tr i là v t ch n b c xể ự ếp đượ ặ ờ ậ ắ ứ ạ điện

từ. Tuy nhiên, tương tự như trong Địa chất học, người ta sử dụng sóng do các trận

động đấ ạo ra để xác đị ủa Trái Đất t nh cấu trúc bên trong c t, ngành Nhật chấn

học (helioseismology infrasound) sử dụng các sóng ngoại âm ( ) đi xuyên qua phần

trong M t Tr

ặ ời để đo và hình dung cấ u trúc bên trong c a ngôi sao. ủ

2.3. Con người nghiên cứu Mặt Trời như thế nào?

Vào đầu thế kỷ XVII, việc phát minh ra kính viễn vọng đã cho phép các quan

sát chi tiết hơn về vết đen Mặt Trời

do Thomas Harriot , Galileo Galileio và các

17 18

nhà thiên văn khác thực hiện. Galileo đã thực hiện một số quan sát vết đen Mặt Trời

bằng kính viễn vọng và thừa nhận rằng chúng nằm trên bề mặt của Mặt Trời hơn là

các vật thể nhỏ chuyển động qua khoảng không giữa Trái Đất và Mặt Trời. Các vết

đen Mặt Trời cũng được các nhà thiên văn Trung Quốc quan sát vào thời nhà

Hán (206 TCN - 220 CN), họ đã duy trì ghi chép các quan sát này trong vài thế kỷ.

Averroes cũng đưa ra một miêu tả về các vết đen Mặt Trời trong thế kỷ XII.

Năm 1672 Giovanni Cassini

và Jean Richer c kho ng cách

xác định đượ ả

đế ỏ ặn Sao H a c kho n Mvà đã tính đượ ảng cách đế t Trời. Isaac Newton quan sát ánh

sáng M t Tr i b ặ ờ ằng lăng kính ấy nó đượ, và th c tạo thành từ nhiều màu sắc, trong

khi đó vào năm 1800

William Herschel phát hi n ra b c x h ng ngo i n m g

ệ ứ ạ ồ ạ ằ ần

ánh sáng đỏ trong quang phổ của Mặt Trời. Thập niên 1800 phát triển mạnh các

kính quang ph nghiên c u v M t Tr i, và Joseph von Fraunhofer c hi

ổ ứ ề ặ ờ

đã thự ện

các quan sát đầu tiên về các vạch h p th quang ph , v ch m nh nh t vấ ụ ổ ạ ạ ấ ẫn thường

Thomas Harriot (1560-2/7/1621) là một nhà thiên văn học, nhà toán h c, nhà dân t c h c và d ch gi ọ ộ ọ ị ả

người Anh, đã có nhiều đóng góp cho thiên văn học, toán h c và kọ ỹ thu t hàng hậ ải.

Galileo Galileio (15/2/1564-8/1/1642) là một nhà thiên văn học, vật lý học, toán học và triết học người

Ý, người đóng vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng khoa học. Theo lệnh của Tòa án dị giáo Rôma,

Galileo cuối cùng buộc phải từ bỏ thuyết nhật tâm của mình và bị quản thúc tại gia cho tới khi qua đời.

Galileo đã được gọi là "cha đẻ của việc quan sát hiện đại","cha đẻ của thiên văn học Vật lí hiện đại","cha

đẻ của ", và "cha đẻ của Khoa học hiện đại." đã nói, "Galileo, có lẽ khoa học Stephen Hawking

hơn bất kỳ một người riêng biệt nào, chịu trách nhiệm về sự khai sinh khoa học hiện đại."

Giovanni Domenico Cassini, hay Jean-Dominique Cassini (8/6/1625-14/9/1712), là m t nhà ộ

toán h c, k i Pháp g c Italia. ọc, thiên văn họ ỹ sư và nhà chiêm tinh học ngườ ố

Jean Richer (1630- (élève 1696) là một nhà thiên văn học người Pháp. Ông là trợ lí thiên văn

Astronome) tại Viện Hàn lâm Khoa học Pháp dưới sự chỉ đạo của Giovanni Domenico Cassini .

Frederick William Herschel (15/11/1738-25/8/1822) là m c, nhột nhà thiên văn họ ạc sĩ người

Anh sinh ra ở Đức.

Joseph von Fraunhofer ( ) là m t nhà v t lý quang h i . Ông 6/3/1787 7/6- /1826 ộ ậ ọc ngườ Đức

đượ ổ ấ ụ ủc bi n nhết đế ờ công lao khám phá ra ph h p th c a ánh sáng Mặt Trời, m o ột khám phá đã tạ

nền tảng cho vi c chệ ế tạo ra kính quang phổ và các kính viễn vọng tiêu sắc.

được g i theo tên cọ ủ ổ ủa ông là vạch Fraunhofer. Khi mở rộng dải quang ph c a sánh

sáng t M t Tr i thì có m t s màu b mừ ặ ờ ộ ố ị ất được phát hiện.

Vào nh u tiên c a k nguyên khoa h c hi i, nguững năm đầ ủ ỷ ọ ện đạ ồn năng lượng

ặt Tr i v n là v còn nhi u bí Lord Kelvin ngh r ng M t Trờ ẫ ấn đề ề ẩn.

đã đề ị ằ ặ ời là

một v t th l t cách tậ ể ỏng đang lạnh đi mộ ừ từ, vì v t dậy nó đang phát ra nhiệ ự trữ

bên trong lòng nó.

Sau đó, Kelvin và Hermann von Helmholtz

đưa ra cơ chế

Kelvin-Helmholtz ng t a ra này. , Joseph để giải thích lượng năng lượ ỏ Năm 1890

Lockyer

, người đã phát hiệ ời, đã đưa ra giản ra heli trong quang phổ của Mặt Tr

thuyết thiên thạch về sự hình thành và ti n hóa c a Mế ủ ặt Trời. Mãi cho đến năm

1904 thì v này m c gi i quy Ernest Rutherford cho r ng b

ấn đề ới đượ ả ết.

ằng lượ ức

xạ M t Tr i có th c duy trì b i mặ ờ ể đã đượ ở ột ngu n nhiồ ệt bên trong nó, và đó là hoạt

độ

ng phân rã phóng xạ. Tuy nhiên, Albert Einstein i quan h

là người đã đưa ra mố ệ

giữ ừ ặa ngu ng phát ra tồn năng lượ M t Trời với phương trình cân bằ ối lượng kh ng-

năng lượ

ng = . E mc

William Thomson c th t Kelvin, Nam tƣớ ứ nhấ (26/6/1824-17/12/1907) là m t nhà v t lý và ộ ậ

kỹ sư toán học người Ireland gốc Scotland.

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz ( ) là m t và 31/8/1821 8/9– /1894 ộ bác sĩ nhà vật

lý i . Su t cu i ông c ng hi n cho khoa h c công nh n là m t trong ngườ Đức ố ộc đờ ố ế ọc, ông đượ ậ ộ

những nhà khoa học tiên phong c a thủ ế k 19. ỉ

Sir Joseph Norman Lockyer (17/5/1836- i Anh. Cùng v16/8/1920) là nhà thiên văn ngườ ới

nhà khoa học người Pháp Pierre Janssen, ông đã khám phá ra heli. Lockyer cũng được nhớ đến

như là ngườ bút đầ

i thành lập và chủ u tiên của tạp chí Nature.

Ernest Rutherford (1871 - 1937) là m t nhà vộ ật lý ngườ ạt động trong lĩnh i New Zealand ho

vực phóng xạ và cấu tạo nguyên t " c a v t lý h t nhânử. Ông được coi là "cha đẻ ủ ậ ạ ; sau khi đưa ra

mô hình hành tinh nguyên t i thích thí nghi m trên lá vàng. Ông khám phá ra r ng nguyên ử để giả ệ ằ

tử có điện tích dương tập trung trong hạt nhân rất bé, và từ đó đi đầu cho việc phát triển mẫu

Rutherford, còn g i là m u hành tinh c a nguyên t . c i Nobel hóa h c ọ ẫ ủ ử Ông đượ giả ọ vào năm 1908.

Albert Einstein (14/3/1879-18/4/1955) là nhà v t lí h c a Thuyậ ọc người Đức, cha đẻ ủ ết tương

đố ộ ụ ộ ậ ọ ạ ửi, m t trong hai tr c t của V t lí h c hiện đại (bên c nh C ng tơ học lượ ). Công trình của ông

cũng đượ ết đế ảnh hưở ủa nó đố ọc. Phương trình E=

c bi n vì ng c i với triết học của khoa h mc

đượ ế ấ ế ậc m i tiệnh danh là phương trình nổ ng nh t th giới. Ông đã nhận đượ ải thưởc gi ng Nobel v t

lý năm 1921. Đại văn hào Bernard Shaw đã ọi Albert Einstein là “VĨ NHÂN THỨ TÁM” củg a

Thế giới khoa học, sau Pythagoras, Aristotle, Ptolemy, Copernicus, Galileo, Kepler và Newton.

Năm 1920, Sir Arthur Eddington t r ng áp su t và nhi ng trong lõi

đề xuấ ằ ấ ệt độ

của Mặt Tr i có thờ ể phát sinh m t ộ phản ứng h p h ch h t nhân t nhân ợ ạ ạ theo đó các hạ

hidro (proton) h p l i t o ra h ng ợ ạ ạ ạt nhân heli, quá trình này sinh ra năng lượng đồ

thời s làm gi m d n kh ng. ng hydro chiẽ ả ầ ối lượ Lượ ếm ưu thế trong M t Trặ ời

đư

ợc Cecilia Payne xác nh

ận vào năm 1925. Quan điểm lý thuy t v t ng h p hế ề ổ ợ ạt

nhân đượ

c các nhà v Subrahmanyan Chandrasekhar ật lý thiên văn

và Hans

Bethe

phát triển n vào th t hai phập niên 1930. Hans Bethe đã tính toán chi tiế ả ứng

sinh năng lượ ảnh hưởng chính trên Mặt Trời. Sau cùng, một bài báo có ng lớn

ủa Margaret Burbidge

đượ ợc xuất b i t a là "S tản năm 1957 vớ ự ự ổng h p các

nguyên t c a các Sao" ("Synthesis of the Elements in Stars"). ố ủ Bài báo đã minh hoạ

Sir Arthur Stanley Eddington (28/12/1882-22/11/1944) là m c, nhà v t lý ột nhà thiên văn họ ậ

và nhà toán h t tri t gia c a khoa h i ph bi n khoa ọc người Anh. Ông cũng là mộ ế ủ ọc và là ngườ ổ ế

học. Gi i hớ ạn Eddington, gi i hớ ạn tự nhiên đố ới đội v sáng của các ngôi sao hoặc bức xạ được tạo

ra b i s b i t lên m t v t th nh g vinh danh ông.ở ự ồ ụ ộ ậ ể ỏ ọn, được đặt tên để

Cecilia Helena Payne-Gaposchkin (nhũ danh Payne; 10/5/1900-7/12/1979) là một nhà thiên

văn ọ ỹ ấ ậ h c và nhà v i Mật lý thiên văn ngườ gốc Anh, người đã đề xu t trong lu n án tiến sĩ năm

1925 c a mình rủ ằng các ngôi sao được cấu tạo chủ yếu từ hydro và heli. K t lu t phá c a Bà ế ận độ ủ

ban đầu đã bị bác bỏ vì nó mâu thuẫn với trí tuệ khoa học thời bấy gi , cho r ng không có s khác ờ ằ ự

biệt đáng kể ời và Trái đấ ững quan sát độ ối cùng đã chứ về nguyên tố giữa Mặt tr t. Nh c lập cu ng

minh lu m c a Bà là ận điể ủ đúng.

Subrahmanyan Chandrasekhar (19/10/1910-21/8/1995) là m t nhà vộ ật lý thiên văn người

Mỹ g n. c trao gi ng Nobel V t lí i William A. Fowler vì "... ốc Ấ Ông đã đượ ải thưở ậ năm 1983 vớ

nghiên c u lý thuy t v các quá trình v t lí có t m quan tr i v i c u trúc và s n hóa cứ ế ề ậ ầ ọng đố ớ ấ ự tiế ủa

các ngôi sao". Nghiên c u toán h c v n hóa sao c i nhi u mô hình lí thuyứ ọ ề tiế ủa ông đã mang lạ ề ết

hiện tại v n tiề các giai đoạ ến hóa sau này c a các ngôi sao l n và các lủ ớ ỗ đen. Giới hạn

Chandrasekhar được đặt theo tên ông.

Hans Albrecht Bethe (2/7/1906-6/3/2005) là nhà v t lí h i M gậ ạt nhân ngườ ỹ ốc Đức. Năm

1967, ông c trao gi i Nobel V t lí cho nh ng nghiên c u v thuy t t ng h p h t nhân sao.đượ ả ậ ữ ứ ề lí ế ổ ợ ạ

Eleanor Margaret Burbidge, sinh 12/8/1919, là nhà v t lí i Mậ thiên văn ngườ ỹ g c Anh có ố

nhi nều đóng góp quan trọng. Bà cũng ắm giữ nhiều chức vụ hành chính, bao gồm cả Giám đốc

Đài thiên văn Hoàng gia Greenwich.

một cách thuy t phế ục r ng hằ ầu hết các nguyên tố trong vũ trụ đã và đang được tổng

hợp b ng các ph ng h t nhân bên trong các ngôi sao, gi t Trằ ản ứ ạ ống như Mặ ời.

Các v c thi t k giám sát M t Tr i là Pioneer 5, 6, 7, 8 và ệ tinh đầu tiên đượ ế ế để ặ ờ

9 c c Qu n tr Hàng không và Không gian Qu c gia Hoa K (NASA)ủa Cụ ả ị ố ỳ , được

phóng lên trong kho ng 1959 - 1968. Các v tinh mang máy dò này quay quanh ả ệ

Mặt Tr i v i kho t, và thờ ớ ảng cách tương tự như vệ tinh bay quanh Trái Đấ ực hiện

các đo đạ ết đầ và trườc chi ti u tiên về gió Mặt Trời ng từ Mặt Trời. Pioneer 9 vận

hành trong th i dài và truy n d u v Trong thời gian tương đố ề ữ liệ ề đến năm 1987. ập

niên 1970, hai v tinh Helios và Skylab cùng v ung cệ ới kính thiên văn Apollo c ấp

cho các nhà khoa h c nh ng d u mọ ữ ữ liệ ới về gió Mặ ật Tr i và vành nhờ t hoa. Hai b ộ

phận thăm dò Helios 1 and 2 kế và Đứt hợp giữa Hoa Kỳ c cùng nghiên cứu gió Mặt

Tr Trời bay trong qu o c a Sao Th m c n nh t. ỹ đạ ủ ủy ở điể ậ ậ ạm không gian Skylab

được NASA phóng năm 1973 gồ đun quan sát Mặm các mô- t Trời gọi là Apollo

Telescope Mount, mô- c v n hành b s trên đun này đượ ậ ởi các nhà du hành vũ trụ ống

đó. Skylab đã thự ời gian đầc hiện các quan sát th u tiên về các vùng Mặt Trời

chuyển động qua và sự phát xạ tia tử ngoại từ vành nhật hoa. Các phát hiện bao

gồm các giám sát đầu tiên về sự phát xạ vật chất vành nhật hoa, còn gọi là "coronal

transients", và các h t hoa, ngày nay cho th y r n gió Mố nhậ ấ ằng nó liên quan đế ặt

Trời. Năm 1980, vệ Solar Maximum Mission đượ tinh c phóng bởi NASA. Vệ tinh

này được thiết kế để giám sát các tia gamma, tia X t v lóa Mvà UV ừ các ết ặt

Trời trong su t th i gian ho ng c a M t Tr i m nh và ố ờ ạt độ ủ ặ ờ ạ độ sáng Mặt Trời. Tuy

nhiên, ch m t vài tháng sau khi phóng, m t s c v u dò chuyỉ ộ ộ ự ố ề điện làm cho đầ ển

sang ch d phòng, và ph i m t 3 tháng hoế độ ự ả ấ ạt động ở chế độ này. Năm 1984,

Space Shuttle Challenger STS- c tinh và s a h41 đã khôi phụ được vệ ử ệ thống điện

trước khi đưa nó trở đạo. Solar Maximum Mission đã cung cấ vào quỹ p hàng ngàn

tấm ảnh v vành nh c khi tr v khí quy ề ật hoa trướ ở ề ển Trái Đất tháng 6 năm 1989.

Một trong nh t Tr i và những chương trình quan trọng là phóng "Đài quan sát Mặ ờ ật

quyển" (SOHO-Solar and eliospheric H Observatory) vào ngày do Cơ quan Vũ trụ

châu Âu (ESA) và NASA h p tác. Soho n m t i m c bi t trong ợ ằ ạ ột điểm khá đặ ệ

không gian, điểm Lagrange L1. Điểm Lagrange m n m gi t và mlà điể ằ ữa Trái Đấ ặt

trời, cách Trái Đấ ệu km, nơi có điểt chừng 1,6 tri m trọng lực cân bằng giữa các

hành tinh. S giàu có c a các nguyên t trong quang quy c bi t r t rõ t các ự ủ ố ển đượ ế ấ ừ

nghiên c u quang ph n bên trong M t Trứ ổ thiên văn, nhưng thành phầ ặ ời thì được

biết ít hơn. Tàu , đượ Genesis c thiết kế để lấy mẫu gió Mặt Trời, cho phép các nhà

thiên văn có thể ếp đo đạ trực ti c thành phần vật chất của Mặt Trời. Nó trở lại Trái

Đấ năm ặt 2004 và lẽ ra sẽ được phân tích, nhưng nó đã bị hư hạ i n ng khi hạ cánh

do dù không mở u khí quykhi đi vào bầ ển c t. ủa Trái Đấ

3. Ánh sáng

Từ xa xưa con người đã biết ánh sáng sinh ra t M t Tr i và t d quan sát các ừ ặ ờ rấ ễ

hiệu ứng ánh sáng. u t o b ng gì và nó truy n tNhưng ánh sáng cấ ạ ằ ề ừ nơi này sang

nơi khác như thế o? nà

Hạt và sóng

Ngay t i th k ng ừ cuố ế ỉ 17, Newton đã cố giải đáp các câu hỏi này. Ông nghĩ rằ

ánh sáng có th c u t o b ng h t ho c sóng và ông không mu n lo i trể ấ ạ ằ ạ ặ ố ạ ừ khả năng

nào. Tuy nhiên, vì lý thuy t h t phù h p v i h u h t các hi t, nên nó ế ạ ợ ớ ầ ế ện tượng đã biế

đư

ợc các môn đệ của Newton chấp nhận. Nhà vật lý Hà Lan Christian Huygens

không tin theo lý thuy t h , t s tin r ng ánh ế ạt. Năm 1690 ông đưa ra mộ ố lý do để ằ

sáng truy i d ng sóng. Tuy ch ng lý c a ông r t mền đi dướ ạ ứ ủ ấ ạnh, nhưng phải hơn 100

năm ọ ủ ế sau, một thí nghiệm quan tr ng mới c ng cố cho lý thuy u thết sóng. Vào đầ

kỷ 20 đã có những khám phá ti p theo v b n chế ề ả ất ánh sáng. Các khám phá này đã

chứ ỏ ằng t r ng cả những người ủng h Newton l ng ộ ẫn Huygens đều đúng theo nhữ

cách hiểu nào đó.

Ánh sáng và sóng

Trong cu n Lu n v Ánh sáng, công b Christian Huygens ố ậ ề ố năm 1960, đã bác

bỏ lí thuy t h t v ánh sáng. Ông cho r y, chúng bế ạ ề ằng vì ánh sáng đi nhanh như vậ ắt

nguồn từ sóng ánh sáng, đượ ền đi bởi “ête”, mộc truy t chất vô hình, không có trọng

lượng t n t i khồ ạ ắp nơi trong không gian vũ trụ. Trong “Nguyên lí Huygens”, ông

chứng tỏ rằng mỗi m m trên sóng có thột điể ể được coi là nơi phát sinh các sóng nhỏ

của chính nó, để rồi chúng cộng vào nhau tạo thành mặt đầu sóng. Ý tưởng này đã

giải t thích h p lí hi ng khúc x . Vì sóng có th lí thuyợ ện tượ ạ ể đan xuyên nhau nên ế

của ông cũng giải thích đượ ại sao các tia sáng không đâm vào nhau khi gặc t p nhau.

Christian Huygens (1629-1695) là nhà toán h c, v t lý họ ậ ọc và phát minh, người

đã chế ạo đồ t ng hồ quả l u tiên và khám ắc đầ phá ra vành đai xung quanh sao Thổ.

Đặc tính ánh sáng

Có ba đặ ủa ánh sáng: ánh sáng đi theoc tính quan trọng nhất c đường th ng, nó ẳ

có th n x , và có th b khúc x khi chuy n tể phả ạ ể ị ạ ể ừ môi trường này sang môi trường

khác. u ánh sáng khác nhau theo lí thuy t h t và theo Ở đây trình bày các cách hiể – ế ạ

lí thuy t sóng ế – để c tính nói trên. giải thích các đặ

Vận t c ánh sáng ố

Xưa kia hầu hết mọi người đều nghĩ rằ ốc động t ánh sáng là vô hạn. Khi nghiên

ứu khoa h c vọ ề ánh sáng b u thì quan ni i d n dắt đầ ệm đó mớ ầ ần thay đổi. Alhazen

cho r n có m t t h u h u tiên ằng ánh sáng đi rất nhanh nhưng vẫ ộ ốc độ ữ ạn. Đánh giá đầ

ề t c m ch tên là Roemerốc độ ánh sáng đã đượ ột nhà thiên văn học Đan Mạ

thực

hiện vào năm 1675. Roemer đã quan sát chuyển động của các vệ tinh sao Mộc và

nhận th y r ng nh ng kho ng th i gian mà chúng xu t hi n và bi n mấ ằ ữ ả ờ ấ ệ ế ất dường như

có thay đổi trong năm. Ông đoán rằ Trái Đấ ng nguyên nhân là do khoảng cách từ t

tới sao M i trong chu trình m ng cách mà ánh sáng phộc thay đổ ột năm, do đó khoả ải

đi cũng thay đổi.

Bằng m t sộ ố phép toán đơn giản, Roemer đã ước lượ ốc động t ánh sáng vào

khoảng 220.000 km/s. Con s u tiên dố ước tính đầ ựa vào thí nghiệm trên Trái Đất

đư

ợc Armand Fizeau và m

ộ ốt con s khác do Leson Foucault

tính toán sau đó

Abū ʿ Ali al-Hasan ibn al-Hasan ibn al-Haytham (1/7 965/ -6/3/1040; tiếng RẢ ập: و بأ يل ع,

ﻦﺳ ح لا ﻦﺳ ح لا ن ب ن ب ﻢﺛ ي ه لا), thường đượ ết đếc bi n là (tiibn al-Haytham ếng Ả Rập: ن با

ﻢﺛ ي ه لا), được hóa là hoLatin Alhazen ặc , Alhacen, là nhà toán học nhà thiên văn học, nhà triết

h cọ R p. Ông có nhi phát tri n c a nói riêng và Ả ậ ều đóng góp cho sự ể ủ khoa h c H i giáoọ ồ khoa

h cọ nói chung.

Ole Christensen Rømer (25/9/1644-19/9/1710) là m ch. ột nhà thiên văn học người Đan Mạ

Ông là người đã thự ững phép đo định lượ ốc độ ánh sáng đầu tiên. Trong văn học hiện nh ng t c

khoa h c, tên c c viọ ủa ông thường đượ ết như "Roemer", "Römer", hay "Romer".

Armand Hippolyte Louis Fizeau (23/9/1819-18/9/1896) là nhà vật lý người Pháp. Vào năm

1849, Fizeau tr i nh b ng th c nghi m m t giá tr khá chính xác cho ở thành ngườ đầu tiên xác đị ằ ự ệ ộ ị

vận tốc ánh sáng.

một năm, cho thấy ước lượ ốc động của Roemer là quá thấp. Ngày nay t ánh sáng

trong chân không được viết khá chính xác là 300.000 km/s.

Đo thời gian ánh sáng trên m t ặt đấ

Armad Fizeau (1819- a m

1896) đã đo thời gian đi củ ộ ột chùm ánh sáng tới m t

chiếc gương đặ ại. Ông đã dùng một bánh xe răng t cách xa 9km rồi bị phản xạ trở l

cưa quay rất nhanh để đo. Trên đườ ất phát ánh sáng đi qua một khe răng cưa. ng xu

Nếu bánh xe quay đủ ọt qua khe răng cưa bên cạ nhanh, ánh sáng có thể l nh trên

đườ ởng tr về. Bi c t quay cết đượ ốc độ ủa bánh xe Fizeau có thể tính đượ ốc độc t ánh

sáng.

Ánh sáng trong vũ trụ

Trong th k 19, h u h t các nhà khoa h u cho rế ỉ ầ ế ọc đề ằng vũ trụ “trống rỗng”

thự ố đềc ra không tr ng rỗng tí nào. Giống như Christian Huygens, họ u tin rằng vũ

trụ chứa đầ ọi là “ête truyền sáng”. Họ ằng sóng ánh sáng đi qua y một chất g cho r

ête, các ngôi sao v n trong ête. Theo lí thuy t này thì à các hành tinh cũng di chuyể ế

ête vô hình, không có ma sát và tuy ng. ệt đối tĩnh lặ

Năm 1887, hai nhà vật lí người Mỹ Albert Michelson và Edward Morley

39 40

đã thử ụng giao thoa để tìm xem Trái Đấ áp d t di chuyển qua ête nhanh t tới đâu ại cơ

Jean Bernard Léon Foucault (18/9/1819 11/2/1868- ) là m t nhà v i Pháp n i ti ng ộ ật lý ngườ ổ ế

với việc trình diễn con lắc Foucault, một thiết bị thể hiện tác dụng của sự quay c t. Ông ủa Trái đấ

cũng thự ột phép đo ban đầ ốc độ ện ra dòng điệc hiện m u về t ánh sáng và phát hi n xoay chi u. ề

Armand Hippolyte Louis Fizeau (23/9/1819-18/9/1896) là nhà vật lý người Pháp. Vào năm

1849, Fizeau tr nh b ng th c nghi m m t giá tr khá chính xác cho ở thành người đầu tiên xác đị ằ ự ệ ộ ị

vận tốc ánh sáng.

Albert Abraham Michelson (19/12/1852-9/5/1931) là m t nhà vộ ật lý người Mỹ nổi tiếng với

công trình đo tốc độ ánh sáng và đặ Morley. Năm 1907, ông nhậ c biệt là thí nghiệm Michelson- n

đượ ề ậ ỹ đầ ềc gi ng Nobel vải thưở v t lý, trở thành người M u tiên giành gi ng Nobel vải thưở khoa

học.

Edward Williams Morley (29/1/1838-24/2/1923) là m t nhà khoa h c i Mộ ọ ngườ ỹ, n i ti ng ổ ế

vì thí nghi m Michelson-Morley.ệ

sở mà ngày nay là i h c Case Western Reserve nh c a h không Đạ ọ . Nhưng mọi ý đị ủ ọ

thành công: H không th phát hi n mọ ể ệ ột s d ch chuyự ị ển nào. Các nguyên lí làm căn

cứ cho thí nghi n. M c tách ra làm hai và ệm này khá đơn giả ột chùm ánh sáng đượ

hai chùm sáng được cho đi vuông góc vớ ác gương. Nếi nhau vào một loạt c u Trái

Đất di chuy ng ête sển qua ête thì chùm ánh sáng nào đi tới đi lui qua luồ ẽ phải đi xa

hơn. Như vậy có nghĩa là các sóng củ hơi lệa hai chùm ánh sáng sẽ ch pha nhau. Khi

hai chùm ánh sáng được đưa về gặp lại nhau thì nó ph i sinh ra các vân giao thoa. ả

Trái Đất càng đi nhanh thì các sóng càng lệch pha. Đó là điều mà thí nghi m lệ ẽ ra

phải thể hiện. Michelson và Morley đã thiết kế thiết bị sao cho chỉ một khác biệt

chút ít gi t o ra m t k t qu n th y, thí ữa hai chùm sóng cũng sẽ ạ ộ ế ả nhậ ấy được. Như vậ

nghiệm của Michelson-Morley đã phủ định giả thuy t bế ức xạ điện t truy n trong ừ ề

môi trường gi ê- . ả định te

Năm 1905 kết quả hóc búa này đã được Albert Einstein giải thích trong

thuyết tương đố ển động đều là tương đối hẹp của ông. Einstein cho rằng mọi chuy i.

Không th có cái g i là chuy ng tuy ng yên tuyể ọ ển độ ệt đối, vì không có cái gì đứ ệt

đối để ốc đo. Lí thuyế ủa ông đã đặ làm m t c t dấu chấm hết cho ête, và ngày nay các

nhà khoa h c tin r ng ánh sáng có th truy n trong chân không. ọ ằ ể ề

4. Các hành tinh trong H M t Trệ ặ ời

Từ thời Hy L p cạ ổ đại, con người đã nghiên cứ Thiên văn họu về c, tìm tòi, phát

hiện ra các vì sao, các thiên thể và nh u bí . Hững điề ẩn trong Vũ Trụ ọ cũng đã có

một n i phát tri c biền văn minh tương đố ển, đặ ệt là di s n tho i Hy ản văn hóa “Thầ ạ

Lạp”, mộ ền văn hóa nhân loại. Ngườt giá trị phổ biến vô cùng quý báu của n i Hy

Lạp xưa đã dùng tên củ ại đểa những vị thần trong các câu chuyện thần tho đặt tên

cho các vì sao trên b u tr i. ầ ờ

Vào năm 146 trước Công nguyên, lúc bấy giờ Đế chế La Mã đang là một quốc

gia hùng m nh, n n hành các cu c chinh ph t vào các vùng xung ạ gười La Mã đã tiế ộ ạ

quanh trong đó có Hy Lạ xâm lược và đã bị ập vào Đếp. Hy Lạp bị nh quốc La Mã.

Người La Mã đã chị ảnh hưở ếp thu văn hóa Hy Lạu ng và ti p một cách mạnh mẽ,

trong đó ền văn học “Thầ ạp”. “Thầ ại La Mã” ra có việc tiếp thu n n thoại Hy L n tho

đờ ự ự ế ấ ạ ừ “Thầ ế ấi d a trên s bi n t u l i t n thoại Hy Lạp”. Song sự bi n t u này của

“Thần tho t ít, g u v n thoại La Mã” là rấ ần như nguyên mẫ ới “Thầ ại Hy Lạp”, tên các

vị thần Hy L p ch i tên thành ti i Hy Lạ ỉ đổ ếng La Tinh. Tương tự như ngườ ạp, người

La Mã cũng đã đặt tên cho các vì sao theo tên c a các v n. Ti p n i truy n th ng ủ ị thầ ế ố ề ố

xa xưa, người Phương Tây ngày nay cũng đặt tên cho các thiên thể trên bầu trời

theo tên c a các v ủ ị thần.

Hệ M t tr i cặ ờ ủa chúng ta có 8 hành tinh chính theo thứ tự từ trong ra ngoài,

được đặt tên theo các v n Hy L p, sao sao Kim, Trái sao H ị thầ ạ đó là: Thủy, đất, ỏa,

sao M sao , sao Thiên sao H i ộc, Thổ Vương, ả Vương.

Dưới đây là một tổng quan ngắn gọn về 8 hành tinh chính trong hệ Mặt trời của

chúng ta.

4.1. Sao Thủy (Mercury)

Sao Thủy là hành tinh nằm gần nhất với Mặt trời, chỉ lớn hơn so với Mặt trăng

của Trái đất một chút. Mặt ban ngày của nó bị hơ nóng bởi ánh nắng mặt trời, có

thể đạt 450 độ C ( ), nhưng vào ban đêm, nhiệt độ hạ xuống âm đến hàng 840 độ F

trăm độ, dưới mức đóng băng. Sao Thủy hầu như không có không khí để hấp thụ

các tác động của thiên thạch, vì vậy bề mặt của nó bị “rỗ” với nhiều hố lớn, giống

như mặt trăng. Trải qua nhiệm vụ bốn năm, tàu vũ trụ MESSENGER của NASA đã

tiết lộ quang cảnh của hành tinh đó. Sao Thủy có đường kính là 4.878km quỹ đạo ,

quay quanh Mặt Trời mất 88 ngày Trái đất.

Sao Thủy được biết đến bởi người La Mã và Hy Lạp cổ đại và có thể quan sát

bằng mắt thường. Sao Thủy được Hy Lạp cổ đại đặt tên là Hermet và người La Mã

đặt tên là Mercury.

Hermes ( ng Hy Ltiế ạp: Ἑρμῆς) là một trong 12 vị thần trên đỉnh

Olympus c a n tho i Hy L p, th o ra ( ). Hermes là con ủ thầ ạ ạ ần đã tạ đàn lia lyre

của Zeus và Maia. Hermes là th n b o h cho kầ ả ộ ẻ trộm, người du lịch, các s ứ

thần, mục đồ chăn nuôi, ngườ thương nghiệng và i thuyết trình, p, khoa học kỹ

thuật, văn chương và thơ, các , n kinh, đơn vị đo lường điề thể thao, sự khôn ngoan,

lanh trí, và các phát minh, sáng ch , ngôn ng . Ngoài ra, Hermes còn là vế ữ ị thần đưa,

truyền tin c i d ng cho các linh h n của đỉnh Olympus và là ngườ ẫn đườ ồn đế ửa địa

ngục. Người La Mã còn g i thọ ần là Mercury

4.2. Sao Kim (Venus)

Hành tinh thứ hai tính từ Mặt trời, sao Kim là hành tinh cực kỳ nóng, thậm chí

còn nóng hơn cả sao Thủy. Bầu không khí của hành tinh này rất độc hại. Áp suất

trên bề mặt sao Thủy sẽ nghiền nát và giết chết bạn. Các nhà khoa học mô tả vị trí

của sao Kim như là một hiệu ứng nhà kính mất kiểm soát (runaway greenhouse

effect). Kích thước và cấu trúc của sao Kim tương tự giống với Trái đất, bầu khí

quyển dày đặc, độc hại giữ nhiệt trong “hiệu ứng nhà kính” mất kiểm soát. Nhưng

điều kỳ lạ, sao Kim lại quay chậm theo hướng ngược lại với hầu hết các hành tinh

khác.

Người Hy Lạp cho rằng sao Kim gồm hai vật thể khác nhau – một là bầu trời

vào buổi sáng và hai là vào buổi tối. Bởi vì nó là thường sáng hơn bất kỳ vật thể

nào khác trên bầu trời – ngoại trừ mặt trời và mặt trăng – sao Kim đã gây ra nhiều

báo cáo về vật thể bay không xác định (unidentified flying object – UFO).

Sao Kim có đường kính quỹ đạo quay quanh Mặt Trời mất 225 là 12.104 km,

ngày Trái đất.

Sao Kim được biết đến bởi người La Mã và Hy Lạp cổ đại và có thể quan sát

bằng mắt thường. Sao Kim được Hy Lạp cổ đại đặt tên là và người La Aphrodite

Mã đặt tên là Venus.

Venus (th n ) là n n trong n tho i La Mã. Th c coi ầ Vệ Nữ ữ thầ thầ ạ ần Venus đượ

như tương đương với nữ thần Aphrodite trong thần thoại Hy Lạp. Venus là vị thần

của tình yêu, cái đẹp, tình dục, sinh sản, b o v n quyả ệ ữ ền.

4.3. Trái Đất

Hành tinh thứ ba tính từ Mặt trời, Trái đất là một hành tinh nước

(Waterworld), với hai phần ba hành tinh được bao phủ bởi đại dương và là hành

tinh duy nhất được biết đến có tồn tại sự sống. Bầu khí quyển của Trái đất là giàu

nitơ và oxy để duy trì sự sống. Bề mặt của Trái Đất quay quanh trục của nó với vận

tốc 467 mét mỗi giây – khoảng hơn 1.000 mph (1.600 kph) – tại đường xích đạo.

Hành tinh quay một vòng quanh Mặt trời với vận tốc 29km mỗi giây. Trái Đất có

đường kính là 12.104 km, quỹ đạo quay quanh Mặt Trời mất 365,24 ngày.

4.4. Sao Hỏa (Mars)

Hành tinh thứ tư tính từ Mặt trời, sao Hỏa là một hành tinh đất đá và lạnh. Bụi

bẩn là một oxit sắt, có mặt rất nhiều trên bề mặt hành tinh làm cho bề mặt nó hiện

lên với màu đỏ đặc trưng. Hành tinh sao Hỏa có những điểm tương đồng với Trái

đất: bề mặt đất đá, có núi và thung lũng, và hệ thống bão trải dài từ vị trí những cơn

bão lốc xoáy – giống như cơn gió xoáy mang bụi – đến những cơn bão bụi nhấn

chìm hành tinh. Bụi phủ kín bề mặt sao Hỏa và hành tinh sao Hỏa ngập tràn nước

đóng băng. Các nhà khoa học cho rằng hành tinh sao Hỏa sẽ ngập tràn nước lỏng

ngay khi nhiệt độ nóng lên, mặc dù hiện nay nó đang là một hành tinh lạnh và giống

sa mạc. Bầu khí quyển của sao Hỏa quá mỏng để nước lỏng tồn tại được trên bề mặt

hành tinh trong bất kể thời gian nào. Các nhà khoa học cho rằng hành tinh sao Hỏa

cổ đại có điều kiện tồn tại sự sống và hy vọng rằng các dấu hiệu về sự sống trong

quá khứ – thậm chí có trong sinh học ở hiện tại – có thể tồn tại được ở Hành tinh

Đỏ.

Sao Hỏa có đường kính là 6.787 km, quỹ đạo quay quanh Mặt Trời mất 687

ngày Trái đất.

Sao Hỏa được biết đến bởi người La Mã và Hy Lạp cổ đại và có thể quan sát

bằng mắt thường. Sao Hỏa được người La Mã đặt tên là Mars.

Mars ( ng Latinh: ) là n chi n tranh i b o v nông tiế Mārs, Martis thầ ế và ngườ ả ệ

nghiệp La Mã trong tôn giáo La Mã c ổ và thần thoại La Mã. Ông là v n quan ị thầ

trọ ỉng ch đứng sau th n Jupiter và th n Neptune ng th n n i bầ ầ đồ ời cũng là vị thầ ổ ật

nhất trong tôn giáo c l h i La Mã dành cho th n Mars ủa quân đội La Mã. Đa số ễ ộ ầ

đều đượ ) cũng là tháng c tổ chức vào Tháng 3 (Tháng 3 trong tiếng Latinh (Martius

được đặ ắt đầt tên theo Mars) và Tháng 10, các tháng b u và kết thúc mùa chinh

chiến và thu ho ch. ng cạ Dưới ảnh hưở ủa văn hóa Hy Lạp, Mars được xem là tương

ứ ớ ầ ầ ạ ậng v i th n Ares trong th n tho i Hy Lạp. Dù thế, nhân v t Mars khác Ares ở

nhiều điể căn bảm n. Trong khi Ares bị xem là th l c tàn phá và gây mế ự ất ổn định

thì Mars l i di n cho m t s c mại đạ ệ ộ ứ ạnh quân s ự theo hướng hòa bình.

4.5. Sao Mộc (Jupiter)

Hành tinh thứ năm tính từ Mặt trời, sao Mộc ) là một hành tinh rất lớn, (Jupiter

lớn nhất trong hệ Mặt trời của chúng ta. Mộc tinh là một hành tinh khí khổng lồ,

chứa chủ yếu là khí hiđrô và heli. Lớp khí quyển ngoài cùng hiện lên với nhiều dải

mây ở những độ cao khác nhau, do kết quả của hiện tượng nhiễu loạn khí động và

tương tác với những cơn bão tại biên. Một đặc điểm nổi bật là Vết đỏ lớn (Great

Red Spot), một cơn bão khổng lồ được biết đến tồn tại ít nhất từ hàng trăm năm

trước. Sao Mộc có từ trường mạnh, với hàng tá mặt trăng xung quanh, trông nó

giống như hệ Mặt trời thu nhỏ.

, Sao Mộc có đường kính là 139.822 km quỹ đạo quay quanh Mặt Trời mất

11,9 năm Trái đất.

Sao Mộc được biết đến bởi người La Mã và Hy Lạp cổ đại và có thể quan sát

bằng mắt thường. Sao Mộc được người La Mã đặt tên là Jupiter.

Trong tôn giáo và n tho i La Mã c ( ng Latinh: thầ ạ ổ đại, Jupiter tiế Iuppiter)

hoặc Jove là vua củ ầ ờa các vị thần và là vị thần của b u tr i và s i La Mã ấm sét. Ngườ

xem Jupiter tương đương như Zeus (Thần D t) c a n tho i Hy L p c i. ớ ủ thầ ạ ạ ổ đạ

4.6. Sao Thổ (Saturn)

Sao Thổ là hành tinh thứ sáu tính theo khoảng cách trung bình từ Mặt trời,

được biết nhiều nhất là vành đai của nó. Khi lần đầu tiên nghiên Galileo Galileio

cứu về sao Thổ, vào đầu những năm 1600, ông nghĩ rằng sao Thổ là một vật thể

gồm có ba phần. Vì không biết Galileo Galilei đã nhìn thấy một hành tinh có vành o

đai, các nhà thiên văn học đã bối rối khi nhìn vào bản vẽ thu nhỏ – hành tinh có một

vệ tinh lớn và hai vệ tinh nhỏ – trong ghi chú của Galileo Galilei , như một danh từ o

trong câu dùng để mô tả về khám phá.

Hơn 40 năm sau, Christiaan Huygens sử dụng kính thiên văn với độ phóng đại

lớn hơn thì ông phát hiện ra đây là vành đai chứ không phải vệ tinh như Galileio

từng nghĩ. Những vành đai được tạo ra từ đá và băng đá. Các nhà khoa học vẫn

chưa chắc chắn được rằng sao Thổ được hình thành như thế nào. Hành tinh khí

khổng lồ này chứa chủ yếu là hydro và heli. Ngoài ra, Thổ tinh còn có nhiều mặt

trăng.

, Sao Thổ có đường kính là 120.500 km quỹ đạo quay quanh Mặt Trời mất 29,5

năm Trái đất.

Sao Thổ được biết đến bởi người La Mã và Hy Lạp cổ đại và có thể quan sát

bằng mắt thường. Sao Thổ được người La Mã đặt tên là Saturn.

Saturn ( ng Lat : tiế inh Saturnus) là m t v La Mã c ộ ị thần trong tín ngưỡng ổ

đại và là một nhân v t trong n tho i La Mãậ thầ ạ , được xem là tương đương

với Cronus trong n tho i Hy L p. Saturn là m t nhân v t ph c t p do có nhithầ ạ ạ ộ ậ ứ ạ ều

giai tho i và l ch s lâu dài v ông. Ông là v u tiên cạ ị ử ề ị thần đầ ủa Capitol, nơi mà

trong h u h t th i k c i g i là c xem là v n c a s ầ ế ờ ỳ ổ đạ ọ Saturnius Mons và đượ ị thầ ủ ự

sinh ra, ch t, sung túc, giàu có, nông nghi i m nh k và t do. Trong nhế ệp, đổ ới đị ỳ ự ững

phát tri n v thành v n c a th i gian. Tri i cể ề sau ông cũng trở ị thầ ủ ờ ều đạ ủa ông được

miêu t i Vàng Kim c a s n Saturn Roman ả như thờ ủ ự giàu có và hòa bình. Đề ở

Forum hi n là kho b Sao Th Th B y trong tiệ ạc nhà nước. ổ và ứ ả ếng Anh đều được

đặt theo tên ông.

4.7. Sao Thiên Vương (Uranus)

Hành tinh thứ bảy tính từ Mặt trời, sao Thiên Vương là một hành tinh độc nhất.

Nó là hành tinh khí khổng lồ duy nhất có đường xích đạo vuông góc với quỹ đạo

của nó và gần như song song với mặt phẳng quỹ đạo của hành tinh. Các nhà thiên

văn cho rằng hành tinh va chạm với một số vật thể khác có kích thước giống hành

tinh trước kia, gây nghiêng. Độ nghiêng gây ra các mùa khắc nghiệt kéo dài hơn 20

năm và chu kỳ quỹ đạo của sao Thiên Vương bằng 84 năm Trái Đất. Thiên Vương

tinh có kích thước giống với Hải Vương tinh. Khí metantrong khí quyển khiến cho

sao Thiên Vương có màu lục – lam và có nhiều mặt trăng, vành đai mờ.

Sao Thiên Vương hiện lên đồng màu qua ảnh chụp của Voyager 2 năm 1986. Màu sắc của T hiên

Vương tinh phản ánh sự có mặt của bụi mờ quang hóa học hiđrocacbon trên cao, nằm phía trên

các đám mây mêtan. Màu lục lam là do sự hấp thụ của khí mêtan.-

, Sao Thiên Vương có đường kính là 51.120 km quỹ đạo quay quanh Mặt Trời

mất năm Trái đất.84

Sao Thiên Vương được William Herschel phát hiện năm 1781 (trước đây

Herschel từng nghĩ đó là một ngôi sao) và có thể quan sát bằng mắt thường. Sao

Thiên Vương được ông đặt tên theo vị thần bầu trời của người Hy Lạp cổ là Uranus.

Uranus ( ng La Tinh là Ouranos) theo ti Hy L p b u trtiế ếng ạ nghĩa là ầ ời.

Trong n tho i Hy L p, c coi là cha thầ ạ ạ ông đượ trời, bản thân ông là con và cũng là

chồng c a Gaia, mủ ẹ đất. Uranus và Gaia được coi là tổ tông của hầu hết các vị thần

Hy L c th t hi n trên các bình ạp nhưng không đượ ờ cúng; Uranus cũng không xuấ ệ

gốm của Hy L p cạ ổ. H u h i Hy L p cầ ết ngườ ạ ổ đại cho r ng Uranus là t tiên cằ ổ ủa

mọi v dòng dõi l c a Uranus là không ật và coi như ông không có ớn hơn (cha mẹ ủ

có). Dướ ảnh hưởi sự ng của nhà triết học Cicero trong cuốn Nguồn g c c a thố ủ ần

thánh (The Nature of Gods), ông ta kh nh r ng Uranus là con ẳng đị ằ

của Aether (không khí) và Hemera (ngày ). Theo như bài th n thánh bí ầ

hiểm (Orphic Hymns), Uranus là con trai c Nyx (ti ng Roma là ủa bóng đêm, ế

Caelus).

4.8. Sao Hải Vương (Neptune)

Tốc độ gió của sao Hải Vương đạt hơn 1.500 mph và những cơn gió hành tinh nhanh nhất trong

hệ mặt trời.

Hành tinh thứ tám tính từ Mặt trời, Hải Vương tinh được biết đến nhờ những

cơn gió mạnh nhất – đôi khi còn nhanh hơn tốc độ âm thanh. Sao Hải Vương nằm ở

xa và lạnh. Hành tinh này nằm xa gấp 30 lần so với khoảng cách Trái đất tính từ

Mặt trời. Hải Vương tinh là hành tinh đầu tiên được dự đoán sự tồn tại bằng cách sử

dụng Toán học, trước khi nó được phát hiện. Sự bất thường trong quỹ đạo của sao

Hải Vương dẫn đến việc nhà thiên văn học người Pháp – đã đề

Alexis Bouvard

nghị một số nhà thiên văn học khác quan tâm. Nhà thiên văn học người Đức –

Alexis Bouvard (27/6/1767-7/6/1843) là một nhà thiên văn học người Pháp. Dựa trên những

quan sát cẩn thận về sự bất thường trong chuyển động của Thiên vương tinh, ông đã đưa ra giả

thuyết về sự tồn tại của một hành tinh thứ tám trong Hệ Mặt Trời.

Johann Galle

sử dụng các phép tính toán để hỗ trợ xác định Hải Vương tinh bằng

kính thiên văn năm 1846. Sao Hải Vương lớn hơn khoảng 17 lần so với Trái Đất.

Neptune ( ng Latinh: tiế Neptūnus) là thủy thần

trong tôn giáo La Mã và thần

thoại La Mã v, tương tự ới v n Poseidon trong n tho i Hy L p. ị thầ thầ ạ ạ Dưới ảnh

hưởng c c di n gi i là em trai của văn hóa Hy Lạp, Neptune đượ ễ ả ủa Jupiter Plutovà ,

hai v n cai qu n ị thầ ả Thiên đàng và Đị ụa ng c.

Poseidon (tiếng Hy Lạp: Ποζειδῶν) là một trong 12 v n ng nh ị thầ ự trị trên đỉ

Olympia trong Th n tho i Hy L p, là v n cai qu n bi n c i rung ầ ạ ạ ị thầ ả ể ả, và "ngườ

chuyển Trái Đất", điề động đấu khiển các trận t, gây ra bởi các thần mã của

Poseidon. Poseidon đượ ột người đàn ông lớc miêu tả với hình ảnh m n tuổi với mái

tóc xoăn và bộ râu bạc. Những vị thần biển Rodon trong thần thoại

Illyria, Nethuns trong n tho i Etrusca, và Neptune trong n tho i La Mã thầ ạ thầ ạ đều

tương tự như Poseidon. Poseidon là anh trai củ a Thần Zeus, em trai của Hades. Ông

là v n h v cho nhi u thành ph c a Hy l p, m c dù b m t quy n b o v ị thầ ộ ệ ề ố ủ ạ ặ ị ấ ề ả ệ

Athens vào tay c a Athena. L a bí n Atlantis ủ ục đị ẩ được ch n là th c a ông. ọ ủ phủ ủ

Tiếng Vi t còn d ch Poseidon và Neptune là c ệ ị Hải Vƣơng thần hoặ Vua th y tủ ề.

5. Trái Đất

Trái Đất hành tinh là thứ ba tính từ Mặt Trời trong tám hành tinh của hệ Mặt

Trời r ng l ng th ành tinh l n nh t trong các ộ ớn, đồ ời cũng là h ớ ấ hành tinh đất đá

của hệ M t Tr i xét vặ ờ ề bán kính, khối lượng và m v t ch t. Nhìn vật độ ậ ấ ề nhi u m t, ề ặ

Trái Đất là độ

c nhất vô nhị, là ngôi nhà chung c a hàng tri u loài sinh vủ ệ ật,

trong đó

có có i t trong c bicon ngườ và cho đến nay đây là nơi duy nhấ Vũ trụ đượ ết đến s ự

sống. Những ph t ta nhìn th c ch là m t ph n r t nh c a c hành ần Trái Đấ ấy đượ ỉ ộ ầ ấ ỏ ủ ả

tinh.

Lớp vỏ Trái Đất dày khoảng 5km ở đáy đại dương và 35km ở ục đị trên các l a.

Dưới lớ ớ ề ầ ấp vỏ là l p áo dày khoảng 3000km, gồm nhi u t ng do ch t liệu đá silicat

nửa c ng t o thành. Toàn b bứ ạ ộ ề mặt Trái Đất được chia thành các mảng kiến

Johann Gottfried Galle (9/6/1812-10/7/1910) là c. Ông làm vinhà thiên văn học người Đứ ệc

và nghiên c u t i hứ ại đại Đài thiên văn học Berlin và Đạ ọc Breslau. Ông là người giúp danh tiếng

của Urbain Le Verrier đượ ọi ngườ ết đế ải Vương.c m i bi n nhờ việc phát hiện ra sao H

tạo chuyển dịch chầm chậm. Trải qua hàng tri chuyệu năm, sự ển động này mới làm

thay đổ ục đị ạo tương tác vớ 71% bề i cấu trúc của các l a khi các mảng kiến t i nhau.

mặt Trái Đất là nước mặn, phần còn lại là các lục địa và đảo, với hầu hết con người

định cư ở những vùng đất thuộc Bắc Bán cầu .

Ở ấ ạ ở ử ứ trung tâm có một lõi ngoài c u t o b i sắt niken n a c ng và một lõi trong

cấu t o b i sạ ở ắt niken c ng. Tứ ại lõi trong, áp su t l n g p m t tri u l n áp su t khí ấ ớ ấ ộ ệ ầ ấ

quy

ển, còn nhi kho ng 4.500 C. Không th nào mô ph ng n i nh u kiệt độ ả

ể ỏ ổ ững điề ện

như thế trong một phòng thí nghiệm, vì th ng thông tin v kim lo i cế nhữ ề thứ ạ ấu

thành lõi Trái Đấ ỏng đoán.t phải dựa vào sự ph

Sự khác biệt về nhiệt độ trong lõi trái đất đã tạo nên các dòng đối lưu, khi tồn

tại một “từ trường nguyên thủy” trong lõi, các dòng đối lưu này có vai trò như

“cuộn dây” trong máy phát điện. Dòng điện xuất hiện trong “cuộn dây” gây ra từ

trường Trái Đất. Theo thời gian, có lẽ trong hàng nghìn hoặc hàng vạn năm, hướng

của từ trường mới đảo ngược mặc dù ta không biết được nó diễn ra như thế nào. Có

thể tưởng tượng rằng các đường lực từ trường tạo ra những vòng đai lớn bao quanh

Trái Đất từ cực Bắc đến cực Nam. Chúng có chức năng như một tấm khiên bảo vệ

Trái Đất trước luồng năng lượng của các phân tử tích điện từ Mặt Trời tràn đến mà

ta vẫn gọi là gió Mặt Trời.

Phần ngoài cùng của Trái Đất là một tấm lá chắn khí, gọi là trải khí quyển. Nó

dài ít nhất là 1.000km phía trên bề mặt cứng của Trái Đất, nhưng 3/4 lớp khí quyển

bảo vệ sự sống này lại tập trung ở 10km thấp nhất. Khí quyển là một hỗn hợp nhiều

loại khí khác nhau cùng cấu thành không khí. Loại khí có nhiều nhất ở tầng khí

quyển thấp là Nitơ, chiếm 78%. Khí ôxy vốn rất cần cho sự sống của động vật trên

Trái Đất chiếm 21%. Khí cacbonic chỉ chiếm một phần nhỏ trong toàn bộ bầu khí

quyển lại rất quan trọng đối với sự sống của thực vật. Nó góp phần giữ cho nhiệt độ

khí quyển ổn định. Các khí khác chiếm một phần vô cùng nhỏ bé -agon và neon-

nhưng chúng lại là đầu mối để tìm hiểu về nguồn gốc của khí quyển Trái Đất. Khí

quyển Trái Đất chủ yếu hình thành từ những loại khí do núi lửa phun ra khi Trái

Đất bắt đầu xuất hiện, mặc dù một số khí như ôxy sau này mới có nhờ thực vật.

Tầng khí quyển gần mặt đất nhất gọi là tầng đối lưu. Tại đây, nhiệt độ và độ ẩm

thay đổi rất nhanh, còn không khí thì hỗn độn, tạo ta những loại hình thời tiết.

Trái Đất được hình thành cách đây 4,55 tỷ năm

và s s ng xu t hi n trên b ự ố ấ ệ ề

mặt c a nó khoủ ảng 1 tỷ năm trước. m v t lý c ch Các đặc điể ậ ủa Trái Đất cũng như lị

sử địa lý hay qu o, cho phép s s ng t n t i trong th i ta hy ỹ đạ ự ố ồ ạ ời gian qua. Ngườ

vọng r t còn có th hằng Trái Đấ ể ỗ trợ s sự ống thêm 1,5 t n c khi kích ỷ năm ữa, trướ

thước của M t Tr i ặ ờ tăng lên (Sao khổng l ) và tiêu di t h t s sồ đỏ ệ ế ự ống.

Trái Đất tương tác với các vật thể khác trong không gi bao gan ồm Mặt Trời

và M . Hi n quãng th t di chuy n h t m t vòng quanh Mặt Trăng ệ ời gian Trái Đấ ể ế ộ ặt

Trời b ng 365,26 l n quãng th i gian nó t quay m t vòng quanh tr c c a mình. ằ ầ ờ ự ộ ụ ủ

Khoảng th i gian này b ng vờ ằ ới m t tộ năm thiên văn ức 365,26 ngày trong dương

ịch.

Trục t quay c t nghiêng m t góc b ng 23,4° so v i tr c vuông góc ự ủa Trái Đấ ộ ằ ớ ụ

ới m t ph ng quặ ẳ ỹ đạo,

tạo ra s i mùa trên b m t c t trong ự thay đổ ề ặ ủa Trái Đấ

một năm chí tuyế ặt Trăng,n. M vệ tinh tự nhiên duy nh t c ng thấ ủa Trái Đất, đồ ời

cũng là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng thủy tri u , b u quay ề đại dương ắt đầ

quanh Trái Đất từ 4,53 tỷ năm trướ ữ ờc, vẫn gi nguyên góc quay ban đầu theo th i

gian nhưng đang chuyển động chậm d n l i. ầ ạ

6. Sự s ống

6.1. Sự sống là gì?

Hành tinh c a chúng ta ch a ch y s s i ta có th tìm th y các ủ ứ ất đầ ự ống. Ngườ ể ấ

sinh v t trong vùng bi n sâu, r t xa t m l t t i cậ ể ấ ầ ọ ớ ủa tia sáng ban ngày, cũng như thấy

chúng n d c l ng gió c a các ng n núi cao nh t. M t s phát triở những sườ ố ộ ủ ọ ấ ộ ố ển

trong bùn núi l a d o quánh, nóng giãy tay, trong khi m t s khác s ng trên nhử ẻ ộ ố ố ững

tảng đá trần trụi hoặc vùi sâu trong tuyết. Mặc dù sự sống rất phong phú ở khắp mọi

nơi, nhưng rất khó xác định định nghĩa của sự sống trên toàn cầu. Tuy nhiên, các

nhà khoa h c nhìn chung ch p nh n khái ni m r ng bi u hi n sinh h c c a s sọ ấ ậ ệ ằ ể ệ ọ ủ ự ống

được đặc trưng bở trao đổ sinh trưởi tổ chức sinh vật, i chất, ng, thích nghi, ph ng ản ứ

ại kích thích và sinh s sinh s c bi u hi n không ch b i các ản.

Sự ản là đặc tính đượ ể ệ ỉ ở

sinh v t, là các cá th , mà b i s s ng là toàn th ậ ể ở ự ố ể.

Sự s n b ng tr ng thái tính ch t cống cũng có thể được định nghĩa đơn giả ằ ạ ấ ủa

các sinh v t. ng h m chung c a sinh v t trên c n ( c v t, ậ Chẳ ạn, đặc điể ủ ậ ạ thự ậ động

vật, n m, sinh v t nguyên sinh, vi khu n c vi khu n) là các t bào, các tấ ậ ẩ ổ và ẩ ế ổ chức

ph vàức t cacbon-ạp được hình thành trên cơ sở -nước, có s i ch t, có khự trao đổ ấ ả

năng sinh trưởng phát triển, phản ứng lại các kích thích và sinh sản. Một thực thể có

những đặc điểm này nhìn chung được gọi là sự sống. Tuy nhiên, không ph i t t cả ấ ả

đị ự ố ữ ấ ầ ế ự ốnh ng shĩa về s ng xem tất cả nh ng tính ch t trên là c n thi t. S s ng nhân

tạo cũng có thể được xem là s sự ống.

6.2. Thực vật và Động vật

Ban đầu Aristotle chia t t c sinh v t s ng thành th c v ng v t. Trong

ấ ả ậ ố ự ật và độ ậ

ệ thống phân lo i c a Linnaeusạ ủ

, các sinh v c phân thành i ật đượ giớ

Vegetabilia (sau này là Plantae) và Animalia. K t c phân chia tr nên rõ ể ừ đó, việ ở

ràng nh bao g m nhi u nhóm không liên quan, hơn. Plantae ban đầu được xác đị ồ ề

nhưng nấm và nhi u nhóm khác c a t o c x p vào các h m i. Tuy nhiên, ề ủ ả đã đượ ế ệ ớ

chúng v c xem là th c v t trong m t s c nh. Vi khuẫn thường đượ ự ậ ộ ố ngữ ả ẩn đôi khi

nằm trong hệ thực v và mật ột s hố ệ thống phân lo i dùng t ạ ừ hệ thực vật vi

khuẩn (bacterial flora) tách bi t v i (plant flora). ng phân chia để ệ ớ hệ thực vật Hệ thố

sinh gi i thành 2 gi c v t (Plantae ng v t (Animalia) c Linnaeus ớ ới Thự ậ ) và Độ ậ ủa

được coi là hệ thống phân chia nguyên thu . Tuy v y, n nay các nhà khoa ỷ ậ cho đế

học v ng nh c cách phân chia hẫn chưa thố ất đượ ệ thống sinh gi i. Sau Linnaeus, ớ

nhiều nhà khoa học khác đưa ra các hệ thống phân chia sinh giới phức tạp hơn như

4 gi i c a Copeland, 5 gi i cớ ủ ớ ủa Whittaker,… và gần đây nhất là 7 giới của Ruggiero

và c ng s ộ ự năm 2015.

Thực v ng v t là d ng sinh v i nh t, phong phú nh t v s loài ật và độ ậ ạ ật lâu đờ ấ ấ ề ố

trên Trái Đấ hai “thế ới” này đềt. Các thành viên của cả gi u tạo thành từ các tế bào,

nhưng chúng sống theo những kiểu cách rất khác nhau. Thực vật tổng hợp chất hữu

cơ t các v t li n ừ ậ ệu đơn giả nhờ quang h ng v y, chúng ợp. Độ ật không làm như vậ

ph n.ải ăn nhữ ức ăn có sẵng th M c dù vi c th ng kê sinh vặ ệ ố ật đã có từ hơn 200 năm

nay, các nhà sinh h c v c chính xác có bao nhiêu loài th c vọ ẫn chưa xác định đượ ự ật

Aristotle (19/6/384 trước Công 7/3/322 trước Công nguyên) nguyên- là một triết gia Hy Lạp

trong th i k C n Hy L p c i sáng lờ ỳ ổ điể ở ạ ổ đại, ngườ ập Lyceum và trường phái triết học

Peripatetic và truy n th ng Aristoteles. Ô c gề ố ng đã đượ ọi là "Cha đẻ ọc phương Tây". của triết h

Carl Linnaeus (23/5/1707-10/1/1778), cũng được biết đến với quý danh Carl von Linné, là

một nhà thực vật học, một bác sĩ kiêm nhà động vật học người Thụy Điển, người đã đặt nền móng

cho hệ thống danh pháp hiện đại. Ông được biết đến như là cha đẻ của hệ thống phân loại hiện đại

ngày nay.

và độ đang tồ ại. Hơn 2 triệu loài độ ống đã được xác địng vật n t ng và thực vật s nh

và ước tính số lượng loài hi n có t vài tri u. Ch ng hệ ừ ệu đến hơn 50 triệ ẳ ạn, các nhà

thự ậ ọc v t h c tin chắc rằng có khoảng 500 loài cây lá kim trên Trái Đất, nhưng theo

dõi d u v t và phân bi t nh ng con v t nh l u. Các nhà khoa hấ ế ệ ữ ậ ỏ ại khó hơn nhiề ọc đã

phân lo c kho t s ng v t h c lại đượ ảng 15.000 loài giun tròn, nhưng mộ ố nhà độ ậ ọ ại

cho r ng con s có thằ ố ể lên đến 500.000 loài. Tuy nhiên, điều đáng báo động là tổng

số loài hi m m t cách nhanh chóng n s nh c a c h sinh ện đang giả ộ , đe dọa đế ự ổn đị ủ ả ệ

thái.

Thực v ng v u xu t hiật cũng giống như độ ật, ban đầ ấ ện ở d c và chưới nướ ỉ về sau

mới ti n hóa thành nhế ững d ng có th thích nghi v u ki t li n. Cây ạ ể ới các điề ện trên đấ ề

cối l ng t ánh sáng mấy năng lượ ừ ặt tr i và s dờ ử ụng năng lượng này để biến các

nguyên li n thành th n nh t sinh s n h u tính ệu đơn giả ức ăn. Các loài cây đơn giả ấ ả ữ

bằng cách t o thành các bào tạ ử nhỏ li ti tương tự các bào tử do nấm tạo ra. Những

loài cây tiến hóa hơn sinh sả ạt. Đó là nhữn bằng cách tạo ra h ng t p h p t bào phậ ợ ế ức

tạp hơn nhiều, thường có “kho lương thực” và một lớp vỏ bảo vệ. Toàn bộ giới thực

vật có trên 300.000 loài.

Động v t khác v i th c v nhi m, ví d ng v t không th t ng ậ ớ ự ật ở ều điể ụ như độ ậ ể ổ

h bợp ch t hấ ữu cơ ằng cách quang h ng v t ph c thợp. Độ ậ ản ứng nhanh hơn trướ ế giới

xung quanh chúng và chúng th n hàng lo t hành vi khi chúng t v i các ể hiệ ạ ác động ớ

sinh v t kho ng 1 tri ng v t, s p x p thành 30 ật khác. Người ta đã biế ả ệu loài độ ậ ắ ế

ngành. M t s c tìm thộ ố ngành có tương đối ít loài, đượ ấy ở những vùng cư trú hạn

chế như các vùng biển sâu. Ngành độ ật đông đúc nhấng v t là ngành chân kh ớp.

6.3. Sự sống b nào? ắt đầu như thế

Từ buổi bình minh c a l ch s h i, cu c s ng trên hành tinh ủ ị ử, con người đã tự ỏ ộ ố

của chúng ta b t th i gian dài, h u tin ắt đầu ra sao? Đã có mộ ờ ầu như mọi người đề

rằng nó đượ ột cách đặ ều ngườc tạo ra m c biệt. Nhi i còn giữ quan điểm này nhưng

phần l n các nhà khoa h c l i. H cho r ng nh ng d ng sớ ọc nghĩ ngượ ạ ọ ằ ữ ạ ống ban đầu

cực kì đơn giản và có l t hi n qua hàng lo t phẽ xuấ ệ ạ ản ứng hóa h c ng u nhiên xọ ẫ ảy

ra g n b n tri u tri c. M t d n ch ng quan tr ng chầ ố ệ ệu năm về trướ ộ ẫ ứ ọ ứng minh ý tưởng

này xu t hi

ấ ện vào năm 1953, khi mộ ọc Mĩ tên là Stanley Miller đã thựt nhà hóa h

Stanley Lloyd Miller (1930-2007) là nhà hóa h c i M g c Do Thái. Ông còn là m t trong hai ọ ngườ ỹ ố ộ

người đã tiến hành thí nghiệm n i ti ng Urey-ổ ế Miller (ngườ ủa ông) đểi còn lại chính là thầy Harold Urey c

hiện một thí nghiệm quan tr ng. Ông thi t l p mọ ế ậ ột phòng kín, mô ph ng nhỏ ững điều

kiệ ủ Đấn c a Trái t thuở sơ khai. Khi ông phân tích các chất sinh ra, ông phát hiện

nhiều khối kiến tạo hóa h ng chọc mà thông thườ ỉ những sinh v t m tậ ới “chế ạo”

được.

Vào năm 1990, mộ ọc Mĩ khác là Julian Rebek đã điềt nhà khoa h

u chế được

một h p ch t tợ ấ ổng hợp tự nó có th tái sinh- y u c a sể đặc trưng chủ ế ủ ự sống. M c dù ặ

đã đạt được những thành công này, vẫn còn lại nhiều câu hỏi về nguồn gốc sự sống.

Chưa có ai biế ới nhau như thế nào đểt các khối kiến tạo hóa học kết nối v tạo thành

axit nucleic; axit nucleic nào xu t hi u tiên ho c s s ng hình thành ấ ện đầ ặ ự ố ở đâu trước

tiên. M t s nhà hóa h c cho r ng s s ng sinh ra thông qua m t quá trình ti p nộ ố ọ ằ ự ố ộ ế ối

hi kiếm hoi c a nh ng sủ ữ ự ệ ấ ữ ọn vô cùng b t ngờ. Nh ng nhà khoa h c khác lại tin rằng

sự s ng hố ầu như xuấ ớm hơn hoặt hiện s c mu ộn hơn.

6.4. Có không s sự ống bên ngoài Trái Đất?

Như đã nói ở trên, Trái Đất chỉ là một trong nhiều hành tinh và Mặt Trời của

chúng ta ch là m t trong s hàng t i v i nhi u nhà khoa ỉ ộ ố ỉ vì sao trong Vũ Trụ. Đố ớ ề

học, điều đó nói lên rằng rất có thể sự sống còn tồn tại ở những nơi khác nữa. Tuy

nhiên, m c dù có vô s ng báo cáo v V t th bay l (UFO) và nh ng cuặ ố nhữ ề ậ ể ạ ữ ộc thăm

viế ngườ ẫng của người ngoài hành tinh, nhưng chưa bao giờ i ta tìm thấy một d n

chứ ự ự ọ ả ựng tr c tiếp về s s t. Các nhà khoa hống bên ngoài Trái Đấ c vì vậy ph i d a

trên các ph c tìm ki m các b ng ch ng gián ti p tìm hi u khỏng đoán hoặ ế ằ ứ ế để ể ả năng

tồn t i s s ng mạ ự ố ở ột nơi nào khác. Mộ ững người đầt trong nh u tiên áp dụng Toán

ọc vào sự phỏng đoán này là nhà khoa học Mĩ Frank Drake

. Phương trình Drake

chứng minh nh ng gi thuy t v s s i th y c có thí nghi m này, Miller và ữ ả ế ề ự ống mà ngườ ầ ủa ông đưa ra. Nhờ ệ

Urey đã chứng minh đượ ủa Urey đúng đắc giả thuyết c n bằng cách phát hiện ra một sô axit amin. Trong số

này, Stanley Miller đã nhận ra được vài lo ại.

Julius Rebek, Jr., sinh ngày 11/4/1944, là m t nhà hóa hộ ọc Mĩ gốc Hungaria. Ông cũng là

chuyên gia v t ghép phân t . ề ự ử

Frank Donald Drake (sinh ngày 28/5/ c và v1930) là nhà thiên văn họ ật lý thiên văn người

Mỹ. Ông tham gia vào vi c tìm ki t, bao gệ ếm trí thông minh ngoài trái đấ ồm việc thực hi n nh ng ệ ữ

n Dỗ l u tiên trong viực quan sát đầ ệc phát hiện truyền thông ngoài trái đất vào năm 1960 trong ự

án Ozma, phát tri p Arecibo, m t mã hóa k thu t s ển phương trình Drake và tạo ra Thông điệ ộ ỹ ậ ố

mô t c v t và các d ng s ng c truyả thiên văn và sinh họ ề Trái đấ ạ ố ủa nó để ền vào vũ trụ.

dự báo số các n n có th có trong thiên hà cền văn minh tiên tiế ể ủa chúng ta, bằng

cách nhân b y tham s s ngôi sao trong thiên hà, xác su t (cho b ng t ả ố, trong đó có ố ấ ằ ỉ

số) có các hành tinh và xác su t (cho b ng t s ) c ấ ằ ỉ ố ủa các hành tinh trên đó có thể

xuất hi n s s ng. t không may, h u h t các tham s này r nh. Mệ ự ố Thậ ầ ế ố ất khó xác đị ột

vài cách ch n giá tr cho các tham s này d n con s các nọ ị ố ẫn đế ố ền văn minh tiên tiến

là bằng 0, trong khi đó với các giá trị khác, con s y lên t i hàng triố ấ ớ ệu.

Các nhà nghiên c u v t lí cho r ng, n u có s t n t i m t nứ ậ ằ ế ự ồ ạ ộ ền văn minh ngoài

hành tinh, h g n nhi g i thông tin trên ọ cũng thể đã cố ắng chọ ều cách khác nhau để ử

khắp thiên hà. Tín hi u kh có th truy kho ng cách r ng ệ ả dĩ nhất để ể ền đi xa qua các ả ộ

lớn trên thiên hà ng ít b suy gi m nh t là sóng vô tuy n trong d i tmà năng lượ ị ả ấ ế ả ần

số 1000 đế . Đây là lí do màn 3000 MHz tất cả các nhà khoa học nghiên cứu về sự

sống ngoài trái đất đều tập trung tìm kiếm tín hi sóng vô tuy n trong d i t n s ệu ế ả ầ ố

này. Cho đế ặc dù đã sử ụng đến kính thiên văn hiện đạn nay, m d i nhất (của Mỹ đặt

ở ở Arecibo Puerto Rico, của Pháp đặt Nancy c v…) các nhà khoa họ ẫn chưa thu

được tín hi u khệ ả ậ ệ dĩ nào. Mặc dù v y, hi n nay, công vi c tìm kiệ ếm vẫn ti p tế ục

dưới s tài tr ự ợ thích đáng của các nước phát tri ển.

7. Hệ sinh thái

7.1. H ệ sinh thái là gì?

Không m t sinh v t ho c nhóm sinh v t nào có th t n t i bi t l p. M i sinh ộ ậ ặ ậ ể ồ ạ ệ ậ ọ

vật, dù là th c v ng v u c ng và th ng bên ự ật hay độ ật đề ần năng lượ ức ăn từ môi trườ

ngoài để tồn tại, và s s ng c a mự ố ủ ọi sinh vật, tức các loài, đề ảnh hưởu có ng qua lại.

Việc nghiên c u m i quan h a các sinh v t (bên trong các loài và gi a các loài) ứ ố ệ giữ ậ ữ

và gi a chúng v ng s ng c n khái ni m h sinh thái. V ữ ới môi trườ ố ủa chúng đưa đế ệ ệ ề

ặt l ch sị ử, năm 1935, Arthur Tansley ọc ngườ là ngườ

, nhà thực vật h i Anh, i đầu

tiên đưa ra khái niệm “Hệ sinh thái”.

Hệ sinh thái được cấu thành b i các thành ph n h u sinh là qu n xã sinh vở ầ ữ ầ ật và

thành ph n vô sinh là sinh c ng vô sinh c a qu n xã). Sinh v t trong ầ ảnh (môi trườ ủ ầ ậ

quần xã luôn tác độ ẫn nhau và đồ ời tác động l ng th ng qua lại với các thành phần vô

Arthur Tansley (15/8/1871-25/11/1955), nhà th c v t hự ậ ọc người Anh, là người đi tiên phong

trong nghiên c u các qu n xã th c v ng h cách ti p c i v i Thứ ầ ự ật. Ông là người ủ ộ ế ận sinh thái đố ớ ực

vật học.

sinh c a sinh c nh. Nh sinh thái là m t h ng sinh h c hoàn ch nh và ủ ả ờ đó, hệ ộ ệ thố ọ ỉ

tương đố ổn đị sinh thái, trao đổ ển hoá năng lượi nh. Trong hệ i chất và chuy ng giữa

các sinh v t trong n i b n xã và gi a qu n xã v i sinh c nh c a chúng bi u hiậ ộ ộ quầ ữ ầ ớ ả ủ ể ện

tính h ng và ch a m t t c s Eugene Odum , m t nhà s

ệ thố ức năng củ ộ ổ chứ ống.

ộ inh

thái h c n i ti ng nh r ng: "B t c thành t nào bao g m t t c sinh vọ ổ ế nhận đị ằ ấ ứ ố ồ ấ ả ật

(như: "quầ ực cho trước tương tác với môi trườ ật lý cũng n xã") của một khu v ng v

chính là dòng ng d n snăng lượ ẫn đế ự xác định rõ ràng cơ cấ dinh dưỡng, đa dạu ng

sinh h c và các chu trình v t ch i v t ch t gi a nh ng ph n vô sinh ọ ậ ất (như: trao đổ ậ ấ ữ ữ ầ

và h u sinh) trong h ng c a m t h sinh thái." H sinh thái còn bao gữ ệ thố ủ ộ ệ ệ ồm tương

tác gi a các sinh v t v i nhau và gi a các sinh v t v ng c a chúng.

ữ ậ ớ ữ ậ ới môi trườ ủ

Cụ

thể hơn, trong hệ sinh thái, các loài có quan hệ với nhau và ph c nhau ụ thuộ

qua chu i th và qua t ch t và chuyỗ ức ăn đó mà trao đổi vậ ấ ển hoá năng lượng giữa

chúng v ng mà chúng sinh s sinh thái có th ới nhau cũng như với môi trườ ống. Hệ ể

có kí c b t kch thướ ấ ỳ nhưng mỗ ột không gian đặi hệ sinh thái có m c biệt và có giới

hạn.

, Khoa h c nghiên c u các h c g i là Sinh thái h c. V l ch sọ ứ ệ sinh thái đượ ọ ọ ề ị ử

năm 1886, nhà sinh học Đức theo trườ đã

ng phái thuyết tiến hóa, Ernst Haeckel

đặ ứ ậ ớt tên cho công trình nghiên c u sinh v t và các quan hệ tương hỗ của chúng v i

thế giới xung quanh là “oecology”. Ông đã sử ạp “oikos”, nghĩa là dụng từ Hy L

“nuôi trong nhà”. Đây cũng là từ “kinh tế”, và Haeckel đã chỉ nguyên của từ rõ th ế

giới s ng là m t qu n xã, i loài gi m t v u. ố ộ ầ trong đó mỗ ữ ộ ị trí trong “kinh tế” toàn cầ

Thuật ngữ Ecology (Sinh thái h c) v n nay l c sọ ới ý nghĩa như hiệ ần đầu tiên đượ ử

dụng vào năm 1893.

7.2. C ấu trúc và thành ph n c a h sinh thái ầ ủ ệ

Eugene Pleasants Odum (17/9/1913 10/8/2002) là m t nhà sinh v t h i M n i ti ng – ộ ậ ọc ngườ ỹ ổ ế

v nhới ững công trình tiên phong v h t cuề ệ sinh thái. Ông và anh trai Howard T. Odum đã viế ốn

sách giáo khoa sinh thái h c ph bi n Nguyên t n v sinh thái h c (1953) . ọ ổ ế “ ắc cơ bả ề ọ ”

Ernst Heinrich Philipp August Haeckel (16/2/1834- 9/8/1919) là nhà v n v t h c, sinh hạ ậ ọ ọc

và tri t hế ọc người Đức. Ông chính là người đầu tiên đưa ra thuật ngữ "sinh thái học" vào

năm 1886.

Không có định nghĩa duy nhất cho những gì cấu thành nên m t "h sinh thái".ộ ệ

ẳng hạn, n sinh thái hhà ọc c Ernst-Detlef Schulze ng tác người Đứ

cùng các đồ

giả đã xác định mộ ộ ọt hệ sinh thái là m t khu v ng nh t v s ng sinh hực "đồ ấ ề ản lượ c,

và bao g m c các dòng (có th i mồ ả ể là vật chất, năng lượng) bên trên và bên dướ ặt

đất của khu v ực đang xét".

Cấu trúc và thành phần của h sinh thái ệ được xác định bởi nhiều yếu tố môi

trường tương quan. Nhữ ến đổ khơi mào những thay đổng bi i về các yếu tố này sẽ i

của hệ sinh thái.

Năng lượng, nước, khoáng t là thành ph n phi sinh h c thinitơ và trong đấ ầ ọ ết

yếu c a m t hủ ộ ệ sinh thái. Năng lượng đượ sinh thái đếc sử dụng bởi các hệ n chủ

yếu từ M t Tr i, thông qua quá trình quang hặ ờ ợp. Quang h p sợ ử d ng tụng năng lượ ừ

Mặt Trời và cố định tCO

ừ khí quy ển. Độ ậng v t cũng đóng một vai trò quan trọng

trong s i c a v t ch t và chuy n hóa ng trong các h sinh thái. ự trao đổ ủ ậ ấ ể năng lượ ệ

Chúng ảnh hưởng đến lượng sinh kh i cố ủa th c vự ậ ật và vi sinh v t có trong hệ ng. thố

Khi t h b phân gi i sau khi sinh v t ch carbon l c th i vào khí chấ ữu cơ ị ả ậ ết đi, ại đượ ả

quyển. Quá trình này cũng tạo điều kiện cho vi c ệ quay vòng dinh dưỡng bằng cách

phân gi i các ch t h c d trong sinh kh các sinh v t tr lả ấ ữu cơ đượ ự trữ ối ở ật đã chế ở ại

thành một dạng có th chất vô cơ ể được thự ậc v t và các vi sinh v t khác d ng lậ sử ụ ại.

Hệ sinh thái được kiểm soát bởi cả hai yếu tố bên ngoài và bên trong. Các yếu

tố khí h u, v t li u g c tbên ngoài như ậ ậ ệ ố ạo thành đất, a hình và th i gian, t t c đị ờ ấ ả đều

có ng lên h sinh thái. Tuy nhiên, nh ng y u t bên ngoài này, t chúng ảnh hưở ệ ữ ế ố ự

không b ng b i h sinh thái. sinh thái không ph i là c nh,

ị ảnh hưở ở ệ

Hệ cũng ả ố đị

chúng có th b nhi u lo nh k trong quá trình h i ph c tể ị ễ ạn đị ỳ và thường ở ồ ụ ừ những

nhi .

ễu lo n trong quá khạ ứ để tiến đến cân bằng

Các y u t bên trong thì lế ố ại khác,

chúng không ch m soát các quá trình c sinh thái mà còn b m soát bỉ kiể ủa hệ ị kiể ởi

chính h sinh thái. Hay nói cách khác, các y u t bên trong ph i ch ng t ệ ế ố ả ịu tác độ ừ

các vòng ph n h i. ả ồ

Sinh quy n là ph n l p v bao b c bên ngoài c bao g toàn b ể ầ ớ ỏ ọ ủa Trái Đất – ồm ộ

nhữ ầ ố ớng ph n có sinh vật sinh s ng trong các l p đất, c, không khí, và các quá đá, nướ

Ernst-Detlef Schulze (sinh ngày 12/9/1941) là nhà th c v t h ự ậ ọc người Đức.

trình sinh h nói cách khác, sinh quy n là toàn b ng ọc diễn ra trong đó. Có thể ể ộ nhữ

phần c a khí quy n, thu quy n và th ch quy mà t sinh s ng. Sinh ủ ể ỷ ể ạ ển ở đó có sinh vậ ố

quyển dày kho ng 20 km, bao g m l t dày kho ng vài ch c mét (thuả ồ ớp đấ ả ụ ộc địa

quyển), l p khí cao 6-7 km (thu c khí quy n) và l sâu tớ ộ ể ớp nước đại dương có độ ới

10-11 km (thu c thuộ ỷ quyển).

Trên quan điểm địa sinh học, sinh quyển là một hệ sinh thái toàn cầu tích hợp

tất c d ng s ng và các m i quan hả ạ ố ố ệ giữa chúng, bao g m s a chúng ồ ự tương tác giữ

với các thành t ố như thạch quy n ( y quy n c) và khí quy n (khí). ể đất, đá), thủ ể (nướ ể

ện t i toàn b t ch t n (kho ng 6,8×10 ) sinh kh i, trong ạ ộ Trái Đấ ứa hơn 75 tỉ ấ ả

kg ố

đó các loài sống ở nhi ng khác nhau trong sinh quy ều môi trườ ển.

Con ngườ ạt đội ho ng trong các hệ sinh thái và có th n c yể ảnh hưởng đế ả ếu t ố

bên trong l n y u t bên ngoài. m lên toàn c u là m t ví d v ng tích

ẫ ế ố

Sự ấ ầ ộ ụ ề tác độ lũy

từ các ho ng c i. H sinh thái mang l i l c g i là "l i ích ạt độ ủa con ngườ ệ ạ ợi ích, đượ ọ ợ

hệ sinh thái", mà con người thường dựa vào cho sinh kế của họ. Quản lý tổng hợp

hệ sinh thái thì hi u quệ ả hơn là cố gắng quản lý các loài riêng l ẻ trong đó.

II. Nhữ ủ ớ ựng quy lu n cật cơ bả a Thế gi i t nhiên

1. Quy lu t là gì? ậ

Quy lu t là mậ ối liên hệ ấ ấ bản ch t, t t nhiên, phổ biế ữ ự ận và lặp lại gi a các s v t,

hiện tượng hay gi a các y u t c u thành, các thu c tính c a s v t, hi ng. ữ ế ố ấ ộ ủ ự ậ ện tượ

"Khái ni m quy lu t là mệ ậ ộ ủt trong nh n cững giai đoạ a s n th c cự nhậ ứ ủa con người

về tính th ng nh t và v liên h , v số ấ ề ệ ề ự phụ thu c l n nhau và tính ch nh th c a quá ộ ẫ ỉ ể ủ

trình th i" ế giớ (V. I. Lenin, Toàn tập, NXB Tiến bộ, Mátxcơva, 1981, tr.159-160).

Quy luật có hai tích chất cơ bản nhất, đó là:

*) Quy luật có tính khách quan: Mọi quy luật đều tồn tại khách quan, con người

không thể sáng tạo ra quy luật cũng không thể làm trái quy luật. Khả năng cơ bản

của con người là nhận thức và vận dụng quy luật.

*) Quy luật mang tính ổn định: Mọi quy luật đều phản ánh mối liên hệ lặp đi lặp lại

giữa các yếu tố trong sự vật, hiện tượng hoặc giữa các sự vật, hiện tượng với nhau.

2. Phân loại quy luật

Căn cứ vào phạm vi tác động của quy luật, người ta có thể phân ra các loại:

Quy luật riêng; Quy luật chung; Quy luật phổ biến.

- Quy luật riêng là quy luật của một lĩnh vực nhất định như quy luật vật lí, quy luật

hóa học, quy luật sinh học,…

- Quy luật chung là quy luật tác động trong các lĩnh vực có liên quan mật thiết với

nhau.

- Quy luật phổ biến là quy luật tác động trong mọi lĩnh vực tự nhiên, xã hội và tư

duy.

Căn cứ vào lĩnh vực tác động của quy luật, người ta có thể phân ra các loại:

Quy luật tự nhiên Quy luật xã hội; Quy luật của tư duy.;

- Quy luật tự nhiên là quy luật của thế giới tự nhiên.

- Quy luật xã hội là quy luật hoạt động của con người.

- Quy luật của tư duy là quy luật phản ánh mối liên hệ nội tại của các khái niệm,

phán đoán.

Lưu ý rằng quy luật tự nhiên và quy luật xã hội đều mang tính khách quan

nhưng quy luật xã hội khác với quy luật tự nhiên ở chỗ nó được hình thành thông

qua hoạt động thực tiễn của con người.

3. Quy lu t cậ ủ ựa Thế giới t nhiên là gì?

Theo quan điểm như đã nêu ở trên, quy luật của Thế giới t nhiên (còn g i tự ọ ắt

là quy lu t t nhiên) là m i liên h b n chậ ự ố ệ ả ất, tất nhiên, ph n và l p l i gi a các ổ biế ặ ạ ữ

sự v t, hi ng t nhiên hay gi a các y u t c u thành, các thu c tính c a s v t, ậ ện tượ ự ữ ế ố ấ ộ ủ ự ậ

hiện tượng t y, các quy lu t t nhiên ph n ánh s v ng và biự nhiên. Như vậ ậ ự ả ự ận độ ến

đổ ự ựi của Thế giới t nhiên. Con tngười nhận thức và vận dụng các quy luật nhiên,

đặ ệ ữ ủ ế ớc bi t nh ng quy luật phổ quát c a Th gi i t nhiên, không chự ỉ “giải thích thế

gi giới”, mà còn “cải tạo thế ới”. Những hiểu biết đó không những giúp con người

mở r ng kho tàng tri thộ ức mà còn giúp con i phát tri n kinh t -xã h i, nâng cao ngườ ể ế ộ

đời sống vật ch t và tinh thấ ần.

Do Th i t ế giớ ự nhiên là đa dạng và phức tạp nên xem xét tính đúng đắn của một

quy lu t t nhiên là m t v thú v . Các ra nh ng m i quan hậ ự ộ ấn đề ị quy luật chỉ ữ ố ệ giữa

các bi n, tron n là nh ng khái ni m có th mang nh ng giá tr khác ế g đó các biế ữ ệ ể ữ ị

nhau. Nếu a, b, thì theo đó, a i di n cho mđạ ệ ột hoặc nhiều bi c l p và ến độ ậ b i diđạ ện

cho bi n ph thu hình thế ụ ộc. Về ức, đây là một phát biểu về quy luật. Nếu mối quan

hệ giữa a và i, quy lu i. N u mb là không đổ ật ở đây là tuyệt đố ế ối quan hệ giữa a và

b lặp đi lặ ật đó có thểp lại nhiều lần, dù không phải là bất biến, thì quy lu được phát

biểu như sau: Nếu a, thì b với xác suất x. Một quy lu t không ch n d a vào ậ ỉ đơn thuầ ự

mối quan hệ giữa các biến c tìm thđã đượ ấy, mà còn ph thu c vào vi c quan hụ ộ ệ ệ đó

có l p l i hay không. S l p l i khi i ta k v ng r ng n u tôi ặp đi lặ ạ ự ặp đi lặ ạ ến ngườ ỳ ọ ằ ế

tìm th i xác su t nh nh tôi s tìm th . Trong khoa ấy a trong tương lai thì vớ ấ ất đị ẽ ấy b

học t nhiên, ngay nh ng quy lu t dù mang tính xác su u v ự ữ ậ ất cũng bao hàm yêu cầ ề

điề ầ ạ ử ụu kiện c n. Bên c nh khái ni i ta còn sệm “ ”, ngườquy luật d ng khái niệm “có

tính quy luật”, ở đây ngụ ý yêu c u th u ki n c n. Tuy nhiên, m ầ ấp hơn về điề ệ ầ ệnh đề

đó sẽ ống như là mộ đó đượ không bao giờ gi t quy luật trừ khi mối quan hệ c tìm

thấy một cách đáng tin cậy là đã thường xuyên diễn ra trong quá khứ đến mức

ngườ ọ ếi ta kì v ng cao rằng điều đó sẽ ti p tục x i xác suảy ra trong tương lai vớ ất

tương t . ự

4. Những quy luật cơ bản của Thế giới tự nhiên

Tuy Th i t ng và ph c t p, luôn v ng và phát triế giớ ự nhiên là đa dạ ứ ạ ận độ ển

nhưng Thế giới t các quy luự nhiên cũng tuân thủ ật củ ốa chính nó. Trong s các quy

luật của Thế giới t nhiên, các nhà khoa h c th a nh n sáu quy luự đa số ọ ừ ậ ật cơ bản

phản ánh sáu thu c tính c t lõi a Th i t nhiên: ộ ố sau đây củ ế giớ ự

 Tính đa dạng

 Tính c u trúc ấ

 Tính h ệ thống

 Tính tu n hoàn ầ

 Tính v ng và bi i ận độ ến đổ

 Tính tương tác

4.1. Quy luật v s ng c a Th i t nhiên ề ự đa dạ ủ ế giớ ự

Những dạng điển hình của Thế giới t nhiên ự mà chúng ta đã trình bày trên ở

cho ta th y rõ sấ ự đa dạng c a th i t nhiên. S giúp duy trì s cân ủ ế giớ ự ự đa dạng đó ự

bằng trong các h sinh thái và cung cệ ấp cho con người nh ng tài nguyên h u ích. ữ ữ

Chẳng h n, sạ ự đa dạng c a th i vô sinh cung củ ế giớ ấp cho con người tài nguyên,

khoáng sản, năng lượng,… phục vụ cho cuộc s ng cố ủa con người. ng sinh hĐa dạ ọc

có vai trò đặ môi trườc biệt quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ ng

ở Việt Nam, là cơ sở ảo an ninh lương thự đảm b c, duy trì nguồn gen vật nuôi, cây

trồ ấ ậ ệ ự ồng, cung c p nguyên v t li u cho xây d ng và các ngu n nhiên li c liệu, dượ ệu...

Bảo t ng sinh h c không ch là v c a m t qu c gia, mồn đa dạ ọ ỉ ấn đề ủ ộ ố ột địa phương,

vùng lãnh th hay m t cá nhân mà là v chung c a t t c ổ ộ ấn đề ủ ấ ả các nước.

Vậy đa dạng sinh học là gì?

Đa dạ ) được định nghĩa là sựng sinh học (tiếng Anh: biodiversity khác nhau

giữ ậa các sinh v t sống t t c m m: các h sinh thái trên c n, sinh thái ở ấ ả ọi nơi, bao gồ ệ ạ

trong và các h sinh thái thuđại dương ệ ỷ v c c h sinh thái ự khác, cũng như các phứ ệ

mà các sinh v t là m t thành ph t ng ng sinh hậ ộ ần trong đó. Thuậ ữ đa dạ ọc này cũng

bao hàm s khác nhau trong m t loài, gi a các loài và gi a các h sinh thái khác ự ộ ữ ữ ệ

nhau.

Thuật ngữ "đa dạ ọc" được đưa ra lần đầng sinh h u tiên bởi hai nhà khoa học

liot Norse và McManus

vào năm m hai khái ni1980. Định nghĩa này bao gồ ệm

có liên quan v i nhau là: ng di truy n ng v mớ đa dạ ề (tính đa dạ ề ặt di truyền trong một

loài) và ng sinh thái ng các loài trong m t n xã sinh vđa dạ (số lượ ộ quầ ật). Cho đến

nay đã có hơn 25 định nghĩa nữ "đa dạ ọc" này. Trong đó, a cho thuật ngữ ng sinh h

định nghĩa củ ức Lương nông Liên hiệ ằng: "đa a tổ chức FAO (Tổ ch p quốc) cho r

dạng sinh h ng cọc là tính đa dạ ủa s s i mự ống dướ ọi hình th c, m và mứ ức độ ọi t ổ

hợp, bao gồm đa dạng gen, đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái" .

4.2. Quy luật v tính c u trúc c a Th i t nhiên ề ấ ủ ế giớ ự

Thế giới t ng, luôn v ng và phát triự nhiên tuy đa dạ ận độ ển nhưng chúng ta có

thể nhận th y mấ ọ ồi s vự ật, hiện tượng t n t i trong Thạ ế giớ ựi t nhiên đều có cấu trúc

nhất đị Thông thườ ấu trúc đó nh. ng, các c được mô ph ng b i các mô hình. Vì thỏ ở ế,

Elliot A. Norse là m t nhà sinh v t h c b o t n r ng và bi(sinh năm 1947, người Mĩ) ộ ậ ọ ả ồ ừ ển.

khi nghiên cứu v i t nhiên, các nhà khoa hề thế giớ ự ọc thường xây dựng nên các mô

hình đại diệ ự ận cho các s v t, hi ng trong tện tượ ự nhiên. Các mô hình được xây dựng

để tạo điều ki n cho vi c hi u bi t các quá trình và các c u trúc không thệ ệ ể ế ấ ể được quan

sát trực ti p, hoế ặc để đưa ra dự đoán mộ t cách hợp lý và dễ dàng hơn. Mô hình hành

tinh c a nguyên t c a Rutherford hay Mô hình nguyên t c a Bohr

ủ ử ủ ử ủ

đã giúp con

ngườ ấ ớ ừ ậ ại hi c cểu đượ u trúc của thế gi i vi mô, t đó ra đời V t lí h t nhân và nhiều

chuyên ngành khác n a c a V t lí h c hiữ ủ ậ ọ ện đại.

Với nh v t, hi ng tững sự ậ ện tượ ồn

tại trong Thế giới t nhiên mà có cự ấu

trúc quan sát đượ đó c thì các cấu trúc

thường n hi d ng hình h c nào hiể ện ở ạ ọ

đó, hình đơn lẻ hoặc hình tổ hợp. Chính

ở đây, Toán học cung cấp cho chúng ta

phương tiện nhận thức cấu trúc của các

sự vật, hiện tượng trong t nhiên bự ằng

cách mô hình hóa c u trúc c a chúng v ấ ủ ề

những dạng hình. ng hChẳ ạn, con người

cũng vậ ận đềy, từng bộ ph u có thể quy

về các hình hình h n và toàn th ọc cơ bả ể

cũng là mộ xác định đượt hình có thể c. Các tinh thể trong Hóa học lại có cấu trúc

được thể hiện qua các đa diện đặ ệt, trong đó có các đa diện đềc bi u.

Đ ự ự ữ ứa số của các th c thể trong T nhiên là không nhẵn, không tròn, là nh ng th

rối ren, ch ng ch t. S n c a các c th không ph i tuy i ngằ ị ự không đều đặ ủ thự ể ả ệt đố ẫu

nhiên, mà trong hình th n. u th c th có m ể không đều đặn có đều đặ Nhiề ự ể ức độ

không đều đặn luôn không đổi ở những thang bậc, mỗi thang bậc phản ánh một mức

độ ữ ự ợ ọ ự ữ ự đều đặn. Nh ng th c thể như thế đư c g i là th c thể Fractal. Với nh ng th c

thể ữ ỏ Fract dù val, ị trí quan sát gần hay xa thì nh ng chi tiết nh khi đến gần hiện ra

gi hiống như nhìn từ xa, vật thể vẫn thể ệ ứn bấy nhiêu m c của tính không đều đặn.

Niels Henrik David Bohr (7/10/1885 18/11/1962) là nhà v t lý h c – ậ ọ ngườ ại Đan M ch với

những đóng góp nền tảng về lý thuyết cấu trúc nguyên t và ng t , nhử cơ học lượ ử sơ khai ờ đó mà

ông nh n i Nobel V t lý ậ Giả ậ năm 1922.

Một chi tiết lặp lại bên trong m t chi ti t l a tiộ ế ớn hơn, họ ết này n m trong hằ ọa tiết

lớn hơn giống như thế,… mãi cho đến vô tận. C u trúc Fractal c a th c thấ ủ ự ể được

thấy ở m , t a ch t h n Th c v t h ng v t h c, Truy n tin, ọi nơi ừ Đị ấ ọc cho đế ự ậ ọc, Độ ậ ọ ề

Công ngh nh, Kinh t h n trúc. Qua m t s c u trúc Fractal ệ ả ế ọc,… và trong cả Kiế ộ ố ấ

tiêu bi u cho ta th y c u trúc t nhiên luôn tuân th m t nguyên t c hình h c xác ể ấ ấ ự ủ ộ ắ ọ

định, đây cũng là cách mà tự nhiên xác lập trật tự để tạo ra sự hài hòa trong sự hỗn

độ

n của toàn thể. Hình học Fractal do Benoit Mandelbrot sáng l

ập đã cung cấp

cho ta m t công c m u cộ ụ ạnh để hiể ấu

trúc c a các th c th Fractal. ủ ự ể

Cũng cần phải nói thêm r ng tuy ằ

việc xây d ng các mô hình l c biự à đặ ệt

quan trọng trong nghiên cứu về Thế giới

tự nhiên nhưng làm thế nào để chúng ta

biết được các mô hình được sử dụng là

đạ ệ ối di n t t hay chưa của hệ thố ựng th c

vẫn là những câu h i khó cho các nhà ỏ

khoa học. Vì th , vi c c i ti n các mô ế ệ ả ế

hình hay xây d ng các mô hình mự ới dựa

trên những mô hình trước đó, là công

việc thường xuyên c a các nhà khoa hủ ọc

nối tiếp nhau t h này sang th h ừ thế ệ ế ệ

khác. Chúng ta sẽ thấy rõ hơn điều đó

qua lịch sử xây dựng các mô hình của nguyên tử.

Sau khi phát hi n ra electron c khi khám phá ra h t nhân nguyên ệ (nhưng trướ ạ

tử!), các nhà khoa h c nh n th y nguyên t có hai thu n t là ọ ậ ấ ử ộc tính là: 1) các điệ ử

các h n âm và 2) nguyên t n trung hòa. ạt tích điệ ử là tích điệ Để giải thích cho điều

Benoit B. Mandelbrot (20/11/1924-14/10/2010) là m t nhà toán hộ ọc và người Pháp g c Ba Lan, Pháp ố

và M , có m i quan tâm r ng rãi trong các ngành khoa h c th c t c bi t là v ngh thu t v s g ỹ ố ộ ọ ự ế, đặ ệ ề ệ ậ ề ự ồ ghề

"của các hi ng vện tượ ật lý và" yếu tố không ki c trong cu c s ng ". Ông t g i mình là ểm soát đượ ộ ố ự ọ

"fractalist" c công nh c hình h c fractal, bao gvà đượ ận vì đã đóng góp cho lĩnh vự ọ ồm đặ "fractal", cũng t từ

như phát triển mộ ết lý thuy t về "sự thô ráp và t ự tương tự" trong t nhiên.ự

này, nhà vậ

t lí J. J. Thomson

cho rằng nguyên tử cũng phải có một nguồn tích điện

dương cân bằng điện tích âm của các điện tử. Ông đã xem xét ba mô hình hợp lý có

thể đáp ứng các thuộc tính đã biết của các nguyên tử tại thời điểm đó:

1. Mỗi electron có điện tích âm ghép cặp với một hạt tích điện dương đi theo nó

ở khắp mọi nơi bên trong nguyên tử.

2. Các điện tử tích điện âm tích tụ ở một khu vực trung tâm của điện tích dương

có cùng độ lớn như tất cả các điện tử.

3. Các electron âm chiếm một vùng không gian mà chính nó là một điện tích

dương (thường được coi là một loại "súp" hoặc "đám mây" của điện tích

dương).

Thomson đã chọn khả năng thứ ba là

khả năng phù hợp nhất với cấu trúc nguyên

tử, và công bố mô hình đề xuất của mình

trong tạp chí khoa học hàng đầu của Anh

là Philosophical Magazine ấn bản tháng 3

năm 1904.

Theo quan điểm của Thomson: “... các

nguyên tử của các nguyên tố bao gồm một

số các hạt nhân điện tích âm được bao bọc

trong một bầu khí quyển tích điện dương,

...

”

. Mô hình này thường được gọi là mô

hình m t m mô hình bánh puddingứ ận hay

(tiếng Anh: Plum pudding model).

Sir (18/12/1856 30/8/1940) là nhà v t lý i AnhJoseph John "J.J." Thomson – ậ ngườ , người đã

có công phát hi n ra n t ( ) và ng v , ng th i phát minh ra ệ điệ ử electron chất đồ ị đồ ờ phương pháp phổ

kh ngối lượ . Ông đượ ải thưở năm 1906 cho công trình khám phá ra điệc trao gi ng Nobel vật lý n

tử. M trong nh ng thành t u l n nh t c a Thomson cho khoa h c hiột ữ ự ớ ấ ủ ọ ện đại chính là tài năng

giả ủ ứng dạy thiên tài c a ông, b i trảy ngườ ợ lý nghiên c u c Ernest Rutherfordủa ông, trong đó có ,

cũng như con trai ông đều giành được giải Nobel vật lý. Con trai của J.J. Thomson là George

Paget Thomson giành gi i Nobel v n ra tính ch t c n tả ật lý năm 1937 vì đã phát hiệ ấ ủa sóng điệ ử.

Sau khi qua đời, ông đượ thánh đườc chôn tại ng Westminster cạnh Sir Isaac Newton.

Năm , theo s1909 ự chỉ đạo c a Rutherford, Hans Geiger và Ernest Marsden ủ

56 57

tiế ện hành thí nghi m, mà sau này g i là thí nghi m Rutherford, t i i họ ệ ạ Đạ ọc

Manchester, Anh qu c. H chi u dòng h t alpha vào các lá vàng m hố ọ ế ạ ỏng và đo số ạt

alpha b ị phả ạn x , truyề ạn qua và tán x . Họ khám phá ra m t ph n nh các h t alpha ộ ầ ỏ ạ

đã phản hồi lại.

Nếu c u trúc nguyên tấ ử có d mô hình mạng như ứt m n thì sậ ự phản h i x y ra ồ ả

rất y u, do nguyên tế ử là môi trườ ữa điệ ử) và điệng trộn lẫn gi n tích âm (của điện t n

tích dương (củ ), trung hòa điệ ần như không có ực tĩnh điệa proton n tích và g l n giữa

nguyên t và các hử ạt alpha.

Năm , Rutherford gi i thích k t qu thí 1911 ả ế ả

nghiệm trên, với gi thi t rả ế ằng nguyên tử chứa

một h t nhân mang n tích bé trong ạ điệ dương nhỏ

lõi, v i nh n tớ ững điệ ử mang điện tích âm khác

chuyển động xung quanh nó trên nh ững quỹ

đạ ữ ữo khác nhau, ở gi a là nh ng khoảng không. Khi

đó, hạt alpha khi nằm bên ngoài nguyên t không ử

ị ự ầu l c Coulomb n g

, nhưng khi đế n hạt nhân

mang điệ dương trong lõi thì bịn đẩy do hạt nhân và

hạt alpha đều tích điện dương. Do lực Coulomb tỷ

lệ nghịch v i ớ bình phương khoảng cách nên hạt

nhân c c nh t l c y l n tần có kích thướ ỏ để đạ ự đẩ ớ ại

các kho ng cách nh a h t alpha và h t nhân. T ả ỏ giữ ạ ạ ừ

Johannes "Hans" Wilhelm "Gengar" Geiger (30/9/1882-24/9/1945) là nhà v t lýậ người

Đứ ậ ạc, nổi ti c ếng trong lĩnh vự v t lý h t nhân Phát minh. quan trọ ấ đếng nh t của Geiger đó là bộ m

Geiger-Müller.

Sir Ernest Marsden (19/2/1889 15/12/1970) là m t nhà v i Anh-New Zealand. Ông – ộ ật lý ngườ

đượ ố ế ậ ọc qu c t công nh n vì nh a ông cho khoa hững đóng góp củ c khi làm vi i thệc dướ ời Ernest

Rutherford, d n vi c phát hi n ra nh ng lý thuy t m i v c u trúc c a nguyên tẫn đế ệ ệ ữ ế ớ ề ấ ủ ử.

Charles-Augustin de Coulomb (14/6/1736 23/8/1806) là m t k t lý quân s – ộ ỹ sư và nhà vậ ự

ngườ ngườ đị ậ ả ự ọi Pháp. Ông là i khám phá ra nh lu t mô t l c hút và l y n, ngày nay gực đẩ tĩnh điệ i

là Đị Đơn vị điện tích SI, coulomb, được đặt tên để vinh danh ông vào năm nh luật Coulomb.

1908.

đó, Rutherford đã đề xuất Mô hình hành tinh c a nguyên t t nhân nh ủ ử, trong đó hạ ỏ

bé n m t i tâm c a nguyên t còn các electron bay quanh h t nhân trên các quằ ạ ủ ử, ạ ỹ đạo

như các hành tinh bay quanh Mặ ra đờt Trời. Có thể coi sự i c mô hình Rutherford ủa

chính là s khai sinh cho khái ni m h t nhân nguyên t . Sau khám phá này, viự ệ ạ ử ệc

nghiên c u v nguyên t c tách ra làm i nhánh: V t lí h t nhân nghiên c u v ứ ề ử đượ ha ậ ạ ứ ề

hạt nhân nguyên t , và V t lí nguyên t nghiên c u c u trúc c a các electron bay ử ậ ử ứ ấ ủ

quanh.

Tuy nhiên, mô hình Rutherford l không th c c u trúc quại ể giải thích đượ ấ ỹ đạo

của electron n các quá trình hóa h c biliên quan đế ọc; đặ ệt không gi c tải thích đượ ại

sao nguyên t t n t i cân b ng b n và electron không b t nhân. Mô ử ồ ạ ằ ề ị rơi vào trong hạ

hình này sau đó được thay thế bằng mô hình bán c n c a Niels Bohr vào ổ điể ủ

năm 1913 và mô hình ng t v nguyên t . lượ ử ề ử

Dù cho nó không chính xác, mô hình

nguyên tử Rutherford thường được dùng

trong các minh họa trong các phương tiện

thông tin đại chúng như là biểu

tượng cho nguyên t . Ví dử ụ như mô hình này

đượ ờc vẽ trên c của ng Cơ quan Năng lượ

Ng Quuyên t ử ốc t . ế

Năm 1913, Bo đã vận dụng thuyết lượng

tử ánh sáng vào hệ thống nguyên t ra ử và đề

một m u nguyên tẫ ử m i mang tên mình. Mô ớ

hình nguyên t c a Bohr mô t nguyên ử ủ ả

tử g m m t h t nhân ồ ộ ạ nhỏ, mang điện tích

dương có các electron di chuy n xung quanh ể

trên các o tròn- c u trúc c a h M t Tr i l c h p d n quỹ đạ tương tự ấ ủ ệ ặ ờ nhưng ự ấ ẫ được

thay b lằng ực tĩnh điện. Mô hình này đã giả ện tượi thích rất thành công nhiều hi ng

ật lí, ch ng h công th c Rydberg v các v ch quang ph c a nguyên t ẳ ạn ứ

ề ạ ổ ủ ử hyđrô.

Johannes (Janne) Robert Rydberg (8/11/1854 28/12/1919) là m t nhà v– ộ ật lý người Thụy

Điể ứ ả ủn. N công thăm 1888, ông là đưa ra c mô t các bước sóng c a photon (ánh sáng và các bức

xạ điện t khác) phát ra t nhừ ừ ững thay đổ ức năng lượi m ng của electron trong nguyên tử hydro.

Công th i là công thức đó ngày nay gọ ức Rydberg.

Trong Công ngh thông tin, d u c a các bài toán th c t c tệ ữ liệ ủ ự ế đều đượ ổ chức

dưới các dạ ệng có c c chuyấu trúc trước khi đượ ển hóa cho máy tính th c hiự n. C ụ

th liể m t c u trúc dộ ấ ữ ệu là m nh d c t c, x lý, thu h ột đị ạng cho việ ổ chứ ử ồi và lưu trữ

dữ liệu. Mỗi c u trúc dấ ữ liệu ch ng thông tin v giá tr dứa đự ề ị ữ liệu, m i quan h ố ệ

giữ ữ ệa các d li u và các phép toán th c hi n trên d ự ệ ữ liệu đó.

Các c u trúc d c phân loấ ữ liệu đượ ại theo đặc tính, có th c tính sau: ể có các đặ

- Tuyến tính ho c không tuy c tính này mô t các phặ ến tính: Đặ ả ần tử dữ liệu

được s p xắ ếp có th t (ví d anh sách, mứ ự ụ như d ảng) hay là không có th ứ

tự (ví d ụ như đồ thị).

- Đồng nh t ho ng nh c tính này mô t t t c các ph n t ấ ặc không đồ ất: Đặ ả ấ ả ầ ử

trong kho d u có thu c cùng mữ liệ ộ ột loại hay nhi u lo i khác nhau. ề ạ

- Tĩnh hoặc động: Cấu trúc dữ liệu tĩnh có kích thước, cấu trúc và vị trí lưu

trữ trong bộ nhớ là cố định; Trong khi v i c u trúc dớ ấ ữ liệu động thì các

thông tin này có th i theo ng c nh s dể thay đổ ữ ả ử ụng.

Một s ví d cố ụ ấu trúc d ữ liệu cơ bản:

- Ngăn xếp: Ngăn xếp (stack) là một cấu trúc dữ liệu bao gồm các đối

tượng d c sữ liệu đượ ắ ếp x p theo th tứ ự tuyến tính, một trong hai đầu được

gọi là đỉnh của ngăn xếp.

Ngăn xếp

Chúng ta ch có th truy c p t ng d nh c p, ỉ ể ậ ới đối tượ ữ liệu ở đỉ ủa ngăn xế

thêm một đối tượ ới vào đỉ ủa ngăn xế ại đối tượng dữ liệu m nh c p và lo ng

dữ liệu ở đỉnh ra kh p. Ví dỏi ngăn xế ụ chồng sách ho c chặ ồng đĩa là một

ngăn xếp.

- Hàng đợi: Cũng như ngăn xếp, hàng đợi (Queue) là cấu trúc dữ liệu tuyến

tính. Hàng đợ ột danh sách các đối tượ ột đầi là m ng, m u của danh sách

được xem là đầu hàng đợi, còn đầ ủa danh sách được xem là đuôi u kia c

hàng đợ ới hàng đợ ột đối tượi. V i, chúng ta chỉ có thể xen m ng mới vào

đuôi hàng và loại đối tượ hàng đợng ở đầu hàng ra khỏi hàng. Ví dụ i trong

hệ thống bán vé xem phim.

Hàng đợi xếp hàng mua vé xem phim

- Cây: Là c trúc dấu ữ liệu không tuy n tính. Cây là m t trong các c u trúc ế ộ ấ

dữ liệu quan tr ng nh t trong khoa h c máy tính. H u h t các họ ấ ọ ầ ế ệ điều

hành đề ức các file dướ ạng cây. Cây đượu tổ ch i d c sử d ng trong thi t k ụ ế ế

chương trình dị nhiên, đặ ấn đềch, xử lý ngôn ngữ tự c biệt trong các v tổ

chứ ữc d liệu để tìm kiếm và cập nhật dữ liệu hi u qu . M t ví dệ ả ộ ụ điển

hình v cây là t p h p các thành viên trong m t dòng h v i quan h cha ề ậ ợ ộ ọ ớ ệ –

con. Tr ông t c a dòng h này, m i m i trong dòng h là con cừ ổ ủ ọ ỗ ột ngườ ọ ủa

một người cha nào đó ạng đồ trong dòng họ. Biểu diễn dòng họ dưới d thị

hướng: quan hệ ế cha – con đượ ủa đồc biểu diễn bởi các cung c thị, n u A

là cha của B, thì trong đồ có cung đi từ ới đỉ thị đỉnh A t nh B. Xem xét các

đặc điể ủa đồ định hướng này, chúng ta đưa ra đị nghĩa cây như m c thị nh

o Cây là một đồ định hướ thị ng thỏa mãn các tính ch t sau: ấ

 Có một đỉnh đặc biệt được gọi là gốc cây

 Mỗi đỉnh C bất kỳ không phải là gốc, tồn tại duy nhất một đỉnh

P có cung đi từ P đến C. Đỉnh P được gọi là của đỉnh C, và cha

C là con của P

 Có đường đi duy nhất từ gốc tới mỗi đỉnh của cây.

Cây gia phả dòng học

- Đồ thị: Đồ thị là m t mô hình toán h c s dộ ọc đượ ử ụng để biểu di n m t tễ ộ ập

đối tượ ột cách nào đó. Chẳng có quan hệ với nhau theo m ng hạn trong

khoa học máy tính, đồ ụng để thị được sử d mô hình hoá một mạng truyền

thông, ki n trúc c a các máy tính song song,... R t nhi u v trong các ế ủ ấ ề ấn đề

lĩnh vực khác như công nghệ ế,... cũng có điện, hoá học, chính trị, kinh t

thể biểu di n bễ ởi đồ thị. Đồ thị có th t cách hình thể được định nghĩa mộ ức

như sau: Một đồ định hướ thị ng G = (V,E) gồm m t t p h u h n V các ộ ậ ữ ạ

đỉnh và một tập E các cung. M i cung là m t c p có th t nh khác ỗ ộ ặ ứ ự các đỉ

nhau (u,v), t c là (u,v) và (v,u) là hai cung khác nhau. ứ

Đồ thị m ng máy tính ạ

4.3. Quy luật v tính h ng cề ệ thố ủa Thế giới t nhiên ự

Vật ch t trong tấ ự nhiên t n t c t c thành các hồ ại và đượ ổ chứ ệ thống. Vậy trước

tiên chúng ta phải xác định được

4.3.1. Hệ thống là gì?

Hệ ố th ng là một tổng thể bao gồm m t nhóm các th c th c liên ộ ự ể tương tác hoặ

quan v i nhau t o thành m t th ng nh t c hi n mớ ạ ộ ể thố ấ để thự ệ ột chức năng. Mỗi bộ

phận c a hủ ệ thống th c hi n mự ệ ột vai trò khác nhau và tương tác qua lại với nhau,

đảm b o vi c thả ệ ực hiện chức năng chung của toàn b h ộ ệ thống.

Một h nh bệ thống được phân đị ởi các ranh giới không gian và thời gian, được

bao quanh và ng b ng c c mô t b i c u trúc và mảnh hưở ởi môi trườ ủa nó, đượ ả ở ấ ục

đích của nó và được th n trong chể hiệ ức năng của nó.

Thuật ngữ "hệ thống" xu t phát t nguyên g c t ng Hy ấ ừ tiếng Latin systēma, ố ừ tiế

Lạp ζύζηημα ban đầu đượ ểu như là ệm đượ. Systēm c hi "toàn bộ khái ni c tạo thành

từ m t s b n ho c thành viên". ộ ố ộ phậ ặ

Hệ thống là đối tượng nghiên cứu của Lí thuy t hế ệ thống. Lí thuy t hế ệ thống

xem th i là m t h ng ph c t p g m các ph n k t n i v i nhau. Chúng ta xác ế giớ ộ ệ thố ứ ạ ồ ầ ế ố ớ

định phạm vi c t h ng b nh ranh gi i c u này có ủa mộ ệ thố ằng cách xác đị ớ ủa nó; điề

nghĩa là lựa chọn thực thể nào là bên trong hệ thống và thực thể nào là bên ngoài hệ

thố ầng, ph n thuộc về môi trường. Người ta có thể tạo ra các biểu diễn (mô hình)

đơn giả ống để đoán hoặc tác động đế tương n hóa của hệ th hiểu nó và dự n hình thái

lai c a nó. Nh ng mô hình này có th nh c u trúc và hình thái c a h ng. ủ ữ ể xác đị ấ ủ ệ thố

4.3.2. Có những hệ thống nào tồn tại xung quanh chúng ta?

Có các hệ thống trong Tự nhiên như cơ quan trong cơ thểcác hệ sống (h tiêu ệ

hóa, h sinh sệ ản,…) hay h ng Mệ thố ặt Trăng – Trái Đất – Mặt Trời (chu kì chuyển

độ ủ ặng c a M t, chu kì chuy ng c t quanh Mặt Trăng quanh Trái Đấ ển độ ủa Trái Đấ t

Trời, hi ng nh t th c và nguy t th c, hi ng th y tri u, hi ng mùa và ện tượ ậ ự ệ ự ện tượ ủ ề ện tượ

nguyên nhân d n hiẫn đế ện tượng mùa trên Trái Đất,…), cũng có những hệ thống

nhân tạo như mạch điện, h ng v n hành c a m t chiệ thố ậ ủ ộ ếc ô tô, hay đơn giản như

chiếc bút bi chúng ta viết hàng ngày cũng là một hệ ng. thố

Các h ng t nhiên có th không có m ình thái cệ thố ự ể ục tiêu rõ ràng nhưng h ủa

chúng l i cho phép chúng ta quan sát c tính m c a h . Các h ạ đượ ục đích ủ ệ thống ệ

thống do con ngườ đạt đếi tạo ra n các mục đích khác nhau bằng mộ ốt s hành động

được th c hi n b i ho cùng v i h ự ệ ở ặc ớ ệ thống.

Sinh gi c phân chia theo h ng. Theo c t c s ng, sinh ới cũng đượ ệ thố ấp độ ổ chứ ố

giới bao g m các c t , tồ ấp độ ừ thấp đến cao như: phân tử ế bào, mô, cơ quan, hệ cơ

quan, cơ thể sinh thái. Trong đó, hệ, quần thể, quần xã và hệ sinh thái lớn nhất

chính là Sinh quy n c t. Phân chia h ng theo b c phân lo i, sinh giể ủa Trái Đấ ệ thố ậ ạ ới

bao g m các b c: d ng (forma), th (varientas), loài (species), chi (genus), h ồ ậ ạ ứ ọ

(family), b (ordor), l p (class), ngành (phylum/divisio), gi i (kingdom), lãnh giộ ớ ớ ới

(domain). M i cỗ ấp độ của hệ thống có đặc điểm riêng và tăng dầ ấp độn từ c thấp lên

cấp độ ức độ cao về m tổ chức, độ ạt độ ức năng,.... lớn, ho ng ch Hệ thống phân chia

đơn giản hơn chúng ta cũng có thể sử dụng là: loài, gi ng, h p, ngành, gi i. ố ọ, b , lộ ớ ớ

4.3.3. Các bộ phậ ủn c a m t hộ ệ thống hoặc các hệ thống khác nhau tương tác với

nhau để thực hi n mệ ột chức năng như thế nào?

Trướ ếc h t, do h ệ thống là tập hợp các phần tử có quan hệ hữu cơ với nhau, tác

động chi phối lẫn nhau theo các quy luật nhất định để trở thành một chỉnh thể( ) nên

các b n c a m t hộ phậ ủ ộ ệ thống ph i liên quan; chúng ph c "thi t kả ải đượ ế ế để hoạt

động như một thực thể nhất quán - n" ếu không chúng sẽ là hai hoặc nhiều hệ thống

riêng bi t. ệ

Khái niệm hệ thống gắn bó chặt chẽ với khái niệm " ". Nếu hệ thống là kết cấu

một thể thống nhất bao gồm các yếu tố có quan hệ và liên hệ lẫn nhau thì kết cấu là

tổng thể các mối quan hệ và liên hệ giữa các yếu tố của thể thống nhất đó. Như vậy,

kết cấu không nằm ngoài hệ thống. Đã là hệ thống thì phải có kết cấu. Khái niệm

kết cấu phản ánh hình thức sắp xếp của các yếu tố và tính chất của sự tác động lẫn

nhau của các mặt và các thuộc tính của chúng. Nhờ có kết cấu mà chúng ta hiểu

được vì sao phẩm chất của hệ thống nói chung không giống với tổng số phẩm chất

của các yếu tố tạo thành.

Trong thực tế, các yếu tố của hệ thống không phải là những điểm trừu tượng

mà là những hệ thống phức tạp. Mỗi yếu tố cũng có nhiều nhiều mặt, nhiều thuộc

tính, khi tác động lẫn nhau với các yếu tố khác của hệ thống không phải tất cả các

mặt, các thuộc tính của nó đều tham gia mà chỉ một số mặt, một số thuộc tính nào

đó mà thôi. Vì vậy, tính chất và phẩm chất của các liên hệ phụ thuộc vào đặc điểm

của các mặt nào đó của các yếu tố tham gia tác động lẫn nhau. Như vậy, những mặt

và thuộc tính của các yếu tố tham gia tác động lẫn nhau càng lớn thì két cấu của hệ

thống càng phức tạp. Cùng một số yếu tố, khi tác động lẫn nhau bằng những mặt

khác nhau có thể tạo nên các hệ thống khác nhau.

4.3.4. Hiểu về các hệ thố ựng t nhiên có ý nghĩa như thế nào đố i với cu c s ng cộ ố ủa

con người?

Việc hi u bi t sâu s c các h ng t c h t, hi u rõ ể ế ắ ệ thố ự nhiên giúp con người, trướ ế ể

chức năng nhất định và tính độc lập tương đối của mỗi phần tử trong hệ thống , sau

nữa, hiểu rõ những mối quan hệ và liên hệ lẫn nhau giữa các phần tử ảnh hưởng đến

hệ thống, nhận biết được những thuộc tính mới (gọi là tính trồi của hệ thống) mà

từng phần tử riêng lẻ không có hoặc có không đáng kể. Tất cả những điều đó cho

phép con người hiểu rõ các quy luật vận động và phát triển của Thế giới tự nhiên,

không ch i thích th i t o th ng h n, vi c hi u rõ ỉ “giả ế giới”, mà còn “cả ạ ế giới”. Chẳ ạ ệ ể

hệ thống khí h i hi c các quy lu t v ng c a th i ti t, ậu cho phép con ngườ ểu đượ ậ ận độ ủ ờ ế

từ đó giúp con người dự báo và hạn chế được các ng x u c a Thảnh hưở ấ ủ ế giới t ự

nhiên, đặc biệt là các th m h a do thiên tai gây ra. ả ọ

4.4. Quy lu t v tính tu n hoàn c a Th i t nhiên ậ ề ầ ủ ế giớ ự

Trong Thế ớ gi i tự nhiên, c u trúc cấ ủ ệ ốa các h th ng ho c s vặ ự ận động và biến đổi

của các h thệ ống đều mang tính lặp đi lặp lại. Tính chất đó của Tự nhiên c g i là đượ ọ

tính tu n hoànầ hay sự tuần hoàn theo chu kì.

Cũng tương tự như việc hiểu rõ các quy luật khác của Thế giới tự nhiên, việc

hiểu rõ quy luật tuần hoàn cho phép con người hiểu rõ các quy luật vận động và

phát triển của Thế giới tự nhiên, giúp con người dự đoán đượ c các s n và các ự kiệ

quá trình sẽ diễn ra trong tương lai đó giúp con ngườ. Từ i dự báo và hạn chế được

các ảnh hưởng xấu của Thế giới tự nhiên, đặc biệt là các thảm họa do thiên tai gây

ra.

Có nhiề ụ ều ví d v tính tuần hoàn trong nhiên: Vòng n hoàn cThế giới tự tuầ ủa

nước, carbon, nitơ,... trong tự nhiên nh lu t tu n hoàn các nguyên t hóa h c và ; Đị ậ ầ ố ọ

Bảng tuần hoàn các nguyên t hóa hố ọc; Quy lu t bi i tuậ ến đổ ần hoàn các tính chất

của đơn chất, thành phần và tính chất của các hợp chất; Chu kỳ s ng c a các sinh ố ủ

vật sống,…

Vòng tu n hoàn c c ầ ủa nướ

Nước là h p ch t ph n nh t, và toàn b s s ng trên hành ợ ấ ổ biế ất trên Trái Đấ ộ ự ố

tinh này dù nhiều hay ít cũng ộc vào nó. Nướ phụ thu c có vai trò quan trọng trong cơ

thể ậ sinh v t (70% trọng lượng cơ thể chúng ta là nướ có nước). Bộ rễ thực vật nhờ c

mà hút đượ ất khoáng hòa tan. Độc các ch ng vật nhờ nước trong các mô c a ph i mà ủ ổ

hấp thụ được oxy t không khí. ừ

Vòng tu n hoàn c c, ho c chu kầ ủa nướ ặ ỳ thủy văn, là sự lưu thông nướ c của Trái

Đấ ủ ặt. Nó v c nhận hành đượ ờ Mặt Trời. Nhiệt c a M t Tr c b ời làm nướ ốc hơi chủ

yếu từ các đại dương, và cả ặt đấ ật. Các đám mây hình từ sông hồ, m t và các sinh v

thành do hơi nướ ạnh và ngưng tụ ồi được gió (cũng phát sinh nhờ năng c gặp l , r

lượng của M t Tr c sặ ời) đưa đi xa. Khi các đám mây trở nên bão hòa, nướ ẽ rơi

xuống thành mưa.

Các ho ng c n vòng tu n hoàn cạt độ ủa con người ảnh hưởng đế ầ ủa nước ở nhiều

điểm. Chẳng h ạn:

- Nước đượ ạt và sau đó lại được khai thác phục vụ sinh ho c thải vào vòng

tuần hoàn, thông thường đã bị ô nhi m. ễ

- Các nhà máy điện và các nhà máy s d c làm mát máy móc và ử ụng nướ

phục v các quá trình ch n. Chúng th nh (SO2), ụ ế biế ải ra đi-ô-xít lưu huỳ

chất khí này lại được hơi nướ ững đám mây hấ và rơi xuốc trong nh p thụ ng

thành mưa axit.

- Phân bón trong nông nghi ng bệp thườ ị ngấm qua đất trồng và trôi ra sông

ngòi.

Các ch t gây ô nhi m nghiêm tr ng nh t là các ch t không b sinh v t phân ấ ễ ọ ấ ấ ị ậ

hủy hoặc không t phân h y trong các quá trình t nhiên. Chúng có thự ủ ự ể được thực

vật và độ ật "ăn" phải và đượng v c tích tụ trong các động vật ở trên đỉnh chuỗi thức

ăn.

Vòng tu n hoàn c a Carbonầ ủ : Chu trình sinh địa hóa của carbon

Vòng tu n hoàn c a Nitrogenầ ủ : Chu trình sinh địa hóa của nitrogen

Đị ậnh lu t tuần hoàn các nguyên t hóa h c ố ọ

Khi nhà hóa h i Nga D.I. Mendeleev sách "Nguyên lý hóa ọc ngườ

viết bộ

học", s các nguyên tố ố đã phát hiện trên thế giới là 63 nguyên t . Ông tố in giữa

chúng nh nh có nh ng quy lu t n hoàn phát hi n quy luất đị ữ ậ tuầ . Để ệ ật này ông đã viết

63 nguyên t này vào chi c ố 63 ế thẻ, trên th ông vi t tên, nguyên t ng, tính chẻ ế ử lượ ất

hóa h c c a nguyên t . Ông dùng 63 chi c th mang tên 63 nguyên t này xọ ủ ố ế ẻ ố ếp đi

Dmitri Ivanovich Mendeleev (8/2/1834-2/2/1907) là m t nhà hoá hộ ọc và nhà phát minh người

Nga. Ông được coi là ngườ ản đầi tạo ra phiên b u tiên của bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học,

một bướ ần hoàn này, ông đã dực ngoặt lớn trong lịch sử nghiên cứu hoá học. Sử dụng bảng tu

đoán các tính chất của các nguyên t c phát hiố còn chưa đượ ện.

xếp l i trên bàn. B ng nhiên m t hôm ông phát hi n ra r ng n u x p các nguyên t ạ ỗ ộ ệ ằ ế ế ố

này theo trọng lượng nguyên tử, sẽ có một tính tuần hoàn rõ ràng trong tính chất

của chúng. Mendeleev không gi u n i ni ng ch c ch n r ng loấ ổ ềm vui, ông tin tưở ắ ắ ằ ại

quy lu t này ch ng t quan h c a v n v t trên th i này có quy t tuậ ứ ỏ ệ ủ ạ ậ ế giớ đều luậ ần

hoàn.

Ngày 6 tháng 3 năm 1869, Mendeleev có cuộc giới thiệu chính thức với Viện

Hoá h c Nga, v ọ ới tiêu đề The Dependence between the Properties of the Atomic

Weights of the Elements (Sự phụ thu c gi a các Tính ch t c a Tr ng Nguyên ộ ữ ấ ủ ọng lượ

tử c a các Nguyên t ), miêu t các nguyên t theo c ng nguyên t hoá ủ ố ả ố ả trọng lượ ử và

trị. Mendeleev đã xây dựng đị ần hoàn, theo đó các nguyên tốnh luật tu có thể được

sắp x p theo tr ng nguyên t và tế ọng lượ ử ổ chức thành nhóm có cùng thu c tính hóa ộ

học, v t líậ . Ông đã sắ ần hoàn, trong đó có p xếp những nguyên tố thành một bảng tu

nhữ ẫ ống ô v n phải để tr ng. Bằng việc t o ra bạ ảng tu n hoàn các nguyên t hóa h c, ầ ố ọ

ông đã phát hiện ra nhi u v . ề ấn đề

Trước h t, ông ế nghi ng m t s ng nguyên t c ch p nhờ ộ ố trọng lượ ử hiện đã đượ ấ ận

(chúng ch có i m chính xác khá th chúng ỉ thể được đo vớ ột độ ấp ở thời điểm đó) vì

không tương ứng với những tính chất do Bảng tuần hoàn của ông chỉ ra. Chẳng hạn,

tellurium có tr ng nguyên t l khi t nó vào ọng lượ ử ớn hơn iodine, nhưng ông đặ bảng

tuần hoàn theo đúng trậ đó thìt tự chúng l i không có các tính chạ ất tương ứng.

Ông cũng đoán ặc dù đếdự rằng phải tồn tại một số nguyên tố khác m n thời

điểm đó chúng chưa đượ Ông đã dự đoán đã sửc phát hiện. tám nguyên tố và dụng

các h u t , và ng Ph n m t, hai, ba) trong vi t tên chúng. Sau ậ ố eka, dvi tri (tiế ạ ộ ệc đặ

này, các nhà khoa h c ọ đã tìm ra germanium, gallium scandiumvà v c tính ới các đặ

đúng như dự đoán chính xác củ ần lượ a ông l t về ekasilicon, ekaaluminium và

ekaboron.

Ông công b tác ph m c a mình, kiên trì ch i k t qu m nghi m c a các ố ẩ ủ ờ đợ ế ả kiể ệ ủ

nhà khoa h i v i quy lu t tu n hoàn c a các nguyên tọc ở khắp nơi trên thế giới đố ớ ậ ầ ủ ố,

nhưng suốt 4 năm không phát hiện thêm đượ Năm 1875 Việc nguyên tố mới nào. n

Hàn lâm khoa h c Pari nh nhà khoa h c Lecoq de Boisbaudran

ọ ận được thư của ọ

Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, còn được gọi là François Lecoq de Boisbaudran

(18/4/1838-28/5/1912), là m t nhà hóa h c bi n v i nh ng khám phá v các ộ ọc người Pháp đượ ết đế ớ ữ ề

nguyên t hóa h c gallium, samarium và dysprosium.ố ọ

trong thư nói ông đã tạo ra được một nguyên t mố ới trong kquặng ẽm trắng, ông gọi

nguyên t là ố "Gali Gali". được ông phát hi n bệ ằng phương pháp quang phổ nhờ các

vạch ph a nó (hai v ch màu tím) khi kh o sát m c t ổ đặc trưng củ ạ ả blenđơ kẽ thu đượ ừ

khu v c Pyrenees. S t tên nguyên t m i là Gali vì theo ng La ự ở dĩ ông đặ ố ớ tiế

tinh Gallia nghĩa là " cơ bản là nướGaul," là tên gọi của khu vực ngày nay về c Pháp

(Gallus trong tiếng La tinh có trong nghĩa là "gà trống", Le coq tiếng Pháp cũng có

nghĩa là "gà trố như nhôm, nguyên tửng"). Tính chất của Gali giống lượng là 59,72;

tỷ trọng là 4,7. Nghe đượ đây là điều 4 năm c tin này Mendeleev mắt sáng hẳn lên,

trước ông đã dự và đã gọ đoán i nó là ekaaluminium (cùng "nhóm c a nhôm")ủ .

Nhưng ông lại cảm thấy không yên tâm, theo cách tính của bảng tuần hoàn thì

nguyên tử lượng c a nhôm ph i là kho ng 68, t t ng ph i là 5,9 - 6,0. Mendeleev ủ ả ả ỷ ọ ả

tin r p t c vi n Hàn lâm khoa h c Pari nói ý kiằng mình đúng, ông lậ ứ ết thư cho Việ ọ ến

của mình. B c chuy n tay nhà khoa h Lecoq de Boisbaudran ức thư đượ ển đế ọc đã

công b phát hi n ra Gali. Ông y h t s c ng c nhiên, Mendeleev nhìn thố ệ ấ ế ứ ạ chưa ấy

mặt "Gali" mà dám nói bi c nguyên tết đượ ử lượng và tỷ trọng c a nó là bao nhiêu, ủ

cứ như là chuyện đùa? Nhưng vì thận trọng, nhà khoa học ấy đã tiến hành xác định

lại m t l n n a nh ng sộ ầ ữ ữ ố liệu trên, k t qu vế ả ẫn không thay đổi. M t th i gian sau, ộ ờ

nhà khoa h i Pháp này l i nh a Mendeleev, l i lọc ngườ ạ ận được thư củ ờ ẽ trong thư hết

sức t n nguyên t mự tin, hình như không phải là đang nói đế ố ới, mà là đang làm một

bài toán: "4 + (? c ông không th ng ý ki) = 10". Nhưng là nhà khoa họ ể xem thườ ến

của Mendeleev. Ông l i tuyạ ển Gali m t l n n a r nh nh ng ch s c a nó, ộ ầ ữ ồi xác đị ữ ỉ ố ủ

kết qu l n này làm ông ng c nhiên b a Mendeleev: T ng ả ầ ạ ởi đúng như dự đoán củ ỷ trọ

của Gali là 5,94; đây đúng là mộ ợp đặt sự trùng h c biệt không thể tưởng tượng

đượ ờc. Sau khi l i d lự đoán kỳ ạ ả ạ này được chứng thực, c giới hóa học kinh ng c.

Bốn năm sau, vào mùa xuân năm ụy Điể 1879, hai nhà hóa học Th n là Lars Fredrick

Nilson

Per Teodor Cleve , trong khi tìm ki m các kim lo i t hi và

ế ạ đấ ếm, đã sử

dụng phương pháp phân tích quang phổ và tìm thấy một nguyên tố mới trong các

Lars Fredrik Nilson (27/5/1840 14/5/1899) – là một nhà hóa học người Thụy Điển. Ông đã

khám phá ra scandium in 1879. Sau này, Scandi kim loại được điều chế lần đầu tiên vào

năm 1937 kali, và clorua scandi bằng phương pháp điện phân hỗn hợp nóng chảy eutecti của liti ở

700-800°C. Người ta dùng các sợi trong bể lỏng làm các điện cực trong nồi nấu kim vonfram kẽm

loại bằng . Scandi với độ tinh khiết 99% chỉ được sản xuất ra vào năm graphit 1960.

Per Teodor Cleve (10/2/1840 18/6/1905) – là m t nhà hóa h c, sinh h a ch t hộ ọ ọc và đị ấ ọc người

Thụy Điển

khoáng ch t euxenit gadolinit t tên nó là scandium, t ấ và . Ông đặ ừ tiếng

Latinh có nghscandia ĩa là "Scandinavia", và để này thì ông đã cô lập nguyên tố

phải x lý 10 kilôgam euxenit v i các c t hi c kho ng ử ớ ặn bã đấ ếm khác và thu đượ ả

2 gam scandia (Sc

) r t tinh khi Sau khi khấ ết. ảo sát kĩ càng, hai ông đã kế t luận

rằng các tính ch t c a scandi hoàn toàn phù h nguyên t m trong ấ ủ ợp với ố ekaboron nằ

"nhóm c a Bo" mà Mendeleev u này cho ủ đã dự đoán. Hai ông đã thông báo điề

Mendeleev vào tháng 8 cùng năm.

Lý lu n v quy lu t tu n hoàn c a các nguyên t h lãng quên nhiậ ề ậ ầ ủ ố ọc đã bị ều

năm, nay đượ ọi ngườ ọc đã chân thành chúc mừc m i coi trọng, một số nhà khoa h ng

sự phát hi n tài ba c a Mendeleev. B ng tu c d ch thành ệ ủ ả ần hoàn nhanh chóng đượ ị

nhiều thứ tiếng và truy ền bá đi khắp nơi trên trái đất. Gần 150 năm qua, Bảng tuần

hoàn Mendeleev chìa khóa d n n c phát minh nhi u nguyên t hóa h c đã là ẫ đế việ ề ố ọ

mới. Có người đánh giá Mendeleev như sau: "Trong l s h ông dùng m t ịch ử hóa ọc, ộ

chủ đề đơn giản mà đã gọi ra được c ả thế giới".

Ngày nay chúng ta đã biết, cùng với Mendeleev, n u nhà khoa h c khác thiề ọ ừng

nghiên c c l p v tính tu n hoàn c a các nguyên t ứu độ ậ ề ầ ủ ố nhưng chưa hoàn thiện.

Năm 1870

, Meyer t b n m t b ng rõ ràng gi ng h t. M t s

đã xuấ ả ộ ả ố ệ ộ ố người coi

Meyer và Mendeleev là nh ng phát minh ra b ng tuững người đồ ả ần hoàn, nhưng rõ

ràng r ng b ng c c nh ng nguyên t mằ ả ủa Meyer chưa cho phép ông dự báo đượ ữ ố ới

như Bả ần hoàn mà Mendeleev đã xây dựng tu ng.

Với những hiểu bi t c a khoa h c ngày nay chúng ta có th c rõ ế ủ ọ ể giải thích đượ

ràng nguyên nhân c a tính tu n hoàn c a các nguyên t hóa h ủ ầ ủ ố ọc.

Với m i nguyên t , các electron l c g i là electron hóa tr , có ỗ ử ớp ngoài cùng đượ ọ ị

khả năng tham gia liên kế ết định đết hóa học, quy n tính chất hóa h S lọc. ự ặp đi lặp

lại c u hình electron l p ngoài cùng d n s l p l i tính ch t c a nguyên ấ ớ ẫn đế ự ặp đi lặ ạ ấ ủ

tử.

Julius Lothar von Meyer (19/8/1830-11/4/1895) là nhà hóa h c 1870, sau ọ người Đức. Năm

quá trình nghiên c c lứu độ ập, Meyer cũng đưa ra một bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa

học như Mendeleev.

Cấu hình electron lớp ngoài cùng c phân b thành: đượ ố Vỏ nguyên tử => Lớp

=> => Phân lớp Orbital (2 electron). (Cách phân bố này giống như phân bố cách

học sinh trong trường học: => Lớp => Tổ (2 học sinh) Ta gọi Trường => Bàn !). s,

p, d, f là kí hiệu phân lớp, cho biết hình dạng của orbital (vùng không gian chuyển

động của electron) như sau (hình cầu, có 1 orbital), (hình số 8, có 3 orbital), : s p d

(hình hoa thị, có 5 orbital), (dạng phức tạp, có 7 orbital). Khi đó, bảng tuần hoàn f

các nguyên tố cho thấy:

Chu kì 1 (2 nguyên tố): Các electron điền vào l p th t, hoàn thành phân l p 1s: ớ ứ nhấ ớ

(H) và 1s (He).

Chu kì 2 (8 nguyên tố): Các electron b n vào l p th 2, hoàn thành hai ắt đầu điề ớ ứ

phân l p 2s và 2p ớ

(Li) - 2s

(Be) - 2s (B) - 2s (C) - 2s (N) - 2s (O) - 2s (F) - 2s (Ne).

1 2

2 2

3 2

4 2

5 2

Chu kì 3 (8 nguyên tố): Các electron b n vào l p th 3, hoàn thành hai ắt đầu điề ớ ứ

phân l p 3s và 3p ớ

(Na) - 3s

(Mg) - 3s (Al) - 3s (Si) - 3s (P) - 3s (S) - 3s (Cl) - 3s (Ar).

1 2

2 2

3 2

4 2

5 2

Đến đây ta bắt đầu nh n th y có s lậ ấ ự ặp đi lặp lại cấu hình l p electron ngoài cùng: ớ

Tương tự, ta có:

Chu kì 4 (18 nguyên tố): Các electron b n vào l p th 4, hoàn thành ba ắt đầu điề ớ ứ

phân l p 4s, 3d và 4p ớ

(K) - 4s (Ca) - 3d (Sc) 3d (Zn) - 4s (Ga)

2 1

2 2

4s 4p

2 6

(Kr)

Chu kì 5 (18 nguyên tố): Các electron b n vào l p th 5, hoàn thành ba ắt đầu điề ớ ứ

phân l p 5s, 4d và 5p ớ

(Rb) - 5s (Sr) - 4d (Y) (Cd) - 5s (In)

2 1

4d 5s

10 2 2

5s 5p

2 6

(Xe)

Chu kì 6 (32 nguyên tố): Các electron b n vào l p th 6, hoàn thành bắt đầu điề ớ ứ ốn

phân l p 6s , 4f , 5d và 6p

ớ

1-2 1-14 1-10 1-6

Chu kì 7 (32 nguyên tố): Các electron b n vào l p th 7, hoàn thành bắt đầu điề ớ ứ ốn

phân l p 7s , 5f , 6d và 7p

ớ

1-2 1-14 1-10 1-6

(Lưu ý: Lớp thứ nhất có 1 phân lớp: kí hiệu 1s; lớp thứ 2 có hai phân lớp (2s 2p),

lớp thứ 3 (3s 3p 3d), lớp thứ 4 (4s 4p 4d 4f); Số electron t p s = ối đa trên các phân lớ

2, p = 6, d = 10, f = 14).

4.5. Quy lu t v s vậ ề ự ận động và bi i c a Th i t nhiên ến đổ ủ ế giớ ự

4.5.1. V ng và biận độ ến đổi là gì?

Theo quan điểm c a Tri t h c Marx-Lenin thì là m t ủ ế ọ vận động ộ phạm

trù c a T t h s i c a t mủ riế ọc dùng để chỉ ự thay đổ ủ ất cả ọ ọi s vự ật, hi ng, mện tượ i quá

trình di n ra trong không gian, t n ph c t p. Cùng v i c p phễ vũ trụ ừ đơn giản đế ứ ạ ớ ặ ạm

trù không gian và th i gian là m t m trù c a T t h ờ , vận động cũng ộ phạ ủ riế ọc dùng để

ỉ về một phương thứ thì: Vật chất mà c tồn tại của vật chất. Theo F. Engels

Friedrich Engels c phiên âm ti ng Vi t là sinh ngày 28 (thường đượ ế ệ Phriđrich Ăngghen,

tháng 11 1820 m t ngày 5 tháng 8 1895) nhà lý lu n chính tr , là m t tri t gia và nhà năm ấ năm ậ ị ộ ế

khoa h i c k 19 i cùng v i Karl Marx p và phát tri n ọc ngườ Đứ thế ỷ , ngườ ớ đã sáng lậ ể chủ nghĩa

ộng sản và là lãnh tụ c a phong trào công nhân thủ ế giới và Quốc tế I.

Ông cùng v i Karl Marx là ớ

đồ ả ủ ả ấ ảng tác gi c a b n Tuyên ngôn c ng Của Đả ộ ảng s n p và xu(1848). Engels cũng biên tậ t b n

quyển II và quyể ộ ấ ữn III của b Tư bản sau khi Karl Marx m t. Ngoài nh ng công trình chung với

không vận động là điều không thể quan niệm được; vận động "là thuộc tính cố hữu

của vật chất là phương thức tồn tại của vật chất

" và " "

có nghĩa là vật chất tồn tại

bằng vận động ận độ thay đổ. V ng không chỉ là sự i vị trí trong không gian (hình

thứ ấ ậ ấc v ng thận độ p, gi a vản đơn củ t ch chung nhất) mà theo nghĩa t, v ng là ận độ

mọi sự biến đổ ận đội. Thông qua v ng, vật chất mới biểu hiện và bộc lộ bản chất của

mình và do đó, con người nhận thức được bản thân vật chất thông quan nhận thức

được những hình thức vận động của vật chất.

Cũng t , vận động của vật chất do tác động qua lại giữa các yếu tố, heo F. Engels

các bộ phận khác nhau của bản thân sự vật, "sự tác động qua lại đó chính là sự vận

động".

4.5.2. Vận động và biến đổi thuộc tính cốt lõi của Thế giới tự nhiênlà

F. Engels khẳng định: “Quan niệm về giới tự nhiên đã được hoàn thành trên

những nét cơ bản: Tất cả những gì cố định đều biến thành mây khói, và tất cả những

gì người ta cho là tồn tại vĩnh cửu thì nay đã trở thành nhất thời, và người ta đã

chứng minh rằng toàn bộ giới tự nhiên đều vận động theo một vòng tuần hoàn vĩnh

cửu”.

Dựa trên những thành tựu khoa học của thời đại lúc đang sinh sống, Engels đã

phân chia vận động thành 5 hình thức cơ bản (xếp từ đơn giản đến phức tạp). Đó là:

1. Vận động cơ học (là sự di chuyển vị trí của các vật thể trong không gian ).

2. Vận động vật lý (tức sự vận động của các phân tử, vận độn điện tử g , các quá

trình , các d i c a v t ch t, các dnhiệt điện ạng thay đổ ủ ậ ấ ạng tương tác của vật

chất và năng lượng,...).

Marx, ông còn vi t nhi u tác ph m khoa h c có giá trế ề ẩ ọ ị như: "Nguồ ủa gia đình, sở ữu tưn gốc c h

nhân và nhà nước", "Về lịch sử người German cổ đại", "Chống Duhring", "Biện chứng của tự

nhiên", v.v... Ngoài ra, cu n "Tác d ng c ng chuyố ụ ủa lao độ ển hoá vượn thành người" cũng là một

công trình khoa h c góp ph n gi i thích ngu n g c hình thành và phát tri n cọ ầ ả ồ ố ể ủa loài người.

3. Vận động hóa học (vận động của các nguyên tử hóa hợp , các quá trình và

phân giải các chất, sự thay đổ i của vật ch ng hóa h ất, phản ứ ọc,…).

4. Vận động sinh học trao đổi chất trong cơ thể và ( giữa với cơ thể sống môi

trường).

5. Vận động xã hội (sự thay đổi, thay thế các quá trình xã hội của các hình thái

kinh tế xã hội- ).

Các hình thức vận động cao xuất hiện trên cơ sở các hình thức vận động thấp,

bao hàm trong nó tất cả các hình thức vận động thấp hơn. Nhưng các hình thức vận

động thấp không có khả năng bao hàm các hình thức vận động ở trình độ cao hơn.

Ví dụ: Trong vận động vật lý thì bao gồm vận động cơ học, trong vận động hóa học

vì bao gồm vận động vật lý và trong vận động sinh học bao gồm vận động hóa học

và vận động xã hội bao gồm vận động sinh học cũng như tất cả các vật động nêu

trên. Tuy nhiên vận động cơ học không thể bao gồm vận động xã hội.

Các hình thức vận động nói trên khác nhau về chất. Từ vận động cơ học đến

vận động xã hội là sự khác nhau về trình độ của sự vận động, những trình độ này

tương ứng với trình độ của các kết cấu vật chất. và trong sự tồn tại của mình, mỗi sự

vật có thể gắn liền với nhiều hình thức vận động khác nhau. Dù vậy, bản thân sự tồn

tại của sự vật đó thường đặc trưng bằng một hình thức vận động cơ bản. Chính bằng

sự phân loại các hình thức vận động cơ bản, Engels đã góp phần đặt cơ sở cho sự

phân loại các khoa học tương ứng với đối tượng nghiên cứu của chúng và chỉ ra cơ

sở của khuynh hướng phân ngành và hợp ngành của các khoa học .

4.6. Quy lu t v s ậ ề ự tương tác của Thế giới tự nhiên

Tương tác là một trong nh ng nữ guyên lý cơ bản chi ph i mố ọi v t trong t nhiên. ậ ự

Đối v i th i s ng, sớ ế giớ ố ự tương tác giữa các sinh v t sậ ống và môi trường được thể

hiện ở các cấp độ khác nhau: tương tác xảy ra trong cơ thể sinh v t, gi a sinh v t vậ ữ ậ ới

sinh v t và giậ ữa các sinh v t và môi t ng. ậ rườ Tương tác trong hệ sinh thái thể hiện ở:

ảnh hưở sinh thái đến đờng của các nhân tố i sống sinh vật; quan hệ giữa sinh vật -

môi trường; quan hệ giữa sinh vậ ật - sinh v t trong quần thể và trong quần xã. Ngoài

ra, trong tự nhiên còn có sự tương tác giữa các lực và các đối tượng, giữa v t chậ ất và

năng lượng. Các tương tác này thường đi kèm sự chuyển hóa vật chất và năng lượng.

Nghiên c u v sứ ề ự tương tác giữa và trong các hệ thống giúp con người hiểu rõ

hơn về môi trường và vai trò của con ngườ trong đó.i Sự tương tác của con người với

môi trường của mình dẫn tới sự phát triển c a Khoa h c và Công nghủ ọ ệ. Đồng th i, ờ

Khoa h c và Công nghọ ệ ảnh hưởng đến cách mà con người tương tác với môi trường

của mình. B ng cách hi u sằ ể ự tương tác giữa con người và môi trường, con người có

thể đánh giá tốt hơn hậu quả của những hành động của mình và bi t chế ịu trách nhiệm

về các hành động đó.

Ta l y ví d v Quy lu t v sấ ụ ề ậ ề ự tương tác củ trong lĩnh vựa Thế giới tự nhiên c

Công ngh thông tin. i-máy (Human Computer Interaction HCI) ệ Tương tác ngườ –

là m t trong nh ng nghiên c u quan tr ng trong khoa h c máy tính. HCI là viộ ữ ứ ọ ọ ệc

nghiên c i, công nghứu con ngườ ệ máy tính và tác độ ữa các đối tượng qua lại gi ng

đó. Tạ và liên quan đế ững lĩnh vựi sao phải nghiên cứu HCI, HCI là gì n nh c nào?

Máy tính, con người, môi trường, xã hội…?

Hãy th ng m u cu i s d ng m t ph n mử tưởng tượ ột người dùng đầ ố ử ụ ộ ầ ềm nào đó,

do h n ch v tri th c c a mình hay do nhà thi t k t i, mà l ra thay vì kích hoạ ế ề ứ ủ ế ế ồ ẽ ạt

một ch g anh ta lức năn ại nhấn nh m và gây ra h u qu nghiêm tr ng. T i sao máy ầ ậ ả ọ ạ

tính v c coi là thân thi n, d dùng mà v n x y ra nhẫn đượ ệ ễ ẫ ả ững điều đáng tiếc như

vậy? N ng xuyên x y ra, li còn có ai dám m o hi m s d ng phếu điều đó thườ ả ệu ạ ể ử ụ ần

mềm nữa không khi mà vi c dùng nó quá m t m ? Vì v y, máy tính ệ ệ ỏi và căng thẳng ậ

và các thi t b liên quan ph c thi t k d a trên m t s u bi t sâu s c v ế ị ải đượ ế ế ự ộ ự hiể ế ắ ề

những điều như: suy nghĩ của con ngườ theo nghĩa i khi thực hiện các nhiệm vụ (

truy sền thống!); việc ử dụng máy tính và các thi t bế ị phải t o thành mạ ột mạch liên

tục v i công vi c hàng ngày c cách th c chuy n các tri th c s n có ớ ệ ủa con người; ứ ể ứ ẵ

sang m t h ộ ệ thố ự ệng th c hi n mới.

Thực ra, Khoa h c v s i và máy móc i t ọ ề ự tương tác giữa con ngườ đã ra đờ ừ

lâu, được nghiên cứu ngày càng sâu s c nh m gi i quy t nhắ ằ ả ế ững v trên. Có thấn đề ể

nói, khoa h c v s góp phọ ề ự tương tác giữa con người và máy móc đã ần tăng tính

tiệ ụn d ng c a các lo i máy móc, công c s n xuủ ạ ụ ả ất, đưa năng suất làm vi c lên cao. ệ

Những tương tác người - máy tính là sự phát triển tiếp theo của khoa học nói

trên trong th i hi n nay, khi vai trò c a máy tính và các ng d ng c a công ời đạ ệ ủ ứ ụ ủ

nghệ thông tin ngày càng tr nên ph n. ở ổ biế Ở đây ta không quan tâm nhiều tới cấu

tạo v t lý c a máy tính mà quan tâm t i dùng (là ậ ủ ới ngườ con người!) và các thao tác

của h v i máy tính, rút ra các nguyên t c, các quy lu có th phát tri n các ọ ớ ắ ật để ể ể

chương trình ngày càng tiệ ụng hơn, đáp ứ ối đa mong muố ủa ngườn d ng t n c i dùng.

Nghiên c u v i - n là nghiên c u v cách ứ ề tương tác ngườ máy tính không đơn thuầ ứ ề

xây d ng giao di n thân thi n v i dùng mà là khoa h xây d ng, b trí ự ệ ệ ới ngườ ọc để ự ố

chương trình có thể giúp ngườ i dùng hoàn thành công việc của họ một cách nhẹ

nhàng nh K t qu c a vi c nghiên c i - máy tính giúp ích cho ất. ế ả ủ ệ ứu tương tác ngườ

nhà phát tri n trong su i c a ph n m m: l y yêu c u, phân tích, thi t kể ốt vòng đờ ủ ầ ề ấ ầ ế ế,

kiểm th ng hi u bi n m m làm ra thoử,… Nhữ ể ết đó giúp cho phầ ề ả mãn hơn các yêu

cầu c i dùng, c bi t là v tính ti n d ng. ủa ngườ đặ ệ ề ệ ụ

§2. ÁI QUÁT VKH Ề Ọ Ự KHOA H C T NHIÊN VÀ CÔNG NGH Ệ

I. Con đƣờng nh n th c Th ậ ứ ế giớ ựi t nhiên

1. Nhận thức

1.1. Nhận th c là gì? ứ

Nhận th c (ti ng Anh: ng hay quá trình ti p thu ki n thứ ế cognition) là hành độ ế ế ức

và nh ng ữ hiểu biết thông qua suy nghĩ, kinh nghiệm và giác quan .

Theo quan điểm tri t h c Mế ọ arx-Lenin, nhận thức là một quá trình phản ánh

tích cực, tự giác và sáng tạo thế giới khách quan vào bộ óc con người trên cơ sở

thực tiễn, nhằm sáng tạo ra những tri thức về thế giới khách quan.

Triết h c M -Lenin : ọ arx thừa nhận con người có khả năng nhận thức được thế

giới không có cái gì là không thể nhận thức được mà chỉ có những cáikhách quan;

con người chưa nhận thức được; thực tiễn là cơ sở chủ yếu và trực tiếp nhất của

nhận thức, là động lực, mục đích của nhận thức và là tiêu chuẩn để kiểm tra chân lý.

1.2. Con đường nh c là gì? ận thứ

Con đường nhận thức diễn ra theo trình tự từ chưa biết đến biết, từ biết ít đến

biết nhiều, từ chưa sâu sắc, chưa toàn diện đến sâu sắc àn diện hơn; hơn, to được

th thự ừc hi n tện qua các giai đoạ đơn giản đến phức tạp, từ ấp đến cao, từ cụ thể đến

trừu tượng, từ hình thức bên ngoài đến bản chất bên trong .

Theo quan điể ạt độ ủa con người đi từm của V.I. Lenin, ho ng nhận thức c trực

quan sinh độ tư duy trừu tượng (hay còn gọi là ) nhận th c c m tínhứ ả đến ng (hay còn

gọi là nhận thức lí tính), và t ừ tư duy trừu tượng đến thực tiễn.

Nhận th c c m tính lứ ả à giai đoạn đầ ức. Đó là giai u tiên của quá trình nhận th

đoạn con ngườ ụng các giác quan để tác độ hiện thực khách quani sử d ng vào nhằm

nắm bắt hiện thực khách quan ấy.

Nhận th c lý tínhứ là giai đoạ ừu tượ về hiện n phản ánh gián tiếp tr ng, khái quát

thực khách quan, đượ ức như khái niệm, phán đoán, suy c thể hiện qua các hình th

luận.

Tuy nhiên, nếu dừng lại ở nhận thức lý tính thì con người mới chỉ có được

những tri thức về đối tượng, còn bản thân những tri thức đó có thật sự chính xác hay

không thì con người vẫn chưa thể biết được. Trong khi đó, nhận thức đòi hỏi phải

xác định xem những tri thức đó có chân thực hay không. Để thực hiện điều này thì

nhận thức nhất thiết phải trở về với thực tiễn, dùng thực tiễn làm tiêu chuẩn, làm

thước đo tính chân thực của những tri thức đã đạt được trong quá trình nhận thức.

Mặt khác, mọi nhận thức suy đến cùng đều là xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và trở

lại phục vụ thực tiễn. Như Marx nói: ục đích cuố M i cùng của nhận thức không chỉ

để ả ớ gi i thích thế gi i cmà để ải tạo thế giới.

Như vậy, có thể thấy quy luật chung, có tính chu kỳ lặp đi lặp lại của quá trình

vận động, phát triển của nhận thức là: từ thực tiễn đến nhận thức từ nhận thức trở -

về với thực tiễn từ thực tiễn tiếp tục quá trình phát triển nhận thức,... Quá trình này -

lặp đi lặp lại, không có điểm dừng cuối cùng, trình độ của nhận thức và thực tiễn ở

chu kỳ sau thường cao hơn chu kỳ trước, nhờ đó mà quá trình nhận thức đạt dần tới

những tri thức ngày càng đúng đắn hơn, đầy đủ hơn và sâu sắc hơn về thực tại

khách quan. Đây cũng chính là quan điểm về tính tương đối của nhận thức của con

người trong quá trình phản ánh thực tại khách quan.

1.3. Phân loại nh n th c ậ ứ

1.3.1. Nhận th c kinh nghi m và n th c lý lu n ứ ệ Nhậ ứ ậ

Dựa trên thâm nh p vào b n ch t c , chúng ta có th chia trình độ ậ ả ấ ủa đối tượng ể

nhận th c thành hai lo n th c kinh nghi m và n th c lý luứ ại như sau: Nhậ ứ ệ Nhậ ứ ận.

Nhận th c kinh nghiứ ệm hình thành t s quan sát tr c ti p các s v t, hiừ ự ự ế ự ậ ện

tượng trong t nhiên, xã hự ội hay trong các thí nghiệm khoa h c. Tri th c kinh ọ ứ

nghiệm là k t qu cế ả ủa nó, được phân làm hai lo i: ạ

*) Tri th c kinh nghiứ ệm thông thường là lo i tri th c hình thành t s quan sát ạ ức đượ ừ ự

trực tiếp hàng ngày về cuộc s ng và s n xu t. Tri th c này r t phong phú, nh có tri ố ả ấ ứ ấ ờ

thức này con ngườ ống dùng để ạt đội có vốn kinh nghiệm s điều chỉnh ho ng hàng

ngày.

*) Tri th c kinh nghi m khoa hứ ệ ọc là lo i tri th c t s o sát các thí ạ ức thu đượ ừ ự khả

nghiệm khoa h c, loọ ại tri th c này quan trứ ọng ở chỗ hình thành nhđây là cơ sở để ận

thức khoa h c và lý luọ ận.

Hai lo i tri th c này có quan h t ch v i nhau, xâm nh tạ ứ ệ chặ ẽ ớ ập vào nhau để ạo

nên tính phong phú, sinh động của nh n th c kinh nghi ậ ứ ệm.

Nhận th c lí lí ứ luận i t t là (gọ ắ luận) là lo i nh n th c gián ti p, tr ng và ạ ậ ứ ế ừu tượ

khái quát v b n ch t và quy lu t c a các s v t, hi ng. Nh n th c lí n có ề ả ấ ậ ủ ự ậ ện tượ ậ ứ luậ

tính gián ti c hình thành và phát tri c a nh n th c kinh ếp vì nó đượ ển trên cơ sở ủ ậ ứ

nghiệm. Nh n thậ ức lí luận có tính tr ng và khái quát vì nó ch từu tượ ỉ ập trung phản

ánh cái b n ch t mang tính quy lu t c v t và hi c lí ả ấ ậ ủa sự ậ ện tượng. Do đó, tri thứ luận

thể n chân lý sâu shiệ ắc hơn, chính xác hơn và có hệ ống hơn th .

Nhận thức kinh nghiệm và nhận thức lí luận là hai giai đoạn nhận thức khác

nhau nhưng có mối quan hệ biện chứng lẫn nhau. Trong mối quan hệ đó, nhận thức

kinh nghiệm là cơ sở của nhận thức lí luận; nó cung cấp cho nhận thức lí luận

những tư liệu phong phú, cụ thể; nó trực tiếp gắn chặt với hoạt động thực tiễn, tạo

thành cơ sở hiện thực đề kiểm tra, sửa chữa, bổ sung cho lí luận đã có và tổng kết,

khái quát thành lí luận mới. Tuy nhiên, nhận thức kinh nghiệm còn hạn chế ở chỗ

chỉ dừng lại ở sự mô tả, phân loại các sự kiện, các dữ kiện thu được từ sự quan sát

và thí nghiệm trực tiếp. Do đó, nó chỉ dem lại những hiểu biết về các mặt riêng rẽ,

bề ngoài, rời rạc, chưa phản ánh được cái bản chất, những mối liên hệ mang tính

quy luật của các sự vật, hiện tượng. Vì vậy, nhận thức kinh nghiệm tự nó không bao

giờ có thế chứng minh được đầy đủ tính tất yếu. Ngược lại, mặc dù được hình thành

từ sự tổng kết những kinh nghiệm, nhưng nhận thức lí luận không hình thành một

cách tự phát, trực tiếp từ kinh nghiệm. Do tính độc lập tương đối của nó, lí luận có

thể đi trước những dữ kiện kinh nghiệm, hướng dẫn sự hình thành những tri thức

kinh nghiệm có giá trị, lựa chọn những kinh nghiệm hợp lý để phục vụ cho hoạt

động thực tiễn, góp phần làm biến đổi đời sống của con người, thông qua đó mà

nâng những tri thức kinh nghiệm từ chỗ là cái cụ thể, riêng lẻ, đơn nhất thành cái

khái quát, có tính phổ biến.

1.3.2. Nhận th c thông ng và Nh n th c khoa h c ứ thườ ậ ứ ọ

Dựa a trên tính t phát hay t giác cự ự ủ sự thâm nhập vào b n chả ất của đối tượng,

sự v t, chúng ta có th chia nh n th c thành hai loậ ể ậ ứ ại như sau: Nhận th c thông ứ

thường và Nh n th c khoa h c. ậ ứ ọ

Nhận thức thông thường (hay nhận th c ti n khoa hứ ề ọc) là lo i nh n thạ ậ ức được

hình thành m t cách t phát, tr c ti p t trong ho ng hàng ngày c i. ộ ự ự ế ừ ạt độ ủa con ngườ

Nó ph n ánh s v t, hi ng x y ra v i t t cả ự ậ ện tượ ả ớ ấ ả những đặc điểm chi tiết, cụ thể và

nhữ ắ ự ậ ậng s c thái khác nhau của s v t. Vì vậy, nh n th ng mang tính ức thông thườ

phong phú, nhi u v và g n v i nh ng quan ni m s ng th c t hàng ngày. Vì thề ẻ ắ ớ ữ ệ ố ự ế ế,

nó thườ ạt độ ủa con ngườ nhưng, nhậng xuyên chi phối ho ng c i trong xã hội. Thế n

thức thông thường chủ yếu vẫn chỉ dừng lại ở b ngoài, u nhiên t nó không th ề ngẫ ự ể

chuyển thành nh n th c khoa h ậ ứ ọc được.

Nhận th c khoa hứ ọc là lo giác và gián ại nhận thức được hình thành một cách tự

tiếp từ sự phản ánh đặc điểm, bản chất, những quan hệ tất yếu của đối tượng nghiên

cứu. Sự phản ánh này diễn ra dưới dạng trừu tượng lôgích. Đó là cái khái niệm,

phạm trù và các quy luật khoa học. Nhận thức khoa học vừa có tính khách quan,

trừu tượng, khái quát, lạ vừa có tính hệ thống, có căn cứ và có tính chân thực. Nó

vận dụng một hệ thống các phương pháp nghiên cứu và sử dụng cả ngôn ngữ thông

thường và thuật ngữ khoa học để diễn tả sâu sắc bản chất và quy luật của đối tượng

trong nghiên cứu. Vì thế, nhận thức khoa học có vai trò ngày càng to lớn trong hoạt

động thực tiễn, đặc biệt trong thời đại khoa học và công nghệ hiện đại.

Nhận thức thông thường và nhận thức khoa học là hai bậc thang khác nhau về

chất của quá trình nhận thức, nhằm đạt tới những tri thức chân thực. Giữa chúng có

mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Trong mối quan hệ đó, nhận thức thông thường có

trước nhận thức khoa học và là nguồn chất liệu để xây dựng nội dung của các khoa

học. Mặc dù đã chứa đựng những mầm mống của những tri thức khoa học, song

nhận thức thông thường chủ yếu vẫn chỉ dừng lại ở sự phản ánh cái bề ngoài, ngẫu

nhiên, không bản chất của đối tượng và tự nó không thể chuyển thành nhận thức

khoa học. Muốn phát triển thành nhận thức khoa học cần phải thông qua quá trình

tổng kết, trừu tượng, khái quát đúng đắn của các nhà khoa học. Ngược lại, khi đạt

tới trình độ nhận thức khoa học, nó lại có tác động trở lại nhận thức thông thường,

xâm nhập vào nhận thức thông thường, làm cho nhận thức thông thường phát triển,

tăng cường nội dung khoa học cho quá trình con người nhận thức thế giới.

1.4. Thực tiễn và vai trò của thực tiễn

1.4.1. Thực ti n là gì? ễ

Thực ti n là toàn b ng v t ch t có mễ ộ hoạt độ ậ ấ ục đích, mang tính lịch sử - xã hội

của con người nh m c i bi n t nhiên và xã hằ ả ế ự ội.

Hoạt động thực tiễn là loại hoạt động mà con người sử dụng những công cụ vật

chất tác động vào những đối tượng vật chất nhất định làm biến đổi chúng theo mục

đích của mình. Đó là những hoạt động đặc trưng và bản chất của con người. Nó

được thực hiện một cách tất yếu khách quan và không ngừng phát triển bởi con

người qua các thời kỳ lịch sử. Chính vì vậy, hoạt thực tiễn bao giờ cũng là động

hoạt động vật chất mang tính chất sáng tạo và có tính mục đích, tính lịch sử - xã

hội.

1.4.2. Các hình th n c a th c ti n ức cơ bả ủ ự ễ

Thực tiễn biểu hiện rất đa dạng với nhiều hình thức ngày càng phong phú.

Trong có ba hình thức cơ bản là: hoạt động sản xuất vật chất, hoạt động chính trị -

xã hội và hoạt động thực nghiệm khoa học.

Hoạt động sản xuất vật chất là hình thức hoạt động cơ bản, đầu tiên của thực

tiễn. Đây là hoạt động mà trong đó con người sử dụng những công cụ lao động tác

động vào giới tự nhiên để tạo ra của cải vật chất, các điều kiện cần thiết nhằm duy

trì sự tồn tại và phát triển của mình.

Hoạt động chính trị xã hội- là hoạt động của các cộng đồng người, các tổ chức

khác nhau trong xã hội nhằm cải biến những quan hệ chính trị xã hội để thúc đẩy -

xã hội phát triển.

Thực nghiêm khoa học lả một hình thức đặc biệt của hoạt động thực tiễn. Đây

là hoạt động được tiến hành trong những điều kiện do con người tạo ra, gần giống,

giống hoặc lặp lại những trạng thái của tự nhiên và xã hội nhằm xác đinh những

quy luật biến đổi, phát triển của đối tượng nghiên cứu. Dạng hoạt động này có vai

trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội, đặc biệt là trong thời kỳ cách mạng

khoa học và công nghệ hiện đại.

Mỗi hình thức hoạt động cơ bản của thực tiễn có một chức năng quan trọng

khác nhau, không thể thay thế cho nhau, song chúng có mối quan hệ chặt chẽ, tác

động qua lại lẫn nhau. Trong mối quan hệ đó, hoạt động sản xuất vật chất là loại

hoạt động có vai trò quan trọng nhất, đóng vai trò quyết định đối với các hoạt động

thực tiễn khác. Bởi vì, nó là hoạt động nguyên thủy nhất và tồn tại một cách khách

quan, thường xuyên nhất trong đời sống của con người và nó tạo ra những điều

kiện, của cải thiết yếu nhất, có tính quyết định đối với sự sinh tồn và phát triển của

con người. Không có hoạt động sản xuất vật chất thì không thể có các hình thức

thực tiễn khác. Các hình thức thực tiễn khác, suy đến cùng cũng xuất phát từ thực

tiễn sản xuất vật chất và nhằm phục vụ thực tiễn sản xuất vật chất.

1.4.3. Vai trò của thực tiễn đối với nhận thức

Thực tiễn đóng vai trò là cơ sở, động lực, mục đích của nhận thức và là tiêu

chuẩn của chân lý, kiểm tra tính chân lý của quá trình nhận thức. Sở dĩ như vậy vì

thực tiễn là điểm xuất phát trực tiếp của nhận thức; nó đề ra nhu cầu, nhiệm vụ,

cách thức, khuynh hướng vận động và phát triển của nhận thức. Chính con người có

nhu cầu tất yếu khách quan là phải giải thích thế giới và cải tạo thế giới nên con

người tất yếu phải tác động vào các sự vật, hiện tuợng bằng hoạt động thực tiễn của

mình. Sự tác động đó làm cho các sự vật, hiện tuợng bộc lộ những thuộc tính,

những mối liên hệ và quan hệ khác nhau giữa chúng, đem lại những tài liệu cho

nhận thức, giúp cho nhận thức nắm bắt được bản chất, các quy luật vận động và

phát triển của thế giới. Trên cơ sở đó hình thành nên các lý thuyết khoa học. Chẳng

hạn, xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của con người cần phải đo đạc diện tích và đong

lường sức chứa của những cái bình, từ sự tính toán thời gian và sự chế tạo cơ khí

mà Toán học đã ra đời và phát triển. Ngay cả những thành tựu khoa học mới đây,

nhất là khám phá và giải mã bản đồ gien người cũng ra đời từ chính hoạt động thực

tiễn, từ nhu cầu đòi hỏi phải chữa trị những căn bệnh nan y và từ nhu cầu tìm hiểu,

khai thác những tiềm năng bí ẩn của con người... Có thể nói, suy cho cùng không có

một lĩnh vực tri thức nào mà lại không xuất phát từ thực tiễn, không nhằm vào việc

phục vụ, hướng dẫn thực tiễn. Do đó, nếu thoát ly thực tiễn, không dựa vào thực

tiễn thì nhận thức sẽ xa rời cơ sở hiện thực nuôi dưỡng sự phát sinh, tồn tại và phát

triển của minh. Cùng vĩ thế, chủ thể nhận thức không thể có được những tri thức

đúng đắn và sâu sắc về thế giới nếu nó xa rời thực tiễn.

Thực tiễn là cơ sở, động lực và mục đích của nhận thức còn là vì nhờ có hoạt

động thực tiễn mà các giác quan của con nguời ngày càng được hoàn thiện; năng

lực tư duy lôgích không ngừng được củng cố và phát triển; các phương tiện nhận

thức ngày càng hiện đại, có tác dụng "nối dài" các giác quan của con người trong

việc nhận thức thế giới.

Thực tiễn chẳng những là cơ sở, động lực, mục đích của nhận thức mà còn

đóng vai trò là tiêu chuẩn của chân lý, kiểm tra tính chân lý của quá trình nhận thức.

Điều này có nghĩa thực tiễn là thước đo giá trị của những tri thức đã đạt được trong

nhận thức. Đồng thời, thực tiễn không ngừng bổ sung, điều chỉnh, sữa chữa, phát

triển và hoàn thiện nhận thức. K. Marx đã từng khẳng định: "Vấn đề tìm hiểu xem

tư duy của con người có thể đạt tới chân lý khách quan không, hoàn toàn không

phải là một vấn đề lý luận mà là một vấn đề thực tiễn. Chính trong thực tiễn mà con

người phải chứng minh chân lý".

Tóm lại, thực tiễn chẳng những là điểm xuất phát của nhận thức, là yếu tố đóng

vai trò quyết định đối với sự hình thành và phát triển của nhận thức mà còn là nơi

nhận thức phải luôn luôn hướng tới để thể nghiệm tính đúng đắn của mình. Nhấn

mạnh vai trò đó của thực tiễn, V.I. nin đã cho rằng "Quan điểm về đời sống, về Le

thực tiễn, phải là quan điểm thứ nhất và cơ bản của lý luận về nhận thức".

1.5. Đặc điểm của nh n th c khoa h c ậ ứ ọ

Dựa trên khái ni m nh n th c khoa h c và nh ng u cệ ậ ứ ọ ữ đặc điểm ban đầ ủa nó đã

được trình bày ở trên, chúng ta sẽ đi sâu phân tích các đặc điểm của nhận thức khoa

học. Do mục đích của hoạt động nhận thức khoa học là hướng tới nắm bắt được cái

có tính quy luật, cái bản chất chứ không dừng lại ở cái bề ngoài, cái ngẫu nhiên, cái

đơn nhất của đối tượng được nhận thức nên nhận thức khoa học không chỉ có cấu

trúc phức tạp mà còn có những đặc trưng riêng như sau.

1.5.1. N hận thức khoa mang tính khách quan chân học nhằm tiếp cận lý

Xuất phát từ bản thân sự v t, hiậ ện tượng và đối tượng nghiên cứu chứ không

phải từ ý muốn chủ quan, nhận thức khoa học phản ánh trung thành các sự vật, hiện

tượng, quá trình của hiện thực khách quan. Quá trình đó dựa vào sự thật và lý trí

con người chứ không phải là những ảo tưởng chủ quan và thông tin sai lệch.

1.5.2. N hận thức khoa mang tính học hệ thống

Tính hệ thống của nhận thức khoa học, thực chất là tính hệ thống chủ thể-

suy đến cùng là hình ảnh chủ quan của tính hệ thống khách thể. Nó được thể hiện -

trong tất cả các giai đoạn, các thành tố thuộc cấu trúc của nhận thức khoa học như

mục đích, phương pháp, phương tiện... Sản phẩm đặc thù của nhận thức khoa học

gồm hệ thống các khái niệm, phạm trù, nguyên lý, quy luật phản ánh hiện thực

khách quan trong một chỉnh thể toàn vẹn, luôn có sự chuyển hoá và không phải là

bất biến.

1.5.3. Nhận thức khoa học phải có luận cứ, có mối liên hệ chặt chẽ với thực tiễn

và thực nghiệm

Nhận thức khoa học còn mang tính có luận cứ và được chứng minh, điều này

trước hết được thể hiện qua sự kiểm tra bằng thực nghiệm và thực tiễn. Ngoài ra, nó

còn có thể được chứng minh bằng các tiêu chí lôgíc hợp thành hệ chuẩn riêng do

nhận thức khoa học tạo ra nhằm chế định các phương thức chứng minh.

Nhận thức nói chung và nhận thức khoa học nói riêng luôn có mối liên hệ chặt

chẽ, khăng khít với thực tiễn. Trong quan hệ đó, thực tiễn đóng vai trò là cơ sở chủ

yếu, trực tiếp nhất của nhận thức; là động lực thúc đẩy sự phát triển của nhận thức,

của trí tuệ con người; là tiêu chuẩn để kiểm tra chân lý. Nếu xa rời thực tiễn, không

dựa trên cơ sở thực tiễn thì không thể có nhận thức đúng đắn, không thể có lý luận

khoa học, và do vậy, hoạt động của con người khó vượt qua giới hạn của sự mù

quáng.

Thực nghiệm khoa học là một trong những hình thức cơ bản của hoạt động thực

tiễn, một trong các tiêu chuẩn kiểm tra chân lý. Với tư cách là "sự chất vấn đối với

tự nhiên", phương pháp thực nghiệm khoa học có vai trò quan trọng đối với nhận

Khách thể là phạm trù để chỉ những bộ phận của thế giới vật chất ở trong phạm vi hoạt động

của chủ thể, và chủ thể là xã hội, những nhóm xã hội, cá nhân, ... nhận thức và hoạt động tác động

vào khách thể.

thức khoa học, nghiên cứu khách thể bằng cách tác động trực tiếp vào chúng. Căn

cứ vào những kết quả mà phương pháp thực nghiệm mang lại, người ta có đủ cơ sở

vững chắc để khẳng định (xác nhận) hay bác bỏ (phủ nhận) một kết luận hoặc giả

thuyết khoa học. Vì thế, kiểu nhận thức khoa học dựa vào lý trí và phương pháp

thực nghiệm có khả năng to lớn đối với việc nhận thức và cải tạo thế giới.

1.5.4. Nhận thức khoa sáng tri khoa học phải tạo ra thức học mới

Nhận thức nói chung và nhận thức khoa học nói riêng đều là quá trình phản

ánh biện chứng, tích cực, tự giác và sáng tạo thế giới khách quan vào đầu óc của

con người. Tuy nhiên, nó không thuần tuý chỉ là sự "dựng lại", trình bày lại những

gì thế giới khách quan đã có, vốn có. Hơn thế, nhận thức khoa học luôn gắn với sự

sáng tạo, với việc khám phá từ đối tượng (các hiện tượng, quá trình, quy luật, "các

điểm nút trong một màng lưới") những tri thức khoa học mới cái mà nhận thức -

thông thường không thể đạt được. Nhận thức khoa học hiện đại có thể và cần phải

được xem xét với tư cách kết quả của toàn bộ quá trình phát sinh, phát triển của

hoạt động tư duy, không chỉ chứa đựng những tri thức đã có trong lịch sử mà chính

là từ đó tiếp tục sáng tạo nên các tri thức khoa học mới.

1.5.5. Nhận thức khoa học luôn đòi hỏi yêu cầu cao tính về trừu tượng hoá, khái

quát hoá hoá. và cụ thể

Quá trình đi từ nhận thức tiền khoa học đến nhận thức khoa học phải thông qua

các thao tác tư duy, đặc biệt là sự trừu tượng hoá, kh Có như vậy, chủ ái quát hoá.

thể nhận thức mới có thể nắm bắt được cái bản chất, quy luật bị che lấp trong sự

hỗn độn của các hiện tượng ngẫu nhiên, mới chủ động trong các hoạt động thực tiễn

dựa trên những tri thức mới, đúng đắn về đối tượng.

Khi trừu tượng hoá một vài thuộc tính hay các mối liên hệ trong một loạt sự

vật, hiện tượng, nhất định sẽ tạo ra điều kiện để khái quát hoá nhằm xác định phức

hợp các thuộc tính vào một lớp chung, thể hiện ra như cái chung trong một loạt sự

vật, hiện tượng riêng. Tuy nhiên, trừu tượng hoá, khái quát hoá không phải là mục

đích cuối cùng mà chỉ là những bước đưa chủ thể đến chỗ nhận thức cái cụ thể.

Chúng thể hiện một trình độ cao hơn của nhận thức khoa học và nhờ đó, chủ thể

nhận thức mới có thể đạt tới quan niệm toàn vẹn, chính xác về bản chất của các sự

vật, hiện tượng nghiên cứu.

1.5.6. N hận thức khoa học đặt ra yêu cầu cao trong sử dụng ngôn ngữ, phương

pháp và phương tiện

Để nghiên cứu, phản ánh đúng đắn ện tượcác sự vật, hi ng, nhận thức khoa học

không chỉ sử dụng ngôn ngữ tự nhiên (hệ thống ký hiệu âm thanh và sau đó là chữ

viết), mà còn phải sử dụng và không ngừng phát triển ngôn ngữ chuyên biệt (là hệ

thống ký hiệu bổ trợ được tạo ra bằng cách riêng trên cơ sở của ngôn ngữ tự nhiên

được chuyên môn hoá) Thực chất, chúng ta nghiên cứu ện tượ một . các sự vật, hi ng

cách gián tiếp thông qua "thực nghiệm tư tưởng", nên tất yếu phải có hệ thống ngôn

ngữ khoa học. Hệ thống ngôn ngữ này được xây dựng chặt chẽ, rõ ràng, được sử

dụng tương đối nhất quán, có tính chuyên môn hoá cao giúp nhận thức khoa học

phản ánh ngày càng chính xác, đầy đủ đối tượng nghiên cứu nhờ vốn từ hiện đại,

phong phú, đa dạng cùng với cấu trúc ngữ ngôn khoa học và tinh tế.

II. Khoa h c và Khoa h c tọ ọ ự nhiên

1. Khoa h c ọ

1.1. Khoa học là gì?

Có nhi u cách ti p c n khái ni m khoa h c. ề ế ận đế ệ ọ

Theo (do GS Hoàng Phê ch biên) khoa h là h ng Từ điển Ti ng Viế ệt ủ ọc ệ thố

tri th ch s c th c ti n ch ng minh, ph n ánh ức tích lũy trong quá trình lị ử và đượ ự ễ ứ ả

những quy lu t khách quan c a th i bên ngoài a ho ng tinh thậ ủ ế giớ cũng như củ ạt độ ần

của con người, giúp con ngườ năng cải có khả i tạo thế giới hi n th ệ ực.

Theo t Khoa h c và Công nghLuậ ọ ệ (Qu c hố ội, 2013), khoa h c là họ ệ thống

tri th c v b n ch t, quy lu t t n t i và phát tri n c a s v t, hi ng t nhiên, xã ứ ề ả ấ ậ ồ ạ ể ủ ự ậ ện tượ ự

hội và tư duy.

Theo T n Giáo d c, Khoa h c ho ng c i nhừ điể ụ ọc là lĩnh vự ạt độ ủa con ngườ ằm

tạo ra và hệ thống hóa nh ng tri th c khách quan v c ti n, là mữ ứ ề thự ễ ột trong nh ng ữ

hình thái ý th c xã h i bao g m c thu hái ki c m i l n c kứ ộ ồ ả hoạt động để ến thứ ớ ẫ ả ết

qu nhả c a ho ng y, t c là toàn bủ ạt độ ấ ứ ộ ữ ứ ảng tri th c khách quan làm nên nền t ng

của m t b c tranh v ộ ứ ề thế giới. T khoa hừ ọc cũng còn dùng để chỉ những lĩnh vực tri

thứ ữc chuyên ngành. Nh ng mục đích trực tiếp của khoa học là miêu tả, giải thích và

dự báo các quá trình và các hi ng c a th c ti n dện tượ ủ ự ễ ựa trên cơ sở những quy luật

mà nó khám phá được.

Như vậy, Khoa học được phản ánh qua một tổ hợp (có tính hệ thống) của các

tri thức dưới dạng giải thích và dự đoán có thể kiểm chứng được về Vũ Trụ. Cốt lõi

của Khoa học là nhiên, cũng như hệ thống tri thức về các quy luật của Thế giới tự

các quy lu t c a xã hậ ủ ội và tư duy. Từ khoa học có nguồn gốc từ tiếng Latinh

scientia, có nghĩa là "tri thức".

1.2. Tri th c khoa h c là gì? ứ ọ

Với tư cách thành tố của nhận thức khoa học, tri thức khoa học bao gồm toàn

bộ những hiểu biết sâu sắc, phong phú và đa dạng của con người về thế giới khách

quan. Nó bao hàm tri thức - - - nguồn, tri thức tiền đề và tri thức kết quả của quá

trình nhận thức. Khác với tri thức thông thường, tri thức khoa học trong nhận thức

khoa học phải đúng đắn, chân thực và phản ánh sự nhận thức ngày càng sâu sắc hơn

về thế giới khách quan.

Xét về trình độ phản ánh qua các giai đoạn của quá trình nhận thức, tri thức

khoa : học như một chỉnh thể bao gồm các cấp độ trực quan khoa học, kinh nghiệm

khoa học, lý luận khoa học.

Tri thức trực quan khoa học là kết quả của quá trình nhận thức và phản ánh

trực tiếp thế giới khách quan của chủ thể. Nội hàm của nó phản ánh các mặt, các bộ

phận bên ngoài sự vật, hiện tượng, thông qua các hình thức cảm giác, tri giác, biểu

tượng.

Kinh nghiệm khoa học là những tri thức khoa học được đúc kết trực tiếp trong

quá trình lao động sản xuất, hoạt động chính trị xã hội hoặc thực nghiệm khoa học -

dưới sự chỉ đạo của nhận thức lý tính. Như K. Marx và F. Engels đã khẳng định:

“Trong kinh nghiệm, cái quan trọng chính là trí tuệ mà người ta dùng để tiếp xúc

với hiện thực. Một trí tuệ vĩ đại thực hiện được những kinh nghiệm vĩ đại, và thấy

được cái gì là quan trọng trong sự vận động muôn vẻ của các hiện tượng”

. Kinh

nghiệm khoa học là sự tiếp tục với chất lượng mới của trực quan khoa học, nó dựa

C.Mác và Ph.Ăngghen. Toàn tập, t.20. Nxb Chính trị Quốc gia, Hà Nội, 1994, tr.687.

trên cơ sở cảm tính nhưng đồng thời là điều kiện của nhận thức lí luận, là cầu nối

giữa thực tiễn với lí luận khoa học.

Lí luận khoa học là trình độ cao của nhận thức khoa học, mang tính trừu

tượng, khái quát cao, phản ánh đối tượng nghiên cứu bằng cách "tước bỏ" những

mặt, những thuộc tính không bản chất. Nó là kết quả của quá trình nhận thức, trong

đó chủ thể nhận thức đạt đến bản chất, quy luật bên trong của sự vật, hiện tượng và

dựa vào đó, xây dựng các giả thuyết, lí thuyết khoa học và dự báo khoa học. Những

hình thức cơ bản nhất của lí luận khoa học bao gồm: khái niệm, phán đoán, suy lí.

Như vậy, với tư cách là bộ phận cấu thành của nhận thức khoa học, tri thức

khoa học bao gồm nhiều tầng bậc, trình độ khác nhau, song có mối quan hệ thống

nhất biện chứng với nhau. Trong đó, tri thức trực quan khoa học và kinh nghiệm

khoa học phải có sự dẫn dắt của lí luận khoa học. Tri thức trực quan khoa học là cơ

sở trực tiếp hình thành kinh nghiệm khoa học, và đến lượt nó, kinh nghiệm khoa

học lại là cơ sở trực tiếp hình thành lí luận khoa học. Sự gắn bó hữu cơ của tri thức

khoa học thuộc mọi cấp độ luôn dựa trên cơ sở thực tiễn.

1.3. Phương pháp khoa học

Phương pháp khoa học là h ng nguyên t c rút ra t tri thệ thống nhữ ắc đượ ừ ức

khoa h các quy lu u ch nh ho ng nh n th c và hoọc về ật khách quan để điề ỉ ạt độ ậ ứ ạt

độ ự ự ệng th c tiễn nhằm th c hi n mụ ọc tiêu nh nh. khoa hất đị Phương pháp c có vai trò

quan tr ng trong ho ng c i. Becon

ọ ạt độ ủa con ngườ

đã coi phương pháp như ngọn

đuốc soi đường cho con người trong đêm tối. Lênin nh n m nh vai trò cấ ạ ủa phương

pháp khoa h c: v không ph i ch là chân lý mà c n chân lý là rọ ấn đề ả ỉ on đường đi đế ất

quan trọng, con đường đó (phương pháp) cũng phải có tính chân lý.

Bắt đầu từ thế k 17, pỷ hương pháp khoa họ ột phương pháp c về bản chất là m

th thự ếc nghi thu nhệm để ận ki n ức. Nó liên quan đến việc quan sát cẩn thận, hoài

nghi th c s v c quan sát, cho r ng các kh nh nh n th c có th ự ự ề những gì đượ ằ ẳng đị ậ ứ ể

làm sai l ch cách n gi n vi thuyệ diễ ải quan sát. Nó liên quan đế ệc đưa ra các giả ết

Francis Bacon (22/1/1561 9/4/1626)– là nhà tri t h i th i c i. Theo Marx, Becon là ế ọc vĩ đạ ờ ận đạ

ông t c a ch t Anh và khoa h c th c nghi m. B u t Becon, l ch s tri t hổ ủ ủ nghĩa duy vậ ọ ự ệ ắt đầ ừ ị ử ế ọc

Tây Âu bướ ột giai đoạc sang m n mớ ới v i những màu sắc riêng.

(thông qua quy n a trên nh y; th c nghiạp d) ự ững quan sát như vậ ự ệm và đo lường

dựa trên th nghi m các suy di n rút ra t các gi thuy t; và sàng l c (ho c lo i bử ệ ễ ừ ả ế ọ ặ ạ ỏ)

các gi thuy t d a trên nh ng phát hi n th c nghiả ế ự ữ ệ ự ệm. Đây là những nguyên tắc của

phương pháp khoa học, được phân bi t v i mệ ớ ột lo c d t khoát áp d ng cho ạt các bướ ứ ụ

tất c các h ả ệ thống khoa học.

Tuy có đa dạng các mô hình cho phương pháp khoa học, nhưng nhìn chung có

một quá trình liên t c bao g m các quan sát vụ ồ ề thế giới tự nhiên. Con người thường

tò mò m t cách t nhiên, vì v y h i v u h ộ ự ậ ọ thường đưa ra các câu hỏ ề những điề ọ

nhìn y ho c nghe th y, và h ng phát tri ng ho c gi thuy t v lý do thấ ặ ấ ọ thườ ển ý tưở ặ ả ế ề

tại sao m i th l i di y. Các gi thuyọ ứ ạ ễn ra như vậ ả ết t t nh t d n d ố ấ ẫn đế ự đoán có thể

được kiểm tra theo nhi u cách khác nhau. Th nghi m cu i cùng v các gi thuyề ử ệ ố ề ả ết

xuất phát t lý lu n d a trên d u th c nghi c ki m soát c n th n. Tùy ừ ậ ự ữ liệ ự ệm đượ ể ẩ ậ

thuộc vào mức độ kiểm tra bổ sung phù hợp với dự đoán, giả ết ban đầ thuy u có thể

yêu c u sàng l i, m r ng ho c th m chí b bác b . N u m t gi thuy t c ầ ọc, thay đổ ở ộ ặ ậ ị ỏ ế ộ ả ế ụ

th trể ở nên được hỗ trợ rất t t, m t lý thuyố ộ ế ểt chung có th được phát tri ển.

Mặc dù các quy trình c nghiên cở các lĩnh vự ứu khác nhau là khác nhau, nhưng

phương pháp khoa họ các lĩnh vực ở c nghiên cứu khác nhau lại thường gi ng nhauố .

Quy trình của phương pháp khoa học bao g thuy t, r i rút ra t ồm đưa ra các giả ế ồ ừ giả

thuyết đó những dự đoán như là nhữ logic, sau đó thựng hệ quả c hiện các thí

nghiệm ho c quan sát thặ ực nghi m dệ ựa trên những dự đoán đó. Một giả thuyết là

một ph a trên kiỏng đoán, dự ến thức thu được trong khi tìm kiếm câu trả lời cho câu

hỏi. Gi thuy t có thả ế ể r t c , ho c nó có th r ng. Các nhà khoa hấ ụ thể ặ ể ộ ọc sau đó kiểm

tra các gi thuy t b ng cách ti n hành các thí nghi m ho c nghiên c u. Mả ế ằ ế ệ ặ ứ ục đích

của m t thí nghi ng ý hay mâu ộ ệm là xác định xem các quan sát có đồ thuẫn v i các ớ

dự đoán xuất phát từ một giả thuyết hay không. Các thí nghiệm có thể diễn ra bở ất

ứ đâu, từ nhà để xe đến Máy Va chạm Hadron Lớn của CERN

. Tuy nhiên, có

những khó khăn trong việ ức hóa phương pháp. Mặc dù phương pháp khoa c công th

học thường được trình bày dưới dạng một chuỗi cố định các bước, nhưng nó đại

CERN là tên vi t t t c a T c Nghiên c u H m vế ắ ủ ổ chứ ứ ạt nhân châu Âu, nơi có phòng thí nghiệ ật

lý h t l n nh t th i. CERN n phía Tây B c ngo ng biên gi i Pháp-ạ ớ ấ ế giớ ằm ở ắ ại ô Geneva, trên đườ ớ

Thuỵ c thành lSĩ, đượ ập năm 1954.

diệ ận cho một t p h p các nguyên t c chung. Không ph i t t c c di n ra ợ ắ ả ấ ả các bướ ễ

trong m i cu c kh o c u khoa h u có cùng m và chúng không ph i lúc ọ ộ ả ứ ọc đề ức độ ả

nào cũng theo cùng một thứ tự.

1.4. M ối quan h v i Toán h c và Th ng kê ệ ớ ọ ố

Khoa h c là quá trình thu thọ ập, so sánh và đánh giá các mô hình được đề xuất

dựa trên các v t th c. ậ ể quan sát đượ Ở đó, một mô hình có thể là một mô phỏng, một

công th c toán h c hóa h c) c t p h p các b t. Khoa hứ ọc (hoặ ọ hoặ ậ ợ ước được đề xuấ ọc

giống như Toán học ở chỗ các nhà nghiên cứu ở c hai ngành c g ng phân biả ố ắ ệt

những gì đã biế ững gì chưa biế ỗi giai đoạ hương pháp t với nh t ở m n khám phá. P

toán h tuy khác nhau v chi ti t, n gi ng nhau ọc và phương pháp khoa học ề ế nhưng vẫ ố

trong vi c s dệ ử ụng các bướ ặc đệc lặp ho quy.

Phƣơng pháp toán học

Phƣơng pháp khoa học

Hiểu

Đặc trưng hóa từ kinh nghiệm và quan sát

Phân tích

Giả thuy t: m t l i giế ộ ờ ải thích được đề xuất

Tổng h p ợ

Suy di n: d ễ ự đoán từ giả thuyết

Xem l r ại/Mở ộng

Kiểm tra và th nghiử ệm

Như chúng ta đã biế không có địt, nh lý toán học nào là “cuối cùng” hay “hoàn

h oả ”. Điều này có nghĩa là chúng ta không nên nghĩ rằ ột định lý là đúng vĩnh ng m

cửu, định lý đó đúng chỉ vì chưa có phản ví d c tìm th y. Khi mụ nào đượ ấ ột phản ví

dụ cho định lý được tìm th y, chúng ta u ch nh lý, m r ng tấ phải điề ỉnh đị ở ộ ối đa miền

đúng đắ Đây là mộ ục tích lũy kiến của nó. t cách liên t n thức của chúng ta, thông

qua logic và quá trình ch ng minh và bác b h c s d ng ứ ỏ. Khi phương pháp khoa ọ ử ụ

số liệu th t ph n c , có nh ng vống kê như là mộ ầ ủa kho vũ khí ữ ấn đề thực t và toán ế

học có th có ng x tin c y c u ra cể ảnh hưở ấu đến độ ậ ủa đầ ủa phương pháp khoa học.

Điều này được mô tả trong bài báo khoa h c n i ti ng "T i sao h u h t các k t qu ọ ổ ế ạ ầ ế ế ả

nghiên c c công b là sai" c a John Ioannidis

ứu đượ ố ủ

xuất bản năm 2005. Bài báo

này c coi là n n t c siêu khoa h c. u nghiên c u v siêu khoa đượ ề ảng cho lĩnh vự ọ Nhiề ứ ề

học tìm cách xác định việc sử dụng số liệu th ng kê kém và c i thi n vi c s ố do đâu ả ệ ệ ử

dụng số liệu th ng kê b ng cách nào. ố ằ

1.5. Tri ết h c khoa h c ọ ọ

Triết học khoa học là một lĩnh vực của triết học liên quan đến nền tảng, phương

pháp và ý nghĩa của khoa học. Các câu hỏi chính của lĩnh vực nghiên cứu này liên

quan đến cái gì được xem như khoa họ , độ tin cậy của các lí thuyết khoa học và c

mục đích cuối cùng của khoa học. Ví dụ, chúng ta khảo sát mối quan hệ giữa khoa

học và chân lý.

Không có sự đồng thuận giữa các nhà triết học về nhiều vấn đề trung tâm liên

quan đến triết học khoa học, bao gồm việc liệu khoa học có thể khám phá chân lý

về những thứ không quan sát được hay không và liệu lí luận khoa học có thể được

biện minh hay không. Bên cạnh những câu hỏi chung về khoa học nói, các nhà triết

học khoa học còn xem xét các vấn đề được áp dụng cho các ngành khoa học cụ thể

(như Sinh học hoặc Vật lí). Một số triết gia khoa học cũng sử dụng các kết quả

đương đại trong khoa học ằm đưa ranh kết luận về chính triết học.

Trong khi các tư tưởng triết học liên quan đến xuất hiện ít nhất từ thời khoa học

Aristotle, tri t h c khoa h c n c l p ch t a th k ế ọ ọ ổi lên như là một môn độ ậ ỉ ừ giữ ế ỷ 20

sau phong trào chủ nghĩa thực chứng logic, mục đích hình thành phong trào này có

các tiêu chí để đảm bảo tất cả các ý nghĩa triết học và đánh giá khách quan chúng.

Charles Sanders Peirce và Karl Popper

71 72

đã chuyển từ chủ nghĩa thực chứng sang

thiết lập một bộ tiêu chuẩn hiện đại cho phương pháp luận khoa học. Năm

1962, Thomas Kuhn i m t quy c ngo t mang tên

cho ra đờ ộ ển sách bướ ặ Cấu trúc

John P. A. Ioannidis (sinh ngày 21/8/1965 t i New York City)ạ là một nhà vật lí và nhà văn,

người đã đóng góp cho y học dựa trên bằng chứng, dịch tễ học, khoa học dữ liệu và nghiên cứu

lâm sàng. Ngoài ra, ông đã đi tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu siêu khoa học.

Charles Sanders Peirce (10/9/1839-19/4/1914) là một triết gia, nhà logic học, nhà toán học và

nhà khoa học người Mỹ đôi khi được gọi là "cha đẻ của chủ nghĩa thực chứng ".

Sir Karl Raimund Popper (28/7/1902 17/9/1994) – là một nhà triết học và giáo sư người

Anh gốc Áo. Ông được coi là một trong những nhà triết học khoa học vĩ đại nhất thế kỷ 20. Ông

được biết đến vì đã bác bỏ quan điểm của người theo chủ nghĩa cổ điển về phương pháp khoa học

ủng hộ giả mạo theo kinh nghiệm.

Thomas Samuel Kuhn (18/7/1922-17/6/1996) là m t nhà v t lý h c, nhà tri t h c khoa hộ ậ ọ ế ọ ọc

ngườ ỹi M . Ông là tác gi c a công trình tr c xu t b u trúc c a các ả ủ ứ danh đượ ấ ản vào năm 1962, Cấ ủ

của các cu c Cách m ng Khoa hộ ạ ọc, thách thức quan điểm tiến bộ khoa học như là

một quá trình tích lũy ổn đị dựa trên một phương pháp nh của tri thức cố định của

việc quan sát có hệ thống mà , ông thay vào đó cho rằng bất kỳ tiến bộ nào cũng liên

quan đến "mô hình", tập hợp các câu hỏi, khái niệm và thực tiễn xác định một

ngành khoa học trong một giai đoạn lịch sử cụ thể.

Tri cết h c v các khoa họ ề ọc ụ thể trải dài t ng câu h i v b n ch t c a ừ nhữ ỏ ề ả ấ ủ thời

gian i r c a Einstein, cho a Kinh được đưa ra bởi Thuyết tương đố ộng ủ đến ý nghĩa củ

tế h c i v i chính sách công t ch trung tâm là li u m t ngành khoa h c có ọ đố ớ . Mộ ủ đề ệ ộ ọ

thể b quy gi n v m t ngành khác hay không. Ch ng h n, li u Hóa h c có th b ị ả ề ộ ẳ ạ ệ ọ ể ị

quy gi n v V t lí, hay li u Xã h i h c có th b quy gi n v Tâm lý h c cá nhân? ả ề ậ ệ ộ ọ ể ị ả ề ọ

Nhữ ỏng câu h i chung v tri t h c khoa h c sinh ra về ế ọ ọc cũng đượ ới đặc trưng lớn hơn

trong nh ng khoa h c c . Ch ng h n c a l p lu n khoa hữ ọ ụ thể ẳ ạn, tính đúng đắ ủ ậ ậ ọc được

tìm th n u khía c nh khác nhau trong n n t a Th ng kê h c. Câu h i v ấy ở hiề ạ ề ảng củ ố ọ ỏ ề

những gì được xem như ổi lên như là mộlà khoa học hay không phải là khoa học n t

vấn đề sinh tử trong triết học về y học. Thêm nữa, các nhà triết học về Sinh học,

Tâm lý h c và các khoa h c xã h i u li u các nghiên c u khoa họ ọ ộ cũng tìm hiể ệ ứ ọc

về b n ch i có th c tính khách quan hay b nh hình b i các giá ả ất con ngườ ể đạt đượ ị đị ở

trị và quan h xã hệ ội.

Dưới đây ta sẽ ấn đề nêu một vài v chính c a Tri t h c khoa hủ ế ọ ọc.

1.5.1. Khoa học và Phi khoa h c ọ

Ở trên chúng ta đã trình bày về khái niệm khoa h c. V y Phi khoa h c là gì? ọ ậ ọ

Nhiều nhà tri t hế ọc cho r ng m c nghiên c u (ho ) gi d ng ằ ột lĩnh vự ứ ặc đầu tư ả ạ

như khoa họ ẳng đị đạt được được nỗ lực kh nh tính hợp pháp mà nó không thể c gọi

là (hay còn g i là ). Nhà v t lý phi khoa học ọ giả khoa học hoặc khoa học rác rưởi ậ

ổi ti Richard Feynman t ra thu t ng "khoa h c sùng bái hàng hóa" cho ếng

đã đặ ậ ữ ọ

các trườ ợp trong đó các nhà nghiên cứ đang làm khoa họng h u tin rằng họ c vì các

hoạt độ ọc” nhưng thự ếu đi "sựng của họ tuy có vẻ “bề ngoài khoa h c sự thi trung

thực hoàn toàn" cho phép k t qu c a h ế ả ủ ọ được đánh giá chặt chẽ.

cuộ ạ ọ ả ứ ẫ ứ ổc cách m ng khoa h c, ng lên cảnh hưở các nhóm trí th c hàn lâm l n nhóm trí th c ph

thông bình dân.

Richard Phillips Feynman (11/5/1918-15/2/1988) là m t nhà v t lý lý thuyộ ậ ết ngườ ỹ, đượi M c

biết đế ủa cơ học lượn với công trình nghiên cứu về công thức tích phân c ng tử, lý thuyết về điện

độ ử ậ ủ ỏng lực h ng tọc lượ và V t lí c a helium l ng siêu l t lý h ạnh, cũng như trong vậ ạt mà ông đã đề

xuấ ể ự ửt mô hình parton. Với nh phát triững đóng góp cho sự n c ng lủa Điện độ c h ng tọc lượ ,

Feynman đã nhận đượ ải thưở ật lí năm 1965 cùng vớc gi ng Nobel V i Julian Schwinger và

Shin'ichirō Tomonaga.

Phân bi t gi a khoa h c và phi khoa h c g i là vệ ữ ọ ọc đượ ọ ấn đề phân đị nh ranh

giới. Ch ng h n, phân tâm h c coi là khoa h c? Nói th nào v cái gẳ ạ ọc có nên đượ ọ ế ề ọi

là khoa h c sáng t o, gi thuy l m phát, hay kinh tọ ạ ả ết đa vũ trụ ạ ế vĩ mô? Karl Popper

gọi đây là câu hỏi trung tâm trong Triết học khoa học. Tuy nhiên, cho t i nay không ớ

có quan điể ấn đề này đượm thống nhất nào về v c sự chấp nhận của các nhà triết học

và m t s ộ ố người coi v này là không th ấn đề ể giải quy c hoết đượ ặc không quan tâm.

Martin Gardner

75 76

đã lập luận về việc sử dụng tiêu chuẩn Potter Stewart ("Tôi

biết điều đó khi tôi nhìn thấy nó") để nhận ra phi khoa học. Các nhà thực chứng

logic l cho r ng khoa h c là ph i quan sát, trong khi phi khoa h c là không quan ại ằ ọ ả ọ

sát và do đó vô nghĩa.

1.5.2. Tính đúng đắn trong Khoa h c ọ

Mặc dù nó thường được coi là điề ển nhiên, nhưng không rõ ràng bằu hi ng cách

nào người ta có thể suy ra tính h p l c a m t kh t ng quát c rút ra t ợ ệ ủ ộ ẳng định ổ đượ ừ

một s t ng hố rườ ợp c n cụ thể hoặc suy ra tính đúng đắ ủa m t lý thuy t tộ ế ừ m t loộ ạt

các th nghi m thành công. Ví d , m t con gà quan sát r ng m i buử ệ ụ ộ ằ ỗ ổi sáng, người

nông dân đế ức ăn, trong hàng trăm ngày liên tiếp. Do đó, con gà có n và cho nó th

thể ử ụ ậ s d ng lý lu n quy n suy lu n rạp để ậ ằng ngườ ức ăn vào i nông dân sẽ mang th

mỗi buổi sáng. Tuy nhiên, vào m t bu n và gi t gà. Làm ộ ổi sáng, người nông dân đế ế

thế nói r ng lý lu n khoa hnào để ằ ậ ọc đáng tin cậy hơn lý luận của con gà?

Có m t cách ti p c khác là th a nh n r ng quy n p không th c s ộ ế ận ừ ậ ằ ạ ể đạt đượ ự

chắc ch ng h p c a m t kh nh t ng quát ít nhắn, nhưng quan sát nhiều trườ ợ ủ ộ ẳng đị ổ ất

có th làm cho kh nh t x y, con gà sể ẳng đị ổng quát đó có thể ảy ra hơn. Vì vậ ẽ đúng

khi k t lu n t t t c các bu i sáng r ng có khế ậ ừ ấ ả ổ ằ ả năng ngườ đi kèm với nông dân sẽ i

thức ăn mộ khi điều đó không thểt lần nữa vào sáng hôm sau, ngay cả chắc chắn.

Tuy nhiên, nh xác su a kh nh t ng quát v n còn là câu h i khó xác đị ất đúng củ ẳng đị ổ ẫ ỏ

trong quá trình di n gi i b t k b ng ch c nào t cách n ễ ả ấ ỳ ằ ứng ụ thể . Cũng có mộ ữa để

thoát kh i nh c bi t này là tuyên b r ng t t c m tin v các lý ỏ ững khó khăn đặ ệ ố ằ ấ ả niề ề

thuyết khoa học là chủ quan, hoặc cá nhân, và lý luận chính xác ch n là ỉ đơn thuầ

cách đưa ra bằ ứng như thế thay đổi đượng ch nào thì sẽ c niềm tin chủ quan của con

người theo th i gian. ờ

Martin Gardner (21/10/1914-22/5/2010) là m i ti ng v toán h c và ph biột nhà văn nổ ế ề ọ ổ ến

khoa h c c a M , v i nh ng s hoài nghi khoa h c, t ng, tri t h c, tôn giáo và ọ ủ ỹ ớ ữ ở thích như sự ọ ừ trườ ế ọ

văn học,…

Potter Stewart (23/1/1915-7/12/1985) là Phó Th m phán c a Tòa án T i cao Hoa K , ph c v ẩ ủ ố ỳ ụ ụ

từ năm 1958 đế ủa mình, ông đã đóng góp lớ ải cách tư pháp hình n 1981. Trong nhiệm kỳ c n cho c

sự, dân quy n, ti p c n các tòa án, và Lu t s i l n th ề ế ậ ậ ửa đổ ầ ứ tư.

Popper cho r ng tính ch t trung tâm c a khoa h c là không ch c chằ ấ ủ ọ ắ ắn

(falsifiability). T c là, m i kh nh khoa h c th c s u có khứ ọ ẳng đị ọ ự ự đề ả năng được

chứng minh là sai (ít nh t là v nguyên t c!). ấ ề ắ

Một s ý kiố ến cho r ng nh ng gì các nhà khoa h c làm không ph i là lí luằ ữ ọ ả ận

quy n p mà là lí lu n lo i suy (abductive reasoning), ho c suy lu n t i l i gi i thích ạ ậ ạ ặ ậ ớ ờ ả

tốt nh t. Theo quan ni m này, khoa h c không ph ng hấ ệ ọ ải là khái quát hóa các trườ ợp

cụ thể mà là giả thuyết hóa các gi i thích cho nhả ững gì được quan sát. Như đã nêu

trong ph c, không ph i lúc nào a "l i gi i thích tần trướ ả cũng rõ ràng ý nghĩa củ ờ ả ốt

ất". Nguyên tắc “Dao cạ ủa Ockham” ải thích đơn giảo c

chỉ ra cách gi n nhất, do

đó đóng một vai trò quan trọng trong m t s phiên b n cộ ố ả ủa phương pháp này.

Trở l i ví d v con gà, s u cho r i nông dân quan tâm ạ ụ ề ẽ đơn giản hơn nế ằng ngườ

đế ẽ ến nó và s ti p t i h béo nó ục chăm sóc nó vô thờ ạn hay người nông dân đang vỗ

để ế ắ gi t thịt? Các nhà triết h gọc đã cố ng làm cho nguyên tắc heuristic này chính

xác hơn về mặ ế ặ ặt phân tích lý thuy t ho c các bi n pháp khác. Tuy nhiên, mệ c dù các

biện pháp đơn giản khác nhau đã được đưa ra như các ứ ềm năng, ng cử viên ti

nhưng nhìn chung người ta chấp nh n r ng không có th g i là biậ ằ ứ ọ ện pháp đơn giản

độ ậ ớc l p v i lý thuy u bi n khác ết. Nói cách khác, dường như có nhiề ện pháp đơn giả

nhau cũng như có các lý thuyế ện pháp đơn giảt và nhiệm vụ lựa chọn giữa các bi n

dường như cũng có vấn đề như công việ c lựa chọn gi a các lý thuyữ ết.

Cuối cùng, Khoa h c nên nh m m nh s t t ng, hay có ọ ằ ục đích xác đị ự thậ ối thượ

nhữ ỏng câu h i mà Khoa học không thể trả l i ờ được? Các nhà hi n th c khoa hệ ự ọc

cho r ng khoa h c nh m vào s i ta ph i coi các lý thuy t khoa h c là ằ ọ ắ ự thật và ngườ ả ế ọ

đúng, gần đúng hoặ đúng. Ngượ ững ngườ nghĩa khoa c có thể c lại, nh i chống chủ

học cho r ng khoa h c không nh m (ho c ít nh t là không thành công) vào s t, ằ ọ ắ ặ ấ ự thậ

đặ ự ề ữ ửc biệt là s thật v nh ng v n tật không quan sát được như điệ hoặc các vũ trụ

khác. Nh i theo lí thuy t công c cho r ng các lý thuy t khoa h c ch nên ững ngườ ế ụ ằ ế ọ ỉ

được đánh giá xem chúng có hữu ích hay không. Theo quan điểm của họ, liệu các lý

thuyết có đúng hay không nằ ấn đề ục đích củm bên cạnh v , bởi vì m a khoa học là

đưa ra dự đoán và các công nghệ đủ hiệu qu . ả

1.6. Đạo đức khoa h c ọ

1.6.1. Đạo đức khoa h c là gì? ọ

“Dao c o c a Occam là nguyên t c tri t h c gi i quy t v nói r ng "Các th c th không ạ ủ ” ắ ế ọ ả ế ấn đề ằ ự ể

nên đượ ết." Ý tưởng này được nhân lên nếu không cần thi c cho là của Franciscan friar William of

Ockham ( , m t nhà tri t h c và th n h 1287 1347)– ộ ế ọ ầ ọc.

Danh t c b t ngu n t ng La tinh, t ó liên quan ừ đạo đứ ắ ồ ừ tiế ừ: moralis nghĩa là c

đến lề thói, đạo nghĩa. Còn từ đạo lí thường xem như đồng nghĩa với đạo đứ c thì

gốc ở chữ Hy L thói, t p tạp là ethicos nghĩa là lề ậ ục. Hai danh t ng t r ng, ừ đó chứ ỏ ằ

khi ta nói đến đạo đứ ức là nói đếc, t n những lề thói, tập tục và biểu hiện mối quan

hệ nhất định giữa người và người trong sự giao ti p v i nhau hàng ngày. ế ớ

Ở phương Đông mà đại diện là Trung Hoa, các học thuyết về đạo đức của

ngườ đạ ắ ừ ểi Hán cổ i b t nguồn t cách hi u về đạo và đứ ọ. Đạo có nghĩa là con c của h

đường, đường đi, về ệm đạo đượ ọc để sau khái ni c vận dụng trong triết h chỉ con

đường củ ốa t nhiên. ng sự Đạo còn có nghĩa là con đườ ng c i trong xã ủa con ngườ

hội. Đức dùng để nói đến nhân đức, đứ và nhìn chung đức tính c là biểu hiện của

đạo, là đạo nghĩa, là nguyên tắ Như vậ nói đạo đứ ủa ngườc luân lý. y có thể c c i Hán

cổ đại chính là nh ng yêu cữ ầu, nh ng nguyên tữ ắc do cu c s t ra mà mộ ống đặ ỗi người

phải tuân theo.

Ngày nay, đạo đức được định nghĩa như sau: Đạo đức là một hình thái ý thức

xã h i, là t p h p nh ng nguyên t c, qui t c, chu n m c xã h i, nh u chộ ậ ợ ữ ắ ắ ẩ ự ộ ằm điề ỉnh

cách đánh giá và cách ứ ủa con ngường xử c i trong quan hệ với nhau và quan hệ với

xã h c th c hi n b i ni m tin cá nhân, b i s c m nh c a truy n th ng ội, chúng đượ ự ệ ở ề ở ứ ạ ủ ề ố

và s c m nh c n xã h T n ti ng Vi t ph thông c a TS Chu Bích ứ ạ ủa dư luậ ội. ừ điể ế ệ ổ ủ

Thu có nêu: “Đạo đứ ắc được dư luậc là những tiêu chuẩn, nguyên t n xã hội thừa

nhận, qui đị ủa con người đố ới nhau và đốnh hành vi, quan hệ c i v i với xã hội.

Những tiêu chuẩn đạo đức được áp dụng cho các hành vi có kết quả hoặ ểc có th có

kết qu rõ ràng trong cu c sả ộ ống của con người”.

Theo quan điểm như trên, Đạo đức khoa học là đạo đức trong lĩnh vực khoa

học, khoa hở đó lĩnh vực ọc bao g c chuyên bi m, xét ồm các lĩnh vự ệt như thí nghiệ

nghiệm, gi ng d y và hu n luy n, phân tích dả ạ ấ ệ ữ liệu, qu n lí dả ữ liệu, chia s dẻ ữ liệu,

xuất b n ph m, trình bày công trình nghiên c c công chúng, và qu n lí tài ản ấ ẩ ứu trướ ả

chính.

Trong th i ngày nay, ho c khoa h thành mời đạ ạt động trong lĩnh vự ọc đã trở ột

nghề nghiệp. Vì th c khoa h c gế, Đạo đứ ọ ắ ề ớn li n v i đạo đức nghề nghiệp. Trước

hết, ta nhắc lại khái niệm nghề nghiệp. là hoạt động lao động trong Nghề nghiệp

một lĩnh vực cụ thể mà trong đó, nhờ được đào tạo, con người có được những tri

thức, những kỹ năng để làm ra các loại sản phẩm vật chất hay tinh thần nào đó, đáp

ứng được những nhu cầu của xã hội.

Đạo đức nghề nghiệp là một nhánh trong hệ thống đạo đức xã hội, là một loại

đạo đức đã được thực tiễn hoá. Đạo đức nghề nghiệp không phải là luật pháp, mà là

những qui ước hay điều lệ về hành xử được các thành viên trong ngành nghề

chuyên môn ch p nh ng kim ch nam cho vi c hành ngh u l ấ ận như là nhữ ỉ ệ ề. Các điề ệ

này cho phép, nghiêm c ra th t c v các hành x cho các tình huấm, hay đề ủ ụ ề ử ống

khác nhau. Nhi u ngành ngh có m t h u l chính th c v ề ề ộ ệ thống điề ệ ứ ề đạo đức để

giúp ch d n cho nh i ho . Ví d ng ỉ ẫ ững ngườ ạt động trong lĩnh vực đó ụ, các bác sĩ thườ

ự ệ ạ ữ ẩc hi n Lời thề Hippocrates , bên c

nh nh ng quy chu n khác, ví dụ như các bác

sĩ “không được gây thương tổn” cho bệ sư tuânh nhân của họ. Các kỹ n theo một

hướng d c nói rẫn đạo đứ ằng họ phải “bảo vệ sự an toàn, sức khỏe và phúc lợi của

công chúng m t cách t này, các nguyên t c trộ ối đa”. Trong các ngành nghề ắ ở nên ăn

sâu đế ững ngườn mức nh i hành nghề hiếm khi ph c tuân thải suy nghĩ về việ ủ đạo

đứ ọ ực – đó là một phần trong cách h làm việc. Và một s vi ph c coi ạm đạo đức đượ

là r t nghiêm tr ng, ít nh t là b ng ph t trong ph m vi chuyên môn (b ng cách ấ ọ ấ ị trừ ạ ạ ằ

thu h i gi y phép ch ng hồ ấ ẳ ạn) và đôi khi là chịu trách nhi c pháp lu ệm trướ ật.

1.6.2. Những nguyên t n cắc cơ bả ủa đạo đức khoa học

V y thì các chu n m c khoa h c c là gì? Khó có câu tr lậ ẩ ực đạo đứ ọ ụ thể ả ời

chính xác cho câu h i này, b i vì ho ng khoa h c c ng, tuy v y, ta có ỏ ở ạt độ ọ ực kì đa dạ ậ

thể tóm lượ ẩn đạo đức các tiêu chu c khoa học qua những nguyên t b n sau ắc cơ ả

đây:

1. Trung th và khách quan trong khoa h ực ọc.

Khoa h c d a vào nh ng s t có th y, có th nghe, có th s c, ch ọ ự ữ ự thậ ể thấ ể ể ờ đượ ứ

không d a vào kinh nghi m cá nhân hay suy lu n theo cự ệ ậ ảm tính. Do đó, khoa học

đặ ự ậ ế ọ ả ật s th t khách quan trên h c hết và trướ t. Nhà khoa h c ph i tuy i thành thệt đố t

Hippocrates c a Kosủ (460- c g i là Hippocrates II, là m370 trước Công nguyên), còn đượ ọ ột

bác sĩ người Hy L p th i Pericles (Hy L p c c coi là m t trong nh ng nhân vạ ời đạ ạ ổ đại). Ông đượ ộ ữ ật

nổi bật nhất trong l ch s y h ị ử ọc.

với những gì mình quan sát hay nh c gian l n trong nghiên c u, ận xét, không đượ ậ ứ

không gi t o d ả ạ ữ liệu, không thay đổi dữ liệu, và không l a gừ ạt đồng nghiệp.

2. Cẩn trọng trong phân tích kết quả khoa học để tránh sai sót

Nhà khoa h c ph i ph u h tránh các nh m l n và sai sót trong ọ ả ấn đấ ết mình để ầ ẫ

tất c các ho ng khoa hả ạt độ ọc. Do đó, nhà khoa học có nghĩa vụ phải báo cáo đầy

đủ ữ ế ứ ữ nh ng k t quả mà họ đạt được trong quá trình nghiên c u. Nh ng báo cáo này

phải đầ ết để ẩm địy đủ chi ti các nhà khoa học khác có thể th nh hay xác nhận (nếu

cần thiết). B t c mấ ứ ột thay đổi về số liệu, dữ liệu thu thập được đề ải đượu ph c chú

thích rõ ràng (như ghi rõ ngày tháng sửa, ai là người chịu trách nhiệm, và tại sao

thay đổi).

3. Phân tích và giải thích các kết quả một cách độc lập

Nhà khoa học phải phân tích và giải thích các kết quả một cách độc lập dựa

trên dữ liệu và không dựa trên ảnh hưởng của các nguồn bên ngoài

4. Cởi mở và công khai

Nghiên cứu khoa học mang tính tương tác rất cao, và do đó thường tùy thuộc

lẫn nhau. Nhà khoa học có trách nhiệm chia sẻ dữ liệu, kết quả và phương pháp

nghiên cứu, lí thuyết, thiết bị, v.v… với đồng nghiệp, đặc biệt chia sẻ công khai

phương pháp, số liệu và diễn giải thông qua việc công bố và trình bày

5. Xác nhận đầy đủ kết quả rích dẫn chuẩn xác nguồn thông tin, dữ liệu và ý và t

tưởng

6. Có trọng trách đạo đức đối với xã hội

Phần l n ho ng khoa h c là do tài tr cớ ạt độ ọ ợ ủa người dân; do đó, nhà khoa học

phải có nghĩa vụ nh đạt đượ công bố những gì mì c cho công chúng biết. Hình thức

công b có th là nh n ph m khoa h c hay nh i trên các diố ể ững ấ ẩ ọ ững trao đổ ễn đàn

quần chúng. T t c v t ch t s d ng cho nghiên c u, k c thi t b , hóa ấ ả các cơ sở ậ ấ ử ụ ứ ể ả ế ị

chất, tài chính… là tài sả ội; do đó, ần đượn chung của xã h chúng c c sử dụng sao

cho đem lại lợi ích nhiều nhất cho xã hội. Trong m t s khuôn kh nhà khoa hộ ố ổ, ọc

phải có trách nhi m trong vi c cân nh c các quy n cệ ệ ắ ề ủa con người và động vật.

Do ho ng khoa h c mang tính xã h nên các chu n m c v o c khoa ạt độ ọ ội ẩ ự ề đạ đứ

học ph i là mả ột “thể chế” của bất cứ trung tâm khoa học nào, kể cả trường đại học,

và ph t m c tiêu c a khoa h Sinh viên và các nghiên cải được xem như là mộ ụ ủ ọc. ứu

sinh t i h c là nh i s chi m gi các v trí quan tr ng trong ừ các trường đạ ọ ững ngườ ẽ ế ữ ị ọ

xã h o, nhà khoa h m b o h ội như nhà lãnh đạ ọc và giáo sư tương lai nên việc đả ả ọ

biết đượ ẩn đạo đức các tiêu chu c khoa học là một biện pháp ngày càng tr nên cở ấp

thiết hơn để đảm b o s nh c a xã h i cho các th h p n i. ả ự ổn đị ủ ộ ế ệ tiế ố

1.6.3. Một vài trường hợp vi phạm đạo đức khoa học

Vụ nhân “bệnh ma”

Năm 2003 ủa Anh đã dính phải “quả ừa”: , tạp chí y học danh tiếng The Lancet c l

một nghiên c n v ng tác giứu đầy đặ ề ung thư miệng ký tên đồ ả những 14 nhà khoa

học quốc t . Nhà nghiên c u chế ứ ủ x i Na Uy Jon Sudbo, 44 tu i, sau ị là bác sĩ ngườ ổ

đó thú nhận đã dựng ra hàng trăm hồ sơ bệnh án để làm đầy đặ n cho nghiên cứu của

mình. Các v ị đồng ký tên hoàn toàn vô can vì b ị “xỏ mũi”.

Gen tínhđồng

Năm 1993 tiến sĩ Dean Hamer (Việ ỹ) đăng mộn Sức khỏe quốc gia M t bài trên tạp

chí Science trong đó nói rằng ông đã phát hiện được “gen gây đồng tính ái”, hay

chính xác hơn là một chỉ dấu lạ trên nhiễm s c th ng th n l n nh ng ắ ể X thườ ấy ở phầ ớ ữ

người đàn ông đồ ấn động quá đi mất vì như thếng tính ái. Thông tin ch đồng tính ái

không b xem là b nh lý mà là có ch t di truy i, ị ệ ấ ền. Nhưng khi bình tĩnh xem xét lạ

ngườ ệ ổi ta phát hi n nhiều kết quả trong nghiên cứu đã bị th i phồng quá mức, chưa

kể phương pháp nghiên cứu có v . ấn đề

Vụ b t c n sộ ộ tiề ử

Năm 1972, Manuel Elizalde, công chức trẻ dưới trào chính ph ủ Marcos, “phát hiện”

được mộ ộ ột b t c ti n sề ử ở Philippines. B t l t tên là ộ ộc ăn lông ở ỗ này, được đặ

Tasaday, l p t c lên ngay bìa m t c a t tậ ứ ộ ủ ờ ạp chí National Geographic, và Đài truyền

hình NBC không ng n ng i ký ngay t m ngân phi u 50.000 USD cho Elizalde thầ ạ ấ ế ực

hiện bộ phim tài li u v c i ta m i té ng a ra ệ ề ộng đồng độc đáo đó. Ba năm sau ngườ ớ ử

rằng b t c th i hộ ộ ờ ồng hoang đó kỳ thực là nh ng th c mữ ổ dân địa phương đượ ời

đóng vai người ti n s sề ử ống trong hang đá.

Transitor phân t mử ới

Năm 2001, nhà vậ ời Đức Jan Hendrik Schon đã nhanh chóng trởt lý ngư nên nổi bật

với nh ng th có v là mữ ứ ẻ ột loạt các khám phá đột phá trong lĩnh vực điện tử và

công ngh nano. ệ Schon và hai đồ đã công bống tác giả một bài báo trên tạp

chí , tuyên b o ra m t transitor phân t m i thay th cho các transitor Nature ố đã tạ ộ ử ớ ế

được s d ng phử ụ ổ biế ến trong các thi t bị thường dùng (Schön et al., 2001). Sáng

chế này mang tính cách m m t transitor phân t có th cho phép phát tri n các ạng – ộ ử ể ể

vi mạch máy tính nhỏ hơn nhiề ời điểu so với bất kỳ loại vi mạch nào có sẵn tại th m

đó. Kế là Schon đã nhận đượ ải thưởt quả c một số gi ng nghiên cứu danh giá và công

trình đượ ững “bước độ ủa năm” vào năm 2001 bởc coi là một trong nh t phá c i tạp

chí . Science

Tuy nhiên, v b u xu t hi n r t nhanh. Các nhà khoa h c c g ng làm ấn đề ắt đầ ấ ệ ấ ọ ố ắ

lại nghiên c u cứ ủa Schon nhưng đều không được. Lydia Sohn, khi đó là nhà nghiên

cứu công ngh nano t i h c Princeton, nh n thệ ại Đạ ọ ậ ấy r ng hai thí nghi m khác nhau ằ ệ

đượ ở ởc th c hiự ện b i Schon nhi r c công bệt độ ất khác nhau và đượ ố trong các bài

báo riêng bi u n n nhi u gi ng h t nhau trong các bi ệt dường như có các kiể ề ễ ố ệ ểu đồ

được s d trình bày d i m t v i vử ụng để ữ liệu (Service, 2002) . Khi đố ặ ớ ấn đề đó,

Schon ban đầ ằng ông đã gử ểu đồu tuyên bố r i nhầm cùng một bi với hai bản thảo

(menuscripts) khác nhau. Tuy nhiên, ngay sau đó, Paul McEuen từ Đạihọc Cornell

đã tìm thấ ểu đồ tương tựy bi trong bài báo thứ ba. Do những nghi ngờ này, Phòng

thí nghiệm Bell, cơ quan nghiên cứu nơi Schon làm việc, đã mở một cuộc điều tra

nghiên c u c a ông v u tra c g ng tìm kiứ ủ ào tháng 5 năm 2002. Khi ủy ban điề ố ắ ếm

các ghi chú và d u nghiên c u c a Schon, h y r ng ông không gi s ghi ữ liệ ứ ủ ọ thấ ằ ữ ổ

chép trong phòng thí nghi t c các d u thô kh i máy tính (v i lý do ệm, đã xóa tấ ả ữ liệ ỏ ớ

rằng anh y c cho các nghiên c u m ng th i t t c ấ ần thêm không gian lưu trữ ứ ới) đồ ờ ấ ả

các m u th nghi m c i b i không th n bi t ẫ ử ệ ủa Schon đã bị loạ ỏ hoặc hư hạ ể nhậ ế được

nữa. y ban cu i cùng k t lu n r i ho c ngỦ ố ế ậ ằng Schon đã thay đổ ặ ụy t o hoàn toàn d ạ ữ

liệ ợ ừu trong ít nh ng hất 16 trườ p t năm 1998 đế 2001. Schon đã bịn sa thải khỏi

Phòng thí nghiệm Bell vào ngày 25 tháng 9 năm 2002, ngay cùng ngày họ nhận

được báo cáo từ ủy ban điều tra. Vào ngày 31 tháng 10 năm 2002, tạp

chí i tám bài báo c a Science đã rút lạ ủ Schon; vào ngày 20 tháng 12 năm 2002, tạp

chí Physical Review đã rút lạ ủa Schon và vào ngày 5tháng 3 năm i sáu bài báo c

2003, Nature cũng rút lạ đã cho công bối bảy bài báo của Schon mà họ . Những

độ ạng thái này – rút l i công bố và đào thải – là cách mà c ng khoa h c xộng đồ ọ ử lý

các hành vi sai trái khoa h c nghiêm tr c m nghiên cọ ọng. Ngoài ra, ông này đã bị ấ ứu

khoa học tám năm. Năm 2004, Đạ Đức nơi Schon nhậi học Konstanz ở n học vị tiến

sĩ, đã đưa vấn đề đi xa hơn một bướ c và yêu cầu ông trả lại các công bố trong nỗ

lực thu h i b ng ti a Schon. ồ ằ ến sĩ củ Năm 2014, sau nhiều lần kháng cáo, tòa án cao

nh quyất c ng hủa Đức đã ủ ộ ền c i h c khi thu h i b ng c p c a Schon. ủa trường đạ ọ ồ ằ ấ ủ

Vào th m kháng cáo cuời điể ối cùng, Schon đang làm việc trong ngành công nghiệp,

không ph i là m t nhà khoa h c nghiên c không có khả ộ ọ ứu, vàcũng ả năng ông ta tìm

lại m t công vi c nghiên cộ ệc gì trong lĩnh vự ứu. Rõ ràng, h u qu c a hành vi d i trá ậ ả ủ ố

trong khoa h c có th r t th m kh c: b i hoàn toàn kh i c ng khoa ọ ể ấ ả ố ị đào thả ỏ ộng đồ

học.

Vụ việc Schon thường đượ ắc đến như là mộc nh t ví dụ về hành vi sai trái trong

khoa h m nhi u nguyên t c c t lõi. Schon th a nhọc vì ông đã vi phạ ề ắc đạo đứ ố ừ ận đã

làm sai l ch d làm b ng ch ng cho các hi ng mà ông quan sát th y tr ệ ữ liệu để ằ ứ ện tượ ấ ở

nên “thuyế ục hơn”. Ông cũng mắt ph c nhiều lỗi trong việc sao chép và phân tích dữ

liệ ự ẩ ậu c m các nguyên tủa mình, do đó vi phạ ắc trung th c và c n th n. Các bài báo

của Schon đã không trình bày phương pháp để các nhà khoa học khác có thể lặp lại,

và ông đã thực hiện các hành vi có chủ ý nhằm che giấu các ghi chú và các dữ liệu

thô c n vi i khác phân tích lủa mình và để ngăn chặ ệc ngườ ại phương pháp và kết quả

của ông. Cu i cùng, trong khi u tra nghiên c u c i b các ố ủy ban điề ứ ủa Schon đã loạ ỏ

cộng s c a ông ta kh i danh sách sai ph m, m t s câu h t ra v c h ự ủ ỏ ạ ộ ố ỏi được đặ ề việ ọ

có th n sể hiệ ự quan tâm đúng mực khi cùng nghiên c ng công b v i Schon ứu và đồ ố ớ

hay không. Mặc dù động cơ của Schon chưa bao giờ được xác định đầy đủ (ông tiếp

tục tuyên b r ng h p sai trái có thố ằng các trườ ợ ể được giải thích là “sai lầm đơn

thuần”), nhưng đã có đề công danh đã làm lệ ạc tư tưở xuất rằng kỳ vọng về ch l ng

của ông đế ệc vun đắ ận nào đó thay vì n nỗi ông tập trung vào vi p cho một kết lu

phân tích một cách khách quan k t qu ế ả ông ta thu được.

Ả ủo danh c a Hwang Woo Suk

Đến ngày 22-3-2006 v a qua, sau m u tra kừ ọi suy xét và điề ỹ lưỡng, Trường đại

học Quốc gia Seoul của Hàn Qu c ph i ký mốc đã buộ ả ột quy nh quan tr ng n a: ết đị ọ ữ

tước danh vị “nhà khoa họ ối cao” của giáo sư Hwang Woo Suk, người mà trườc t ng

cũng vừa loại khỏi ban giảng dạy c a mình. Nói tóm l t t t củ ại, ông Hwang đã mấ ấ ả,

từ thanh danh cho đến công việc, tiền b ạc.

Đó là một chuyện không thể ngờ vì trước đó người Hàn Quốc dám tự tin ông là

một ứng viên tương lai củ ải Nobel, đem vềa gi danh dự tầm cỡ thế giới cho người

dân Hàn sau nhi u l n m nh v kinh tề năm tháng phấn đấu để ớ ạ ề ế. Để đầu tư cho ông,

chính ph không ng n ng n 600.000 USD mủ ầ ại chi đế ỗi năm và hãng hàng không

quốc gia còn t ng vé mi n phí cho ông c i. Nay thì ông th m chí còn n m trong ặ ễ ả đờ ậ ằ

vòng điều tra về khả năng tư túi tiề ủa nhà nướn c c dành cho nghiên c u khoa h ứ ọc.

Vốn là m c bi n khi tuyên ột bác sĩ thú y, ông Hwang đã nhanh chóng đượ ết đế

bố nhân b n thành công chó Snoopy (giả ống Afghanistan). Nhưng danh tiếng của

ông n n kh p th t p chí khoa h c danh ổi như cồ ắ ế giới sau hai bài báo đăng trên tờ ạ ọ

tiếng Science trong hai năm 2004 và 2005: ông Hwang giớ ộng đồi thiệu với c ng

nghiên c u 11 dòng t bào g c nhân b c t tứ ế ố ản đượ ừ ế bào phôi người. Đây là một

thành công t o hi v ng cho nghiên c u y h c vì nh ng dòng t bào g c này sạ ọ ứ ọ ữ ế ố ẽ được

dùng ch a tr i li t ho c suy gi m di truy ữ ị những căn bệnh nan y như bạ ệ ặ ả ền. Nhưng

cây kim trong b -2005, Roh Il Sung, m ng ọc đã nhanh chóng lòi ra. Ngày 10-11 ột đồ

tác gi bài báo, nhìn nh n mua noãn c a 18 ph n dùng cho nghiên ả ận đã trả tiề ủ ụ ữ để

cứu khoa h c. Chuy n này không ph i là b t h u gây ng ọ ệ ả ấ ợp pháp nhưng bước đầ ờ

vực v c cề đạo đứ ủa nhóm nghiên c u c n sau, ông Hwang ứ ủa giáo sư Hwang. Hai tuầ

thừ ựa nhận s vụ và n ng nhóm nghiên c M i vi c không d ng ộp đơn từ chức trưở ứu. ọ ệ ừ

lại đượ ữa. Đầ ễn đàn mạc n u tháng 12-2005, một email không ký tên bắn lên di ng

của Trung tâm Thông tin v nghiên c u sinh h c Hàn Qu c cho bi t k t qu ng ề ứ ọ ố ế ế ả nhữ

xét nghi m ADN c a các dòng t bào g c c a nhóm ông Hwang gi ng m t cách ệ ủ ế ố ủ ố ộ

quá hoàn h o v i các t bào ngu n. Trong m t h ng Hwang thả ớ ế ồ ộ ọp báo sau đó, ô ừa

nhận đã có nhữ ối tung sau đó vớng sai lầm. Mọi chuyện r i những tiết lộ mới. Lại

Roh Il Sung kh nh v a Hàn Qu c r ng bài báo th hai c a hẳng đị ới Đài NBC củ ố ằ ứ ủ ọ đã

có gian d i: ch ố ỉ có năm dòng tế bào đượ c tạo ra ch không ph i là 11. ứ ả

Ông Hwang không còn cách nào khác ph i xin l i dân chúng và chính ph ả ỗ ủ

nhưng tiế ối này. Nhưng đếp tục kêu oan: ông không hay biết chuyện gian d n lúc

này thì m i chuyọ ện đã trở nên quá tệ ạ. T p chí Science rút lại hai bài báo đã đăng với

sự đồng ý c a các tác gi ( ng ký tên và bài sau nh ng 25 ủ ả bài đầu có 15 người đồ ữ

ngườ ủ ố ố ạ ỗ ội). Chính ph Hàn Qu c tuyên b rút l i h trợ tài chính và mở ngay hai cu c

điều tra độ ủa bên tư pháp và mộ ủa ĐH Seoul, nơi ông Hwang giảc lập (một c t c ng

dạy). Bộ trưởng Y t Hàn Qu c ph i nh n trách nhi m thi u ki m tra ki m soát, quá ế ố ả ậ ệ ế ể ể

tin tưở ức. Phe đống vào ông Hwang và phải từ ch i lập ở Hàn Quốc nhân vụ này làm

ầm ĩ đòi chính phủ ền dân đóng thuế chi xài vô độ phải tìm cách thu hồi ti cho

nhữ ứ ếng việc nghiên c u giả m i dân mạo. Cũng nhờ đó ngườ ới bi t nhóm của ông

Hwang đã được nh n tài tr ậ ợ những 40 tri u USD! ệ

Vụ xìcăngđan nhân bản của ông Hwang th t s làm bàng hoàng t t th y mậ ự ấ ả ọi

ngườ ời dân Hàn Qu n giốc. Nhưng đau đớn hơn là cho đế họ v u vì lý do ẫn chưa hiể

gì ông Hwang đã dám làm nhữ ậy đó để ền đóng thuếng chuyện xằng b ti của dân tan

thành mây khói. Nhi u ý ki n t m cho rề ế ạ ằng ông Hwang đã quá háo danh và không

dừng lại được trước nh ng lữ ời xưng tụng.

Lộ tẩy nghiên cứu gi mả ạo: Nhà khoa h c t t ọ ự ử

Nhà khoa h c Lin Yu-yi tham gia nghiên c u gene t ng y Johns Hopkins ọ ứ ại Trườ

(Mỹ) đã uố ẫn chưa được làm rõ ràng nhưng có tin ng thuốc tử tự. Nguyên nhân v

cho r ng Lin Yu- n cái ch thanh th n do b chính ti -ằ yi tìm đế ết để ả ị ến sĩ Daniel Yuan

đồ ệ ầ ự ậ ế ứng nghi p của Lin Yu-yi vạch tr n s gian l n trong k t quả nghiên c u của ông

được công b trên T p chí Nature. ố ạ

Daniel Yuan b i vi c vì ph i nghiên c ị đuổ ệ ản đố ứu?

Đế ố ẫ ể ữn nay, ti c và thến sĩ y họ ng kê Daniel Yuan v n không hi u vì sao nh ng

kết qu nghiên c u cả ứ ủa mình l i lạ ọt ra kh i phòng thí nghi m uy tín t i h c Y ỏ ệ ại Đạ ọ

Johns Hopkins, m i h c n i ti c tài trột trường đạ ọ ổ ếng đượ ợ hàng trăm triệu đô la mỗi

năm từ năm 2001, Yuan bắ Viện Y tế Quốc gia Mỹ (NIH). Từ t đầu tham gia phòng

thí nghi m c a Jef Boeke, m c phân t và di truy n h c tệ ủ ột giáo sư sinh họ ử ề ọ ại

Hopkins, đồng thời chuyên gia nghiên cứu gene nấm men. Th i gian Yuan làm ờ ở

đây, mỗi năm phòng thí nghiệ ận đượm nh c 600 triệu USD tài trợ từ NIH. Yuan là

một chuyên gia trong thống kê dữ liệu nghiên cứu gene, ông nhi u lề ần phản ánh tới

lãnh đạo cấp cao phòng thí nghiệm về ệ vi c nghiên cứu không khả thi trong mối

quan h a nghiên c u gene nệ giữ ứ ở ấm men và tương tác gene ở người, ngượ c lại các

nhà nghiên c u l i ch quan tâm t i xu t b n bài trên t p chí. ứ ạ ỉ ớ ấ ả ạ Tiến sĩ Yuan, người

tr liự ố ữc tiếp th ng kê d ệu cho r ng, nh ng bài báo do Lin Yu-yi, c ng s t i phòng ằ ữ ộ ự ạ

thí nghi m thu ng Hopkins xu t b n trên t i k t qu ệ ộc Trườ ấ ả ạp chí Nature đã phóng đạ ế ả

nghiên cứu tương tác gene. Yuan kết luận thực chất không có bất k b ng ch ng chi ỳ ằ ứ

tiết nào ch ý kiứng minh có 878 tương tác gene. Nhưng ến c bủa ông đã bị ỏ qua,

thậm chí đồ ệp còn “ ền toái”ng nghi gây phi khiến ông rất áp lực. Yuan thì hoài nghi

phương pháp nghiên cứ ấm men hướ ững phân tích tương tác u hệ gene n ng tới nh

gene i, còn Yu-yi Lin l i mong mu n m r ng. u tiở ngườ ạ ố ở ộ Ban đầ ến sĩ Yuan đã thắc

mắc với G c phòng thí nghi m viám đố ệ ề những th ng kê nghiên cố ứu do mình thực

hiện đã được công bố trên Tạp chí Nature, một tạp chí khoa học danh tiếng nhất.

Nếu m i nhìn qua nó có v khác vớ ẻ ới nghiên cứu c ủa ông nhưng khi xem xét kỹ

Yuan đã phát h ện ra đó là sự ến sĩ Yuan bứi thật. Ti c xúc cho rằng, hành vi sai trái

trong khoa h c kiọ ểu như thế này đã trở thành thường xuyên hơn. Mộ ấn đềt v nổi lên

là li có ph i h c, các t p chí khoa h c và chính phệu ải các trường đạ ọ ạ ọ ủ liên bang, đã

được tr làm ng vi c này? ả tiền để nhữ ệ Trong khi đó, bài báo trên công bố nghiên cứu

của trườ Hopkins được cho là đã phát hiện ra tương tác giững Y a các gene. Thậm

chí trên website c ng còn công b h n m n ph i tên ủa trườ ố ẳ ột ấ ẩm vào năm 2012 vớ

“Studies Linked to better Understanding of Cancer Drugs”, khẳng định đã tìm ra cơ

chế hoạt động năng lượng cảm ứng c a t bào. ng l i ch trích c a Yuan ban ủ ế Nhữ ờ ỉ ủ

đầu đã nhận đượ ếng Nature. Ông đã nhận được sự quan tâm của Tạp chí danh ti c e-

mail t tòa so n tr l i có th s cho ch nh s n 6 tháng vừ ạ ả ờ ể ẽ ỉ ửa nhưng cách đây gầ ẫn

chưa có bất kỳ thay đổ ạn đã trao đổi thư vớ iám đối nào. Tòa so i G c phòng thí

nghiệm Jef Boeke. Boeke có tr lả ời với Tòa so i thêm th i gian n ạn hãy đợ ờ ữa để

phòng thí nghi m s t i quy t ý ki n c a Yuan. K t c c, Yuan b ng sa thệ ẽ ự giả ế ế ủ ế ụ ị trườ ải

vào tháng 12 năm 2011 sau 10 năm cố ệm. Khi ra đi ông ng hiến tại phòng thí nghi

còn “được” d bẫn độ ởi hai nhân viên b o v . ả ệ

Tới th i gian g n khi phóng viên t t lờ ần đây, sau vài tuầ ờ Washington Post đặ ại

những lùm xùm này, phát ngôn viên Trường Hopkins ông Kim Hoppe cho bi t, ế

những v này sấn đề ẽ được gi i quy t trong các bài báo khoa h ả ế ọc sau này. Nhưng cả

Tạp chí Nature và trường đạ ọc đã không hề ữa. Hoppe sau đó cũng từi h sửa ch chối

tiếp các cuộc ph ng vỏ ấn. Trong khi đó, liên tiế ếp theo đượp 11 ấn phẩm ti c xuất bản

vẫn trích d n d a trên nh ng phát hi n nghiên cẫ ự ữ ệ ứu đã có.

Tự t ử để được thanh thản

Quay tr l i câu chuy n c a Yuan t ng Y danh ti ng Hopkins, tháng ở ạ ệ ủ ại trườ ế

8/2012, Yuan ti p t c g i tòa so n T p chí Nature ch t v n xem Tòa so n có ế ụ ửi thư tớ ạ ạ ấ ấ ạ

lưu tâm và chỉnh sửa bài báo gian l n k t qu nghiên c u hay không. Nh ng bài báo ậ ế ả ứ ữ

do Lin Yu-yi công b i và th c t y b ng ch ng v ố đã phóng đạ ự ế Yuan chưa tìm thấ ằ ứ ề

những phân tích mô t c ti n hành. Th m chí Yuan còn thuê c m ả đượ ế ậ ả luật sư để đả

bảo cho nh ng tranh cãi cữ ủa ông v i hới trường đạ ọc Hopkins. Sau đó Yuan đã nhận

được e-mail h i âm cho bi c m t thúc có kồ ết ông đã nhận đượ ột “kế ết qu i dung ả”. Nộ

e-mail cho bi t Yu- i vào buế yi đã qua đờ ổi sáng ngày tháng 8 hôm đó. Giọng điệu e-

mail nói r i, bây gi c h n b n (Yuan) r t hài lòng v i thành ằng, “Yu-yi qua đờ ờ chắ ẳ ạ ấ ớ

công c a b l i cho nh ng ch trích c n Lin, cha ủ ạn”. Lá thư còn đổ ỗ ữ ỉ ủa Yuan đã khiế

của ba cô con gái, phải t t . Trái l t b sự ử ại, Yuan đã rấ ị ốc, toàn thân như run lên.

Ông t h i, t y không ph i là l i c a các nhà nghiên c u khác v D án, cự ỏ ại sao đấ ả ỗ ủ ứ ề ự ủa

chính T p chí hay c a Chính ph liên bang. Nh ạ ủ ủ ững cơ quan này đã không chú ý trả

lời công khai những v Tin t c t tấn đề mà ông đã nêu lên trong nghiên cứu. ứ ừ ờ Thời

báo Đài Bắ ết, Lin đượ ết trong văn phòng củ ại Đạc cho bi c phát hiện ch a ông t i học

Quốc gia Đài Loan. Nhà khoa họ ếng đã chếc nổi ti t bên cạnh chai thuốc và vết cắt

sâu trên tay. Gi i phân tích cho r ng, r t có th i cu ớ ằ ấ ể ở cuố ộc đời, Lin đã suy nghĩ về

nhữ ạng gì mình công bố trong t p chí Nature vào tháng 2/2012 về phát hi ện cơ chế

duy trì cân b ng t bào, có ng d ng quan tr ng trong ch a lão hóa và ằng năng lượ ế ứ ụ ọ ữ

ung thư. Nếu có một lá thư tuyệ ệnh, nó đã không đượt m c thực hiện công khai, và

rất khó để biết nh a Lin ững gì đã đi qua tâm trí củ ở cuối c a cu i mình. (Khánh ủ ộc đờ

Hưng viết theo Washingtonpost.com)

Công trình nghiên c u b h y do lứ ị ủ ừa b p ho c sao chép ị ặ

Số ng công trình nghiên c u b h y do l a b p holượ ứ ị ủ ừ ị ặc sao chép đã tăng gấp 10

lần trong vòng 35 năm qua trên khắp thế giới, trong d u v sđó Mỹ ẫn đầ ề ố lượng bài

báo khoa h c gian l ọ ận.

Ferric Fang, giáo sư y khoa thực nghiệm và vi trùng h i h c Washington ọc Đạ ọ

tại M , cùng nhiỹ ều chuyên gia đã rà soát 25 triệ ứu đượu bài báo nghiên c c công bố

từ thập niên 40 th k c t 56 qu tìm hi u hi ng gian l n trong ế ỷ trướ ừ ốc gia để ể ện tượ ậ

khoa h c. H n th y, trong s 2.000 bài báo khoa h c xu t b n tọ ọ nhậ ấ ố ọc đượ ấ ả ừ năm

1997 b h y b tài b cáo bu c là lị ủ ỏ, có đến 866 đề ị ộ ừa đảo và 201 đề tài khác là ăn

cắp, s còn l i bố ạ ị loại do sai sót hay trùng l p v nghiên c u khác. T n su t các ặ ới ứ ầ ấ

công trình có gian l i gian, c là con s ng v b h y bận tăng theo thờ ụ thể ố nhữ ụ ị ủ ỏ do

lừa b p 10 l tài b ịp hay ăn cắp tăng gấ ần trong vòng 35 năm qua. Khoảng 75% đề ị

coi là l a b p có ngu n g c t các phòng thí nghi M c, Nh t B n và Trung ừ ị ồ ố ừ ệm ở ỹ, Đứ ậ ả

Quốc. M d u vỹ ẫn đầ ề s ng bài báo khoa h c l a bố lượ ọ ừ ịp.

Nhầm lẫn hay V h p hso với sai phạm ụ ợ ạch lạnh

Các nhà khoa học dễ sai lầm và phạm sai lầm – trường hợp này không đủ để bị

coi là hành vi sai trái (sai phạm). Tuy nhiên, đôi khi, ranh giới giữa sai lầm và sai

phạm thật không rõ ràng. Ví dụ, vào cuối những năm 1980, một số nhóm nghiên

cứu đang nghiên cứu giả thuyết rằng các nguyên tử deuterium có thể bị buộc phải

hợp nhất với nhau ở nhiệt độ phòng, giải phóng một lượng năng lượng cực lớn

trong quá trình này. Phản ứng tổng hợp hạt nhân không phải là một chủ đề mới vào

năm 1980, nhưng các nhà nghiên cứu vào thời điểm đó chỉ có thể bắt đầu các phản

ứng nhiệt hạch ở nhiệt độ rất cao, do đó nhiệt hạch thấp hứa hẹn là nguồn năng

lượng lớn.

Hai nhà khoa học tại Đại học Utah, Stanley Pons và Martin Fleischmann, nằm

trong số những người nghiên cứu đề tài này, và họ đã xây dựng một hệ thống sử

dụng điện cực palladium và nước chứa deuterium để nghiên cứu khả năng phản ứng

nhiệt hạch thấp. Khi họ làm việc với hệ thống của họ, họ ghi nhận lượng nhiệt quá

mức được tạo ra. Mặc dù không phải tất cả dữ liệu họ thu thập được đều có tính kết

luận, họ đề xuất rằng sức nóng là bằng chứng cho phản ứng tổng hợp đã xảy ra

trong hệ thống của họ. Thay vì lặp lại và công bố công trình của họ để những người

khác có thể xác nhận kết quả, Pons và Fleischmann lo lắng rằng một nhà khoa học

khác có thể sớm công bố kết quả tương tự và họ hy vọng sẽ được cấp bằng sáng chế

cho phát minh này, vì vậy họ đã vội vàng công bố đột phá. Vào ngày 23 tháng 3

năm 1989, Pons và Fleischmann, với sự hỗ trợ của trường đại học Utah, đã tổ chức

một cuộc họp báo để công bố khám phá của họ về “một nguồn năng lượng vô tận”.

Thông báo về lò phản ứng “nhiệt hạch lạnh” của Pons và Fleischmann gây ra

sự phấn khích ngay lập tức trên báo chí và được các hãng tin tức lớn trong nước và

quốc tế đưa tin. ọt lên như tên lửGiá palladium ngoài thị trường nhảy v a và tất cả

các phòng thí nghi m trên th xô vào th c hi p h ch lệ ế giới đều đổ ự ện “hợ ạ ạnh”. Từ

phía c Pons và Fleischmann ác nhà khoa học, tuyên bố của đã đồng thời nhận được

sự ca ngợi và phản bác. Vào ngày 12 tháng 4, Pons và Fleischmann đã nhận được

sự hoan nghênh nhiệt liệt từ khoảng 7.000 nhà hóa học tại cuộc họp của Hiệp hội

Hóa học Hoa Kỳ. Nhưng nhiều nhà khoa học đã chỉ trích hai nhà nghiên cứu vì đã

công bố rầm rộ phát hiện trên báo chí thay vì thông qua các tài liệu bình duyệt

chuyên môn. Pons và Fleischmann cuối cùng đã công bố phát hiện của họ trong một

bài báo khoa học (Fleischmann et al., 1990), nhưng các vấn đề đã bắt đầu xuất hiện.

Hai nhà nghiên cứu đã gặp khó khăn để đưa ra bằng chứng cho việc sản xuất

neutron bởi hệ thống của họ, một đặc điểm chứng minh sự xuất hiện của các phản

ứng nhiệt hạch. Vào ngày 1 tháng 5 năm 1989, tại một cuộc họp đầy kịch tính của

Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ chưa đầy năm tuần sau cuộc họp báo ở Utah, Steven

Koonin, Nathan Lewis và Charles Barnes từ Caltech tuyên bố rằng họ đã thử lặp lại

các điều kiện thí nghiệm của Pons và Fleischmann, đã tìm thấy rất nhiều lỗi trong

kết luận của hai nhà khoa học nọ, và tuyên bố thêm rằng họ không tìm thấy bằng

chứng cho phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong hệ thống. Ngay sau đó, Bộ Năng lượng

Hoa Kỳ đã công bố một báo cáo cho biết “kết quả thí nghiệm … được báo cáo cho

đến nay không đưa ra bằng chứng thuyết phục rằng các nguồn năng lượng hữu ích

sẽ được tạo ra từ hiện tượng được gọi là nhiệt hạch lạnh”.

Trong khi các k t lu n c a Pons và Fleischmann khá là tai ti ng, hai nhà khoa ế ậ ủ ế

học không bị buộc tội gian lận – h không b t k t quọ ịa đặ ế ả hoặc c gố ắng đánh lừa

các nhà khoa học khác, mà là đưa ra kế ận thông qua các phương tiệt lu n không

chính quy trước khi đượ ời Đạc bình duyệt chuyên môn. Cuối cùng họ r i học Utah

để làm khoa h c công nghi p. Tuy nhiên, ng sai l m c a h ọc trong lĩnh vự ệ nhữ ầ ủ ọ

không ch n h mà còn làm m t uy tín c a c c ng các nhà ỉ ảnh hưởng đế ọ ấ ủ ả ộng đồ

nghiên c u thu n h p h ch l nh. C m t p h ch lứ ần túy quan tâm đế ợ ạ ạ ụ ừ “hợ ạ ạnh” trở

thành đồng nghĩa vớ ủa liên bang trong lĩnhi khoa học xuẩn ngốc và tài trợ c vực

này g n mần như biế ất hoàn toàn chỉ sau một đêm. Phả ần 15 năm nghiên cứi mất g u

hợp pháp và đổi tên đề tài của họ từ phản ứng nhi t h p l n ng hệ ợ ạnh thành “phả ứ ạt

nhân năng lượ ấp” thì Bộ Năng lượng th ng Hoa Kỳ một l n n a mầ ữ ới xem xét tài trợ

cho các thí nghiệm được thiết kế tốt trong lĩnh vực này.

2. Khoa h c t nhiên ọ ự

2.1. Khoa học t nhiên là gì? ự

Khoa h c t nhiên (natural science) là m t nhánh c a khoa h c, có mọ ự ộ ủ ọ ục đích

nh ng vàận th c, mô t , các s v t, ứ ả giải thích và tiên đoán về ự ậ hiện tượ quy lu t tậ ự

nhiên, d a trên nh b ng ch c t quan sát và th c nghi m. ự ững ằ ứng rõ ràng có đượ ừ ự ệ

Trong khoa h c t nhiên, thuy t c s d ng r xây d ọ ự giả ế đượ ử ụ ộng rãi để ựng những lý

thuyết khoa học.

Khoa h c t nhiên có ba ch y u g m: (1) Khám phá b n ch t các ọ ự ức năng chủ ế ồ ả ấ

sự v t, hi ng c a th i t ậ ện tượ ủ ế giớ ự nhiên như nguồn gốc phát sinh, phát tri n, các quy ể

lu thậ ựt v ng cận độ ủa các s vật, hi ng ện tượ ấy; (2) hệ ống hoá tri thức đã khám phá

được thành các lý thuyết, họ ọc thuyết khoa h c; (3) nghiên c ng d ng nhứu ứ ụ ững

thành qu sáng t o khoa h b o v và c i t o th i t nhiên. ả ạ ọc để ả ệ ả ạ ế giớ ự

Những thành t u và k t qu c a khoa h c t nhiên không ch nâng cao hiự ế ả ủ ọ ự ỉ ểu

biế ự ậ ựt c i vủa con ngườ ề s v t, hi ng, các quy luện tượ ật của t nhiên, mà còn được

ứ ự ễng dụng để giải quyết các v trong thấn đề c ti n, tạo d ng sựng môi trườ ống cho

con nh hình cho s phát tri n c a kinh t , xã hngười, đị ự ể ủ ế ội.

Căn cứ vào đối tượ ục đích nghiên cứng, m u, khoa học tự nhiên có thể được

chia thành b c g m V t lí (Physics), Hóa hốn lĩnh vự ồ ậ ọc (Chemistry), Thiên văn học

và Khoa h t (Astronomy and Earth science), và Sinh h c (Biology). ọc trái đấ ọ Ba lĩnh

vực đầ ọc thì đượu thuộc về khoa học về vật chất (Physical Science), còn Sinh h c

xem như là khoa học về sự sống (Life Science).

2.2. V ật lí h c ọ

Vật lí h c là ngành khoa h c nghiên cọ ọ ứu các d ng v n ạ ận động đơn giả nhất của

vật ch a chúng. V t lí hất và tương tác giữ ậ ọc là một trong nh ng bữ ộ môn khoa học

lâu đờ ục đích tìm hiể ận độ ủa vũ trụi nhất, với m u sự v ng c . Vật lí học liên hệ mật

thiết với Toán học và các môn khoa học tự nhiên khác. V t lí h c cung c ậ ọ ấp cơ sở

cho k thu t và công ngh . Nhi u thành t u c t lí h ng d ng r ng ỹ ậ ệ ề ự ủa Vậ ọc đã được ứ ụ ộ

rãi, làm ti cho các cu c cách m ng khoa h c, công ngh n a, V t lí ền đề ộ ạ ọ ệ. Hơn thế ữ ậ

học đóng vai trò then chốt trong việc xây dựng thế giới quan khoa học, góp phần

làm sáng t ng quy lu t c a tri t h c duy v t bi n ch ng. V t lí là m t trong ỏ nhữ ậ ủ ế ọ ậ ệ ứ ậ ộ

nhữ ấ ậng ngành hàn lâm sớm nh t khi coi T c là mhiên văn họ ột phần của V t lí học.

Trong hai thiên niên k v a qua, V t lí là m t ph n c a tri t h c t nhiên cùng vỷ ừ ậ ộ ầ ủ ế ọ ự ới

Hóa h c, vài nhánh c c Toán h c và Sinh h c Cách mọ ụ thể ủa ọ ọc, nhưng trong cuộ ạng

khoa h c b u t k XVII, các môn khoa h c t nhiên nọ ắt đầ ừ thế ỷ ọ ự ổi lên như các ngành

nghiên c c l p v i nhau. V t lí h c giao v i nhi c nghiên cứu riêng độ ậ ớ ậ ọ ớ ều lĩnh vự ứu

liên môn, t lí sinh h c và hóa h ng t , gi i h n cngành khác nhau, như Vậ ọ ọc lượ ử ớ ạ ủa

các lĩnh vự cũng không rõ ràng. Các phát hiệc nghiên cứu Vật lí n mới trong Vật lí

thường gi i thích nh n c a các môn khoa h ng th i mả ững cơ chế cơ bả ủ ọc khác đồ ờ ở ra

nh hoững hướ ới trong các lĩnh vực như Tng nghiên cứu m oán học ặc T t h c. Vriế ọ ật

lí h ng qua s n b các công ngh mọc cũng có những đóng góp quan trọ ự tiế ộ ệ ới đạt

được do nh ng phát ki n lí thuyữ ế ế ật trong V t lí. Ví dụ ộ, s n bự tiế trong hiểu bi t v ế ề

Đ ừ ọ ậ ế ự ểiện t h c hoặc V t lí h c tiạt nhân đã trự p d n sẫn đế phát minh và phát tri n

những sản phẩm m bới, thay đổi đáng kể ộ mặt xã hội ngày nay, như ti vi, máy vi

tính, laser, internet, các thi t b gia d t nhân; nh ng ti n b ế ị ụng, hay là vũ khí hạ ữ ế ộ

trong N ng l c h c d n t i s phát tri n cách m ng công nghi p; và s phát hiệt độ ự ọ ẫ ớ ự ể ạ ệ ự

triển c y sủa ngành cơ học thúc đẩ ự phát triển Phép tính vi tích phân. Trong nghiên

cứu, các nhà v t lí s dậ ử ụng các phương pháp khoa học để kiểm ch ng m t lí thuyứ ộ ết

Vật lí nó, slà đúng hay bác bỏ ử dụng cách tiếp c c luận phương thứ ận nh m so sánh ằ

kết qu tiên a lí thuy t v i nh ng giá tr c t thí nghi m hay quan ả đoán củ ế ớ ữ ị thu đượ ừ ệ

trắc ki m ch ng nó; và do v y h các nhà khoa h nh lí thuyể ứ ậ ỗ trợ ọc đi đến quyết đị ết

đó là đúng trong mộ ất đị nó và đi tìm một phạm vi nh nh hay phải loại bỏ t lí thuyết

khác lí i các k t qu c nghi m. M nh lu t khoa h c là mgiả ế ả thự ệ ột đị ậ ọ ột phát bi u súc ể

tích ho c th i công th c toán h c liên h ng trong m t nguyên ặ ể hiện dướ ứ ọ ệ các đại lượ ộ

lý cơ bả ết, như địn của lí thuy nh luật vạn vật hấp dẫn của Newton Các nhà v. ật lí

hướng t i phát tri n nh ng mô hình toán h c không nh ng thớ ể ữ ọ ữ ỏa mãn k t quế ả của

nhữ ững thí nghi ng kệm đã có mà còn tiên đoán thành công nhữ ết quả mới hay nh ng

hiện tượ ới; trong khi đó các nhà ng m vật lí c nghi m không nh ng thi t k và thự ệ ữ ế ế

lắp đặt những thí nghiệm ki m ch ng k t qu lý thuy t mà h còn th c hi n nhể ứ ế ả ế ọ ự ệ ững

thí nghi m m i cho k t qu không phù h p v i nh ng lý thuy t hi n t i ho c phát ệ ớ ế ả ợ ớ ữ ế ệ ạ ặ

hiện ra hi ng hay hiện tượ ệu ứng m i. M c dù lí thuy t và th c nghi c phát ớ ặ ế ự ệm đượ

triển tách bi t nhau, chúng l i ph thu c mệ ạ ụ ộ ạ ểnh vào l n nhau. S n triẫ ự tiế n của Vật lí

học thường bước sang chương mới khi các nhà thực nghiệm phát hiện ra những

hiện tượ ới tiên đoán kếng mới, hoặc khi một thuylí ết m t quả mà các nhà thực

nghiệm có th ể thực hiện được các thí nghi m ki m ch ng mang l i k t qu ệ ể ứ ạ ế ả ủ ộng h lí

thuyết m ng nhà v t lí nghiên cới. Cũng có nhữ ậ ứu trên c hai ph m vi lí thuy t và ả ạ ế

thự ữ ứ ạc nghiệm, nhà hi ng hện tượ ọc, họ khai phá nh ng kết quả thí nghiệm ph c t p

và tìm cách liên h chúng v i lí thuy . V m t l ch s t lí lý thuy t có ệ ớ ết cơ sở ề ặ ị ử, Vậ ế

cảm h t phát t Tứng xuấ ừ riết h n t h c th ng nh t tọc; như Điệ ừ ọc đượ ố ấ ừ quan điểm

triết h c. Ngoài nhọ ững hi t trong V t lí thuyện tượng đã biế ũ trụ, lĩnh vực Vậ lí ết

cũng đặ ết vũ trụ ột vũ trụt ra những giả thuyết, ví dụ giả thuy song song, m có nhiều

hơn 3 chiề ết đưa ra nhữ ết như vậy đểu không gian. Các nhà lý thuy ng giả thuy hy

vọng gi i quy c nh ng v hóc búa trong V t lí h khám phá ả ết đượ ữ ấn đề ậ ọc. Sau đó họ

ra nh ng h c a gi thuy t và tìm ki m nh ng k t qu a nó mà có ữ ệ quả ủ ả ế ế ữ ế ả tiên đoán củ

th thể kiểm ch c. V t lí ứng đượ ậ ự ệc nghi m mang lại cơ sở và thông tin cũng như

nhận l i t t và công ngh . Các nhà v t lí c nghi m tham gia vào ạ ừ ngành kĩ thuậ ệ ậ thự ệ

những nghiên cứu cơ bản nhằm thiết kế và thực hiện các thí nghiệm với các thiết bị

tiên ti c h tham gia vào nghiên cến như máy gia tố ạt và laser, cũng như họ ứu ứng

dụng trong công nghi p, phát tri n các công ngh m nh c ng t ệ ể ệ ới như chụp ả ộng hưở ừ

(MRI) và thi t k transistor và vi m ch. Nhà v t lí thuy t Feynman t ng nói rế ế ạ ậ lí ế ừ ằng

các nhà th c nghi ng thích làm thí nghi m trên nh ng ph m vi chự ệm thườ ệ ữ ạ ưa được

hiểu tốt bởi các nhà lý thuyết. Các nhà v t lí lí thuy ng quan tâm nghiên cậ ết thườ ứu

và gi i thích các k t qu c nghi m m c hi u th c thích ả ế ả thự ệ ới chưa đượ ể ấu đáo hoặ

nghiên c c hoàn toàn m i mà có khi th c nghi ứu ở những lĩnh vự ớ ự ệm chưa có thể

thực hiện được trong điều kiện hi n t i c a khoa hệ ạ ủ ọc và kĩ thuật.

2.3. Hóa h c ọ

Hóa h c là mọ ộ ủ ọt trong b n c cố lĩnh vự a KHTN. Hiểu bi t hóa hế c có thể giúp

chúng ta đưa ra nhữ ết đị ảnh hưởng đếng quy nh có n cuộc sống của chúng ta hàng

ngày: Tôi có th n các hóa ch t gia d ng này v c hay không? Thuể trộ ấ ụ ới nhau đượ ốc

chống mu c u a tôi l i h t h n? ỗi an toàn là gì? Vì sao đồ ăn, nướ ống đóng chai củ ạ ế ạ

Hiểu bi t hóa h n cho phép chúng ta hi ng c a các hóa ch i vế ọc cơ bả ểu tác độ ủ ất đố ới

môi trườ ất nào đượ ụng đểng. Những ch c sử d cung cấp cho cây các chất dinh

dưỡng t t nh t, giúp chúng phát tri n; ho c tìm ra cách loố ấ ể ặ ại bỏ hóa chất mà không

gây độ ồn nướ ẩm chúng ta ăn là các chấc cho không khí hoặc ngu c. Thực ph t hóa

học, bao gồm các h p ch t h - tinh bợ ấ ữu cơ như carbohydrate ột và đường, protein và

lipid. Các chất dinh dưỡng khác như vitamin và khoáng chất và nước đều là các hợp

chấ ọ ấ ật hóa h c quan trọng. Quá trình hô h p c ng vủa độ t là một chuỗi các phản ứng

hóa h c l y oxy t không khí và t c. Trong khi th c vọ ấ ừ ạo ra carbon dioxide và nướ ự ật

lại s dử ụng carbon dioxide và nước để thực hi n quang h ng th i gi i phóng ệ ợp, đồ ờ ả

oxy t lá c a chúng. Các lo i thu c m i s d c chi t xu t từ ủ ạ ố ọi ngườ ử ụng đều đượ ế ấ ừ thực

vật ho c t ng h p trong phòng thí nghi hóa h c. Xà phòng, ch t t y r a, ch t tặ ổ ợ ệm ọ ấ ẩ ử ấ ẩy

rửa gia d ng là t t c các hóa ch c s n xu t ph c v i s i. Ngh ụ ấ ả ất đượ ả ấ ụ ụ đờ ống con ngườ ệ

thuật n thu u khiấu ăn chính là nghệ ật điề ển các phản ứng hóa học! Đó chính là kĩ

thuật phản ứng hóa h t o ra và giọc để ạ ữ c các chđượ ất ngon mi ng và có lệ ợi cho sức

khỏe. Các lo i phạ ấn trang điể ống nhăn, kem chốm và ch ng nắng, tất cả các sản

phẩm hóa h c phát minh trong phòng thí nghi c bán trên th ng. ọc đượ ệm và đượ ị trườ

Tiếp theo, khi chúng ta ăn, sẽ ủy phân và tiêu hóa trong cơ xảy ra các phản ứng th

thể. Đây sẽ là mộ ọt lo t các phạ ản ng hóa hứ c s d ng enzyme, bi i các hóa chử ụ ến đổ ất

phứ ạ ực t p trong th c phẩm thành các s n ph m cu i có th c h p th b i các t ả ẩ ố ể đượ ấ ụ ở ế

bào c . Ch t caffeine trong cà phê và trà chúng ta u ng ủa cơ thể ấ ố ảnh hưởng đến tâm

trạ ữ ỉng và gi cho chúng ta t nh táo. Lên men, một ph ng hóa hản ứ ọc khác tạo ra bia

và rượu vang, phô mai và bánh mì. Các ứng dụng công nghiệp của Hóa học ảnh

hưởng tr c ti n cu c s ng hàng ngày c a chúng ta, nh c, ự ếp đế ộ ố ủ ững gì chúng ta ăn, mặ

di chuy n, công ngh chúng ta s d u tr b nh,... n Hóa ể ệ ử ụng, cách điề ị ệ đều liên quan đế

học. Hóa h c ch c ch n t t c chúng ta, trong cọ ắ ắn ảnh hưởng đế ấ ả ả cuộc đời chúng ta.

Việc không ng ng nghiên c u, tìm hi u sâu v Hóa h c s d n nh ng khám ừ ứ ể ề ọ ẽ ẫn đế ữ

phá m i. Nh ng v quan tr ng nh t c a Nhân lo i trong k nguyên m i mà Hóa ớ ữ ấn đề ọ ấ ủ ạ ỉ ớ

học s giúp chúng ta trong bài toán phát tri n b n v ng bao gẽ ể ề ữ ồm s n xuả ất năng

lượng và th c phự ẩm, quản lý và b o vả ệ môi trườ ấp nướng, cung c c uống an toàn và

chăm sóc sứ ỏe con người. Tăng cườc kh ng sự kết hợp giữa Hóa học và các ngành

khoa h g chú ý nh t là Khoa h c sinh học khác, đán ấ ọ ọc, cũng như các lĩnh vực như

Toán h c, K thu Khoa h c máy tính và v t li nh là ch quan ọ ỹ ật, ọ ậ ệu, được xác đị ủ đề

trọ ớ ọng nh i vất đố i Khoa h c hóa học trong th m hiời điể ện t p tại và tương lai sắ ới.

Các lĩnh vực hẹp của Hóa h c: Hóa lí thuy óa họ ết và Hóa lí, Hóa vô cơ, H ữu cơ, Hóa

phân tích, Hóa môi trườ óa kĩ thuậng, H t…

2.4. Sinh học

Sinh h c là m t ph n c a Khoa h c s s ng (Life Science). Thu t sinh h c ọ ộ ầ ủ ọ ự ố ậ ngữ ọ

bắt ngu n t ồ ừ chữ Hy L p: bios (s sạ ự ống) và logos (nghiên c u). ứ

Các c t c s

ấp độ ổ chứ ống

Sinh h c nghiên c u s s ng và sinh v t s ng, bao g m c u trúc v t ch t, quá ọ ứ ự ố ậ ố ồ ấ ậ ấ

trình hóa h sinh lý, s phát tri n và ti n hóa c a sinh ọc, tương tác phân tử, cơ chế ự ể ế ủ

vật. V c tề ấp độ ổ chức s ng, Sinh h c coi t n cố ọ ế bào là đơn vị cơ bả ủa s s ng, gen ự ố

là đơn vị cơ bả ến hóa là độ n của sự di truyền và ti ng lực cho sự khởi sinh và tuyệt

chủng c a các loài sinh v t. Các sinh v t s ng là m t h ng m t n t i nh s ủ ậ ậ ố ộ ệ thố ở ồ ạ ờ ự

chuyển hóa năng lượng và sự suy giảm entropy c c b m duy trì tr ng thái ụ ộ nhằ ạ ổn

Ngu n: ồ livescience.com

đị ự ộnh và s cân bằng n i môi. Các phân ngành của sinh học được xác định bởi cách

lựa ch u và họn phương pháp nghiên cứ ệ thống nghiên cứu. Sinh h c lí thuy t s ọ ế ử

dụng các công cụ toán học mô hình hđể óa định lượng. Trong khi đó, Sinh h c ọ thực

nghiệm l i sạ ử dụng c í nghi m ác th ệ để kiểm chứng c thuyác giả ết t và đề xuấ khám

ph ngá c c a s sơ chế ủ ự ố c cách c mà nó ũng như thứ đã xuất n và tri n, ti n hiệ phát ể ế

hóa t v t ừ ậ chất không sống cách đây khoảng 4 t n m thông qua s gia t ng d n ỷ ă ự ă ầ

mức độ h n t p c a hỗ ạ ủ ệ thống. C à sinh h c (biologist) i sâu nghiên các nh ọ đ ứu cấu

trúc ng óa ph, ch c n ng, sứ ă ự sinh trưở , ngu n g c, ti n hồ ố ế và sự ân b c a c sinh v t ố ủ ác ậ

sống. Có r t nhi u ấ ề nhánh trong nghiên c u sinh h c ứ ọ như: Hóa sinh h c, Th c v t ọ ự ậ

học, Sinh học t bế ào, Sinh thái học, Ti n hế óa, Di truy n hề ọc, Sinh học phân t , Sinh ử

lý h v t h

ọc, Động ậ ọc...

2.5. Thiên văn học

Thiên văn học là khoa h nghiên c các thiên thọc ứu ể (như các ngôi sao, hành

tinh, sao ch i, tinh vân, qu n tinh, thiên hà) và các hi ng có ngu n g c bên ổ ầ ện tượ ồ ố

ngoài Vũ trụ (như bứ ền vũ trục xạ n viba). Nó nghiên cứu sự phát triển, tính chất

vật lí, hoá h ng h c, và chuy ng c a các v t th ọc, khí tượ ọ ển độ ủ ậ ể vũ trụ, cũng như sự

hình thành và phát tri n c a Vể ủ ũ trụ. Thiên văn học là một trong những ngành khoa

học cổ nhất. Các c cnhà thiên văn họ ủa nh ng n n hành ữ ền văn minh đầu tiên đã tiế

những cu u tr ng cộc quan sát có phương pháp bầ ời đêm, và các dụ ụ thiên văn học đã

được tìm thấy từ những giai đoạ ớm hơn nữn còn s a. Tuy nhiên, sự xuất hiện của

kính vi n v ng trong th k XVI c b c vào giai ễ ọ ế ỷ là thời điểm thiên văn họ ắt đầu bướ

đoạ ản khoa họ ồc hi i. Vện đạ ề l ch s , T c t ng gị ử hiên văn họ ừ m c các ngành đo sao,

hoa tiêu thiên văn, quan sát thiên văn, làm lịch, và thậm chí cả chiêm tinh học,

nhưng ngành thiên văn họ ện đại ngày nay thườ có nghĩa c hi ng chỉ Vật lí học thiên

thể. Thiên văn họ hiên văn học cổ hay thậm chí T c cổ đại không nên b m l n vị nhầ ẫ ới

ngành chiêm tinh h c, h ng ni m tin r ng nh ng công vi c c i liên ọ ệ thố ề ằ ữ ệ ủa con ngườ

quan t i các v trí c a các v t th c cùng có ngu n g c chung ớ ị ủ ậ ể vũ trụ. Dù hai lĩnh vự ồ ố

và m t ph c hi n (c , vi c s d ng lộ ần phương pháp thự ệ ụ thể ệ ử ụ ịch thiên văn), chúng là

khác bi t. T k c chuyên nghi c chia thành các ệ ừ thế ỷ XX, lĩnh vực thiên văn họ ệp đượ

nhánh quan sát và th c nghi c quan sát chú tr ng t i vi c thu thự ệm. Thiên văn họ ọ ớ ệ ập

Ngu n: ồ en.wikipedia.org

và phân tích d u, s d ng các nguyên t n c t lí c lý ữ liệ ử ụ ắc cơ bả ủa Vậ . Thiên văn họ

thuyết định hướng theo sự phát triển các mô hình máy tính hay mô hình phân tích

để ậ miêu tả các v t thể và hi c này bện tượng thiên văn. Hai lĩnh vự ổ sung cho nhau,

Thiên văn học lý thuyết tìm cách giải thích các kết quả quan sát, và việc quan sát lại

thường được dùng để ạnh đóng xác nhận các kết quả lí thuyết. Điều thú vị là bên c

góp của các nhà thiên văn chuyên nghiệ ác nhà thiên văn nghiệp dư cũng cóp, c

nhiều đón hiên văn họ hiên văn họg góp, khám phá quan trọng cho T c. T c là một

trong s ít ngành khoa hố ọc nơi các nhà thiên văn nghiệp dư có thể đóng vai trò quan

trọng, đặc bi t trong s phát hi n và quan sát các hi ng thoáng qua. ệ ự ệ ện tượ

2.6. Khoa học trái đất

Khoa h c trá t bao g m t t c c khoa h c t n hành ọ i đấ ồ ấ ả các lĩnh vự ọ ự nhiên liên quan đế

tinh Trái Đất. Đây là mộ ọc liên quan đế ủa trái đất nhánh của khoa h n sự cấu tạo c t

và b u khí quy n c a nó. Khoa h t nghiên c u v t lí cầ ể ủ ọc trái đấ ứ ề các đặc điểm vậ ủa

hành tinh c a loài ng i, t n hủ ườ ừ động đất đế ạt mưa, và từ lũ lụt đế n hóa thạch. Khoa

học trái đất có thể được coi là m t nhánh cộ ủa Khoa h ch s lâu ọc vũ trụ, nhưng có lị ử

đời hơn. Khoa học trái đất bao gồm bốn nhánh nghiên cứu chính là thạch quyển,

thủy quy n, khí quy n, và sinh n, m i nhánh l c chia nhể ể quyể ỗ ại đượ ỏ thành các lĩnh

vực chuyên bi c ti p c n b ng c ng giệt hơn. Khoa học trái đất đượ ế ậ ằ ả hai hướ ản lược

và toàn di m nh ng nghiên c u v t và các hành tinh lân ện. Nó cũng bao gồ ữ ứ ề Trái đấ

cận khác trong không gian. M t s nhà khoa h t s d ng tri th c c a h v ộ ố ọc trái đấ ử ụ ứ ủ ọ ề

các hành tinh để định v và phát triị ển tài nguyên năng lượng và khoáng sản. Số khác

lại nghiên c ng tứu tác độ ừ hoạt độ ủa con người đến môi trường Trái Đấng c t; từ đó

thiết kế những biện pháp b o v hành tinh. Ngoài ra, s còn l ả ệ ố ại thì đi sâu hơn về

nghiên c u các hi ng x y ra trên ứ ện tượ ả Trái Đất như núi lửa, động đất, và bão để

giúp con ngườ ọc trái đấi tránh những thảm hoạ tàn khốc của thiên nhiên. Khoa h t

có th bao g m các nghiên c u v a ch t, th ch quy n, và c u trúc quy mô l n sâu ể ồ ứ ề đị ấ ạ ể ấ ớ

bên trong lõi Trái Đất, cũng như bầ ủa Trái Đấu khí quyển c t, Thủy quyển, và Sinh

quyển. Thông thường, các nhà khoa h t s d ng các công c ọc trái đấ ử ụ ụ địa lý, niên đại

học, v t lí, hoá hậ ọc, sinh học, và toán h xây d ng h tri thọc để ự ệ ức định lượng v ề

cách Trái Đấ ận độ ọc trái đấ ảnh hưởng đết v ng và phát triển. Khoa h t n cuộc sống

hàng ngày c a chúng ta. Ví d ng h c nghiên c u th i ti t và ủ ụ như các nhà khí tượ ọ ứ ờ ế

theo dõi các cơn bão nguy hiể ủy văn họ ứu nướm. Các nhà th c nghiên c c và cảnh

báo lũ lụt. Các nhà đị ứu động đấ đoán nơi nó sẽa chấn học nghiên c t và dự diễn ra.

Các nhà đị ứu đá và giúp xác địa chất nghiên c nh vị trí của các khoáng chất hữu ích.

Các nhà khoa h ng làm vi c ngoài thọc trái đất thườ ệ ực địa như leo núi, khám phá

đáy biển, bò qua cá ng ho c l m l y. H ng và thu th p các c hang độ ặ ội trong đầ ầ ọ đo lườ ậ

vật m ghi chép l i phát hi n c a hẫu (như các mẫu đá hoặc nước sông), sau đó họ ạ ệ ủ ọ

trên các biểu đồ ản đồ và b .

III. t Kĩ thuậ

Kĩ thuậ ngineerning) là lĩnh vựt (E c khoa học ứng dụng các thành tựu của Toán

học, Khoa học tự nhiên để giải quy t các vế ấn đề thực ti ng nhu c u cễn, đáp ứ ầ ủa

cuộc s ng. K t qu c a nghiên c u kố ế ả ủ ứ ỹ thuậ ẩt góp ph n t o ra các s n phầ ạ ả m, công

nghệ m i. Phát bi c coi là ngành hớ ểu theo cách khác, kĩ thuật đượ ọc và ngh nghiề ệp

áp d ng các lí thuy t khoa hụ ế ọc, phương pháp toán học và các bằng chứng thực

nghiệm để trên cơ sở thiết kế, tạo lập, và phân tích các giải pháp công nghệ xem xét

đầy đủ an toàn, tính nhân văn, các quy luậ về sự t vật lí, các chuẩn mực, tính thực

tiễ ừn và tính kinh t t tế. Kĩ thuậ ồn tại ngay t thời c i sáng ch ra ổ đại khi con ngườ ế

nêm (wedge), đòn bẩy (lever), bánh xe và ròng r c (wheels and pully),... Ngày nay, ọ

Kĩ thuật có thể được chia thành nhi t hóa h c (chemical ều lĩnh vực như: Kĩ thuậ ọ

engineering), K thu t xây d ng (civil engineerning), K n (electrical ĩ ậ ự ĩ thuật điệ

engineerning), K ĩ thuật cơ khí (mechanical engineering),...

Nhờ có kĩ thuậ ọc đượt, các nguyên lí khoa h c ứng d ng trong th c ti n biụ ự ễ ểu

hiệ ịn qua các thiết b , máy móc hay hệ thống ph c v nhu c i s ng, sụ ụ ầu của đờ ố ản

xuất, ki n t ng s ng. Ví dế ạo môi trườ ố ụ, trên cơ sở bernoulli, các kĩ sư đã tạ o ra giải

pháp hòa tr n gi b ộ ữa không khí và xăng ở ộ chế hòa khí trước khi đưa vào buồng đốt

của động cơ đốt trong.

Bộ chế hòa khí đơn giản

Người làm kĩ ật (kĩ sư) cầthu n có kiến thức sâu rộng về toán học, khoa học tự

nhiên, có tư duy thiế ế, đặ ệt là có năng lựt k c bi c giải quyết v và sáng t ấn đề ạo. Đề

ập t t, N hoàng Elizabeth II cho r ng ới kĩ thuậ ữ

ằ “Trái tim c t là vủa Kĩ thuậ ề việc

sử d ng khoa hụ ọc để tìm ra các gi i pháp th c t sáng t t ngh cao ả ự ế, ạo. Đó là mộ ề

quý” (At its heart, engineering is about using science to find creative, practical

solutions. It is a noble profession . Khi so sánh gi a khoa h t, Henry ) ữ ọc và kĩ thuậ

Petroski

nhận định “ ể ề làm”Khoa học là về hi u bi t là vết, Kĩ thuậ (Science is

about knowing, engineering is about doing).

Elizabeth II Elizabeth Alexandra Mary (tên th t là ậ ) hay Elizabeth Đệ Nhị, sinh

ngày 21/4/1926 hoàng c i sáu là đương kim Nữ ủa mườ Vương quố ịnh vược Th ng chung bao

gồm: c Liên hiVương quố ệp Anh và Bắc Ireland, Canada, , New Zealand, Jamaica, BarbadosÚc ,

Bahamas, Grenada, Papua New Guinea, o Solomon, Tuvalu, Saint Lucia, Saint Vincent Quần đả

và Grenadies, Antigua và Barbuda, Belize và Saint Kitts và Nevis u các tri. Bà đứng đầ ều đình

riêng r và ngang nhau, th c hi n các nhi m v cho m i qu c gia mà bà là n nguyên thẽ ự ệ ệ ụ ỗ ố ữ ủ, cũng

như đóng vai trò là Người đứng đầ ịnh vượu Khối Th ng chung các Quốc gia o t, Lãnh đạ ối

cao Giáo h i Anh c x Normandie, Lãnh chúa o Mann. V lý thuy t quy n l c cộ , Công tướ ứ Đả ề ế ề ự ủa

bà là r t l n, tuy nhiên, trên th c t c, bà hi m khi can d vào các v chính tr . ấ ớ ự ế theo quy ướ ế ự ấn đề ị

Henry Petroski (sinh ngày 6/2/1942) là m t k i M chuyên phân tích sai sót. Ông là ộ ỹ sư ngườ ỹ

Giáo sư về ại Đạ kỹ thuật dân dụng và lịch sử t i h t tác gi có tiọc Duke, ông cũng là mộ ả ếng.

IV. Công nghệ

4.1. Công ngh là gì ? ệ

Trên Trái Đấ ất con ngườt này, chỉ duy nh i có khả năng biến vật liệu của Thế

giới t nhiên thành các d ng c và máy móc có kh giúp h sinh s ng. Tuy ự ụ ụ ả năng ọ ố

một số động vật có kh dả năng làm ra và sử ụng các d ng c , chụ ụ ẳng hạn như rái cá

sử d p v v trai c mà chúng làm hụng hòn đá để đậ ỡ ỏ ốc, nhưng cách thứ ầu như không

bao giờ thay đổ ủa con người thì khác: Con người. Công nghệ c i có khả năng thấy

được các nhu c u mầ ới, tìm ra cách th c m a mãn các nhu cứ ới để thỏ ầu đó, và đánh

giá được giá trị những phát minh b t ng . Vấ ờ ậy Công ngh là gì? ệ

Công nghệ là tri c có h ng v quy trình và t n vthứ ệ thố ề kĩ thuậ dùng để chế biế ật

liệ ứ ếu và thông tin. Nó bao gồm kiến th c, thi t bị, phương pháp và các hệ thống

dùng trong vi c t o ra hàng hóa và cung c p d ch v . Trong ví d v b hòa khí ệ ạ ấ ị ụ ụ ề ộ chế

(ở m c trên), nụ ếu kĩ thuật là quá trình tìm tòi và đề ộn xăng và xuất giải pháp hòa tr

không khí v i s n ph m cu cùng là b hòa khí, thì công ngh c hi u là tri ớ ả ẩ ối ộ chế ệ đượ ể

thức về bộ chế hòa khí, tri th c và quy trình ch t o b hòa khí. ứ ế ạ ộ chế

Vài th k gế ỷ ần đây, các nhà khoa học đã tìm ra các nguyên lý làm việc của vật

liệu và máy móc. Nh ng ki n th c này, các nhà khoa h n các vờ nhữ ế ứ ọc đã hoàn thiệ ật

liệu cũ, tìm ra các vật liệu mới; làm ra các s n ph m khác nhau: t ng chi c áo ả ẩ ừ nhữ ế

bơi cho tớ ắt đầi máy bay, tên lửa. Các vật dụng làm ra b u từ khâu thiết kế - đặt ra

mục tiêu và tìm cách th c hi n. Ngày nay các nhà thi t k có trong tay r t nhi u loự ệ ế ế ấ ề ại

vật li ệu, phương pháp, bộ phận h tri ng, và ph n l n các ợp thành để ển khai các ý tưở ầ ớ

công vi c c a h , có th c hi n trên máy tính. V i s phát tri n c a khoa h c và ệ ủ ọ ể thự ệ ớ ự ể ủ ọ

kĩ thuậ ục được đổt, công nghệ liên t i mới hướng tới mục tiêu phục vụ ngày càng tốt

hơn nhu cầ ủa con ngườu c i, của kinh t , xã h ế ội.

Tuy Công ngh là khoa h c thu t ch t o và s ệ ọ nhưng Công nghệ cũng là nghệ ậ ế ạ ử

dụng v t d ng. Vi c làm ra m t v t d ng ho ng t t v i giá r , h p d i s ậ ụ ệ ộ ậ ụ ạt độ ố ớ ẻ ấ ẫn ngườ ử

dụng v n là c mẫ ả ột nghệ thu t. ậ

Để thực hi n mệ ộ ột công việ ảc, gi i quyết m t v ng có nhi u công ngh ấn đề, thườ ề ệ

khác nhau và đượ ức độ ện đạ Các hình bên dước phân biệt bởi m hi i của công nghệ. i

thể hiện cùng một công vi c trệ ồng cây, có tới ba công ngh g a canh, th y canh ệ ồm đị ủ

và khí canh.

Địa canh

Thủy canh

Khí canh

Khi s d ng thu t ng công ngh c và làm ử ụ ậ ữ ệ, có nghĩa là con người đã có tri thứ

chủ loại hình ho y, công ngh có tính chuy c. Mạt động nào đó. Do vậ ệ ển giao đượ ỗi

công ngh c t o ra là k t qu c a m t ho t. Có thệ đượ ạ ế ả ủ ộ ạt động kĩ thuậ ể hiểu, kĩ thuật

là quá trình tìm tòi gi i quy t v , còn công ngh là s n ph m, h ng, giả ế ấn đề ệ ả ẩ ệ thố ải

pháp gi i quy t vả ế ấn đề.

Công ngh có thệ ể được phân lo c khoa hại theo lĩnh vự ọ ọc (công nghệ hóa h c,

công ngh sinh h c, công ngh t (công nghệ ọ ệ thông tin,..), theo lĩnh vực kĩ thuậ ệ cơ

khí, công ngh n, công ngh xây d ng, công ngh v n t ng hay công ệ điệ ệ ự ệ ậ ải,...) tương ứ

nghệ gắn v i nhớ ững ho ng cạt động, đối tượ ụ thể (công ngh ng cây trong nhà ệ trồ

kính, công ngh ô tô, công n v t li u, công ngh nano,...). ệ ghệ ậ ệ ệ

Trong m n c a l ch s , công ngh luôn luôn là y u t có tính chỗi giai đoạ ủ ị ử ệ ế ố ất

dẫn d nh hình và chi ph i s phát tri n c a kinh t , xã h i. Khi s t phá v ắt, đị ố ự ể ủ ế ộ ự độ ề

công ngh ng sâu s c và toàn di n t i mệ tác độ ắ ệ ớ ọ ố ủi m i sặt đờ ng c a xã hội, đó là thời

điể ễ ệm di n ra cuộc cách mạng công nghi p. Ngày nay, công ngh sinh hệ ọc, công

nghệ nano, công ngh s , trí tuệ ố ệ nhân t o, dạ ữ liệu l n, công ngh in 3D là nhớ ệ ững

công ngh t phá, và là n n t ng công ngh c a cu c cách m ng công nghi p lệ độ ề ả ệ ủ ộ ạ ệ ần

thứ tư.

4.2. Phát minh là gì?

Có th nói, g n li n v t-Công ngh là khám phá và phát minh. Vể ắ ề ới Kĩ thuậ ệ ậy

khám phá và phát minh c hi thường đượ ểu là gì?

Phát minh sáng ch (hoặc ế) là làm ra m t n tột cái mà nó chưa hề ồ ại trước đó.

Còn n t t. Các phát minh ít khám phá là tìm ra cái đã tồ ại nhưng trước đó chưa ai biế

khi xu t hi n m t cách b t ng ng là k t qu c a s k t h p nhấ ệ ộ ấ ờ. Chúng thườ ế ả ủ ự ế ợ ững

công ngh s n có theo m t cách th c mệ ẵ ộ ứ ới để đáp ứ ng mộ ụt nhu cầu c thể nào đó của

con người, hoặc là kết quả của sự mong mu n làm mố ột điều gì đó nhanh hơn hoặc

hiệu quả hơn của nhà phát minh, hoặc thậm chí là do tình cờ. Một phát minh có thể

là k t qu làm vi c c a mế ả ệ ủ ột cá nhân, nhưng thường là của một tập thể. Những phát

minh tương tự ện độ ững nơi khác thậm chí có thể đồng thời xuất hi c lập nhau ở nh

nhau trên th i. ế giớ

4.3. Câu chuyện v mề ột vài phát minh

4.3.1. T o ra m ng liên quan t i nhi i và các phát minh ạ ột phát minh thườ ớ ều ngườ

có th i m t m t th i gian khá lâu m t t i d ng hoàn ch nh cể phả ấ ộ ờ ới đạ ớ ạ ỉ ủa chúng. Đôi

khi m t phát minh ti n tri n hàng th k ng c a nh ng phát tri n khác ộ ế ể ế ỷ do tác độ ủ ữ ể

nhau và ti p thu nh ng công ngh m i. Sau khi l n l i l ch s c a các d ng c ế ữ ệ ớ ầ ạ ị ử ủ ụ ụ

khoan, ta s y r ng ph i mẽ thấ ằ ả ất hàng trăm năm mới phát minh ra chiếc khoan tay

quen thu c b u t ng c i ti n cho chi n và chi c khoan c n. ộ ắt đầ ừ nhữ ả ế ếc dùi đơn giả ế ầ

Thuộc số những d ng c khoan xu t hiụ ụ ấ ện s m nh t là nhớ ấ ững dụng cụ được người

Ai C p s d ng vào kho c Công nguyên. Nhà khoa h c Hy Lậ ử ụ ảng năm 230 trướ ọ ạp

Archimedes

đã khám phá ra viêc dùng đòn bẩ và các bánh răng đểy truyền lực.

Nhưng phả ới đượ ển đểi tới thời Trung cổ chiếc khoan tay m c phát tri có thêm tác

dụng c y, chi c sáng chủa đòn bẩ ếc khoan tay dùng bánh răng thậm chí đượ ế cũng

chưa lâu lắm.

Archimedes thành Syracuse ( ng Hy L p: ) phiên âm ti ng Vi tiế ạ Ἀρτιμήδης ế ệt: Ác- -métsi ;

(khoảng 287 trướ ảng 212 trước Công Nguyên – kho c Công Nguyên) là một nhà toán học, nhà vật

lý, k , nhà phát minh, và m t c i Hy L p. Dù ít chi t v i ông ỹ sư ộ nhà thiên văn họ ngườ ạ tiế ề cuộc đờ

đượ ộ ữc bi c coi là mết, ông đượ t trong nh ng nhà khoa h c u c a i k c ọ hàng đầ ủ thờ ỳ ổ đại.

4.3.2. Quy trình Haber

–Bosch

áp d ng trong công nghi s n xuụ ệp để ả ất

ra amoniac t ng gi a ừ phản ứ ữ nitơ và hiđrô. Trước khi có quy trình Haber (1910),

amoniac r t khó có th t o ra v i quy mô l c th c hi n trên

ấ ể ạ ớ ớn.

Cố định nitơ đã đượ ự ệ

quy mô công nghi p thông qua

ệ phương pháp Birkeland (1903), nhưng

–Eyde

cách s n xu t này t n r t nhi ng. Các nhà khoa h c tính công nghiả ấ ố ấ ều năng lượ ọc ướ ệp

sản xu t phân bón t n ấ ừ amoniac theo phương pháp Haber đã giúp duy trì nguồ thực

ẩm cho kho ng m t ph n ba dân s trên ả ộ ầ ố Trái Đất.

Ướ ửc tính có m t nộ a

số protein ntrong cơ thể gười đóng góp bởi nitơ có nguồn gốc cố định từ phản ứng

này; ph n còn lầ ại t quá trình c ừ ố định nitơ bởi vi khuẩn và vi khu n c . ẩ ổ

4.3.3. Dolly vì sao làm náo động cả thế giới?

Ngày 24/2/1997, báo n tin v thân th c a m t con c u, The Times có đăng bả ề ể ủ ộ ừ

tin này đã được các cơ quan truyền thông đăng tải. Bản tin này nhanh chóng lan

truyền khắp th i, khi n c i ph i chú ý. Con c u m i 7 tháng tu i này ế giớ ế ả thế giớ ả ừ ớ ổ

trắng như tuyế ịch đáng yêu, tên gọt, tinh ngh i là Dolly.

Fritz Haber (9/12/1868 29/1/1934) là m t nhà hóa h c c nh n i Nobel hóa – ộ ọ Đức, người đượ ậ giả

học ng cvào năm 1918 cho nhữ ống hiến c a ông trong viủ ệc phát tri c tển phương thứ ổng hợp

amoniac, đóng vai trò quan trọng cho tổng hợp phân bón và chất nổ. Haber, cùng với Max

Born chu trình Born Haber c tính n ng tinh th cđã đưa ra – như là một phương pháp ướ ăng lượ ể ủa

kim lo i r c miêu t c a c" vì vai trò c a ông trong ạ ắn. Ông cũng đượ ả như là "cha đẻ ủ vũ khí hóa họ ủ

việc phát triển và ứng d ng chlorine và các lo i c khác trong chi n I. ụ ạ khí độ Thế ế

Carl Bosch (27/8/1874-26/4/1940) là m t nhà hóa h c và kộ ọ ỹ sư người Đức và là người đoạt

giả ọ ọ ệ ựi Nobel hóa h c. c hóa hÔng là người tiên phong trong lĩnh vự c công nghi p áp l c cao và là

ngườ ậ ữ ấ ấ ếi sáng l p IG Farben, có nh ng là công ty hóa chthời điểm t lớn nh t th giới.

Kristian Olaf Bernhard Birkeland (13/12/1867-15/6/1917) là m t nhà khoa h i Na ộ ọc ngườ

Uy. Ông đượ dòng điệ ển đã làm sáng tỏc nhớ đến nhiều nhất với các lý thuyết về n trong khí quy

bản chất của cực quang borealis. Để ực quang, ông đã phát minh ra pháo điệ nghiên cứu về c n từ

và quy trình Birkeland- c c i Nobel Eyde để ố định nitơ từ không khí. Birkeland đã được đề ử giả

bảy lần.

Samuel "Sam" Eyde (29/10/1866-21//6/1940) là m t kộ ỹ sư và nhà công nghiệp người Na Uy.

Ông là người sáng lập của cả hai công ty Norsk Hydro và Elkem.

Ra là, vào ngày 5/7/1996, nhà khoa h c Ian Wilmut c a Vi n nghiên cọ

ủ ệ ứu

Roslin ở Edinburgh (Anh) đã công bố ột tin như sau: họ đã dùng “tế m bào chuyển

nhân” nhân tạo để cho ra đờ i một con cừu. Bản tin cho biết, tế bào chuyển nhân

được tạ ạ ếo thành t t bào c a hai con c u cái, trong quá trình từ ế ủ ừ o ra t bào chuyển

nhân, h y t bào tuy n vú t tuy n s a c a m t con c u cái m t tr ng 6 tháng ọ đã lấ ế ế ừ ế ữ ủ ộ ừ ặ ắ

tuổi gi ng Dorset c a Ph ng th i l y noãn bào t c a m t con ố ủ ần Lan, đồ ờ ấ ừ trong cơ thể ủ ộ

cừu cái m ng Blackface c y ra nhân c a noãn bào. ặt đen giố ủa Scotland, sau đó lấ ủ

Như vậy, có thể khiến cho tế bào hoàn chỉnh vốn có trở thành tế bào rỗng không

nhân. H bào tuyọ đã nhanh chóng đưa ra tế ế ặn vú của con c u cái mừ t tr ng và noãn ắ

bào r ng không nhân c a con c u cái m t o ra t bào chuy n nhân. T bào ỗ ủ ừ ặt đen để ạ ế ể ế

chuyển nhân nhân tạo b tách ra b n và phát tri n sang dị ằng phương pháp sốc điệ ể ạng

phôi thai u có th p t c phát tri n thành c u, h y phôi thai giai ở thời kì đầ ể tiế ụ ể ừ ọ đã cấ ở

đoạn đầu vào trong tử cung của một con c u cái th ba, phôi thai phát triừ ứ ển ở trong

tử cung, c u cái sinh nừ ở, cừu con ra đời và được đặt tên là Dolly.

Từ khi The Times đăng tin về Dolly, trong m t th i gian dài, các nhà chính trộ ờ ị,

khoa h u tranh lu n sôi n i xoay quanh Dolly. Các nhà ọc và dân chúng nói chung đề ậ ổ

khoa h c cho r ng, s i c a Dolly là d u m c trong l ch s phát tri n ngành ọ ằ ự ra đờ ủ ấ ố ị ử ể

công ngh sinh h c, ch i có th t bào gệ ọ ứng minh con ngườ ể ạo ra “tế ốc toàn năng”

thông qua phương pháp cấ ằng dòng hóa. Hơn nữy tạo b a, kỹ thuật nhân tạo tế bào

gốc toàn năng ở động vật có vú cũng c ớn. Trướó giá trị ứng dụng hết sức to l c tiên

nếu so sánh gi a k thu t nhân t o t bào gữ ỹ ậ ạ ế ốc h p thành v i k t lai t ng ợ ớ ỹ thuậ ạp độ

vật truyề ển th ng thì ít tố ốn th n có thời gian nhưng vẫ duy trì được ưu thế giống lai

tạo m t cách nh; ngoài ra k t nhân t o t bào g ộ ổn đị ỹ thuậ ạ ế ốc toàn năng cũng có thể

ứ ểng d c phát triụng trong lĩnh vự n nh ng vững độ ật quý hi tuyếm có nguy cơ bị ệt

chủng, v c y h c, k t nhân t o t bào g t có tiề lĩnh vự ọ ỹ thuậ ạ ế ốc toàn năng cũng rấ ềm

năng.

Ian Wilmut nhà khoa h c i Anh. Ông chính là i u trong (sinh năm 1944) là ọ ngườ ngườ đứng đầ

việc nhân bản vô tính con c u Dolly nừ ổi ti bếng, giúp con người có thêm phương pháp để ảo v ệ

các gene quý.

Hiện nay, số lượng g u trúc còn l i r t ít, th i k sinh s n ngấ ạ ấ ờ ỳ ả ắn. Hơn nữa, gấu

trúc l i r t kén ch n khi l a ch n giao ph ng nuôi nh t, g u trúc ạ ấ ọ ự ọ ối. Trong môi trườ ố ấ

lại r t khó sinh s n. S r g u trúc mang thai thành công, th mà mấ ả ẽ ất khó khăn để ấ ế ỗi

lần sinh chỉ sinh m thành công sinh ột con, dù có mang thai đôi thì t ờng cũng chỉhư

một con. Vì v y g u trúc sinh s c bi u có thậ ấ ản đặ ệt khó khăn. Nế ể dùng phương pháp

sinh s n vô tính v i g u trúc, ít nh t có th ả ớ ấ ấ ể làm tăng đáng kể số lượng của loại này.

Dolly gi ng h t c u cái mố ệ ừ ặt trắng ph i không? ả

Tuy v t ch t di truy n c a Dolly h u u xu t phát t nhân t bào ậ ấ ề ủ ầ như toàn bộ đề ấ ừ ế

tuyến vú c a c u cái m t tr c t n t v t ch t di truy n trong ủ ừ ặ ắng, nhưng ngoài việ ồ ại ở ậ ấ ề

nhân t bào b ng hình th c nhi m s c th , còn m t s ít v t ch t di truy n t n tế ằ ứ ễ ắ ể ộ ố ậ ấ ề ồ ại

trong ty th bên ngoài nhân t bào g c b ng hình th c ADN vòng, vì khi lo i b ể ế ố ằ ứ ạ ỏ

nhân t bào tr ng c a c u cái m v n t n t c gi trong t bào ế ứ ủ ừ ặt đen, ty thể ẫ ồ ại và đượ ữ ế

chấ ấ ừt của noãn bào. Vì vậy, vật ch t di truyền của Dolly ngoài vi n tệc đế tế bào

tuyến vú, còn đế Nhưng so vớn từ ty thể trong noãn bào. i vật chất di truyền trong

nhân t bào thì s ng v t ch t di truyế ố lượ ậ ấ ền trong ty thể ấ r t khiêm tốn, hơn nữa

chúng ch c v cho ch a ty th ng r t ít t i s phát tri n và ỉ phụ ụ ức năng củ ể, ảnh hưở ấ ớ ự ể

diện mạo Dolly. Vì vậy, Dolly c n giơ bả ống như cừu cái mặt tr ng cùng tu i. ắ ổ

Những v n y sinh t c t o ra con c u Dolly ấn đề ả ừ việ ạ ừ

Nguyên nhân khiến Dolly làm náo động cả thế giới không phải ở sự tranh luận

sôi n i c a các nhà khoa h c. H ng thú cổ ủ ọ ứ ủa công chúng đối với Dolly cũng không

phải là nhân b n t bào g khoa hả ế ốc toàn năng có giá trị ọc gì. Điều mà con người

quan tâm nh t chính là b c t bào g cấ ản thân mình, đã tạo ra đượ ế ốc toàn năng ở ừu

liệ ạ ờu có thể t o ra tế bào gốc toàn năng ở ngư i hay không? Nếu có thể, thì không

phải cha m m t con có th dùng t ng c t o ra t bào gẹ ấ ể ế bào sinh dưỡ ủa con để ạ ế ốc

toàn năng khiế ững đứ đã chết được “tái sinh”? Ngoài ra, ra có thển nh a trẻ nhân bản

tế bào g i cho t i khi phát tri n phôi bào rốc toàn năng cho một người nào đó, đợ ớ ể ồi

đem bả ản đô ận, cơ quan nào đó trong cơ thểo qu ng lạnh, khi một bộ ph bị hỏng thì

có thể dùng cơ quan khác đượ phôi bào này ghép vào cơ thể, như vậc tạo ra từ y có

vẻ như giấc mơ “trường sinh” của con người đang dần được thành hiện thực?

Nhưng nói tớ ốc toàn năng cho con người việc tạo ra tế bào g i thì các nhà lý luận

học và các chính khách l i vô cùng lo l ng. N bào g a con ạ ắ ếu như tế ốc toàn năng củ

người cũng đượ ống như cừ ậy thì người được sinh ra từ tế bào chuyển nhân gi u, v c

phát tri n t t bào g n gi nhân t bào cung ng, ể ừ ế ốc toàn năng sẽ cơ bả ống như cá thể ế ứ

những người đượ ốc toàn năng này có mốc hình thành từ tế bào g i quan hệ gì với cá

thể nhân t bào cung hay cùng trế ứng? là con đẻ ứng đa bào thai? Dường như không

hoàn toàn như vậ ễn cưỡy. Vì tế bào chất khác nhau, dù mi ng cũng thừa nhận chúng

là cùng tr khác bi t v i tác, s t o ra m t v v ứng đa bào thai cũng có sự ệ ề tuổ ẽ ạ ộ ấn đề ề

đạo đức. Như vậy, người được sinh ra không những khiến cho khái niệm th i b ời đạ ị

lẫn l nh m i quan h kộn, cũng không có cách nào để xác đị ố ệ ế thừa v pháp ề luật.

Thêm vào đó, kỹ người “cuồ ọc” lạ thuật này có thể sẽ bị một số ng khoa h m dụng,

họ sẽ mượn c dớ để ấy lên phong trào “sinh con giố ốt”, hòng lợng t i dụng tế bào gốc

toàn năng để sinh ra “nhân vật thiên tài”. Cũng có thể có ngườ sẽ i lai tế bào sinh

dưỡ ớng con người v i tế bào tr ng cứ ủa khỉ hoặc heo để tạo ra giống lai khỉ người và

heo ngườ ảnh hưởi, những việc làm này sẽ gây ng nghiêm trọng tới xã hội loài

ngườ ự ệi. Vì vậy, không có cách nào để th c hi n gi ng sinh bấc mơ “trườ ất lão” thông

qua vi c t o ra t bào chuy n nhân, chúng ta c n ph i th n tr ng s d ng k thuệ ạ ế ể ầ ả ậ ọ ử ụ ỹ ật

này để góp phần cống hi n cho s phát tri n c a khoa hế ự ể ủ ọc loài người.

V. Mối quan h ệ giữ ựa Khoa học t nhiên và Công ngh ệ

Khoa h c t t và công ngh có m i liên h m t thi t v i nhau và ọ ự nhiên, kĩ thuậ ệ ố ệ ậ ế ớ

cùng s d ng Toán h c làm công c quan tr ng. M i liên h c thử ụ ọ ụ ọ ố ệ này đượ ể hiện

thông qua chu trình STEM (Science-Technology-Engineering-Mathematics).

Chu trình STEM

Trong chu trình STEM, Khoa h c sáng t o ra tri th ọc được coi là lĩnh vự ạ ức về

Thế giới tự nhiên trên cơ sở công cụ toán học và các công nghệ hiện có. Kĩ thuật sử

dụng Toán h và d a vào tri th c khoa học ự ứ ọc để giải quy t các vế ấn đề thực ti n. Kễ ết

quả c a Kủ ĩ thuật là t o ra các công ngh m ạ ệ ới.

Xem xét m i quan h a Khoa h c và Công ngh có th nh Khoa ố ệ giữ ọ ệ ể khẳng đị

học là cơ sở để phát tri n Công ngh c l i, s phát tri n cể ệ, ngượ ạ ự ể ủa Công ngh có tác ệ

độ ự ớ ựng tích c c t i s phát tri n c a Khoa hể ủ ọc.

Khoa học (Science) trong chu trình STEM đượ ột mũi tên từc mô tả bởi m Công

nghệ (Technology) sang Tri thức (Knowledge) th n quy trình sáng t o khoa ể hiệ ạ

học. Đứng trước th c ti n v i Công ngh n t i, các nhà khoa h c, vự ễ ớ ệ hiệ ạ ọ ới năng lực tư

duy ph n bi t ra nh ng câu h i, v c n ti p t c nghiên cả ện, luôn đặ ữ ỏ ấn đề ầ ế ụ ứu, làm cơ sở

cho vi c hoàn thi n và phát tri n công ngh i, v khoa h c. Tr ệ ệ ể ệ, đó là các câu hỏ ấn đề ọ ả

lời các câu h i khoa h c ho c gi i quy t các v khoa h c s phát minh ra các ỏ ọ ặ ả ế ấn đề ọ ẽ

Ngu n: ồ www.knowatom.com

Tri th c khoa h c lứ ọc. Ngượ ại, Kĩ thuật (Engineering) trong chu trình STEM được

mô t b i mả ở ột mũi tên từ ện quy trình kĩ thuậ Tri thức sang Công nghệ thể hi t. Các

kĩ sư sử ọc để dụng Tri thức khoa h thiết kế, sáng tạo ra Công nghệ mới giải quyết

vấn đề thực ti a Khoa h c (Scientific ễn. Đặc trưng củ ọc là phương pháp khoa họ

Method), đặc trưng của Kĩ thuậ kĩ thuật là thiết kế t (engineering design). Hai quy

trình nói trên ti p n i nhau, khép kín thành chu trình sáng t o khoa hế ố ạ ọc – kĩ thuật

theo mô hình "xoáy c" mà c sau m ng ki n th c khoa hố ứ ỗi chu trình thì lượ ế ứ ọc tăng

lên và cùng v i nó là công ngh phát tri trình ớ ệ ển ở độ cao hơn.

Bấm Tải xuống để xem toàn bộ.

| 1/114

| | Tải xuống

Preview text:

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI
Biên soạn: GS.TSKH Đỗ Đức Thái (Chủ biên), PGS.TS Nguyễn Ngọc Hà,
PGS.TS Lê Huy Hoàng, PGS.TS Lục Huy Hoàng, P
GS.TS Trần Đăng Hƣng, PGS.TS Mai Sĩ Tuấn
NHẬP MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ
CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ T Ế
H GIỚI TỰ NHIÊN - KHOA HỌC
TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ
HÀ NỘI – 2019 CHƢƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ THẾ G Ớ
I I TỰ NHIÊN - KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ
§1. KHÁI QUÁT VỀ T Ế H G Ớ I I TỰ NHIÊN
I. Thế giới tự nhiên là gì?
Con người từ lúc sinh ra đã được bao bọc bởi thế giới xung quanh. Bản thân
con người cũng là một phần của thế giới đó. Vì thế, con người luôn có khát vọng
tìm hiểu thế giới xung quanh mình là gì và hoạt động như thế nào? Những hiểu biết
đó không những giúp con người mở rộng kho tàng tri thức mà còn giúp con người
phát triển kinh tế-xã hội, nâng cao đời sống vật chất và tinh thần.
Có nhiều cách giải thích về thế giới xung quanh chúng ta. Những nhà triết
học cổ xưa đã “chia” thế giới xung quanh chúng ta thành hai loại: Thế giới vật chất
và Thế giới phi vật chất.
Thế giới vật chất có tên gọi đầy đủ là Vũ trụ và Thế giới tự nhiên, hay gọi tắt
là Tự nhiên (tiếng Anh: nature). Phạm vi bao quát của nó là rất rộng từ thế giới vi
mô cho tới thế giới vĩ mô bao la trong vũ trụ. Nói đến "Tự nhiên" là nói đến
các hiện tượng xảy ra trong thế giới vật chất cũng như trong sự sống nói chung.
Mặc dù con người là một phần của Tự nhiên, nhưng những hoạt động của
con người thường được hiểu là một phạm trù riêng biệt với các hiện tượng tự nhiên
khác. Chẳng hạn, Thế giới tinh thần của con người (như ý thức, văn hóa, nghệ
thuật, khoa học,…) là một phần của Thế giới phi vật chất.
Từ nature có nguồn gốc từ natura trong tiếng Latin, có nghĩa là "phẩm chất
thuần khiết, thiên hướng bẩm sinh", và trong thời cổ đại nó có nghĩa đen là "sự sinh
nở". Natura trong tiếng Latin là dịch từ physis (θύζις) trong tiếng Hy Lạp, một từ
có nguồn gốc liên quan đến những đặc tính nội tại mà thực vật, động vật và những
đối tượng khác của thế giới dựa theo chúng để phát triển. Bắt đầu bằng những cách
thông hiểu ý nghĩa cốt lõi của từ “θύζις” của các triết gia trước Sokrates1, khái
niệm tự nhiên (hay vũ trụ vật chất) nói chung, dần dần được mở rộng và được chấp
nhận. Ở giai đoạn phát triển của các phương pháp khoa học hiện đại trong suốt
nhiều thế kỷ qua, khái niệm tự nhiên được tiếp tục sử dụng và hoàn thiện nội hàm.
Trong cách hiểu và sử dụng ngày nay, Thế giới tự nhiên hàm chứa Thiên
nhiên, trong đó nói đến Thiên nhiên thường là nói đến Địa chất và Thế giới hoang
dã. Cũng như vậy, nói đến Thiên nhiên chúng ta có thể đề cập đến những loài động
thực vật sống khác nhau, nhưng trong một số trường hợp có thể đề cập đến những
tiến trình tồn tại và làm biến đổi môi trường quanh nó của những vật vô tri vô giác
như thời tiết, hoạt động địa chất của Trái Đất. "Môi trường tự nhiên" hoặc “Thiên
nhiên hoang dã” thường được hiểu là động vật hoang dã, đá, rừng, bờ biển,… Nói
chung là những thứ không bị thay đổi đáng kể bởi sự can thiệp của con người, hoặc
vẫn tồn tại bất chấp sự can thiệp của con người.
Bây giờ chúng ta sẽ tìm hiểu về một vài dạng điển hình của Thế giới tự nhiên. 1. Vũ trụ 1.1. Vũ trụ là gì?
Theo quan niệm của nhiều nhà khoa học hiện tại, Vũ trụ là tất cả không gian,
thời gian và thành phần của chúng, bao gồm các hành tinh, ngôi sao, thiên hà và tất
cả các dạng khác của vật chất và năng lượng. Cũng có những quan điểm cho rằng
Vũ trụ có thể được định nghĩa là mọi thứ đang tồn tại, mọi thứ đã tồn tại, mọi thứ sẽ
tồn tại và bao hàm mọi dạng sống, mọi lịch sử.
Mặc dù các nhà thiên văn chưa biết được kích thước toàn thể của Vũ trụ là bao
nhiêu (và có thể là vô hạn!), nhưng ta có thể đo kích thước của vũ trụ quan sát
1 Sokrates hay Socrates (tiếng Hy Lạp cổ:
Σωκράηης Sōkrátēs) là một nhà hiền triết, một nhà tư
tưởng nằm giữa giai đoạn bóng tối và giai đoạn ánh sáng của nền triết học Hy Lạp cổ đại. Về năm
sinh của ông hiện vẫn chưa có sự thống nhất giữa năm 469 hay 470. (469–399 TCN), (470–399
TCN). Ông sinh ra tại thành phố Athena, thuộc Hy lạp. Thời trẻ, ông nghiên cứu các loại triết
học thịnh hành lúc bấy giờ của các "triết học gia trước Sokrates", đó là nền triết học nỗ lực tìm
hiểu vũ trụ và thế giới tự nhiên xung quanh chúng ta. Tên ông được phiên âm ra tiếng Việt thành Xô-crát.
được, hiện được ước tính có đường kính 93 tỷ năm ánh sáng và ước tính có khoảng
2 nghìn tỉ thiên hà trong vũ trụ quan sát được. Những thành tựu của Vật lí lí thuyết
và Vật lí thiên văn đã giúp con người ngày càng hiểu sâu sắc hơn về cấu trúc và sự
tiến triển của Vũ trụ.
Từ vũ trụ (chữ Hán: 宇宙) trong tiếng Việt được vay mượn từ tiếng Hán. V
ũ 宙 trong vũ trụ 宇宙 có nghĩa là không gian, còn trụ 宙 có nghĩa là thời
gian. Vũ trụ nghĩa mặt chữ là không gian và thời gian.
Trong tiếng Anh, danh từ universe hoặc the
universe được hình thành từ tiếng Anh Trung cổ
với nguồn gốc từ tiếng Pháp cổ univers hoặc tiếng Latin universum.
1.2. Các mô hình về vũ trụ
Các mô hình vũ trụ đầu tiên của Vũ trụ được
phát triển bởi các nhà triết học Hy Lạp và Ấn Độ
cổ đại là Thuyết địa tâm, đặt Trái đất làm trung
tâm. Đến thế kỷ 16, bằng các quan sát thiên văn
chính xác hơn, Nicolaus Copernicus2 đã phát
triển mô hình nhật tâm với Mặt trời ở trung tâm
của Hệ Mặt trời. Dựa trên các công trình của
Copernicus cũng như các định luật của Julian
Kepler3 về chuyển động của các hành tinh và các
2 Nicolaus Copernicus (19/2/1473 24/ –
5/1543) là một nhà thiên văn học đã nêu ra hình thức
hiện đại đầu tiên của Thuyết nhật tâm (Mặt Trời ở trung tâm) trong cuốn sách Về sự chuyển động
quay của các thiên thể (De revolutionibus orbium coelestium). Sự phát triển thuyết nhật tâm của
ông được coi là giả thuyết khoa học quan trọng nhất trong lịch sử, đánh dấu bước chuyển sang thiên văn học hiện đại.
3 Julian Kepler (1571-1630) là một nhà thiên văn học người Đức với đóng góp chính là các định
luật cơ bản của sự chuyển động của các hành tinh, trong đó các hành tinh xoay quanh Mặt trời
theo quỹ đạo không tròn. Sinh thời, ông không coi chúng là luật, mà là một phần của sự hòa hợp
thiên thể phản ánh ảnh hưởng của Thiên Chúa trong vũ trụ.
quan sát thiên văn của Tycho Brahe4, Isaac Newton5 đã xây dựn g nên định luật vạn vật hấp dẫn.
Bằng những quan sát sâu hơn, các nhà khoa học đã nhận ra rằng Mặt trời là
một trong hàng trăm tỷ ngôi sao trong Dải Ngân hà, là một trong ít nhất hàng trăm
tỷ thiên hà trong Vũ trụ. Nhiều ngôi sao trong thiên hà của chúng ta có các hành
tinh. Ở quy mô lớn nhất, các thiên hà được phân bố đồng đều và như nhau trong
mọi hướng, có nghĩa là Vũ trụ không có biên hay một tâm đặc biệt nào đó. Ở quy
mô nhỏ hơn, các thiên hà được phân bố thành các cụm và siêu đám tạo thành các
sợi và lỗ rỗng lớn trong không gian, tạo ra một cấu trúc giống như bọt lớn. Quan sát
về sự phân bố và vạch phổ của các thiên hà đưa đến nhiều lý thuyết vũ trụ học hiện
đại. Khám phá trong đầu thế kỷ XX về sự dịch chuyển đỏ trong quang phổ của các
thiên hà gợi đến ý tưởng rằn
g Vũ trụ đang giãn nở, và khám phá ra bức xạ nền vi
sóng vũ trụ cho thấy Vũ trụ phải có thời điểm khởi đầu. Gần đây, các quan sát vào
cuối thập niên 1990 chỉ ra sự giãn nở của Vũ trụ hiện vẫn đang mở rộng với tốc độ ngày càng tăng. Đ ề
i u đó còn cho thấy thành phần năng lượng chủ yếu trong Vũ trụ
thuộc về một dạng chưa biết tới gọi là năng lượng tối. Đa phần khối lượng trong Vũ
trụ cũng tồn tại dưới một dạng chưa từng biết đến, còn gọi là vật chất tối.
Lý thuyết Vụ Nổ Lớn (Big Bang) là mô hình vũ trụ học được chấp nhận rộng
rãi, nó miêu tả về sự hình thành và tiến hóa của Vũ trụ. Không gian và thời gian
được tạo ra trong Vụ Nổ Lớn xuất hiện cùng nhau 13,799 ± 0,021 tỷ năm và một
lượng cố định năng lượng và vật chất choán đầy trong nó. Khi không gian giãn nở,
mật độ của vật chất và năng lượng giảm. Sau sự giãn nở ban đầu (được gọi là kỷ
nguyên lạm phát vào khoảng 10−32 giây) và tách bốn lực cơ bản đã biết, Vũ trụ dần
dần nguội đi và tiếp tục mở rộng, nhiệt độ Vũ trụ giảm xuống đủ lạnh cho phép
hình thành lên những hạt hạ nguyên tử đầu tiên và tiếp sau là nhữn g nguyên tử đơn
giản. Vật chất tối dần dần tập hợp lại, tạo thành một cấu trúc giống như bọt của các
4 Tycho Brahe (14/12/1546-24/10/1601) là nhà thiên văn học, nhà chiêm tinh học Đan Mạch,
được coi là người sáng lập môn thiên văn quan sát trước khi có kính viễn vọng.
5 Isaac Newton Jr. (4/1/1643-31/3/1727) là một nhà vật lý, nhà thiên văn học, nhà triết học, nhà
toán học, nhà thần học và nhà giả kim thuật người Anh, được nhiều người cho rằng là nhà khoa
học vĩ đại và có tầm ảnh hưởng lớn nhất trong lịch sử nhân loại. Các định luật về chuyển động và
Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton là cơ sở để con người nhận thức Thế giới tự nhiên.
sợi tơ và các lỗ rỗng dưới tác động của trọng lực. Những đám mây hydro và heli
khổng lồ dần dần bị hút vào những nơi có vật chất tối dày đặc nhất, tạo thành các
thiên hà, ngôi sao và mọi thứ khác mà ngày nay chúng ta nhìn thấy. Nếu giả sử mô
hình phổ biến này là đúng, thì tuổi của Vũ trụ có giá trị tính được từ những dữ liệu
quan sát là 13,799 ± 0,021 tỷ năm.
Có nhiều giả thiết đối nghịch nhau về Số phận sau cùng của Vũ trụ. Các nhà
vật lý và triết học vẫn không biết chắc về những gì (giả sử bất cứ điều gì!) có trước
Vụ Nổ Lớn. Nhiều người phản bác những ước đoán, nghi ngờ bất kỳ thông tin nào
có thể thu thập được từ trạng thái trước này. Có nhiều giả thuyết về đa vũ trụ, trong
đó một vài nhà vũ trụ học đề xuất rằng Vũ trụ có thể là một trong nhiều vũ trụ cùng
tồn tại song song với nhau.
2. Mặt trời
Hiểu biết cơ bản nhất của nhân loại về Mặt Trời đó là một đĩa sáng trong bầu
trời, khi nó xuất hiện thì gọi là ban ngày, còn khi nó biến mất là ban đêm.
Trong các nền văn hóa cổ đại và tiền sử, Mặt
Trời được xem là thần Mặt Trời hay các hiện
tượng siêu nhiên khác. T ờ h cúng Mặt Trời là tâm
điểm của các nền văn minh như Inca ở Nam
Mỹ và Aztec thuộc Mexico ngày nay.
Một số tượng đài cổ được xây dựng với ý
tưởng kết hợp với các hiện tượng liên quan đến
Mặt Trời; ví dụ, các cự thạch đánh dấu một cách
chính xác đông chí hoặc hạ chí (các cự thạch nổi
tiếng phân bố ở Nabta Playa, Ai Cập, Mnajdra,
Malta và ở Stonehenge, Anh). Vào thời kỳ La Mã,
ngày sinh của Mặt Trời là ngày nghỉ (sau Đông
chí) để kỉ niệm Sol Invictus6 mà ngày nay gọi là Christmas7.
6 Sol Invictus ("Mặt Trời không thể khuất phục") là vị thần Mặt Trời chính thức của Đế chế La Mã sau
này và là người bảo trợ cho những người lính. Vào ngày 25 tháng 12 năm 274, Hoàng đế La
Dựa theo các sao cố định, các nhà thiên văn học Hy Lạp cổ đại cho rằng Mặt
Trời xoay quanh Trái Đất một lần mất một năm theo mặt phẳng hoàng đạo xuyên
qua mười hai chòm sao, và vì thế họ cho rằng Mặt Trời là một trong 7 hành
tinh (trong tiếng Hy Lạp planetes nghĩa là "đi lang thang"). Ở một số ngôn ngữ, Mặt
Trời còn được đặt tên cho một trong 7 ngày trong tuần (Sunday-Chủ Nhật).
Ở một số ngôn ngữ Đông Á, Mặt Trời được viết là 日 (tiếng Trung, phiên âm pinyin rì hoặc t ế
i ng Nhật nichi) hay 太阳 (giản thể)/太陽 (phồn thể) (pinyin tài
yáng hay tiếng Nhật taiyō). Trong tiếng Việt, phiên âm Hán Việt của chữ này là nhật và thái dương.
Trong suốt lịch sử các nền văn hóa của nhân loại, Mặt Trăng và Mặt Trời còn
liên quan đến âm dương với Mặt Trăng tượng trưng cho âm và Mặt Trời tượng
trưng cho dương với ý nghĩa trái ngược nhau. Mặt Trời đại diện cho lực lượng diệt
trừ ma quỷ. Các ma cà rồng hầu hết đều bị sợ ánh sáng Mặt Trời.
Một trong những người tiên phong nêu ra lời giải thích khoa học về Mặt Trời
là nhà triết học Hy Lạp Anaxagoras8. Ông cho rằng Mặt Trời là quả cầu lửa kim
loại khổng lồ, thậm chí lớn hơn Peloponnesus9, và không phải là xe ngựa chariot
của thần Mặt Trời Helios10. Do luận điểm này bị coi là dị giáo nên ông đã bị bỏ tù
bởi nhà cầm quyền và bị tuyên án tử hình, mặc dù sau đó ông được phóng thích bởi
sự can thiệp của Pericles11. Sau đó hai thế kỷ, vào thế kỷ III TCN nhà toán học, thi
Mã Aurelian đã biến nó thành vật thờ cúng chính thức cùng với các thần La Mã được thờ cúng theo truyền thống.
7 Giáng sinh (Christmas) là một lễ hội hàng năm kỷ niệm sự ra đời của Chúa Giêsu Kitô, diễn ra vào
ngày 25 tháng 12 như một lễ kỷ niệm tôn giáo và văn hóa của hàng tỷ người trên thế giới.
8 Anaxagoras (510-428 trước Công nguyên) là một triết gia Hy Lạp trước Socrates. Ông đã đưa ra một lời
giải thích chính xác cho nhật thực, cũng như cố gắng giải thích cầu vồng và thiên thạch.
9 Peloponnesos là một bán đảo lớn đồng thời cũng là một vùng ở phía nam Hy Lạp, tạo thành khu vực
phía nam quốc gia tại vịnh Corinth.
10 Trong thần thoại Hy Lạp, Mặt Trời được nhân cách hóa thành Helios (tiếng Hy Lạp: Ἥλιος / ἥλιος).
11 Pericles là một chính khách, nhà hùng biện và tướng quân Hy Lạp nổi tiếng và có ảnh hưởng của Athens
trong thời kỳ hoàng kim của nó - đặc biệt là thời gian giữa các cuộc chiến tranh Ba Tư và Peloponnesian.
sĩ, thiên văn học Hy Lạp Eratosthenes12 đã ước tính khoảng cách giữa Trái Đất và
Mặt Trời vào khoảng "400 vạn và 80.0000 stadia". Người ta chưa biết chính xác
con số stadia của cách viết này, có thể l
à 4.080.000 stadia (755.000 km) hoặc là
804.000.000 stadia (148 đến 153 triệu km); con số sau so với khoảng cách thật có
sai số là vài phần trăm.
Vào thế kỷ I, Ptolemy13, nhà toán học, thiên văn học xứ Alexandria đã ước tính
khoảng cách này gấp 1.210 lần bán kính Trái Đất. Vào thế kỷ VIII, Yaqūb ibn
Tāriq14, nhà toán học, thiên văn học người Ba Tư đã ước tính khoảng cách giữa Trái
Đất và Mặt Trời gấp 8.000 lần bán kính Trái Đất, một con số lớn nhất về đơn vị
thiên văn cho đến thời điểm đó.
Giả thuyết rằng Mặt Trời là trung tâm của quỹ đạo chuyển động của các hành
tinh được Aristarchus của Samos15 đưa ra vào thế kỷ III TCN, và sau đó Seleucus
của Seleucia16 cũng theo thuyết này. Quan điểm triết học quan trọng này đã được
12 Eratosthenes (276-194 trước Công nguyên) là m t ộ nhà toán h c
ọ Hy Lạp. Ông đã là Giám đốc
Thư viện Alexandria. Ông đã phát minh ra Địa lý học (Geography). Thuật ngữ Geography cũng do ông đặt ra.
13 Claudius Ptolemaeus ((khoảng 100-178; tiếng Hy Lạp: Κλαύδιος
Πηολεμαῖος Klaudios
Ptolemaios), hoặc một cách đơn giản là Ptolemaeus, Ptolemy ha P
y tolémée hay Ptôlêmê, là một nhà bác h c
ọ Hy Lạp xuất xứ từ Tebaida, h c
ọ hành và làm việc tại Alexandria. Ông viết nhiều tác
phẩm trong các lĩnh vực như toán học, thiên văn học, địa lý và nhạc.
14 Yaʿqūb ibn Ṭāriq (قرﺎط ﻦﺑ بﻮﻘﻌﯾ; mất năm 796) là một nhà toán học, thiên văn học của Baghdad.
15 Aristarchus của Samos (310-230 TCN) là một nhà thiên văn c họ và nhà toán h c ọ Hy Lạp cổ
đại, người đầu tiên đã trình bày mô hình nhật tâm đặt Mặt trời ở trung tâm của vũ trụ và Trái đất xoay quanh nó.
16 Seleucus của Seleucia (190-150 trước Công nguyên; tiếng Hy Lạp: Σέλεσκος Seleukos) là một
nhà thiên văn học và triết gia Hy Lạp. n
Đế từ Seleucia trên sông Tigris, Mesopotamia, thủ đô của Đế c ế
h Seleucid, ông được biết đến như là một người đề xuất thuyết ậ
nh t tâm và lý thuyết về
nguồn gốc của thủy triều.
Nicolaus Copernicus phát triển thành mô hình toán học dự đoán một cách hoàn
chỉnh về hệ nhật tâm vào thế kỷ XVI. 2.1. Mặt Trời là gì?
Mặt Trời là một ngôi sao có dạng hình cầu (gần như hoàn hảo!) nằm ở trung
tâm Hệ Mặt Trời, chiếm khoảng 99,86% khối lượng của Hệ Mặt Trời. Trái Đất và
các thiên thể khác như các hành tinh, tiểu hành tinh, thiên thạch, sao chổi và bụi quay quanh Mặt Trời.
Khoảng cách trung bình giữa
Mặt Trời và Trái Đất xấp xỉ 149,6
triệu kilômét nên ánh sáng Mặt Trời
cần 8 phút 19 giây mới đến được Trái
Đất. Trong một năm, khoảng cách này
thay đổi từ 147,1 triệu kilômét ở điểm
gần nhất (khoảng ngày 3 tháng 1), tới
điểm xa nhất là 152,1 triệu km
(khoảng ngày 4 tháng 7). Năng lượng
Mặt Trời ở dạng ánh sáng hỗ trợ cho
hầu hết sự sống trên Trái Đất thông
qua quá trình quang hợp và Mặt Trời
cũng điều khiển khí hậu và thời tiết trên Trái Đất. Nhiệt độ bề mặt của Mặt Trời xấp
xỉ 5.505 °C khiến nó có màu trắng, và thường có màu vàng khi nhìn từ bề mặt Trái
Đất bởi sự tán xạ khí quyển.
2.2. Cấu tạo của Mặt Trời
Mặt Trời tồn tại ở dạn
g trạng thái plasma và không rắn chắc. Thành phần của
Mặt Trời gồm hydro (khoảng 74% khối lượng, hay 92% thể tích), heli (khoảng 24%
khối lượng, 7% thể tích), và một lượng nhỏ các nguyên tố khác,
gồm sắt, nickel, oxy, silic, lưu huỳnh, magiê, carbon, neon, canxi và crom.
Cấu trúc của Mặt Trời không có
ranh giới cụ thể như những hành tinh
đá: ở phần phía ngoài của nó, mật độ
các khí giảm gần như theo hàm
mũ theo khoảng cách từ tâm. Tuy
nhiên, cấu trúc bên trong của nó được
xác định rõ ràng, như được miêu tả bên dưới.
Lõi của Mặt Trời được coi là
chiếm khoảng 0,2 tới 0,25 bán kính
Mặt Trời. Nó có mật độ lên tới
150g/cm³ (150 lần mật độ nước trên
Trái Đất) và có nhiệt độ gần
13.600.000 độ K (so với nhiệt độ bề
mặt Mặt Trời khoảng 5.800 K).
Vùng bức xạ là vùng từ 0,25 tới
khoảng 0,7 bán kính Mặt Trời, vật liệu
Mặt Trời đủ nóng và đặc đủ để bức xạ
nhiệt chuyển được nhiệt độ từ trong lõi
ra ngoài. Trong vùng này không có đối lưu nhiệt.
Trong lớp ngoài của Mặt Trời, vùng đối lưu là vùng tính từ bề mặt của Mặt
Trời xuống xấp xỉ 200.000 km (hay 70% bán kính Mặt Trời), plasma Mặt Trời
không đủ đặc hay đủ nóng để chuyển năng lượng nhiệt từ bên trong ra ngoài bằng
bức xạ. Vì thế, đối lưu nhiệt diễn ra khi các cột nhiệt mang vật liệu nóng ra bề mặt
(quyển sáng) của Mặt Trời. Khi vật liệu lạnh đi ở bề mặt, nó đi xuống dưới đáy
vùng đối lưu, để nhận thêm nhiệt từ đỉnh vùng bức xạ. Ở bề mặt nhìn thấy được của
Mặt Trời, nhiệt độ đã giảm xuống 5.700 K và mật độ chỉ còn 0,2 g/m³ (khoảng
1/10.000 mật độ không khí ở mực nước biển).
Quang quyển là lớp bề mặt nhìn thấy được của Mặt Trời mà ở bên dưới nó,
Mặt Trời trở nên mờ đục với ánh sáng nhìn thấy được.
Các phần bên trên quang quyển của Mặt Trời được gọi chung là khí quyển
Mặt Trời. Chúng có thể được quan sát bằng kính viễn vọng, gồm ba vùng
chính: sắc quyển, vành nhật hoa, và nhật quyển.
Sắc quyển là vùng bên trên lớp nhiệt độ tối
thiểu, đó là một lớp dày khoảng 2.000 km, chủ yếu
là quang phổ của các đường hấp thụ và phát xạ. Nó
được gọi là sắc quyển (chromosphere, bắt nguồn
từ từ chroma của Hy Lạp, có nghĩa màu sắc), bởi
sắc quyển nhìn thấy được như một ánh sáng có
màu ở đầu và cuối của các lần nhật thực toàn phần.
Nhiệt độ của sắc quyển tăng dần cùng với độ cao,
lên khoảng 20.000 K ở gần đỉnh.
Vành nhật hoa kéo dài ra lớp khí quyển bên
ngoài của Mặt Trời, nó có thể tích lớn hơn cả Mặt
Trời. Vành nhật hoa liên tục mở rộng vào vũ trụ
hình thành nên gió Mặt Trời, lấp đầy toàn bộ Hệ
Mặt Trời.Nhật quyển là khoảng trống xung quanh
Mặt Trời, được lấp đầy bằng gió plasma Mặt Trời
và kéo dài xấp xỉ khoảng 20 lần bán kính Mặt Trời (0,1 AU) ra các mép phía ngoài của Hệ Mặt Trời. B
án kính Mặt Trời được đo từ tâm tới cạnh ngoài Quang quyển. Đây đơn giản
là lớp mà bên trên nó các khí quá lạnh hay quá mỏng để bức xạ một lượng ánh sáng
đáng kể, và vì thế tạo ra bề mặt dễ quan sát nhất bằng mắt thường. Phía trong Mặt
Trời không thể quan sát trực tiếp được do chính Mặt Trời là vật chắn bức xạ điện
từ. Tuy nhiên, tương tự như trong Địa chất học, người ta sử dụng sóng do các trận
động đất tạo ra để xác định cấu trúc bên trong của Trái Đất, ngành Nhật chấn
học (helioseismology) sử dụng các sóng ngoại âm (infrasound) đi xuyên qua phần
trong Mặt Trời để đo và hình dung cấu trúc bên trong của ngôi sao.
2.3. Con người nghiên cứu Mặt Trời như thế nào?
Vào đầu thế kỷ XVII, việc phát minh ra kính viễn vọng đã cho phép các quan
sát chi tiết hơn về vết đen Mặt Trời do Thomas Harriot17, Galileo Galileio18 và các
nhà thiên văn khác thực hiện. Galileo đã thực hiện một số quan sát vết đen Mặt Trời
bằng kính viễn vọng và thừa nhận rằng chúng nằm trên bề mặt của Mặt Trời hơn là
các vật thể nhỏ chuyển động qua khoảng không giữa Trái Đất và Mặt Trời. Các vết
đen Mặt Trời cũng được các nhà thiên văn Trung Quốc quan sát vào thời nhà
Hán (206 TCN - 220 CN), họ đã duy trì ghi chép các quan sát này trong vài thế kỷ.
Averroes cũng đưa ra một miêu tả về các vết đen Mặt Trời trong thế kỷ XII.
Năm 1672 Giovanni Cassini19 và Jean Richer20 xác định được khoảng cách
đến Sao Hỏa và đã tính được khoảng cách đến Mặt Trời. Isaac Newton quan sát ánh
sáng Mặt Trời bằng lăng kính, và thấy nó được tạo thành từ nhiều màu sắc, trong
khi đó vào năm 1800 William Herschel21 phát hiện ra bức xạ hồng ngoại nằm gần
ánh sáng đỏ trong quang phổ của Mặt Trời. Thập niên 1800 phát triển mạnh các
kính quang phổ nghiên cứu về Mặt Trời, và Joseph von Fraunhofer22 đã thực hiện
các quan sát đầu tiên về các vạch hấp thụ quang phổ, vạch mạnh nhất vẫn thường
17 Thomas Harriot (1560-2/7/1621) là một nhà thiên văn học, nhà toán học, nhà dân tộc học và dịch giả
người Anh, đã có nhiều đóng góp cho thiên văn học, toán học và kỹ thuật hàng hải.
18 Galileo Galileio (15/2/1564-8/1/1642) là một nhà thiên văn học, vật lý học, toán học và triết học người
Ý, người đóng vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng khoa học. Theo lệnh của Tòa án dị giáo Rôma,
Galileo cuối cùng buộc phải từ bỏ thuyết nhật tâm của mình và bị quản thúc tại gia cho tới khi qua đời.
Galileo đã được gọi là "cha đẻ của việc quan sát thiên văn học hiện đại","cha đẻ của Vật lí hiện đại","cha
đẻ của khoa học", và "cha đẻ của Khoa học hiện đại." Stephen Hawking đã nói, "Galileo, có lẽ
hơn bất kỳ một người riêng biệt nào, chịu trách nhiệm về sự khai sinh khoa học hiện đại."
19 Giovanni Domenico Cassini, hay Jean-Dominique Cassini (8/6/1625-14/9/1712), là m t ộ nhà
toán học, thiên văn học, k
ỹ sư và nhà chiêm tinh học người Pháp gốc Italia.
20 Jean Richer (1630-1696) là một nhà thiên văn học người Pháp. Ông là trợ lí thiên văn (élève
Astronome) tại Viện Hàn lâm Khoa học Pháp dưới sự chỉ đạo của Giovanni Domenico Cassini .
21 Frederick William Herschel (15/11/1738-25/8/1822) là một nhà thiên văn c họ , nhạc sĩ người Anh sinh ra ở Đức.
22 Joseph von Fraunhofer (6/3/1787-7/6/ ) 1826 là m t
ộ nhà vật lý quang học người Đức. Ông
được biết đến nhờ công lao khám phá ra phổ ấ
h p thụ của ánh sáng Mặt Trời, một khám phá đã tạo
nền tảng cho việc chế tạo ra kính quang phổ và các kính viễn vọng tiêu sắc.
được gọi theo tên của ông là vạch Fraunhofer. Khi mở rộng dải quang phổ của sánh
sáng từ Mặt Trời thì có một số màu bị mất được phát hiện.
Vào những năm đầu tiên của kỷ nguyên khoa học hiện đại, nguồn năng lượng
Mặt Trời vẫn là vấn đề còn nhiều bí ẩn. Lord Kelvin23 đã đề nghị rằng Mặt Trời là
một vật thể lỏng đang lạnh đi một cách từ từ, vì vậy nó đang phát ra nhiệt dự trữ
bên trong lòng nó. Sau đó, Kelvin và Hermann von Helmholtz24 đưa ra cơ chế
Kelvin-Helmholtz để giải thích lượng năng lượng tỏa ra này. Năm 1890, Joseph
Lockyer25, người đã phát hiện ra heli trong quang phổ của Mặt Trời, đã đưa ra giả
thuyết thiên thạch về sự hình thành và tiến hóa của Mặt Trời. Mãi cho đến năm
1904 thì vấn đề này mới được giải quyết. Ernest Rutherford26 cho rằng lượng bức
xạ Mặt Trời có thể đã được duy trì bởi một nguồn nhiệt bên trong nó, và đó là hoạt
động phân rã phóng xạ. Tuy nhiên, Albert Einstein27là người đã đưa ra mối quan hệ
giữa nguồn năng lượng phát ra từ Mặt Trời với phương trình cân bằng khối lượng- năng lượng E = mc2.
23 William Thomson, Nam c
tƣớ thứ nh t
ấ Kelvin (26/6/1824-17/12/1907) là m t ộ nhà vật lý và
kỹ sư toán học người Ireland gốc Scotland.
24 Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (31/8/1821 8/ – 9/ ) 1894 là m t ộ bác và sĩ nhà vật lý người Đức. Su t ố cuộc đời ông c ng ố
hiến cho khoa học, ông được công nhận là m t ộ trong
những nhà khoa học tiên phong của thế kỉ 19.
25 Sir Joseph Norman Lockyer (17/5/1836-16/8/1920) là nhà thiên văn người Anh. Cùng với
nhà khoa học người Pháp Pierre Janssen, ông đã khám phá ra heli. Lockyer cũng được nhớ đến
như là người thành lập và chủ bút đầ
u tiên của tạp chí Nature.
26 Ernest Rutherford (1871 - 1937) là m t
ộ nhà vật lý người New Zealand hoạt động trong lĩnh
vực phóng xạ và cấu tạo nguyên tử. Ông được coi là "cha đẻ" của vật lý hạt nhân; sau khi đưa ra
mô hình hành tinh nguyên tử để giải thích thí nghiệm trên lá vàng. Ông khám phá ra rằng nguyên
tử có điện tích dương tập trung trong hạt nhân rất bé, và từ đó đi đầu cho việc phát triển mẫu Rutherford, còn g i ọ là mẫu hành tinh c a ủ nguyên t .
ử Ông được giải Nobel hóa h c ọ vào năm 1908.
27 Albert Einstein (14/3/1879-18/4/1955) là nhà vật lí học người Đức, cha đẻ c a ủ Thuyết tương
đối, một trong hai trụ cột của Vật lí ọ
h c hiện đại (bên cạnh Cơ học ng lượ
tử). Công trình của ông
cũng được biết đến vì ảnh hưởng của nó đối với triết học của khoa ọc. h Phương trình E= mc2
được mệnh danh là phương trình i nổ tiế ấ
ng nh t thế giới. Ông đã nhận được giải thưởng Nobel ậ v t
lý năm 1921. Đại văn hào Bernard Shaw đã ọi
g Albert Einstein là “VĨ NHÂN THỨ TÁM” của
Thế giới khoa học, sau Pythagoras, Aristotle, Ptolemy, Copernicus, Galileo, Kepler và Newton.
Năm 1920, Sir Arthur Eddington28 đề xuất rằng áp suất và nhiệt động trong lõi
của Mặt Trời có thể phát sinh một phản ứng hợp hạch hạt nhân theo đó các hạt nhân
hidro (proton) hợp lại tạo ra hạt nhân heli, quá trình này sinh ra năng lượng đồng
thời sẽ làm giảm dần khối lượng. Lượng hydro chiếm ưu thế trong Mặt Trời
được Cecilia Payne29 xác nhận vào năm 1925. Quan điểm lý thuyết về tổng hợp hạt
nhân được các nhà vật lý thiên văn Subrahmanyan Chandrasekhar30 và Hans
Bethe31 phát triển vào thập niên 1930. Hans Bethe đã tính toán chi tiết hai phản ứng
sinh năng lượng chính trên Mặt Trời. Sau cùng, một bài báo có ảnh hưởng lớn
của Margaret Burbidge32 được xuất bản năm 1957 với tựa là "Sự tổng hợp các
nguyên tố của các Sao" ("Synthesis of the Elements in Stars"). Bài báo đã minh hoạ
28 Sir Arthur Stanley Eddington (28/12/1882-22/11/1944) là một nhà thiên văn c họ , nhà vật lý
và nhà toán học người Anh. Ông cũng là m t
ộ triết gia của khoa học và là người phổ biến khoa
học. Giới hạn Eddington, giới hạn tự nhiên đối ới độ v
sáng của các ngôi sao hoặc bức xạ được tạo ra bởi s b ự i ồ t l ụ ên m t ộ vật thể nh g
ỏ ọn, được đặt tên để vinh danh ông.
29 Cecilia Helena Payne-Gaposchkin (nhũ danh Payne; 10/5/1900-7/12/1979) là một nhà thiên văn ọ
h c và nhà vật lý thiên văn người Mỹ gốc Anh, người đã đề xuất trong luận án tiến sĩ năm 1925 c a
ủ mình rằng các ngôi sao được cấu tạo chủ yếu từ hydro và heli. Kết luận t độ phá c a ủ Bà
ban đầu đã bị bác bỏ vì nó mâu thuẫn với trí tuệ khoa học thời bấy giờ, cho rằng không có s khác ự
biệt đáng kể về nguyên tố giữa Mặt trời và Trái đất. Những quan sát độc lập cuối cùng đã chứng minh luận điểm c a ủ Bà là đúng.
30 Subrahmanyan Chandrasekhar (19/10/1910-21/8/1995) là m t
ộ nhà vật lý thiên văn người
Mỹ gốc Ấn. Ông đã được trao giải thưởng Nobel Vật lí năm 1983 với William A. Fowler vì "...
nghiên cứu lý thuyết về các quá trình vật lí có tầm quan trọng i
đố với cấu trúc và sự tiến hóa của
các ngôi sao". Nghiên cứu toán học về tiến hóa sao của ông đã mang i
lạ nhiều mô hình lí thuyết
hiện tại về các giai đoạn tiến hóa sau này của các ngôi sao lớn và các lỗ đen. Giới hạn
Chandrasekhar được đặt theo tên ông.
31 Hans Albrecht Bethe (2/7/1906-6/3/2005) là nhà vật lí hạt nhân người M ỹ gốc Đức. Năm
1967, ông được trao giải Nobel Vật lí cho những nghiên c u v ứ
ề lí thuyết tổng hợp hạt nhân sao.
32 Eleanor Margaret Burbidge, sinh 12/8/1919, là nhà vật lí thiên văn người Mỹ gốc Anh có
nhiều đóng góp quan trọng. Bà cũng nắm giữ nhiều chức vụ hành chính, bao gồm cả Giám đốc
Đài thiên văn Hoàng gia Greenwich.
một cách thuyết phục rằng hầu hết các nguyên tố trong vũ trụ đã và đang được tổng
hợp bằng các phản ứng hạt nhân bên trong các ngôi sao, giống như Mặt Trời.
Các vệ tinh đầu tiên được thiết kế để giám sát Mặt Trời là Pioneer 5, 6, 7, 8 và
9 của Cục Quản trị Hàng không và Không gian Quốc gia Hoa Kỳ (NASA), được
phóng lên trong khoảng 1959 - 1968. Các vệ tinh mang máy dò này quay quanh
Mặt Trời với khoảng cách tương tự như vệ tinh bay quanh Trái Đất, và thực hiện
các đo đạc chi tiết đầu tiên về gió Mặt Trời và trường từ Mặt Trời. Pioneer 9 vận
hành trong thời gian tương đối dài và truyền dữ liệu về đến năm 1987. Trong thập
niên 1970, hai vệ tinh Helios và Skylab cùng với kính thiên văn Apollo cung cấp
cho các nhà khoa học những dữ liệu mới về gió Mặt Trời và vành nhật hoa. Hai bộ
phận thăm dò Helios 1 and 2 kết hợp giữa Hoa Kỳ và Đức cùng nghiên cứu gió Mặt
Trời bay trong quỹ đạo của Sao Thủy ở điểm cận nhật. Trạm không gian Skylab
được NASA phóng năm 1973 gồm các mô-đun quan sát Mặt Trời gọi là Apollo
Telescope Mount, mô-đun này được vận hành bởi các nhà du hành vũ trụ sốn g trên
đó. Skylab đã thực hiện các quan sát thời gian đầu tiên về các vùng Mặt Trời
chuyển động qua và sự phát xạ tia tử ngoại từ vành nhật hoa. Các phát hiện bao
gồm các giám sát đầu tiên về sự phát xạ vật chất vành nhật hoa, còn gọi là "coronal
transients", và các hố nhật hoa, ngày nay cho thấy rằng nó liên quan đến gió Mặt
Trời. Năm 1980, vệ tinh Solar Maximum Mission được phóng bởi NASA. Vệ tinh
này được thiết kế để giám sát các tia gamma, tia X và U V từ các vết lóa Mặt
Trời trong suốt thời gian hoạt động của Mặt Trời mạnh và độ sáng Mặt Trời. Tuy
nhiên, chỉ một vài tháng sau khi phóng, một sự cố về điện làm cho đầu dò chuyển
sang chế độ dự phòng, và phải mất 3 tháng hoạt động ở chế độ này. Năm 1984,
Space Shuttle Challenger STS-41 đã khôi phục được vệ tinh và sửa hệ thống điện
trước khi đưa nó trở vào quỹ đạo. Solar Maximum Mission đã cung cấp hàng ngàn
tấm ảnh về vành nhật hoa trước khi trở về khí quyển Trái Đất tháng 6 năm 1989.
Một trong những chương trình quan trọng là phóng "Đài quan sát Mặt Trời và nhật
quyển" (SOHO-Solar and Heliospheric Observatory) vào ngày do Cơ quan Vũ trụ
châu Âu (ESA) và NASA hợp tác. Soho nằm tại một điểm khá đặc biệt trong
không gian, điểm Lagrange L1. Điểm Lagrange là điểm nằm giữa Trái Đất và mặt
trời, cách Trái Đất chừng 1,6 triệu km, nơi có điểm trọng lực cân bằng giữa các
hành tinh. Sự giàu có của các nguyên tố trong quang quyển được biết rất rõ từ các
nghiên cứu quang phổ thiên văn, nhưng thành phần bên trong Mặt Trời thì được
biết ít hơn. Tàu Genesis, được thiết kế để lấy mẫu gió Mặt Trời, cho phép các nhà
thiên văn có thể trực tiếp đo đạc thành phần vật chất của Mặt Trời. Nó trở lại Trái
Đất năm 2004 và lẽ ra sẽ được phân tích, nhưng nó đã bị hư hại nặng khi hạ cánh
do dù không mở khi đi vào bầu khí quyển của Trái Đất. 3. Ánh sáng
Từ xa xưa con người đã biết ánh sáng sinh ra từ Mặt Trời và rất dễ quan sát các
hiệu ứng ánh sáng. Nhưng ánh sáng cấu tạo bằng gì và nó truyền từ nơi này sang nơi khác như thế nào? Hạt và sóng
Ngay từ cuối thế kỉ 17, Newton đã cố giải đáp các câu hỏi này. Ông nghĩ rằng
ánh sáng có thể cấu tạo bằng hạt hoặc sóng và ông không muốn loại trừ khả năng
nào. Tuy nhiên, vì lý thuyết hạt phù hợp với hầu hết các hiện tượng đã biết, nên nó
được các môn đệ của Newton chấp nhận. Nhà vật lý Hà Lan Christian Huygens33
không tin theo lý thuyết hạt. Năm 1690, ông đưa ra một số lý do để tin rằng ánh
sáng truyền đi dưới dạng sóng. Tuy chứng lý của ông rất mạnh, nhưng phải hơn 100
năm sau, một thí nghiệm quan trọng mới củng cố cho lý thuyết sóng. Vào đầu thế
kỷ 20 đã có những khám phá tiếp theo về bản chất ánh sáng. Các khám phá này đã
chứng tỏ rằng cả những người ủng hộ Newton lẫn Huygens đều đúng theo những cách hiểu nào đó. Ánh sáng và sóng
Trong cuốn Luận về Ánh sáng, công bố năm 1960, Christian Huygens đã bác
bỏ lí thuyết hạt về ánh sáng. Ông cho rằng vì ánh sáng đi nhanh như vậy, chúng bắt
nguồn từ sóng ánh sáng, được truyền đi bởi “ête”, một chất vô hình, không có trọng
lượng tồn tại khắp nơi trong không gian vũ trụ. Trong “Nguyên lí Huygens”, ông
chứng tỏ rằng mỗi một điểm trên sóng có thể được coi là nơi phát sinh các sóng nhỏ
của chính nó, để rồi chúng cộng vào nhau tạo thành mặt đầu sóng. Ý tưởng này đã
giải thích hợp lí hiện tượng khúc xạ. Vì sóng có thể đan xuyên nhau nên lí thuyết
của ông cũng giải thích được tại sao các tia sáng không đâm vào nhau khi gặp nhau.
33 Christian Huygens (1629-1695) là nhà toán học, vật lý học và phát minh, người
đã chế tạo đồng hồ quả lắc đầu tiên và khám phá ra vành đai xung quanh sao Thổ.
Đặc tính ánh sáng
Có ba đặc tính quan trọng nhất của ánh sáng: ánh sáng đi theo đường thẳng, nó
có thể phản xạ, và có thể bị khúc xạ khi chuyển từ môi trường này sang môi trường
khác. Ở đây trình bày các cách hiểu ánh sáng khác nhau – theo lí thuyết hạt và theo
lí thuyết sóng – để giải thích các đặc tính nói trên. Vận tốc ánh sáng
Xưa kia hầu hết mọi người đều nghĩ rằng tốc độ ánh sáng là vô hạn. Khi nghiên
cứu khoa học về ánh sáng bắt đầu thì quan niệm đó mới dần dần thay đổi. Alhazen34
cho rằng ánh sáng đi rất nhanh nhưng vẫn có một tốc độ hữu hạn. Đánh giá đầu tiên
về tốc độ ánh sáng đã được một nhà thiên văn học Đan Mạch tên là Roemer35 thực
hiện vào năm 1675. Roemer đã quan sát chuyển động của các vệ tinh sao Mộc và
nhận thấy rằng những khoảng thời gian mà chúng xuất hiện và biến mất dường như
có thay đổi trong năm. Ông đoán rằng nguyên nhân là do khoảng cách từ Trái Đất
tới sao Mộc thay đổi trong chu trình một năm, do đó khoảng cách mà ánh sáng phải đi cũng thay đổi.
Bằng một số phép toán đơn giản, Roemer đã ước lượng tốc độ ánh sáng vào
khoảng 220.000 km/s. Con số ước tính đầu tiên dựa vào thí nghiệm trên Trái Đất
được Armand Fizeau36 và một con số khác do Leson Foucault37 tính toán sau đó
34 Abū ʿ Ali al-Hasan ibn al-Hasan ibn al-Haytham (1/7/965-6/3/1040; tiếng Ả Rập: و بأ يل ع,
ﻦﺳ ح لا ن ب ﻦﺳ ح لا ن ب ﻢﺛ ي ه لا), thường được biết đến là ibn al-Haytham (tiếng Ả Rập: ن با
ﻢﺛ ي ه لا), được Latin hóa là Alhazen hoặc Alhacen, là nhà toán học, nhà thiên văn học, nhà triết h c
ọ Ả Rập. Ông có nhiều đóng góp cho sự phát triển của khoa học H i
ồ giáo nói riêng và khoa h c ọ nói chung.
35 Ole Christensen Rømer (25/9/1644-19/9/1710) là một nhà thiên văn học người Đan Mạch.
Ông là người đã thực hiện ững nh
phép đo định lượng tốc độ ánh sáng đầu tiên. Trong văn học khoa h c ọ , tên c c
ủa ông thường đượ viết như "Roemer", "Römer", hay "Romer".
36 Armand Hippolyte Louis Fizeau (23/9/1819-18/9/1896) là nhà vật lý người Pháp. Vào năm
1849, Fizeau trở thành người đầu tiên xác định bằng thực nghiệm m t
ộ giá trị khá chính xác cho vận tốc ánh sáng.
một năm, cho thấy ước lượng của Roemer là quá thấp. Ngày nay tốc độ ánh sáng
trong chân không được viết khá chính xác là 300.000 km/s.
Đo thời gian ánh sáng trên mặt đất
Armad Fizeau38 (1819-1896) đã đo thời gian đi của một chùm ánh sáng tới một
chiếc gương đặt cách xa 9km rồi bị phản xạ trở lại. Ông đã dùng một bánh xe răng
cưa quay rất nhanh để đo. Trên đường xuất phát ánh sáng đi qua một khe răng cưa.
Nếu bánh xe quay đủ nhanh, ánh sáng có thể lọt qua khe răng cưa bên cạnh trên
đường trở về. Biết được tốc độ quay của bánh xe Fizeau có thể tính được tốc độ ánh sáng. Ánh sáng trong vũ trụ
Trong thế kỉ 19, hầu hết các nhà khoa học đều cho rằng vũ trụ “trống rỗng”
thực ra không trống rỗng tí nào. Giống như Christian Huygens, họ đều tin rằng vũ
trụ chứa đầy một chất gọi là “ête truyền sáng”. Họ cho rằng sóng ánh sáng đi qua
ête, các ngôi sao và các hành tinh cũng di chuyển trong ête. Theo lí thuyết này thì
ête vô hình, không có ma sát và tuyệt đối tĩnh lặng.
Năm 1887, hai nhà vật lí người Mỹ Albert Michelson39 và Edward Morley40
đã thử áp dụng giao thoa để tìm xem Trái Đất di chuyển qua ête nhanh tới đâu tại cơ
37 Jean Bernard Léon Foucault (18/9/1819-11/2/1868) là m t
ộ nhà vật lý người Pháp n i ổ tiếng
với việc trình diễn con lắc Foucault, một thiết bị thể hiện tác dụng của sự quay của Trái đất. Ông
cũng thực hiện một phép đo ban đầu về tốc độ ánh sáng và phát hiện ra dòng điện xoay chiều.
38 Armand Hippolyte Louis Fizeau (23/9/1819-18/9/1896) là nhà vật lý người Pháp. Vào năm
1849, Fizeau trở thành người đầu tiên xác định bằng thực nghiệm m t
ộ giá trị khá chính xác cho vận tốc ánh sáng.
39 Albert Abraham Michelson (19/12/1852-9/5/1931) là m t
ộ nhà vật lý người Mỹ nổi tiếng với
công trình đo tốc độ ánh sáng và đặc biệt là thí nghiệm Michelson- Morley. Năm 1907, ông nhận
được giải thưởng Nobel ề v ậ
v t lý, trở thành người Mỹ đầu tiên giành giải thưởng Nobel ề v khoa học.
40 Edward Williams Morley (29/1/1838-24/2/1923) là m t ộ nhà khoa h c ọ người Mỹ, n i ổ tiếng
vì thí nghiệm Michelson-Morley.
sở mà ngày nay là Đại học Case Western Reserve. Nhưng mọi ý định của họ không
thành công: Họ không thể phát hiện một sự dịch chuyển nào. Các nguyên lí làm căn
cứ cho thí nghiệm này khá đơn giản. Một chùm ánh sáng được tách ra làm hai và
hai chùm sáng được cho đi vuông góc với nhau vào một loạt các gương. Nếu Trái
Đất di chuyển qua ête thì chùm ánh sáng nào đi tới đi lui qua luồng ête sẽ phải đi xa
hơn. Như vậy có nghĩa là các sóng của hai chùm ánh sáng sẽ hơi lệch pha nhau. Khi
hai chùm ánh sáng được đưa về gặp lại nhau thì nó phải sinh ra các vân giao thoa.
Trái Đất càng đi nhanh thì các sóng càng lệch pha. Đó là điều mà thí nghiệm lẽ ra
phải thể hiện. Michelson và Morley đã thiết kế thiết bị sao cho chỉ một khác biệt
chút ít giữa hai chùm sóng cũng sẽ tạo ra một kết quả nhận thấy được. Như vậy, thí
nghiệm của Michelson-Morley đã phủ định giả thuyết bức xạ điện từ truyền trong môi trường giả địn h ê-te.
Năm 1905 kết quả hóc búa này đã được Albert Einstein giải thích trong
thuyết tương đối hẹp của ông. Einstein cho rằng mọi chuyển động đều là tương đối.
Không thể có cái gọi là chuyển động tuyệt đối, vì không có cái gì đứng yên tuyệt
đối để làm mốc đo. Lí thuyết của ông đã đặt dấu chấm hết cho ête, và ngày nay các
nhà khoa học tin rằng ánh sáng có thể truyền trong chân không.
4. Các hành tinh trong Hệ Mặt Trời
Từ thời Hy Lạp cổ đại, con người đã nghiên cứu về Thiên văn học, tìm tòi, phát
hiện ra các vì sao, các thiên thể và những điều bí ẩn trong Vũ Trụ. Họ cũng đã có
một nền văn minh tương đối phát triển, đặc biệt là di sản văn hóa “Thần thoại Hy
Lạp”, một giá trị phổ biến vô cùng quý báu của nền văn hóa nhân loại. Người Hy
Lạp xưa đã dùng tên của những vị thần trong các câu chuyện thần thoại để đặt tên
cho các vì sao trên bầu trời.
Vào năm 146 trước Công nguyên, lúc bấy giờ Đế chế La Mã đang là một quốc
gia hùng mạnh, người La Mã đã tiến hành các cuộc chinh phạt vào các vùng xung
quanh trong đó có Hy Lạp. Hy Lạp bị xâm lược và đã bị nhập vào Đế quốc La Mã.
Người La Mã đã chịu ảnh hưởng và tiếp thu văn hóa Hy Lạp một cách mạnh mẽ,
trong đó có việc tiếp thu nền văn học “Thần thoại Hy Lạp”. “Thần thoại La Mã” ra đời dựa trên sự b ế
i n tấu lại từ “Thần thoại Hy Lạp”. Song sự b ế i n tấu này của
“Thần thoại La Mã” là rất ít, gần như nguyên mẫu với “Thần thoại Hy Lạp”, tên các
vị thần Hy Lạp chỉ đổi tên thành tiếng La Tinh. Tương tự như người Hy Lạp, người
La Mã cũng đã đặt tên cho các vì sao theo tên của các vị thần. Tiếp nối truyền thống
xa xưa, người Phương Tây ngày nay cũng đặt tên cho các thiên thể trên bầu trời
theo tên của các vị thần.
Hệ Mặt trời của chúng ta có 8 hành tinh chính theo thứ tự từ trong ra ngoài,
được đặt tên theo các vị thần Hy Lạp, đó là: sao Thủy ,sao Kim, Trái đất, sao Hỏa,
sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương, sao Hải Vương.
Dưới đây là một tổng quan ngắn gọn về 8 hành tinh chính trong hệ Mặt trời của chúng ta. 4.1. Sao Thủy (Mercury)
Sao Thủy là hành tinh nằm gần nhất với Mặt trời, chỉ lớn hơn so với Mặt trăng
của Trái đất một chút. Mặt ban ngày của nó bị hơ nóng bởi ánh nắng mặt trời, có
thể đạt 450 độ C (840 độ F), nhưng vào ban đêm, nhiệt độ hạ xuống âm đến hàng
trăm độ, dưới mức đóng băng. Sao Thủy hầu như không có không khí để hấp thụ
các tác động của thiên thạch, vì vậy bề mặt của nó bị “rỗ” với nhiều hố lớn, giống
như mặt trăng. Trải qua nhiệm vụ bốn năm, tàu vũ trụ MESSENGER của NASA đã
tiết lộ quang cảnh của hành tinh đó. Sao Thủy có đường kính là 4.878km, quỹ đạo
quay quanh Mặt Trời mất 88 ngày Trái đất.
Sao Thủy được biết đến bởi người La Mã và Hy Lạp cổ đại và có thể quan sát
bằng mắt thường. Sao Thủy được Hy Lạp cổ đại đặt tên là Hermet và người La Mã đặt tên là Mercury.
Hermes (tiếng Hy Lạp: Ἑρμῆς) là một trong 12 vị thần trên đỉnh
Olympus của thần thoại Hy Lạp, thần đã tạo ra đàn lia (lyre). Hermes là con
của Zeus và Maia. Hermes là thần bảo hộ cho kẻ trộm, người du lịch, các sứ
thần, mục đồng và chăn nuôi, người thuyết trình, thương nghiệp, khoa học kỹ
thuật, văn chương và thơ, các đơn vị đo lường, điền kinh, thể thao, sự khôn ngoan,
lanh trí, và các phát minh, sáng chế, ngôn ngữ. Ngoài ra, Hermes còn là vị thần đưa,
truyền tin của đỉnh Olympus và là người dẫn đường cho các linh hồn đến cửa địa
ngục. Người La Mã còn gọi thần là Mercury 4.2. Sao Kim (Venus)
Hành tinh thứ hai tính từ Mặt trời, sao Kim là hành tinh cực kỳ nóng, thậm chí
còn nóng hơn cả sao Thủy. Bầu không khí của hành tinh này rất độc hại. Áp suất
trên bề mặt sao Thủy sẽ nghiền nát và giết chết bạn. Các nhà khoa học mô tả vị trí
của sao Kim như là một hiệu ứng nhà kính mất kiểm soát (runaway greenhouse
effect). Kích thước và cấu trúc của sao Kim tương tự giống với Trái đất, bầu khí
quyển dày đặc, độc hại giữ nhiệt trong “hiệu ứng nhà kính” mất kiểm soát. Nhưng
điều kỳ lạ, sao Kim lại quay chậm theo hướng ngược lại với hầu hết các hành tinh khác.
Người Hy Lạp cho rằng sao Kim gồm hai vật thể khác nhau – một là bầu trời
vào buổi sáng và hai là vào buổi tối. Bởi vì nó là thường sáng hơn bất kỳ vật thể
nào khác trên bầu trời – ngoại trừ mặt trời và mặt trăng – sao Kim đã gây ra nhiều
báo cáo về vật thể bay không xác định (unidentified flying object – UFO).
Sao Kim có đường kính là 12.104 km, quỹ đạo quay quanh Mặt Trời mất 225 ngày Trái đất.
Sao Kim được biết đến bởi người La Mã và Hy Lạp cổ đại và có thể quan sát
bằng mắt thường. Sao Kim được Hy Lạp cổ đại đặt tên là Aphrodite và người La Mã đặt tên là Venus.
Venus (thần Vệ Nữ) là nữ thần trong thần thoại La Mã. Thần Venus được coi
như tương đương với nữ thần Aphrodite trong thần thoại Hy Lạp. Venus là vị thần
của tình yêu, cái đẹp, tình dục, sinh sản, bảo vệ nữ quyền. 4.3. Trái Đất
Hành tinh thứ ba tính từ Mặt trời, Trái đất là một hành tinh nước
(Waterworld), với hai phần ba hành tinh được bao phủ bởi đại dương và là hành
tinh duy nhất được biết đến có tồn tại sự sống. Bầu khí quyển của Trái đất là giàu
nitơ và oxy để duy trì sự sống. Bề mặt của Trái Đất quay quanh trục của nó với vận
tốc 467 mét mỗi giây – khoảng hơn 1.000 mph (1.600 kph) – tại đường xích đạo.
Hành tinh quay một vòng quanh Mặt trời với vận tốc 29km mỗi giây. Trái Đất có
đường kính là 12.104 km, quỹ đạo quay quanh Mặt Trời mất 365,24 ngày. 4.4. Sao Hỏa (Mars)
Hành tinh thứ tư tính từ Mặt trời, sao Hỏa là một hành tinh đất đá và lạnh. Bụi
bẩn là một oxit sắt, có mặt rất nhiều trên bề mặt hành tinh làm cho bề mặt nó hiện
lên với màu đỏ đặc trưng. Hành tinh sao Hỏa có những điểm tương đồng với Trái
đất: bề mặt đất đá, có núi và thung lũng, và hệ thống bão trải dài từ vị trí những cơn
bão lốc xoáy – giống như cơn gió xoáy mang bụi – đến những cơn bão bụi nhấn
chìm hành tinh. Bụi phủ kín bề mặt sao Hỏa và hành tinh sao Hỏa ngập tràn nước
đóng băng. Các nhà khoa học cho rằng hành tinh sao Hỏa sẽ ngập tràn nước lỏng
ngay khi nhiệt độ nóng lên, mặc dù hiện nay nó đang là một hành tinh lạnh và giống
sa mạc. Bầu khí quyển của sao Hỏa quá mỏng để nước lỏng tồn tại được trên bề mặt
hành tinh trong bất kể thời gian nào. Các nhà khoa học cho rằng hành tinh sao Hỏa
cổ đại có điều kiện tồn tại sự sống và hy vọng rằng các dấu hiệu về sự sống trong
quá khứ – thậm chí có trong sinh học ở hiện tại – có thể tồn tại được ở Hành tinh Đỏ.
Sao Hỏa có đường kính là 6.787 km, quỹ đạo quay quanh Mặt Trời mất 687 ngày Trái đất.
Sao Hỏa được biết đến bởi người La Mã và Hy Lạp cổ đại và có thể quan sát
bằng mắt thường. Sao Hỏa được người La Mã đặt tên là Mars.
Mars (tiếng Latinh: Mārs, Martis) là thần chiến tranh và người bảo vệ nông
nghiệp La Mã trong tôn giáo La Mã cổ và thần thoại La Mã. Ông là vị thần quan
trọng chỉ đứng sau thần Jupiter và thần Neptune đồng thời cũng là vị thần nổi bật
nhất trong tôn giáo của quân đội La Mã. Đa số lễ hội La Mã dành cho thần Mars
đều được tổ chức vào Tháng 3 (Tháng 3 trong tiếng Latinh (Martius) cũng là tháng
được đặt tên theo Mars) và Tháng 10, các tháng bắt đầu và kết thúc mùa chinh
chiến và thu hoạch. Dưới ảnh hưởng của văn hóa Hy Lạp, Mars được xem là tương
ứng với thần Ares trong t ầ
h n thoại Hy Lạp. Dù thế, nhân vật Mars khác Ares ở
nhiều điểm căn bản. Trong khi Ares bị xem là thế lực tàn phá và gây mất ổn định
thì Mars lại đại diện cho một sức mạnh quân sự theo hướng hòa bình. 4.5. Sao Mộc (Jupiter)
Hành tinh thứ năm tính từ Mặt trời, sao Mộc (Jupiter) là một hành tinh rất lớn,
lớn nhất trong hệ Mặt trời của chúng ta. Mộc tinh là một hành tinh khí khổng lồ,
chứa chủ yếu là khí hiđrô và heli. Lớp khí quyển ngoài cùng hiện lên với nhiều dải
mây ở những độ cao khác nhau, do kết quả của hiện tượng nhiễu loạn khí động và
tương tác với những cơn bão tại biên. Một đặc điểm nổi bật là Vết đỏ lớn (Great
Red Spot), một cơn bão khổng lồ được biết đến tồn tại ít nhất từ hàng trăm năm
trước. Sao Mộc có từ trường mạnh, với hàng tá mặt trăng xung quanh, trông nó
giống như hệ Mặt trời thu nhỏ.
Sao Mộc có đường kính là 139.822 km, quỹ đạo quay quanh Mặt Trời mất 11,9 năm Trái đất.
Sao Mộc được biết đến bởi người La Mã và Hy Lạp cổ đại và có thể quan sát
bằng mắt thường. Sao Mộc được người La Mã đặt tên là Jupiter.
Trong tôn giáo và thần thoại La Mã cổ đại, Jupiter (tiếng Latinh: Iuppiter)
hoặc Jove là vua của các vị thần và là vị thần của bầu trời và sấm sét. Người La Mã
xem Jupiter tương đương như Zeus (Thần Dớt) của thần thoại Hy Lạp cổ đại. 4.6. Sao Thổ (Saturn)
Sao Thổ là hành tinh thứ sáu tính theo khoảng cách trung bình từ Mặt trời,
được biết nhiều nhất là vành đai của nó. Khi Galileo Galileio lần đầu tiên nghiên
cứu về sao Thổ, vào đầu những năm 1600, ông nghĩ rằng sao Thổ là một vật thể
gồm có ba phần. Vì không biết Galileo Galileio đã nhìn thấy một hành tinh có vành
đai, các nhà thiên văn học đã bối rối khi nhìn vào bản vẽ thu nhỏ – hành tinh có một
vệ tinh lớn và hai vệ tinh nhỏ – trong ghi chú của Galileo Galileio, như một danh từ
trong câu dùng để mô tả về khám phá.
Hơn 40 năm sau, Christiaan Huygens sử dụng kính thiên văn với độ phóng đại
lớn hơn thì ông phát hiện ra đây là vành đai chứ không phải vệ tinh như Galileio
từng nghĩ. Những vành đai được tạo ra từ đá và băng đá. Các nhà khoa học vẫn
chưa chắc chắn được rằng sao Thổ được hình thành như thế nào. Hành tinh khí
khổng lồ này chứa chủ yếu là hydro và heli. Ngoài ra, Thổ tinh còn có nhiều mặt trăng.
Sao Thổ có đường kính là 120.500 km, quỹ đạo quay quanh Mặt Trời mất 29,5 năm Trái đất.
Sao Thổ được biết đến bởi người La Mã và Hy Lạp cổ đại và có thể quan sát
bằng mắt thường. Sao Thổ được người La Mã đặt tên là Saturn.
Saturn (tiếng Latinh: Saturnus) là một vị thần trong tín ngưỡn g La Mã cổ
đại và là một nhân vật trong thần thoại La Mã, được xem là tương đương
với Cronus trong thần thoại Hy Lạp. Saturn là một nhân vật phức tạp do có nhiều
giai thoại và lịch sử lâu dài về ông. Ông là vị thần đầu tiên của Capitol, nơi mà
trong hầu hết thời kỳ cổ đại gọi là Saturnius Mons và được xem là vị thần của sự
sinh ra, chết, sung túc, giàu có, nông nghiệp, đổi mới định kỳ và tự do. Trong những
phát triển về sau ông cũng trở thành vị thần của thời gian. Triều đại của ông được
miêu tả như thời Vàng Kim của sự giàu có và hòa bình. Đền Saturn ở Roman
Forum hiện là kho bạc nhà nước. Sao Thổ và Thứ Bảy trong tiếng Anh đều được đặt theo tên ông.
4.7. Sao Thiên Vương (Uranus)
Hành tinh thứ bảy tính từ Mặt trời, sao Thiên Vương là một hành tinh độc nhất.
Nó là hành tinh khí khổng lồ duy nhất có đường xích đạo vuông góc với quỹ đạo
của nó và gần như song song với mặt phẳng quỹ đạo của hành tinh. Các nhà thiên
văn cho rằng hành tinh va chạm với một số vật thể khác có kích thước giống hành
tinh trước kia, gây nghiêng. Độ nghiêng gây ra các mùa khắc nghiệt kéo dài hơn 20
năm và chu kỳ quỹ đạo của sao Thiên Vương bằng 84 năm Trái Đất. Thiên Vương
tinh có kích thước giống với Hải Vương tinh. Khí metantrong khí quyển khiến cho
sao Thiên Vương có màu lục – lam và có nhiều mặt trăng, vành đai mờ.
Sao Thiên Vương hiện lên đồng màu qua ảnh chụp của Voyager 2 năm 1986. Màu sắc của Thiên
Vương tinh phản ánh sự có mặt của bụi mờ quang hóa học hiđrocacbon trên cao, nằm phía trên
các đám mây mêtan. Màu lục lam là do sự hấp thụ của khí mêtan. -
Sao Thiên Vương có đường kính là 51.120 km, quỹ đạo quay quanh Mặt Trời mất 84 năm Trái đất.
Sao Thiên Vương được William Herschel phát hiện năm 1781 (trước đây
Herschel từng nghĩ đó là một ngôi sao) và có thể quan sát bằng mắt thường. Sao
Thiên Vương được ông đặt tên theo vị thần bầu trời của người Hy Lạp cổ là Uranus.
Uranus (tiếng La Tinh là Ouranos) theo tiến
g Hy Lạp nghĩa là bầu trời.
Trong thần thoại Hy Lạp, ông được coi là cha trời, bản thân ông là con và cũng là
chồng của Gaia, mẹ đất. Uranus và Gaia được coi là tổ tông của hầu hết các vị thần
Hy Lạp nhưng không được thờ cúng; Uranus cũng không xuất hiện trên các bình
gốm của Hy Lạp cổ. Hầu hết người Hy Lạp cổ đại cho rằng Uranus là tổ tiên của
mọi vật và coi như ông không có dòng dõi lớn hơn (cha mẹ của Uranus là không
có). Dưới sự ảnh hưởng của nhà triết học Cicero trong cuốn Nguồn gốc của thần
thánh (The Nature of Gods), ông ta khẳng định rằng Uranus là con
của Aether (không khí) và Hemera (ngày). Theo như bài thần thánh bí
hiểm (Orphic Hymns), Uranus là con trai của bóng đêm, Nyx (tiếng Roma là Caelus).
4.8. Sao Hải Vương (Neptune)
Tốc độ gió của sao Hải Vương đạt hơn 1.500 mph và những cơn gió hành tinh nhanh nhất trong hệ mặt trời.
Hành tinh thứ tám tính từ Mặt trời, Hải Vương tinh được biết đến nhờ những
cơn gió mạnh nhất – đôi khi còn nhanh hơn tốc độ âm thanh. Sao Hải Vương nằm ở
xa và lạnh. Hành tinh này nằm xa gấp 30 lần so với khoảng cách Trái đất tính từ
Mặt trời. Hải Vương tinh là hành tinh đầu tiên được dự đoán sự tồn tại bằng cách sử
dụng Toán học, trước khi nó được phát hiện. Sự bất thường trong quỹ đạo của sao
Hải Vương dẫn đến việc nhà thiên văn học người Pháp – Alexis Bouvard41 đã đề
nghị một số nhà thiên văn học khác quan tâm. Nhà thiên văn học người Đức –
41 Alexis Bouvard (27/6/1767-7/6/1843) là một nhà thiên văn học người Pháp. Dựa trên những
quan sát cẩn thận về sự bất thường trong chuyển động của Thiên vương tinh, ông đã đưa ra giả
thuyết về sự tồn tại của một hành tinh thứ tám trong Hệ Mặt Trời.
Johann Galle42 sử dụng các phép tính toán để hỗ trợ xác định Hải Vương tinh bằng
kính thiên văn năm 1846. Sao Hải Vương lớn hơn khoảng 17 lần so với Trái Đất.
Neptune (tiếng Latinh: Neptūnus) là thủy thần trong tôn giáo La Mã và thần
thoại La Mã, tương tự với vị thần Poseidon trong thần thoại Hy Lạp. Dưới ảnh
hưởng của văn hóa Hy Lạp, Neptune được diễn giải là em trai của Jupiter và Pluto,
hai vị thần cai quản Thiên đàng và Địa ngục.
Poseidon (tiếng Hy Lạp: Ποζειδῶν) là một trong 12 vị thần ngự trị trên đỉnh
Olympia trong Thần thoại Hy Lạp, là vị thần cai quản biển cả, và "người rung
chuyển Trái Đất", điều khiển các trận động đất, gây ra bởi các thần mã của
Poseidon. Poseidon được miêu tả với hình ảnh một người đàn ông lớn tuổi với mái
tóc xoăn và bộ râu bạc. Những vị thần biển Rodon trong thần thoại
Illyria, Nethuns trong thần thoại Etrusca, và Neptune trong thần thoại La Mã đều
tương tự như Poseidon. Poseidon là anh trai của Thần Zeus, em trai của Hades. Ông
là vị thần hộ vệ cho nhiều thành phố của Hy lạp, mặc dù bị mất quyền bảo vệ
Athens vào tay của Athena. Lục địa bí ẩn Atlantis được chọn là thủ phủ của ông.
Tiếng Việt còn dịch Poseidon và Neptune là Hải Vƣơng thần hoặc Vua thủy tề. 5. Trái Đất
Trái Đất là hành tinh thứ ba tính từ Mặt Trời trong tám hành tinh của hệ Mặt
Trời rộng lớn, đồng thời cũng là hành tinh lớn nhất trong các hành tinh đất đá
của hệ Mặt Trời xét về bán kính, khối lượng và mật độ vật chất. Nhìn về nhiều mặt,
Trái Đất là độc nhất vô nhị, là ngôi nhà chung của hàng triệu loài sinh vật, trong đó
có con người và cho đến nay đây là nơi duy nhất trong Vũ trụ được biết đến có sự
sống. Những phần Trái Đất ta nhìn thấy được chỉ là một phần rất nhỏ của cả hành tinh.
Lớp vỏ Trái Đất dày khoảng 5km ở đáy đại dương và 35km ở trên các lục địa.
Dưới lớp vỏ là lớp áo dày khoảng 3000km, gồm nhiều tầng do chất liệu đá silicat
nửa cứng tạo thành. Toàn bộ bề mặt Trái Đất được chia thành các mảng kiến
42 Johann Gottfried Galle (9/6/1812-10/7/1910) là nhà thiên văn học người Đức. Ông làm việc
và nghiên cứu tại đại Đài thiên văn học Berlin và i
Đạ học Breslau. Ông là người giúp danh tiếng
của Urbain Le Verrier được mọi người biết đến nhờ việc phát hiện ra sao Hải Vương.
tạo chuyển dịch chầm chậm. Trải qua hàng triệu năm, sự chuyển động này mới làm
thay đổi cấu trúc của các lục địa khi các mảng kiến tạo tương tác với nhau. 71% bề
mặt Trái Đất là nước mặn, phần còn lại là các lục địa và đảo, với hầu hết con người
định cư ở những vùng đất thuộc Bắc Bán cầu.
Ở trung tâm có một lõi ngoài cấu tạo bởi sắt niken nửa cứng và một lõi trong
cấu tạo bởi sắt niken cứng. Tại lõi trong, áp suất lớn gấp một triệu lần áp suất khí
quyển, còn nhiệt độ khoảng 4.500oC. Không thể nào mô phỏng nổi những điều kiện
như thế trong một phòng thí nghiệm, vì thế những thông tin về thứ kim loại cấu
thành lõi Trái Đất phải dựa vào sự p ỏ h ng đoán.
Sự khác biệt về nhiệt độ trong lõi trái đất đã tạo nên các dòng đối lưu, khi tồn
tại một “từ trường nguyên thủy” trong lõi, các dòng đối lưu này có vai trò như
“cuộn dây” trong máy phát điện. Dòng điện xuất hiện trong “cuộn dây” gây ra từ
trường Trái Đất. Theo thời gian, có lẽ trong hàng nghìn hoặc hàng vạn năm, hướng
của từ trường mới đảo ngược mặc dù ta không biết được nó diễn ra như thế nào. Có
thể tưởng tượng rằng các đường lực từ trường tạo ra những vòng đai lớn bao quanh
Trái Đất từ cực Bắc đến cực Nam. Chúng có chức năng như một tấm khiên bảo vệ
Trái Đất trước luồng năng lượng của các phân tử tích điện từ Mặt Trời tràn đến mà
ta vẫn gọi là gió Mặt Trời.
Phần ngoài cùng của Trái Đất là một tấm lá chắn khí, gọi là khí quyển. Nó trải
dài ít nhất là 1.000km phía trên bề mặt cứng của Trái Đất, nhưng 3/4 lớp khí quyển
bảo vệ sự sống này lại tập trung ở 10km thấp nhất. Khí quyển là một hỗn hợp nhiều
loại khí khác nhau cùng cấu thành không khí. Loại khí có nhiều nhất ở tầng khí
quyển thấp là Nitơ, chiếm 78%. Khí ôxy vốn rất cần cho sự sống của động vật trên
Trái Đất chiếm 21%. Khí cacbonic chỉ chiếm một phần nhỏ trong toàn bộ bầu khí
quyển lại rất quan trọng đối với sự sống của thực vật. Nó góp phần giữ cho nhiệt độ
khí quyển ổn định. Các khí khác -agon và neon- chiếm một phần vô cùng nhỏ bé
nhưng chúng lại là đầu mối để tìm hiểu về nguồn gốc của khí quyển Trái Đất. Khí
quyển Trái Đất chủ yếu hình thành từ những loại khí do núi lửa phun ra khi Trái
Đất bắt đầu xuất hiện, mặc dù một số khí như ôxy sau này mới có nhờ thực vật.
Tầng khí quyển gần mặt đất nhất gọi là tầng đối lưu. Tại đây, nhiệt độ và độ ẩm
thay đổi rất nhanh, còn không khí thì hỗn độn, tạo ta những loại hình thời tiết.
Trái Đất được hình thành cách đây 4,55 tỷ năm và sự sống xuất hiện trên bề
mặt của nó khoảng 1 tỷ năm trước. Các đặc điểm vật lý của Trái Đất cũng như lịch
sử địa lý hay quỹ đạo, cho phép sự sống tồn tại trong thời gian qua. Người ta hy
vọng rằng Trái Đất còn có thể hỗ trợ sự sống thêm 1,5 tỷ năm nữa, trước khi kích
thước của Mặt Trời tăng lên (Sao khổng lồ đỏ) và tiêu diệt hết sự sống.
Trái Đất tương tác với các vật thể khác trong không gian bao gồm Mặt Trời
và Mặt Trăng. Hiện quãng thời gian Trái Đất di chuyển hết một vòng quanh Mặt
Trời bằng 365,26 lần quãng thời gian nó tự quay một vòng quanh trục của mình.
Khoảng thời gian này bằng với một năm thiên văn tức 365,26 ngày trong dương
lịch. Trục tự quay của Trái Đất nghiêng một góc bằng 23,4° so với trục vuông góc
với mặt phẳng quỹ đạo, tạo ra sự thay đổi mùa trên bề mặt của Trái Đất trong
một năm chí tuyến. Mặt Trăng, vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất, đồng thời
cũng là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng thủy triều đại dương, bắt đầu quay
quanh Trái Đất từ 4,53 tỷ năm trước, vẫn giữ nguyên góc quay ban đầu theo thời
gian nhưng đang chuyển động chậm dần lại.
6. Sự sốn g 6.1. Sự sống là gì?
Hành tinh của chúng ta chứa chất đầy sự sống. Người ta có thể tìm thấy các
sinh vật trong vùng biển sâu, rất xa tầm lọt tới của tia sáng ban ngày, cũng như thấy
chúng ở những sườn dốc lộng gió của các ngọn núi cao nhất. Một số phát triển
trong bùn núi lửa dẻo quánh, nóng giãy tay, trong khi một số khác sống trên những
tảng đá trần trụi hoặc vùi sâu trong tuyết. Mặc dù sự sống rất phong phú ở khắp mọi
nơi, nhưng rất khó xác định định nghĩa của sự sống trên toàn cầu. Tuy nhiên, các
nhà khoa học nhìn chung chấp nhận khái niệm rằng biểu hiện sinh học của sự sống
được đặc trưng bởi tổ chức sinh vật, trao đổi chất, sinh trưởng, thích nghi, phản ứng
lại kích thích và sinh sản. Sự sinh sản là đặc tính được biểu hiện không chỉ bởi các
sinh vật, là các cá thể, mà bởi sự sống là toàn thể.
Sự sống cũng có thể được định nghĩa đơn giản bằng trạng thái tính chất của
các sinh vật. Chẳng hạn, đặc điểm chung của sinh vật trên cạn (thực vật, động
vật, nấm, sinh vật nguyên sinh, vi khuẩn cổ và vi khuẩn) là các tế bào, các tổ chức
phức tạp được hình thành trên cơ sở cacbon-và-nước, có sự trao đổi chất, có khả
năng sinh trưởng phát triển, phản ứng lại các kích thích và sinh sản. Một thực thể có
những đặc điểm này nhìn chung được gọi là sự sống. Tuy nhiên, không phải tất cả
định nghĩa về sự sống xem tất cả những tính chất trên là cần thiết. Sự sống nhân
tạo cũng có thể được xem là sự sống.
6.2. Thực vật và Động vật
Ban đầu Aristotle43 chia tất cả sinh vật sống thành thực vật và động vật. Trong
hệ thống phân loại của Linnaeus44, các sinh vật được phân thành giới
Vegetabilia (sau này là Plantae) và Animalia. Kể từ đó, việc phân chia trở nên rõ
ràng hơn. Plantae ban đầu được xác định bao gồm nhiều nhóm không liên quan,
nhưng nấm và nhiều nhóm khác của tảo đã được xếp vào các hệ mới. Tuy nhiên,
chúng vẫn thường được xem là thực vật trong một số ngữ cảnh. Vi khuẩn đôi khi
nằm trong hệ thực vật và một số hệ thống phân loại dùng từ hệ thực vật vi
khuẩn (bacterial flora) để tách biệt với hệ thực vật (plant flora). Hệ thống phân chia
sinh giới thành 2 giới Thực vật (Plantae) và Động vật (Animalia) của Linnaeus
được coi là hệ thống phân chia nguyên thuỷ. Tuy vậy, cho đến nay các nhà khoa
học vẫn chưa thống nhất được cách phân chia hệ thống sinh giới. Sau Linnaeus,
nhiều nhà khoa học khác đưa ra các hệ thống phân chia sinh giới phức tạp hơn như
4 giới của Copeland, 5 giới của Whittaker,… và gần đây nhất là 7 giới của Ruggiero và cộng sự năm 2015.
Thực vật và động vật là dạng sinh vật lâu đời nhất, phong phú nhất về số loài
trên Trái Đất. Các thành viên của cả hai “thế g ới
i ” này đều tạo thành từ các tế bào,
nhưng chúng sống theo những kiểu cách rất khác nhau. Thực vật tổng hợp chất hữu
cơ từ các vật liệu đơn giản nhờ quang hợp. Động vật không làm như vậy, chúng
phải ăn những thức ăn có sẵn. Mặc dù việc thống kê sinh vật đã có từ hơn 200 năm
nay, các nhà sinh học vẫn chưa xác định được chính xác có bao nhiêu loài thực vật
43 Aristotle (19/6/384 trước Công nguyên-7/3/322 trước Công nguyên) là một triết gia Hy Lạp trong thời k ỳ Cổ n
điể ở Hy Lạp cổ đại, người sáng lập Lyceum và trường phái triết học
Peripatetic và truyền th ng A ố
ristoteles. Ông đã được gọi là "Cha đẻ của triết học phương Tây".
44 Carl Linnaeus (23/5/1707-10/1/1778), cũng được biết đến với quý danh Carl von Linné, là
một nhà thực vật học, một bác sĩ kiêm nhà động vật học người Thụy Điển, người đã đặt nền móng
cho hệ thống danh pháp hiện đại. Ông được biết đến như là cha đẻ của hệ thống phân loại hiện đại ngày nay.
và động vật đang tồn tại. Hơn 2 triệu loài động và thực vật sống đã được xác định
và ước tính số lượng loài hiện có từ vài triệu đến hơn 50 triệu. Chẳng hạn, các nhà
thực vật học tin chắc rằng có khoảng 500 loài cây lá kim trên Trái Đất, nhưng theo
dõi dấu vết và phân biệt những con vật nhỏ lại khó hơn nhiều. Các nhà khoa học đã
phân loại được khoảng 15.000 loài giun tròn, nhưng một số nhà động vật học lại
cho rằng con số có thể lên đến 500.000 loài. Tuy nhiên, điều đáng báo động là tổng
số loài hiện đang giảm một cách nhanh chóng, đe dọa đến sự ổn định của cả hệ sinh thái.
Thực vật cũng giống như động vật, ban đầu xuất hiện ở dưới nước và chỉ về sau
mới tiến hóa thành những dạng có thể thích nghi với các điều kiện trên đất liền. Cây
cối lấy năng lượng từ ánh sáng mặt trời và sử dụng năng lượng này để biến các
nguyên liệu đơn giản thành thức ăn. Các loài cây đơn giản nhất sinh sản hữu tính
bằng cách tạo thành các bào tử nhỏ li ti tương tự các bào tử do nấm tạo ra. Những
loài cây tiến hóa hơn sinh sản bằng cách tạo ra hạt. Đó là những tập hợp tế bào phức
tạp hơn nhiều, thường có “kho lương thực” và một lớp vỏ bảo vệ. Toàn bộ giới thực
vật có trên 300.000 loài.
Động vật khác với thực vật ở nhiều điểm, ví dụ như động vật không thể tổng
hợp chất hữu cơ bằng cách quang hợp. Động vật phản ứng nhanh hơn trước thế giới
xung quanh chúng và chúng thể hiện hàng loạt hành vi khi chúng tác động với các
sinh vật khác. Người ta đã biết khoảng 1 triệu loài động vật, sắp xếp thành 30
ngành. Một số ngành có tương đối ít loài, được tìm thấy ở những vùng cư trú hạn
chế như các vùng biển sâu. Ngành động vật đông đúc nhất là ngành chân khớp.
6.3. Sự sống bắt đầu như thế nào?
Từ buổi bình minh của lịch sử, con người đã tự hỏi, cuộc sống trên hành tinh
của chúng ta bắt đầu ra sao? Đã có một thời gian dài, hầu như mọi người đều tin
rằng nó được tạo ra một cách đặc biệt. Nhiều người còn giữ quan điểm này nhưng
phần lớn các nhà khoa học nghĩ ngược lại. Họ cho rằng những dạng sống ban đầu
cực kì đơn giản và có lẽ xuất hiện qua hàng loạt phản ứng hóa học ngẫu nhiên xảy
ra gần bốn triệu triệu năm về trước. Một dẫn chứng quan trọng chứng minh ý tưởng
này xuất hiện vào năm 1953, khi một nhà hóa học Mĩ tên là Stanley Miller45 đã thực
45 Stanley Lloyd Miller (1930-2007) là nhà hóa học người Mỹ gốc Do Thái. Ông còn là một trong hai
người đã tiến hành thí nghiệm nổi tiếng Urey-Miller (người còn lại chính là thầy Harold Urey của ông) để
hiện một thí nghiệm quan trọng. Ông thiết lập một phòng kín, mô phỏng những điều
kiện của Trái Đất thuở sơ khai. Khi ông phân tích các chất sinh ra, ông phát hiện
nhiều khối kiến tạo hóa học mà thông thường chỉ những sinh vật mới “chế tạo” được.
Vào năm 1990, một nhà khoa học Mĩ khác là Julian Rebek46 đã điều chế được
một hợp chất tổng hợp tự nó có thể tái sinh-đặc trưng chủ yếu của sự sống. Mặc dù
đã đạt được những thành công này, vẫn còn lại nhiều câu hỏi về nguồn gốc sự sống.
Chưa có ai biết các khối kiến tạo hóa học kết nối với nhau như thế nào để tạo thành
axit nucleic; axit nucleic nào xuất hiện đầu tiên hoặc sự sống hình thành ở đâu trước
tiên. Một số nhà hóa học cho rằng sự sống sinh ra thông qua một quá trình tiếp nối
hiếm hoi của những sự kiện vô cùng bất ngờ. Những nhà khoa học khác lại tin rằng
sự sống hầu như xuất hiện sớm hơn hoặc muộn hơn.
6.4. Có không sự sống bên ngoài Trái Đất?
Như đã nói ở trên, Trái Đất chỉ là một trong nhiều hành tinh và Mặt Trời của
chúng ta chỉ là một trong số hàng tỉ vì sao trong Vũ Trụ. Đối với nhiều nhà khoa
học, điều đó nói lên rằng rất có thể sự sống còn tồn tại ở những nơi khác nữa. Tuy
nhiên, mặc dù có vô số những báo cáo về Vật thể bay lạ (UFO) và những cuộc thăm
viếng của người ngoài hành tinh, nhưng chưa bao giờ người ta tìm thấy một dẫn
chứng trực tiếp về sự sống bên ngoài Trái Đất. Các nhà khoa học vì vậy phải dựa
trên các phỏng đoán hoặc tìm kiếm các bằng chứng gián tiếp để tìm hiểu khả năng
tồn tại sự sống ở một nơi nào khác. Một trong những người đầu tiên áp dụng Toán
học vào sự phỏng đoán này là nhà khoa học Mĩ Frank Drake47. Phương trình Drake
chứng minh những giả thuyết về sự sống mà người thầy của ông đưa ra. Nhờ có thí nghiệm này, Miller và
Urey đã chứng minh được giả thuyết của Urey đúng đắn bằng cách phát hiện ra một sô axit amin. Trong số
này, Stanley Miller đã nhận ra được vài loại.
46 Julius Rebek, Jr., sinh ngày 11/4/1944, là m t
ộ nhà hóa học Mĩ gốc Hungaria. Ông cũng là
chuyên gia về t ghép phân t ự ử.
47 Frank Donald Drake (sinh ngày 28/5/1930) là nhà thiên văn h c
ọ và vật lý thiên văn người
Mỹ. Ông tham gia vào việc tìm kiếm trí thông minh ngoài trái đất, bao gồm việc thực hiện nh n ữ g
nỗ lực quan sát đầu tiên trong việc phát hiện truyền thông ngoài trái đất vào năm 1960 trong Dự
án Ozma, phát triển phương trình Drake và tạo ra Thông điệp Arecibo, m t ộ mã hóa k ỹ thuật số
mô tả thiên văn và sinh học về T t
rái đấ và các dạng sống của nó để truyền vào vũ trụ.
dự báo số các nền văn minh tiên tiến có thể có trong thiên hà của chúng ta, bằng
cách nhân bảy tham số, trong đó có số ngôi sao trong thiên hà, xác suất (cho bằng tỉ
số) có các hành tinh và xác suất (cho bằng tỉ số) của các hành tinh trên đó có thể
xuất hiện sự sống. Thật không may, hầu hết các tham số này rất khó xác định. Một
vài cách chọn giá trị cho các tham số này dẫn đến con số các nền văn minh tiên tiến
là bằng 0, trong khi đó với các giá trị khác, con số ấy lên tới hàng triệu.
Các nhà nghiên cứu vật lí cho rằng, nếu có sự tồn tại một nền văn minh ngoài
hành tinh, họ cũng thể đã cố gắng chọn nhiều cách khác nhau để gửi thông tin trên
khắp thiên hà. Tín hiệu khả dĩ nhất để có thể truyền đi xa qua các khoảng cách rộng
lớn trên thiên hà mà năng lượng ít bị suy giảm nhất là sóng vô tuyến trong dải tần
số 1000 đến 3000 MHz. Đây là lí do mà tất cả các nhà khoa học nghiên cứu về sự
sống ngoài trái đất đều tập trung tìm kiếm tín hiệu sóng vô tuyến trong dải tần số
này. Cho đến nay, mặc dù đã sử dụng đến kính thiên văn hiện đại nhất (của Mỹ đặt
ở Arecibo Puerto Rico, của Pháp đặt ở Nancy…) các nhà khoa học vẫn chưa thu
được tín hiệu khả dĩ nào. Mặc dù vậy, hiện nay, công việc tìm kiếm vẫn tiếp tục
dưới sự tài trợ thích đáng của các nước phát triển.
7. Hệ sinh thái 7.1. Hệ sinh thái là gì?
Không một sinh vật hoặc nhóm sinh vật nào có thể tồn tại biệt lập. Mọi sinh
vật, dù là thực vật hay động vật đều cần năng lượng và thức ăn từ môi trường bên
ngoài để tồn tại, và sự sống của mọi sinh vật, tức các loài, đều có ảnh hưởng qua lại.
Việc nghiên cứu mối quan hệ giữa các sinh vật (bên trong các loài và giữa các loài)
và giữa chúng với môi trường sống của chúng đưa đến khái niệm hệ sinh thái. Về
mặt lịch sử, năm 1935, Arthur Tansley48, nhà thực vật học người Anh, là người đầu
tiên đưa ra khái niệm “Hệ sinh thái”.
Hệ sinh thái được cấu thành bởi các thành phần hữu sinh là quần xã sinh vật và
thành phần vô sinh là sinh cảnh (môi trường vô sinh của quần xã). Sinh vật trong
quần xã luôn tác động lẫn nhau và đồng thời tác động qua lại với các thành phần vô
48 Arthur Tansley (15/8/1871-25/11/1955), nhà th c
ự vật học người Anh, là người đi tiên phong trong nghiên c u ứ các quần xã th c ự vật. Ông là người n ủ g h
ộ cách tiếp cận sinh thái i đố với Thực vật học.
sinh của sinh cảnh. Nhờ đó, hệ sinh thái là một hệ thống sinh học hoàn chỉnh và
tương đối ổn định. Trong hệ sinh thái, trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng giữa
các sinh vật trong nội bộ quần xã và giữa quần xã với sinh cảnh của chúng biểu hiện
tính hệ thống và chức năng của một tổ chức sống. Eugene Odum49, một nhà sinh
thái học nổi tiếng nhận định rằng: "Bất cứ thành tố nào bao gồm tất cả sinh vật
(như: "quần xã") của một khu vực cho trước tương tác với môi trường vật lý cũng
chính là dòng năng lượng dẫn đến sự xác định rõ ràng cơ cấu dinh dưỡng, đa dạng
sinh học và các chu trình vật chất (như: trao đổi vật chất giữa những phần vô sinh
và hữu sinh) trong hệ thống của một hệ sinh thái." Hệ sinh thái còn bao gồm tương
tác giữa các sinh vật với nhau và giữa các sinh vật với môi trường của chúng. Cụ
thể hơn, trong hệ sinh thái, các loài có quan hệ với nhau và phụ thuộc nhau
qua chuỗi thức ăn và qua đó mà trao đổi vật chất và chuyển hoá năng lượng giữa
chúng với nhau cũng như với môi trường mà chúng sinh sống. Hệ sinh thái có thể
có kích thước bất kỳ nhưng mỗi hệ sinh thái có một không gian đặc biệt và có giới hạn.
Khoa học nghiên cứu các hệ sinh thái được gọi là Sinh thái học. Về lịch sử,
năm 1886, nhà sinh học Đức theo trường phái thuyết tiến hóa, Ernst Haeckel50 đã
đặt tên cho công trình nghiên cứu sinh vật và các quan hệ tương hỗ của chúng với
thế giới xung quanh là “oecology”. Ông đã sử dụng từ Hy Lạp “oikos”, nghĩa là
“nuôi trong nhà”. Đây cũng là từ nguyên của từ “kinh tế”, và Haeckel đã chỉ rõ thế
giới sống là một quần xã, trong đó mỗi loài giữ một vị trí trong “kinh tế” toàn cầu.
Thuật ngữ Ecology (Sinh thái học) với ý nghĩa như hiện nay lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1893.
7.2. Cấu trúc và thành phần của hệ sinh thái
49 Eugene Pleasants Odum (17/9/1913 10/ – 8/2002) là m t
ộ nhà sinh vật học người M n ỹ i ổ tiếng
với những công trình tiên phong về hệ sinh thái. Ông và anh trai Howard T. Odum đã viết cuốn
sách giáo khoa sinh thái h c ọ ph bi
ổ ến “Nguyên tắc cơ bản về sinh thái học (1953)”.
50 Ernst Heinrich Philipp August Haeckel (16/2/1834- 9/8/1919) là nhà vạn vật h c ọ , sinh học
và triết học người Đức. Ông chính là người đầu tiên đưa ra thuật ngữ "sinh thái học" vào năm 1886.
Không có định nghĩa duy nhất cho những gì cấu thành nên một "hệ sinh thái".
Chẳng hạn, nhà sinh thái học người Đức Ernst-Detlef Schulze51 cùng các đồng tác
giả đã xác định một hệ sinh thái là một khu vực "đồng nhất về sản lượng sinh học,
và bao gồm cả các dòng (có thể là vật chất, năng lượng) bên trên và bên dưới mặt
đất của khu vực đang xét".
Cấu trúc và thành phần của hệ sinh thái được xác định bởi nhiều yếu tố môi
trường tương quan. Những biến đổi về các yếu tố này sẽ khơi mào những thay đổi của hệ sinh thái.
Năng lượng, nước, nitơ v
à khoáng trong đất là thành phần phi sinh học thiết
yếu của một hệ sinh thái. Năng lượng được sử dụng bởi các hệ sinh thái đến chủ
yếu từ Mặt Trời, thông qua quá trình quang hợp. Quang hợp sử dụng năng lượng từ
Mặt Trời và cố định CO2 từ khí quyển. Động vật cũng đóng một vai trò quan trọng
trong sự trao đổi của vật chất và chuyển hóa năng lượng trong các hệ sinh thái.
Chúng ảnh hưởng đến lượng sinh khối của thực vật và vi sinh vật có trong hệ thống.
Khi chất hữu cơ bị phân giải sau khi sinh vật chết đi, carbon lại được thải vào khí
quyển. Quá trình này cũng tạo điều kiện cho việc quay vòng dinh dưỡng bằng cách
phân giải các chất hữu cơ được dự trữ trong sinh khối ở các sinh vật đã chết trở lại
thành một dạng chất vô cơ có thể được thực vật và các vi sinh vật khác sử dụng lại.
Hệ sinh thái được kiểm soát bởi cả hai yếu tố bên ngoài và bên trong. Các yếu
tố bên ngoài như khí hậu, vật liệu gốc tạo thành đất, địa hình và thời gian, tất cả đều
có ảnh hưởng lên hệ sinh thái. Tuy nhiên, những yếu tố bên ngoài này, tự chúng
không bị ảnh hưởng bởi hệ sinh thái. Hệ sinh thái cũng không phải là cố định,
chúng có thể bị nhiễu loạn định kỳ và thường ở trong quá trình hồi phục từ những
nhiễu loạn trong quá khứ để tiến đến cân bằn .
g Các yếu tố bên trong thì lại khác,
chúng không chỉ kiểm soát các quá trình của hệ sinh thái mà còn bị kiểm soát bởi
chính hệ sinh thái. Hay nói cách khác, các yếu tố bên trong phải chịu tác động từ các vòng phản hồi.
Sinh quyển là phần lớp vỏ bao bọc bên ngoài của Trái Đất – bao gồm toàn bộ
những phần có sinh vật sinh sống trong các lớp đất, đá, nước, không khí, và các quá
51 Ernst-Detlef Schulze (sinh ngày 12/9/1941) là nhà thực vật học người Đức .
trình sinh học diễn ra trong đó. Có thể nói cách khác, sinh quyển là toàn bộ những
phần của khí quyển, thuỷ quyển và thạch quyển mà ở đó có sinh vật sinh sống. Sinh
quyển dày khoảng 20 km, bao gồm lớp đất dày khoảng vài chục mét (thuộc địa
quyển), lớp khí cao 6-7 km (thuộc khí quyển) và lớp nước đại dương có độ sâu tới
10-11 km (thuộc thuỷ quyển).
Trên quan điểm địa sinh học, sinh quyển là một hệ sinh thái toàn cầu tích hợp
tất cả dạng sống và các mối quan hệ giữa chúng, bao gồm sự tương tác giữa chúng
với các thành tố như thạch quyển (đất, đá), thủy quyển (nước) và khí quyển (khí).
Hiện tại toàn bộ Trái Đất chứa hơn 75 tỉ tấn (khoảng 6,8×1013 kg) sinh khối, trong
đó các loài sống ở nhiều môi trường khác nhau trong sinh quyển.
Con người hoạt động trong các hệ sinh thái và có thể ảnh hưởng đến cả yếu tố
bên trong lẫn yếu tố bên ngoài. Sự ấm lên toàn cầu là một ví dụ về tác động tích lũy
từ các hoạt động của con người. Hệ sinh thái mang lại lợi ích, được gọi là "lợi ích
hệ sinh thái", mà con người thường dựa vào cho sinh kế của họ. Quản lý tổng hợp
hệ sinh thái thì hiệu quả hơn là cố gắng quản lý các loài riêng lẻ trong đó.
II. Những quy luật cơ bản của Thế g ớ i i tự nhiên
1. Quy luật là gì?
Quy luật là mối liên hệ bản chất, tất nhiên, phổ biến và lặp lại giữa các sự vật,
hiện tượng hay giữa các yếu tố cấu thành, các thuộc tính của sự vật, hiện tượng.
"Khái niệm quy luật là một trong những giai đoạn của sự nhận thức của con người
về tính thống nhất và về liên hệ, về sự phụ thuộc lẫn nhau và tính chỉnh thể của quá
trình thế giới" (V. I. Lenin, Toàn tập, NXB Tiến bộ, Mátxcơva, 1981, tr.159-160).
Quy luật có hai tích chất cơ bản nhất, đó là:
*) Quy luật có tính khách quan: Mọi quy luật đều tồn tại khách quan, con người
không thể sáng tạo ra quy luật cũng không thể làm trái quy luật. Khả năng cơ bản
của con người là nhận thức và vận dụng quy luật.
*) Quy luật mang tính ổn định: Mọi quy luật đều phản ánh mối liên hệ lặp đi lặp lại
giữa các yếu tố trong sự vật, hiện tượng hoặc giữa các sự vật, hiện tượng với nhau.
2. Phân loại quy luật
Căn cứ vào phạm vi tác động của quy luật, người ta có thể phân ra các loại:
Quy luật riêng; Quy luật chung; Quy luật phổ biến.
- Quy luật riêng là quy luật của một lĩnh vực nhất định như quy luật vật lí, quy luật
hóa học, quy luật sinh học,…
- Quy luật chung là quy luật tác động trong các lĩnh vực có liên quan mật thiết với nhau.
- Quy luật phổ biến là quy luật tác động trong mọi lĩnh vực tự nhiên, xã hội và tư duy.
Căn cứ vào lĩnh vực tác động của quy luật, người ta có thể phân ra các loại:
Quy luật tự nhiên; Quy luật xã hội; Quy luật của tư duy.
- Quy luật tự nhiên là quy luật của thế giới tự nhiên.
- Quy luật xã hội là quy luật hoạt động của con người.
- Quy luật của tư duy là quy luật phản ánh mối liên hệ nội tại của các khái niệm, phán đoán.
Lưu ý rằng quy luật tự nhiên và quy luật xã hội đều mang tính khách quan
nhưng quy luật xã hội khác với quy luật tự nhiên ở chỗ nó được hình thành thông
qua hoạt động thực tiễn của con người.
3. Quy luật của Thế giới tự nhiên là gì?
Theo quan điểm như đã nêu ở trên, quy luật của Thế giới tự nhiên (còn gọi tắt
là quy luật tự nhiên) là mối liên hệ bản chất, tất nhiên, phổ biến và lặp lại giữa các
sự vật, hiện tượng tự nhiên hay giữa các yếu tố cấu thành, các thuộc tính của sự vật,
hiện tượng tự nhiên. Như vậy, các quy luật tự nhiên phản ánh sự vận động và biến
đổi của Thế giới tự nhiên. Con người nhận thức và vận dụng các quy luật tự nhiên,
đặc biệt những quy luật phổ quát của Thế giới tự nhiên, không chỉ “giải thích thế
giới”, mà còn “cải tạo thế giới”. Những hiểu biết đó không những giúp con người
mở rộng kho tàng tri thức mà còn giúp con người phát triển kinh tế-xã hội, nâng cao
đời sống vật chất và tinh thần.
Do Thế giới tự nhiên là đa dạng và phức tạp nên xem xét tính đúng đắn của một
quy luật tự nhiên là một vấn đề thú vị. Các quy luật chỉ ra những mối quan hệ giữa
các biến, trong đó các biến là những khái niệm có thể mang những giá trị khác
nhau. Nếu a, thì b, theo đó, a đại diện cho một hoặc nhiều biến độc lập và b đại diện
cho biến phụ thuộc. Về hình thức, đây là một phát biểu về quy luật. Nếu mối quan
hệ giữa a và b là không đổi, quy luật ở đây là tuyệt đối. Nếu mối quan hệ giữa a và
b lặp đi lặp lại nhiều lần, dù không phải là bất biến, thì quy luật đó có thể được phát
biểu như sau: Nếu a, thì b với xác suất x. Một quy luật không chỉ đơn thuần dựa vào
mối quan hệ giữa các biến đã được tìm thấy, mà còn phụ thuộc vào việc quan hệ đó
có lặp đi lặp lại hay không. Sự lặp đi lặp lại khiến người ta kỳ vọng rằng nếu tôi
tìm thấy a trong tương lai thì với xác suất nhất định tôi sẽ tìm thấy b. Trong khoa
học tự nhiên, ngay những quy luật dù mang tính xác suất cũng bao hàm yêu cầu về
điều kiện cần. Bên cạnh khái niệm “quy luật”, người ta còn sử dụng khái niệm “có
tính quy luật”, ở đây ngụ ý yêu cầu thấp hơn về điều kiện cần. Tuy nhiên, mệnh đề
đó sẽ không bao giờ giống như là một quy luật trừ khi mối quan hệ đó được tìm
thấy một cách đáng tin cậy là đã thường xuyên diễn ra trong quá khứ đến mức
người ta kì vọng cao rằng điều đó sẽ tiếp tục xảy ra trong tương lai với xác suất tương tự.
4. Những quy luật cơ bản của Thế giới tự nhiên
Tuy Thế giới tự nhiên là đa dạng và phức tạp, luôn vận động và phát triển
nhưng Thế giới tự nhiên cũng tuân thủ các quy luật của chính nó. Trong số các quy
luật của Thế giới tự nhiên, đa số các nhà khoa học thừa nhận sáu quy luật cơ bản
phản ánh sáu thuộc tính cốt lõi sau đây của Thế giới tự nhiên: Tính đa dạng Tính cấu trúc Tính hệ thống Tính tuần hoàn
Tính vận động và biến đổi Tính tương tác
4.1. Quy luật về sự đa dạng của Thế giới tự nhiên
Những dạng điển hình của Thế giới tự nhiên mà chúng ta đã trình bày ở trên
cho ta thấy rõ sự đa dạng của thế giới tự nhiên. Sự đa dạng đó giúp duy trì sự cân
bằng trong các hệ sinh thái và cung cấp cho con người những tài nguyên hữu ích.
Chẳng hạn, sự đa dạng của thế giới vô sinh cung cấp cho con người tài nguyên,
khoáng sản, năng lượng,… phục vụ cho cuộc sống của con người. Đa dạng sinh học
có vai trò đặc biệt quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường
ở Việt Nam, là cơ sở đảm bảo an ninh lương thực, duy trì nguồn gen vật nuôi, cây
trồng, cung cấp nguyên vật liệu cho xây dựng và các nguồn nhiên liệu, dược liệu...
Bảo tồn đa dạng sinh học không chỉ là vấn đề của một quốc gia, một địa phương,
vùng lãnh thổ hay một cá nhân mà là vấn đề chung của tất cả các nước.
Vậy đa dạng sinh học là gì?
Đa dạng sinh học (tiếng Anh: biodiversity) được định nghĩa là sự khác nhau
giữa các sinh vật sống ở tất cả mọi nơi, bao gồm: các hệ sinh thái trên cạn, sinh thái
trong đại dương và các hệ sinh thái thuỷ vực khác, cũng như các phức hệ sinh thái
mà các sinh vật là một thành phần trong đó. Thuật ngữ đa dạng sinh học này cũng
bao hàm sự khác nhau trong một loài, giữa các loài và giữa các hệ sinh thái khác nhau.
Thuật ngữ "đa dạng sinh học" được đưa ra lần đầu tiên bởi hai nhà khoa học
Elliot Norse52 và McManus vào năm 1980. Định nghĩa này bao gồm hai khái niệm
có liên quan với nhau là: đa dạng di truyền (tính đa dạng về mặt di truyền trong một
loài) và đa dạng sinh thái (số lượng các loài trong một quần xã sinh vật). Cho đến
nay đã có hơn 25 định nghĩa nữa cho thuật ngữ "đa dạng sinh học" này. Trong đó,
định nghĩa của tổ chức FAO (Tổ chức Lương nông Liên hiệp quốc) cho rằng: "đa
dạng sinh học là tính đa dạng của sự sống dưới mọi hình thức, mức độ và mọi tổ
hợp, bao gồm đa dạng gen, đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái".
4.2. Quy luật về tính cấu trúc của Thế giới tự nhiên
Thế giới tự nhiên tuy đa dạng, luôn vận động và phát triển nhưng chúng ta có
thể nhận thấy mọi sự vật, hiện tượng tồn tại trong Thế giới tự nhiên đều có cấu trúc
nhất định. Thông thường, các cấu trúc đó được mô phỏng bởi các mô hình. Vì thế,
52 Elliot A. Norse (sinh năm 1947, người Mĩ) là một nhà sinh vật h c
ọ bảo tồn rừng và biển.
khi nghiên cứu về thế giới tự nhiên, các nhà khoa học thường xây dựng nên các mô
hình đại diện cho các sự vật, hiện tượng trong tự nhiên. Các mô hình được xây dựng
để tạo điều kiện cho việc hiểu biết các quá trình và các cấu trúc không thể được quan
sát trực tiếp, hoặc để đưa ra dự đoán một cách hợp lý và dễ dàng hơn. Mô hình hành
tinh của nguyên tử của Rutherford hay Mô hình nguyên tử của Bohr53 đã giúp con
người hiểu được cấu trúc của thế g ớ
i i vi mô, từ đó ra đời Vật lí hạt nhân và nhiều
chuyên ngành khác nữa của Vật lí học hiện đại.
Với những sự vật, hiện tượng tồn
tại trong Thế giới tự nhiên mà có cấu
trúc quan sát được thì các cấu trúc đó
thường hiển hiện ở dạng hình học nào
đó, hình đơn lẻ hoặc hình tổ hợp. Chính
ở đây, Toán học cung cấp cho chúng ta
phương tiện nhận thức cấu trúc của các
sự vật, hiện tượng trong tự nhiên bằng
cách mô hình hóa cấu trúc của chúng về
những dạng hình. Chẳng hạn, con người
cũng vậy, từng bộ phận đều có thể quy
về các hình hình học cơ bản và toàn thể
cũng là một hình có thể xác định được. Các tinh thể trong Hóa học lại có cấu trúc
được thể hiện qua các đa diện đặc biệt, trong đó có các đa diện đều.
Đa số của các thực thể trong Tự nhiên là không nhẵn, không tròn, là n ữ h ng thứ
rối ren, chằng chịt. Sự không đều đặn của các thực thể không phải tuyệt đối ngẫu
nhiên, mà trong hình thể không đều đặn có đều đặn. Nhiều thực thể có mức độ
không đều đặn luôn không đổi ở những thang bậc, mỗi thang bậc phản ánh một mức độ đều đặn. N ữ
h ng thực thể như thế được gọi là thực thể Fractal. Với những thực
thể Fractal, dù vị trí quan sát gần hay xa thì những chi tiết nhỏ khi đến gần hiện ra
giống như nhìn từ xa, vật thể vẫn thể hiện bấy nhiêu mức của tính không đều đặn.
53 Niels Henrik David Bohr (7/10/1885 18/ –
11/1962) là nhà vật lý học người Đan Mạch với
những đóng góp nền tảng về lý thuyết cấu trúc nguyên tử và cơ học ng lượ tử sơ khai, nhờ đó mà
ông nhận Giải Nobel Vật lý năm 1922.
Một chi tiết lặp lại bên trong một chi tiết lớn hơn, họa tiết này nằm trong họa tiết
lớn hơn giống như thế,… mãi cho đến vô tận. Cấu trúc Fractal của thực thể được
thấy ở mọi nơi, từ Địa chất học cho đến Thực vật học, Động vật học, Truyền tin,
Công nghệ ảnh, Kinh tế học,… và trong cả Kiến trúc. Qua một số cấu trúc Fractal
tiêu biểu cho ta thấy cấu trúc tự nhiên luôn tuân thủ một nguyên tắc hình học xác
định, đây cũng là cách mà tự nhiên xác lập trật tự để tạo ra sự hài hòa trong sự hỗn
độn của toàn thể. Hình học Fractal do Benoit Mandelbrot54 sáng lập đã cung cấp
cho ta một công cụ mạnh để hiểu cấu
trúc của các thực thể Fractal.
Cũng cần phải nói thêm rằng tuy
việc xây dựng các mô hình là đặc biệt
quan trọng trong nghiên cứu về Thế giới
tự nhiên nhưng làm thế nào để chúng ta
biết được các mô hình được sử dụng là
đại diện tốt hay chưa của hệ thống t ự h c
vẫn là những câu hỏi khó cho các nhà
khoa học. Vì thế, việc cải tiến các mô
hình hay xây dựng các mô hình mới dựa
trên những mô hình trước đó, là công
việc thường xuyên của các nhà khoa học
nối tiếp nhau từ thế hệ này sang thế hệ
khác. Chúng ta sẽ thấy rõ hơn điều đó
qua lịch sử xây dựng các mô hình của nguyên tử.
Sau khi phát hiện ra electron (nhưng trước khi khám phá ra hạt nhân nguyên
tử!), các nhà khoa học nhận thấy nguyên tử có hai thuộc tính là: 1) các điện tử là
các hạt tích điện âm và 2) nguyên tử là tích điện trung hòa. Để giải thích cho điều
54 Benoit B. Mandelbrot (20/11/1924-14/10/2010) là một nhà toán học và người Pháp gốc Ba Lan, Pháp
và Mỹ, có mối quan tâm rộng rãi trong các ngành khoa học thực tế, đặc biệt là về nghệ thuật về sự gồ ghề
"của các hiện tượng vật lý và" yếu tố không kiểm soát được trong cuộc sống ". Ông tự gọi mình là
"fractalist" và được công nhận vì đã đóng góp cho lĩnh vực hình học fractal, bao gồm đặt từ "fractal", cũng
như phát triển một lý thuyết về "sự thô ráp và tự tương tự" trong tự nhiên.
này, nhà vật lí J. J. Thomson55 cho rằng nguyên tử cũng phải có một nguồn tích điện
dương cân bằng điện tích âm của các điện tử. Ông đã xem xét ba mô hình hợp lý có
thể đáp ứng các thuộc tính đã biết của các nguyên tử tại thời điểm đó:
1. Mỗi electron có điện tích âm ghép cặp với một hạt tích điện dương đi theo nó
ở khắp mọi nơi bên trong nguyên tử.
2. Các điện tử tích điện âm tích tụ ở một khu vực trung tâm của điện tích dương
có cùng độ lớn như tất cả các điện tử.
3. Các electron âm chiếm một vùng không gian mà chính nó là một điện tích
dương (thường được coi là một loại "súp" hoặc "đám mây" của điện tích dương).
Thomson đã chọn khả năng thứ ba là
khả năng phù hợp nhất với cấu trúc nguyên
tử, và công bố mô hình đề xuất của mình
trong tạp chí khoa học hàng đầu của Anh
là Philosophical Magazine ấn bản tháng 3 năm 1904.
Theo quan điểm của Thomson: “... các
nguyên tử của các nguyên tố bao gồm một
số các hạt nhân điện tích âm được bao bọc
trong một bầu khí quyển tích điện dương,
...” . Mô hình này thường được gọi là mô
hình mứt mận hay mô hình bánh pudding
(tiếng Anh: Plum pudding model).
55 Sir Joseph John "J.J." Thomson (18/12/1856
– 30/8/1940) là nhà vật lý người Anh, người đã
có công phát hiện ra điện tử (electron) và chất đ ng ồ vị, ng đồ
thời phát minh ra phương pháp ph ổ
khối lượng. Ông được trao giải thưởng Nobel vật lý năm 1906 cho công trình khám phá ra điện
tử. Một trong những thành tựu lớn nhất của Thomson cho khoa học hiện đại chính là tài năng
giảng dạy thiên tài của ông, bảy người trợ lý nghiên cứu của ông, trong đó có Ernest Rutherford,
cũng như con trai ông đều giành được giải Nobel vật lý. Con trai của J.J. Thomson là George
Paget Thomson giành giải Nobel vật lý năm 1937 vì đã phát hiện ra tính chất của sóng điện tử.
Sau khi qua đời, ông được chôn tại thánh đường Westminster cạnh Sir Isaac Newton.
Năm 1909, theo sự chỉ đạo của Rutherford, Hans Geiger56 và Ernest Marsden57
tiến hành thí nghiệm, mà sau này gọi là thí nghiệm Rutherford, tại Đại học
Manchester, Anh quốc. Họ chiếu dòng hạt alpha vào các lá vàng mỏng và đo số hạt
alpha bị phản xạ, truyền qua và tán xạ. Họ khám phá ra một phần nhỏ các hạt alpha đã phản hồi lại.
Nếu cấu trúc nguyên tử có dạng như mô hình mứt mận thì sự phản hồi xảy ra
rất yếu, do nguyên tử là môi trường trộn lẫn giữa điện tích âm (của điện tử) và điện
tích dương (của proton), trung hòa điện tích và gần như không có lực tĩnh điện giữa
nguyên tử và các hạt alpha.
Năm 1911, Rutherford giải thích kết quả thí
nghiệm trên, với giả thiết rằng nguyên tử chứa
một hạt nhân mang điện tích dương nhỏ bé trong lõi, với nhữn
g điện tử mang điện tích âm khác
chuyển động xung quanh nó trên nhữn g quỹ
đạo khác nhau, ở giữa là những khoảng không. Khi
đó, hạt alpha khi nằm bên ngoài nguyên tử không
chịu lực Coulomb58, nhưng khi đến gần hạt nhân
mang điện dương trong lõi thì bị đẩy do hạt nhân và
hạt alpha đều tích điện dương. Do lực Coulomb tỷ
lệ nghịch với bình phương khoảng cách nên hạt
nhân cần có kích thước nhỏ để đạt lực đẩy lớn tại
các khoảng cách nhỏ giữa hạt alpha và hạt nhân. Từ
56 Johannes "Hans" Wilhelm "Gengar" Geiger (30/9/1882-24/9/1945) là nhà vật l ý người
Đức, nổi tiếng trong lĩnh vực ậ v t lý hạt nhân P . hát minh quan trọn ấ
g nh t của Geiger đó là bộ đếm Geiger-Müller.
57 Sir Ernest Marsden (19/2/1889 15/ – 12/1970) là m t
ộ nhà vật lý người Anh-New Zealand. Ông được ố qu c tế công ậ
nh n vì những đóng góp của ông cho khoa học khi làm việc dưới thời Ernest
Rutherford, dẫn đến việc phát hiện ra nh ng l ữ
ý thuyết mới về cấu trúc c a ủ nguyên tử.
58 Charles-Augustin de Coulomb (14/6/1736 – 23/8/1806) là m t
ộ kỹ sư và nhà vật lý quân sự
người Pháp. Ông là người khám phá ra định luật mô tả lực hút và lực đẩy tĩnh n, điệ ngày nay ọ g i
là Định luật Coulomb. Đơn vị điện tích SI, coulomb, được đặt tên để vinh danh ông vào năm 1908.
đó, Rutherford đã đề xuất Mô hình hành tinh của nguyên tử, trong đó hạt nhân nhỏ
bé nằm tại tâm của nguyên tử, còn các electron bay quanh hạt nhân trên các quỹ đạo
như các hành tinh bay quanh Mặt Trời. Có thể coi sự ra đời của m ô hình Rutherford
chính là sự khai sinh cho khái niệm hạt nhân nguyên tử. Sau khám phá này, việc
nghiên cứu về nguyên tử được tách ra làm hai nhánh: Vật lí hạt nhân nghiên cứu về
hạt nhân nguyên tử, và Vật lí nguyên tử nghiên cứu cấu trúc của các electron bay quanh.
Tuy nhiên, mô hình Rutherford lại không thể giải thích được cấu trúc quỹ đạo
của electron liên quan đến các quá trình hóa học; đặc biệt không giải thích được tại
sao nguyên tử tồn tại cân bằng bền và electron không bị rơi vào trong hạt nhân. Mô
hình này sau đó được thay thế bằng mô hình bán cổ điển của Niels Bohr vào
năm 1913 và mô hình lượng tử về nguyên tử.
Dù cho nó không chính xác, mô hình
nguyên tử Rutherford thường được dùng
trong các minh họa trong các phương tiện thông tin đại chúng như là biểu
tượng cho nguyên tử. Ví dụ như mô hình này
được vẽ trên cờ của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế.
Năm 1913, Bo đã vận dụng thuyết lượng
tử ánh sáng vào hệ thống nguyên tử và đề ra
một mẫu nguyên tử mới mang tên mình. Mô
hình nguyên tử của Bohr mô tả nguyên
tử gồm một hạt nhân nhỏ, mang điện tích
dương có các electron di chuyển xung quanh
trên các quỹ đạo tròn-tương tự cấu trúc của hệ Mặt Trời nhưng lực hấp dẫn được thay bằn
g lực tĩnh điện. Mô hình này đã giải thích rất thành công nhiều hiện tượng
vật lí, chẳng hạn công thức Rydberg59 về các vạch quang phổ của nguyên tử hyđrô.
59 Johannes (Janne) Robert Rydberg (8/11/1854 – 28/12/1919) là m t
ộ nhà vật lý người Thụy
Điển. Năm 1888, ông là đưa ra công thức mô tả các bước sóng của photon (ánh sáng và các bức xạ điện t ừ khác) phát ra t
ừ những thay đổi mức năng lượng của electron trong nguyên tử hydro.
Công thức đó ngày nay gọi là công thức Rydberg.
Trong Công nghệ thông tin, dữ liệu của các bài toán thực tế đều được tổ chức
dưới các dạng có cấu trúc trước khi được chuyển hóa cho máy tính thực hiện. Cụ
thể một cấu trúc dữ liệu là một định dạng cho việc tổ chức, xử lý, thu hồi và lưu trữ
dữ liệu. Mỗi cấu trúc dữ liệu chứa đựng thông tin về giá trị dữ liệu, mối quan hệ giữa các dữ l ệ
i u và các phép toán thực hiện trên dữ liệu đó.
Các cấu trúc dữ liệu được phân loại theo đặc tính, có thể có các đặc tính sau:
- Tuyến tính hoặc không tuyến tính: Đặc tính này mô tả các phần tử dữ liệu
được sắp xếp có thứ tự (ví dụ như danh sách, mảng) hay là không có thứ
tự (ví dụ như đồ thị).
- Đồng nhất hoặc không đồng nhất: Đặc tính này mô tả tất cả các phần tử
trong kho dữ liệu có thuộc cùng một loại hay nhiều loại khác nhau.
- Tĩnh hoặc động: Cấu trúc dữ liệu tĩnh có kích thước, cấu trúc và vị trí lưu
trữ trong bộ nhớ là cố định; Trong khi với cấu trúc dữ liệu động thì các
thông tin này có thể thay đổi theo ngữ cảnh sử dụng.
Một số ví dụ cấu trúc dữ liệu cơ bản:
- Ngăn xếp: Ngăn xếp (stack) là một cấu trúc dữ liệu bao gồm các đối
tượng dữ liệu được sắp xếp theo thứ tự tuyến tính, một trong hai đầu được
gọi là đỉnh của ngăn xếp. Ngăn xếp
Chúng ta chỉ có thể truy cập tới đối tượng dữ liệu ở đỉnh của ngăn xếp,
thêm một đối tượng dữ liệu mới vào đỉnh của ngăn xếp và loại đối tượng
dữ liệu ở đỉnh ra khỏi ngăn xếp. Ví dụ chồng sách hoặc chồng đĩa là một ngăn xếp.
- Hàng đợi: Cũng như ngăn xếp, hàng đợi (Queue) là cấu trúc dữ liệu tuyến
tính. Hàng đợi là một danh sách các đối tượng, một đầu của danh sách
được xem là đầu hàng đợi, còn đầu kia của danh sách được xem là đuôi
hàng đợi. Với hàng đợi, chúng ta chỉ có thể xen một đối tượng mới vào
đuôi hàng và loại đối tượng ở đầu hàng ra khỏi hàng. Ví dụ hàng đợi trong
hệ thống bán vé xem phim.
Hàng đợi xếp hàng mua vé xem phim
- Cây: Là cấu trúc dữ liệu không tuyến tính. Cây là một trong các cấu trúc
dữ liệu quan trọng nhất trong khoa học máy tính. Hầu hết các hệ điều
hành đều tổ chức các file dưới dạng cây. Cây được sử dụng trong thiết kế
chương trình dịch, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, đặc biệt trong các vấn đề tổ
chức dữ liệu để tìm kiếm và cập nhật dữ liệu hiệu quả. Một ví dụ điển
hình về cây là tập hợp các thành viên trong một dòng họ với quan hệ cha –
con. Trừ ông tổ của dòng họ này, mỗi một người trong dòng họ là con của
một người cha nào đó trong dòng họ. Biểu diễn dòng họ dưới dạng đồ thị
hướng: quan hệ cha – con được biểu diễn bởi các cung của đồ thị, nếu A
là cha của B, thì trong đồ thị có cung đi từ đỉnh A tới đỉnh B. Xem xét các
đặc điểm của đồ thị định hướng này, chúng ta đưa ra định nghĩa cây như sau:
o Cây là một đồ thị định hướng thỏa mãn các tính chất sau:
Có một đỉnh đặc biệt được gọi là gốc cây
Mỗi đỉnh C bất kỳ không phải là gốc, tồn tại duy nhất một đỉnh
P có cung đi từ P đến C. Đỉnh P được gọi là cha của đỉnh C, và C là con của P
Có đường đi duy nhất từ gốc tới mỗi đỉnh của cây. Cây gia phả dòng học
- Đồ thị: Đồ thị là một mô hình toán học được sử dụng để biểu diễn một tập
đối tượng có quan hệ với nhau theo một cách nào đó. Chẳng hạn trong
khoa học máy tính, đồ thị được sử dụng để mô hình hoá một mạng truyền
thông, kiến trúc của các máy tính song song,... Rất nhiều vấn đề trong các
lĩnh vực khác như công nghệ điện, hoá học, chính trị, kinh tế,... cũng có
thể biểu diễn bởi đồ thị. Đồ thị có thể được định nghĩa một cách hình thức
như sau: Một đồ thị định hướng G = (V,E) gồm một tập hữu hạn V các
đỉnh và một tập E các cung. Mỗi cung là một cặp có thứ tự các đỉnh khác
nhau (u,v), tức là (u,v) và (v,u) là hai cung khác nhau. Đồ thị mạng máy tính
4.3. Quy luật về tính hệ thống của Thế giới tự nhiên
Vật chất trong tự nhiên tồn tại và được tổ chức thành các hệ thống. Vậy trước
tiên chúng ta phải xác định được 4.3.1. Hệ thống là gì? Hệ t ố
h ng là một tổng thể bao gồm một nhóm các thực thể tương tác hoặc liên
quan với nhau tạo thành một thể thống nhất để thực hiện một chức năng. Mỗi bộ
phận của hệ thống thực hiện một vai trò khác nhau và tương tác qua lại với nhau,
đảm bảo việc thực hiện chức năng chung của toàn bộ hệ thống.
Một hệ thống được phân định bởi các ranh giới không gian và thời gian, được
bao quanh và ảnh hưởng bởi môi trường của nó, được mô tả bởi cấu trúc và mục
đích của nó và được thể hiện trong chức năng của nó.
Thuật ngữ "hệ thống" xuất phát từ tiếng Latin systēma, nguyên gốc từ tiếng Hy
Lạp ζύζηημα. Systēm ban đầu được hiểu như là "toàn bộ khái niệm được tạo thành
từ một số bộ phận hoặc thành viên".
Hệ thống là đối tượng nghiên cứu của Lí thuyết hệ thống. Lí thuyết hệ thống
xem thế giới là một hệ thống phức tạp gồm các phần kết nối với nhau. Chúng ta xác
định phạm vi của một hệ thống bằng cách xác định ranh giới của nó; điều này có
nghĩa là lựa chọn thực thể nào là bên trong hệ thống và thực thể nào là bên ngoài hệ thống, p ầ
h n thuộc về môi trường. Người ta có thể tạo ra các biểu diễn (mô hình)
đơn giản hóa của hệ t ố
h ng để hiểu nó và dự đoán hoặc tác động đến hình thái tương
lai của nó. Những mô hình này có thể xác định cấu trúc và hình thái của hệ thống.
4.3.2. Có những hệ thống nào tồn tại xung quanh chúng ta?
Có các hệ thống trong Tự nhiên như các hệ cơ quan trong cơ thể sống (hệ tiêu
hóa, hệ sinh sản,…) hay hệ thống Mặt Trăng – Trái Đất – Mặt Trời (chu kì chuyển
động của Mặt Trăng quanh Trái Đất, chu kì chuyển động của Trái Đất quanh Mặt
Trời, hiện tượng nhật thực và nguyệt thực, hiện tượng thủy triều, hiện tượng mùa và
nguyên nhân dẫn đến hiện tượng mùa trên Trái Đất,…), cũng có những hệ thống
nhân tạo như mạch điện, hệ thống vận hành của một chiếc ô tô, hay đơn giản như
chiếc bút bi chúng ta viết hàng ngày cũng là một hệ thống.
Các hệ thống tự nhiên có thể không có mục tiêu rõ ràng nhưng hình thái của
chúng lại cho phép chúng ta quan sát được tính mục đích của hệ thốn . g Các hệ
thống do con người tạo ra đạt đến các mục đích khác nhau bằng một số hành động
được thực hiện bởi hoặc cùng với hệ thống.
Sinh giới cũng được phân chia theo hệ thống. Theo cấp độ tổ chức sống, sinh
giới bao gồm các cấp độ từ thấp đến cao như: phân tử, tế bào, mô, cơ quan, hệ cơ
quan, cơ thể, quần thể, quần xã và hệ sinh thái. Trong đó, hệ sinh thái lớn nhất
chính là Sinh quyển của Trái Đất. Phân chia hệ thống theo bậc phân loại, sinh giới
bao gồm các bậc: dạng (forma), thứ (varientas), loài (species), chi (genus), họ
(family), bộ (ordor), lớp (class), ngành (phylum/divisio), giới (kingdom), lãnh giới
(domain). Mỗi cấp độ của hệ thống có đặc điểm riêng và tăng dần từ cấp độ thấp lên
cấp độ cao về mức độ tổ chức, độ lớn, hoạt động chức năng,.... Hệ thống phân chia
đơn giản hơn chúng ta cũng có thể sử dụng là: loài, giống, họ, bộ, lớp, ngành, giới.
4.3.3. Các bộ phận của một hệ thống hoặc các hệ thống khác nhau tương tác với
nhau để thực hiện một chức năng như thế nào?
Trước hết, do hệ thống là tập hợp các phần tử có quan hệ hữu cơ với nhau, tác
động chi phối lẫn nhau theo các quy luật nhất định (để trở thành một chỉnh thể) nên
các bộ phận của một hệ thống phải liên quan; chúng phải được "thiết kế để hoạt
động như một thực thể nhất quán" - nếu không chúng sẽ là hai hoặc nhiều hệ thống riêng biệt.
Khái niệm hệ thống gắn bó chặt chẽ với khái niệm "kết cấu". Nếu hệ thống là
một thể thống nhất bao gồm các yếu tố có quan hệ và liên hệ lẫn nhau thì kết cấu là
tổng thể các mối quan hệ và liên hệ giữa các yếu tố của thể thống nhất đó. Như vậy,
kết cấu không nằm ngoài hệ thống. Đã là hệ thống thì phải có kết cấu. Khái niệm
kết cấu phản ánh hình thức sắp xếp của các yếu tố và tính chất của sự tác động lẫn
nhau của các mặt và các thuộc tính của chúng. Nhờ có kết cấu mà chúng ta hiểu
được vì sao phẩm chất của hệ thống nói chung không giống với tổng số phẩm chất
của các yếu tố tạo thành.
Trong thực tế, các yếu tố của hệ thống không phải là những điểm trừu tượng
mà là những hệ thống phức tạp. Mỗi yếu tố cũng có nhiều nhiều mặt, nhiều thuộc
tính, khi tác động lẫn nhau với các yếu tố khác của hệ thống không phải tất cả các
mặt, các thuộc tính của nó đều tham gia mà chỉ một số mặt, một số thuộc tính nào
đó mà thôi. Vì vậy, tính chất và phẩm chất của các liên hệ phụ thuộc vào đặc điểm
của các mặt nào đó của các yếu tố tham gia tác động lẫn nhau. Như vậy, những mặt
và thuộc tính của các yếu tố tham gia tác động lẫn nhau càng lớn thì két cấu của hệ
thống càng phức tạp. Cùng một số yếu tố, khi tác động lẫn nhau bằng những mặt
khác nhau có thể tạo nên các hệ thống khác nhau.
4.3.4. Hiểu về các hệ thống tự nhiên có ý nghĩa như thế nào đối với cuộc sống của con người?
Việc hiểu biết sâu sắc các hệ thống tự nhiên giúp con người, trước hết, hiểu rõ
chức năng nhất định và tính độc lập tương đối của mỗi phần tử trong hệ thống, sau
nữa, hiểu rõ những mối quan hệ và liên hệ lẫn nhau giữa các phần tử ảnh hưởng đến
hệ thống, nhận biết được những thuộc tính mới (gọi là tính trồi của hệ thống) mà
từng phần tử riêng lẻ không có hoặc có không đáng kể. Tất cả những điều đó cho
phép con người hiểu rõ các quy luật vận động và phát triển của Thế giới tự nhiên,
không chỉ “giải thích thế giới”, mà còn “cải tạo thế giới”. Chẳng hạn, việc hiểu rõ
hệ thống khí hậu cho phép con người hiểu được các quy luật vận động của thời tiết,
từ đó giúp con người dự báo và hạn chế được các ảnh hưởng xấu của Thế giới tự
nhiên, đặc biệt là các thảm họa do thiên tai gây ra.
4.4. Quy luật về tính tuần hoàn của Thế giới tự nhiên Trong Thế g ớ
i i tự nhiên, cấu trúc của các hệ t ố
h ng hoặc sự vận động và biến đổi
của các hệ thống đều mang tính lặp đi lặp lại. Tính chất đó của Tự nhiên được gọi là
tính tuần hoàn hay sự tuần hoàn theo chu kì.
Cũng tương tự như việc hiểu rõ các quy luật khác của Thế giới tự nhiên, việc
hiểu rõ quy luật tuần hoàn cho phép con người hiểu rõ các quy luật vận động và
phát triển của Thế giới tự nhiên, giúp con người dự đoán được các sự kiện và các
quá trình sẽ diễn ra trong tương lai. Từ đó giúp con người dự báo và hạn chế được
các ảnh hưởng xấu của Thế giới tự nhiên, đặc biệt là các thảm họa do thiên tai gây ra.
Có nhiều ví dụ về tính tuần hoàn trong Thế giới tự nhiên: Vòng tuần hoàn của
nước, carbon, nitơ,... trong tự nhiên; Định luật tuần hoàn các nguyên tố hóa học và
Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học; Quy luật biến đổi tuần hoàn các tính chất
của đơn chất, thành phần và tính chất của các hợp chất; Chu kỳ sống của các sinh vật sống,…
Vòng tuần hoàn của nước
Nước là hợp chất phổ biến nhất trên Trái Đất, và toàn bộ sự sống trên hành
tinh này dù nhiều hay ít cũng phụ thuộc vào nó. Nước có vai trò quan trọng trong cơ
thể sinh vật (70% trọng lượng cơ thể chúng ta là nước). Bộ rễ thực vật nhờ có nước
mà hút được các chất khoáng hòa tan. Động vật nhờ nước trong các mô của phổi mà
hấp thụ được oxy từ không khí.
Vòng tuần hoàn của nước, hoặc chu kỳ thủy văn, là sự lưu thông nước của Trái
Đất. Nó vận hành được nhờ Mặt Trời. Nhiệt của Mặt Trời làm nước bốc hơi chủ
yếu từ các đại dương, và cả từ sông hồ, mặt đất và các sinh vật. Các đám mây hình
thành do hơi nước gặp lạnh và ngưng tụ, rồi được gió (cũng phát sinh nhờ năng
lượng của Mặt Trời) đưa đi xa. Khi các đám mây trở nên bão hòa, nước sẽ rơi xuống thành mưa.
Các hoạt động của con người ảnh hưởng đến vòng tuần hoàn của nước ở nhiều điểm. Chẳng hạn :
- Nước được khai thác phục vụ sinh hoạt và sau đó lại được thải vào vòng
tuần hoàn, thông thường đã bị ô nhiễm.
- Các nhà máy điện và các nhà máy sử dụng nước làm mát máy móc và
phục vụ các quá trình chế biến. Chúng thải ra đi-ô-xít lưu huỳnh (SO2),
chất khí này lại được hơi nước trong những đám mây hấp thụ và rơi xuống thành mưa axit.
- Phân bón trong nông nghiệp thường bị ngấm qua đất trồng và trôi ra sông ngòi.
Các chất gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất là các chất không bị sinh vật phân
hủy hoặc không tự phân hủy trong các quá trình tự nhiên. Chúng có thể được thực
vật và động vật "ăn" phải và được tích tụ trong các động vật ở trên đỉnh chuỗi thức ăn.
Vòng tuần hoàn của Carbon: Chu trình sinh địa hóa của carbon
Vòng tuần hoàn của Nitrogen: Chu trình sinh địa hóa của nitrogen
Định luật tuần hoàn các nguyên tố hóa học
Khi nhà hóa học người Nga D.I. Mendeleev60 viết bộ sách "Nguyên lý hóa
học", số các nguyên tố đã phát hiện trên thế giới là 63 nguyên tố. Ông tin giữa
chúng nhất định có những quy luật tuần hoàn. Để phát hiện quy luật này ông đã viết
63 nguyên tố này vào 63 chiếc thẻ, trên thẻ ông viết tên, nguyên tử lượng, tính chất
hóa học của nguyên tố. Ông dùng 63 chiếc thẻ mang tên 63 nguyên tố này xếp đi
60 Dmitri Ivanovich Mendeleev (8/2/1834-2/2/1907) là m t
ộ nhà hoá học và nhà phát minh người
Nga. Ông được coi là người tạo ra phiên bản đầu tiên của bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học,
một bước ngoặt lớn trong lịch sử nghiên cứu hoá học. Sử dụng bảng tuần hoàn này, ông đã dự
đoán các tính chất của các nguyên t
ố còn chưa được phát hiện.
xếp lại trên bàn. Bỗng nhiên một hôm ông phát hiện ra rằng nếu xếp các nguyên tố
này theo trọng lượng nguyên tử, sẽ có một tính tuần hoàn rõ ràng trong tính chất
của chúng. Mendeleev không giấu nổi niềm vui, ông tin tưởng chắc chắn rằng loại
quy luật này chứng tỏ quan hệ của vạn vật trên thế giới này đều có quy luật tuần hoàn.
Ngày 6 tháng 3 năm 1869, Mendeleev có cuộc giới thiệu chính thức với Viện
Hoá học Nga, với tiêu đề The Dependence between the Properties of the Atomic
Weights of the Elements (Sự phụ thuộc giữa các Tính chất của Trọng lượng Nguyên
tử của các Nguyên tố), miêu tả các nguyên tố theo cả trọng lượng nguyên tử v à hoá
trị. Mendeleev đã xây dựng định luật tuần hoàn, theo đó các nguyên tố có thể được
sắp xếp theo trọng lượng nguyên tử và tổ chức thành nhóm có cùng thuộc tính hóa
học, vật lí. Ông đã sắp xếp những nguyên tố thành một bảng tuần hoàn, trong đó có
những ô vẫn phải để trống. Bằng việc tạo ra bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học,
ông đã phát hiện ra nhiều vấn đề.
Trước hết, ông nghi ngờ một số trọng lượng nguyên tử hiện đã được chấp nhận
(chúng chỉ có thể được đo với một độ chính xác khá thấp ở thời điểm đó) vì chúng
không tương ứng với những tính chất do Bảng tuần hoàn của ông chỉ ra. Chẳng hạn,
tellurium có trọng lượng nguyên tử lớn hơn iodine, nhưng khi ông đặt nó vào bảng
tuần hoàn theo đúng trật tự đó thì chúng lại không có các tính chất tương ứng.
Ông cũng dự đoán rằng phải tồn tại một số nguyên tố khác mặc dù đến thời
điểm đó chúng chưa được phát hiện. Ông đã dự đoán tám nguyên tố và đã sử dụng
các hậu tố eka, dvi, và tri (tiếng Phạn một, hai, ba) trong việc đặt tên chúng. Sau
này, các nhà khoa học đã tìm ra germanium, gallium v
à scandium với các đặc tính
đúng như dự đoán chính xác của ông lần lượt về ekasilicon, ekaaluminium và ekaboron.
Ông công bố tác phẩm của mình, kiên trì chờ đợi kết quả kiểm nghiệm của các
nhà khoa học ở khắp nơi trên thế giới đối với quy luật tuần hoàn của các nguyên tố,
nhưng suốt 4 năm không phát hiện thêm được nguyên tố mới nào. Năm 1875 Viện
Hàn lâm khoa học Pari nhận được thư của nhà khoa học Lecoq de Boisbaudran61,
61Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, còn được gọi là François Lecoq de Boisbaudran (18/4/1838-28/5/1912), là m t
ộ nhà hóa học người Pháp được biết đến với những khám phá về các nguyên t hóa h ố c
ọ gallium, samarium và dysprosium.
trong thư nói ông đã tạo ra được một nguyên tố mới trong quặn g kẽm trắng, ông gọi
nguyên tố là "Gali". Gali được ông phát hiện bằng phương pháp quang phổ nhờ các
vạch phổ đặc trưng của nó (hai vạch màu tím) khi khảo sát blenđơ kẽm thu được từ
khu vực Pyrenees. Sở dĩ ông đặt tên nguyên tố mới là Gali vì theo tiếng La
tinh Gallia nghĩa là "Gaul," là tên gọi của khu vực ngày nay về cơ bản là nước Pháp
(Gallus trong tiếng La tinh có nghĩa là "gà trống", Le coq trong tiếng Pháp cũng có
nghĩa là "gà trống"). Tính chất của Gali giống như nhôm, nguyên tử lượng là 59,72;
tỷ trọng là 4,7. Nghe được tin này Mendeleev mắt sáng hẳn lên, đây là điều 4 năm
trước ông đã dự đoán và đã gọi nó là ekaaluminium (cùng "nhóm của nhôm").
Nhưng ông lại cảm thấy không yên tâm, theo cách tính của bảng tuần hoàn thì
nguyên tử lượng của nhôm phải là khoảng 68, tỷ tọng phải là 5,9 - 6,0. Mendeleev
tin rằng mình đúng, ông lập tức viết thư cho Viện Hàn lâm khoa học Pari nói ý kiến
của mình. Bức thư được chuyển đến tay nhà khoa học Lecoq de Boisbaudran đã
công bố phát hiện ra Gali. Ông ấy hết sức ngạc nhiên, Mendeleev chưa nhìn thấy
mặt "Gali" mà dám nói biết được nguyên tử lượng và tỷ trọng của nó là bao nhiêu,
cứ như là chuyện đùa? Nhưng vì thận trọng, nhà khoa học ấy đã tiến hành xác định
lại một lần nữa những số liệu trên, kết quả vẫn không thay đổi. Một thời gian sau,
nhà khoa học người Pháp này lại nhận được thư của Mendeleev, lời lẽ trong thư hết
sức tự tin, hình như không phải là đang nói đến nguyên tố mới, mà là đang làm một
bài toán: "4 + (?) = 10". Nhưng là nhà khoa học ông không thể xem thường ý kiến
của Mendeleev. Ông lại tuyển Gali một lần nữa rồi xác định những chỉ số của nó,
kết quả lần này làm ông ngạc nhiên bởi đúng như dự đoán của Mendeleev: Tỷ trọng
của Gali là 5,94; đây đúng là một sự trùng hợp đặc biệt không thể tưởng tượng
được. Sau khi lời dự đoán kỳ lạ này được chứng thực, cả giới hóa học kinh ngạc.
Bốn năm sau, vào mùa xuân năm 1879, hai nhà hóa học Thụy Điển là Lars Fredrick
Nilson62 và Per Teodor Cleve63, trong khi tìm kiếm các kim loại đất hiếm, đã sử
dụng phương pháp phân tích quang phổ và tìm thấy một nguyên tố mới trong các
62 Lars Fredrik Nilson (27/5/1840 14/ –
5/1899) là một nhà hóa học người Thụy Điển. Ông đã
khám phá ra scandium in 1879. Sau này, Scandi kim loại được điều chế lần đầu tiên vào
năm 1937 bằng phương pháp điện phân hỗn hợp nóng chảy eutecti của kali, liti và clorua scandi ở
700-800°C. Người ta dùng các sợi vonfram trong bể kẽm lỏng làm các
điện cực trong nồi nấu kim
loại bằng graphit. Scandi với độ tinh khiết 99% chỉ được sản xuất ra vào năm 1960.
63 Per Teodor Cleve (10/2/1840 18/ – 6/1905) là m t ộ nhà hóa h c
ọ , sinh học và địa chất học người Thụy Điển
khoáng chất euxenit và gadolinit. Ông đặt tên nó là scandium, từ tiếng
Latinh scandia có nghĩa là "Scandinavia", và để cô lập nguyên tố này thì ông đã
phải xử lý 10 kilôgam euxenit với các cặn bã đất hiếm khác và thu được khoảng
2 gam scandia (Sc2O3) rất tinh khiết. Sau khi khảo sát kĩ càng, hai ông đã kết luận
rằng các tính chất của scandi hoàn toàn phù hợp với nguyên tố ekaboron nằm trong
"nhóm của Bo" mà Mendeleev đã dự đoán. Hai ông đã thông báo điều này cho
Mendeleev vào tháng 8 cùng năm.
Lý luận về quy luật tuần hoàn của các nguyên tố học đã bị lãng quên nhiều
năm, nay được mọi người coi trọng, một số nhà khoa học đã chân thành chúc mừng
sự phát hiện tài ba của Mendeleev. Bảng tuần hoàn nhanh chóng được dịch thành
nhiều thứ tiếng và truyền bá đi khắp nơi trên trái đất. Gần 150 năm qua, Bảng tuần hoàn Mendeleev đã l
à chìa khóa dẫn đến việc phát minh nhiều nguyên tố hóa học
mới. Có người đánh giá Mendeleev như sau: "Trong lịc
h sử hóa học, ông dùng một chủ đề đơn giản m
à đã gọi ra được cả thế giới".
Ngày nay chúng ta đã biết, cùng với Mendeleev, nhiều nhà khoa học khác từng
nghiên cứu độc lập về tính tuần hoàn của các nguyên tố nhưng chưa hoàn thiện.
Năm 1870, Meyer64 đã xuất bản một bảng rõ ràng giống hệt. Một số người coi
Meyer và Mendeleev là những người đồng phát minh ra bảng tuần hoàn, nhưng rõ
ràng rằng bảng của Meyer chưa cho phép ông dự báo được những nguyên tố mới
như Bảng tuần hoàn mà Mendeleev đã xây dựng.
Với những hiểu biết của khoa học ngày nay chúng ta có thể giải thích được rõ
ràng nguyên nhân của tính tuần hoàn của các nguyên tố hóa học.
Với mỗi nguyên tử, các electron lớp ngoài cùng được gọi là electron hóa trị, có
khả năng tham gia liên kết hóa học, quyết định đến tính chất hóa học. Sự lặp đi lặp
lại cấu hình electron lớp ngoài cùng dẫn đến sự lặp đi lặp lại tính chất của nguyên tử.
64 Julius Lothar von Meyer (19/8/1830-11/4/1895) là nhà hóa h c
ọ người Đức. Năm 1870, sau quá trình nghiên cứu c
độ lập, Meyer cũng đưa ra một bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học như Mendeleev.
Cấu hình electron lớp ngoài cùng được phân bố thành: Vỏ nguyên tử => Lớp
=> Phân lớp => Orbital (2 electron). (Cách phân bố này giống như cách phân bố
học sinh trong trường học: Trường => Lớp => Tổ => Bàn (2 học sinh)!). Ta gọi s,
p, d, f là kí hiệu phân lớp, cho biết hình dạng của orbital (vùng không gian chuyển
động của electron) như sau: s (hình cầu, có 1 orbital), p (hình số 8, có 3 orbital), d
(hình hoa thị, có 5 orbital), f (dạng phức tạp, có 7 orbital). Khi đó, bảng tuần hoàn các nguyên tố cho thấy:
Chu kì 1 (2 nguyên tố): Các electron điền vào lớp thứ nhất, hoàn thành phân lớp 1s: 1s1 (H) và 1s2 (He).
Chu kì 2 (8 nguyên tố): Các electron bắt đầu điền vào lớp thứ 2, hoàn thành hai phân lớp 2s và 2p
2s1 (Li) - 2s2 (Be) - 2s22p1 (B) - 2s22p2 (C) - 2s22p3 (N) - 2s22p4 (O) - 2s22p5 (F) - 2s22p6 (Ne).
Chu kì 3 (8 nguyên tố): Các electron bắt đầu điền vào lớp thứ 3, hoàn thành hai phân lớp 3s và 3p
3s1 (Na) - 3s2 (Mg) - 3s23p1 (Al) - 3s23p2 (Si) - 3s23p3 (P) - 3s23p4 (S) - 3s23p5 (Cl) - 3s23p6 (Ar).
Đến đây ta bắt đầu nhận thấy có sự lặp đi lặp lại cấu hình lớp electron ngoài cùng: 1s1 1s2 2s1 2s2 2s22p1 2s22p2 2s22p3 2s22p4 2s22p5 2s22p6 3s1 3s2 3s23p1 3s23p2 3s23p3 3s23p4 3s23p5 3s23p6 Tương tự, ta có:
Chu kì 4 (18 nguyên tố): Các electron bắt đầu điền vào lớp thứ 4, hoàn thành ba phân lớp 4s, 3d và 4p
4s1 (K) - 4s2 (Ca) - 3d14s2 (Sc) 3d104s2 (Zn) - 4s24p1 (Ga) 4s24p6 (Kr)
Chu kì 5 (18 nguyên tố): Các electron bắt đầu điền vào lớp thứ 5, hoàn thành ba phân lớp 5s, 4d và 5p
5s1 (Rb) - 5s2 (Sr) - 4d15s2 (Y) 4d105s2 (Cd) - 5s25p1 (In) 5s25p6 (Xe)
Chu kì 6 (32 nguyên tố): Các electron bắt đầu điền vào lớp thứ 6, hoàn thành bốn phân lớp 6s1-2, 4f1-1 , 4 5d1-1 0và 6p1-6
Chu kì 7 (32 nguyên tố): Các electron bắt đầu điền vào lớp thứ 7, hoàn thành bốn phân lớp 7s1-2, 5f1-1 , 4 6d1-1 0và 7p1-6
(Lưu ý: Lớp thứ nhất có 1 phân lớp: kí hiệu 1s; lớp thứ 2 có hai phân lớp (2s 2p),
lớp thứ 3 (3s 3p 3d), lớp thứ 4 (4s 4p 4d 4f); Số electron tối đa trên các phân lớp s = 2, p = 6, d = 10, f = 14).
4.5. Quy luật về sự vận động và biến đổi của Thế giới tự nhiên
4.5.1. Vận động và biến đổi là gì?
Theo quan điểm của Triết học Marx-Lenin thì vận độn g là một phạm
trù của Triết học dùng để chỉ sự thay đổi của tất cả mọi sự vật, hiện tượng, mọi quá
trình diễn ra trong không gian, vũ trụ từ đơn giản đến phức tạp. Cùng với cặp phạm
trù không gian và thời gian, vận động cũng là một phạm trù của Triết học dùng để
chỉ về một phương thức tồn tại của vật chất. Theo F. Engels65 thì: Vật chất mà
65 Friedrich Engels (thường được phiên âm tiếng Việt là Phriđrich Ăngghen, sinh ngày 28 tháng 11 1820 m năm ất ngày 5 tháng 8 n 1895) ăm
nhà lý luận chính trị, là m t ộ triết gia và nhà
khoa học người Đức thế k
ỷ 19, người cùng với Karl Marx đã sáng lập và phát triển chủ nghĩa
cộng sản và là lãnh tụ của phong trào công nhân thế giới và Quốc tế I. Ông cùng với Karl Marx là đồng tác giả của ả b n Tuyên ngôn của ng Đả
Cộng sản (1848). Engels cũng biên p tậ và xuất ả b n
quyển II và quyển III của ộ
b Tư bản sau khi Karl Marx mất. Ngoài ữ
nh ng công trình chung với
không vận động là điều không thể quan niệm được; vận động "là thuộc tính cố hữu
của vật chất" và "là phương thức tồn tại của vật chất" có nghĩa là vật chất tồn tại
bằng vận động. Vận động không chỉ là sự thay đổi vị trí trong không gian (hình
thức vận động thấp, giản đơn của vật chất) mà theo nghĩa chung nhất, vận động là
mọi sự biến đổi. Thông qua vận động, vật chất mới biểu hiện và bộc lộ bản chất của
mình và do đó, con người nhận thức được bản thân vật chất thông quan nhận thức
được những hình thức vận động của vật chất.
Cũng theo F. Engels, vận động của vật chất do tác động qua lại giữa các yếu tố,
các bộ phận khác nhau của bản thân sự vật, "sự tác động qua lại đó chính là sự vận động".
4.5.2. Vận động và biến đổi là thuộc tính cốt lõi của Thế giới tự nhiên
F. Engels khẳng định: “Quan niệm về giới tự nhiên đã được hoàn thành trên
những nét cơ bản: Tất cả những gì cố định đều biến thành mây khói, và tất cả những
gì người ta cho là tồn tại vĩnh cửu thì nay đã trở thành nhất thời, và người ta đã
chứng minh rằng toàn bộ giới tự nhiên đều vận động theo một vòng tuần hoàn vĩnh cửu”.
Dựa trên những thành tựu khoa học của thời đại lúc đang sinh sống, Engels đã
phân chia vận động thành 5 hình thức cơ bản (xếp từ đơn giản đến phức tạp). Đó là:
1. Vận động cơ học (là sự di chuyển vị trí của các vật thể trong không gian).
2. Vận động vật lý (tức sự vận động của các phân tử, vận động điện tử, các quá
trình nhiệt điện, các dạng thay đổi của vật chất, các dạng tương tác của vật
chất và năng lượng,...).
Marx, ông còn viết nhiều tác phẩm khoa h c
ọ có giá trị như: "Nguồn gốc của gia đình, sở ữu h tư
nhân và nhà nước", "Về lịch sử người German cổ đại", "Chống Duhring", "Biện chứng của tự
nhiên", v.v... Ngoài ra, cu n ố "Tác d ng ụ của lao đ ng ộ
chuyển hoá vượn thành người" cũng là một công trình khoa h c
ọ góp phần giải thích ngu n g ồ
ốc hình thành và phát triển của loài người.
3. Vận động hóa học (vận động của các nguyên tử, các quá trình hóa hợp và
phân giải các chất, sự thay đổi của vật chất ,phản ứng hóa học,…).
4. Vận động sinh học (trao đổi chất trong cơ thể và giữa cơ thể sống với môi trường).
5. Vận động xã hội (sự thay đổi, thay thế các quá trình xã hội của các hình thái kinh tế - xã hội).
Các hình thức vận động cao xuất hiện trên cơ sở các hình thức vận động thấp,
bao hàm trong nó tất cả các hình thức vận động thấp hơn. Nhưng các hình thức vận
động thấp không có khả năng bao hàm các hình thức vận động ở trình độ cao hơn.
Ví dụ: Trong vận động vật lý thì bao gồm vận động cơ học, trong vận động hóa học
vì bao gồm vận động vật lý và trong vận động sinh học bao gồm vận động hóa học
và vận động xã hội bao gồm vận động sinh học cũng như tất cả các vật động nêu
trên. Tuy nhiên vận động cơ học không thể bao gồm vận động xã hội.
Các hình thức vận động nói trên khác nhau về chất. Từ vận động cơ học đến
vận động xã hội là sự khác nhau về trình độ của sự vận động, những trình độ này
tương ứng với trình độ của các kết cấu vật chất. và trong sự tồn tại của mình, mỗi sự
vật có thể gắn liền với nhiều hình thức vận động khác nhau. Dù vậy, bản thân sự tồn
tại của sự vật đó thường đặc trưng bằng một hình thức vận động cơ bản. Chính bằng
sự phân loại các hình thức vận động cơ bản, Engels đã góp phần đặt cơ sở cho sự
phân loại các khoa học tương ứng với đối tượng nghiên cứu của chúng và chỉ ra cơ
sở của khuynh hướng phân ngành và hợp ngành của các khoa học.
4.6. Quy luật về sự tương tác của Thế giới tự nhiên
Tương tác là một trong những nguyên lý cơ bản chi phối mọi vật trong tự nhiên.
Đối với thế giới sống, sự tương tác giữa các sinh vật sống và môi trường được thể
hiện ở các cấp độ khác nhau: tương tác xảy ra trong cơ thể sinh vật, giữa sinh vật với
sinh vật và giữa các sinh vật và môi trường. Tương tác trong hệ sinh thái thể hiện ở:
ảnh hưởng của các nhân tố sinh thái đến đời sống sinh vật; quan hệ giữa sinh vật -
môi trường; quan hệ giữa sinh vật - sinh vật trong quần thể và trong quần xã. Ngoài
ra, trong tự nhiên còn có sự tương tác giữa các lực và các đối tượng, giữa vật chất và
năng lượng. Các tương tác này thường đi kèm sự chuyển hóa vật chất và năng lượng.
Nghiên cứu về sự tương tác giữa và trong các hệ thống giúp con người hiểu rõ
hơn về môi trường và vai trò của con người trong đó. Sự tương tác của con người với
môi trường của mình dẫn tới sự phát triển của Khoa học và Công nghệ. Đồng thời,
Khoa học và Công nghệ ảnh hưởng đến cách mà con người tương tác với môi trường
của mình. Bằng cách hiểu sự tương tác giữa con người và môi trường, con người có
thể đánh giá tốt hơn hậu quả của những hành động của mình và biết chịu trách nhiệm về các hành động đó.
Ta lấy ví dụ về Quy luật về sự tương tác của Thế giới tự nhiên trong lĩnh vực
Công nghệ thông tin. Tương tác người-máy (Human Computer Interaction – HCI)
là một trong những nghiên cứu quan trọng trong khoa học máy tính. HCI là việc
nghiên cứu con người, công nghệ máy tính và tác động qua lại giữa các đối tượng
đó. Tại sao phải nghiên cứu HCI, HCI là gì và liên quan đến những lĩnh vực nào?
Máy tính, con người, môi trường, xã hội…?
Hãy thử tưởng tượng một người dùng đầu cuối sử dụng một phần mềm nào đó,
do hạn chế về tri thức của mình hay do nhà thiết kế tồi, mà lẽ ra thay vì kích hoạt
một chức năng anh ta lại nhấn nhầm và gây ra hậu quả nghiêm trọng. Tại sao máy
tính vẫn được coi là thân thiện, dễ dùng mà vẫn xảy ra những điều đáng tiếc như
vậy? Nếu điều đó thường xuyên xảy ra, liệu còn có ai dám mạo hiểm sử dụng phần
mềm nữa không khi mà việc dùng nó quá mệt mỏi và căng thẳn ? g Vì vậy, máy tính
và các thiết bị liên quan phải được thiết kế dựa trên một sự hiểu biết sâu sắc về
những điều như: suy nghĩ của con người khi thực hiện các nhiệm vụ (theo nghĩa
truyền thống!); việc sử dụng máy tính và các thiết bị phải tạo thành một mạch liên
tục với công việc hàng ngày của con người; cách thức chuyển các tri thức sẵn có
sang một hệ thống thực hiện mới.
Thực ra, Khoa học về sự tương tác giữa con người và máy móc đã ra đời từ
lâu, được nghiên cứu ngày càng sâu sắc nhằm giải quyết những vấn đề trên. Có thể
nói, khoa học về sự tương tác giữa con người và máy móc đã góp phần tăng tính
tiện dụng của các loại máy móc, công cụ sản xuất, đưa năng suất làm việc lên cao.
Những tương tác người - máy tính là sự phát triển tiếp theo của khoa học nói
trên trong thời đại hiện nay, khi vai trò của máy tính và các ứng dụng của công
nghệ thông tin ngày càng trở nên phổ biến. Ở đây ta không quan tâm nhiều tới cấu
tạo vật lý của máy tính mà quan tâm tới người dùng (là con người!) và các thao tác
của họ với máy tính, rút ra các nguyên tắc, các quy luật để có thể phát triển các
chương trình ngày càng tiện dụng hơn, đáp ứng tối đa mong muốn của người dùng.
Nghiên cứu về tương tác người - máy tính không đơn thuần là nghiên cứu về cách
xây dựng giao diện thân thiện với người dùng mà là khoa học để xây dựng, bố trí
chương trình có thể giúp người dùng hoàn thành công việc của họ một cách nhẹ
nhàng nhất. Kết quả của việc nghiên cứu tương tác người - máy tính giúp ích cho
nhà phát triển trong suốt vòng đời của phần mềm: lấy yêu cầu, phân tích, thiết kế,
kiểm thử,… Những hiểu biết đó giúp cho phần mềm làm ra thoả mãn hơn các yêu
cầu của người dùng, đặc biệt là về tính tiện dụng.
§2. KHÁI QUÁT VỀ KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ
I. Con đƣờng nhận thức Thế giới tự nhiên
1. Nhận thức 1.1. Nhận thức là gì?
Nhận thức (tiếng Anh: cognition) là hành động hay quá trình tiếp thu kiến thức
và những hiểu biết thông qua suy nghĩ, kinh nghiệm và giác quan.
Theo quan điểm triết học Marx-Lenin, nhận thức là một quá trình phản ánh
tích cực, tự giác và sáng tạo thế giới khách quan vào bộ óc con người trên cơ sở
thực tiễn, nhằm sáng tạo ra những tri thức về thế giới khách quan.
Triết học Marx-Lenin thừa nhận: con người có khả năng nhận thức được thế
giới khách quan; không có cái gì là không thể nhận thức được mà chỉ có những cái
con người chưa nhận thức được; thực tiễn là cơ sở chủ yếu và trực tiếp nhất của
nhận thức, là động lực, mục đích của nhận thức và là tiêu chuẩn để kiểm tra chân lý.
1.2. Con đường nhận thức là gì?
Con đường nhận thức diễn ra theo trình tự từ chưa biết đến biết, từ biết ít đến
biết nhiều, từ chưa sâu sắc, chưa toàn diện đến sâu sắc hơn, toàn diện hơn; được
thực hiện qua các giai đoạn từ đơn giản đến phức tạp, từ thấp đến cao, từ cụ thể đến
trừu tượng, từ hình thức bên ngoài đến bản chất bên trong.
Theo quan điểm của V.I. Lenin, hoạt động nhận thức của con người đi từ trực
quan sinh động (hay còn gọi là nhận thức cảm tính) đến tư duy trừu tượng (hay còn
gọi là nhận thức lí tính), và từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn.
Nhận thức cảm tính là giai đoạn đầu tiên của quá trình nhận thức. Đó là giai
đoạn con người sử dụng các giác quan để tác động vào hiện thực khách quan nhằm
nắm bắt hiện thực khách quan ấy.
Nhận thức lý tính là giai đoạn phản ánh gián tiếp trừu tượng, khái quát về hiện
thực khách quan, được thể hiện qua các hình thức như khái niệm, phán đoán, suy luận.
Tuy nhiên, nếu dừng lại ở nhận thức lý tính thì con người mới chỉ có được
những tri thức về đối tượng, còn bản thân những tri thức đó có thật sự chính xác hay
không thì con người vẫn chưa thể biết được. Trong khi đó, nhận thức đòi hỏi phải
xác định xem những tri thức đó có chân thực hay không. Để thực hiện điều này thì
nhận thức nhất thiết phải trở về với thực tiễn, dùng thực tiễn làm tiêu chuẩn, làm
thước đo tính chân thực của những tri thức đã đạt được trong quá trình nhận thức.
Mặt khác, mọi nhận thức suy đến cùng đều là xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và trở
lại phục vụ thực tiễn. Như Marx nói: Mục đích cuối cùng của nhận thức không chỉ để g ả i i thích thế g ớ
i i mà để cải tạo thế giới.
Như vậy, có thể thấy quy luật chung, có tính chu kỳ lặp đi lặp lại của quá trình
vận động, phát triển của nhận thức là: từ thực tiễn đến nhận thức - từ nhận thức trở
về với thực tiễn - từ thực tiễn tiếp tục quá trình phát triển nhận thức,... Quá trình này
lặp đi lặp lại, không có điểm dừng cuối cùng, trình độ của nhận thức và thực tiễn ở
chu kỳ sau thường cao hơn chu kỳ trước, nhờ đó mà quá trình nhận thức đạt dần tới
những tri thức ngày càng đúng đắn hơn, đầy đủ hơn và sâu sắc hơn về thực tại
khách quan. Đây cũng chính là quan điểm về tính tương đối của nhận thức của con
người trong quá trình phản ánh thực tại khách quan.
1.3. Phân loại nhận thức
1.3.1. Nhận thức kinh nghiệm và Nhận thức lý luận
Dựa trên trình độ thâm nhập vào bản chất của đối tượn , g chúng ta có thể chia
nhận thức thành hai loại như sau: Nhận thức kinh nghiệm và Nhận thức lý luận.
Nhận thức kinh nghiệm hình thành từ sự quan sát trực tiếp các sự vật, hiện
tượng trong tự nhiên, xã hội hay trong các thí nghiệm khoa học. Tri thức kinh
nghiệm là kết quả của nó, được phân làm hai loại:
*) Tri thức kinh nghiệm thông thường là loại tri thức được hình thành từ sự quan sát
trực tiếp hàng ngày về cuộc sống và sản xuất. Tri thức này rất phong phú, nhờ có tri
thức này con người có vốn kinh nghiệm sống dùng để điều chỉnh hoạt động hàng ngày.
*) Tri thức kinh nghiệm khoa học là loại tri thức thu được từ sự khảo sát các thí
nghiệm khoa học, loại tri thức này quan trọng ở chỗ đây là cơ sở để hình thành nhận
thức khoa học và lý luận.
Hai loại tri thức này có quan hệ chặt chẽ với nhau, xâm nhập vào nhau để tạo
nên tính phong phú, sinh động của nhận thức kinh nghiệm .
Nhận thức lí luận (gọi tắt là lí luận) là loại nhận thức gián tiếp, trừu tượng và
khái quát về bản chất và quy luật của các sự vật, hiện tượng. Nhận thức lí luận có
tính gián tiếp vì nó được hình thành và phát triển trên cơ sở của nhận thức kinh
nghiệm. Nhận thức lí luận có tính trừu tượng và khái quát vì nó chỉ tập trung phản
ánh cái bản chất mang tính quy luật của sự vật và hiện tượng. Do đó, tri thức lí luận
thể hiện chân lý sâu sắc hơn, chính xác hơn và có hệ t ố h ng hơn.
Nhận thức kinh nghiệm và nhận thức lí luận là hai giai đoạn nhận thức khác
nhau nhưng có mối quan hệ biện chứng lẫn nhau. Trong mối quan hệ đó, nhận thức
kinh nghiệm là cơ sở của nhận thức lí luận; nó cung cấp cho nhận thức lí luận
những tư liệu phong phú, cụ thể; nó trực tiếp gắn chặt với hoạt động thực tiễn, tạo
thành cơ sở hiện thực đề kiểm tra, sửa chữa, bổ sung cho lí luận đã có và tổng kết,
khái quát thành lí luận mới. Tuy nhiên, nhận thức kinh nghiệm còn hạn chế ở chỗ
chỉ dừng lại ở sự mô tả, phân loại các sự kiện, các dữ kiện thu được từ sự quan sát
và thí nghiệm trực tiếp. Do đó, nó chỉ dem lại những hiểu biết về các mặt riêng rẽ,
bề ngoài, rời rạc, chưa phản ánh được cái bản chất, những mối liên hệ mang tính
quy luật của các sự vật, hiện tượng. Vì vậy, nhận thức kinh nghiệm tự nó không bao
giờ có thế chứng minh được đầy đủ tính tất yếu. Ngược lại, mặc dù được hình thành
từ sự tổng kết những kinh nghiệm, nhưng nhận thức lí luận không hình thành một
cách tự phát, trực tiếp từ kinh nghiệm. Do tính độc lập tương đối của nó, lí luận có
thể đi trước những dữ kiện kinh nghiệm, hướng dẫn sự hình thành những tri thức
kinh nghiệm có giá trị, lựa chọn những kinh nghiệm hợp lý để phục vụ cho hoạt
động thực tiễn, góp phần làm biến đổi đời sống của con người, thông qua đó mà
nâng những tri thức kinh nghiệm từ chỗ là cái cụ thể, riêng lẻ, đơn nhất thành cái
khái quát, có tính phổ biến.
1.3.2. Nhận thức thông thường và Nhận thức khoa học
Dựa trên tính tự phát hay tự giác của sự thâm nhập vào bản chất của đối tượng,
sự vật, chúng ta có thể chia nhận thức thành hai loại như sau: Nhận thức thông
thường và Nhận thức khoa học.
Nhận thức thông thường (hay nhận thức tiền khoa học) là loại nhận thức được
hình thành một cách tự phát, trực tiếp từ trong hoạt động hàng ngày của con người.
Nó phản ánh sự vật, hiện tượng xảy ra với tất cả những đặc điểm chi tiết, cụ thể và
những sắc thái khác nhau của sự vật. Vì vậy, nhận thức thông thường mang tính
phong phú, nhiều vẻ và gắn với những quan niệm sống thực tế hàng ngày. Vì thế,
nó thường xuyên chi phối hoạt động của con người trong xã hội. Thế nhưng, nhận
thức thông thường chủ yếu vẫn chỉ dừng lại ở bề ngoài, ngẫu nhiên tự nó không thể
chuyển thành nhận thức khoa học được.
Nhận thức khoa học là loại nhận thức được hình thành một cách tự giác và gián
tiếp từ sự phản ánh đặc điểm, bản chất, những quan hệ tất yếu của đối tượng nghiên
cứu. Sự phản ánh này diễn ra dưới dạng trừu tượng lôgích. Đó là cái khái niệm,
phạm trù và các quy luật khoa học. Nhận thức khoa học vừa có tính khách quan,
trừu tượng, khái quát, lạ vừa có tính hệ thống, có căn cứ và có tính chân thực. Nó
vận dụng một hệ thống các phương pháp nghiên cứu và sử dụng cả ngôn ngữ thông
thường và thuật ngữ khoa học để diễn tả sâu sắc bản chất và quy luật của đối tượng
trong nghiên cứu. Vì thế, nhận thức khoa học có vai trò ngày càng to lớn trong hoạt
động thực tiễn, đặc biệt trong thời đại khoa học và công nghệ hiện đại.
Nhận thức thông thường và nhận thức khoa học là hai bậc thang khác nhau về
chất của quá trình nhận thức, nhằm đạt tới những tri thức chân thực. Giữa chúng có
mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Trong mối quan hệ đó, nhận thức thông thường có
trước nhận thức khoa học và là nguồn chất liệu để xây dựng nội dung của các khoa
học. Mặc dù đã chứa đựng những mầm mống của những tri thức khoa học, song
nhận thức thông thường chủ yếu vẫn chỉ dừng lại ở sự phản ánh cái bề ngoài, ngẫu
nhiên, không bản chất của đối tượng và tự nó không thể chuyển thành nhận thức
khoa học. Muốn phát triển thành nhận thức khoa học cần phải thông qua quá trình
tổng kết, trừu tượng, khái quát đúng đắn của các nhà khoa học. Ngược lại, khi đạt
tới trình độ nhận thức khoa học, nó lại có tác động trở lại nhận thức thông thường,
xâm nhập vào nhận thức thông thường, làm cho nhận thức thông thường phát triển,
tăng cường nội dung khoa học cho quá trình con người nhận thức thế giới.
1.4. Thực tiễn và vai trò của thực tiễn 1.4.1. Thực tiễn là gì?
Thực tiễn là toàn bộ hoạt động vật chất có mục đích, mang tính lịch sử - xã hội
của con người nhằm cải biến tự nhiên và xã hội.
Hoạt động thực tiễn là loại hoạt động mà con người sử dụng những công cụ vật
chất tác động vào những đối tượng vật chất nhất định làm biến đổi chúng theo mục
đích của mình. Đó là những hoạt động đặc trưng và bản chất của con người. Nó
được thực hiện một cách tất yếu khách quan và không ngừng phát triển bởi con
người qua các thời kỳ lịch sử. Chính vì vậy, hoạt động thực tiễn bao giờ cũng là
hoạt động vật chất mang tính chất sáng tạo và có tính mục đích, tính lịch sử - xã hội.
1.4.2. Các hình thức cơ bản của thực tiễn
Thực tiễn biểu hiện rất đa dạng với nhiều hình thức ngày càng phong phú.
Trong có ba hình thức cơ bản là: hoạt động sản xuất vật chất, hoạt động chính trị -
xã hội và hoạt động thực nghiệm khoa học.
Hoạt động sản xuất vật chất là hình thức hoạt động cơ bản, đầu tiên của thực
tiễn. Đây là hoạt động mà trong đó con người sử dụng những công cụ lao động tác
động vào giới tự nhiên để tạo ra của cải vật chất, các điều kiện cần thiết nhằm duy
trì sự tồn tại và phát triển của mình.
Hoạt động chính trị - xã hội là hoạt động của các cộng đồng người, các tổ chức
khác nhau trong xã hội nhằm cải biến những quan hệ chính trị - xã hội để thúc đẩy xã hội phát triển.
Thực nghiêm khoa học lả một hình thức đặc biệt của hoạt động thực tiễn. Đây
là hoạt động được tiến hành trong những điều kiện do con người tạo ra, gần giống,
giống hoặc lặp lại những trạng thái của tự nhiên và xã hội nhằm xác đinh những
quy luật biến đổi, phát triển của đối tượng nghiên cứu. Dạng hoạt động này có vai
trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội, đặc biệt là trong thời kỳ cách mạng
khoa học và công nghệ hiện đại.
Mỗi hình thức hoạt động cơ bản của thực tiễn có một chức năng quan trọng
khác nhau, không thể thay thế cho nhau, song chúng có mối quan hệ chặt chẽ, tác
động qua lại lẫn nhau. Trong mối quan hệ đó, hoạt động sản xuất vật chất là loại
hoạt động có vai trò quan trọng nhất, đóng vai trò quyết định đối với các hoạt động
thực tiễn khác. Bởi vì, nó là hoạt động nguyên thủy nhất và tồn tại một cách khách
quan, thường xuyên nhất trong đời sống của con người và nó tạo ra những điều
kiện, của cải thiết yếu nhất, có tính quyết định đối với sự sinh tồn và phát triển của
con người. Không có hoạt động sản xuất vật chất thì không thể có các hình thức
thực tiễn khác. Các hình thức thực tiễn khác, suy đến cùng cũng xuất phát từ thực
tiễn sản xuất vật chất và nhằm phục vụ thực tiễn sản xuất vật chất.
1.4.3. Vai trò của thực tiễn đối với nhận thức
Thực tiễn đóng vai trò là cơ sở, động lực, mục đích của nhận thức và là tiêu
chuẩn của chân lý, kiểm tra tính chân lý của quá trình nhận thức. Sở dĩ như vậy vì
thực tiễn là điểm xuất phát trực tiếp của nhận thức; nó đề ra nhu cầu, nhiệm vụ,
cách thức, khuynh hướng vận động và phát triển của nhận thức. Chính con người có
nhu cầu tất yếu khách quan là phải giải thích thế giới và cải tạo thế giới nên con
người tất yếu phải tác động vào các sự vật, hiện tuợng bằng hoạt động thực tiễn của
mình. Sự tác động đó làm cho các sự vật, hiện tuợng bộc lộ những thuộc tính,
những mối liên hệ và quan hệ khác nhau giữa chúng, đem lại những tài liệu cho
nhận thức, giúp cho nhận thức nắm bắt được bản chất, các quy luật vận động và
phát triển của thế giới. Trên cơ sở đó hình thành nên các lý thuyết khoa học. Chẳng
hạn, xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của con người cần phải đo đạc diện tích và đong
lường sức chứa của những cái bình, từ sự tính toán thời gian và sự chế tạo cơ khí
mà Toán học đã ra đời và phát triển. Ngay cả những thành tựu khoa học mới đây,
nhất là khám phá và giải mã bản đồ gien người cũng ra đời từ chính hoạt động thực
tiễn, từ nhu cầu đòi hỏi phải chữa trị những căn bệnh nan y và từ nhu cầu tìm hiểu,
khai thác những tiềm năng bí ẩn của con người... Có thể nói, suy cho cùng không có
một lĩnh vực tri thức nào mà lại không xuất phát từ thực tiễn, không nhằm vào việc
phục vụ, hướng dẫn thực tiễn. Do đó, nếu thoát ly thực tiễn, không dựa vào thực
tiễn thì nhận thức sẽ xa rời cơ sở hiện thực nuôi dưỡng sự phát sinh, tồn tại và phát
triển của minh. Cùng vĩ thế, chủ thể nhận thức không thể có được những tri thức
đúng đắn và sâu sắc về thế giới nếu nó xa rời thực tiễn.
Thực tiễn là cơ sở, động lực và mục đích của nhận thức còn là vì nhờ có hoạt
động thực tiễn mà các giác quan của con nguời ngày càng được hoàn thiện; năng
lực tư duy lôgích không ngừng được củng cố và phát triển; các phương tiện nhận
thức ngày càng hiện đại, có tác dụng "nối dài" các giác quan của con người trong
việc nhận thức thế giới.
Thực tiễn chẳng những là cơ sở, động lực, mục đích của nhận thức mà còn
đóng vai trò là tiêu chuẩn của chân lý, kiểm tra tính chân lý của quá trình nhận thức.
Điều này có nghĩa thực tiễn là thước đo giá trị của những tri thức đã đạt được trong
nhận thức. Đồng thời, thực tiễn không ngừng bổ sung, điều chỉnh, sữa chữa, phát
triển và hoàn thiện nhận thức. K. Marx đã từng khẳng định: "Vấn đề tìm hiểu xem
tư duy của con người có thể đạt tới chân lý khách quan không, hoàn toàn không
phải là một vấn đề lý luận mà là một vấn đề thực tiễn. Chính trong thực tiễn mà con
người phải chứng minh chân lý".
Tóm lại, thực tiễn chẳng những là điểm xuất phát của nhận thức, là yếu tố đóng
vai trò quyết định đối với sự hình thành và phát triển của nhận thức mà còn là nơi
nhận thức phải luôn luôn hướng tới để thể nghiệm tính đúng đắn của mình. Nhấn
mạnh vai trò đó của thực tiễn, V.I. L n
e in đã cho rằng "Quan điểm về đời sống, về
thực tiễn, phải là quan điểm thứ nhất và cơ bản của lý luận về nhận thức".
1.5. Đặc điểm của nhận thức khoa học
Dựa trên khái niệm nhận thức khoa học và những đặc điểm ban đầu của nó đã
được trình bày ở trên, chúng ta sẽ đi sâu phân tích các đặc điểm của nhận thức khoa
học. Do mục đích của hoạt động nhận thức khoa học là hướng tới nắm bắt được cái
có tính quy luật, cái bản chất chứ không dừng lại ở cái bề ngoài, cái ngẫu nhiên, cái
đơn nhất của đối tượng được nhận thức nên nhận thức khoa học không chỉ có cấu
trúc phức tạp mà còn có những đặc trưng riêng như sau.
1.5.1. Nhận thức khoa học mang tính khách quan nhằm tiếp cận chân lý
Xuất phát từ bản thân sự vật, hiện tượng và đối tượng nghiên cứu chứ không
phải từ ý muốn chủ quan, nhận thức khoa học phản ánh trung thành các sự vật, hiện
tượng, quá trình của hiện thực khách quan. Quá trình đó dựa vào sự thật và lý trí
con người chứ không phải là những ảo tưởng chủ quan và thông tin sai lệch.
1.5.2. Nhận thức khoa học mang tính hệ thống
Tính hệ thống của nhận thức khoa học, thực chất là tính hệ thống - chủ thể66,
suy đến cùng là hình ảnh chủ quan của tính hệ thống - khách thể. Nó được thể hiện
trong tất cả các giai đoạn, các thành tố thuộc cấu trúc của nhận thức khoa học như
mục đích, phương pháp, phương tiện... Sản phẩm đặc thù của nhận thức khoa học
gồm hệ thống các khái niệm, phạm trù, nguyên lý, quy luật phản ánh hiện thực
khách quan trong một chỉnh thể toàn vẹn, luôn có sự chuyển hoá và không phải là bất biến.
1.5.3. Nhận thức khoa học phải có luận cứ, có mối liên hệ chặt chẽ với thực tiễn và thực nghiệm
Nhận thức khoa học còn mang tính có luận cứ và được chứng minh, điều này
trước hết được thể hiện qua sự kiểm tra bằng thực nghiệm và thực tiễn. Ngoài ra, nó
còn có thể được chứng minh bằng các tiêu chí lôgíc hợp thành hệ chuẩn riêng do
nhận thức khoa học tạo ra nhằm chế định các phương thức chứng minh.
Nhận thức nói chung và nhận thức khoa học nói riêng luôn có mối liên hệ chặt
chẽ, khăng khít với thực tiễn. Trong quan hệ đó, thực tiễn đóng vai trò là cơ sở chủ
yếu, trực tiếp nhất của nhận thức; là động lực thúc đẩy sự phát triển của nhận thức,
của trí tuệ con người; là tiêu chuẩn để kiểm tra chân lý. Nếu xa rời thực tiễn, không
dựa trên cơ sở thực tiễn thì không thể có nhận thức đúng đắn, không thể có lý luận
khoa học, và do vậy, hoạt động của con người khó vượt qua giới hạn của sự mù quáng.
Thực nghiệm khoa học là một trong những hình thức cơ bản của hoạt động thực
tiễn, một trong các tiêu chuẩn kiểm tra chân lý. Với tư cách là "sự chất vấn đối với
tự nhiên", phương pháp thực nghiệm khoa học có vai trò quan trọng đối với nhận
66 Khách thể là phạm trù để chỉ những bộ phận của thế giới vật chất ở trong phạm vi hoạt động
của chủ thể, và chủ thể là xã hội, những nhóm xã hội, cá nhân, ... nhận thức và hoạt động tác động vào khách thể.
thức khoa học, nghiên cứu khách thể bằng cách tác động trực tiếp vào chúng. Căn
cứ vào những kết quả mà phương pháp thực nghiệm mang lại, người ta có đủ cơ sở
vững chắc để khẳng định (xác nhận) hay bác bỏ (phủ nhận) một kết luận hoặc giả
thuyết khoa học. Vì thế, kiểu nhận thức khoa học dựa vào lý trí và phương pháp
thực nghiệm có khả năng to lớn đối với việc nhận thức và cải tạo thế giới.
1.5.4. Nhận thức khoa học phải sáng tạ o r a tri thức khoa học mớ i
Nhận thức nói chung và nhận thức khoa học nói riêng đều là quá trình phản
ánh biện chứng, tích cực, tự giác và sáng tạo thế giới khách quan vào đầu óc của
con người. Tuy nhiên, nó không thuần tuý chỉ là sự "dựng lại", trình bày lại những
gì thế giới khách quan đã có, vốn có. Hơn thế, nhận thức khoa học luôn gắn với sự
sáng tạo, với việc khám phá từ đối tượng (các hiện tượng, quá trình, quy luật, "các
điểm nút trong một màng lưới") những tri thức khoa học mới - cái mà nhận thức
thông thường không thể đạt được. Nhận thức khoa học hiện đại có thể và cần phải
được xem xét với tư cách kết quả của toàn bộ quá trình phát sinh, phát triển của
hoạt động tư duy, không chỉ chứa đựng những tri thức đã có trong lịch sử mà chính
là từ đó tiếp tục sáng tạo nên các tri thức khoa học mới.
1.5.5. Nhận thức khoa học luôn đòi hỏi yêu cầu cao về tính trừu tượng hoá, khái quát hoá v à cụ thể hoá.
Quá trình đi từ nhận thức tiền khoa học đến nhận thức khoa học phải thông qua
các thao tác tư duy, đặc biệt là sự trừu tượng hoá, khái quát hoá. Có như vậy, chủ
thể nhận thức mới có thể nắm bắt được cái bản chất, quy luật bị che lấp trong sự
hỗn độn của các hiện tượng ngẫu nhiên, mới chủ động trong các hoạt động thực tiễn
dựa trên những tri thức mới, đúng đắn về đối tượng.
Khi trừu tượng hoá một vài thuộc tính hay các mối liên hệ trong một loạt sự
vật, hiện tượng, nhất định sẽ tạo ra điều kiện để khái quát hoá nhằm xác định phức
hợp các thuộc tính vào một lớp chung, thể hiện ra như cái chung trong một loạt sự
vật, hiện tượng riêng. Tuy nhiên, trừu tượng hoá, khái quát hoá không phải là mục
đích cuối cùng mà chỉ là những bước đưa chủ thể đến chỗ nhận thức cái cụ thể.
Chúng thể hiện một trình độ cao hơn của nhận thức khoa học và nhờ đó, chủ thể
nhận thức mới có thể đạt tới quan niệm toàn vẹn, chính xác về bản chất của các sự
vật, hiện tượng nghiên cứu.
1.5.6. Nhận thức khoa học đặt ra yêu cầu cao trong sử dụng ngôn ngữ, phương pháp và phương tiện
Để nghiên cứu, phản ánh đúng đắn các sự vật, hiện tượng, nhận thức khoa học
không chỉ sử dụng ngôn ngữ tự nhiên (hệ thống ký hiệu âm thanh và sau đó là chữ
viết), mà còn phải sử dụng và không ngừng phát triển ngôn ngữ chuyên biệt (là hệ
thống ký hiệu bổ trợ được tạo ra bằng cách riêng trên cơ sở của ngôn ngữ tự nhiên
được chuyên môn hoá). Thực chất, chúng ta nghiên cứu các sự vật, hiện tượng một
cách gián tiếp thông qua "thực nghiệm tư tưởng", nên tất yếu phải có hệ thống ngôn
ngữ khoa học. Hệ thống ngôn ngữ này được xây dựng chặt chẽ, rõ ràng, được sử
dụng tương đối nhất quán, có tính chuyên môn hoá cao giúp nhận thức khoa học
phản ánh ngày càng chính xác, đầy đủ đối tượng nghiên cứu nhờ vốn từ hiện đại,
phong phú, đa dạng cùng với cấu trúc ngữ ngôn khoa học và tinh tế.
II. Khoa học và Khoa học tự nhiên
1. Khoa học 1.1. Khoa học là gì?
Có nhiều cách tiếp cận đến khái niệm khoa học.
Theo Từ điển Tiếng Việt (do GS Hoàng Phê chủ biên) khoa học là hệ thống
tri thức tích lũy trong quá trình lịch sử và được thực tiễn chứng minh, phản ánh
những quy luật khách quan của thế giới bên ngoài cũng như của hoạt động tinh thần
của con người, giúp con người có khả năng cải tạo thế giới hiện thực.
Theo Luật Khoa học và Công nghệ (Quốc hội, 2013), khoa học là hệ thống
tri thức về bản chất, quy luật tồn tại và phát triển của sự vật, hiện tượng tự nhiên, xã hội và tư duy.
Theo Từ điển Giáo dục, Khoa học là lĩnh vực hoạt động của con người nhằm
tạo ra và hệ thống hóa những tri thức khách quan về thực tiễn, là một trong những
hình thái ý thức xã hội bao gồm cả hoạt động để thu hái kiến thức mới lẫn cả kết
quả của hoạt động ấy, tức là toàn bộ những tri thức khách quan làm nên nền tảng
của một bức tranh về thế giới. Từ khoa học cũng còn dùng để chỉ những lĩnh vực tri
thức chuyên ngành. Những mục đích trực tiếp của khoa học là miêu tả, giải thích và
dự báo các quá trình và các hiện tượng của thực tiễn dựa trên cơ sở những quy luật mà nó khám phá được.
Như vậy, Khoa học được phản ánh qua một tổ hợp (có tính hệ thống) của các
tri thức dưới dạng giải thích và dự đoán có thể kiểm chứng được về Vũ Trụ. Cốt lõi
của Khoa học là hệ thống tri thức về các quy luật của Thế giới tự nhiên, cũng như
các quy luật của xã hội và tư duy. Từ khoa học có nguồn gốc từ tiếng Latinh
scientia, có nghĩa là "tri thức".
1.2. Tri thức khoa học là gì?
Với tư cách thành tố của nhận thức khoa học, tri thức khoa học bao gồm toàn
bộ những hiểu biết sâu sắc, phong phú và đa dạng của con người về thế giới khách
quan. Nó bao hàm tri thức - nguồn, tri thức - tiền đề và tr ithức - kết quả của qu á
trình nhận thức. Khác với tri thức thông thường, tri thức khoa học trong nhận thức
khoa học phải đúng đắn, chân thực và phản ánh sự nhận thức ngày càng sâu sắc hơn
về thế giới khách quan.
Xét về trình độ phản ánh qua các giai đoạn của quá trình nhận thức, tri thức
khoa học như một chỉnh thể bao gồm các cấp độ: trực quan khoa học, kinh nghiệm
khoa học, lý luận khoa học.
Tri thức trực quan khoa học là kết quả của quá trình nhận thức và phản ánh
trực tiếp thế giới khách quan của chủ thể. Nội hàm của nó phản ánh các mặt, các bộ
phận bên ngoài sự vật, hiện tượng, thông qua các hình thức cảm giác, tri giác, biểu tượng.
Kinh nghiệm khoa học là những tri thức khoa học được đúc kết trực tiếp trong
quá trình lao động sản xuất, hoạt động chính trị - xã hội hoặc thực nghiệm khoa học
dưới sự chỉ đạo của nhận thức lý tính. Như K. Marx và F. Engels đã khẳng định:
“Trong kinh nghiệm, cái quan trọng chính là trí tuệ mà người ta dùng để tiếp xúc
với hiện thực. Một trí tuệ vĩ đại thực hiện được những kinh nghiệm vĩ đại, và thấy
được cái gì là quan trọng trong sự vận động muôn vẻ của các hiện tượng”67. Kinh
nghiệm khoa học là sự tiếp tục với chất lượng mới của trực quan khoa học, nó dựa
67 C.Mác và Ph.Ăngghen. Toàn tập, t.20. Nxb Chính trị Quốc gia, Hà Nội, 1994, tr.687.
trên cơ sở cảm tính nhưng đồng thời là điều kiện của nhận thức lí luận, là cầu nối
giữa thực tiễn với lí luận khoa học.
Lí luận khoa học là trình độ cao của nhận thức khoa học, mang tính trừu
tượng, khái quát cao, phản ánh đối tượng nghiên cứu bằng cách "tước bỏ" những
mặt, những thuộc tính không bản chất. Nó là kết quả của quá trình nhận thức, trong
đó chủ thể nhận thức đạt đến bản chất, quy luật bên trong của sự vật, hiện tượng và
dựa vào đó, xây dựng các giả thuyết, lí thuyết khoa học và dự báo khoa học. Những
hình thức cơ bản nhất của lí luận khoa học bao gồm: khái niệm, phán đoán, suy lí.
Như vậy, với tư cách là bộ phận cấu thành của nhận thức khoa học, tri thức
khoa học bao gồm nhiều tầng bậc, trình độ khác nhau, song có mối quan hệ thống
nhất biện chứng với nhau. Trong đó, tri thức trực quan khoa học và kinh nghiệm
khoa học phải có sự dẫn dắt của lí luận khoa học. Tri thức trực quan khoa học là cơ
sở trực tiếp hình thành kinh nghiệm khoa học, và đến lượt nó, kinh nghiệm khoa
học lại là cơ sở trực tiếp hình thành lí luận khoa học. Sự gắn bó hữu cơ của tri thức
khoa học thuộc mọi cấp độ luôn dựa trên cơ sở thực tiễn.
1.3. Phương pháp khoa học
Phương pháp khoa học là hệ thống những nguyên tắc được rút ra từ tri thức
khoa học về các quy luật khách quan để điều chỉnh hoạt động nhận thức và hoạt
động thực tiễn nhằm thực hiện mục tiêu nhất định. Phương pháp khoa học có vai trò
quan trọng trong hoạt động của con người. Becon68 đã coi phương pháp như ngọn
đuốc soi đường cho con người trong đêm tối. Lênin nhấn mạnh vai trò của phương
pháp khoa học: vấn đề không phải chỉ là chân lý mà con đường đi đến chân lý là rất
quan trọng, con đường đó (phương pháp) cũng phải có tính chân lý.
Bắt đầu từ thế kỷ 17, phương pháp khoa học về bản chất là một phương pháp
thực nghiệm để thu nhận kiến thức. Nó liên quan đến việc quan sát cẩn thận, hoài
nghi thực sự về những gì được quan sát, cho rằng các khẳng định nhận thức có thể
làm sai lệch cách diễn giải quan sát. Nó liên quan đến việc đưa ra các giả thuyết
68 Francis Bacon (22/1/1561 9/
– 4/1626) là nhà triết học vĩ đại thời cận đại. Theo Marx, Becon là ông t
ổ của chủ nghĩa duy vật Anh và khoa h c
ọ thực nghiệm. Bắt đầu t ừ Becon, lịch s ử triết học
Tây Âu bước sang một giai đoạn mới ớ
v i những màu sắc riêng.
(thông qua quy nạp) dựa trên những quan sát như vậy; thực nghiệm và đo lường
dựa trên thử nghiệm các suy diễn rút ra từ các giả thuyết; và sàng lọc (hoặc loại bỏ)
các giả thuyết dựa trên những phát hiện thực nghiệm. Đây là những nguyên tắc của
phương pháp khoa học, được phân biệt với một loạt các bước dứt khoát áp dụng cho
tất cả các hệ thống khoa học.
Tuy có đa dạng các mô hình cho phương pháp khoa học, nhưng nhìn chung có
một quá trình liên tục bao gồm các quan sát về thế giới tự nhiên. Con người thường
tò mò một cách tự nhiên, vì vậy họ thường đưa ra các câu hỏi về những điều họ
nhìn thấy hoặc nghe thấy, và họ thường phát triển ý tưởng hoặc giả thuyết về lý do
tại sao mọi thứ lại diễn ra như vậy. Các giả thuyết tốt nhất dẫn đến dự đoán có thể
được kiểm tra theo nhiều cách khác nhau. Thử nghiệm cuối cùng về các giả thuyết
xuất phát từ lý luận dựa trên dữ liệu thực nghiệm được kiểm soát cẩn thận. Tùy
thuộc vào mức độ kiểm tra bổ sung phù hợp với dự đoán, giả thuyết ban đầu có thể
yêu cầu sàng lọc, thay đổi, mở rộng hoặc thậm chí bị bác bỏ. Nếu một giả thuyết cụ
thể trở nên được hỗ trợ rất tốt, một lý thuyết chung có thể được phát triển.
Mặc dù các quy trình ở các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau là khác nhau, nhưng
phương pháp khoa học ở các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau lại thường giống nhau.
Quy trình của phương pháp khoa học bao gồm đưa ra các giả thuyết, rồi rút ra từ giả
thuyết đó những dự đoán như là những hệ quả logic, sau đó thực hiện các thí
nghiệm hoặc quan sát thực nghiệm dựa trên những dự đoán đó. Một giả thuyết là
một phỏng đoán, dựa trên kiến thức thu được trong khi tìm kiếm câu trả lời cho câu
hỏi. Giả thuyết có thể rất cụ thể, hoặc nó có thể rộng. Các nhà khoa học sau đó kiểm
tra các giả thuyết bằng cách tiến hành các thí nghiệm hoặc nghiên cứu. Mục đích
của một thí nghiệm là xác định xem các quan sát có đồng ý hay mâu thuẫn với các
dự đoán xuất phát từ một giả thuyết hay không. Các thí nghiệm có thể diễn ra ở bất
cứ đâu, từ nhà để xe đến Máy Va chạm Hadron Lớn của CERN69. Tuy nhiên, có
những khó khăn trong việc công thức hóa phương pháp. Mặc dù phương pháp khoa
học thường được trình bày dưới dạng một chuỗi cố định các bước, nhưng nó đại
69 CERN là tên viết tắt của Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu, nơi có phòng thí m nghiệ vật
lý hạt lớn nhất thế giới. CERN nằm ở phía Tây Bắc ngoại ô Geneva, trên đường biên giới Pháp-
Thuỵ Sĩ, được thành lập năm 1954.
diện cho một tập hợp các nguyên tắc chung. Không phải tất cả các bước diễn ra
trong mọi cuộc khảo cứu khoa học đều có cùng mức độ và chúng không phải lúc
nào cũng theo cùng một thứ tự.
1.4. Mối quan hệ với Toán học và Thống kê
Khoa học là quá trình thu thập, so sánh và đánh giá các mô hình được đề xuất
dựa trên các vật thể quan sát được. Ở đó, một mô hình có thể là một mô phỏng, một
công thức toán học (hoặc hóa học) hoặc tập hợp các bước được đề xuất. Khoa học
giống như Toán học ở chỗ các nhà nghiên cứu ở cả hai ngành cố gắng phân biệt
những gì đã biết với những gì chưa biết ở mỗi giai đoạn khám phá. Phương pháp
toán học và phương pháp khoa học tuy khác nhau về chi tiết, nhưng vẫn giống nhau
trong việc sử dụng các bước lặp hoặc đệ quy .
Phƣơng pháp toán học
Phƣơng pháp khoa học 1 Hiểu
Đặc trưng hóa từ kinh nghiệm và quan sát 2 Phân tích
Giả thuyết: một lời giải thích được đề xuất 3 Tổng hợp
Suy diễn: dự đoán từ giả thuyết 4 Xem lại/Mở rộn g Kiểm tra và thử nghiệm
Như chúng ta đã biết, không có định lý toán học nào là “cuối cùng” hay “hoàn
hảo”. Điều này có nghĩa là chúng ta không nên nghĩ rằng một định lý là đúng vĩnh
cửu, định lý đó đúng chỉ vì chưa có phản ví dụ nào được tìm thấy. Khi một phản ví
dụ cho định lý được tìm thấy, chúng ta phải điều chỉnh định lý, mở rộng tối đa miền
đúng đắn của nó. Đây là một cách liên tục tích lũy kiến thức của chúng ta, thông
qua logic và quá trình chứng minh và bác bỏ. Khi phương pháp khoa học sử dụng
số liệu thống kê như là một phần của kho vũ khí, có những vấn đề thực tế và toán
học có thể có ảnh hưởng xấu đến độ tin cậy của đầu ra của phương pháp khoa học.
Điều này được mô tả trong bài báo khoa học nổi tiếng "Tại sao hầu hết các kết quả
nghiên cứu được công bố là sai" của John Ioannidis70 xuất bản năm 2005. Bài báo
này được coi là nền tảng cho lĩnh vực siêu khoa học. Nhiều nghiên cứu về siêu khoa
học tìm cách xác định việc sử dụng số liệu thống kê kém do đâu và cải thiện việc sử
dụng số liệu thống kê bằng cách nào. 1.5. Triết học khoa học
Triết học khoa học là một lĩnh vực của triết học liên quan đến nền tảng, phương
pháp và ý nghĩa của khoa học. Các câu hỏi chính của lĩnh vực nghiên cứu này liên
quan đến cái gì được xem như khoa học, độ tin cậy của các lí thuyết khoa học và
mục đích cuối cùng của khoa học. Ví dụ, chúng ta khảo sát mối quan hệ giữa khoa học và chân lý.
Không có sự đồng thuận giữa các nhà triết học về nhiều vấn đề trung tâm liên
quan đến triết học khoa học, bao gồm việc liệu khoa học có thể khám phá chân lý
về những thứ không quan sát được hay không và liệu lí luận khoa học có thể được
biện minh hay không. Bên cạnh những câu hỏi chung về khoa học nói, các nhà triết
học khoa học còn xem xét các vấn đề được áp dụng cho các ngành khoa học cụ thể
(như Sinh học hoặc Vật lí). Một số triết gia khoa học cũng sử dụng các kết quả
đương đại trong khoa học n ằ
h m đưa ra kết luận về chính triết học.
Trong khi các tư tưởng triết học liên quan đến khoa học xuất hiện ít nhất từ thời
Aristotle, triết học khoa học nổi lên như là một môn độc lập chỉ từ giữa thế kỷ 20
sau phong trào chủ nghĩa thực chứng logic, phong trào này có mục đích hình thành
các tiêu chí để đảm bảo tất cả các ý nghĩa triết học và đánh giá khách quan chúng.
Charles Sanders Peirce71 và Karl Popper72 đã chuyển từ chủ nghĩa thực chứng sang
thiết lập một bộ tiêu chuẩn hiện đại cho phương pháp luận khoa học. Năm
1962, Thomas Kuhn73 cho ra đời một quyển sách bước ngoặt mang tên Cấu trúc
70 John P. A. Ioannidis (sinh ngày 21/8/1965 tại New York City) là một nhà vật lí và nhà văn,
người đã đóng góp cho y học dựa trên bằng chứng, dịch tễ học, khoa học dữ liệu và nghiên cứu
lâm sàng. Ngoài ra, ông đã đi tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu siêu khoa học.
71 Charles Sanders Peirce (10/9/1839-19/4/1914) là một triết gia, nhà logic học, nhà toán học và
nhà khoa học người Mỹ đôi khi được gọi là "cha đẻ của chủ nghĩa thực chứng".
72 Sir Karl Raimund Popper (28/7/1902
– 17/9/1994) là một nhà triết học và giáo sư người
Anh gốc Áo. Ông được coi là một trong những nhà triết học khoa học vĩ đại nhất thế kỷ 20. Ông
được biết đến vì đã bác bỏ quan điểm của người theo chủ nghĩa cổ điển về phương pháp khoa học
ủng hộ giả mạo theo kinh nghiệm.
73 Thomas Samuel Kuhn (18/7/1922-17/6/1996) là một nhà vật lý h c
ọ , nhà triết học khoa học
người Mỹ. Ông là tác giả của công trình trứ danh được xuất bản vào năm 1962, Cấu trúc c a ủ các
của các cuộc Cách mạng Khoa học, thách thức quan điểm tiến bộ khoa học như là
một quá trình tích lũy ổn định của tri thức dựa trên một phương pháp cố định của
việc quan sát có hệ thống mà thay vào đó, ông cho rằng bất kỳ tiến bộ nào cũng liên
quan đến "mô hình", tập hợp các câu hỏi, khái niệm và thực tiễn xác định một
ngành khoa học trong một giai đoạn lịch sử cụ thể.
Triết học về các khoa học cụ thể trải dài từ những câu hỏi về bản chất của thời
gian được đưa ra bởi Thuyết tương đối rộn
g của Einstein, cho đến ý nghĩa của Kinh
tế học đối với chính sách công. Một chủ đề trung tâm là liệu một ngành khoa học có
thể bị quy giản về một ngành khác hay không. Chẳng hạn, liệu Hóa học có thể bị
quy giản về Vật lí, hay liệu Xã hội học có thể bị quy giản về Tâm lý học cá nhân?
Những câu hỏi chung về triết học khoa học cũng được sinh ra với đặc trưng lớn hơn
trong những khoa học cụ thể. Chẳng hạn, tính đúng đắn của lập luận khoa học được
tìm thấy ở nhiều khía cạnh khác nhau trong nền tảng của Thống kê học. Câu hỏi về
những gì được xem như là khoa học hay không phải là khoa học nổi lên như là một
vấn đề sinh tử trong triết học về y học. Thêm nữa, các nhà triết học về Sinh học,
Tâm lý học và các khoa học xã hội cũng tìm hiểu liệu các nghiên cứu khoa học
về bản chất con người có thể đạt được tính khách quan hay bị định hình bởi các giá
trị và quan hệ xã hội.
Dưới đây ta sẽ nêu một vài vấn đề chính của Triết học khoa học.
1.5.1. Khoa học và Phi khoa học
Ở trên chúng ta đã trình bày về khái niệm khoa học. Vậy Phi khoa học là gì?
Nhiều nhà triết học cho rằng một lĩnh vực nghiên cứu (hoặc đầu tư) giả dạng
như khoa học nỗ lực khẳng định tính hợp pháp mà nó không thể đạt được được gọi
là phi khoa học (hay còn gọi là giả khoa học hoặc khoa học rác rưởi). Nhà vật lý
nổi tiếng Richard Feynman74 đã đặt ra thuật ngữ "khoa học sùng bái hàng hóa" cho
các trường hợp trong đó các nhà nghiên cứu tin rằng họ đang làm khoa học vì các
hoạt động của họ tuy có vẻ “bề ngoài khoa học” nhưng thực sự thiếu đi "sự trung
thực hoàn toàn" cho phép kết quả của họ được đánh giá chặt chẽ.
cuộc cách mạng khoa học, ảnh hưởng lên cả các nhóm trí thức hàn lâm lẫn nhóm trí thức ổ ph thông bình dân.
74 Richard Phillips Feynman (11/5/1918-15/2/1988) là m t
ộ nhà vật lý lý thuyết người Mỹ, được
biết đến với công trình nghiên cứu về công thức tích phân của cơ học lượng tử, lý thuyết về điện
động lực học lượng tử và Vật lí của helium lỏng siêu lạnh, cũng như trong vật lý hạt mà ông đã đề
xuất mô hình parton. Với những đóng góp cho sự phát triển của Điện ng độ lực học n lượ g tử,
Feynman đã nhận được giải thưởng Nobel Vật lí năm 1965 cùng với Julian Schwinger và Shin'ichirō Tomonaga.
Phân biệt giữa khoa học và phi khoa học được gọi là vấn đề phân định ranh
giới. Chẳng hạn, phân tâm học có nên được coi là khoa học? Nói thế nào về cái gọi
là khoa học sáng tạo, giả thuyết đa vũ trụ lạm phát, hay kinh tế vĩ mô? Karl Popper
gọi đây là câu hỏi trung tâm trong Triết học khoa học. Tuy nhiên, cho tới nay không
có quan điểm thống nhất nào về vấn đề này được sự chấp nhận của các nhà triết học
và một số người coi vấn đề này là không thể giải quyết được hoặc không quan tâm. Martin Gardner75 76
đã lập luận về việc sử dụng tiêu chuẩn Potter Stewart ("Tôi
biết điều đó khi tôi nhìn thấy nó") để nhận ra phi khoa học. Các nhà thực chứng
logic lại cho rằng khoa học là phải quan sát, trong khi phi khoa học là không quan sát và do đó vô nghĩa.
1.5.2. Tính đúng đắn trong Khoa học
Mặc dù nó thường được coi là điều hiển nhiên, nhưng không rõ ràng bằng cách
nào người ta có thể suy ra tính hợp lệ của một khẳng địn
h tổng quát được rút ra từ
một số trường hợp cụ thể hoặc suy ra tính đúng đắn của một lý thuyết từ một loạt
các thử nghiệm thành công. Ví dụ, một con gà quan sát rằng mỗi buổi sáng, người
nông dân đến và cho nó thức ăn, trong hàng trăm ngày liên tiếp. Do đó, con gà có
thể sử dụng lý luận quy nạp để suy luận rằng người nông dân sẽ mang thức ăn vào
mỗi buổi sáng. Tuy nhiên, vào một buổi sáng, người nông dân đến và giết gà. Làm
thế nào để nói rằng lý luận khoa học đáng tin cậy hơn lý luận của con gà?
Có một cách tiếp cận khác là thừa nhận rằng quy nạp không thể đạt được sự
chắc chắn, nhưng quan sát nhiều trường hợp của một khẳng định tổng quát ít nhất
có thể làm cho khẳng định tổng quát đó có thể xảy ra hơn. Vì vậy, con gà sẽ đúng
khi kết luận từ tất cả các buổi sáng rằng có khả năng người nông dân sẽ đi kèm với
thức ăn một lần nữa vào sáng hôm sau, ngay cả khi điều đó không thể chắc chắn.
Tuy nhiên, xác định xác suất đúng của khẳng định tổng quát vẫn còn là câu hỏi khó
trong quá trình diễn giải bất kỳ bằng chứng cụ thể nào. Cũng có một cách nữa để
thoát khỏi những khó khăn đặc biệt này là tuyên bố rằng tất cả niềm tin về các lý
thuyết khoa học là chủ quan, hoặc cá nhân, và lý luận chính xác chỉ đơn thuần là
cách đưa ra bằng chứng như thế nào thì sẽ thay đổi được niềm tin chủ quan của con người theo thời gian.
75 Martin Gardner (21/10/1914-22/5/2010) là một nhà văn i nổ tiếng về toán h c ọ và ph ổ biến khoa h c ọ c a ủ M , v
ỹ ới những sở thích như sự hoài nghi khoa h c
ọ , từ trường, triết h c ọ , tôn giáo và văn học,…
76 Potter Stewart (23/1/1915-7/12/1985) là Phó Thẩm phán của Tòa án T i ố cao Hoa K , ph ỳ c ụ vụ
từ năm 1958 đến 1981. Trong nhiệm kỳ của mình, ông đã đóng góp lớn cho cải cách tư pháp hình
sự, dân quyền, tiếp cận các tòa án, và Luật sửa đổi lần th ứ tư.
Popper cho rằng tính chất trung tâm của khoa học là không chắc chắn
(falsifiability). Tức là, mọi khẳng định khoa học thực sự đều có khả năng được
chứng minh là sai (ít nhất là về nguyên tắc!).
Một số ý kiến cho rằng những gì các nhà khoa học làm không phải là lí luận
quy nạp mà là lí luận loại suy (abductive reasoning), hoặc suy luận tới lời giải thích
tốt nhất. Theo quan niệm này, khoa học không phải là khái quát hóa các trường hợp
cụ thể mà là giả thuyết hóa các giải thích cho những gì được quan sát. Như đã nêu
trong phần trước, không phải lúc nào cũng rõ ràng ý nghĩa của "lời giải thích tốt
nhất". Nguyên tắc “Dao cạo của Ockham”77 chỉ ra cách giải thích đơn giản nhất, do
đó đóng một vai trò quan trọng trong một số phiên bản của phương pháp này.
Trở lại ví dụ về con gà, sẽ đơn giản hơn nếu cho rằng người nông dân quan tâm đến nó và sẽ t ế
i p tục chăm sóc nó vô thời hạn hay người nông dân đang vỗ béo nó
để giết thịt? Các nhà triết học đã cố gắng làm cho nguyên tắc heuristic này chính
xác hơn về mặt phân tích lý thuyết hoặc các biện pháp khác. Tuy nhiên, mặc dù các
biện pháp đơn giản khác nhau đã được đưa ra như các ứng cử viên tiềm năng,
nhưng nhìn chung người ta chấp nhận rằng không có thứ gọi là biện pháp đơn giản
độc lập với lý thuyết. Nói cách khác, dường như có nhiều biện pháp đơn giản khác
nhau cũng như có các lý thuyết và nhiệm vụ lựa chọn giữa các biện pháp đơn giản
dường như cũng có vấn đề như công việc lựa chọn giữa các lý thuyết.
Cuối cùng, Khoa học nên nhằm mục đích xác định sự thật tối thượng, hay có
những câu hỏi mà Khoa học không thể trả lời được? Các nhà hiện thực khoa học
cho rằng khoa học nhắm vào sự thật và người ta phải coi các lý thuyết khoa học là
đúng, gần đúng hoặc có thể đúng. Ngược lại, những người chống chủ nghĩa khoa
học cho rằng khoa học không nhắm (hoặc ít nhất là không thành công) vào sự thật,
đặc biệt là sự thật về những vật không quan sát được như điện tử hoặc các vũ trụ
khác. Những người theo lí thuyết công cụ cho rằng các lý thuyết khoa học chỉ nên
được đánh giá xem chúng có hữu ích hay không. Theo quan điểm của họ, liệu các lý
thuyết có đúng hay không nằm bên cạnh vấn đề, bởi vì mục đích của khoa học là
đưa ra dự đoán và các công nghệ đủ hiệu quả. 1.6. Đạo đức khoa học
1.6.1. Đạo đức khoa học là gì?
77 “Dao cạo của Occam” là nguyên tắc triết h c
ọ giải quyết vấn đề nói rằng "Các thực thể không
nên được nhân lên nếu không cần thiết." Ý tưởng này được cho là của Franciscan friar William of Ockham (1287 1347) – , m t ộ nhà triết h c ọ và thần học .
Danh từ đạo đức bắt nguồn từ tiếng La tinh, từ: moralis nghĩa là có liên quan
đến lề thói, đạo nghĩa. Còn từ đạo lí thường xem như đồng nghĩa với đạo đức thì
gốc ở chữ Hy Lạp là ethicos nghĩa là lề thói, tập tục. Hai danh từ đó chứng tỏ rằng,
khi ta nói đến đạo đức, tức là nói đến những lề thói, tập tục và biểu hiện mối quan
hệ nhất định giữa người và người trong sự giao tiếp với nhau hàng ngày.
Ở phương Đông mà đại diện là Trung Hoa, các học thuyết về đạo đức của
người Hán cổ đại bắt nguồn từ cách hiểu về đạo và đức của họ. Đạo có nghĩa là con
đường, đường đi, về sau khái niệm đạo được vận dụng trong triết học để chỉ con
đường của tự nhiên. Đạo còn có nghĩa là con đường sống của con người trong xã
hội. Đức dùng để nói đến nhân đức, đức tính và nhìn chung đức là biểu hiện của
đạo, là đạo nghĩa, là nguyên tắc luân lý. Như vậy có thể nói đạo đức của người Hán
cổ đại chính là những yêu cầu, những nguyên tắc do cuộc sống đặt ra mà mỗi người phải tuân theo.
Ngày nay, đạo đức được định nghĩa như sau: Đạo đức là một hình thái ý thức
xã hội, là tập hợp những nguyên tắc, qui tắc, chuẩn mực xã hội, nhằm điều chỉnh
cách đánh giá và cách ứng xử của con người trong quan hệ với nhau và quan hệ với
xã hội, chúng được thực hiện bởi niềm tin cá nhân, bởi sức mạnh của truyền thống
và sức mạnh của dư luận xã hội. Từ điển tiếng Việt phổ thông của TS Chu Bích
Thu có nêu: “Đạo đức là những tiêu chuẩn, nguyên tắc được dư luận xã hội thừa
nhận, qui định hành vi, quan hệ của con người đối với nhau và đối với xã hội.
Những tiêu chuẩn đạo đức được áp dụng cho các hành vi có kết quả hoặc có thể có
kết quả rõ ràng trong cuộc sống của con người”.
Theo quan điểm như trên, Đạo đức khoa học là đạo đức trong lĩnh vực khoa
học, ở đó lĩnh vực khoa học bao gồm các lĩnh vực chuyên biệt như thí nghiệm, xét
nghiệm, giảng dạy và huấn luyện, phân tích dữ liệu, quản lí dữ liệu, chia sẻ dữ liệu,
xuất bản ấn phẩm, trình bày công trình nghiên cứu trước công chúng, và quản lí tài chính.
Trong thời đại ngày nay, hoạt động trong lĩnh vực khoa học đã trở thành một
nghề nghiệp. Vì thế, Đạo đức khoa học gắn liền với đạo đức nghề nghiệp. Trước
hết, ta nhắc lại khái niệm nghề nghiệp. Nghề nghiệp là hoạt động lao động trong
một lĩnh vực cụ thể mà trong đó, nhờ được đào tạo, con người có được những tri
thức, những kỹ năng để làm ra các loại sản phẩm vật chất hay tinh thần nào đó, đáp
ứng được những nhu cầu của xã hội.
Đạo đức nghề nghiệp là một nhánh trong hệ thống đạo đức xã hội, là một loại
đạo đức đã được thực tiễn hoá. Đạo đức nghề nghiệp không phải là luật pháp, mà là
những qui ước hay điều lệ về hành xử được các thành viên trong ngành nghề
chuyên môn chấp nhận như là những kim chỉ nam cho việc hành nghề. Các điều lệ
này cho phép, nghiêm cấm, hay đề ra thủ tục về các hành xử cho các tình huống
khác nhau. Nhiều ngành nghề có một hệ thống điều lệ chính thức về đạo đức để
giúp chỉ dẫn cho những người hoạt động trong lĩnh vực đó. Ví dụ, các bác sĩ thường
thực hiện Lời thề Hippocrates78, bên cạnh những quy chuẩn khác, ví dụ như các bác
sĩ “không được gây thương tổn” cho bệnh nhân của họ. Các kỹ sư tuân theo một
hướng dẫn đạo đức nói rằng họ phải “bảo vệ sự an toàn, sức khỏe và phúc lợi của
công chúng một cách tối đa”. Trong các ngành nghề này, các nguyên tắc trở nên ăn
sâu đến mức những người hành nghề hiếm khi phải suy nghĩ về việc tuân thủ đạo
đức – đó là một phần trong cách họ làm việc. Và một sự vi phạm đạo đức được coi
là rất nghiêm trọng, ít nhất là bị trừng phạt trong phạm vi chuyên môn (bằng cách
thu hồi giấy phép chẳng hạn) và đôi khi là chịu trách nhiệm trước pháp luật.
1.6.2. Những nguyên tắc cơ bản của đạo đức khoa học
Vậy thì các chuẩn mực đạo đức khoa học cụ thể là gì? Khó có câu trả lời
chính xác cho câu hỏi này, bởi vì hoạt động khoa học cực kì đa dạng, tuy vậy, ta có
thể tóm lược các tiêu chuẩn đạo đức khoa học qua những nguyên tắc cơ bản sau đây:
1. Trung thực và khách quan trong khoa học.
Khoa học dựa vào những sự thật có thể thấy, có thể nghe, có thể sờ được, chứ
không dựa vào kinh nghiệm cá nhân hay suy luận theo cảm tính. Do đó, khoa học đặt sự t ậ
h t khách quan trên hết và trước hết. Nhà khoa học phải tuyệt đối thành thật
78 Hippocrates của Kos (460-370 trước Công nguyên), còn được g i
ọ là Hippocrates II, là một
bác sĩ người Hy Lạp thời đại Pericles (Hy Lạp cổ đại). Ông được coi là m t ộ trong những nhân vật
nổi bật nhất trong lịch sử y học .
với những gì mình quan sát hay nhận xét, không được gian lận trong nghiên cứu,
không giả tạo dữ liệu, không thay đổi dữ liệu, và không lừa gạt đồng nghiệp.
2. Cẩn trọng trong phân tích kết quả khoa học để tránh sai sót
Nhà khoa học phải phấn đấu hết mình để tránh các nhầm lẫn và sai sót trong
tất cả các hoạt động khoa học. Do đó, nhà khoa học có nghĩa vụ phải báo cáo đầy đủ n ữ
h ng kết quả mà họ đạt được trong quá trình nghiên cứu. N ữ h ng báo cáo này
phải đầy đủ chi tiết để các nhà khoa học khác có thể t ẩ
h m định hay xác nhận (nếu
cần thiết). Bất cứ một thay đổi về số liệu, dữ liệu thu thập được đều phải được chú
thích rõ ràng (như ghi rõ ngày tháng sửa, ai là người chịu trách nhiệm, và tại sao thay đổi).
3. Phân tích và giải thích các kết quả một cách độc lập
Nhà khoa học phải phân tích và giải thích các kết quả một cách độc lập dựa
trên dữ liệu và không dựa trên ảnh hưởng của các nguồn bên ngoài 4. Cởi mở và công khai
Nghiên cứu khoa học mang tính tương tác rất cao, và do đó thường tùy thuộc
lẫn nhau. Nhà khoa học có trách nhiệm chia sẻ dữ liệu, kết quả và phương pháp
nghiên cứu, lí thuyết, thiết bị, v.v… với đồng nghiệp, đặc biệt chia sẻ công khai
phương pháp, số liệu và diễn giải thông qua việc công bố và trình bày
5. Xác nhận đầy đủ kết quả và trích dẫn chuẩn xác nguồn thông tin, dữ liệu và ý tưởng
6. Có trọng trách đạo đức đối với xã hội
Phần lớn hoạt động khoa học là do tài trợ của người dân; do đó, nhà khoa học
phải có nghĩa vụ công bố những gì mình đạt được cho công chúng biết. Hình thức
công bố có thể là những ấn phẩm khoa học hay những trao đổi trên các diễn đàn
quần chúng. Tất cả các cơ sở vật chất sử dụng cho nghiên cứu, kể cả thiết bị, hóa
chất, tài chính… là tài sản chung của xã hội; do đó, chúng cần được sử dụng sao
cho đem lại lợi ích nhiều nhất cho xã hội. Trong một số khuôn khổ, nhà khoa học
phải có trách nhiệm trong việc cân nhắc các quyền của con người và động vật.
Do hoạt động khoa học mang tính xã hội nên các chuẩn mực về đạo đức khoa
học phải là một “thể chế” của bất cứ trung tâm khoa học nào, kể cả trường đại học,
và phải được xem như là một mục tiêu của khoa học. Sinh viên và các nghiên cứu
sinh từ các trường đại học là những người sẽ chiếm giữ các vị trí quan trọng trong
xã hội như nhà lãnh đạo, nhà khoa học và giáo sư tương lai nên việc đảm bảo họ
biết được các tiêu chuẩn đạo đức khoa học là một biện pháp ngày càng trở nên cấp
thiết hơn để đảm bảo sự ổn định của xã hội cho các thế hệ tiếp nối.
1.6.3. Một vài trường hợp vi phạm đạo đức khoa học
Vụ “bện h nhân ma”
Năm 2003, tạp chí y học danh tiếng The Lancet của Anh đã dính phải “quả lừa”:
một nghiên cứu đầy đặn về ung thư miệng ký tên đồng tác giả những 14 nhà khoa
học quốc tế. Nhà nghiên cứu chủ xị là bác sĩ người Na Uy Jon Sudbo, 44 tuổi, sau
đó thú nhận đã dựng ra hàng trăm hồ sơ bệnh án để làm đầy đặn cho nghiên cứu của
mình. Các vị đồng ký tên hoàn toàn vô can vì bị “xỏ mũi”. Gen đồn g tính
Năm 1993 tiến sĩ Dean Hamer (Viện Sức khỏe quốc gia Mỹ) đăng một bài trên tạp
chí Science trong đó nói rằng ông đã phát hiện được “gen gây đồng tính ái”, hay
chính xác hơn là một chỉ dấu lạ trên nhiễm sắc thể X thường thấy ở phần lớn những
người đàn ông đồng tính ái. Thông tin chấn động quá đi mất vì như thế đồng tính ái
không bị xem là bệnh lý mà là có chất di truyền. Nhưng khi bình tĩnh xem xét lại,
người ta phát hiện nhiều kết quả trong nghiên cứu đã bị t ổ h i phồng quá mức, chưa
kể phương pháp nghiên cứu có vấn đề.
Vụ bộ tộc tiền sử
Năm 1972, Manuel Elizalde, công chức trẻ dưới trào chính phủ Marcos, “phát hiện”
được một bộ tộc tiền sử ở Philippines. Bộ tộc ăn lông ở lỗ này, được đặt tên là
Tasaday, lập tức lên ngay bìa một của tờ tạp chí National Geographic, và Đài truyền
hình NBC không ngần ngại ký ngay tấm ngân phiếu 50.000 USD cho Elizalde thực
hiện bộ phim tài liệu về cộng đồng độc đáo đó. Ba năm sau người ta mới té ngửa ra
rằng bộ tộc thời hồng hoang đó kỳ thực là những thổ dân địa phương được mời
đóng vai người tiền sử sống trong hang đá.
Transitor phân tử mới
Năm 2001, nhà vật lý người Đức Jan Hendrik Schon đã nhanh chóng trở nên nổi bật
với những thứ có vẻ là một loạt các khám phá đột phá trong lĩnh vực điện tử và
công nghệ nano. Schon và hai đồng tác giả đã công bố một bài báo trên tạp
chí Nature, tuyên bố đã tạo ra một transitor phân tử mới thay thế cho các transitor
được sử dụng phổ biến trong các thiết bị thường dùng (Schön et al., 2001). Sáng
chế này mang tính cách mạng – một transitor phân tử có thể cho phép phát triển các
vi mạch máy tính nhỏ hơn nhiều so với bất kỳ loại vi mạch nào có sẵn tại thời điểm
đó. Kết quả là Schon đã nhận được một số giải thưởng nghiên cứu danh giá và công
trình được coi là một trong những “bước đột phá của năm” vào năm 2001 bởi tạp chí Science.
Tuy nhiên, vấn đề bắt đầu xuất hiện rất nhanh. Các nhà khoa học cố gắng làm
lại nghiên cứu của Schon nhưng đều không được. Lydia Sohn, khi đó là nhà nghiên
cứu công nghệ nano tại Đại học Princeton, nhận thấy rằng hai thí nghiệm khác nhau
được thực hiện bởi Schon ở nhiệt độ rất khác nhau và được công bố trong các bài
báo riêng biệt dường như có các kiểu nền nhiễu giống hệt nhau trong các biểu đồ
được sử dụng để trình bày dữ liệu (Service, 2002) . Khi đối mặt với vấn đề đó,
Schon ban đầu tuyên bố rằng ông đã gửi nhầm cùng một biểu đồ với hai bản thảo
(menuscripts) khác nhau. Tuy nhiên, ngay sau đó, Paul McEuen từ Đạihọc Cornell
đã tìm thấy biểu đồ tương tự trong bài báo thứ ba. Do những nghi ngờ này, Phòng
thí nghiệm Bell, cơ quan nghiên cứu nơi Schon làm việc, đã mở một cuộc điều tra
nghiên cứu của ông vào tháng 5 năm 2002. Khi ủy ban điều tra cố gắng tìm kiếm
các ghi chú và dữ liệu nghiên cứu của Schon, họ thấy rằng ông không giữ sổ ghi
chép trong phòng thí nghiệm, đã xóa tất cả các dữ liệu thô khỏi máy tính (với lý do
rằng anh ấy cần thêm không gian lưu trữ cho các nghiên cứu mới) đồng thời tất cả
các mẫu thử nghiệm của Schon đã bị loại bỏ hoặc hư hại không thể nhận biết được
nữa. Ủy ban cuối cùng kết luận rằng Schon đã thay đổi hoặc ngụy tạo hoàn toàn dữ
liệu trong ít nhất 16 trường hợp từ năm 1998 đến 2001. Schon đã bị sa thải khỏi
Phòng thí nghiệm Bell vào ngày 25 tháng 9 năm 2002, ngay cùng ngày họ nhận
được báo cáo từ ủy ban điều tra. Vào ngày 31 tháng 10 năm 2002, tạp
chí Science đã rút lại tám bài báo của Schon; vào ngày 20 tháng 12 năm 2002, tạp
chí Physical Review đã rút lại sáu bài báo của Schon và vào ngày 5tháng 3 năm
2003, Nature cũng rút lại bảy bài báo của Schon mà họ đã cho công bố. Những
động thái này – rút lại công bố và đào thải – là cách mà cộng đồng khoa học xử lý
các hành vi sai trái khoa học nghiêm trọng. Ngoài ra, ông này đã bị cấm nghiên cứu
khoa học tám năm. Năm 2004, Đại học Konstanz ở Đức nơi Schon nhận học vị tiến
sĩ, đã đưa vấn đề đi xa hơn một bước và yêu cầu ông trả lại các công bố trong nỗ
lực thu hồi bằng tiến sĩ của Schon. Năm 2014, sau nhiều lần kháng cáo, tòa án cao
nhất của Đức đã ủng hộ quyền của trường đại học khi thu hồi bằng cấp của Schon.
Vào thời điểm kháng cáo cuối cùng, Schon đang làm việc trong ngành công nghiệp,
không phải là một nhà khoa học nghiên cứu, vàcũng không có khả năng ông ta tìm
lại một công việc gì trong lĩnh vực nghiên cứu. Rõ ràng, hậu quả của hành vi dối trá
trong khoa học có thể rất thảm khốc: bị đào thải hoàn toàn khỏi cộng đồng khoa học.
Vụ việc Schon thường được nhắc đến như là một ví dụ về hành vi sai trái trong
khoa học vì ông đã vi phạm nhiều nguyên tắc đạo đức cốt lõi. Schon thừa nhận đã
làm sai lệch dữ liệu để làm bằng chứng cho các hiện tượng mà ông quan sát thấy trở
nên “thuyết phục hơn”. Ông cũng mắc nhiều lỗi trong việc sao chép và phân tích dữ
liệu của mình, do đó vi phạm các nguyên tắc trung thực và cẩn thận. Các bài báo
của Schon đã không trình bày phương pháp để các nhà khoa học khác có thể lặp lại,
và ông đã thực hiện các hành vi có chủ ý nhằm che giấu các ghi chú và các dữ liệu
thô của mình và để ngăn chặn việc người khác phân tích lại phương pháp và kết quả
của ông. Cuối cùng, trong khi ủy ban điều tra nghiên cứu của Schon đã loại bỏ các
cộng sự của ông ta khỏi danh sách sai phạm, một số câu hỏi được đặt ra về việc họ
có thể hiện sự quan tâm đúng mực khi cùng nghiên cứu và đồng công bố với Schon
hay không. Mặc dù động cơ của Schon chưa bao giờ được xác định đầy đủ (ông tiếp
tục tuyên bố rằng các trường hợp sai trái có thể được giải thích là “sai lầm đơn
thuần”), nhưng đã có đề xuất rằng kỳ vọng về công danh đã làm lệch lạc tư tưởng
của ông đến nỗi ông tập trung vào việc vun đắp cho một kết luận nào đó thay vì
phân tích một cách khách quan kết quả ông ta thu được.
Ảo danh của Hwang Woo Suk
Đến ngày 22-3-2006 vừa qua, sau mọi suy xét và điều tra kỹ lưỡng, Trường đại
học Quốc gia Seoul của Hàn Quốc đã buộc phải ký một quyết định quan trọng nữa:
tước danh vị “nhà khoa học tối cao” của giáo sư Hwang Woo Suk, người mà trường
cũng vừa loại khỏi ban giảng dạy của mình. Nói tóm lại, ông Hwang đã mất tất cả,
từ thanh danh cho đến công việc, tiền bạc.
Đó là một chuyện không thể ngờ vì trước đó người Hàn Quốc dám tự tin ông là
một ứng viên tương lai của giải Nobel, đem về danh dự tầm cỡ thế giới cho người
dân Hàn sau nhiều năm tháng phấn đấu để lớn mạnh về kinh tế. Để đầu tư cho ông,
chính phủ không ngần ngại chi đến 600.000 USD mỗi năm và hãng hàng không
quốc gia còn tặng vé miễn phí cho ông cả đời. Nay thì ông thậm chí còn nằm trong
vòng điều tra về khả năng tư túi tiền của nhà nước dành cho nghiên cứu khoa học.
Vốn là một bác sĩ thú y, ông Hwang đã nhanh chóng được biết đến khi tuyên
bố nhân bản thành công chó Snoopy (giống Afghanistan). Nhưng danh tiếng của
ông nổi như cồn khắp thế giới sau hai bài báo đăng trên tờ tạp chí khoa học danh
tiếng Science trong hai năm 2004 và 2005: ông Hwang giới thiệu với cộng đồng
nghiên cứu 11 dòng tế bào gốc nhân bản được từ tế bào phôi người. Đây là một
thành công tạo hi vọng cho nghiên cứu y học vì những dòng tế bào gốc này sẽ được
dùng chữa trị những căn bệnh nan y như bại liệt hoặc suy giảm di truyền. Nhưng
cây kim trong bọc đã nhanh chóng lòi ra. Ngày 10-1 -
1 2005, Roh Il Sung, một đồng
tác giả bài báo, nhìn nhận đã trả tiền mua noãn của 18 phụ nữ để dùng cho nghiên
cứu khoa học. Chuyện này không phải là bất hợp pháp nhưng bước đầu gây ngờ
vực về đạo đức của nhóm nghiên cứu của giáo sư Hwang. Hai tuần sau, ông Hwang
thừa nhận sự vụ và nộp đơn từ chức trưởng nhóm nghiên cứu. Mọi việc không dừng
lại được nữa. Đầu tháng 12-2005, một email không ký tên bắn lên diễn đàn mạng
của Trung tâm Thông tin về nghiên cứu sinh học Hàn Quốc cho biết kết quả những
xét nghiệm ADN của các dòng tế bào gốc của nhóm ông Hwang giống một cách
quá hoàn hảo với các tế bào nguồn. Trong một họp báo sau đó, ông Hwang thừa
nhận đã có những sai lầm. Mọi chuyện rối tung sau đó với những tiết lộ mới. Lại
Roh Il Sung khẳng định với Đài NBC của Hàn Quốc rằng bài báo thứ hai của họ đã
có gian dối: chỉ có năm dòng tế bào được tạo ra chứ không phải là 11.
Ông Hwang không còn cách nào khác phải xin lỗi dân chúng và chính phủ
nhưng tiếp tục kêu oan: ông không hay biết chuyện gian dối này. Nhưng đến lúc
này thì mọi chuyện đã trở nên quá tệ. ạ
T p chí Science rút lại hai bài báo đã đăng với
sự đồng ý của các tác giả (bài đầu có 15 người đồng ký tên và bài sau những 25
người). Chính phủ Hàn Quốc tuyên bố rút lại hỗ trợ tài chính và mở ngay hai cuộc
điều tra độc lập (một của bên tư pháp và một của ĐH Seoul, nơi ông Hwang giảng
dạy). Bộ trưởng Y tế Hàn Quốc phải nhận trách nhiệm thiếu kiểm tra kiểm soát, quá
tin tưởng vào ông Hwang và phải từ chức. Phe đối lập ở Hàn Quốc nhân vụ này làm
ầm ĩ đòi chính phủ phải tìm cách thu hồi tiền dân đóng thuế chi xài vô độ cho
những việc nghiên cứu giả mạo. Cũng nhờ đó người dân mới biết nhóm của ông
Hwang đã được nhận tài trợ những 40 triệu USD!
Vụ xìcăngđan nhân bản của ông Hwang thật sự làm bàng hoàng tất thảy mọi
người dân Hàn Quốc. Nhưng đau đớn hơn là cho đến giờ họ vẫn chưa hiểu vì lý do
gì ông Hwang đã dám làm những chuyện xằng bậy đó để t ề
i n đóng thuế của dân tan
thành mây khói. Nhiều ý kiến tạm cho rằng ông Hwang đã quá háo danh và không
dừng lại được trước những lời xưng tụng.
Lộ tẩy nghiên cứu giả mạo: Nhà khoa học tự tử
Nhà khoa học Lin Yu-yi tham gia nghiên cứu gene tại Trường y Johns Hopkins
(Mỹ) đã uống thuốc tử tự. Nguyên nhân vẫn chưa được làm rõ ràng nhưng có tin
cho rằng Lin Yu-yi tìm đến cái chết để thanh thản do bị chính tiến sĩ Daniel Yuan-
đồng nghiệp của Lin Yu-yi vạch trần sự gian lận trong kết quả nghiên cứu của ông
được công bố trên Tạp chí Nature.
Daniel Yuan bị đuổi việc vì phản đối nghiên cứu ?
Đến nay, tiến sĩ y học và thống kê Daniel Yuan vẫn không hiểu vì sao những
kết quả nghiên cứu của mình lại lọt ra khỏi phòng thí nghiệm uy tín tại Đại học Y
Johns Hopkins, một trường đại học nổi tiếng được tài trợ hàng trăm triệu đô la mỗi
năm từ Viện Y tế Quốc gia Mỹ (NIH). Từ năm 2001, Yuan bắt đầu tham gia phòng
thí nghiệm của Jef Boeke, một giáo sư sinh học phân tử và di truyền học tại
Hopkins, đồng thời chuyên gia nghiên cứu gene nấm men. Thời gian Yuan làm ở
đây, mỗi năm phòng thí nghiệm nhận được 600 triệu USD tài trợ từ NIH. Yuan là
một chuyên gia trong thống kê dữ liệu nghiên cứu gene, ông nhiều lần phản ánh tới
lãnh đạo cấp cao phòng thí nghiệm về v ệ
i c nghiên cứu không khả thi trong mối
quan hệ giữa nghiên cứu gene ở nấm men và tương tác gene ở người, ngược lại các
nhà nghiên cứu lại chỉ quan tâm tới xuất bản bài trên tạp chí. Tiến sĩ Yuan, người
trực tiếp thống kê dữ liệu cho rằng, những bài báo do Lin Yu-yi, cộng sự tại phòng
thí nghiệm thuộc Trường Hopkins xuất bản trên tạp chí Nature đã phóng đại kết quả
nghiên cứu tương tác gene. Yuan kết luận thực chất không có bất kỳ bằng chứng chi
tiết nào chứng minh có 878 tương tác gene. Nhưng ý kiến của ông đã bị bỏ qua,
thậm chí đồng nghiệp còn “gây phiền toái” khiến ông rất áp lực. Yuan thì hoài nghi
phương pháp nghiên cứu hệ gene nấm men hướng tới những phân tích tương tác
gene ở người, còn Yu-yi Lin lại mong muốn mở rộng. Ban đầu tiến sĩ Yuan đã thắc
mắc với Giám đốc phòng thí nghiệm về những thống kê nghiên cứu do mình thực
hiện đã được công bố trên Tạp chí Nature, một tạp chí khoa học danh tiếng nhất.
Nếu mới nhìn qua nó có vẻ khác với nghiên cứu của ông nhưng khi xem xét kỹ
Yuan đã phát hiện ra đó là sự thật. T ế
i n sĩ Yuan bức xúc cho rằng, hành vi sai trái
trong khoa học kiểu như thế này đã trở thành thường xuyên hơn. Một vấn đề nổi lên
là liệu có phải các trường đại học, các tạp chí khoa học và chính phủ liên bang, đã
được trả tiền để làm những việc này? Trong khi đó, bài báo trên công bố nghiên cứu
của trường Y Hopkins được cho là đã phát hiện ra tương tác giữa các gene. Thậm
chí trên website của trường còn công bố hẳn một ấn phẩm vào năm 2012 với tên
“Studies Linked to better Understanding of Cancer Drugs”, khẳng định đã tìm ra cơ
chế hoạt động năng lượng cảm ứng của tế bào. Những lời chỉ trích của Yuan ban
đầu đã nhận được sự quan tâm của Tạp chí danh tiếng Nature. Ông đã nhận được e-
mail từ tòa soạn trả lời có thể sẽ cho chỉnh sửa nhưng cách đây gần 6 tháng vẫn
chưa có bất kỳ thay đổi nào. Tòa soạn đã trao đổi thư với Giám đốc phòng thí
nghiệm Jef Boeke. Boeke có trả lời với Tòa soạn hãy đợi thêm thời gian nữa để
phòng thí nghiệm sẽ tự giải quyết ý kiến của Yuan. Kết cục, Yuan bị trường sa thải
vào tháng 12 năm 2011 sau 10 năm cống hiến tại phòng thí nghiệm. Khi ra đi ông
còn “được” dẫn độ bởi hai nhân viên bảo vệ.
Tới thời gian gần đây, sau vài tuần khi phóng viên tờ Washington Post đặt lại
những lùm xùm này, phát ngôn viên Trường Hopkins ông Kim Hoppe cho biết,
những vấn đề này sẽ được giải quyết trong các bài báo khoa học sau này. Nhưng cả
Tạp chí Nature và trường đại học đã không hề sửa chữa. Hoppe sau đó cũng từ chối
tiếp các cuộc phỏng vấn. Trong khi đó, liên tiếp 11 ấn phẩm tiếp theo được xuất bản
vẫn trích dẫn dựa trên những phát hiện nghiên cứu đã có.
Tự tử để được thanh thản
Quay trở lại câu chuyện của Yuan tại trường Y danh tiếng Hopkins, tháng
8/2012, Yuan tiếp tục gửi thư tới tòa soạn Tạp chí Nature chất vấn xem Tòa soạn có
lưu tâm và chỉnh sửa bài báo gian lận kết quả nghiên cứu hay không. Những bài báo
do Lin Yu-yi công bố đã phóng đại và thực tế Yuan chưa tìm thấy bằng chứng về
những phân tích mô tả được tiến hành. Thậm chí Yuan còn thuê cả luật sư để đảm
bảo cho những tranh cãi của ông với trường đại học Hopkins. Sau đó Yuan đã nhận
được e-mail hồi âm cho biết ông đã nhận được một “kết thúc có kết quả”. Nội dung
e-mail cho biết Yu-yi đã qua đời vào buổi sáng ngày tháng 8 hôm đó. Giọng điệu e-
mail nói rằng, “Yu-yi qua đời, bây giờ chắc hẳn bạn (Yuan) rất hài lòng với thành
công của bạn”. Lá thư còn đổ lỗi cho những chỉ trích của Yuan đã khiến Lin, cha
của ba cô con gái, phải tự tử. Trái lại, Yuan đã rất bị sốc, toàn thân như run lên.
Ông tự hỏi, tại sao đấy không phải là lỗi của các nhà nghiên cứu khác về Dự án, của
chính Tạp chí hay của Chính phủ liên bang. Những cơ quan này đã không chú ý trả
lời công khai những vấn đề mà ông đã nêu lên trong nghiên cứu. Tin tức từ tờ Thời
báo Đài Bắc cho biết, Lin được phát hiện chết trong văn phòng của ông tại Đại học
Quốc gia Đài Loan. Nhà khoa học nổi tiếng đã chết bên cạnh chai thuốc và vết cắt
sâu trên tay. Giới phân tích cho rằng, rất có thể ở cuối cuộc đời, Lin đã suy nghĩ về
những gì mình công bố trong tạp chí Nature vào tháng 2/2012 về phát hiện cơ chế
duy trì cân bằng năng lượng tế bào, có ứng dụng quan trọng trong chữa lão hóa và
ung thư. Nếu có một lá thư tuyệt mệnh, nó đã không được thực hiện công khai, và
rất khó để biết những gì đã đi qua tâm trí của Lin ở cuối của cuộc đời mình. (Khánh
Hưng viết theo Washingtonpost.com)
Công trình nghiên cứu bị hủy do lừa bịp hoặc sao chép
Số lượng công trình nghiên cứu bị hủy do lừa bịp hoặc sao chép đã tăng gấp 10
lần trong vòng 35 năm qua trên khắp thế giới, trong đó Mỹ dẫn đầu về số lượng bài báo khoa học gian lận.
Ferric Fang, giáo sư y khoa thực nghiệm và vi trùng học Đại học Washington
tại Mỹ, cùng nhiều chuyên gia đã rà soát 25 triệu bài báo nghiên cứu được công bố
từ thập niên 40 thế kỷ trước từ 56 quốc gia để tìm hiểu hiện tượng gian lận trong
khoa học. Họ nhận thấy, trong số 2.000 bài báo khoa học được xuất bản từ năm
1997 bị hủy bỏ, có đến 866 đề tài bị cáo buộc là lừa đảo và 201 đề tài khác là ăn
cắp, số còn lại bị loại do sai sót hay trùng lặp với nghiên cứu khác. Tần suất các
công trình có gian lận tăng theo thời gian, cụ thể là con số những vụ bị hủy bỏ do
lừa bịp hay ăn cắp tăng gấp 10 lần trong vòng 35 năm qua. Khoảng 75% đề tài bị
coi là lừa bịp có nguồn gốc từ các phòng thí nghiệm ở Mỹ, Đức, Nhật Bản và Trung
Quốc. Mỹ dẫn đầu về số lượng bài báo khoa học lừa bịp. Nhầm lẫn s
o với sa iphạm hay Vụ hợp hạch lạnh
Các nhà khoa học dễ sai lầm và phạm sai lầm – trường hợp này không đủ để bị
coi là hành vi sai trái (sai phạm). Tuy nhiên, đôi khi, ranh giới giữa sai lầm và sai
phạm thật không rõ ràng. Ví dụ, vào cuối những năm 1980, một số nhóm nghiên
cứu đang nghiên cứu giả thuyết rằng các nguyên tử deuterium có thể bị buộc phải
hợp nhất với nhau ở nhiệt độ phòng, giải phóng một lượng năng lượng cực lớn
trong quá trình này. Phản ứng tổng hợp hạt nhân không phải là một chủ đề mới vào
năm 1980, nhưng các nhà nghiên cứu vào thời điểm đó chỉ có thể bắt đầu các phản
ứng nhiệt hạch ở nhiệt độ rất cao, do đó nhiệt hạch thấp hứa hẹn là nguồn năng lượng lớn.
Hai nhà khoa học tại Đại học Utah, Stanley Pons và Martin Fleischmann, nằm
trong số những người nghiên cứu đề tài này, và họ đã xây dựng một hệ thống sử
dụng điện cực palladium và nước chứa deuterium để nghiên cứu khả năng phản ứng
nhiệt hạch thấp. Khi họ làm việc với hệ thống của họ, họ ghi nhận lượng nhiệt quá
mức được tạo ra. Mặc dù không phải tất cả dữ liệu họ thu thập được đều có tính kết
luận, họ đề xuất rằng sức nóng là bằng chứng cho phản ứng tổng hợp đã xảy ra
trong hệ thống của họ. Thay vì lặp lại và công bố công trình của họ để những người
khác có thể xác nhận kết quả, Pons và Fleischmann lo lắng rằng một nhà khoa học
khác có thể sớm công bố kết quả tương tự và họ hy vọng sẽ được cấp bằng sáng chế
cho phát minh này, vì vậy họ đã vội vàng công bố đột phá. Vào ngày 23 tháng 3
năm 1989, Pons và Fleischmann, với sự hỗ trợ của trường đại học Utah, đã tổ chức
một cuộc họp báo để công bố khám phá của họ về “một nguồn năng lượng vô tận”.
Thông báo về lò phản ứng “nhiệt hạch lạnh” của Pons và Fleischmann gây ra
sự phấn khích ngay lập tức trên báo chí và được các hãng tin tức lớn trong nước và
quốc tế đưa tin. Giá palladium ngoài thị trường nhảy vọt lên như tên lửa và tất cả
các phòng thí nghiệm trên thế giới đều đổ xô vào thực hiện “hợp hạch lạnh”. Từ
phía các nhà khoa học, tuyên bố của Pons và Fleischmann đã đồng thời nhận được
sự ca ngợi và phản bác. Vào ngày 12 tháng 4, Pons và Fleischmann đã nhận được
sự hoan nghênh nhiệt liệt từ khoảng 7.000 nhà hóa học tại cuộc họp của Hiệp hội
Hóa học Hoa Kỳ. Nhưng nhiều nhà khoa học đã chỉ trích hai nhà nghiên cứu vì đã
công bố rầm rộ phát hiện trên báo chí thay vì thông qua các tài liệu bình duyệt
chuyên môn. Pons và Fleischmann cuối cùng đã công bố phát hiện của họ trong một
bài báo khoa học (Fleischmann et al., 1990), nhưng các vấn đề đã bắt đầu xuất hiện.
Hai nhà nghiên cứu đã gặp khó khăn để đưa ra bằng chứng cho việc sản xuất
neutron bởi hệ thống của họ, một đặc điểm chứng minh sự xuất hiện của các phản
ứng nhiệt hạch. Vào ngày 1 tháng 5 năm 1989, tại một cuộc họp đầy kịch tính của
Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ chưa đầy năm tuần sau cuộc họp báo ở Utah, Steven
Koonin, Nathan Lewis và Charles Barnes từ Caltech tuyên bố rằng họ đã thử lặp lại
các điều kiện thí nghiệm của Pons và Fleischmann, đã tìm thấy rất nhiều lỗi trong
kết luận của hai nhà khoa học nọ, và tuyên bố thêm rằng họ không tìm thấy bằng
chứng cho phản ứng nhiệt hạch xảy ra trong hệ thống. Ngay sau đó, Bộ Năng lượng
Hoa Kỳ đã công bố một báo cáo cho biết “kết quả thí nghiệm … được báo cáo cho
đến nay không đưa ra bằng chứng thuyết phục rằng các nguồn năng lượng hữu ích
sẽ được tạo ra từ hiện tượng được gọi là nhiệt hạch lạnh”.
Trong khi các kết luận của Pons và Fleischmann khá là tai tiếng, hai nhà khoa
học không bị buộc tội gian lận – họ không bịa đặt kết quả hoặc cố gắng đánh lừa
các nhà khoa học khác, mà là đưa ra kết luận thông qua các phương tiện không
chính quy trước khi được bình duyệt chuyên môn. Cuối cùng họ rời Đại học Utah
để làm khoa học trong lĩnh vực công nghiệp. Tuy nhiên, những sai lầm của họ
không chỉ ảnh hưởng đến họ mà còn làm mất uy tín của cả cộng đồng các nhà
nghiên cứu thuần túy quan tâm đến hợp hạch lạnh. Cụm từ “hợp hạch lạnh” trở
thành đồng nghĩa với khoa học xuẩn ngốc và tài trợ của liên bang trong lĩnh vực
này gần như biến mất hoàn toàn chỉ sau một đêm. Phải mất gần 15 năm nghiên cứu
hợp pháp và đổi tên đề tài của họ từ phản ứng nhiệt hợp lạnh thành “phản ứng hạt
nhân năng lượng thấp” thì Bộ Năng lượng Hoa Kỳ một lần nữa mới xem xét tài trợ
cho các thí nghiệm được thiết kế tốt trong lĩnh vực này.
2. Khoa học tự nhiên
2.1. Khoa học tự nhiên là gì?
Khoa học tự nhiên (natural science) là một nhánh của khoa học, có mục đích
nhận thức, mô tả, giải thích và tiên đoán về các sự vật, hiện tượng và quy luật tự nhiên, dựa trên nhữn
g bằng chứng rõ ràng có được từ quan sát và thực nghiệm.
Trong khoa học tự nhiên, giả thuyết được sử dụng rộng rãi để xây dựng nhữn g lý thuyết khoa học.
Khoa học tự nhiên có ba chức năng chủ yếu gồm: (1) Khám phá bản chất các
sự vật, hiện tượng của thế giới tự nhiên như nguồn gốc phát sinh, phát triển, các quy
luật vận động của các sự vật, hiện tượng ấy; (2) hệ thống hoá tri thức đã khám phá
được thành các lý thuyết, học thuyết khoa học; (3) nghiên cứu ứng dụng những
thành quả sáng tạo khoa học để bảo vệ và cải tạo thế giới tự nhiên.
Những thành tựu và kết quả của khoa học tự nhiên không chỉ nâng cao hiểu
biết của con người về sự vật, hiện tượng, các quy luật của tự nhiên, mà còn được
ứng dụng để giải quyết các vấn đề trong thực tiễn, tạo dựng môi trường sống cho
con người, định hình cho sự phát triển của kinh tế, xã hội.
Căn cứ vào đối tượng, mục đích nghiên cứu, khoa học tự nhiên có thể được
chia thành bốn lĩnh vực gồm Vật lí (Physics), Hóa học (Chemistry), Thiên văn học
và Khoa học trái đất (Astronomy and Earth science), và Sinh học (Biology). Ba lĩnh
vực đầu thuộc về khoa học về vật chất (Physical Science), còn Sinh học thì được
xem như là khoa học về sự sống (Life Science). 2.2. Vật lí học
Vật lí học là ngành khoa học nghiên cứu các dạng vận động đơn giản nhất của
vật chất và tương tác giữa chúng. Vật lí học là một trong những bộ môn khoa học
lâu đời nhất, với mục đích tìm hiểu sự vận động của vũ trụ. Vật lí học liên hệ mật
thiết với Toán học và các môn khoa học tự nhiên khác. Vật lí học cung cấp cơ sở
cho kỹ thuật và công nghệ. Nhiều thành tựu của Vật lí học đã được ứng dụng rộng
rãi, làm tiền đề cho các cuộc cách mạng khoa học, công nghệ. Hơn thế nữa, Vật lí
học đóng vai trò then chốt trong việc xây dựng thế giới quan khoa học, góp phần
làm sáng tỏ những quy luật của triết học duy vật biện chứng. Vật lí là một trong
những ngành hàn lâm sớm nhất khi coi Thiên văn học là một phần của Vật lí học.
Trong hai thiên niên kỷ vừa qua, Vật lí là một phần của triết học tự nhiên cùng với
Hóa học, vài nhánh cụ thể của Toán học và Sinh học, nhưng trong cuộc Cách mạng
khoa học bắt đầu từ thế kỷ XVII, các môn khoa học tự nhiên nổi lên như các ngành
nghiên cứu riêng độc lập với nhau. Vật lí học giao với nhiều lĩnh vực nghiên cứu
liên môn, ngành khác nhau, như Vật lí sinh học và hóa học lượng tử, giới hạn của
các lĩnh vực nghiên cứu Vật lí cũng không rõ ràng. Các phát hiện mới trong Vật lí
thường giải thích những cơ chế cơ bản của các môn khoa học khác đồng thời mở ra
những hướng nghiên cứu mới trong các lĩnh vực như Toán học hoặc Triết học. Vật
lí học cũng có những đóng góp quan trọng qua sự tiến bộ các công nghệ mới đạt
được do những phát kiến lí thuyết trong Vật lí. Ví dụ, sự tiến bộ trong hiểu biết về
Điện từ học hoặc Vật lí hạt nhân đã trực tiếp dẫn đến sự phát minh và phát triển
những sản phẩm mới, thay đổi đáng kể bộ mặt xã hội ngày nay, như ti vi, máy vi
tính, laser, internet, các thiết bị gia dụng, hay là vũ khí hạt nhân; những tiến bộ
trong Nhiệt động lực học dẫn tới sự phát triển cách mạng công nghiệp; và sự phát
triển của ngành cơ học thúc đẩy sự phát triển Phép tính vi tích phân. Trong nghiên
cứu, các nhà vật lí sử dụng các phương pháp khoa học để kiểm chứng một lí thuyết
Vật lí là đúng hay bác bỏ nó, sử dụng cách tiếp cận phương thức luận nhằm so sánh
kết quả tiên đoán của lí thuyết với những giá trị thu được từ thí nghiệm hay quan
trắc kiểm chứng nó; và do vậy hỗ trợ các nhà khoa học đi đến quyết định lí thuyết
đó là đúng trong một phạm vi nhất định hay phải loại bỏ nó và đi tìm một lí thuyết
khác lí giải các kết quả thực nghiệm. Một định luật khoa học là một phát biểu súc
tích hoặc thể hiện dưới công thức toán học liên hệ các đại lượng trong một nguyên
lý cơ bản của lí thuyết, như định luật vạn vật hấp dẫn của Newton. Các nhà vật lí
hướng tới phát triển những mô hình toán học không những thỏa mãn kết quả của
những thí nghiệm đã có mà còn tiên đoán thành công những kết quả mới hay những
hiện tượng mới; trong khi đó các nhà vật lí thực nghiệm không những thiết kế và
lắp đặt những thí nghiệm kiểm chứng kết quả lý thuyết mà họ còn thực hiện những
thí nghiệm mới cho kết quả không phù hợp với những lý thuyết hiện tại hoặc phát
hiện ra hiện tượng hay hiệu ứng mới. Mặc dù lí thuyết và thực nghiệm được phát
triển tách biệt nhau, chúng lại phụ thuộc mạnh vào lẫn nhau. Sự tiến triển của Vật lí
học thường bước sang chương mới khi các nhà thực nghiệm phát hiện ra những
hiện tượng mới, hoặc khi một lí thuyết mới tiên đoán kết quả mà các nhà thực
nghiệm có thể thực hiện được các thí nghiệm kiểm chứng mang lại kết quả ủng hộ l í
thuyết mới. Cũng có những nhà vật lí nghiên cứu trên cả hai phạm vi lí thuyết và
thực nghiệm, nhà hiện tượng học, họ khai phá những kết quả thí nghiệm phức tạp
và tìm cách liên hệ chúng với lí thuyết cơ sở. Về mặt lịch sử, Vật lí lý thuyết có
cảm hứng xuất phát từ Triết học; như Điện từ học được thống nhất từ quan điểm
triết học. Ngoài những hiện tượng đã biết trong Vũ trụ, lĩnh vực Vật lí l í thuyết
cũng đặt ra những giả thuyết, ví dụ giả thuyết vũ trụ song song, một vũ trụ có nhiều
hơn 3 chiều không gian. Các nhà lý thuyết đưa ra những giả thuyết như vậy để hy
vọng giải quyết được những vấn đề hóc búa trong Vật lí học. Sau đó họ khám phá
ra những hệ quả của giả thuyết và tìm kiếm những kết quả tiên đoán của nó mà có
thể kiểm chứng được. Vật lí thực nghiệm mang lại cơ sở và thông tin cũng như
nhận lại từ ngành kĩ thuật và công nghệ. Các nhà vật lí thực nghiệm tham gia vào
những nghiên cứu cơ bản nhằm thiết kế và thực hiện các thí nghiệm với các thiết bị
tiên tiến như máy gia tốc hạt và laser, cũng như họ tham gia vào nghiên cứu ứng
dụng trong công nghiệp, phát triển các công nghệ mới như chụp ảnh cộng hưởng từ
(MRI) và thiết kế transistor và vi mạch. Nhà vật lí l íthuyết Feynman từng nói rằng
các nhà thực nghiệm thường thích làm thí nghiệm trên những phạm vi chưa được
hiểu tốt bởi các nhà lý thuyết. Các nhà vật lí lí thuyết thường quan tâm nghiên cứu
và giải thích các kết quả thực nghiệm mới chưa được hiểu thấu đáo hoặc thích
nghiên cứu ở những lĩnh vực hoàn toàn mới mà có khi thực nghiệm chưa có thể
thực hiện được trong điều kiện hiện tại của khoa học và kĩ thuật. 2.3. Hóa học
Hóa học là một trong bốn lĩnh vực của KHTN. Hiểu biết hóa học có thể giúp
chúng ta đưa ra những quyết định có ảnh hưởng đến cuộc sống của chúng ta hàng
ngày: Tôi có thể trộn các hóa chất gia dụng này với nhau được hay không? Thuốc
chống muỗi an toàn là gì? Vì sao đồ ăn, nước uống đóng chai của tôi lại hết hạn?
Hiểu biết hóa học cơ bản cho phép chúng ta hiểu tác động của các hóa chất đối với
môi trường. Những chất nào được sử dụng để cung cấp cho cây các chất dinh
dưỡng tốt nhất, giúp chúng phát triển; hoặc tìm ra cách loại bỏ hóa chất mà không
gây độc cho không khí hoặc nguồn nước. Thực phẩm chúng ta ăn là các chất hóa
học, bao gồm các hợp chất hữu cơ như carbohydrate - tinh bột và đường, protein và
lipid. Các chất dinh dưỡng khác như vitamin và khoáng chất và nước đều là các hợp
chất hóa học quan trọng. Quá trình hô hấp của động vật là một chuỗi các phản ứng
hóa học lấy oxy từ không khí và tạo ra carbon dioxide và nước. Trong khi thực vật
lại sử dụng carbon dioxide và nước để thực hiện quang hợp, đồng thời giải phóng
oxy từ lá của chúng. Các loại thuốc mọi người sử dụng đều được chiết xuất từ thực
vật hoặc tổng hợp trong phòng thí nghiệm hóa học. Xà phòng, chất tẩy rửa, chất tẩy
rửa gia dụng là tất cả các hóa chất được sản xuất phục vụ đời sống con người. Nghệ
thuật nấu ăn chính là nghệ thuật điều khiển các phản ứng hóa học! Đó chính là kĩ
thuật phản ứng hóa học để tạo ra và giữ được các chất ngon miệng và có lợi cho sức
khỏe. Các loại phấn trang điểm và chống nhăn, kem chống nắng, tất cả các sản
phẩm hóa học được phát minh trong phòng thí nghiệm và được bán trên thị trường.
Tiếp theo, khi chúng ta ăn, sẽ xảy ra các phản ứng thủy phân và tiêu hóa trong cơ
thể. Đây sẽ là một loạt các phản ứng hóa học sử dụng enzyme, biến đổi các hóa chất
phức tạp trong thực phẩm thành các sản phẩm cuối có thể được hấp thụ bởi các tế
bào của cơ thể. Chất caffeine trong cà phê và trà chúng ta uống ảnh hưởng đến tâm
trạng và giữ cho chúng ta tỉnh táo. Lên men, một phản ứng hóa học khác tạo ra bia
và rượu vang, phô mai và bánh mì. Các ứng dụng công nghiệp của Hóa học ảnh
hưởng trực tiếp đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta, những gì chúng ta ăn, mặc,
di chuyển, công nghệ chúng ta sử dụng, cách điều trị bệnh,... đều liên quan đến Hóa
học. Hóa học chắc chắn ảnh hưởng đến tất cả chúng ta, trong cả cuộc đời chúng ta.
Việc không ngừng nghiên cứu, tìm hiểu sâu về Hóa học sẽ dẫn đến những khám
phá mới. Những vấn đề quan trọng nhất của Nhân loại trong kỉ nguyên mới mà Hóa
học sẽ giúp chúng ta trong bài toán phát triển bền vững bao gồm sản xuất năng
lượng và thực phẩm, quản lý và bảo vệ môi trường, cung cấp nước uống an toàn và
chăm sóc sức khỏe con người. Tăng cường sự kết hợp giữa Hóa học và các ngành
khoa học khác, đáng chú ý nhất là Khoa học sinh học, cũng như các lĩnh vực như
Toán học, Kỹ thuật, Khoa học máy tính và vật liệu, được xác định là chủ đề quan
trọng nhất đối với Khoa học hóa học trong thời điểm hiện tại và tương lai sắp tới.
Các lĩnh vực hẹp của Hóa học: Hóa lí thuyết và Hóa lí, Hóa vô cơ, Hóa hữu cơ, Hóa
phân tích, Hóa môi trường, Hóa kĩ thuật… 2.4. Sinh học
Sinh học là một phần của Khoa học sự sống (Life Science). Thuật ngữ sinh học
bắt nguồn từ chữ Hy Lạp: bios (sự sống) và logos (nghiên cứu).
Các cấp độ tổ chức sống79
Sinh học nghiên cứu sự sống và sinh vật sống, bao gồm cấu trúc vật chất, quá
trình hóa học, tương tác phân tử, cơ chế sinh lý, sự phát triển và tiến hóa của sinh
vật. Về cấp độ tổ chức sống, Sinh học coi tế bào là đơn vị cơ bản của sự sống, gen
là đơn vị cơ bản của sự di truyền và tiến hóa là động lực cho sự khởi sinh và tuyệt
chủng của các loài sinh vật. Các sinh vật sống là một hệ thống mở tồn tại nhờ sự
chuyển hóa năng lượng và sự suy giảm entropy cục bộ nhằm duy trì trạng thái ổn 79 Nguồn: livescience.com
định và sự cân bằng nội môi. Các phân ngành của sinh học được xác định bởi cách
lựa chọn phương pháp nghiên cứu và hệ thống nghiên cứu. Sinh học lí thuyết sử
dụng các công cụ toán học để mô hình hóa định lượng. Trong khi đó, Sinh học thực
nghiệm lại sử dụng các thí nghiệm để kiểm chứng các giả thuyết đề xuất và khám
phá cơ chế của sự sống cũng như cách thức mà nó đã xuất hiện và phát triển, tiến
hóa từ vật chất không sống cách đây khoảng 4 tỷ năm thông qua sự gia tăng dần
mức độ hỗn tạp của hệ thống. Các nhà sinh học (biologist) đi sâu nghiên cứu cấu
trúc, chức năng, sự sinh trưởng, nguồn gốc, tiến hóa và sự phân bố của các sinh vật
sống. Có rất nhiều nhánh trong nghiên cứu sinh học như: Hóa sinh học, Thực vật
học, Sinh học tế bào, Sinh thái học, Tiến hóa, Di truyền học, Sinh học phân tử, Sinh lý học, Độn g vật học...80 2.5. Thiên văn học
Thiên văn học là khoa học nghiên cứu các thiên thể (như các ngôi sao, hành
tinh, sao chổi, tinh vân, quần tinh, thiên hà) và các hiện tượng có nguồn gốc bên
ngoài Vũ trụ (như bức xạ nền vũ trụ viba). Nó nghiên cứu sự phát triển, tính chất
vật lí, hoá học, khí tượng học, và chuyển động của các vật thể vũ trụ, cũng như sự
hình thành và phát triển của Vũ trụ. Thiên văn học là một trong những ngành khoa
học cổ nhất. Các nhà thiên văn học của những nền văn minh đầu tiên đã tiến hành
những cuộc quan sát có phương pháp bầu trời đêm, và các dụng cụ thiên văn học đã
được tìm thấy từ những giai đoạn còn sớm hơn nữa. Tuy nhiên, sự xuất hiện của
kính viễn vọng trong thế kỷ XVI là thời điểm thiên văn học bắt đầu bước vào giai
đoạn khoa học hiện đại. Về lịch sử, Thiên văn học từng gồm cả các ngành đo sao,
hoa tiêu thiên văn, quan sát thiên văn, làm lịch, và thậm chí cả chiêm tinh học,
nhưng ngành thiên văn học hiện đại ngày nay thường chỉ có nghĩa Vật lí học thiên
thể. Thiên văn học cổ hay thậm chí Thiên văn học cổ đại không nên bị nhầm lẫn với
ngành chiêm tinh học, hệ thống niềm tin rằng những công việc của con người liên
quan tới các vị trí của các vật thể vũ trụ. Dù hai lĩnh vực cùng có nguồn gốc chung
và một phần phương pháp thực hiện (cụ thể, việc sử dụng lịch thiên văn), chúng là
khác biệt. Từ thế kỷ XX, lĩnh vực thiên văn học chuyên nghiệp được chia thành các
nhánh quan sát và thực nghiệm. Thiên văn học quan sát chú trọng tới việc thu thập 80 Nguồn: en.wikipedia.org
và phân tích dữ liệu, sử dụng các nguyên tắc cơ bản của Vật lí. Thiên văn học lý
thuyết định hướng theo sự phát triển các mô hình máy tính hay mô hình phân tích
để miêu tả các vật thể và hiện tượng thiên văn. Hai lĩnh vực này bổ sung cho nhau,
Thiên văn học lý thuyết tìm cách giải thích các kết quả quan sát, và việc quan sát lại
thường được dùng để xác nhận các kết quả lí thuyết. Điều thú vị là bên cạnh đóng
góp của các nhà thiên văn chuyên nghiệp, các nhà thiên văn nghiệp dư cũng có
nhiều đóng góp, khám phá quan trọng cho Thiên văn học. Thiên văn học là một
trong số ít ngành khoa học nơi các nhà thiên văn nghiệp dư có thể đóng vai trò quan
trọng, đặc biệt trong sự phát hiện và quan sát các hiện tượng thoáng qua. 2.6. Khoa học trái đất
Khoa học trái đất bao gồm tất cả các lĩnh vực khoa học tự nhiên liên quan đến hành
tinh Trái Đất. Đây là một nhánh của khoa học liên quan đến sự cấu tạo của trái đất
và bầu khí quyển của nó. Khoa học trái đất nghiên cứu về các đặc điểm vật lí của
hành tinh của loài người, từ động đất đến hạt mưa, và từ lũ lụt đến hóa thạch. Khoa
học trái đất có thể được coi là một nhánh của Khoa học vũ trụ, nhưng có lịch sử lâu
đời hơn. Khoa học trái đất bao gồm bốn nhánh nghiên cứu chính là thạch quyển,
thủy quyển, khí quyển, và sinh quyển, mỗi nhánh lại được chia nhỏ thành các lĩnh
vực chuyên biệt hơn. Khoa học trái đất được tiếp cận bằng cả hai hướng giản lược
và toàn diện. Nó cũng bao gồm những nghiên cứu về Trái đất và các hành tinh lân
cận khác trong không gian. Một số nhà khoa học trái đất sử dụng tri thức của họ về
các hành tinh để định vị và phát triển tài nguyên năng lượng và khoáng sản. Số khác
lại nghiên cứu tác động từ hoạt động của con người đến môi trường Trái Đất; từ đó
thiết kế những biện pháp bảo vệ hành tinh. Ngoài ra, số còn lại thì đi sâu hơn về
nghiên cứu các hiện tượng xảy ra trên Trái Đất như núi lửa, động đất, và bão để
giúp con người tránh những thảm hoạ tàn khốc của thiên nhiên. Khoa học trái đất
có thể bao gồm các nghiên cứu về địa chất, thạch quyển, và cấu trúc quy mô lớn sâu
bên trong lõi Trái Đất, cũng như bầu khí quyển của Trái Đất, Thủy quyển, và Sinh
quyển. Thông thường, các nhà khoa học trái đất sử dụng các công cụ địa lý, niên đại
học, vật lí, hoá học, sinh học, và toán học để xây dựng hệ tri thức định lượng về
cách Trái Đất vận động và phát triển. Khoa học trái đất ảnh hưởng đến cuộc sống
hàng ngày của chúng ta. Ví dụ như các nhà khí tượng học nghiên cứu thời tiết và
theo dõi các cơn bão nguy hiểm. Các nhà thủy văn học nghiên cứu nước và cảnh
báo lũ lụt. Các nhà địa chấn học nghiên cứu động đất và dự đoán nơi nó sẽ diễn ra.
Các nhà địa chất nghiên cứu đá và giúp xác định vị trí của các khoáng chất hữu ích.
Các nhà khoa học trái đất thường làm việc ngoài thực địa như leo núi, khám phá
đáy biển, bò qua các hang động hoặc lội trong đầm lầy. Họ đo lường và thu thập các
vật mẫu (như các mẫu đá hoặc nước sông), sau đó họ ghi chép lại phát hiện của họ
trên các biểu đồ và bản đồ.
III. Kĩ thuật
Kĩ thuật (Engineerning) là lĩnh vực khoa học ứng dụng các thành tựu của Toán
học, Khoa học tự nhiên để giải quyết các vấn đề thực tiễn, đáp ứng nhu cầu của
cuộc sống. Kết quả của nghiên cứu kỹ thuật góp phần tạo ra các sản phẩm, công
nghệ mới. Phát biểu theo cách khác, kĩ thuật được coi là ngành học và nghề nghiệp
áp dụng các lí thuyết khoa học, phương pháp toán học và các bằng chứng thực
nghiệm để thiết kế, tạo lập, và phân tích các giải pháp công nghệ trên cơ sở xem xét
đầy đủ về sự an toàn, tính nhân văn, các quy luật vật lí, các chuẩn mực, tính thực
tiễn và tính kinh tế. Kĩ thuật tồn tại ngay từ thời cổ đại khi con người sáng chế ra
nêm (wedge), đòn bẩy (lever), bánh xe và ròng rọc (wheels and pully),... Ngày nay,
Kĩ thuật có thể được chia thành nhiều lĩnh vực như: Kĩ thuật hóa học (chemical
engineering), Kĩ thuật xây dựng (civil engineerning), Kĩ thuật điện (electrical
engineerning), Kĩ thuật cơ khí (mechanical engineering),...
Nhờ có kĩ thuật, các nguyên lí khoa học được ứng dụng trong thực tiễn biểu
hiện qua các thiết bị, máy móc hay hệ thống phục vụ nhu cầu của đời sống, sản
xuất, kiến tạo môi trường sống. Ví dụ, trên cơ sở bernoulli, các kĩ sư đã tạo ra giải
pháp hòa trộn giữa không khí và xăng ở bộ chế hòa khí trước khi đưa vào buồng đốt
của động cơ đốt trong.
Bộ chế hòa khí đơn giản
Người làm kĩ thuật (kĩ sư) cần có kiến thức sâu rộng về toán học, khoa học tự
nhiên, có tư duy thiết kế, đặc biệt là có năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. Đề
cập tới kĩ thuật, Nữ hoàng Elizabeth II81 cho rằng “Trái tim của Kĩ thuật là về việc
sử dụng khoa học để tìm ra các giải pháp thực tế, sáng tạo. Đó là một nghề cao
quý” (At its heart, engineering is about using science to find creative, practical
solutions. It is a noble profession). Khi so sánh giữa khoa học và kĩ thuật, Henry
Petroski82 nhận định “Khoa học là về h ể
i u biết, Kĩ thuật là về làm” (Science is
about knowing, engineering is about doing).
81 Elizabeth II (tên thật là Elizabeth Alexandra Mary) hay Elizabeth Đệ Nhị, sinh
ngày 21/4/1926 là đương kim Nữ hoàng của mười sáu Vương quốc Thịnh vượng chung bao
gồm: Vương quốc Liên hiệp Anh và Bắc Ireland, Canada, Ú , N c
ew Zealand, Jamaica, Barbados,
Bahamas, Grenada, Papua New Guinea, Quần đảo Solomon, Tuvalu, Saint Lucia, Saint Vincent
và Grenadies, Antigua và Barbuda, Belize và Saint Kitts và Nevis. Bà đứng đầu các triều đình
riêng rẽ và ngang nhau, thực hiện các nhiệm v ụ cho mỗi qu c ố gia mà bà là n ữ nguyên thủ, cũng
như đóng vai trò là Người đứng đầu Khối Thịnh vượng chung các Quốc gia, Lãnh đạo tối cao Giáo h i ộ Anh, Công tước x N ứ ormandie, Lãnh chúa o
Đả Mann. Về lý thuyết quyền lực của
bà là rất lớn, tuy nhiên, trên th c
ự tế theo quy ước, bà hiếm khi can d và ự
o các vấn đề chính trị.
82 Henry Petroski (sinh ngày 6/2/1942) là m t ộ kỹ i sư ngườ M
ỹ chuyên phân tích sai sót. Ông là
Giáo sư về kỹ thuật dân dụng và lịch sử tại Đại học Duke, ông cũng là một tác giả có tiếng.
IV. Công nghệ
4.1. Công nghệ là gì ?
Trên Trái Đất này, chỉ duy nhất con người có khả năng biến vật liệu của Thế
giới tự nhiên thành các dụng cụ và máy móc có khả năng giúp họ sinh sống. Tuy
một số động vật có khả năng làm ra và sử dụng các dụng cụ, chẳng hạn như rái cá
sử dụng hòn đá để đập vỡ vỏ trai ốc, nhưng cách thức mà chúng làm hầu như không
bao giờ thay đổi. Công nghệ của con người thì khác: Con người có khả năng thấy
được các nhu cầu mới, tìm ra cách thức mới để thỏa mãn các nhu cầu đó, và đánh
giá được giá trị những phát minh bất ngờ. Vậy Công nghệ là gì?
Công nghệ là tri thức có hệ thống về quy trình và kĩ thuật dùng để chế biến vật
liệu và thông tin. Nó bao gồm kiến thức, thiết bị, phương pháp và các hệ thống
dùng trong việc tạo ra hàng hóa và cung cấp dịch vụ. Trong ví dụ về bộ chế hòa khí
(ở mục trên), nếu kĩ thuật là quá trình tìm tòi và đề xuất giải pháp hòa trộn xăng và
không khí với sản phẩm cuối cùng là bộ chế hòa khí, thì công nghệ được hiểu là tri
thức về bộ chế hòa khí, tri thức và quy trình chế tạo bộ chế hòa khí.
Vài thế kỷ gần đây, các nhà khoa học đã tìm ra các nguyên lý làm việc của vật
liệu và máy móc. Nhờ những kiến thức này, các nhà khoa học đã hoàn thiện các vật
liệu cũ, tìm ra các vật liệu mới; làm ra các sản phẩm khác nhau: từ những chiếc áo
bơi cho tới máy bay, tên lửa. Các vật dụng làm ra bắt đầu từ khâu thiết kế - đặt ra
mục tiêu và tìm cách thực hiện. Ngày nay các nhà thiết kế có trong tay rất nhiều loại
vật liệu, phương pháp, bộ phận hợp thành để triển khai các ý tưởng, và phần lớn các
công việc của họ, có thể thực hiện trên máy tính. Với sự phát triển của khoa học và
kĩ thuật, công nghệ liên tục được đổi mới hướng tới mục tiêu phục vụ ngày càng tốt
hơn nhu cầu của con người, của kinh tế, xã hội.
Tuy Công nghệ là khoa học nhưng Công nghệ cũng là nghệ thuật chế tạo và sử
dụng vật dụng. Việc làm ra một vật dụng hoạt động tốt với giá rẻ, hấp dẫn người sử
dụng vẫn là cả một nghệ thuật.
Để thực hiện một công việc, giải quyết một vấn đề, thường có nhiều công nghệ
khác nhau và được phân biệt bởi mức độ hiện đại của công nghệ. Các hình bên dưới
thể hiện cùng một công việc trồng cây, có tới ba công nghệ gồm địa canh, thủy canh và khí canh. Địa canh Thủy canh Khí canh
Khi sử dụng thuật ngữ công nghệ, có nghĩa là con người đã có tri thức và làm
chủ loại hình hoạt động nào đó. Do vậy, công nghệ có tính chuyển giao được. Mỗi
công nghệ được tạo ra là kết quả của một hoạt động kĩ thuật. Có thể hiểu, kĩ thuật
là quá trình tìm tòi giải quyết vấn đề, còn công nghệ là sản phẩm, hệ thống, giải
pháp giải quyết vấn đề.
Công nghệ có thể được phân loại theo lĩnh vực khoa học (công nghệ hóa học,
công nghệ sinh học, công nghệ thông tin,..), theo lĩnh vực kĩ thuật (công nghệ cơ
khí, công nghệ điện, công nghệ xây dựng, công nghệ vận tải,...) tương ứng hay công
nghệ gắn với những hoạt động, đối tượng cụ thể (công nghệ trồng cây trong nhà
kính, công nghệ ô tô, công nghệ vật liệu, công nghệ nano,...).
Trong mỗi giai đoạn của lịch sử, công nghệ luôn luôn là yếu tố có tính chất
dẫn dắt, định hình và chi phối sự phát triển của kinh tế, xã hội. Khi sự đột phá về
công nghệ tác động sâu sắc và toàn diện tới mọi mặt đời sống của xã hội, đó là thời
điểm diễn ra cuộc cách mạng công nghiệp. Ngày nay, công nghệ sinh học, công
nghệ nano, công nghệ số, trí tuệ nhân tạo, dữ liệu lớn, công nghệ in 3D là những
công nghệ đột phá, và là nền tảng công nghệ của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. 4.2. Phát minh là gì?
Có thể nói, gắn liền với Kĩ thuật-Công nghệ là khám phá và phát minh. Vậy
khám phá và phát minh thường được hiểu là gì?
Phát minh (hoặc sáng chế) là làm ra một cái mà nó chưa hề tồn tại trước đó.
Còn khám phá là tìm ra cái đã tồn tại nhưng trước đó chưa ai biết. Các phát minh ít
khi xuất hiện một cách bất ngờ. Chúng thường là kết quả của sự kết hợp những
công nghệ sẵn có theo một cách thức mới để đáp ứng một nhu cầu cụ thể nào đó của
con người, hoặc là kết quả của sự mong muốn làm một điều gì đó nhanh hơn hoặc
hiệu quả hơn của nhà phát minh, hoặc thậm chí là do tình cờ. Một phát minh có thể
là kết quả làm việc của một cá nhân, nhưng thường là của một tập thể. Những phát
minh tương tự thậm chí có thể đồng thời xuất hiện độc lập nhau ở những nơi khác nhau trên thế giới.
4.3. Câu chuyện về một vài phát minh
4.3.1. Tạo ra một phát minh thường liên quan tới nhiều người và các phát minh
có thể phải mất một thời gian khá lâu mới đạt tới dạng hoàn chỉnh của chúng. Đôi
khi một phát minh tiến triển hàng thế kỷ do tác động của những phát triển khác
nhau và tiếp thu những công nghệ mới. Sau khi lần lại lịch sử của các dụng cụ
khoan, ta sẽ thấy rằng phải mất hàng trăm năm mới phát minh ra chiếc khoan tay
quen thuộc bắt đầu từ những cải tiến cho chiếc dùi đơn giản và chiếc khoan cần.
Thuộc số những dụng cụ khoan xuất hiện sớm nhất là những dụng cụ được người
Ai Cập sử dụng vào khoảng năm 230 trước Công nguyên. Nhà khoa học Hy Lạp
Archimedes83 đã khám phá ra viêc dùng đòn bẩy và các bánh răng để truyền lực.
Nhưng phải tới thời Trung cổ chiếc khoan tay mới được phát triển để có thêm tác
dụng của đòn bẩy, chiếc khoan tay dùng bánh răng thậm chí được sáng chế cũng chưa lâu lắm.
83 Archimedes thành Syracuse (tiếng Hy Lạp: Ἀρτιμήδης) phiên âm tiếng Việt: Ác-si-mét;
(khoảng 287 trước Công Nguyên – khoảng 212 trước Công Nguyên) là một nhà toán học, nhà vật
lý, kỹ sư, nhà phát minh, và m t
ộ nhà thiên văn học người Hy Lạp. Dù ít chi tiết về cuộc đời ông
được biết, ông được coi là một trong những nhà khoa h c ọ u c hàng đầ a ủ thời k c ỳ ổ đại.
4.3.2. Quy trình Haber84–Bosch85 áp dụng trong công nghiệp để sản xuất
ra amoniac từ phản ứng giữa nitơ và hiđrô. Trước khi có quy trình Haber (1910),
amoniac rất khó có thể tạo ra với quy mô lớn. Cố định nitơ đã được thực hiện trên
quy mô công nghiệp thông qua phương pháp Birkeland86–Eyde87 (1903), nhưng
cách sản xuất này tốn rất nhiều năng lượng. Các nhà khoa học ước tính công nghiệp
sản xuất phân bón từ amoniac theo phương pháp Haber đã giúp duy trì nguồn thực
phẩm cho khoảng một phần ba dân số trên Trái Đất. Ước tính có một nửa
số protein trong cơ thể người đóng góp bởi nitơ có nguồn gốc cố định từ phản ứng
này; phần còn lại từ quá trình cố định nitơ bởi vi khuẩn và vi khuẩn cổ.
4.3.3. Dolly vì sao làm náo động cả thế giới?
Ngày 24/2/1997, báo The Times có đăng bản tin về thân thể của một con cừu,
tin này đã được các cơ quan truyền thông đăng tải. Bản tin này nhanh chóng lan
truyền khắp thế giới, khiến cả thế giới phải chú ý. Con cừu mới 7 tháng tuổi này
trắng như tuyết, tinh nghịch đáng yêu, tên gọi là Dolly.
84 Fritz Haber (9/12/1868–29/1/1934) là m t
ộ nhà hóa học Đức, người được nhận giải Nobel hóa học vào năm 1918 cho ng nhữ
cống hiến của ông trong việc phát triển phương thức tổng hợp
amoniac, đóng vai trò quan trọng cho tổng hợp phân bón và chất nổ. Haber, cùng với Max
Born đã đưa ra chu trình Born H
– aber như là một phương pháp ước tính năng n lượ g tinh thể của
kim loại rắn. Ông cũng được miêu tả như là "cha đẻ c a ủ vũ khí hóa c
họ " vì vai trò của ông trong
việc phát triển và ứng dụng chlorine và các loại khí độc khác trong Thế chiến I.
85 Carl Bosch (27/8/1874-26/4/1940) là m t
ộ nhà hóa học và kỹ sư người Đức và là người đoạt giải Nobel hóa ọ
h c. Ông là người tiên phong trong lĩnh vực hóa ọ
h c công nghiệp áp lực cao và là
người sáng lập IG Farben, có những thời điểm là công ty hóa chất lớ ấ n nh t thế giới.
86 Kristian Olaf Bernhard Birkeland (13/12/1867-15/6/1917) là m t
ộ nhà khoa học người Na
Uy. Ông được nhớ đến nhiều nhất với các lý thuyết về dòng điện trong khí qu ển đ y ã làm sáng tỏ
bản chất của cực quang borealis. Để nghiên cứu về cực quang, ông đã phát minh ra pháo điện từ
và quy trình Birkeland-Eyde để cố định nitơ từ không khí. Birkeland đã được đề cử giải Nobel bảy lần.
87 Samuel "Sam" Eyde (29/10/1866-21//6/1940) là m t
ộ kỹ sư và nhà công nghiệp người Na Uy.
Ông là người sáng lập của cả hai công ty Norsk Hydro và Elkem.
Ra là, vào ngày 5/7/1996, nhà khoa học Ian Wilmut88 của Viện nghiên cứu
Roslin ở Edinburgh (Anh) đã công bố một tin như sau: họ đã dùng “tế bào chuyển
nhân” nhân tạo để cho ra đời một con cừu. Bản tin cho biết, tế bào chuyển nhân
được tạo thành từ tế bào của hai con cừu cái, trong quá trình tạo ra tế bào chuyển
nhân, họ đã lấy tế bào tuyến vú từ tuyến sữa của một con cừu cái mặt trắng 6 tháng
tuổi giống Dorset của Phần Lan, đồng thời lấy noãn bào từ trong cơ thể của một con
cừu cái mặt đen giống Blackface của Scotland, sau đó lấy ra nhân của noãn bào.
Như vậy, có thể khiến cho tế bào hoàn chỉnh vốn có trở thành tế bào rỗng không
nhân. Họ đã nhanh chóng đưa ra tế bào tuyến vú của con cừu cái mặt trắng và noãn
bào rỗng không nhân của con cừu cái mặt đen để tạo ra tế bào chuyển nhân. Tế bào
chuyển nhân nhân tạo bị tách ra bằng phương pháp sốc điện và phát triển sang dạng
phôi thai ở thời kì đầu có thể tiếp tục phát triển thành cừu, họ đã cấy phôi thai ở giai
đoạn đầu vào trong tử cung của một con cừu cái thứ ba, phôi thai phát triển ở trong
tử cung, cừu cái sinh nở, cừu con ra đời và được đặt tên là Dolly.
Từ khi The Times đăng tin về Dolly, trong một thời gian dài, các nhà chính trị,
khoa học và dân chúng nói chung đều tranh luận sôi nổi xoay quanh Dolly. Các nhà
khoa học cho rằng, sự ra đời của Dolly là dấu mốc trong lịch sử phát triển ngành
công nghệ sinh học, chứng minh con người có thể tạo ra “tế bào gốc toàn năng”
thông qua phương pháp cấy tạo bằng dòng hóa. Hơn nữa, kỹ thuật nhân tạo tế bào
gốc toàn năng ở động vật có vú cũng có giá trị ứng dụng hết sức to lớn. Trước tiên
nếu so sánh giữa kỹ thuật nhân tạo tế bào gốc hợp thành với kỹ thuật lai tạp động
vật truyền thống thì ít tốn thời gian nhưng vẫn có thể duy trì được ưu thế giống lai
tạo một cách ổn định; ngoài ra kỹ thuật nhân tạo tế bào gốc toàn năng cũng có thể
ứng dụng trong lĩnh vực phát triển những động vật quý hiếm có nguy cơ bị tuyệt
chủng, về lĩnh vực y học, kỹ thuật nhân tạo tế bào gốc toàn năng cũng rất có tiềm năng.
88 Ian Wilmut (sinh năm 1944) là nhà khoa học người Anh. Ông chính là người đứng đầu trong
việc nhân bản vô tính con cừu Dolly nổi tiếng, giúp con người có thêm phương pháp để bảo vệ các gene quý.
Hiện nay, số lượng gấu trúc còn lại rất ít, thời kỳ sinh sản ngắn. Hơn nữa, gấu
trúc lại rất kén chọn khi lựa chọn giao phối. Trong môi trường nuôi nhốt, gấu trúc
lại rất khó sinh sản. Sẽ rất khó khăn để gấu trúc mang thai thành công, thế mà mỗi
lần sinh chỉ sinh một con, dù có mang thai đôi thì thường cũng chỉ thành công sinh
một con. Vì vậy gấu trúc sinh sản đặc biệt khó khăn. Nếu có thể dùng phương pháp
sinh sản vô tính với gấu trúc, ít nhất có thể làm tăng đáng kể số lượng của loại này.
Dolly giống hệt cừu cái mặt trắng phải không?
Tuy vật chất di truyền của Dolly hầu như toàn bộ đều xuất phát từ nhân tế bào
tuyến vú của cừu cái mặt trắng, nhưng ngoài việc tồn tại ở vật chất di truyền trong
nhân tế bào bằng hình thức nhiễm sắc thể, còn một số ít vật chất di truyền tồn tại
trong ty thể bên ngoài nhân tế bào gốc bằng hình thức ADN vòng, vì khi loại bỏ
nhân tế bào trứng của cừu cái mặt đen, ty thể vẫn tồn tại và được giữ trong tế bào
chất của noãn bào. Vì vậy, vật chất di truyền của Dolly ngoài việc đến từ tế bào
tuyến vú, còn đến từ ty thể trong noãn bào. Nhưng so với vật chất di truyền trong
nhân tế bào thì số lượng vật chất di truyền trong ty thể rất khiêm tốn, hơn nữa
chúng chỉ phục vụ cho chức năng của ty thể, ảnh hưởng rất ít tới sự phát triển và
diện mạo Dolly. Vì vậy, Dolly cơ bản giống như cừu cái mặt trắng cùng tuổi.
Những vấn đề nảy sinh từ việc tạo ra con cừu Dolly
Nguyên nhân khiến Dolly làm náo động cả thế giới không phải ở sự tranh luận
sôi nổi của các nhà khoa học. Hứng thú của công chúng đối với Dolly cũng không
phải là nhân bản tế bào gốc toàn năng có giá trị khoa học gì. Điều mà con người
quan tâm nhất chính là bản thân mình, đã tạo ra được tế bào gốc toàn năng ở cừu
liệu có thể tạo ra tế bào gốc toàn năng ở người hay không? Nếu có thể, thì không
phải cha mẹ mất con có thể dùng tế bào sinh dưỡng của con để tạo ra tế bào gốc
toàn năng khiến những đứa trẻ đã chết được “tái sinh”? Ngoài ra, ra có thể nhân bản
tế bào gốc toàn năng cho một người nào đó, đợi cho tới khi phát triển phôi bào rồi
đem bảo quản đông lạnh, khi một bộ p ậ
h n, cơ quan nào đó trong cơ thể bị hỏng thì
có thể dùng cơ quan khác được tạo ra từ phôi bào này ghép vào cơ thể, như vậy có
vẻ như giấc mơ “trường sinh” của con người đang dần được thành hiện thực?
Nhưng nói tới việc tạo ra tế bào gốc toàn năng cho con người thì các nhà lý luận
học và các chính khách lại vô cùng lo lắng. Nếu như tế bào gốc toàn năng của con
người cũng được sinh ra từ tế bào chuyển nhân giống như cừu, vậy thì người được
phát triển từ tế bào gốc toàn năng sẽ cơ bản giống như cá thể nhân tế bào cung ứng,
những người được hình thành từ tế bào gốc toàn năng này có mối quan hệ gì với cá
thể nhân tế bào cung ứng? là con đẻ hay cùng trứng đa bào thai? Dường như không
hoàn toàn như vậy. Vì tế bào chất khác nhau, dù miễn cưỡng cũng thừa nhận chúng
là cùng trứng đa bào thai cũng có sự khác biệt về tuổi tác, sẽ tạo ra một vấn đề về
đạo đức. Như vậy, người được sinh ra không những khiến cho khái niệm thời đại bị
lẫn lộn, cũng không có cách nào để xác định mối quan hệ kế thừa về pháp luật.
Thêm vào đó, kỹ thuật này có thể sẽ bị một số người “cuồng khoa học” lạm dụng,
họ sẽ mượn cớ để dấy lên phong trào “sinh con giống tốt”, hòng lợi dụng tế bào gốc
toàn năng để sinh ra “nhân vật thiên tài”. Cũng có thể sẽ có người lai tế bào sinh
dưỡng con người với tế bào trứng của khỉ hoặc heo để tạo ra giống lai khỉ người và
heo người, những việc làm này sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới xã hội loài
người. Vì vậy, không có cách nào để t ự
h c hiện giấc mơ “trường sinh bất lão” thông
qua việc tạo ra tế bào chuyển nhân, chúng ta cần phải thận trọng sử dụng kỹ thuật
này để góp phần cống hiến cho sự phát triển của khoa học loài người.
V. Mối quan hệ giữa Khoa học tự nhiên và Công nghệ
Khoa học tự nhiên, kĩ thuật và công nghệ có mối liên hệ mật thiết với nhau và
cùng sử dụng Toán học làm công cụ quan trọng. Mối liên hệ này được thể hiện
thông qua chu trình STEM (Science-Technology-Engineering-Mathematics). Chu trình STEM89
Trong chu trình STEM, Khoa học được coi là lĩnh vực sáng tạo ra tri thức về
Thế giới tự nhiên trên cơ sở công cụ toán học và các công nghệ hiện có. Kĩ thuật sử
dụng Toán học và dựa vào tri thức khoa học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Kết
quả của Kĩ thuật là tạo ra các công nghệ mới.
Xem xét mối quan hệ giữa Khoa học và Công nghệ có thể khẳng định Khoa
học là cơ sở để phát triển Công nghệ, ngược lại, sự phát triển của Công nghệ có tác
động tích cực tới sự phát triển của Khoa học.
Khoa học (Science) trong chu trình STEM được mô tả bởi một mũi tên từ Công
nghệ (Technology) sang Tri thức (Knowledge) thể hiện quy trình sáng tạo khoa
học. Đứng trước thực tiễn với Công nghệ hiện tại, các nhà khoa học, với năng lực tư
duy phản biện, luôn đặt ra những câu hỏi, vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu, làm cơ sở
cho việc hoàn thiện và phát triển công nghệ, đó là các câu hỏi, vấn đề khoa học. Trả
lời các câu hỏi khoa học hoặc giải quyết các vấn đề khoa học sẽ phát minh ra các 89 Nguồn: www.knowatom.com
Tri thức khoa học. Ngược lại, Kĩ thuật (Engineering) trong chu trình STEM được
mô tả bởi một mũi tên từ Tri thức sang Công nghệ thể h ệ
i n quy trình kĩ thuật. Các
kĩ sư sử dụng Tri thức khoa học để thiết kế, sáng tạo ra Công nghệ mới giải quyết
vấn đề thực tiễn. Đặc trưng của Khoa học là phương pháp khoa học (Scientific
Method), đặc trưng của Kĩ thuật là thiết kế kĩ thuật (engineering design). Hai quy
trình nói trên tiếp nối nhau, khép kín thành chu trình sáng tạo khoa học – kĩ thuật
theo mô hình "xoáy ốc" mà cứ sau mỗi chu trình thì lượng kiến thức khoa học tăng
lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở trình độ cao hơn.

Chương 1 - Nhập môn Khoa học tự nhiên - Lecture notes 1 | Đại học Sư phạm Hà Nội

Thông tin :

Tài liệu liên quan:

Bài thi môn khoa học tự nhiên và công nghệ | Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội

Đề cương khoa học tự nhiên và công nghệ | Đại học Sư Phạm Hà Nội

Đề cuối kì calculus - môn Khoa học tự nhiên và công nghệ | Đại học Sư Phạm Hà Nội

Đề cương Cơ sở văn hóa Việt Nam - Đề cương | Đại học Sư Phạm Hà Nội

Trọn bộ ôn tập đề cương Môn khoa học tự nhiên 2023 | Đại học Sư Phạm Hà Nội