Giáo trình chương 1: Nhập môn Khoa học tự nhiên và công nghệ
Bộ giáo trình đầy đủ của chương 1: Nhập môn Khoa học tự nhiên và công nghệ của 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. Mời bạn đọc đón xem!
Môn: Khoa học tự nhiên và Công nghệ
Trường: Đại học Sư Phạm Hà Nội
Thông tin:
Tác giả:
Tài liệu liên quan:
Preview text:
lOMoARcPSD|36403279
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, PGS.TS Trần Đăng Hƣng, PGS.TS Mai Sĩ Tuấn
NHẬP MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ
CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ THẾ GIỚI TỰ NHIÊN - KHOA HỌC
TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI – 2019
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279 CHƢƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ THẾ GIỚI TỰ NHIÊN - KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ
§1. KHÁI QUÁT VỀ THẾ GIỚI 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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. Vũ 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
quan sát thiên văn của Tycho Brahe4, Isaac Newton5 đã xây dựng 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 rằng 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. Điều 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 những 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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. Thờ 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 tiếng 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 là 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 một nhà toán học 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 hay Ptolémée hay Ptôlêmê, là một
nhà bác học Hy Lạp xuất xứ từ Tebaida, học 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 بوقعي; 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 học và nhà toán học 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. Đến từ Seleucia trên sông Tigris, Mesopotamia, thủ đô của
Đế chế Seleucid, ông được biết đến như là một người đề xuất thuyết nhật tâm và lý thuyết về
nguồn gốc của thủy triều.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 dạng 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Bán 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 một nhà
toán học, thiên văn học, kỹ 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 học, nhạc sĩ người Anh sinh ra ở Đức.
22 Joseph von Fraunhofer (6/3/1787-7/6/1826) là một nhà vật lý quang học người Đức. Ông
được biết đến nhờ công lao khám phá ra phổ hấp 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 tƣớc thứ nhất Kelvin (26/6/1824-17/12/1907) là một 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 một bác sĩ và nhà vật
lý người Đức. Suốt cuộc đời ông cống hiến cho khoa học, ông được công nhận là một 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 đầu tiên của tạp chí Nature.
26 Ernest Rutherford (1871 - 1937) là một 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 gọi là mẫu hành tinh của nguyên tử. Ông được giải Nobel hóa học vào năm 1908.
27 Albert Einstein (14/3/1879-18/4/1955) là nhà vật lí học người Đức, cha đẻ của Thuyết tương
đối, một trong hai trụ cột của Vật lí học hiện đại (bên cạnh Cơ học lượng tử). Công trình của ông
cũng được biết đến vì ảnh hưởng của nó đối với triết học của khoa học. Phương trình E= mc2
được mệnh danh là phương trình nổi tiếng nhất thế giới. Ông đã nhận được giải thưởng Nobel vật
lý năm 1921. Đại văn hào Bernard Shaw đã gọi Albert Einstein là “VĨ NHÂN THỨ TÁM” của
Thế giới khoa học, sau Pythagoras, Aristotle, Ptolemy, Copernicus, Galileo, Kepler và Newton.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 học, nhà vật lý
và nhà toán học người Anh. Ông cũng là một triết gia của khoa học và là người phổ biến khoa
học. Giới hạn Eddington, giới hạn tự nhiên đối với độ sáng của các ngôi sao hoặc bức xạ được tạo
ra bởi sự bồi tụ lên một vật thể nhỏ gọn, 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 học và nhà vật lý thiên văn người Mỹ gốc Anh, người đã đề xuất trong luận án tiến sĩ năm
1925 của mình rằng các ngôi sao được cấu tạo chủ yếu từ hydro và heli. Kết luận đột phá của Bà
ban đầu đã bị bác bỏ vì nó mâu thuẫn với trí tuệ khoa học thời bấy giờ, cho rằng không có sự khác
biệt đáng kể về nguyên tố giữa Mặt trời và Trái đất. Những quan sát độc lập cuối cùng đã chứng
minh luận điểm của Bà là đúng.
30 Subrahmanyan Chandrasekhar (19/10/1910-21/8/1995) là một 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 đối với cấu trúc và sự tiến hóa của
các ngôi sao". Nghiên cứu toán học về tiến hóa sao của ông đã mang lại 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 Mỹ gốc Đức. Năm
1967, ông được trao giải Nobel Vật lí cho những nghiên cứu về 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 sống 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 UV 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
học Ả Rập. Ông có nhiều đóng góp cho sự phát triển của khoa học Hồi giáo nói riêng và khoa học 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 những phép đo định lượng tốc độ ánh sáng đầu tiên. Trong văn học
khoa học, tên của ông thường được 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 một giá trị khá chính xác cho vận tốc ánh sáng.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 một nhà vật lý người Pháp nổi 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 một giá trị khá chính xác cho vận tốc ánh sáng.
39 Albert Abraham Michelson (19/12/1852-9/5/1931) là một 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 về vật lý, trở thành người Mỹ đầu tiên giành giải thưởng Nobel về khoa học.
40 Edward Williams Morley (29/1/1838-24/2/1923) là một nhà khoa học người Mỹ, nổi tiếng
vì thí nghiệm Michelson-Morley.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 định 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 biến tấu lại từ “Thần thoại Hy Lạp”. Song sự biến 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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)
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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)
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 thần 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)
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 ngưỡng 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 tiếng 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 Đại 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 phỏng 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 sống
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 giới” 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 kỳ Cổ điển ở Hy Lạp cổ đại, người sáng lập Lyceum và trường phái triết học
Peripatetic và truyền thống Aristoteles. 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 một nhà hóa học Mĩ gốc Hungaria. Ông cũng là
chuyên gia về tự ghép phân tử.
47 Frank Donald Drake (sinh ngày 28/5/1930) là nhà thiên văn học 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 những
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, một mã hóa kỹ thuật số
mô tả thiên văn và sinh học về Trái đất và các dạng sống của nó để truyền vào vũ trụ.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 thực vật học người Anh, là người đi tiên phong
trong nghiên cứu các quần xã thực vật. Ông là người ủng hộ cách tiếp cận sinh thái đối với Thực vật học.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 một nhà sinh vật học người Mỹ nổi 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 học phổ biến “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 học, sinh học
và triết học người Đức. Ông chính là người đầu tiên đưa ra thuật ngữ "sinh thái học" vào năm 1886.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 và 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 bằng. 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 giới 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 học bảo tồn rừng và biển.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 giới 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 những 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. Những 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 lượng tử sơ khai, nhờ đó mà
ông nhận Giải Nobel Vật lý năm 1922.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 thực
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 đồng vị, đồng thời phát minh ra phương pháp phổ
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 những điện tử mang điện tích âm khác
chuyển động xung quanh nó trên những 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 lý người
Đức, nổi tiếng trong lĩnh vực vật lý hạt nhân. Phát minh quan trọng nhất của Geiger đó là bộ đếm Geiger-Müller.
57 Sir Ernest Marsden (19/2/1889 – 15/12/1970) là một nhà vật lý người Anh-New Zealand. Ông
được quốc tế công nhận vì những đóng góp của ông cho khoa học khi làm việc dưới thời Ernest
Rutherford, dẫn đến việc phát hiện ra những lý thuyết mới về cấu trúc của nguyên tử.
58 Charles-Augustin de Coulomb (14/6/1736 – 23/8/1806) là một 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 điện, ngày nay gọi
là Định luật Coulomb. Đơn vị điện tích SI, coulomb, được đặt tên để vinh danh ông vào năm 1908.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 mô 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 bằng 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 một 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 từ khác) phát ra từ những thay đổi mức năng lượng của electron trong nguyên tử hydro.
Công thức đó ngày nay gọi là công thức Rydberg.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 liệu 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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:
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 thống 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, phần thuộc về môi trường. Người ta có thể tạo ra các biểu diễn (mô hình)
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
đơn giản hóa của hệ thống 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 thống. 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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,
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 giới tự nhiên, cấu trúc của các hệ thống 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
Vòng tuần hoàn của Carbon: Chu trình sinh địa hóa của carbon
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 một 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 tố còn chưa được phát hiện.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 và 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 và 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 một nhà hóa học người Pháp được biết đến với những khám phá về các
nguyên tố hóa học gallium, samarium và dysprosium.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
trong thư nói ông đã tạo ra được một nguyên tố mới trong quặng 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 một nhà hóa học, sinh học và địa chất học người Thụy Điển
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 là chìa khóa dẫn đến việc phát minh nhiều nguyên tố hóa học
mới. Có người đánh giá Mendeleev như sau: "Trong lịch sử hóa học, ông dùng một
chủ đề đơn giản mà 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 học người Đức. Năm 1870, sau
quá trình nghiên cứu độc lập, Meyer cũng đưa ra một bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học như Mendeleev.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279 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, 4f1-14, 5d1-10 và 6p1-6
Chu kì 7 (32 nguyên tố): Các electron bắt đầu điền vào lớp thứ 7, hoàn thành bốn
phân lớp 7s1-2, 5f1-14, 6d1-10 và 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 động 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 năm 1820 mất ngày 5 tháng 8 năm 1895) nhà lý luận chính trị, là một triết gia và nhà
khoa học người Đức thế kỷ 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 bản Tuyên ngôn của Đảng Cộng sản (1848). Engels cũng biên tập và xuất bản
quyển II và quyển III của bộ Tư bản sau khi Karl Marx mất. Ngoài những công trình chung với
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 học có giá trị như: "Nguồn gốc của gia đình, sở hữu tư
nhân và nhà nước", "Về lịch sử người German cổ đại", "Chống Duhring", "Biện chứng của tự
nhiên", v.v... Ngoài ra, cuốn "Tác dụng của lao động chuyển hoá vượn thành người" cũng là một
công trình khoa học góp phần giải thích nguồn gốc hình thành và phát triển của loài người.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 thẳng? 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 giải thích thế giới 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 tượng, chúng ta có thể chia
nhận thức thành hai loại như sau: Nhận thức kinh nghiệm và Nhận thức lý luận.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 thống 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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. Lenin 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 tạo ra tri thức khoa 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 về tính trừu tượng hoá, khái
quát hoá và 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 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”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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 tổ của chủ nghĩa duy vật Anh và khoa học thực nghiệm. Bắt đầu từ Becon, lịch sử triết học
Tây Âu bước sang một giai đoạn mới với những màu sắc riêng.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
(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 nghiệm 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 rộng 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 nhằm 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 học, nhà triết học khoa học
người Mỹ. Ông là tác giả của công trình trứ danh được xuất bản vào năm 1962, Cấu trúc của các
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 rộng 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 phổ thông bình dân.
74 Richard Phillips Feynman (11/5/1918-15/2/1988) là một 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 động lực học lượng tử,
Feynman đã nhận được giải thưởng Nobel Vật lí năm 1965 cùng với Julian Schwinger và Shin'ichirō Tomonaga.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 đã lập luận về việc sử dụng tiêu chuẩn Potter Stewart76 ("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 định 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 nổi tiếng về toán học và phổ biến
khoa học của Mỹ, với những sở thích như sự hoài nghi khoa học, từ trường, triết học, tôn giáo và văn học,…
76 Potter Stewart (23/1/1915-7/12/1985) là Phó Thẩm phán của Tòa án Tối cao Hoa Kỳ, phục 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 thứ tư.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 tiếp 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 học 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), một nhà triết học và thần học.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 thật 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 gọi là Hippocrates II, là một
bác sĩ người Hy Lạp thời đại Pericles (Hy Lạp cổ đại). Ông được coi là một trong những nhân vật
nổi bật nhất trong lịch sử y học.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 những kết quả mà họ đạt được trong quá trình nghiên cứu. Những báo cáo này
phải đầy đủ chi tiết để các nhà khoa học khác có thể thẩm 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,
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 “bệnh 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 đồng 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 thổi 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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,
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 10-11-2005, 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. Tạp 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!
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 tiền 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 việc 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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. Tiến 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 so với sai phạm 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 những 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 những 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 lí
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 lí 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 lí thuyết 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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).
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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, Động 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 hiểu 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, Úc, New 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 vụ cho mỗi quốc gia mà bà là nữ nguyên thủ, cũng
như đóng vai trò là Người đứng đầu Khối Thịnh vượng chung các Quốc gia, Lãnh đạo tối
cao Giáo hội Anh, Công tước xứ Normandie, Lãnh chúa Đảo Mann. Về lý thuyết quyền lực của
bà là rất lớn, tuy nhiên, trên thực tế theo quy ước, bà hiếm khi can dự vào các vấn đề chính trị.
82 Henry Petroski (sinh ngày 6/2/1942) là một kỹ sư người Mỹ 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279 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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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?
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 một 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 học hàng đầu của thời kỳ cổ đại.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 một nhà hóa học Đức, người được nhận giải Nobel hóa
học vào năm 1918 cho những 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–Haber như là một phương pháp ước tính năng lượng tinh thể của
kim loại rắn. Ông cũng được miêu tả như là "cha đẻ của vũ khí hóa học" 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 một nhà hóa học và kỹ sư người Đức và là người đoạt
giải Nobel hóa học. Ông là người tiên phong trong lĩnh vực hóa học công nghiệp áp lực cao và là
người sáng lập IG Farben, có những thời điểm là công ty hóa chất lớn nhất thế giới.
86 Kristian Olaf Bernhard Birkeland (13/12/1867-15/6/1917) là một nhà khoa học người Na
Uy. Ông được nhớ đến nhiều nhất với các lý thuyết về dòng điện trong khí quyển đã 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 một kỹ sư và nhà công nghiệp người Na Uy.
Ông là người sáng lập của cả hai công ty Norsk Hydro và Elkem.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 phận, 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 thực hiện giấc mơ “trường sinh bất lão” thông
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com) lOMoARcPSD|36403279
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 hiện 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.
Downloaded by ti?n v?n lê (vanletien573@gmail.com)