Trái Đất quay quanh Mặt Trời: Vẫn chưa có câu trả lời chắc chắn

Thật ra, theo thuyết tương đối của Einstein, với mỗi hệ quy chiếu, Trái Đất lại có một quỹ đạo riêng. Chính vì thế bạn sẽ không thể xác định được quỹ đạo thật sự của Trái Đất, trừ khi các nhà khoa học có thể đưa ra một “hệ quy chiếu tuyệt đối” cho thời gian-không gian. Điều đó tưởng chừng như không thể, nhưng các thành quả nghiên cứu mới đây lại khiến giới vũ trụ học đau đầu một lần nữa…

Tuy nhiên, trước hết, chúng ta hãy cùng tìm hiểu về thiên văn học trong các nền văn minh cổ đại, cũng như các quan điểm về thuyết nhật tâm và địa tâm để hiểu rõ hơn về cuộc tranh luận lâu dài trong lịch sử thiên văn học thế giới.

1. Thiên văn học đã rất phát triển trong các nền văn minh cổ đại

Thiên văn học trong những nền văn minh cổ đại đã rất phát triển, như trong văn minh Ai Cập, văn minh Lưỡng Hà, văn minh Trung Hoa, văn minh Ấn Độ, và văn minh Trung Mỹ. Ở đây, chúng ta hãy lấy văn minh Ai Cập và văn minh Trung Hoa làm ví dụ.

Khoảng 4.000 năm trước Công Nguyên, tại thung lũng sông Nile (Nin), một trong những nền văn minh lâu đời nhất đã xuất hiện: nền văn minh Ai Cập cùng với ngành thiên văn học gắn chặt với con sông hùng vĩ này. Trong khi quan sát mối liên hệ giữa những vì sao trên bầu trời và các hiện tượng xuất hiện ở dưới mặt đất, các vị tư tế Ai Cập đã có những đóng góp rất quan trọng. Họ đã có âm lịch với 12 tháng, mỗi tháng 29 đến 30 ngày và cứ sau hai đến ba năm, họ lại cộng thêm vào một tháng để luôn phù hợp với các mùa trong năm.

Trong thiên văn học Ai Cập, bầu trời được chia thành 45 chòm sao và con người đã biết đến các hành tinh như sao Mộc, sao Hoả, sao Thổ, sao Kim, và sao Thuỷ. Người Ai Cập cũng có thể tính được thời gian vào cả ban ngày lẫn ban đêm dựa vào Mặt Trời và vị trí của các chòm sao. Họ cũng đã xác định một giờ bằng 1/24 độ dài của một ngày đêm.

Trong khi đó, ở nền văn minh 5.000 năm của Trung Hoa cổ đại, các sự kiện thiên văn đã được ghi chép từ rất sớm và khá cụ thể. Các hiện tượng nhật thực, nguyệt thực, sao mới xuất hiện đã được ghi chép lại từ khoảng 1.500 năm TCN vào đời nhà Thương. Cho đến nay, ghi chép sớm nhất về vết đen Mặt Trời là trong sách Ngọc Hải, được ghi nhận không lâu sau năm 165 TCN. Hán Thư cũng ghi lại hiện tượng này khi nó xuất hiện ngày 10 tháng 5 năm 28 TCN. Thậm chí, dựa vào những lời ghi trong Kinh Dịch, có tài liệu còn cho rằng người Trung Hoa đã quan sát được vết đen Mặt Trời từ năm 800 TCN. Ở châu Âu, mãi tới đầu thế kỷ thứ 9 mới có ghi chép về vết đen Mặt Trời.

Vào thế kỷ 11 TCN, người Trung Hoa chia bầu trời sao vào hệ thống “tam viên nhị thập bát tú” với 28 chòm sao. Danh mục sao cổ nhất của họ do Thạch Thân đời Chiến Quốc soạn có 122 chòm sao với 809 ngôi sao. Trương Hành thời Đông Hán đã sáng chế ra dụng cụ định vị sao gọi là hỗn thiên nghi và thống kê khoảng 2.500 sao nhìn thấy được ở Trung Quốc, chia thành 124 chòm với 320 sao được đặt tên. v.v. Người Trung Quốc cũng có nhiều phát minh về dụng cụ thiên văn như cọc tiêu Mặt Trời, la bàn, đồng hồ Mặt Trời, đồng hồ nước… Khoảng năm 1.100 TCN, Chu Công đã quan sát và đo bóng Mặt Trời lúc giữa trưa để xác định độ nghiêng của hoàng đạo so với xích đạo.

Thiên văn học Trung Quốc cũng có một thành tựu vô cùng quan trọng trong lĩnh vực soạn lịch. Theo truyền thuyết và dã sử thì người Trung Quốc đã có lịch cách đây từ 3.000 đến 4.000 năm. Từ khoảng 600 năm trước Công Nguyên, họ đã có lịch âm dương kết hợp để phục vụ sản xuất nông nghiệp nên còn gọi là nông lịch. Cùng với Ai Cập, Trung Quốc là nơi sử dụng âm dương lịch sớm nhất. Ngoài nông lịch, còn có lịch can chi, dùng 10 can (Giáp, Ất, Bính, Đinh, Mậu, Kỷ, Canh, Tân, Nhâm, Quý) và 12 chi (Tý, Sửu, Dần, Mão, Thìn, Tỵ, Ngọ, Mùi, Thân, Dậu, Tuất, Hợi) để tập hợp nên bộ lịch. Việt Nam và một số nước Đông Á hiện vẫn đang dùng loại lịch sử dụng hệ đếm Can Chi ra đời cách đây khoảng 2.600 năm này.

Tất cả những điều trên chỉ để nói lên rằng, thiên văn học trong những nền văn minh cổ đại thực sự có thành tựu vượt rất xa chứ không chỉ giới hạn ở những quan niệm như Trái Đất phẳng, Trái Đất vuông hay vũ trụ vận động xung quanh Trái Đất.Phương hướng phát triển của những nền văn minh cổ đại cũng không hề có mâu thuẫn hay sai sót khi đặt hệ quy chiếu ở tại chính Trái Đất, vì ở bất cứ một hệ quy chiếu nào thì người ta đều có thể tính toán được chính xác cách thức chuyển động cũng như vị trí của các chòm sao.

2. Thuyết địa tâm và thuyết nhật tâm

Trong thiên văn học thời Trung Cổ, mô hình địa tâm là lý thuyết cho rằng Trái Đất là trung tâm của vũ trụ và Mặt Trời, ngôi sao và các hành tinh đều quay xung quanh Trái Đất. Đây được coi là hình mẫu vũ trụ tiêu chuẩn thời Hy Lạp cổ đại, được cả Aristotle và Ptolemy, cũng như đa số các nhà triết học Hy Lạp đồng thuận.

Người Hy Lạp cổ đại và các nhà triết học thời Trung Cổ cũng đã thể hiện thuyết địa tâm với một Trái Đất hình cầu, không giống với thuyết Trái Đất phẳng từng xuất hiện trước đó. Tuy nhiên, vào thời bấy giờ, họ coi quỹ đạo mà các hành tinh đi theo là hình tròn chứ không phải hình elíp. Quan điểm này thống trị văn hoá phương Tây cho tới tận trước thế kỷ 17[1].

Sự phát triển của thuyết nhật tâm bắt đầu từ quan điểm cho rằng Mặt Trời nằm ở trung tâm của vũ trụ. Về mặt lịch sử, hệ nhật tâm đối lập với hệ địa tâm. Tuy nhiên cần phải nói rõ rằng, sự phân biệt giữa hệ Mặt Trời và vũ trụ là không rõ ràng cho tới tận thời hiện đại. Trong thế kỷ 16 và 17, khi lý thuyết này được Copernicus, Galileo và Kepler đưa ra và ủng hộ, nó đã trở thành trung tâm của một cuộc tranh cãi lớn.

Trong nhiều văn bản kinh Vệ Đà tiếng Phạn được viết trong thời Ấn Độ cổ đại đã xuất hiện ý tưởng (đi ngược trực giác) cho rằng trên thực tế Trái Đất quay quanh Mặt Trời và Mặt Trời là trung tâm của vũ trụ. Ở Hy Lạp cổ đại, Heraclides xứ Pontus (thế kỷ thứ 4 TCN) đã giải thích chuyển động biểu kiến hàng ngày của các thiên thể thông qua sự tự quay của Trái Đất, và có lẽ cũng đã nhận ra rằng Sao Thủy và Sao Kim quay quanh Mặt Trời. Nhà thiên văn học, toán học người Ấn Độ Aryabhata (476-550), trong kiệt tác Aryabhatiya của mình đã đề xuất một mô hình nhật tâm theo đó Trái Đất quay quanh trục của nó và chu kỳ của các hành tinh cũng được tính toán dựa trên mô hình Mặt Trời đứng yên[2]…

Một nhà thiên văn học xuất sắc người Đan Mạch là Tycho Brahe (1546-1601) cũng đưa ra một mô hình giúp giải tỏa căng thẳng giữa hai lý thuyết gây tranh cãi đương thời. Trong mô hình của ông, các hành tinh vận động quay quanh Mặt Trời, còn Mặt Trời vận động quay quanh Trái Đất. Như vậy, Tycho thậm chí đã nêu ra một mô hình với hai hệ quy chiếu khác nhau. Điều ngạc nhiên hơn nữa là kết quả tính toán dựa trên mô hình của nhà thiên văn học xuất sắc này là trùng khớp với mô hình dựa trên lý thuyết của Copernicus.

Như vậy, việc phản đối thuyết địa tâm và thuyết nhật tâm thời xưa chính là việc phản đối quan niệm Trái Đất là trung tâm của vũ trụ, hay Mặt Trời là trung tâm của vũ trụ hơn là những tính toán mà chúng đưa ra.

Trong khoa học ngày nay, địa tâm hay nhật tâm không còn trở thành vấn đề nữa, vì đó chỉ là việc sử dụng hệ quy chiếu nào cho các tính toán thiên văn học. Thậm chí, mô hình địa tâm Ptolemy về hệ Mặt Trời vẫn thường được những người chế tạo các mô hình thiên văn học ưa chuộng, bởi vì, về lý do kỹ thuật, cơ cấu chuyển động của các hành tinh kiểu Ptolemy có nhiều ưu thế hơn so với hệ Copernicus. Các mặt cầu thiên thể, được sử dụng cho các mục đích giảng dạy và thỉnh thoảng cho cả mục đích hoa tiêu cũng vẫn dựa trên hệ địa tâm.

Một điều cần chỉ rõ là, khoa học hiện đại phủ nhận thuyết địa tâm và thuyết nhật tâm cổ đại bởi vì các nhà khoa học không thể tìm được bằng chứng hay lý thuyết về một hệ quy chiếu tuyệt đối của toàn vũ trụ.

3. Chưa ai từng chứng minh được Trái Đất đang chuyển động

Thật ra, nếu bạn đặt hệ quy chiếu ở Trái Đất thì đích thực là Mặt Trời đang quay quanh Trái Đất, còn nếu đặt hệ quy chiếu ở Mặt Trời thì Trái Đất chắc chắn là đang quay quanh Mặt Trời. Nhưng Mặt Trời không hề đứng yên, vì nếu lấy hệ quy chiếu là trung tâm dải Ngân Hà của chúng ta, thì cả Trái Đất và Mặt Trời đều đang nằm trong vòng xoáy khổng lồ bao la đó. Vậy cũng chưa hết, dải Ngân Hà đang chuyển động theo quỹ đạo nào trong vũ trụ vô biên này?

Trong khi hầu hết chúng ta đều cho rằng Trái Đất đang chuyển động, nhưng thực ra không hề có một bằng chứng tính toán nào chỉ ra rằng Trái Đất thực sự đang chuyển động. Giống như nhà sử học Lincoln Barnett nói trong cuốn “Vũ trụ và Einstein”: “Chúng ta không thể cảm nhận thấy chuyển động của Trái Đất trong vũ trụ, và cũng chưa từng có thí nghiệm vật lý nào chứng minh được rằng Trái Đất thực tế đang chuyển động.”[3] Vấn đề với các nhà khoa học hiện nay là: bản thân họ không thể tìm được một hệ quy chiếu tuyệt đối của toàn vũ trụ. Có nghĩa là, Trái Đất có thể đang chuyển động so với Mặt Trời, so với dải Ngân Hà, nhưng liệu hành tinh của chúng ta có đang chuyển động bên trong Vũ trụ này hay không? Hệ quy chiếu tuyệt đối của toàn vũ trụ là gì?

Ở thế kỷ 20, Albert Einstein đã từng đi sâu nghiên cứu khả năng đo đạc chuyển động của Trái Đất sử dụng các thí nghiệm về quang học trong vũ trụ. Tuy nhiên, với Thuyết tương đối của mình, Einstein đã giữ nguyên quan điểm rằng, điều đó sẽ không xảy ra nếu không có một hệ quy chiếu tuyệt đối. Trong khi đó, nhà thiên văn học EdwinHubble từng chỉ ra rằng Trái Đất “dường như thực sự ở trung tâm của vũ trụ” và “các thiên hà khác đang rời xa khỏi chúng ta” trong nghiên cứu của ông vào những năm 20 của thế kỷ trước[4][5]. Để giải thích điều này, Einstein đã đưa ra lý thuyết về việc không gian bị bẻ cong và đang giãn ra, chính vì thế ở bất kỳ điểm nào trong không gian, người ta cũng sẽ quan sát thấy hiện tượng như Hubble mô tả. Nhưng bản thân Einsteincũng không trả lời được rằng liệu vũ trụ có tâm điểm không, và nó nằm ở đâu.

4. Bằng chứng mới:Trái Đất có thực sự ở trung tâm của vũ trụ?

Trong suốt thế kỷ trước, một số bằng chứng vũ trụ học đã nổi lên, thách thức những người theo trường phái Copernicus hiện đại, vốn cho rằng Trái Đất chỉ là một hành tinh ngẫu nhiên xuất hiện và chuyển động trong vũ trụ. Một trong những bằng chứng đó là các số liệu đo đạc được từ vệ tinh Planck vào tháng 3 năm 2013.

Theo quan điểm của những nhà khoa học thuộc trường phái Copernicus hiện đại, nếu lý thuyết của họ là đúng thì các bức xạ vũ trụ còn lại từ vụ nổ lớn Big Bang sẽ được phân phối ngẫu nhiên trên toàn vũ trụ. Tuy nhiên, trong ba lần thu thập số liệu khác nhau từ vệ tinh WMAP năm 2001, đường bức xạ vũ trụ đo đạc được lại nằm trên mặt phẳng của hệ Mặt Trời và đi qua Trái Đất. Kết quả này làm các nhà khoa học rất bất ngờ, và đã gọi trục này là “Trục ma quái“[6].

Laurence Krauss, một nhà vật lý và vũ trụ học người Mỹ đã từng nói vào năm 2005: “Khi bạn nhìn vào bản đồ bức xạ vũ trụ, bạn sẽ thấy được rằng kiến trúc chúng ta đang quan sát đang thực sự nằm trên mặt phẳng tạo thành bởi Trái Đất quay quanh Mặt Trời. Chẳng nhẽ vấn đề của Copernicus lại quay lại ám ảnh chúng ta một lần nữa? Thật không thể tưởng tượng được. Chúng ta đang nói tới vũ trụ. Đáng nhẽ không thể có một cấu trúc như vậy trên bản đồ bức xạ vũ trụ – mặt phẳng tạo thành bởi Trái Đất quay quanh Mặt Trời. Nếu vậy thì chúng ta thực sự đang ở trung tâm của vũ trụ.“

Các nhà vũ trụ học, vật lý học thiên thể, và những học giả khác đã phủ định ý kiến trên, và cho rằng những thông tin thu được là giả tạo. Nhiều bài báo và nghiên cứu đã được đưa ra để giải thích hiện tượng này. Tuy nhiên, vào tháng 3 năm 2013, khi kết quả từ vệ tinh Planck chuyển về Trái Đất thì giới khoa học lại nhận được một cú sốc nữa. “Trục ma quái” lại hiện lên, với một độ phân giải và chi tiết còn cao hơn lần trước, và đó không chỉ là số liệu của một lần đo đạc.

Điều gì đang diễn ra tại đây? Liệu rằng Trái Đất có thực sự ở trung tâm của vũ trụ? Liệu rằng trục vũ trụ có thực sự đi qua Trái Đất? Liệu những nghiên cứu mới về vũ trụ có giúp các nhà khoa học bắt đầu một cuộc “cách mạng” tri thức tiếp theo? Liệu có điều gì đó sai lầm trong các học thuyết vũ trụ với nền tảng là các lý thuyết của Copernicus, Galileo và Kepler? Điều duy nhất chúng ta được biết là, câu trả lời cho câu hỏi đó đã từng trở thành cú huých lớn cho giới khoa học trong suốt hàng trăm năm, cho đến tận khi các định luật về chuyển động của Newton ra đời.

Tất nhiên, vấn đề chúng ta nêu ra không phải dùng đểủng hộ tín ngưỡng hay phản đối khoa học. Nó chỉ thuần túy cung cấp một cái nhìn mới đối với tri thức hiện có của nhân loại mà thôi. Tôn giáo tìm kiếm sự bình an của nội tâm, khoa học thì luôn khát khao vươn tới tri thức mới. Còn bạn, bạn có bao giờ tự hỏi rằng, liệu Trái Đất có phải là một điều gì đó vô cùng đặc biệt, hay liệu chúng ta có thực sự là tâm điểm của vũ trụ bao la này?

Quang Minh

[1] Tham khảothêm 3định luật củaKepler [2] Amartya Kumar Dutta (2006), “Aryabhata and axial rotation of earth”, [3] Lincoln Barnett (1948),“The Universe and Dr. Einstein” [4] Edwin Hubble (1929), bài báo “A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae”. [5] Tham khảothêm định luật củaHubble [6] Bài viết “Astronomers reveal a cosmic ‘axis of evil’”, chuyên trang vật lý friend.com.vn