Lược Sử Thời Gian (ABrief History
of Time)
Stephen Hawking
Người dịch: Cao Chi, Phạm Văn Thiều
Ebook miễn phí tại : www.Sachvui.Com
Mục lục
Giới thiệu cuốn sách "Lược sử thời gian"
Lời giới thiệu của nhà xuất bản Bantam Books
Lời cảm ơn của Stephen Hawking
Chương 1: Bức tranh của chúng ta về vũ trụ
Chương 2: Không gian và thời gian
Chương 3: Vũ trụ giãn nở
Chương 4: Nguyên lý bất định
Chương 5: Các hạt cơ bản và các lực tự nhiên
Chương 6: Lỗ đen
Chương 7: Lỗ đen không quá đen
Chương 8: Nguồn gốc và số phận của vũ trụ
Chương 9: Mũi tên của thời gian
Chương 10: Lý thuyết thống nhất của vật lý học
ALBERT EINSTEIN
GALILEO GALILEI
ISAAC NEWTON
Thuật ngữ
Lược sử về “một lược sử”
VŨ TRỤ TUẦN HOÀN
Vũ trụ hệ Isaac Newton và tác phẩm nguyên tắc toán học
ĐẤU TRANH SINH TỒN
CHA ĐỠ ĐẦU CỦA KỶ NGUYÊN NGUYÊN TỬ

Giới thiệu cuốn sách "Lược sử thời gian"
Cuốn sách mà chúng tôi giới thiệu với các bạn sau đây có tên là "Lược
sử thời gian" (A Brief History of Time), một cuốn sách tuyệt diệu, được viết
bởi một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất của thời đại chúng ta: nhà toán
học và vật lý lý thuyết người Anh Stephen Hawking.
S.W. Hawking sinh năm 1942. Trong cuộc sống cá nhân, ông gặp nhiều
bất hạnh. Năm 1985, ông bị sưng phổi và sau khi phẫu thuật mở khí quản,
Hawking mất khả năng phát âm. Trước đó, một căn bệnh tê liệt thần kinh
(bệnh ALS) đã gắn chặt ông vào chiếc xe đẩy. Hawking chỉ còn cách làm
việc và giao tiếp với mọi người bằng một máy vi tính và một máy tổng hợp
tiếng nói lắp liền với ghế. Tuy nhiên, tất cả những bất hạnh này không quật
ngã được ý chí của nhà vật lý thiên tài. Hiện nay ông là giáo sư tại Đại học
Cambridge (Anh), ở chức vụ mà ngày xưa Newton, rồi sau đó là P.A.M.
Dirac, đảm nhiệm. Ông chuyên nghiên cứu về lý thuyết tương đối rộng.
Những kết quả thu được cùng với George Ellis, Roger Penrose,... và nhất là
sự phát hiện khả năng bức xạ của các các lỗ đen đã đưa Hawking lên hàng
những nhà vật lý nổi tiếng nhất thế giới.
Cuốn "Lược sử thời gian" được viết xong năm 1987. Ngay từ khi ra đời,
nó đã trở thành một trong những cuốn sách bán chạy nhất thế giới. "Lược sử
thời gian" đứng trong danh mục sách bán chạy nhất của New York Times
trong 53 tuần, và tại nước Anh, 205 tuần liền nó có tên trong mục sách bán
chạy nhất của Sunday Times. Chính Stephen Hawking cũng phải kinh ngạc.
Từ trước đến nay, chưa có một cuốn sách khoa học nào được công chúng
đón nhận nồng nhiệt như vậy (tuy rằng nhiều người nói, họ mua nó chỉ để
bày ở tủ sách chứ không thực sự đọc. Về điểm này, cuốn sách của Hawking
cũng có số phận tương tự như Kinh Thánh hoặc các vở kịch của
Shakespeare).
Bằng một lối trình bày sáng sủa, giọng văn hài hước, hơi nhuốm màu bi
quan, Stephen Hawking đã dẫn dắt người đọc phiêu lưu suốt lịch sử vũ trụ,
từ khi nó còn là một điểm kỳ dị với năng lượng vô cùng lớn, cho tới ngày
nay. Cuộc tìm kiếm của Hawking giúp người đọc khám phá hết bí mật này
đến bí mật khác. Đôi khi ông dụ độc giả vào những ngộ nhận tưởng như rất
có lý, rồi lại bất ngờ chỉ ra sự phi lý trong cách nghĩ, để rồi phá vỡ mọi ngộ
nhận. Cuốn sách đề cập đến những vấn đề nghiêm trọng và hóc búa nhất của
vật lý lý thuyết, như vụ nổ lớn, lỗ đen, không - thời gian, thuyết tương đối,
nguyên lý bất định... mà không hề làm bạn đọc bị rối. Bản tiếng Việt mà
chúng tôi giới thiệu với các bạn sau đây được dịch bởi Cao Chi và Phạm Văn
Thiều, nhà xuất bản Văn hóa Thông tin, Hà Nội, 2000.
Minh Hy

Lời giới thiệu của nhà xuất bản Bantam
Books
Chúng ta đang sống cuộc sống hàng ngày của chúng ta mà hầu như
không hiểu được thế giới xung quanh. Chúng ta cũng ít khi suy ngẫm về cơ
chế đã tạo ra ánh sáng mặt trời - một yếu tố quan trọng góp phần tạo nên sự
sống, về hấp dẫn - cái chất keo đã kết dính chúng ta vào trái đất, mà nếu
khác đi chúng ta sẽ xoay tít và trôi dạt vào không gian vũ trụ, về những
nguyên tử đã cấu tạo nên tất cả chúng ta - mà chúng ta hoàn toàn lệ thuộc
vào sự bền vững của chúng. Chỉ trừ có trẻ em (vì chúng còn biết quá ít để
không ngần ngại đặt ra những câu hỏi quan trọng) còn ít ai trong chúng ta
tốn thời gian để băn khoăn tại sao tự nhiên lại như thế này mà không như thế
khác, vũ trụ ra đời từ đâu, hoặc nó có mãi mãi như thế này không, liệu có
một ngày nào đó thời gian sẽ trôi giật lùi, hậu quả có trước nguyên nhân hay
không; hoặc có giới hạn cuối cùng cho sự hiểu biết của con người hay
không? Thậm chí có những đứa trẻ con, mà tôi có gặp một số, muốn biết lỗ
đen là cái gì; cái gì là hạt vật chất nhỏ bé nhất, tại sao chúng ta chỉ nhớ quá
khứ mà không nhớ tương lai; và nếu lúc bắt đầu là hỗn loạn thì làm thế nào
có sự trật tự như ta thấy hôm nay, và tại sao lại có vũ trụ.
Trong xã hội của chúng ta, các bậc phụ huynh cũng như các thầy giáo
vẫn còn thói quen trả lời những câu hỏi đó bằng cách nhún vai hoặc viện đến
các giáo lý mơ hồ. Một số giáo lý ấy lại hoàn toàn không thích hợp với
những vấn đề vừa nêu ở trên, bởi vì chúng phơi bày quá rõ những hạn chế
của sự hiểu biết của con người.
Nhưng rất nhiều môn triết học và khoa học lại ra đời từ những câu lục
vấn như vậy. Ngày càng có nhiều người lớn cũng muốn đặt những câu hỏi
thuộc loại đó và thi thoảng họ đã nhận được những câu trả lời khá lạ lùng.
Nằm trung gian giữa các nguyên tử và các vì sao, chúng ta đang mở rộng
chân trời khám phá của chúng ta, nhằm bao quát cả những cái rất nhỏ lẫn
những cái rất lớn.
Mùa xuân năm 1974, khoảng 2 năm trước khi con tàu vũ trụ Viking hạ cánh
xuống sao Hỏa, tôi có tham dự một cuộc họp tổ chức ở Anh, do Hội Hoàng
gia London tài trợ, bàn về vấn đề làm thế nào tìm kiếm sự sống ngoài Trái
đất. Vào giờ giải lao, tôi thấy một cuộc họp lớn hơn nhiều được tổ chức ở
phòng bên cạnh và vì tò mò tôi bước vào xem. Thì ra tôi đang chứng kiến
một nghi lễ cổ kính, lễ kết nạp hội viên mới của Hội Hoàng gia London, một
trong những tổ chức học thuật lâu đời nhất của hành tinh chúng ta. Ở hàng
trên cùng, một thanh niên ngồi trong xe đẩy đang rất chậm rãi ký tên mình

vào cuốn sổ mà ở những trang đầu tiên của nó còn giữ được chữ ký của Isaac
Newton. Khi Stephen Hawking, cuối cùng đã ký xong tên mình, những tràng
hoan hô như sấm nổi lên, ngay từ lúc đó ông đã là cả một huyền thoại.
Hiện nay, Hawking là giáo sư toán học của trường Đại học Cambridge,
với cương vị mà trước đây Newton, rồi sau này P.A.M Dirac - hai nhà
nghiên cứu nổi tiếng về những cái cực lớn và những cái cực nhỏ - đảm
nhiệm. Hawking là người kế tục hết sức xứng đáng của họ. Cuốn sách đầu
tiên của Hawking dành cho những người không phải là chuyên gia này có
thể xem là một phần thưởng về nhiều mặt cho công chúng không chuyên.
Cuốn sách hấp dẫn vừa bởi nội dung phong phú của nó, vừa bởi nó cho
chúng ta một cái nhìn khái quát qua những công trình của chính tác giả.
Cuốn sách chứa đụng những khám phá trên những ranh giới của vật lý học,
thiên văn học, vũ trụ học và của cả lòng dũng cảm nữa.
Đây cũng là cuốn sách về Thượng đế... hay đúng hơn là về sự không-cómặt-của-Thượng-đế. Chữ Thượng đế xuất hiện trên nhiều trang của cuốn
sách này. Hawking đã dấn thân đi tìm câu trả lời cho câu hỏi nổi tiếng của
Einstein: Liệu Thượng đế có sự lựa chọn nào trong việc tạo ra vũ trụ này hay
không? Hawking đã nhiều lần tuyên bố một cách công khai rằng ông có ý
định tìm hiểu ý nghĩa của Thượng đế. Và từ nỗ lực đó, ông đã rút ra kết luận
bất ngờ nhất, ít nhất là cho đến hiện nay, đó là vũ trụ không có biên trong
không gian, không có bắt đầu và kết thúc trong thời gian và chẳng có việc gì
cho Đấng sáng thế phải làm ở đây cả .
Peter Guzzardi

Lời cảm ơn của Stephen Hawking
Lời cảm ơn sau đây được in trong lần xuất bản đầu tiên của cuốn "Lược sử
thời gian", nhà xuất bản Batam Books, 1987.
Tôi đã quyết định thử viết một cuốn sách phổ thông về không gian và
thời gian sau khi đã đọc một loạt bài giảng ở Đại học Harvard năm 1982.
Trước đó, cũng đã có khá nhiều cuốn sách viết về giai đoạn đầu của vũ trụ và
các lỗ đen, từ những cuốn sách rất hay như cuốn “Ba phút đầu tiên” của
Steven Weinberg (Bản dịch tiếng Việt của Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ
thuật ra mắt năm 1982 - VnExpress), cho tới những cuốn rất tồi mà tôi
không muốn nhắc tên ở đây. Tuy nhiên, tôi cảm thấy chưa có cuốn nào đề
cập đến những vấn đề đã dẫn tôi đi nghiên cứu vũ trụ học và lý thuyết lượng
tử như: Vũ trụ ra đời từ đâu? Nó bắt đầu như thế nào và tại sao lại như vậy?
Nó có kết thúc không, và nếu có thì sẽ kết thúc như thế nào? Đó là những
vấn đề mà tất cả chúng ta đều quan tâm. Nhưng khoa học hiện đại đã trở nên
chuyên sâu tới mức chỉ có một số ít chuyên gia nắm vững những công cụ
toán học được dùng để mô tả chúng mới có thể hiểu được chúng. Tuy nhiên,
những ý tưởng cơ bản về nguồn gốc và số phận của vũ trụ vẫn có thể trình
bày dưới dạng phổ thông cho những người không thuộc giới khoa học cũng
có thể hiểu được mà không cần tới toán học. Đó là mục tiêu mà tôi muốn
thực hiện trong cuốn sách này. Mục tiêu đó có đạt được hay không, xin để
bạn đọc phán xét.
Có ai đó nói với tôi rằng, mỗi một phương trình mà tôi đưa vào cuốn
sách sẽ làm giảm số lượng bán đi một nửa. Do đó, tôi quyết định sẽ hoàn
toàn không dùng đến một phương trình nào. Tuy nhiên, cuối cùng tôi cũng
đành phải đưa vào một phương trình, đó là phương trình nổi tiếng của
Einstein E =mc2. Tôi hy vọng nó sẽ không làm cho một số bạn đọc tiềm tàng
của tôi phải hoảng sợ.
Ngoại trừ căn bệnh ALS (bệnh liệt toàn thân), hay bệnh về thần kinh
chuyển động, ở hầu hết các phương diện khác, tôi là một người may mắn.
Nhờ sự giúp đỡ và hỗ trợ của Jane, vợ tôi và các con Robert, Lucy và
Timmy mà tôi có thể sống gần như bình thường và có một sự nghiệp thành
công. Tôi còn may mắn ở một điểm nữa là tôi đã chọn vật lý lý thuyết, vì tất
cả chỉ được làm trong trí óc. Do đó bệnh tật của tôi không phải là một sự tàn
phế quá nghiêm trọng. Tất nhiên, những đồng nghiệp cũng đã giúp đỡ tôi rất
nhiều.
Trong giai đoạn đầu tiên, giai đoạn “cổ điển” của con đường sự nghiệp,
những người bạn và cộng sự chính của tôi là Roger Penrose, Robert Geroch,
Brandon Carter và George Elis. Tôi rất biết ơn sự giúp đỡ mà họ đã dành cho
tôi, và về công việc mà chúng tôi cùng tiến hành với nhau. Giai đoạn này đã

được đúc kết thành cuốn sách “Cấu trúc ở thang vĩ mô của không - thời
gian” do Elis và tôi viết năm 1973. Tôi không có ý định khuyên độc giả tìm
đọc cuốn sách đó để lấy thêm thông tin, bởi vì nó quá chuyên sâu và tương
đối khó đọc. Tôi hy vọng rằng từ khi viết cuốn sách đó đến nay, tôi đã học
được cách viết sao cho dễ hiểu hơn.
Trong giai đoạn thứ hai, giai đoạn “lượng tử” của con đường sự nghiệp
của tôi, từ năm 1974, các cộng sự chính của tôi là Gary, Gibsons, Don Page
và Jim Hartle. Tôi phải mang ơn họ và các nghiên cứu sinh của tôi rất nhiều
vì sự giúp đỡ to lớn của họ đối với tôi. Sự tiếp xúc với sinh viên luôn kích
thích tôi mạnh mẽ, và tôi hy vọng nó đã giúp tôi tránh được những con
đường mòn.
Khi viết cuốn sách này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ lớn của Brian Whitt,
một sinh viên của tôi. Tôi bị sưng phổi năm 1985, sau khi đã viết song bản
thảo đầu tiên. Tôi đã phải phẫu thuật mở khí quản. Sau phẫu thuật, tôi mất
khả năng phát âm, và do đó, hầu như không còn khả năng giao tiếp nữa. Tôi
nghĩ sẽ không thể hoàn thành được cuốn sách. Nhưng Brian không chỉ giúp
tôi sửa lại bản thảo mà còn giúp tôi sử dụng chương trình giao tiếp có tên là
Living Center do Walt Woltosz thuộc World Plus Inc. ở Sunnyvale,
California tặng cho tôi. Với chương trình đó, tôi vừa có thể viết sách báo,
vừa có thể giao tiếp với mọi người bằng một máy tổng hợp tiếng nói do
Speech Plus, cũng ở Sunnyvale, California, tặng cho tôi. Máy tổng hợp tiếng
nói đó và một máy vi tính được David Manson lắp ngay trên chiếc xe đẩy
của tôi. Hệ thống này đã làm được một chuyện hoàn toàn bất ngờ: thực tế
bây giờ tôi có thể giao tiếp còn tốt hơn so với khi tôi chưa bị mất tiếng nói.
Tôi cũng đã nhận được nhiều đề nghị hoàn thiện cuốn sách từ nhiều
người đã xem bản thảo sơ bộ của nó. Đặc biệt, ông Peter Guzzardi, biên tập
viên của tôi ở nhà xuất bản Bantam Books đã gửi cho tôi rất nhiều trang
nhận xét và yêu cầu về những điểm ông cảm thấy tôi giải thích chưa thật
thỏa đáng lắm. Tôi cũng phải thú nhận rằng tôi đã cảm thấy rất bực mình khi
nhận được những bản liệt kê dài gồm những điều cần phải sửa đổi, nhưng
ông đã hoàn toàn có lý. Tôi tin chắc rằng cuốn sách sở dĩ hay hơn chính là
do ông đã bắt tôi phải làm việc cận lực.
Tôi cũng rất cảm ơn những trợ tá của tôi: Colin Williams, David Thomas
và Raymond Laflamme; các thư ký Judy Fella, Ann Ralph, Cheryl Billington
và Sue Masey; cũng như đội ngũ các hộ lý của tôi. Cuốn sách này cũng
không thể ra đời nếu không có sợ hỗ trợ cho cho nghiên cứu và chi phí y tế
của tôi từ Trường Gonville và Caius, từ Hội đồng nghiên cứu khoa học và kỹ
thuật, cũng như các Quỹ Leverhulme, McArthur, Nuffield và Ralph Smith.
Tôi xin tỏ lòng biết ơn đối với các cơ quan đó.
Stephen Hawking Ngày 20 tháng 10 năm 1987

Chương 1: Bức tranh của chúng ta về vũ
trụ
Một nhà khoa học nổi tiếng (hình như là Bertrand Russell) một lần đọc
trước công chúng một bài giảng về Thiên văn học. Ông đã mô tả trái đất
quay quanh mặt trời như thế nào và đến lượt mình, mặt trời lại quay quanh
tâm của một quần thể khổng lồ các vì sao - mà người ta gọi là thiên hà - ra
sao. Khi bài giảng kết thúc, một bà già nhỏ bé ngồi ở cuối phòng đứng dậy
và nói: “Anh nói với chúng tôi chuyện nhảm nhí gì vậy? Thế giới thực tế chỉ
là một cái đĩa phẳng tựa trên lưng một con rùa khổng lồ mà thôi”. Nhà khoa
học mỉm một nụ cười hạ cố trước khi trả lời: “Thế con rùa ấy tựa lên cái
gì?”. “Anh thông minh lắm, anh bạn trẻ ạ, anh rất thông minh”, bà già nói,
“nhưng những con rùa cứ xếp chồng lên nhau mãi xuống dưới, chứ còn sao
nữa”.
Nhiều người chắc thấy rằng bức tranh về vũ trụ của chúng ta như một cái
thang vô tận gồm những con rùa chồng lên nhau là chuyện khá nực cười,
nhưng tại sao chúng ta lại nghĩ rằng chúng ta hiểu biết hơn bà già nhỏ bé
kia? Chúng ta đã biết gì về vũ trụ và bằng cách nào chúng ta biết về nó? Vũ
trụ tới từ đâu và nó sẽ đi về đâu? Vũ trụ có điểm bắt đầu không và nếu có thì
điều gì xảy ra trước đó? Bản chất của thời gian là gì? Nó có điểm tận cùng
không? Những đột phá mới đây trong vật lý học một phần nhờ những công
nghệ mới tuyệt xảo - đã đưa ra câu trả lời cho một số câu hỏi tồn tại dai dẳng
từ xa xưa vừa nêu ở trên. Một ngày nào đó, rất có thể những câu trả lời này
sẽ trở nên hiển nhiên đối với chúng ta như chuyện trái đất quay xung quanh
mặt trời hoặc cũng có thể trở nên nực cười như chuyện tháp những con rùa.
Chỉ có thời gian (dù cho có thế nào đi nữa) mới có thể phán quyết.
Từ rất xa xưa, khoảng năm 340 trước công nguyên, nhà triết học Hy Lạp
Aristotle, trong cuốn sách của ông nhan đề “Về Bầu trời”, đã đưa ra hai luận
chứng sáng giá chứng minh rằng trái đất có hình cầu chứ không phải là cái
đĩa phẳng. Thứ nhất, ông thấy rằng hiện tượng nguyệt thực là do trái đất xen
vào giữa mặt trời và mặt trăng. Mà bóng của trái đất lên mặt trăng luôn luôn
là tròn, điều này chỉ đúng nếu trái đất có dạng cầu. Nếu trái đất là một cái đĩa
phẳng thì bóng của nó phải dẹt như hình elip, nếu trong thời gian có nguyệt
thực mặt trời không luôn luôn ở ngay dưới tâm của cái đĩa đó. Thứ hai, từ
những chuyến du hành của mình, người Hy Lạp biết rằng sao Bắc đẩu nhìn ở
phương nam dường như thấp hơn khi nhìn ở những vùng phương bắc! (Bởi
vì sao Bắc đẩu nằm ngay trên cực bắc, nên nó dường như ở ngay trên đầu
người quan sát ở Bắc cực, trong khi đó đối với người quan sát ở xích đạo, nó

dường như nằm ngay trên đường chân trời).
Từ sự sai khác về vị trí biểu kiến của sao Bắc đẩu ở Ai Cập so với ở Hy
Lạp, Aristotle thậm chí còn đưa ra một đánh giá về chiều dài con đường
vòng quanh trái đất là 400.000 stadia. Hiện nay ta không biết chính xác 1
stadia dài bao nhiêu, nhưng rất có thể nó bằng khoảng 200 thướcAnh (1
thước Anh bằng 0,914 mét). Như vậy, ước lượng của Aristotle lớn gần gấp 2
lần con số được chấp nhận hiện nay. Những người Hy Lạp thậm chí còn đưa
ra một luận chứng thứ 3 chứng tỏ rằng trái đất tròn bởi vì nếu không thì tại
sao khi nhìn ra biển, cái đầu tiên mà người ta nhìn thấy là cột buồm và chỉ
sau đó mới nhìn thấy thân con tàu?
Aristotle nghĩ rằng trái đất đứng yên còn mặt trời, mặt trăng, các hành
tinh và những ngôi sao chuyển động xung quanh nó theo những quỹ đạo
tròn. Ông tin vào điều đó bởi vì ông cảm thấy - do những nguyên nhân bí ẩn
nào đó - rằng trái đất là trung tâm của vũ trụ, rằng chuyển động tròn là
chuyển động hoàn thiện nhất. Ý tưởng này đã được Ptolemy phát triển thành
một mô hình vũ trụ hoàn chỉnh vào thế kỷ thứ 2 sau Công nguyên. Theo mô
hình này thì trái đất đứng ở tâm và bao quanh nó là 8 mặt cầu tương ứng
mang mặt trăng, mặt trời, các ngôi sao và 5 hành tinh đã biết vào thời gian
đó: sao Thủy, sao Kim, sao Hỏa, sao Mộc và sao Thổ (Hình 1.1).
Chính các hành tinh lại phải chuyển động trên những vòng tròn nhỏ hơn
gắn với các mặt cầu tương ứng của chúng để phù hợp với đường đi quan sát
được tương đối phức tạp của chúng trên bầu trời. Mặt cầu ngoài cùng mang
các thiên thể được gọi là các ngôi sao cố định, chúng luôn luôn ở những vị
trí cố định đối với nhau, nhưng lại cùng nhau quay ngang qua bầu trời. Bên
ngoài mặt cầu cuối cùng đó là cái gì thì mô hình đó không bao giờ nói một
cách rõ ràng, nhưng chắc chắn nó cho rằng đó là phần của vũ trụ mà con
người không thể quan sát được.
Mô hình của Ptolemy đã tạo ra được một hệ thống tương đối chính xác
để tiên đoán vị trí của các thiên thể trên bầu trời. Nhưng để tiên đoán những
vị trí đó một cách hoàn toàn chính xác, Ptolemy đã phải đưa ra giả thuyết
rằng mặt trăng chuyển động theo một quỹ đạo đôi khi đưa nó tới gần trái đất
tới 2 lần nhỏ hơn so với ở những thời điểm khác. Ptolemy đành phải chấp
nhận điểm yếu đó, nhưng dẫu sao về đại thể, là có thể chấp nhận được. Mô
hình này đã được nhà thờ Thiên chúa giáo chuẩn y như một bức tranh về vũ
trụ phù hợp với Kinh Thánh, bởi vì nó có một ưu điểm rất lớn là để dành khá
nhiều chỗ ở ngoài mặt cầu cuối cùng của các ngôi sao cố định cho thiên
đường và địa ngục.
Tuy nhiên, một mô hình đơn giản hơn đã được một mục sư người Ba
Lan, tên là Nicholas Copernicus đề xuất vào năm 1554. (Thoạt đầu, có lẽ vì
sợ nhà thờ quy là dị giáo, Copernicus đã cho lưu hành mô hình của mình như
một tác phẩm khuyết danh). Ý tưởng của ông là mặt trời đứng yên, còn trái

đất và những hành tinh chuyển động theo những quỹ đạo tròn xung quanh
mặt trời. Phải mất gần một thế kỷ, ý tưởng này mới được chấp nhận một
cách thực sự. Hai nhà thiên văn - một người Đức tên là Johannes Kepler và
một người Italy tên là Galileo Galilei - đã bắt đầu công khai ủng hộ học
thuyết Copernicus, mặc dù những quỹ đạo mà nó tiên đoán chưa ăn khớp
hoàn toàn với những quỹ đạo quan sát được. Và vào năm 1609 một đòn chí
mạng đã giáng xuống học thuyết Aristotle - Ptolemy. Vào năm đó, Galileo
bắt đầu quan sát bầu trời bằng chiếc kính thiên văn của ông vừa phát minh
ra. Khi quan sát sao Mộc, Galileo thấy rằng kèm theo nó còn có một số vệ
tinh hay nói cách khác là những mặt trăng quay xung quanh nó. Điều này
ngụ ý rằng không phải mọi thiên hà đều nhất thiết phải trực tiếp quay xung
quanh trái đất, như Aristotle và Ptolemy đã nghĩ. (Tất nhiên vẫn có thể tin
rằng trái đất đứng yên ở trung tâm của vũ trụ và các mặt trăng của sao Mộc
chuyển động theo những quỹ đạo cực kỳ phức tạp khiến ta có cảm tưởng như
nó quay quanh sao Mộc. Tuy nhiên học thuyết của Copernicus đơn giản hơn
nhiều). Cùng thời gian đó, Kepler đã cải tiến học thuyết của Copernicus bằng
cách đưa ra giả thuyết rằng các hành tinh không chuyển động theo đường
tròn mà theo đường elip. Và những tiên đoán bấy giờ hoàn toàn ăn khớp với
quan sát.
Đối với Kepler, các quỹ đạo elip đơn giản chỉ là một giả thuyết tiện lợi
và chính thế nó càng khó chấp nhận bởi vì các elip rõ ràng là kém hoàn thiện
hơn các vòng tròn. Khi phát hiện thấy gần như một cách ngẫu nhiên rằng các
quỹ đạo elip rất ăn khớp với quan sát, Kepler không sao dung hòa được nó
với ý tưởng của ông cho rằng các hành tinh quay quanh mặt trời là do các
lực từ. Điều này phải mãi tới sau này, vào năm 1867, mới giải thích được,
khi Isaac Newton công bố tác phẩm Philosophiae Naturalis Principia
Mathematica (Những nguyên lý toán học của triết học tự nhiên) của ông. Có
lẽ đây là công trình vật lý học quan trọng bậc nhất đã được xuất bản từ trước
đến nay. Trong công trình này, Newton không chỉ đưa ra một lý thuyết mô tả
sự chuyển động của các vật trong không gian và thời gian, mà ông còn phát
triển một công cụ toán học phức tạp dùng để phân tích các chuyển động đó .
Hơn thế nữa, Newton còn đưa ra một định luật về hấp dẫn vũ trụ mà theo đó
mỗi một vật trong vũ trụ đều được hút bởi một vật khác bằng một lực càng
mạnh nếu hai vật càng nặng và càng ở gần nhau. Chính lực này đã buộc các
vật phải rơi xuống đất.(Câu chuyện kể rằng, do có quả táo rơi trúng đầu mà
Newton đã cảm hứng phát minh ra định luật hấp dẫn vũ trụ chắc chắn chỉ là
chuyện thêu dệt. Tất cả những điều mà Newton nói ra chỉ là: ý tưởng về hấp
dẫn đến với ông khi đang ngồi ở “trạng thái chiêm nghiệm” và “được nảy
sinh bởi sự rơi của quả táo”). Newton đã chỉ ra rằng theo định luật của ông,
lực hấp dẫn sẽ làm cho mặt trăng chuyển động theo quỹ đạo elip xung quanh
trái đất và các hành tinh chuyển động theo quỹ đạo elip xung quanh mặt trời.

Mô hình Copernicus đã vứt bỏ những thiên cầu của Ptolemy và cùng với
chúng vứt bỏ luôn ý tưởng cho rằng vũ trụ có một biên giới tự nhiên. Vì
“những ngôi sao cố định” dường như không thay đổi vị trí của chúng trừ sự
quay xung quanh bầu trời do trái đất quay xung quanh trục của nó, nên sẽ là
hoàn toàn tự nhiên nếu giả thiết rằng các ngôi sao cố định là những thiên thể
giống như mặt trời của chúng ta, nhưng ở xa hơn rất nhiều. Căn cứ vào lý
thuyết hấp dẫn của mình, Newton thấy rằng do các ngôi sao hút nhau nên về
căn bản chúng không thể là đứng yên được. Vậy liệu chúng có cùng rơi vào
một điểm nào đó không? Trong bức thư viết năm 1691 gửi Richard Bentley,
cũng là một nhà tư tưởng lỗi lạc thời đó, Newton đã chứng tỏ rằng điều đó
thực tế có thể xảy ra nếu chỉ có một số hữu hạn các ngôi sao được phân bố
trong một vùng hữu hạn của không gian. Nhưng mặt khác, ông cũng chỉ ra
rằng nếu có một số vô hạn các ngôi sao được phân bố tương đối đồng đều
trong không gian vô tận thì điều đó không thể xảy ra được, bởi vì khi đó sẽ
không có điểm nào là trung tâm để cho chúng rơi vào. Luận chứng này là
một ví dụ về những cái bẫy mà ta có thể gặp khi nói về sự vô hạn. Trong vũ
trụ vô hạn, mỗi một điểm đều có thể được xem là một tâm, bởi mỗi một
điểm đều có một số vô hạn các ngôi sao ở mỗi phía của nó. Cách tiếp cận
đúng đắn - mà điều này phải mãi sau này mới có - phải là xem xét một tình
trạng hữu hạn trong đó tất cả các ngôi sao sẽ rơi vào nhau và sau đó đặt câu
hỏi tình hình sẽ thay đổi như thế nào nếu ta thêm vào một số ngôi sao nữa
được phân bố gần như đồng đều ở ngoài vùng đang xét. Theo định luật của
Newton thì về trung bình, những ngôi sao mới thêm vào này cũng hoàn toàn
không làm được điều gì khác với những ngôi sao ban đầu, tức là chúng cũng
rơi nhanh như vậy. Chúng ta có thể thêm vào bao nhiêu ngôi sao tùy ý,
nhưng chúng cũng sẽ rơi sập vào nhau. Bây giờ thì chúng ta hiểu rằng không
thể có một mô hình tĩnh vô hạn của vũ trụ trong đó hấp dẫn luôn là lực hút.
Đây là sự phản ánh lý thú về bầu không khí tư tưởng chung của một giai
đoạn trước thế kỷ hai mươi, trong đó không một ai nghĩ rằng vũ trụ đang
giãn nở hoặc đang co lại. Mọi người đều thừa nhận rằng hoặc vũ trụ tồn tại
vĩnh cửu trong trạng thái không thay đổi, hoặc nó được tạo ra ở một thời
điểm hữu hạn trong quá khứ đã gần giống chúng ta quan sát thấy hiện nay.
Điều này có thể một phần là do thiên hướng của con người muốn tin vào
những sự thật vĩnh cửu cũng như sự tiện lợi mà họ tìm thấy trong ý nghĩ rằng
vũ trụ là vĩnh cửu và không thay đổi, mặc dù ngay bản thân họ cũng có thể
già đi và chết.
Thậm chí ngay cả những người thấy rằng lý thuyết hấp dẫn của Newton
chứng tỏ vũ trụ không thể là tĩnh, cũng không nghĩ tới chuyện cho rằng nó
có thể đang giãn nở. Thay vì thế, họ lại có ý định cải biến lý thuyết này bằng
cách làm cho lực hấp dẫn trở thành lực đẩy ở những khoảng cách rất lớn.
Điều này không ảnh hưởng đáng kể đến những tiên đoán của họ về chuyển

động của các hành tinh, nhưng lại cho phép một sự dàn trải vô hạn của các
ngôi sao còn ở trạng thái cân bằng: những lực hút của các ngôi sao ở gần
nhau sẽ được cân bằng bởi lực đẩy từ các ngôi sao ở rất xa. Tuy nhiên, ngày
nay chúng ta biết chắc chắn rằng, sự cân bằng đó là không bền: nếu những
ngôi sao ở một vùng nào đó chỉ cần xích lại gần nhau một chút là lực hút
giữa chúng sẽ mạnh hơn và lấn át lực đẩy, và thế là các ngôi sao sẽ tiếp tục
co lại vào nhau. Mặt khác, nếu những ngôi sao dịch ra xa nhau một chút là
lực đẩy sẽ lại lấn át, và các ngôi sao sẽ chuyển động ra xa nhau.
Một phản bác nữa đối với mô hình vũ trụ tĩnh vô hạn thường được xem
là của nhà triết học người Đức Heinrich Olbers, người viết về lý thuyết này
vào năm 1823. Thực tế thì rất nhiều người đương thời của Newton đã nêu ra
vấn đề này, và bài báo của Olbers thậm chí cũng không phải là bài đầu tiên
chứa đựng những lý lẽ hợp lý chống lại nó. Tuy nhiên, đây là bài báo đầu
tiên được nhiều người chú ý. Khó khăn là ở chỗ trong một vũ trụ tĩnh vô hạn
thì gần như mỗi một đường ngắm đều kết thúc trên bề mặt của một ngôi sao.
Như thế thì toàn bộ bầu trời sẽ phải sáng chói như mặt trời, thậm chí cả ban
đêm. Lý lẽ phản bác của Olbers cho rằng ánh sáng từ các ngôi sao xa sẽ bị
mờ nhạt đi do sự hấp thụ của vật chất xen giữa các ngôi sao. Tuy nhiên, dù
cho điều đó có xảy ra đi nữa thì vật chất xen giữa cuối cùng sẽ nóng lên, cho
đến khi nó cũng phát sáng như những ngôi sao. Con đường duy nhất tránh
được kết luận cho rằng toàn bộ bầu trời đêm cũng sáng chói như bề mặt của
mặt trời là phải giả thiết rằng, các ngôi sao không phát sáng vĩnh viễn, mà
chỉ bật sáng ở một thời điểm hữu hạn nào đó trong quá khứ. Trong trường
hợp hợp đó, vật chất hấp thụ còn chưa thể đủ nóng, hay ánh sáng từ các ngôi
sao xa chưa kịp tới chúng ta. Và điều này lại đặt ra cho chúng ta một câu hỏi:
cái gì đã làm cho các ngôi sao bật sáng đầu tiên?
Sự bắt đầu của vũ trụ, tất nhiên, đã được người ta thảo luận từ trước đó
rất lâu. Theo một số lý thuyết về vũ trụ có từ xa xưa, và theo truyền thống
của người Do Thái giáo/ Thiên Chúa giáo/ Hồi giáo, thì vũ trụ bắt đầu có từ
một thời điểm hữu hạn nhưng chưa thật quá xa trong quá khứ. Một lý lẽ
chứng tỏ có sự bắt đầu đó là cảm giác cần phải có cái “nguyên nhân đầu
tiên” để giải thích sự tồn tại của vũ trụ. (Trong vũ trụ, bạn luôn luôn giải
thích một sự kiện như là được gây ra bởi một sự kiện khác xảy ra trước đó,
nhưng sự tồn tại của chính bản thân vũ trụ chỉ có thể được giải thích bằng
cách đó, nếu nó có sự bắt đầu). Một lý lẽ nữa do St.Augustine đưa ra trong
cuốn sách của ông nhan đề Thành phố của Chúa. Ông chỉ ra rằng, nền văn
minh còn đang tiến bộ, và chúng ta nhớ được ai là người đã thực hiện kỳ
công này hoặc ai đã phát triển kỹ thuật kia. Như vậy, con người và có lẽ cả
vũ trụ nữa đều chưa thể được trải nghiệm được quá lâu dài. Và đã thừa nhận
ngày ra đời của vũ trụ vào khoảng 5.000 năm trước Công nguyên, phù hợp
với sách Chúa sáng tạo ra thế giới (phần Sáng thế ký của Kinh Cựu ước).

(Điều lý thú là thời điểm đó không quá xa thời điểm kết thúc của thời kỳ
băng hà cuối cùng, khoảng 10.000 năm trước Công nguyên, thời điểm mà
các nhà khảo cổ nói với chúng ta rằng nền văn minh mới thực bắt đầu).
Mặt khác, Aristotle và các triết gia Hy Lạp khác lại không thích ý tưởng
về sự Sáng thế vì nó dính líu quá nhiều tới sự can thiệp của thần thánh. Do
đó họ tin rằng loài người và thế giới xung quanh đã tồn tại và sẽ còn tồn tại
mãi mãi. Những người cổ đại đã xem xét lý lẽ nêu ở trên về sự tiến bộ và họ
giải đáp như sau: đã có nhiều nạn hồng thuỷ hoặc các tai họa khác xảy ra
một cách định kỳ đưa loài người tụt lại điểm bắt đầu của nền văn minh.
Những vấn đề: vũ trụ có điểm bắt đầu trong thời gian và có bị giới hạn
trong không gian hay không sau này đã được nhà triết học Immannuel Kant
xem xét một cách bao quát trong cuốn Phê phán sự suy lý thuần tuý, một
công trình vĩ đại (và rất tối nghĩa) của ông, được xuất bản năm 1781. Ông
gọi những câu hỏi đó là sự mâu thuẫn của suy lý thuần tuý, bởi vì ông cảm
thấy có những lý lẽ với sức thuyết phục như nhau để tin vào luận đề cho rằng
vũ trụ có điểm bắt đầu, cũng như vào phản đề cho rằng vũ trụ đã tồn tại mãi
mãi. Lý lẽ của ông bênh vực luận đề là: nếu vũ trụ không có điểm bắt đầu thì
trước bất kỳ một sự kiện nào cũng có một khoảng thời gian vô hạn, điều này
ông cho là vô lý! Lý lẽ của ông bảo vệ phản đề là: nếu vũ trụ có điểm bắt
đầu, thì sẽ có một khoảng thời gian vô hạn trước nó, vậy thì tại sao vũ trụ lại
bắt đầu ở một thời điểm nào đó? Sự thật thì những trường hợp ông đưa ra
cho cả luận đề và phản đề đều chỉ là một lý lẽ m...