Nhà triết học Aristote gọi nó là nguyên tố thứ 5; các nhà giả kim thuật xem đó là chìa khóa của hòn đá triết học có thể biến chì thành vàng hay giúp trường sinh bất tử. Các nhà khoa học tin đó là cái làm nền cho ánh sáng đi qua. Nhưng nó chẳng bao giờ hiện hữu trong vũ trụ! Một cuộc truy tìm qua 20 thế kỷ dẫn đến kết quả bằng 0. Nhưng nó vẫn không hề chịu biến mất!
Một trong những thí nghiệm khoa học lớn nhất mọi thời đại cuối cùng đã đi đến kết luận hoàn toàn thất bại chua cay. Năm 1887, Albert Michelson và Edward Morley thành lập dự án tại tầng hầm ký túc xá của một trường đại học ở Cleverland, bang Ohio của Hoa Kỳ. Ý tưởng là chiếu tia sáng lên tấm kiếng để nó phản xạ đi mọi hướng và đo vận tốc. Hai nhà nghiên cứu hy vọng rằng khi đo được vận tốc khác nhau ở mọi hướng, sẽ chứng minh được sự hiện hữu của aéther.
Đôi khi cũng phải thất bại để tiến lên
Aether là một chất liệu vô hình lấp đầy mọi khoảng trống của không gian trong vũ trụ. Ý tưởng này được các nhà tư tưởng lừng danh, từ Aristote cho đến Isaac Newton, sử dụng để giải thích những bí ẩn trong thiên nhiên. Thí nghiệm ồn ào của Michelson-Morley vào năm 1887 đi vào lịch sử, đã muốn chứng minh sự hiện hữu của chất liệu vô hình này. Thế nhưng họ chẳng tìm thấy gì cả.
Thí nghiệm rơi xuống như lá rụng đánh dấu sự thất bại của một lý thuyết đã từng thống trị thế giới vật lý trong suốt 2.000 năm. Nhưng dư âm của thí nghiệm Michelson-Morley đã dẫn đến ý tưởng tốc độ ánh sáng trong vũ trụ, một bước đột phá của Einstein trong thuyết tương đối và mở cửa cho nhiều ngành vật lý học hiện đại. Đôi khi cũng cần phải có thất bại để tiến lên.
Chất liệu của Thượng đế
Aether có nhiều ý nghĩa đối với rất nhiều người. Người Hy Lạp cổ đại xem Aether là thần Ánh sáng và nguyên tố thứ 5 của vũ trụ. Với các nhà luyện kim thời Trung cổ, nó là viên đá của nhà triết học có thể biến đá thành vàng và kéo dài tuổi thọ. Nhiều thế kỷ sau, các nhà khoa học thuở ban sơ như René Descartes và Nikola Tesla vẫn còn dùng Aether để giải thích các hiện tượng thiên nhiên cơ bản như hấp lực và ánh sáng. Thế nhưng Aether không hề có và cũng chẳng bao giờ có! Đó là một khái niệm tưởng tượng tồn tại lâu nhất trong lịch sử khoa học.
Aether được “phát minh” từ thời cổ. Huyền thoại Hy Lạp xem nó là không khí tinh khiết mà thần linh ở trên trời thở, khác hẳn với không khí bình thường người trần thở. Từ “Aether” xuất phát từ chữ Hy Lạp “aithê” có nghĩa là không khí ở trên. Đó cũng là một vị thần Hy Lạp trong số những vị thần ra đời đầu tiên tại đền Pantheon, thần Ánh sáng sơ khai và bầu trời. Thần Aether chính là hiện thân lớp không khí bên trên của triết học cổ điển. Trong lý thuyết vũ trụ của mình, Plato viết: “Có nhiều loại không khí và loại sáng nhất được gọi là Aether”.
Vào thế kỷ 4 TCN, Aristote đưa khái niệm “không khí trên thiên đàng” này vào thế giới vật lý. Triết lý của ông xem Aether là nguyên tố thứ 5 sau đất, không khí, lửa và nước. Ông tin rằng 4 nguyên tố trên trái đất có thể chuyển đổi và tạm bợ, nhưng các hành tinh và ngôi sao là vĩnh cửu và được tạo ra từ một chất khác biệt hẳn, vượt qua khỏi 4 nguyên tố của trái đất. Ông gọi nó là Aether. Mấy thế kỷ sau, nguyên tố thứ 5 này khai sinh ra một nền khoa học thần bí nhưng thảm bại: giả kim thuật.
Bí quyết của phù thủy
Giả kim thuật, khoa học thần bí của thời Trung cổ, lan truyền sang phương Tây vào thế kỷ 12-13, khi những văn bản của các nhà triết học Hy Lạp và Ả Rập được dịch sang tiếng La tinh và các học giả châu Âu cuối cùng bị “cuốn theo chiều gió” bởi những ý tưởng này. Các nhà giả kim thuật tân trang lại khái niệm Aether và tạo ra một sức sống mới cho nó. Đó là một tinh hoa sạch sẽ và hoàn hảo nhất tìm thấy trong trời đất, được gọi là “tinh chất”. Tiếng La tinh gọi nó là “quinta essentia” (tinh chất thứ 5) của vũ trụ, có thể được tìm thấy ở dưới đất cũng như trên trời. Một chút tinh hoa của thần linh ẩn giấu trong mọi vật, từ thú vật cho đến cây cỏ và quặng mỏ. Chỉ có bí thuật mới giải phóng được nó.
Aristote tin rằng 4 nguyên tố vật lý có thể thay đổi và nhà phù thủy chộp lấy ý tưởng đó để khai thác. Họ nói rằng kim loại đang sống và biến hóa, có thể từ chất này chuyển sang chất khác. Tất cả các kim loại đều thành hình từ 4 nguyên tố, nhưng ở những giai đoạn chín muồi khác nhau trên con đường đi đến tâm linh hoàn hảo! Vì thế, lý thuyết của họ là: khi chưng cất một chất đến dạng cơ bản và tạo ra được cân bằng hoàn hảo giữa các nguyên tố, vật chất trở nên tinh khiết và có thể biến dạng từ chất này sang chất khác! Mục tiêu cuối cùng là biến các kim loại cơ bản chưa chín muồi như chì thành kim loại cao cấp hơn như vàng bằng cách giải phóng được trạng thái hoàn hảo hay tinh chất của nó.
Nhưng chính xác thì tinh chất là cái gì? Nó tùy thuộc vào phù thủy mà bạn hỏi. Giả kim thuật là một nghệ thuật bí hiểm và mật truyền với vô số cách diễn giải. Với một số người, tinh chất là một chất liệu tinh tế tìm thấy mỗi nơi một chút trong số 4 nguyên tố. Kẻ khác lại nói đó là chất chứa mọi nguyên tố khác trong mình. Một trong những nhà giả kim thuật nổi tiếng nhất châu Âu vào thế kỷ 16 là Philippus Aureolus Paracelsus, người Thụy Sĩ. Ông đã gọi Aether là “chất của các ngôi sao và linh hồn”. Isaac Newton, vốn cũng là một phù thủy, mô tả nó là thuốc trường sinh hoàn hảo, vàng ròng, sữa đỏ tinh khiết, thơm tho và bổ dưỡng nhất. Đó là một tinh chất hoàn hảo chứa đựng mọi sự trong đó, từ hóa chất đến tâm linh.
Hòn đá của nhà triết học
Mặc dù vậy, cuộc tìm kiếm vàng của các nhà giả kim thuật không phải chỉ là luyện kim. Dù sao, đó cũng là một châu Âu theo Kitô giáo và mục tiêu của nó vừa là hóa học, vừa là tâm linh. Kim loại và con người đều có thể làm cho tinh khiết hơn khi giải thoát ra một chút linh thiêng ẩn nấp trong thiên nhiên. Thanh lọc thể hiện cố gắng của con người để hoàn thiện linh hồn. Tạo ra vàng giống như biết được Thượng đế.
Bí kíp của giả kim thuật là viên đá huyền thoại của nhà triết học, vốn không phải là đá, mà là một chất thần kỳ có thể cô lập tinh chất của một vật và biến nó thành một cái khác có tên là “vàng”. Về khía cạnh y học, nó là thuốc trường sinh có thể chữa bá bệnh. Nó là thể hiện vật chất của khái niệm hoàn hảo hay chính là tinh chất. Nó được gọi là Lapis aetherus trong tiếng La tinh, tức là “Hòn đá Aether”.
Phát hiện ra chất liệu thần kỳ này là thành tựu vĩ đại của bất kỳ nhà giả kim thuật nào. Newton đã sáng chế được công thức bí mật tạo thành hòn đá triết học, mặc dù phần lớn công trình nghiên cứu này không được công bố mãi rất lâu sau khi ông chết. Yếu tố cốt lõi của công thức này là thủy ngân, cũng là chất mà ông bị nhiễm độc vào năm 1693, dẫn đến suy nhược thần kinh khi thí nghiệm trên các chất hóa học.
Một may mắn bất ngờ khi tìm kiếm hòn đá thần kỳ là đã ngẫu nhiên phát hiện ra chất phosphore lúc đun sôi một lượng lớn nước tiểu người! Năm 1669, nhà giả kim thuật người Đức tên Hannig Brand tuyên bố đã tìm ra được công thức biến chì thành vàng bằng… nước tiểu đậm đặc!
Bằng cách nào đó Brand đã gom thu được hơn 50 xô nước tiểu của các bợm nhậu uống bia và sau một thời gian thí nghiệm kinh hoàng ở phòng thí nghiệm tầng hầm nhà mình, ông có được một chất lỏng màu trắng sáng, bùng cháy lên khi gặp được oxygen! Ông chắc chắn mình đã tìm ra được hòn đá của nhà triết học. Thực ra, Brand đã khám phá ra nguyên tố thứ 15 của bảng tuần hoàn vẫn còn được sử dụng ở đầu diêm quẹt ngày nay. Đó là phosphore, có nghĩa là mang đến ánh sáng.
Aether 2.0
Giả kim thuật không sống sót trong thời kỳ Lý luận tại phương Tây. Đến cuối thế kỷ 18, nó biến thành hóa học hiện đại hay chui vào bóng tối. Thế nhưng lý thuyết về Aether vẫn tồn tại. Vào thế kỷ 17 và thế kỷ 18, các nhà tư tưởng đã tân trang, xem xét lại và tái sử dụng Aether để cố giải thích thế giới tự nhiên. Loại aether 2.0 này là một chất tinh tế, vô hình có mặt khắp nơi, lắp đầy khoảng trống của mọi không gian.
Năm 1644, nhà triết học người Pháp René Descartes lý luận rằng “không gian trống không chẳng phải là không không, mà phải được lấp đầy bằng một cái gì đó”. Ông tin cái gì đó chính là aether. Ông đoán là một môi trường lưu chất đậm đặc, gồm các hạt đụng chạm nhau để có thể truyền tải lực, kể cả hấp lực bí hiểm. Khi các vật di chuyển trong môi trường aether, các hạt bị chuyển dịch sẽ tạo ra lốc xoáy, đẩy các hành tinh đi vào quỹ đạo. Trái đất là một lốc xoáy aether khổng lồ quay quanh mặt trời.
Hấp lực cơ khí của Descartes chưa phải là một lý thuyết khoa học thực sự, nhưng nhiều hơn là một vận động tư tưởng. Trong khi khái niệm lốc xoáy của ông có thể bị bác bỏ, người ta lại nghĩ đến cơ chế của vũ trụ. Đặc biệt, khi đứng dưới gốc cây táo, nhìn thấy quả rụng xuống, Isaac Newton đã nghĩ đến lực vạn vật hấp dẫn và làm thay đổi cả thế giới.
Aether đóng một vai trò quan trọng trong lý thuyết về hấp lực và ánh sáng ban đầu của Newton trong những năm 1600. Ông xác định đó là một chất tinh tế, mạnh mẽ, vô hình, đàn hồi, hiện hữu khắp nơi dưới những hình thức khác nhau. Ông viết: “Nó không phải là một chất thuần túy đơn giản. Nhưng giống như không khí chứa trong hơi nước, aether có thể chứa các loại tinh hoa khác nhau, thích hợp để tạo ra các hiện tượng điện lực, từ trường và hấp lực”.
Lúc ban đầu, Newton mô tả hấp lực là áp lực gây ra bởi aether, đè thẳng xuống trái đất. Nhưng sau đó, ông thay đổi ý kiến nhờ vào một câu hỏi lắt léo không trả lời được: Nếu cơ cấu của hấp lực được giải thích bằng các hạt aether đẩy các thiên thể về hướng trái đất, vậy cái gì đẩy những hạt aether này?
Vì vậy, trong quyển sách trứ danh Principia xuất bản năm 1687, Newton không dám nói đến aether nữa! Ông lập luận rằng lực hút và đẩy tác động lên nhau từ xa và chứng minh nhiều chuyển động trong vũ trụ bằng toán học. Nhưng ông thú nhận rằng không thể giải thích chính nguyên nhân của hấp lực và tuyên bố không nên giả vờ đưa ra giả thuyết! Người ta nói ông lặng lẻ xem aether là một cái gì đó có thật, nhưng chẳng thí nghiệm nào để chứng minh được, và không dám bàn đến nữa.
Khi vấn đề aether-hấp lực bị bế tắc, người ta chuyển sang chú ý ánh sáng, và một lý thuyết khác về aether lại xuất hiện!
Cái để dành cho các hành tinh… bơi lội
Trong thế kỷ 18 và thế kỷ 19, khi các nhà vật lý học đang bận rộn “vật lộn” với ánh sáng, một cuộc tranh luận nổ ra: Nó là sóng hay hạt? (bây giờ ta mới biết nó vừa là sóng, vừa là hạt). Một số nghĩ: nếu là sóng thì cần phải có một cái gì đó làm nền để gây ra sóng! Dù sao, nó cũng không phải là vật chất, mà là hậu quả của chuyển động trên một vật chất khác như nước hay không khí. Vì thế, người ta lại “cầu cứu” đến aether! Nhà khoa học Hà Lan Christiaan Huyghens thoạt tiên đề xuất chất luminiferous, hay là ánh sáng-mang-aether, là vật trung gian cho ánh sáng di chuyển! Nó được công nhận nhanh chóng. Nikola Tesla còn lôi vào tận thế kỷ 20 khi viết vào năm 1938: “Mọi cố gắng giải thích sự vận hành của vũ trụ mà không công nhận có ánh sáng-mang-aéther đều là vô hiệu!”.
Nhưng khi các nhà khoa học biết nhiều hơn về bản chất thật sự của ánh sáng, aether càng lúc càng trở nên bí hiểm. Để thích ứng với các quy luật vật lý, nó phải là lưu chất để có thể lấp đầy mọi khoảng trống trong vũ trụ, nhưng cũng phải đủ cứng để tải được sóng ánh sáng! Nó phải có mặt khắp nơi, lại còn phải vô hình, không trọng lượng, không thể quan sát được và không tác động gì lên vật chất!
Ấy thế mà nó vẫn tồn tại với một khám phá đột biến mới về ánh sáng. Nhà vật lý học James Clark Maxwell của Scotland phát hiện rằng sóng điện từ đi với tốc độ ánh sáng; thật ra, chúng chỉ là một. Nói khác đi, sóng vô tuyến, tia X và ánh sáng nhìn thấy được đều là các thành phần của một quang phổ điện từ duy nhất. Các nhà khoa học kinh hãi: vậy có nghĩa là các loại sóng khác nhau đều chẳng cần đến aether riêng để chạy, mà tất cả đều chạy qua cùng một aether phát sáng (luminiferous)!
Một chất aether phát sáng trở thành “chiến hào” trong vật lý học, mặc dù loại aether cũ bị xem là ảo tưởng và các giả thuyết khác về bản chất của aether lại bùng phát. Chính Maxwell đã tóm lượt định nghĩa về aether của mình trong quyển Bách khoa toàn thư Britanica xuất bản năm 1848 như sau: “Các loại aether được phát minh để cho hành tinh lội bên trong, để tạo ra không khí điện và các dòng sông từ để chuyển tải cảm giác từ con người này sang con người khác cho đến khi cả không gian được lấp đầy gấp 3-4 lần bằng aether. Loại aether duy nhất còn sống sót là do Huyghens phát minh để giải thích chuyển động của ánh sáng”. Vậy thì aether đã chết trên căn bản.
Thất bại mà không phải thất bại
Michelson và Morley giả định ánh sáng có thể truyền đi với nhiều tốc độ khác nhau khi di chuyển theo những hướng khác nhau qua aether. Thí nghiệm của họ diễn ra 10 năm sau định nghĩa chính thức của Maxwell nhằm ghi lại tác động của “gió aether” từ ý tưởng: trái đất đang xoay, di chuyển trong aether có thể tạo ra các loại gió, và ánh sáng đi xuyên qua nó có thể bị trì kéo lại một cách đo đạc được.
Dĩ nhiên họ phát hiện ánh sáng chẳng hề thay đổi tốc độ! Các thí nghiệm diễn ra tiếp theo trở nên chính xác hơn, vẫn cho ra kết quả tương tự! Sau quá nhiều thế kỷ tồn tại, dường như aether không hề có. Một phát hiện mà Einstein mô tả là làm cho các nhà vật lý học rất bấn loạn! Dường như ánh sáng di chuyển trong chân không, chẳng có chất aether phát sáng nào cả!
Ngày nay chúng ta chấp nhận chuyện này như là kinh điển khoa học. Nhưng vào thế kỷ 19, nó đòi hỏi phải có một cuộc lật đổ! Các nhà khoa học bắt đầu vất aether vào sọt rác lịch sử, và trong cơn xây xẩm, họ bắt đầu chấp nhận một mô hình mới: thuyết Tương đối của Einstein. Thuyết Tương đối không phủ nhận aether, nhưng cung cấp một giải thích đơn giản hơn để trả lời vì sao ánh sáng di chuyển.
Einstein đề xướng: ánh sáng di chuyển trong chân không với tốc độ cố định, và mọi vật di chuyển đều phải so sánh với những vật di chuyển khác. Aether không cần thiết phải làm tiêu chuẩn cho vũ trụ nữa bởi vì không gian và thời gian đều là tương đối. Là thành phần của một liên tục, không-thời gian chẳng phải là một aether mới.
Trong chiều hướng đó, thí nghiệm Michelson-Morley không hề thất bại, nhưng là một thời điểm tối quan trọng để các nhà khoa học xem lại bản chất của không-thời gian. 20 năm sau, họ được trao giải Nobel Vật lý học vì công lao tạo ra được công cụ chính xác để đo tốc độ ánh sáng!
Chẳng bao lâu sau khi thuyết Tương đối ra đời, nhà vật lý học người Pháp Louis de Broglie lại đề xướng một lý thuyết cách mạng khác. Ông thấy rằng hạt electron cũng có những đặc tính của sóng và vật chất ở cấp bậc nguyên tử cũng có bản chất giống như ánh sáng. Đó là nền tảng đột phá để dẫn đến thuyết cơ học lượng tử cũng không cần xài đến aether. Cơ học lượng tử đã “đóng nắp hòm” cho nó. Đến cuối những năm 1920, aether đã trở thành hóa thạch! Thế nhưng nó vẫn không chịu biến mất!
Aéther đen?
Từ “Aéther” hay “Ether” vẫn tồn tại trong ngôn ngữ dân gian phương Tây để nói về một khoảng không không thể cảm nhận được. Một số nền văn hóa truyền thống vẫn xem nó là nguyên tố thứ 5 và đóng vai trò then chốt trong thế giới thần bí, tâm linh và siêu nhiên.
Mới đây, tinh thần của aether vẫn còn quay trở lại trong những cuộc luận bàn về vũ trụ nhờ vào khám phá mới về vật chất đen và năng lượng đen bí ẩn, nguyên nhân làm cho vũ trụ và các thiên hà giãn nở gia tốc. Thật khó thấy sự tương đồng giữa aether ngày xưa dùng để lấp đầy những khoảng trống hiểu biết với năng lượng vô hình và vô tận mới này. Thực ra, một dạng năng lượng đen được các nhà vật lý học đề xuất trong những năm 1980 cũng được gọi là “tinh chất” theo kiểu nguyên tố thứ 5 của thời cổ.
Tinh chất mới này được mô tả là lực vũ trụ thứ 5 sau 4 lực thiên nhiên cơ bản: hấp lực, lực điện từ, lực hạt nhân mạnh, lực hạt nhân yếu. Vật chất đen và năng lượng đen không thể được giải thích bằng những quy luật vật lý hiện hữu, khiến cho các nhà khoa học phải nghĩ đến một loại năng lực khác còn chưa biết. Rất có thể tên của nó sẽ là… “Aéther”!
