The grand design docx

1

2

NỘI DUNG

1. BÍ ẨN CỦA TỒN TẠI

2. QUY TẮC CỦA ĐỊNH LUẬT

3. THỰC TẠI LÀ GÌ ?

4. CÁC LỊCH SỬ THAY THẾ

5. LÝ THUYẾT CHO MỌI THỨ

6. PHÉP CHỌN VŨ TRỤ CỦA CHÚNG TA

7. PHÉP MÀU HIỂN HIỆN

8. THIẾT KẾ VĨ ĐẠI

[email protected]

3

4

I

Mỗi chúng ta tồn tại, nhƣng chỉ trong một khoảng thời gian ngắn ngủi.

Và trong chốc lát ấy khám phá chỉ một mẩu nhỏ của toàn bộ vũ trụ. Thế

nhƣng con ngƣời là một giống loài biết tò mò. Ta băn khoăn, ta tìm câu trả

lời. Sống trong một vũ trụ mênh mông cứ lần lƣợt tử tế rồi tàn nhẫn, ngắm

nhìn thƣợng giới thăm thẳm bên trên, ngƣời ta vẫn thƣờng luôn băn khoăn

với một tập hợp những câu hỏi kiểu nhƣ: Làm sao ta hiểu đƣợc thế giới ta

đang sống trong đó? Vũ trụ hành xử nhƣ thế nào? Đâu là bản chất của thực

tại? Tất cả đến từ đâu? Vũ trụ có cần một đấng sáng tạo? Phần lớn chúng ta

không bỏ tất cả thời gian bận tâm tới những câu hỏi này, nhƣng hầu hết

chúng ta đều bận tâm tới chúng vào một lúc nào đó trong khoảnh thời gian

của mình.

Theo truyền thống thì tuýp những câu hỏi này là dành cho triết học,

nhƣng triết học đã chết từ lâu. Nó không theo kịp sự phát triển của khoa học,

đặc biệt là vật lý. Các nhà khoa học đã trở thành những ngƣời mang ngọn

đuốc khám phá cho sứ mệnh đi tìm tri thức. Mục đích của quyển sách này là

đƣa ra những câu trả lời đƣợc đề xuất từ những khám phá và tiến triển trong

các lý thuyết gần đây. Chúng dẫn ta tới một bức tranh vũ trụ mới rất khác

biệt về vũ trụ và chỗ của chúng ta trong đó so với vũ trụ truyền thống mà

chúng ta vẫn biết, và bức tranh đó thậm chí còn khác biệt ngay với những gì

chúng ta đã vẽ nên chỉ một hai thập kỉ trƣớc đó. Tuy nhiên, những đƣờng

phác họa cho khái niệm mới này có thể lần ngƣợc lại từ trƣớc đó gần một

thế kỉ.

Theo khái niệm truyền thống về vũ trụ, mọi đối tƣợng chuyển động theo

những quỹ đạo xác định cụ thể và có một lịch sử xác định. Chúng ta có thể

xác định vị trí chính xác của chúng tại mỗi thời điểm. Dù cho lối miêu tả này

rất thành công cho các mục đích thƣờng ngày, vào thập niên 1920 ngƣời ta

phát hiện rằng nó không thể miêu tả chính xác các hành vi có vẻ kì quặc

quan sát đƣợc trên các thực thể ở phạm vi nguyên tử và dƣới nguyên tử.

Thay vào đó là sự cần thiết phải tiếp nhận một cơ cấu vật lý mới, gọi là vật lý

lƣợng tử. Các lý thuyết lƣợng tử hóa ra vừa chính xác một cách đáng ngạc

nhiên khi đƣợc dùng để dự đoán các hiện tƣợng ở phạm vi này, đồng thời

có thể tái tạo ra những dự đoán của các lý thuyết cổ điển khi áp dụng cho

thế giới vĩ mô trong cuộc sống thƣờng ngày. Dù vậy, lý thuyết lƣợng tử và cổ

điển lại dựa trên những khái niệm rất khác nhau về thực tại vật lý.

5

Thuyết lƣợng tử có thể đƣợc trình bày theo nhiều cách khác nhau,

nhƣng cách mô tả gần với trực giác nhất đã đƣợc đề ra bởi Richard (Dick)

Feynman, một nhân vật muôn màu muôn vẻ làm việc tại Viện Công nghệ

California (California Institution of Technology – Caltech - lnd) và chơi trống

vỗ tại một con ngõ nối ra phố. Theo Feynman, một hệ không chỉ có một lịch

sử mà là mọi lịch sử khả dĩ. Trong khi đi tìm các câu trả lời, chúng ta sẽ giải

thích chi tiết cách tiếp cận của Feynman, và áp dụng nó để khám phá ý

tƣởng về một vũ trụ mà bản thân nó không có một lịch sử duy nhất, hay

thậm chí cũng không có một sự tồn tại độc lập. Đó dƣờng nhƣ là một ý

tƣởng khác biệt từ căn bản, thậm chí đối với nhiều nhà vật lý. Quả thật,

giống nhƣ nhiều ý tƣởng trong khoa học ngày nay, nó có vẻ vi phạm trực

giác chung. Nhƣng trực giác chung lại dựa trên kinh nghiệm hằng ngày của

chúng ta, không dựa trên bản thân vũ trụ nhƣ nó đƣợc phô bày qua các kì

quan công nghệ có thể cho phép chúng ta nhìn sâu vào các nguyên tử hoặc

ngoảnh ngƣợc về vũ trụ thuở xa xƣa.

Trƣớc thời của vật lý hiện đại ngƣời ta vẫn có một niềm tin tổng quát là tất

cả kiến thức của thế giới có thể đạt đƣợc từ những quan sát trực tiếp, mọi vật

tồn tại theo cách chúng hiện ra, và đƣợc nhận thức thông qua các giác quan của

chúng ta. Tuy nhiên thành công ngoạn mục của vật lý hiện đại, dựa trên những

khái niệm giống nhƣ của Feynman vốn xung đột với kinh nghiệm hằng ngày, đã

cho thấy chuyện đó không thành vấn đề. Cái nhìn ngờ nghệch về thực tại từ đó

không thể tƣơng thích với vật lý hiện đại. Để đƣơng đầu với những nghịch lý ấy

chúng ta sẽ tiếp thu một lối tiếp cận gọi là thực tại phụ thuộc mô hình luận. Nó

dựa trên ý tƣởng rằng bộ não chúng ta diễn dịch tín hiệu vào từ các cơ quan

cảm nhận bằng cách tạo ra một mô hình của thế giới. Một khi mô hình đó giải

thích thành công các hiện tƣợng, chúng ta có xu hƣớng gán cho nó, cũng nhƣ

các yếu tố và khái niệm tạo nên nó, phẩm chất của thực tại hay còn gọi là chân

lý tuyệt đối. Nhƣng có những cách khác nhau để mô hình hóa cùng một tình

huống vật lý, mỗi cách áp dụng những yếu tố và khái niệm cơ bản khác nhau.

“…Và đây triết lý của tôi”

6

Nếu hai lý thuyết vật lý hay mô hình dự đoán chính xác cùng một sự kiện, không

ai có thể nói cái nào thực hơn cái nào; thay vào đó, chúng ta tự do chọn bất kì

mô hình nào là thuận tiện nhất.

Suốt lịch sử khoa học, chúng ta đã phát hiện ra một chuỗi các lý thuyết hay

mô hình càng về sau càng tốt hơn cái có trƣớc nó, từ Plato tới thuyết cổ điển

của Newton cho tới lý thuyết lƣợng tử hiện đại. Rất tự nhiên khi xuất hiện câu

hỏi: Liệu tiến trình này có cuối cùng chạm tới điểm kết thúc, một lý thuyết tối hậu

cho vũ trụ có thể bao gộp tất cả các lực và tiên đoán mọi quan sát chúng ta có

thể thấy, hay chúng ta sẽ mãi mãi tiếp tục tìm ra những lý thuyết tốt hơn, nhƣng

không bao giờ chạm tới đƣợc một lý thuyết không thể cải tiến thêm đƣợc nữa?

Chúng ta chƣa có câu trả lời nhất định cho câu hỏi này, nhƣng hiện giờ ta đang

có một ứng viên cho lý thuyết tối thƣợng về mọi thứ, nếu có, gọi là thuyết M.

Thuyết M là mô hình duy nhất có tất cả các đặc tính mà chúng ta nghĩ lý thuyết

cuối cùng phải có, và nó sẽ là lý thuyết mà phần lớn thảo luận sau này của

chúng ta sẽ dựa trên nó.

Thuyết M không phải là lý thuyết theo lối nghĩ thông thƣờng. Nó là cả một

gia đình các lý thuyết khác nhau, mỗi cái là một cách mô tả tốt cho riêng những

quan sát trong một phạm vi các tình huống vật lý. Nó từa tựa nhƣ bản đồ. Nhƣ

vẫn thƣờng biết, ngƣời ta không thể vẽ toàn bộ bề mật trái đất trên một bản đồ

đơn lẻ. Phép chiếu Mercator thông dụng dùng cho các bản đồ thế giới luôn khiến

các khu vực phình rộng dần ra về phía bắc và nam mà lại không thể che phủ cả

cực Bắc cũng nhƣ cực Nam. Để vẽ đƣợc trọn vẹn trái đất, ngƣời ta phải dùng

một bộ các bản đồ. Mỗi cái che phủ một khu vực có giới hạn. Khi hai bản đồ

chồng lấn lên nhau, chúng sẽ chỉ tới cùng một khu vực. Thuyết M cũng tƣơng

tự. Các lý thuyết khác nhau trong gia đình thuyết M có thể trông rất khác nhau,

nhƣng chúng đều có thể coi nhƣ những khía cạnh của một lý thuyết cơ sở. Tất

cả chúng đều là các phiên bản của thuyết M và chỉ áp dụng đƣợc trong một số

phạm vi có giới hạn – ví dụ, khi các đại lƣợng cụ thể giống nhƣ năng lƣợng vẫn

còn bé. Giống nhƣ những bản đồ lấn lên nhau trong phép chiếu Mercator, khi

phạm vi của các phiên bản khác nhau này chồng lấn, chúng sẽ dự đoán cùng

một hiện tƣợng. Nhƣng cũng nhƣ việc không có bản đồ phẳng nào đủ tốt để đại

diện cho toàn bộ bề mặt trái đất, không có một lý thuyết đơn lẻ nào có thể là đại

diện tốt cho mọi quan sát trong mọi tình huống.

7

Chúng ta sẽ mô tả làm cách nào thuyết M có thể sẽ đƣa ra câu trả lời cho

tạo hóa. Theo thuyết M, vũ trụ của chúng ta không phải là vũ trụ duy nhất.

Ngƣợc lại, thuyết M dự đoán vô vàn các vũ trụ đƣợc tạo ra từ hƣ không. Sự kiến

tạo của chúng không đòi hỏi sự can thiệp của một đấng siêu nhiên hay còn gọi là

Chúa. Thay vào đó, vô vàn các vũ trụ này ló dạng một cách tự nhiên từ các định

luật vật lý. Chúng là các dự đoán của khoa học. Mỗi vũ trụ đó có nhiều lịch sử

khả dĩ và nhiều trạng thái có thể có vào những thời điểm về sau, ví dụ nhƣ vào

những lúc nhƣ hiện tại, rất lâu sau sự bắt đầu của chúng. Phần lớn những trạng

thái này là hoàn toàn khác biệt với vũ trụ chúng ta quan sát đƣợc và hoàn toàn

không thích hợp cho bất kì dạng sống nào. Chỉ một số rất ít cho phép những

sinh vật nhƣ chúng ta tồn tại. Nên chính sự hiện diện của chúng ta đã chọn ra từ

mênh mông trong số này này chỉ những vũ trụ tƣơng thích với sự tồn tại của

chúng ta. Mặc dù chúng ta bé mọn và không đáng kể so với tầm vóc vũ trụ, điều

này khiến ta thấy mình trong vai chúa tể của tạo hóa.

Để hiểu đƣợc vũ trụ ớ mức độ sâu sắc nhất, chúng ta không chỉ cần biết

cách mà nó hành xử, mà còn phải vì sao nó hành xử.

Vì sao có thứ gì đó hơn là hư không?

Vì sao chúng ta tồn tại?

Tại sao là bộ các định luật này mà không phải một tập hợp nào khác?

Đây là Câu hỏi Tối Hậu của Sự Sống, Vũ Trụ và của Mọi thứ. Chúng ta sẽ

nỗ lực trả lời những câu hỏi đó trong quyển sách này. Câu trả lời của chúng ta

sẽ không giống nhƣ trong “Cẩm nang cho người quá giang tới Ngân Hà”, đơn

giản là “42”.

Bản đồ thế giới Thực tế có thể đòi hỏi một chuỗi các thuyết chồng lấn lên

nhau để đại diện cho vũ trụ, cũng nhƣ ta cần các bản đồ gối chồng lên nhau

để đại diện cho trái đất

8

9

II

Skoll chú sói sống trong rừng Woe

Cứ bay ra là lại dọa chị Hằng

Mặt Trời kia sao cứ mãi trốn chạy

Sói Hati dòng dõi của Hridvinir

Trong thần thoại Viking, Skoll và Hati rƣợt đuổi mặt trăng và mặt trời.

Khi hai con sói chộp đƣợc một trong hai, thiên thực sẽ xuất hiện. Khi điều đó

xảy ra, con ngƣời trên mặt đất lại nháo nhào đi giải cứu mặt trăng, mặt trời

bằng cách gây ra càng nhiều tiếng động càng tốt nhằm dọa bọn sói. Cũng có

những thần thoại tƣơng tự vậy trong các nền văn hóa khác. Nhƣng sau một

thời gian ngƣời ta phải nhận ra là mặt trời hay mặt trăng rồi cũng ló dạng

khỏi thiên thực bất chấp việc họ có chạy lòng vòng vừa la hét vừa gõ vào đồ

vật hay không. Thêm một thời gian nữa ngƣời ta nhận ra là thiên thực không

xảy ra ngẫu nhiên: chúng xảy ra theo những kiểu mẫu thƣờng xuyên lặp lại

chính chúng. Trình tự này dễ thấy nhất đối với mặt trăng và đã cho phép

ngƣời Babylon cổ đại dự đoán khá chính xác các lần nguyệt thực dù họ

không nhận ra rằng đó là do trái đất đã ngăn cản ánh sáng từ mặt trời. Nhật

thực vốn khó dự đoán hơn nhiều bởi vì nó chỉ có thể thấy đƣợc trong một vệt

hẹp rộng khoảng 30 dặm trên trái đất. Tuy nhiên, một khi đã nắm bắt đƣợc,

các kiểu mẫu ấy chứng tỏ rằng thiên thực chẳng phải dựa trên những cơn

hứng tùy tiện của các đấng siêu nhiên, mà thực ra đều bị chi phối bởi các

định luật.

10

Mặc cho những thành công trong dự đoán chuyển động của các thiên

thể, phần lớn sự kiện trong tự nhiên trông không thề đoán trƣớc đối với tổ

tiên của chúng ta. Núi lửa, động đất, bão tố, dịch hại và cả cái móng chân

mọc vẹo đều có vẻ nhƣ xảy ra không có lý do rõ ràng hay không theo quy

cách nào. Vào thời cổ đại thật là hiển nhiên khi đổ cho một phe phái những

thần thể ma mãnh hay quái ác là nguyên nhân cho những vận động bạo lực

của tự nhiên. Tai họa thƣờng đƣợc giáng xuống nhƣ là dấu hiệu cho thấy ai

đó đã xúc phạm các vị thần. Ví dụ, vào khoảng năm 5600 TCN ngọn núi lửa

Mazama ở Oregon bùng nổ, mƣa đất đá và tro bụi cháy rực hàng năm trời,

và sau nhiều năm mƣa rơi nƣớc dâng đầy miệng hố mà ngày nay gọi là Hồ

Lõm. Ngƣời da đỏ Klamath ở vùng Oregon có một truyền thuyết khá ăn khớp

với các chi tiết địa kiến tạo của sự kiện nhƣng họ cho thêm một chút kịch

tính bằng cách mô tả một con ngƣời nhƣ nguồn căn của thảm họa này.

Năng lực tội lỗi của con ngƣời thật lớn đến nỗi họ luôn luôn tìm ra cách nào

đó để kết tội mình. Theo nhƣ truyền thuyết, Llao, tù trƣởng của Âm Giới phải

lòng cô con gái xinh đẹp của vị tù trƣởng Klamath. Cô khƣớc từ ông ta, và

để trả thù Llao tìm cách hủy diệt Klamath trong lửa. May mắn thay, theo

truyền thuyết, Skell, tù trƣởng của Thƣợng Giới đã rủ lòng thƣơng con ngƣời

và giao chiến với địch thủ âm giới của ông. Tới cuối cùng Llao, trọng thƣơng,

rút về bên trong ngọn Mazana, để lại một cái lỗ khổng lồ, chính là hố lõm

chứa đầy nƣớc sau này.

Thiên thực Ngƣời cổ đại chẳng biết đƣợc điều thật sự gây ra thiên

thực, nhƣng họ hẳn đã phải chú ý tới quy cách xảy ra của chúng.

11

Sự mông muội đối với các cách thức của tự nhiên dẫn những ngƣời cổ

đại tới việc chế tác ra những vị thần làm chúa tể tất cả hay từng khía cạnh

đời sống con ngƣời. Có những vị thần của tình yêu và chiến tranh; của mặt

trời, mặt trăng, và của bầu trời; thần của đại dƣơng và sông suối; thần của

mƣa và sấm chớp; và cả động đất hay núi lửa. Khi các thấy hài lòng, loài

ngƣời đƣợc đối đãi bằng thời tiết tốt lành, hòa bình và tránh đƣợc thảm họa

thiên nhiên hay bệnh tật. Khi các thần thấy mất lòng, họ giáng xuống nào

hạn hán, nào chiến tranh, dịch bệnh và chết chóc. Chính vì liên hệ giữa

nguyên nhân và hậu quả là vô hình trong mắt họ, những vị thần có vẻ bất

khả thấu hiểu, và con ngƣời lệ thuộc sự nhân từ của họ. Tuy nhiên kể từ

Thales của Miletus (khoảng 624 TCN – khoảng 546 TCN) gần 2600 năm về

trƣớc, mọi thứ bắt đầu thay đổi. Tƣ tƣởng tin rằng tự nhiên tuân theo những

nguyên tắc phi mâu thuẫn vốn có thể giải mã đƣợc đã nổi lên. Và rồi bắt đầu

cho một quá trình lâu dài nhằm thay thế cho niềm tin vào sự cai trị của các vị

thần bằng khái niệm về một vũ trụ chi phối bởi các định luật tự nhiên, và

đƣợc tạo ra theo một bản thảo mà ngày nào đó ta có thể học đƣợc cách đọc

nó.

Xét trên chiều dài lịch sử nhân loại, chất vấn khoa học là một nỗ lực còn

rất mới. Giống loài của chúng ta, Người hiểu biết (Homo sapiens), bắt nguồn

từ vùng Châu phi cận Shahara vào khoảng năm 200,000 TCN. Ngôn ngữ

viết chỉ xuất hiện từ năm 7000 TCN, là sản phẩm của những cộng đồng quây

quần quanh các mùa vụ ngũ cốc. (Một số trong các bản viết cổ nhất liên

quan tới khẩu phần bia hằng ngày cho mỗi công dân.) Những ghi chép sớm

nhất từ nền văn minh vĩ đại của Hy Lạp cổ đại có từ thế kỉ thứ chín TCN,

nhƣng đỉnh cao của nền văn minh đó, “giai đoạn cổ điển”, phải đến nhiều

trăm năm sau đó, bắt đầu trƣớc năm 500 TCN một chút. Theo Aristotle (384

TCN – 322 TCN), chính vào lúc đó Thales đã lần đầu tiên phát triển tƣ tƣởng

về một thế giới mà ta có thể hiểu đƣợc, rằng những việc phức tạp xảy ra

xung quanh ta có thể gói gọn lại thành những nguyên lý đơn giản hơn và

đƣợc giải thích mà không cần viện tới các giải thích mang tính huyền bí hay

thần thánh.

Thales đƣợc tin là đã lần đầu tiên dự đoán đúng hiện tƣợng nhật thực

vào năm 585 TCN dù cho sự chính xác của dự đoán đó cỏ vẻ nhƣ chỉ là một

cú ăn may. Ông là một nhân vật ẩn khuất không để lại ghi chép nào của

mình. Quê hƣơng của Thales là một trong những trung tâm trí tuệ của vùng

đất Ionia, định cƣ bởi những ngƣời Hy Lạp và đã vƣơn sức ảnh hƣởng của

mình từ Thổ Nhĩ Kỳ tới tận nƣớc Ý. Khoa học Ionia là một nỗ lực nổi bật bởi

niềm hứng thú trong việc lột tả những định luật cơ sở để giải thích các hiện

tƣợng tự nhiên, một cột mốc kì vĩ trong lịch sử tƣ tƣởng nhân loại. Hƣớng

tiếp cận của họ đầy lý lẽ và trong nhiều trƣờng hợp dẫn tới những kết luận

tƣơng tự một cách đáng ngạc nhiên so với các phƣơng thức tiên tiến hơn

của chúng ta ngày nay mà chúng ta tin vào. Nó đã đại diện cho một khởi đầu

12

lớn lao. Nhƣng qua hàng thế kỉ, phần nhiều khoa học Ionia đã bị lãng quên –

chỉ loay hoay đƣợc tái khám phá hoặc là tái sáng tạo, lắm lúc hơn một lần.

Theo truyền thuyết, trình bày toán học đầu tiên chúng ta ngày nay có thể

gọi là một định luật của tự nhiên đƣợc lần ngƣợc thời gian tới thời của một

ngƣời Ionia tên là Pythagoras (khoảng 580 TCN – khoảng 490 TCN), nổi

tiếng với định lý mang tên ông: bình phƣơng cạnh huyền (cạnh dài nhất) của

một tam giác vuông bằng tổng các bình phƣơng của hai cạnh còn lại.

Pythagoras còn đƣợc cho là đã phát hiện ra quan hệ số học giữa chiều dài

dây trong các nhạc cụ với các tổ hợp họa âm của âm thanh. Theo ngôn ngữ

ngày nay ta sẽ diễn tả quan hệ đó bằng phát biểu là tần số – số dao động

trong một giây – của một dây đang rung động dƣới áp lực cố định thì tỉ lệ

nghịch với chiều dài của dây. Từ góc nhìn thực tế, điều này giải thích tại sao

đàn guitar bass phải có dây dài hơn đàn guitar thƣờng. Pythagoras không

hẳn nhƣ đã thực sự khám phá ra điều này – ông cũng không phát hiện ra

định lý mang tên ông – nhƣng có bằng chứng là một vài quan hệ giữa dây và

âm vực đã đƣợc biết đến trong thời của ông. Nếu vậy, ngƣời ta có thể gọi

công thức toán học đơn giản đó là ví dụ đầu tiên của thứ mà chúng ta bây

giờ gọi là vật lý lý thuyết.

Tách biệt với định lý của Pythagoras về các dây dao động, các định luật

vật lý duy nhất đƣợc biết đến chính xác vào thời cổ đại là ba định luật đƣợc

chi tiết hóa bởi Archimedes (khoảng 287 TCN – khoảng 212 TCN), đích

thực là nhà vật lý nhất đáng kính vào thời xƣa. Theo thuật ngữ ngày nay,

định luật về đòn bẩy giải thích cho việc các lực nhỏ có thể nâng các vật có

trọng lƣợng lớn bởi vì đòn bẩy khuếch đại một lực dựa trên tỉ số giữa các

Ionia Các học giả ở Ionia nằm trong số những ngƣời đầu tiên đã giải thích các

hiện tƣợng tự nhiên bằng các định luật tự nhiên thay vì huyền thoại hay thần lý.

13

khoảng cách tính từ điểm tựa của đòn bẩy. Định luật về sự nổi phát biểu

rằng một vật nhúng vào một chất lỏng sẽ chịu một lực hƣớng lên cân bằng

với trọng lực của khối chất lỏng bị chiếm chỗ. Và định luật phản xạ xác nhận

rằng góc giữa chùm sáng tới và gƣơng bằng với góc giữa gƣơng và chùm

phản xạ. Nhƣng Archimedes đã không gọi chúng là các định luật, cũng

không giải thích chúng dựa trên quan sát và đo đạc. Thay vào đó ông coi

chúng nhƣ các định lý thuần toán học, trong một hệ thống mang tính tiên đề

giống nhƣ hệ thống mà Euclid đã tạo ra cho hình học.

Trong khi ảnh hƣởng của Ionia lan tỏa, lại xuất hiện những cá nhân

khác thấy rằng vũ trụ sở hữu một trật tự nội tại, một trật tự có thể hiểu đƣợc

thông qua quan sát và lý luận. Anaximander (khoảng 610 TCN – khoảng 546

TCN), một ngƣời bạn và cũng có thể là học trò của Thales, lập luận rằng vì

những đứa trẻ sơ sinh là bất lực, nếu con ngƣời đầu tiên bằng cách nào đó

xuất hiện trên trái đất nhƣ là một đứa trẻ sơ sinh, nó phải không thể tồn tại

đƣợc. Với ý tƣởng có thể là sự mơ hồ đầu tiên của con ngƣời về sự tiến

hóa, Anaximander lập luận, con ngƣời vì vậy phải tiến hóa từ những loài

động vật khác có con non rắn rỏi hơn. Ở Sicily, Empedocles (khoảng 490

TCN – khoảng 430 TCN) đã quan sát công dụng của một dụng cụ gọi là

clepsydra. Đôi khi dùng nhƣ vật múc, nó gồm một khối cầu với một chiếc cổ

loe rộng và một lỗ dƣới đáy cầu. Khi nhấn chìm trong nƣớc nó sẽ đầy, và

nếu nhƣ chiếc cổ loe đƣợc bít lại, món đồ này có thể đƣợc nhấc ra mà

không làm nƣớc rơi khỏi cái lỗ. Empedocles chú ý rằng khi ta bít chiếc cổ lại

trƣớc khi nhúng chìm, chiếc clepsydra sẽ không thể đầy đƣợc. Ông lập luận

rằng điều gì đó vô hình phải ngăn không cho nƣớc chui vào khối cầu qua cái

lỗ – Empedocles đã phát hiện ra thành tố vật chất mà chúng ta gọi là không

khí.

Cùng khoảng thời gian đó, ở một vùng lãnh địa Ionia ở phía bắc Hy Lạp,

Democritus (khoảng 460 TCN – khoảng 370 TCN) cũng đang suy tƣ điều gì

sẽ xảy ra khi ta bẻ hay cắt một vật thành nhiều mảnh. Ông lập luận rằng bạn

phải không thể tiếp tục quá trình này vô hạn. Thay vào đó, ông giả thuyết

rằng mọi vật, kể cả các vật sống, đƣợc tạo nên từ các hạt cơ sở không thể bị

cắt hay bẻ thành nhiều mảnh đƣợc. Ông đặt tên cho các hạt tận cùng này là

atoms (nguyên tử), từ tính từ Hy Lạp nghĩa là “không cắt đƣợc nữa”.

Democritus tin rằng mọi hiện tƣợng vật chất đều là sản phẩm của sự va

chạm của các nguyên tử. Quan điểm của ông, tạm gọi thuyết nguyên tử, cho

rằng mọi hạt di chuyển chung quanh trong không gian, và, trừ phi có xáo

động, sẽ di chuyển thẳng tiến mãi mãi. Ngày nay ý tƣởng đó đƣợc gọi là

định luật quán tính. Ý tƣởng cách mạng cho rằng chúng ta chì là những cƣ

dân bình thƣờng của vũ trụ, không phải những thực thể đặc biệt tách biệt tồn

tại ở trung tâm vũ trụ, đã đạt đƣợc nhờ Aristarchus (khoảng 310 TCN –

khoảng 230 TCN), một trong số những nhà khoa học Ionia cuối cùng. Chỉ

một trong số những tính toán của ông tồn tại, một phân tích hình học phức

tạp từ những quan sát thực tế kĩ lƣỡng ông thu đƣợc từ kích thƣớc bóng của