James Clerk Maxwell – Nhà Khoa Học Vĩ Đại Tin Thuyết Sáng Thế

Bài Chọn Lọc, Chuyện Cơ Đốc Nhân, Nhà khoa học Cơ Đốc

Có gì khác biệt hơn là từ trường, dòng điện, và ánh sáng? Tuy nhiên, vào thế kỷ 19, James Clerk Maxwell đã chứng minh rằng chúng đơn giản chỉ là những biểu hiện khác nhau của cùng những định luật cơ bản. Ông đã mô tả tất cả chúng, cũng như sóng vô tuyến, radar và nhiệt bức xạ, bằng một hệ các phương trình độc đáo và thanh lịch.1

James Clerk Maxwell sinh ra tại Edinburgh, Scotland, vào ngày 13 tháng 6 năm 1831. Ông là người con duy nhất của John Clerk, một luật sư ở Edinburgh. Sau khi James chào đời, John Clerk và gia đình chuyển đến một điền trang ở Glenlair, gần Edinburgh, nơi ông thừa hưởng từ tổ tiên Maxwell của mình. Vào lúc đó, John Clerk đã lấy thêm họ Maxwell. Gia đình họ sống cuộc đời thoải mái, trung lưu.

Sự giáo dục ban đầu của James được truyền thụ bởi mẹ mình, một Cơ Đốc nhân thành tín, và bao gồm việc học Kinh Thánh. Trí nhớ đặc biệt của James tỏ rõ lúc này khi ông thuộc lòng toàn bộ Thi Thiên 119 (n.d: chương dài nhất Kinh Thánh với 176 câu về giá trị của Lời Chúa tức Kinh Thánh). Đến năm 8 tuổi, James không còn thấy đồ chơi của mình thú vị nữa. Ông thích dùng sự tò mò lớn lao của mình vào các nghiên cứu khoa học đơn giản. Ví dụ, ông dùng một tấm thiếc để phản chiếu ánh sáng mặt trời và quan sát vòng đời của ếch.

“Các điều răn Chúa làm cho con khôn ngoan hơn kẻ thù con,
Vì các điều răn ấy ở cùng con luôn luôn.
Con thấu hiểu hơn tất cả những người dạy con,
Vì con suy ngẫm các chứng ước Chúa.” (Thi Thiên 119:98-99)

Mẹ ông đã dạy ông cách nhìn thấy thiên tài khoa học và bàn tay nhân từ của Đức Chúa Trời trong những cái đẹp của thiên nhiên. Niềm tin về sự hòa hợp hoàn hảo giữa nghiên cứu khoa học và lời dạy của Chúa trong Kinh Thánh đã ảnh hưởng lớn đến cuộc đời và công việc của James. Đáng buồn thay, mẹ ông qua đời khi ông chỉ mới 8 tuổi. Sau đó, cha ông đã thuê một gia sư dạy cho con mình.

Năm 1841, James bắt đầu học chính thức tại Học Viện Edinburgh. Sức khỏe kém thường khiến ông phải nghỉ học, nhưng tiến độ học tập của ông vẫn xuất sắc. Bài báo khoa học đầu tiên của ông – một phân tích toán học về hình elip – được xuất bản khi ông mới 15 tuổi.

Được Đánh Giá Cao Trong Việc Nghiên Cứu

Năm 1847, James vào Đại học Edinburgh và sớm xuất bản thêm hai bài báo khoa học nữa. Năm 1850, ông đăng ký vào Đại Học Cambridge, tốt nghiệp bốn năm sau đó với bằng danh dự hạng nhất về toán học. Ông cũng được trao giải thưởng danh giá cho nghiên cứu độc đáo phân tích toán học về tính ổn định của các vòng của Sao Thổ. Maxwell kết luận rằng các vành đai của Sao Thổ không thể hoàn toàn rắn hoặc lỏng. Thay vào đó, chúng phải bao gồm các hạt rắn nhỏ nhưng riêng biệt – một kết luận được xác nhận hơn 100 năm sau bởi tàu thăm dò không gian Voyager đầu tiên đến Sao Thổ.2

Sau khi tốt nghiệp, Maxwell gia nhập đội ngũ nhân viên tại Đại học Cambridge, giảng dạy về quang học và thủy tĩnh học cũng như nghiên cứu trong các lĩnh vực này.

Năm 1856, ông rời Cambridge về Scotland để ở gần cha mình, người sức khỏe đang suy giảm. Cha ông qua đời trước khi James bắt đầu công việc mới của mình là Giáo Sư Vật lý tại Cao Đẳng Marischal ở Aberdeen. Hai năm sau, Maxwell kết hôn với Katherine Mary Dewar, con gái của hiệu trưởng Cao Đẳng Marischal. Cuộc hôn nhân của James và Katherine Maxwell rất hạnh phúc, nhưng không có con.

Khi trường Cao Đẳng Marischal sáp nhập với Cao Đẳng Của Vua (King’s College) ở Aberdeen để trở thành Đại Học Aberdeen, Maxwell đã nộp đơn xin việc tại Đại Học Edinburgh nhưng không thành công. Người nộp đơn thành công cho vị trí đó là Percy Guthrie Tait, một bạn học cũ của Maxwell. Tait, một Cơ Đốc nhân thành tín khác, cũng đạt nhiều thành công nổi bật trong toán học và vật lý.

Năm 1860, Maxwell trở thành giáo sư Vật Lý và Thiên Văn Học tại Cao Đẳng Của Vua ở London. Tại đây, ông giám sát việc đo lường và chuẩn hóa các đơn vị điện cho Hiệp Hội Anh Quốc Vì Sự Tiến Bộ Của Khoa Học năm 1863.

Năm 1865, ông rời London và chuyển đến điền trang ở Scotland mà ông được thừa kế từ cha mình. Tại đây, ông dành hết tâm huyết cho việc nghiên cứu về điện và từ trường. Vào năm Maxwell sinh ra (1831), nhà vật lý người Anh nổi tiếng Michael Faraday đã phát minh ra máy phát điện, sử dụng một nam châm chuyển động để tạo ra điện. Ông cũng chứng minh rằng dòng điện tạo ra từ trường. Faraday tin rằng các lực điện từ này lan rộng ra không gian xung quanh dây dẫn, nhưng ông không thể hoàn thành công trình của mình trong lĩnh vực này. Tuy nhiên, ý tưởng của Faraday về trường lực trong không gian xung quanh đã làm nảy sinh khái niệm rộng hơn là lý thuyết trường (field theory). (N.d: Michael Faraday, người phát minh ra máy phát điện, cũng là một nhà khoa học vĩ đại tin ở Đức Chúa Trời và thuyết Sáng Thế [1])

Xếp Hạng Ngang Với Newton

Mục tiêu chính của Maxwell trong nghiên cứu về điện và từ của mình là tạo ra khuôn khổ toán học bên dưới các kết quả thực nghiệm của Faraday và những ý tưởng của ông về lý thuyết trường. Bốn phương trình toán học mà Maxwell tạo ra được xếp hạng cùng với các định luật chuyển động của Isaac Newton và thuyết tương đối của Albert Einstein như những đóng góp nền tảng nhất cho vật lý. (N.d: Isaac Newton là một nhà khoa học vĩ đại tin ở Đức Chúa Trời và thuyết Sáng Thế [2])

Khi Maxwell tính toán tốc độ của sóng điện từ, ông thấy rằng tốc độ của chúng gần như y hệt tốc độ ánh sáng. Ông kết luận rằng ánh sáng là một loại sóng điện từ khác. Maxwell đề xuất rằng còn có thể cũng tồn tại những sóng điện từ có bước sóng khác. Khi nhà vật lý người Đức Heinrich Hertz tạo ra sóng vô tuyến nhân tạo đầu tiên vào năm 1887 (tám năm sau khi Maxwell qua đời), lý thuyết điện từ của Maxwell đã được xác nhận hoàn toàn. (Sóng vô tuyến có bước sóng dài hơn ánh sáng thấy được.)

Công trình sóng điện từ của James C. Maxwell bao gồm tất cả các loại sóng điện từ và là nền tảng cho công nghệ truyền thông thế kỷ 20.

Việc phát hiện ra tia X quang sau này đã xác nhận thêm những dự đoán của Maxwell. (Tia X là một loại sóng điện từ có bước sóng cực ngắn.) Công nghệ truyền thông thế kỷ 20 phần lớn bắt nguồn từ công trình của Maxwell. Truyền thông vô tuyến (radio), truyền hình, radar, và vệ tinh đều có nguồn gốc từ lý thuyết điện từ của ông.

Trong những năm 1850, nhà vật lý toán học xuất sắc William Thomson đã trình bày một khuôn khổ toán học chung bên dưới các kết quả thực nghiệm trong nhiều lĩnh vực vật lý như nhiệt, chuyển động cơ học, chuyển động của khí hoặc chất lỏng, điện và từ. Điều này mở rộng lý thuyết đáng kể các công trình của các nhà khoa học trước đó. Lý thuyết điện từ của Maxwell kết nối điện từ với ánh sáng và sau đó là sóng vô tuyến là một đóng góp to lớn cho quá trình thống nhất khuôn khổ lý thuyết vật lý.

Maxwell luôn biết ơn sự giúp đỡ của Thomson, người đã cố vấn ông. (Thomson sau này được gọi là Ngài Kelvin.)

Maxwell được công nhận rộng rãi là nhà khoa học thế kỷ 19 mà công trình có ảnh hưởng lớn nhất đến vật lý thế kỷ 20. Lý thuyết điện từ và các phương trình trường liên quan của ông đã “mở đường cho thuyết tương đối hẹp của Einstein, thuyết đã thiết lập quan hệ giữa khối lượng và năng lượng. Những ý tưởng của Maxwell cũng mở đường cho một bước tiến lớn khác của vật lý thế kỷ 20, thuyết lượng tử”.3

Những Khám Phá Về Vận Tốc

Năm 1840, nhà vật lý người Anh James Joule đã thiết lập mối quan hệ giữa nhiệt và chuyển động cơ học. Nguyên lý này đã phát sinh ngành khoa học gọi là nhiệt động lực học, nghiên cứu về chuyển động của các phân tử khí.

Năm 1848, Joule trở thành nhà khoa học đầu tiên ước tính vận tốc (tốc độ) của các phân tử khí. Tuy nhiên, Joule xem tất cả các phân tử như di chuyển với cùng một tốc độ. Trên thực tế, vận tốc của các phân tử không bằng nhau. Chúng thay đổi đáng kể do va chạm với các phân tử khác. Bằng cách áp dụng các phương pháp xác suất và thống kê, Maxwell đã tính ra phân phối tốc độ khả dĩ nhất của các phân tử. Phân phối này ngày nay được gọi là “phân phối tốc độ Maxwell”.

Nhờ ứng dụng thống kê của ông, nhiệt động lực học đã được mở rộng thêm lĩnh vực mới là nhiệt động lực học thống kê. Ý tưởng đưa xác suất vào vật lý của Maxwell có lẽ là đóng góp quan trọng nhất của ông cho vật lý ngoài công trình của ông về điện từ.

Các đóng góp khoa học của James Clerk Maxwell: (1) vành đai sao thủy, (2) hệ phương trình thuyết điện từ, (3) chụp ảnh màu, (4) Thuyết con quỷ của Maxwell

Maxwell được bầu vào Hội Hoàng Gia năm 1861, một hiệp hội các nhà khoa học uy tín, nhờ vào công trình nghiên cứu ban đầu của ông về điện từ. Năm 1871, ông trở thành giáo sư vật lý thực nghiệm tại Đại Học Cambridge. Tại đây, ông giám sát việc lập kế hoạch và xây dựng phòng thí nghiệm Cavendish, nơi đã trở thành một trung tâm nổi tiếng cho những tiến bộ quan trọng trong vật lý.

Phản Bác Suy Nghĩ Tiến Hóa

Maxwell phản đối mạnh mẽ thuyết tiến hóa của Darwin, thứ đang trở nên phổ biến vào lúc đó. Ông tin rằng những suy đoán của suy nghĩ tiến hóa mâu thuẫn với bằng chứng khoa học. Trong một bài báo trình bày trước Hiệp Hội Anh Vì Sự Tiến Bộ Của Khoa Học năm 1873, ông nói:

“Không có lý thuyết về tiến hóa nào có thể được tạo ra để giải thích cho sự giống nhau của các phân tử, vì tiến hóa buộc phải mặc định sự thay đổi liên tục…. Sự giống nhau cách chính xác của mỗi phân tử với tất cả các phân tử khác cùng loại cho thấy chúng… có đặc tính của một sản phẩm được sản xuất hàng loạt, và loại trừ ý tưởng rằng nó là thứ vĩnh cửu và tự tồn tại.”4

Maxwell còn có thể bác bỏ suy nghĩa tiến hóa theo một cách quan trọng khác. Ông đã bác bỏ cách toán học thuyết tinh vân [3] được nhà vô thần người Pháp Laplace đưa ra năm 1796. Laplace cho rằng hệ mặt trời bắt đầu từ một đám mây khí co lại trong hàng triệu năm để tạo ra các hành tinh, v.v. rồi tuyên bố rằng do đó không cần phải có một Đấng Sáng Tạo. Suy nghĩ này được những người vô thần nhiệt thành đón nhận. 

Nhưng Maxwell đã chứng minh được hai sai sót lớn trong thuyết tinh vân của Laplace và chứng minh cách toán học rằng một quá trình như vậy không thể xảy ra. Lý thuyết của Laplace sau đó đã bị loại bỏ. (N.d: để ý là người vô thần nhiệt thành đón nhận bất kỳ giả thuyết nào nói không có Đấng Tạo Hóa với chỉ có chút bằng chứng lập luận mỏng manh và sau này được chứng mình là sai. Họ chỉ muốn có cái cớ cho niềm tin vô thần của mình.)

Thuyết tinh vân nói hệ mặt trời bắt đầu từ một đám mây khí dần co lại tạo ra các hành tinh. Nó được người vô thần nhiệt thành đón nhận, nhưng bị Maxwell chứng minh là sai [3]

Niềm Tin ở Sáng Thế Ký và Tin Lành

Maxwell tin rằng những nghiên cứu khoa học và lời dạy của Kinh Thánh không chỉ tương thích mà còn nên liên kết với nhau. Điều này thể hiện trong một lời cầu nguyện được tìm thấy trong những ghi chép của ông: “Lạy Chúa Toàn Năng, Đấng đã tạo dựng con người theo hình ảnh Ngài, và làm cho con người thành loài sinh linh để họ có thể tìm kiếm Ngài và quản trị các tạo vật của Ngài. Xin dạy chúng con học theo các công trình của tay Ngài, để chúng con có thể chế ngự đất để dùng và có thêm lý do mạnh mẽ để phụng sự Ngài; để tiếp nhận Lời ân phước của Ngài, để chúng con có thể tin vào Đấng mà Ngài đã sai đến, để cho chúng con sự hiểu biết về sự cứu rỗi và sự tha thứ tội lỗi của mình. Tất cả những điều đó chúng con cầu xin trong danh Giê-xu Christ, Chúa chúng con.”5

Trong lời cầu nguyện này, Maxwell khẳng định niềm tin của mình vào những lời dạy trong Sáng Thế Ký: Đức Chúa Trời là Đấng Tạo Hóa, Đấng đã tạo dựng con người theo hình ảnh chính Ngài, và trao cho con người quyền và trách nhiệm tể trị các loài vật. Phần thứ hai của lời cầu nguyện chứa thông điệp Tin Lành: rằng Chúa Jesus Christ được Đức Chúa Trời sai đến để cứu chuộc chúng ta khỏi tội lỗi.

Maxwell có kiến ​​thức sâu rộng về Kinh Thánh, và là một trưởng lão của nhà thờ mà ông giúp thành lập gần nhà mình ở Glenlair. Đời sống Cơ Đốc của ông cũng rất thực tế. Ông dành cả thời gian và tiền bạc của mình cách hào phóng cho những việc lành. Ông thường xuyên đến thăm những người bệnh và những người không thể ra khỏi nhà, rồi ông đọc sách cho họ và cầu nguyện cùng họ. Ông cũng khiêm tốn và thể hiện sự chính trực tuyệt đối.

Lòng thương xót và hy sinh của ông được thể hiện rõ ràng, như J.G. Crowther viết trong tiểu sử của Maxwell:

“Trong những năm cuối đời, vợ ông là một người tàn tật. Ông đã đích thân lo cho bà với sự chăm sóc tận tụy nhất…. Khi những triệu chứng ban đầu của căn bệnh hiểm nghèo của chính ông đã trở nên rõ ràng, ông không nói với bất kỳ ai trong một thời gian dài. Khi bệnh tình của ông trở nặng và phải chịu đựng những cơn đau dữ dội, ông không bao giờ phàn nàn, trừ việc ông không thể tiếp tục chăm sóc người vợ đau ốm của mình.”6

Maxwell qua đời vì bệnh ung thư bụng tại Cambridge vào ngày 5 tháng 11 năm 1879, hưởng thọ 48 tuổi. Ông rất được kính trọng bởi những người quen biết và những người từng làm việc với mình. Một trong những đồng nghiệp thân thiết của ông đã viết:

“Chúng tôi, những người cùng thời với ông ở trường đại học, đã thấy ở ông sức mạnh tư duy cao cả, năng lực vĩ đại, và quan điểm độc đáo, kết hợp với lòng khiêm nhường sâu sắc trước Đức Chúa Trời của mình, sự thuận phục tôn kính trước ý Chúa, và niềm tin mãnh liệt vào tình yêu và sự cứu chuộc của Đấng Cứu Rỗi thiêng liêng, Đấng là kho báu của ông, và là Đấng an ủi ông trong khó khăn bệnh tật.”7

Người dịch: Richard Huynh

Theo Creation.com

References and notes

  1. Glashow, S.L., The Charm of Physics, American Institute of Physics, New York N.Y., p. 239, 1991.
  2. Encyclopaedia Britannica, vol. 23, p. 686, 1992.
  3. Ref. 2, p. 725.
  4. Maxwell, J.C., ‘Discourse on Molecules’, a paper presented to the British Association at Bradford in 1873, as cited in: E.L. Williams and G. Mulfinger, Physical Science for Christian Schools, Bob Jones University Press, Greenville, South Carolina, p. 487, 1974.
  5. Maxwell, J.C., in a prayer found among his notes, cited in Williams and Mulfinger, Ref. 4, p. 487.
  6. Crowther, J.G., British Scientists of the Nineteenth Century, London, Routledge and Kegan Paul, p. 313, 1962.
  7. Tayler, G.W.H., quoted in: L. Campbell and W. Garnett, The Life of James Clerk Maxwell, Macmillan, London, p. 174, 1882.

Bài Đọc Thêm

[1] Michael Faraday – Sức Mạnh Của Chúa Và Sức Mạnh Của Dòng Điện
https://bachkhoa.name.vn/2021/02/19/michael-faraday-suc-manh-cua-chua-va-suc-manh-cua-dong-dien/

[2] Isaac Newton và Đức Tin Nơi Đức Chúa Trời
https://bachkhoa.name.vn/2021/04/03/isaac-newton-va-duc-tin-noi-duc-chua-troi/

[3] Nguồn gốc hệ mặt trời: các vấn đề của giả thuyết tinh vân
https://bachkhoa.name.vn/2023/08/03/nguon-goc-he-mat-troi-cac-van-de-cua-gia-thuyet-tinh-van/