Ngày nay, thật hiển nhiên khi ai đó phát biểu rằng Trái Đất là một hình cầu. Không có quá nhiều sự tranh luận, các hình ảnh từ máy bay và vệ tinh nhân tạo chụp từ không gian là quá đủ để đám đông có cái nhìn không mấy thiện cảm về một ai đó phát biểu điều ngược lại. Nhưng hãy tưởng tượng rằng ta đang đứng ở châu Âu vào thế kỷ thứ IV, câu chuyện lại nghe có vẻ như thế này “Liệu có ai lại điên rồ đến mức tin rằng ở phía bên kia Trái Đất, có những người mà chân của họ đối diện với chân của chúng ta: những người đó bước đi với chân ở trên cao còn đầu thì bị treo ngược ở phía dưới?” - Lactantius . Mọi chuyện thực ra lại không đơn giản khi ta nhìn Trái Đất đơn thuần bằng những kinh nghiệm của một sinh vật đang sống trên bề mặt hành tinh. Vậy, làm cách nào để con người có thể hình dung ra dạng hình học của Trái Đất mà không cần phải bước ra khỏi bề mặt của nó? Và một câu hỏi có lẽ quan trọng hơn, liệu có tồn tại một cách thức như vậy hay không? Hóa ra, điều này không đơn thuần là một câu đố thử thách sự thông tuệ, nó đáng sợ hơn rất nhiều, ví dụ như khi ta mường tượng đến những thứ mà con người không thể “bước ra khỏi nó”, như vũ trụ chẳng hạn. Bài viết này tập trung vào cách nhìn nhận của con người (hay bất kì sinh vật nào khác) về bề mặt (thế giới khả dĩ) mà mình đang sống. Bạn có thể thấy đôi khi ta cần phải tưởng tượng về những hình mẫu mà ta biết rõ ràng rằng là sai, nhưng nó lại là cần thiết bởi những suy nghĩ vượt khỏi thực tại vật lý bình thường lắm lúc lại dẫn đến đột phá lớn trong khoa học.

TRIẾT HỌC CỔ ĐẠI VÀ NIỀM TIN VỀ MỘT QUẢ CẦU TRÁI ĐẤT

Câu chuyện bắt đầu vào thời kỳ hoàng kim của thành quốc Ionia thuộc Hy Lạp, Pythagoras , công dân vĩ đại nhất của đảo Samos thực hiện chuyến hồi hương sau khi ông đã dành cả thời tuổi trẻ tại Ai Cập. Ở quê hương Hy Lạp, ông thành lập trường học của riêng mình, bắt đầu giảng dạy các kiến thức và quan niệm đúc kết được sau thời gian dài ở phương Đông, mà sau này phát triển thành trường phái Pythagoras. Điều quan trọng với chúng ta là Pythagoras là người đầu tiên đã thu thập những bằng chứng và giảng dạy rằng Trái Đất mà chúng ta sống có dạng hình cầu. Thời kỳ tiếp theo, các nhà Triết học cổ đại phương Tây chịu ảnh hương rất lớn từ trường phái Pythagoras, trong đó có nhà triết học nổi danh Plato và học trò của ông, Aristotle. Tầm ảnh hưởng của Aristotle lớn đến mức bản thân nó đã là một phép tu từ.  Là người tác động đến mọi lĩnh vực của triết học tự nhiên, cũng như với cương vị là thầy của Alexander Đại Đế, những kiến giải và quan niệm của Aristotle được truyền bá rỗng rãi và trở thành chân lý trong suốt hàng thiên niên kỷ. Đến những năm 200 TCN, Tổng giám thư viện đời thứ ba của thư viện huyền thoại Alexandria, Eratisthenes xứ Cyrene, với ông không có bất kỳ  sự nghi ngờ nào cho việc Trái Đất là một hình cầu – ông viết nếu căng buồm đi từ Tây Ban Nha về phía Tây ta sẽ gặp Ấn Độ. Ông nổi tiếng với nhận xét rằng hai người ở cách xa nhau sẽ nhìn thấy Mặt Trời ở những góc độ khác nhau tại cùng một thời điểm trong ngày, từ đó, với giả thiết Trái Đất là một hình cầu, ông ước lượng được chu vi của Trái Đất với độ chính xác vô cùng đáng kinh ngạc. Eratisthenes tính chu vi Trái Đất vào khoảng 250000 stadium, nếu như một stadium tương đương với 157,2m như Pliny tính toán, kết quả của Eratisthenes là 24200 dặm, so với số liệu ngày nay là 24902. Người tiếp theo nổi bật trên sân khấu của câu chuyện là Claudius Ptolemy (85-165). Cuốn sách Địa lý (Geography) của ông là một hệ thống đồ sộ về tri thức. Trong đó Ptolemy thảo luận các vấn đề về vẽ bản đồ, ông chỉ ra rằng nếu ta liên hệ được kinh độ và vĩ độ với các vị trí cần vẽ, ta có thể vẽ bất cứ loại bản đồ nào. Ngoài ra, trong cuốn sách có nhiều dữ liệu về tọa độ của các vị trí đã được biết đến, và còn bao hàm một tập bản đồ lớn (hãy chú ý đến các bản đồ, chúng sẽ chiếm vai trò rất quan trọng trong phần sau của bài viết). Tính đến thời điểm đó, có quá nhiều dữ kiện từ thực tế để một niềm tin về Trái Đất như một hình cầu có thể là sai: thủy triều, đêm và ngày, các tuần trăng, đường chân trời… Tuy nhiên niềm tin là một chuyện, một chứng minh hoàn thiện lại là câu chuyện hoàn toàn khác.

BẢN ĐỒ VÀ NHỮNG CHUYẾN DU HÀNH VÒNG QUANH HÀNH TINH

Khoảng hai ngàn năm sau thời Pythagoras, Christopher Columbus đề xuất lên vua Ferdinand và hoàng hậu Isabella kế hoạch căng buồm từ Tây Ban Nha theo hướng Tây để đến Đông Ấn, y như những gì Eratisthenes đã nghĩ. Đề xuất của ông được kể lại rằng vấp phải nhiều chỉ trích từ ban cố vấn hoàng gia, chính xác thì cuộc tranh luận của họ xoay quanh tính khả thi của cuộc hành trình vì có những bất đồng quan điểm về kích thước của Trái Đất, trong khi ban cố vấn hoàng gia tin vào ước tính của Eratisthenes, Columbus lại ủng hộ Ptolemy, người cho rằng chu vi Trái Đất vào khoảng 18000 dặm. Cuối cùng như ta biết, chuyến hành trình cũng được diễn. Nhìn chung có nhiều tranh cãi về công và tội của Columbus, tuy nhiên có một chi tiết đáng lưu tâm, đến cuối đời Columbus vẫn không hề nhận ra rằng ông đã tìm thấy một châu lục mới, thay vào đó ông cho rằng vùng đất mà mình đã đến là quần đảo Spice ở phía Đông của Ấn Độ. Không lạ lẫm gì khi điều đó dẫn ông tới suy nghĩ rằng Trái Đất không phải một hình cầu hoàn hảo mà có hình dạng như một quả lê, Bắc Bán cầu thu hẹp lại như hình cuống của một quả lê, trong khi Nam Bán cầu có vẻ phình ra, điều đó làm một chuyến hành trình quanh chiếc cổ hẹp của Bắc Bán cầu tiết kiệm thời gian hơn nhiều như khi đi vòng xuống châu Phi qua vùng Nam Bán Cầu.

Hai thế kỷ sau thời đại của Columbus chứng kiến sự xuất hiện của các tập bản đồ thế giới, hay các atlas, một cách bao quát. Các bản đồ trong tác phẩm của Ptolemy được tái bản tại ở Rome năm 1508 bởi Berandus Ventus de Vitalibus. Jacobus Pentus de Leucho xứ Venice tiếp tục tái bản tác phẩm Địa Lý vào năm 1511 với tên gọi Địa lý tự nhiên (Liber Geographicae), trong đó bao gồm 28 bản đồ được hiệu đính kĩ lưỡng. Abtaham Ortelius, một nhà địa lý Tây Ban Nha xuất bản cuốn sách Sân khấu của thế giới (Theatrum Orbis Terrarum), cuốn sách được tái bản khá nhiều lần nhưng có nhiều vùng vẫn để trống và các tỷ lệ hầu hết không chính xác. Gehard Mercator xứ Rupelmonde, một người Bỉ và là nhà địa lý giỏi nhất sau thời Ptolemy thực hiện một cuộc cách mạng trong lĩnh vực vẽ bản đồ khi trình bày phép chiếu bản đồ Mercator cho phép các nhà hàng hải vẽ sơ đồ cho các chuyến ra khơi không thay đổi góc giữa kinh tuyến và hành trình. Công trình này làm xuất hiện các tập atlas do các cuộc du hành của các nhà thám hiểm châu Âu xuất hiện tại Amsterdam cuối thế kỷ XVI. Trong thế kỷ XVII, bộ sách nổi tiếng nhất có lẽ là tập Đại Bản Đồ (Atlas Major) của Joan Blaue xuất bản năm 1662-1663, bộ sách mặc dù có vẻ đẹp cao song lại chứa nhiều sai sót và khoảng trống.

Chuyến thám hiểm huyền thoại của Ferdinand Magellan diễn ra vào năm 1519 với một đoàn thủy thủ 265 người . Không may thay, Magellan bị giết trong một cuộc chiến ngoài khơi ở vùng biển Philippines tháng 4 năm 1521. Nhà thám hiểm Juan Sebastián Elcano lên nắm quyền chỉ huy và trở về Tây Ban Nha năm 1522 với 17 thủy thủ đoàn sống sót. Cuộc hành trình này vô cùng quan trọng, nó chấm dứt các giả thuyết về một Trái Đất vô tận hay một Trái Đất chỉ giới hạn trong chừng đó lãnh thổ đã biết. Tuy nhiên, như sau đây ta sẽ thấy, cuộc hành trình này bản thân cũng không chứng minh được dạng hình cầu của Trái Đất. Hãy chú ý đến những điều sau đây vì đó sẽ là vấn đề chính mà phần sau chúng ta sẽ thảo luận.

Trên đây là hình ảnh về bản đồ của Agnese (hình 1) vẽ năm 1546 mô tả chuyến đi của Magellan. Nhìn vào bản đồ ta mặc nhiên cho rằng tất cả các điểm ở lề trên và lề dưới hội tụ vào một điểm duy nhất (cực Bắc và cực Nam), ngày nay ta biết rằng đó là một lý giải đúng cho hình dáng của Trái Đất.  Tuy nhiên vào thời của Agnese, vẫn còn một vùng rộng lớn các lãnh thổ chưa được vẽ bản đồ, cho nên không có gì là trái với luận lý khi người thời đó cho rằng có một khả năng khi ta đi về phía bắc và không bao giờ trở lại. Hãy nhìn vào hình ảnh sau đây.

Đây là một bản đồ thế giới, một hình ảnh khi ta ghép các bản đồ trong một atlas của Trái Đất lại với nhau, hình ảnh có vẻ là dễ dàng chấp nhận hơn một bản đồ mang tính phỏng đoán của Agnese vào thời điểm thế kỷ XVI. Hãy nghĩ rằng có ai đó có thể cho rằng ta có khả năng thu được hình ảnh của Trái Đất bằng cách này, dán lề bên trái và lề bên phải của bản đồ lại với nhau, kết quả là ta thu được một ống hình trụ, tiếp tục dán hai lề còn lại của hình chữ nhật, tức là gắn hai vòng tròn của hình trụ lại, bây giờ ta thu được hình ảnh của một chiếc bánh donut, mà ở phần sau ta sẽ gọi là hình xuyến hay mặt xuyến tùy trường hợp. Như vậy, Trái Đất mà ta đang sống có thể mang hình ảnh tương tự với một chiếc bánh donut!

Một ai đó khác có thể phản biện rằng thế giới mà ta đang sống không thể trông giống như một mặt xuyến như vậy. Nếu không thì chẳng phải những người sống ở trong sẽ nhìn thấy phần bề mặt đối diện xuất hiện trong không gian hay sao? Đó là một lý luận hợp lý, nhưng hãy nghĩ về một thế giới rất rộng lớn thì sẽ ra sao? Hay như nếu vòng tròn phía trong là các vùng cực trong bản đồ thế giới ở hình 3? Làm sao ta bác bỏ những giả thuyết này vào thời đại của Columbus? Câu trả lời, rất đáng ngạc nhiên, ta không thể. Điều này nghĩa là hoàn toàn có khả năng Magellan đã căng buồm dọc theo vòng tròn phía ngoài của hình xuyến, hoặc, cũng có thể là vòng tròn bên trong, hay thậm chí là Magellan chỉ đi vòng quanh một quỹ đạo nhỏ của hình xuyến từ bên ngoài vào trong, không có ai là đi vòng quanh Trái Đất ở đây cả.

Như vậy, ta có thể kết luận rằng không thể biết đến mức tuyệt đối hình dạng của Trái Đất, cho đến khi ta có thể vẽ tất cả các vùng trên Trái Đất, ngay cả vùng cực, trên các bản đồ với một độ chính xác hoàn hảo.  Một đòi hòi cao như vậy xem ra là vô cùng khó khăn ngay cả với thời điểm hiện nay, tuy nhiên phần sau của bài viết sẽ trình bày một hướng nhìn hơi khác đi về chủ đề này, tuy nhiên có vẻ chúng ta sẽ cần vượt qua một số rào cản nhỏ về mặt tinh thần để đạt được điều đó.

Trần Minh Thông

Ban nội dung CLB Thiên văn USAC