Năm 1665, bị cách ly vì bệnh dịch, Newton đã làm gì?

Khi đại dịch hạch xảy ra năm 1665 tại London, nhà bác học Isaac Newton mới bước vào tuổi đôi mươi và đang là sinh viên của Trinity College thuộc Đại học Cambridge. Để ngăn ngừa sự lây lan của bệnh dịch, ông phải nghỉ học, sống cách ly trong một nông trại cách Cambridge gần 100km.

Khi đại dịch hạch xảy ra năm 1665 tại London, nhà bác học Isaac Newton mới bước vào tuổi đôi mươi và đang là sinh viên của Trinity College thuộc Đại học Cambridge. Để ngăn ngừa sự lây lan của bệnh dịch, ông phải nghỉ học, sống cách ly trong một nông trại cách Cambridge gần 100km. Chính tại đây và trong thời gian này, ông đã khởi đầu một số công trình nghiên cứu mà theo đánh giá của các nhà chuyên môn là “làm thay đổi thế giới”.

Isaac Newton (1643-1727)

* Đại dịch hạch ở London năm 1665-1666

 Trận đại dịch hạch năm 1665-1666 tại London là một trong những trận dịch lớn nhất trong lịch sử thế giới. Trận dịch bắt đầu khoảng đầu mùa Xuân năm 1665 và kết thúc khoảng giữa năm sau. Vào thời điểm vua Charles II rời khỏi thành phố vào tháng 7, bệnh này đã giết chết khoảng 1 ngàn người/tuần. Tỷ lệ tử vong lên đến đỉnh điểm vào tháng 9 khi 7.165 người chết trong một tuần. Con số do thành phố ghi nhận chính thức là 68.596 người chết vì đại dịch, nhưng theo ước tính số người chết thực sự có thể đã vượt quá 100 ngàn người, bằng 1/4 dân số London khi ấy.

Sau này, người ta xác định nguyên nhân những cái chết này là do bệnh dịch hạch, một dạng bệnh nhiễm trùng lây lan qua bọ chét trên chuột, vi khuẩn gây ra bệnh là yersinia pestis. Tuy nhiên, chuyện tìm ra vi khuẩn gây bệnh và thuốc trị bệnh là chuyện của… 200 năm sau, còn lúc đó đây là căn bệnh không thể cứu chữa. Tuy vậy, ngày ấy người ta vẫn biết dùng một phương pháp tương tự như hiện nay đang dùng để ngăn ngừa sự lây lan của bệnh dịch, đó là phương pháp cách ly. Các cơ quan, trường học, doanh nghiệp đóng cửa để người của mình “ai về nhà nấy” và “ở yên tại chỗ”.

Chàng sinh viên Newton lúc ấy 23 tuổi, đang học năm cuối tại Đại học Cambridge, cũng được trường cho nghỉ học để về quê tránh bệnh. Với Newton, nơi rút về sống cách ly là trang trại gia đình Woolsthorpe Manor, khoảng 100km về phía Tây Bắc của Cambridge. Thời đó chưa có… thầy dạy online, cùng với việc được ở yên tại một khoảng cách an toàn với những người mang mầm bệnh khủng khiếp đang quét sạch dân cư thành phố, Woolsthorpe cung cấp một môi trường yên tĩnh, thanh thản cho phép một tâm trí như Newton đến những nơi xa nhất của trí tưởng tượng. Thời kỳ này, bây giờ được lịch sử khoa học thế giới gọi là annus mirabilis - “năm kỳ diệu”.

* Newton giúp phát triển Toán giải tích

Đầu tiên, Newton tiếp tục công việc về Toán học mình đã tham gia cho đến khi trường đại học bị đóng cửa. Thời gian sống cách ly ở Woolsthorpe Manor này chứng kiến một loạt các phát triển quan trọng của Newton với phương pháp tính vi phân và tích phân hoàn toàn mới, thống nhất và đơn giản hóa nhiều phương pháp tính khác nhau thời bấy giờ để giải quyết những bài toán có vẻ không liên quan trực tiếp đến nhau như: tìm diện tích, tìm tiếp tuyến, độ dài đường cong và cực trị của hàm. Đây được xem là nền tảng hình thành môn Toán giải tích.

Tranh miêu tả đại dịch 1665-1666 ở London

* Newton đã phân tích màu sắc, ánh sáng và quang phổ

Newton cũng hướng sự chú ý vào nghiên cứu về quang học và về quan điểm phổ biến thời đó cho rằng mọi màu sắc trên quang phổ là sự pha trộn giữa ánh sáng tối và trắng. Ông tiến hành một thí nghiệm khoan một lỗ nhỏ trên cửa sổ phòng ngủ của mình, chặn chùm sáng tiếp theo bằng lăng kính, rồi đặt một lăng kính thứ hai vào đường đi của những chùm tia khúc xạ đó. Ánh sáng trắng qua các lăng kính bị khúc xạ thành các màu khác nhau.

Toàn cảnh kết quả cho phép Newton kết luận: Ánh sáng trắng là tập hợp của tất cả ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục. Chiết suất của thủy tinh (ở đây là lăng kính) đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau thì khác nhau. Góc lệch của tia sáng qua lăng kính tăng theo chiết suất nên các chùm tia sáng có màu sắc khác nhau đi qua lăng kính sẽ có các góc lệch khác nhau, tia ló ra khỏi lăng kính không trùng nhau nữa, kết quả là chùm sáng bị phân tích thành một dải màu rộng gồm nhiều tia đơn sắc.

Đây chính là thí nghiệm nổi tiếng của Newton về tán sắc ánh sáng mà suốt mấy trăm năm sau học sinh phổ thông trên toàn thế giới đều được học.

* Huyền thoại về trái táo rơi của Newton

Câu chuyện lý thú nhất và trở thành huyền thoại được kể lại mãi hàng trăm năm sau về Newton cũng được xảy ra trong thời gian này, đó là câu chuyện về trái táo rơi khiến Newton phát minh ra định luật vạn vật hấp dẫn.

Câu chuyện mà chúng ta thường được nghe kể nhất có nội dung như sau: Một hôm, Newton đang ngồi dưới gốc cây táo ngoài vườn thì có một trái táo rơi xuống trúng đầu ông. Newton giật mình tự hỏi vì sau trái táo lại rơi xuống đất? Từ đó ông suy nghĩ ra lực hút của trái đất, suy rộng hơn là lực vạn vật hấp dẫn, cùng các lý thuyết khác về chuyển động.

Câu chuyện trên có ít nhiều hư cấu, tuy nhiên chắc chắn có những điều là sự thật. Chắc chắn sự kiện trên xảy ra trong thời gian ông đang cách ly để tránh bệnh dịch tại khu vườn ở Woolsthorpe Manor, trong khoảng 1665-1666. Phần sự thật còn lại ta có thể ghi theo lời kể của John Conduitt, sau này là người trợ lý của Newton: “… Khi đang trầm ngâm trong khu vườn nhà, một ý nghĩ đến với anh ấy rằng cái lực tương tự như trọng lực (là lực đã làm cho trái táo rơi từ trên cây xuống đất) không hề bị giới hạn ở một khoảng cách nhất định từ trái đất mà phải kéo dài ra xa hơn nhiều so với người ta thường nghĩ. Tại sao không xa như mặt trăng?”.

Newton kết luận rằng lực kéo quả táo xuống đất phải giống với lực kéo mặt trăng xuống trái đất. Hơn nữa, mặt trăng cũng có lực hút tương tự đối với trái đất, với mức độ nhỏ hơn. Điều này dẫn đến định luật vạn vật hấp dẫn mà mọi học sinh cấp 3 trở lên đều biết: lực đó tỷ lệ thuận với tích của khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

* Những thay đổi bất ngờ trong cuộc sống có thể mang đến điều tốt đẹp

Thực sự thì Newton chưa hoàn thành các tính toán của mình để giải quyết vấn đề vào thời điểm đó, nhưng đó là những khởi đầu để ông hoàn thiện chúng nhiều năm sau.

Trận dịch chết người kết thúc vào mùa Xuân năm 1666 và Newton quay lại Cambridge. Ông lấy bằng đại học ngay sau đó và được nhận làm giảng viên của trường năm 1670, sau khi hoàn thành luận văn thạc sĩ.

Có thể với tài năng thiên phú của Newton thì không cần phải có thời gian sống cách ly năm 1665-1666 ông vẫn có thể đưa ra những phát minh quan trọng của mình vào một thời điểm nào đó trong đời, nhưng chắc chắn thời gian sống cách ly này là một chất xúc tác mãnh liệt khiến những phát minh ấy đến sớm hơn và gần như đồng thời. Điều này đã khiến các nhà nghiên cứu lịch sử khoa học gọi thời điểm 1665-1666 là  annus mirabilis - “năm kỳ diệu”.

Phạm Hoài Nhân