Lý thuyết đầu tiên về nguyên tử

Ngày nay, giới khoa học thường ghi nhận John Dalton – một nhà hóa học và vật lý người Anh – đã phát triển lý thuyết nguyên tử hiện đại vào đầu thế kỷ 19. Tuy nhiên, người đã đặt nền móng đầu tiên cho lý thuyết này cách đây 2.600 năm là nhà hiền triết và triết học Ấn Độ mang tên Acharya Kanad.

Kanad sinh ra tại Prabhas Kshetra (gần Dwaraka) thuộc bang Gujarat, Ấn Độ vào năm 600 trước Công nguyên. Tên thật của ông là Kashyap. Trong một lần Kashyap hành hương đến Prayag, ông đã nhìn thấy hàng nghìn người hành hương khác rải hoa và gạo trên đường phố sau khi cúng lễ tại đền thờ.

Sau khi nhìn thấy cảnh tượng này, Kashyap bắt đầu nhặt những hạt gạo rơi vãi trên mặt đất. Do cảm thấy quá ngạc nhiên, một đám đông đã tụ tập lại để xem người đàn ông lạ mặt thu thập những hạt ngũ cốc nhỏ bé trên đường phố.

Mọi người hỏi nhà hiền triết Ấn Độ: “Tại sao ông lại thu thập các hạt ngũ cốc mà ngay cả một người ăn xin cũng không thèm đụng đến?”. Ông trả lời với họ rằng bản thân từng hạt ngũ cốc có vẻ vô giá trị, nhưng tập hợp khoảng vài trăm hạt ngũ cốc tạo nên bữa ăn của một người, nhiều bữa ăn sẽ nuôi sống cả một gia đình, và cuối cùng toàn bộ nhân loại được tạo thành từ nhiều gia đình khác nhau. Vì vậy, ngay cả một hạt gạo cũng đóng vai trò quan trọng như tất cả những của cải có giá trị trên thế gian này.

Kể từ đó, mọi người bắt đầu gọi ông là Kanad, vì từ Kan trong tiếng Phạn có nghĩa là “hạt nhỏ nhất”. Kanad tiếp tục theo đuổi niềm đam mê với thế giới vô hình và hình thành ý tưởng về hạt nhỏ nhất. Ông bắt đầu viết ra những ý tưởng của mình và dạy chúng cho người khác. Vì vậy, mọi người bắt đầu gọi ông là Acharya (có nghĩa là “người thầy”), và điều này cũng giải thích cho tên gọi của ông Acharya Kanad, mang ý nghĩa “người thầy dạy về những hạt nhỏ bé”.

Trong một lần Kanad đi bộ với thức ăn cầm trên tay và cố gắng bẻ nó thành nhiều mảnh nhỏ hơn, ông nhận ra rằng mình không thể chia thức ăn thành bất kỳ phần nào nữa, bởi vì các mảnh thức ăn đã quá nhỏ. Vào thời điểm này, Kanad đã hình thành ý tưởng về một hạt không thể tiếp tục chia nhỏ. Ông gọi vật chất không thể phân chia đó là “Parmanu”, hay “anu” (nguyên tử).

Theo Kanad, con người không thể nhìn thấy nguyên tử bằng mắt thường hoặc cảm nhận nó thông qua các giác quan. Bằng cách nào đó, một Parmanu có thể kết hợp với một Parmanu khác để tạo thành một hạt “dwinuka” (phân tử đôi) có tính chất tương tự như hai Parmanu sinh ra nó.

“Mỗi vật thể đều do nguyên tử cấu tạo nên, và các nguyên tử kết hợp lại với nhau để tạo thành phân tử”, Kanad giải thích.

Kanad cho rằng chính sự kết hợp khác nhau của Parmanu đã tạo ra những loại chất riêng biệt. Ông cũng đề xuất một ý tưởng mang tính đột phá, đó là các nguyên tử có thể kết hợp theo nhiều cách để tạo ra những thay đổi hóa học khi có sự hiện diện của các yếu tố khác như nhiệt. Ông đưa ra ví dụ về sự hình thành của lớp nhọ nồi trên nồi đất và hiện tượng trái cây chín để minh họa cho sự biến đổi hóa học của các chất do nhiệt mang lại.

Lý thuyết của Kanad về nguyên tử mang tính trừu tượng và pha lẫn yếu tố triết học, bởi vì đó là một luận điểm suy đoán dựa trên logic chứ không dựa trên kinh nghiệm hay thực nghiệm cá nhân. Tuy nhiên, lý thuyết của ông là những lời giải thích đầy trí tưởng tượng về cấu trúc vật chất của thế giới.

“Mặc dù lý thuyết của Kanad thiếu cơ sở thực nghiệm, nhưng nó có thể lý giải các cấu trúc vật lý của thế giới bằng những ý tưởng rất sáng tạo, và đa số chúng phù hợp với khám phá của vật lý hiện đại”, AL Basham, một nhà Ấn Độ học nổi tiếng người Úc, cho biết.

Kanad đã thành lập trường phái triết học Vaishedhika (Darshan), nơi ông chia sẻ những ý tưởng của mình về nguyên tử và bản chất vũ trụ. Trường phái Vaishedhika cho rằng có bảy loại thuộc tính trong vũ trụ bao gồm: Dravyam (vật chất), Guna (phẩm chất), Karma (hành động), Samanya (các loài sinh vật nói chung), Vishesha (đặc điểm độc nhất), Samavaya (đặc điểm nội tại) và Abhava (không tồn tại).

Trong đó, Dravyam (vật chất) được chia thành chín thành phần nhỏ hơn bao gồm: Prithvi (Trái đất), Jala (nước), Teja (ánh sáng), Vaayu (khí), Aakaasa (Ether), Dika (phương hướng/chiều không gian), Kaala (thời gian) , Maanas (tâm trí) và Atma (linh hồn).

Kanad cũng viết một cuốn sách có tựa đề “Vaisheshik Darshan” và trình bày tất cả các nghiên cứu mới ở trong đó. Với những thành tựu này, ông còn được mệnh danh là “cha đẻ của thuyết nguyên tử”.

Ở phương Tây, thuyết nguyên tử xuất hiện vào thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên cùng với các học giả người Hy Lạp cổ đại như Leucippus và Democritus, mặc dù triết lý của họ thường không được coi là mang tính “khoa học”. Liệu thuyết nguyên tử cổ đại của Ấn Độ có ảnh hưởng đến lý thuyết nguyên tử trong văn hóa Hy Lạp hay không, hoặc ngược lại, vẫn đang là một vấn đề gây tranh cãi cho đến ngày nay. Chúng ta cũng không thể loại trừ khả năng cả hai nền văn hóa đã phát triển chúng một cách độc lập.

John Dalton (1766-1844) là người xây dựng lý thuyết khoa học đầu tiên về nguyên tử dựa trên bằng chứng thực nghiệm. Trong khi các khái niệm mà ông sử dụng để tạo ra lý thuyết của mình đều dựa trên công trình của các nhà khoa học khác, ông đã kết hợp chúng thành một lý thuyết có thể đo lường và kiểm tra được.

Theo định luật bảo toàn khối lượng và định luật tỷ lệ các chất trong phản ứng hóa học, Dalton xây dựng lý thuyết của mình dựa trên năm giả thuyết: (1) tất cả vật chất đều được tạo thành từ nguyên tử; (2) các nguyên tử của cùng một nguyên tố sẽ có cùng một cấu trúc và tính chất; (3) nguyên tử không thể bị phân chia, không thể tự sinh ra hoặc mất đi; (4) nguyên tử của các nguyên tố khác nhau kết hợp với nhau để tạo ra hợp chất; (5) trong các phản ứng hoá học, nguyên tử có thể kết hợp, phân tách hoặc tái sắp xếp lại.

Lý thuyết của Dalton là cơ sở để xây dựng các lý thuyết khác về nguyên tử sau này.