Vũ trụ theo bách khoa toàn thư

Trước người Hy Lạp: người Babylon, người Ai Cập và người Trung Quốc quan sát bầu trời và hiểu được sự chuyển động của các hành tinh và tiên đoán được các hiện tượng thiên thực (như: nhật thực, nguyệt thực...) Thế nhưng hệ thống vũ trụ của họ còn ngây thơ và đầy rẫy những yếu tố thần thoại. Người Babylon coi vũ trụ có hình vòm, Trái đất trôi nổi trên đại dương, còn người Ai Cập cho rằng sông Nile là một nhánh của đại dương, và Mặt trời cũng trôi nổi trên đại dương như một con thuyền...

Hệ thống địa tâm của người Hy Lạp coi Trái đất là trung tâm của vũ trụ: Theo Anaximander (610- 547 trước C.N), Trái đất có hình một cái đĩa (chỉ có một mặt đĩa là có người sống) và dường như treo lơ lửng trong không gian và cách đều với mọi điểm của bầu trời. Quay quanh Trái đất có 3 bánh xe lớn cách Trái đất tương ứng là 9, 18, 27 lần đường kính của Trái đất, có độ nghiêng khác nhau so với trục Trái Đất, mỗi vòng bánh xe có bề dày bằng đường kính của Trái đất gọi là bánh xe hoàng đới (những vì sao cố định), bánh xe Mặt trăng và bánh xe Mặt trời.


Những người theo thuyết Pitago (TK thứ 5 trước CN) thì cho rằng Trái đất có dạng hình cầu cũng như bầu trời và quay xung quanh mình hết một ngày. Ngoài ra còn có 7 quả cầu đồng tâm khác quay xung quanh các trục giữa đi qua tâm của Trái đất nhưng theo độ nghiêng khác nhau (khái niệm về độ xiên của hoàng đạo được Enopide de Chio phát hiện năm 430 trước CN). 7 quả cầu này cách Trái đất theo thứ tự từ gần đến xa, thứ nhất là Mặt trăng sau đó đến sao Thủy, sao Kim, rồi đến Mặt trời, sao Hỏa, xa hơn nữa là sao Mộc và xa nhất là sao Thổ.

Hệ thống của Aristarque: (Aristarque de Samos, 310 - 230 trước CN). 17 thế kỷ trước Copernicus, ông cho rằng Trái đất quay xung quanh mình và quay xung quanh Mặt trời và Mặt trời được coi là đứng yên trong vũ trụ. Ông cũng tính được khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trăng và từ Trái đất đến Mặt trời (với sai số khá lớn). Tuy nhiên, những ý kiến của ông bị bác bỏ vì được xem là "không thuần khiết".

Hệ thống Ptoleme ( Claudius Ptolemaeus, người Hy Lạp, 90 - 168 sau CN). Hệ thống hoá các quan niệm địa tâm trước đây của Aristarque: Hình tròn (hình được xem là hoàn hảo và thần thánh) là nền tảng của Vũ trụ. Trái đất là một quả cầu, xung quanh nó có một chuỗi các hình cầu pha lê (tinh cầu) đồng tâm; hình cầu ngoài cùng chứa các vì sao. Tất cả các hình cầu này chuyển động với một vận tốc không đổi. Vì sự vận hành các hành tinh được quan sát trong thực tế không khớp với thuyết Ptoleme nên người ta đã đưa ra thuyết "ngoại luân", đó là những "vòng tròn phụ": mỗi hành tinh ngoài chuyển động quay trên mặt cầu hành tinh còn quay trên vòng tròn phụ có tâm nằm trên mặt cầu hình cầu hành tinh.

Hệ thống trung thế kỷ. Lấy lại hệ thống Ptoleme nhưng dần dần loại bỏ lý thuyết "ngoại luân".

Hệ thống Copernicus (Nicolaus Copernicus, người Ba Lan, 1473-1543). Mặt trời là trung tâm của hệ hành tinh: Trái đất quay xung quanh Mặt trời, trục quay của các hành tinh cũng là trục quay của Trái đất, Mặt trăng quay xung quanh Trái đất, Trái đất quay quanh mình nó (Copernicus có trích dẫn Aristarque trong bản thảo của mình nhưng trong bản in thì lại xóa bỏ trích dẫn đó).

Hệ thống Kepler (Johannes Kepler, người Đức, 1571 - 1630). Các hành tinh không quay quanh Trái đất; Trái đất là một hành tinh như các hành tinh khác. Quỹ đạo của chúng không phải là hình tròn mà là hình elip; các hành tinh không nằm trên những mặt phẳng song song và Mặt trời là trung tâm của các hành tinh chứ không phải là Trái đất.

Cơ học Galilei (Galileo Galilei, người Ý, 1564 - 1642). Mọi vật thể sinh ra đều chuyển động: chúng chuyển động thẳng đều (theo quán tính). Về mặt biểu kiến chúng chỉ được coi là đứng yên khi so với những vật thể khác có cùng vận tốc. Galilei là người ủng hộ tích cực học thuyết Copernicus và bị Tòa án giáo hội bỏ tù ngày 21/6/1633 và phải đọc bảy bài kinh sám hối một lần trong tuần và trong suốt ba năm liền. Mãi đến năm 1992 giáo hoàng Jean Paul II mới phục hồi danh dự cho ông.

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton (Isaac Newton, người Anh, 1642 - 1727) Newton đã liên hệ cơ học thiên thể của Galilei với sự rơi tự do của các vật. Nguyên nhân gây ra hai chuyển động này đều là lực hấp dẫn vũ trụ của vật thể này đối với vật thể khác.


Thuyết tương đối của Einstein (Albert Einstein, người Mỹ gốc Đức, 1879 - 1955). Khối lượng hấp dẫn, mà người ta tính theo hệ thống Newton, bằng với khối lượng quán tính của nó và lực hút hấp dẫn cũng được xếp vào các quán tính. Vũ trụ có bốn chiều, cong và hữu hạn. Sự hữu hạn của nó đã được lý thuyết giãn nở của vũ trụ xem xét lại vào năm 1982. Ngày nay người ta cho rằng công thức của Anhxtanh E = mc2 dựa trên 11 bằng chứng là:

1.Các vụ nổ bom nguyên tử chứng minh tính đúng đắn của thuyết "tương đối hẹp" và sự tương đương của khối lượng và năng lượng.

2.Khối lượng các hạt tăng theo gia tốc, E = mc2 (nếu E tăng thì m cũng tăng)

3.Thời gian sống dài hơn của hạt muy meson (vì chúng chỉ tồn tại 1 phần triệu giây và có vận tốc bằng vận tốc ánh sáng, nên lẽ ra nó chỉ chạy được một quãng đường là 300m, nhưng thực tế chúng lại có thể đi qua bề dày khí quyển vì chúng đi nhanh như là tín hiệu báo sự cáo chung của chúng).

4.Sự đến sớm của điểm cận nhật của sao Thủy: lẽ ra điểm này là cố định nhưng nó lại đến sớm 43 giây trong một thế kỷ. Sở dĩ như vậy là do lực hấp dẫn của Mặt trời làm biến dạng không-thời gian trong một vùng rộng lớn bao quanh sao Thuỷ.

5.Hiệu ứng Anhxtanh, một biến thể của hiệu ứng Doppler: ánh sáng dịch chuyển về phía đỏ ngay cả trong trường hợp nguồn sáng không chuyển động, khi ánh sáng đó đi qua một trường hấp dẫn mạnh (hệ quả của thuyết tương đối rộng).

6.Sự uốn cong của tín hiệu ánh sáng do các ngôi sao phát ra khi đi qua gần Mặt trời.

7.Các sóng radio bị trễ do tác động của lực hấp dẫn của Mặt trời (hiệu ứng Shapirô), giả thiết này được kiểm nghiệm bằng máy thăm dò Mariner 6, 7 và các máy thăm dò Hélio.

8.Khối lượng quán tính bằng khối lượng hấp dẫn: lý thuyết này đã được chứng minh bằng tính ổn định của Mặt trời đối với Trái đất. Sức hút của Mặt trời không bao giờ làm dao động trục quay của Trái đất.

9.Đem một chiếc đồng hồ đi vòng quanh Trái đất về phía Đông (trên máy bay ở độ cao 10.000 m) sẽ chậm hơn 329 phần tỷ giây so với đi vòng quanh Trái đất về phía Tây cũng bằng máy bay ở độ cao tương tự: Điều này chứng tỏ sức hút của Trái đất ảnh hưởng đến thời gian.

10.Hiệu ứng Mossbauer về hấp dẫn chứng minh sự đúng đắn của hiệu ứng tương đối tính về độ cao (bằng cách sử dụng tinh thể phát tia gamma).

11.Sự tồn tại các lỗ đen cho thấy độ cong của vũ trụ và vũ trụ không phải là vô hạn.