Chuyến thực địa tệ hại nhất của Học viện Khoa học Hoàng gia Pháp là cuộc thám hiểm Peru vào năm 1735. Dẫn đầu đoàn là nhà thủy văn Pierre Bouguer và một người lính, cũng là một nhà toán học, Charles Marie de La Condamine; đó là một nhóm các nhà khoa học và các nhà thám hiểm tới Peru với mục đích lập lưới tam giác các khoảng cách xuyên dãy Andes.

Tại thời điểm đó, mọi người đã bị thôi thúc bởi mong muốn mạnh mẽ về việc tìm hiểu Trái Đất – xác định độ tuổi, trọng lượng, để xem nó được treo vào đâu trong vũ trụ và đã hình thành ra sao. Mục đích của nhóm người Pháp này là giúp trả lời câu hỏi về chu vi của hành tinh bằng việc đo chiều dài của một độ kinh tuyến (hay 1/360 độ dài của khoảng cách vòng quanh Trái Đất) dọc theo một đường kéo dài từ Yarouqui, một nơi gần Quito, tới ngay gần Cuenca, ngày nay là Ecuador, tức là khoảng 320km.1

1. Lập lưới tam giác là một kỹ thuật thông dụng dựa trên nguyên tắc hình học: nếu bạn biết độ dài một cạnh và độ lớn của hai góc, bạn có thể biết được độ dài của các cạnh còn lại mà không cần rời khỏi ghế. Giả sử tôi và bạn muốn biết khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trăng. Sử dụng phương pháp này, việc đầu tiên chúng ta phải làm là tạo ra một khoảng cách nhất định giữa chúng ta; hãy giả sử bạn ở lại Paris còn tôi tới Moscow và chúng ta nhìn lên Mặt Trăng cùng lúc. Bây giờ bạn hãy tưởng tượng nối ba điểm này lại – tôi, bạn và Mặt Trăng – ta sẽ có một tam giác. Hãy đo khoảng cách giữa tôi, bạn và độ lớn của các góc nơi chúng ta đang đứng, thì các cạnh còn lại có thể tính dễ dàng (bởi tổng các góc bên trong của một tam giác luôn bằng 180 độ, nếu biết tổng của hai góc, thì lập tức, bạn có thể tính được góc thứ ba; và việc biết hình dáng chính xác của một tam giác và độ dài của một cạnh sẽ cho bạn biết độ dài của các cạnh còn lại). Đây thực chất là phương pháp đã được một nhà thiên văn học người Hy Lạp sử dụng. Hipparchus người xứ Nicaea, từ năm 150 TCN đã tính toán được khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trăng. Trên mặt đất, các nguyên tắc của phương pháp lập lưới tam giác vẫn như vậy, ngoại trừ việc các tam giác không vươn tới vũ trụ mà được đặt trên một tấm bản đồ. Để đo một độ kinh tuyến, các nhà nghiên cứu sẽ lập ra một chuỗi các tam giác xếp ngang trên mặt đất.

Gần như lập tức, mọi thứ bắt đầu sai hướng. Tại Quito, các vị khách đã chọc giận những người dân địa phương và bị đuổi khỏi nơi này bởi một đám đông được vũ trang bằng đá. Ngay sau đó, thầy thuốc của đoàn viễn thám bị sát hại do hiểu lầm về một phụ nữ. Nhà sinh vật học trở nên rối trí. Những người khác chết vì sốt hay ngã. Thành viên cao cấp thứ ba của đoàn, một người đàn ông tên là Jean Godin đã bỏ đi với một cô bé 13 tuổi và không bao giờ trở lại.

Có lúc đoàn đã phải dừng công việc trong 8 tháng khi La Condamine tới Lima để giải quyết vấn đề về giấy phép của họ. Cuối cùng, ông và Bouguer không tìm được tiếng nói chung và từ chối làm việc cùng nhau. Khi đoàn ngày càng ít người này đi qua bất cứ đâu, họ đều bị phía giới chức địa phương nghi ngờ, vì không ai tin rằng một nhóm các nhà khoa học người Pháp lại đi nửa vòng thế giới để đo đạc Trái Đất. Điều đó hoàn toàn phi lý. Hai thế kỷ rưỡi sau đó, mối hoài nghi này dường như vẫn có cơ sở. Tại sao người Pháp không đo đạc tại chính nước mình để tránh những sự phức tạp và vất vả mà họ gặp phải trong chuyến phiêu lưu tới Nam Mỹ?

Câu trả lời một phần nằm ở sự thật rằng các nhà khoa học thế kỷ XVIII, đặc biệt là người Pháp, ít khi làm những điều đơn giản nếu có sẵn một phương án thay thế với mức độ khó khăn đến mức ngớ ngẩn; phần còn lại của câu trả lời là về một vấn đề thực tiễn do một nhà thiên văn học người Anh là Edmond Halley đề ra nhiều năm trước khi Bouguer và La Condamine mơ tới việc đi Nam Mỹ, và ông có lý do để làm điều đó.

Halley là một nhân vật xuất chúng. Trong suốt sự nghiệp rất dài và nhiều thành quả của mình, ông từng là một thuyền trưởng, một chuyên gia bản đồ, một giáo sư hình học tại đại học, cấp phó phụ trách xưởng đúc tiền Hoàng gia, một nhà thiên văn học hoàng gia và là người phát minh ra chuông lặn biển. Ông có những tác phẩm đầy quyền uy về từ học, thủy triều, sự vận hành của các hành tinh và cả về ảnh hưởng của thuốc phiện. Ông sáng chế ra bản đồ thời tiết và bảng tính độ rủi ro, cũng chính ông đề xuất phương pháp xác định tuổi Trái Đất và khoảng cách tới Mặt Trời, thậm chí ônng còn nghĩ ra một cách thức rất thực tế để giữ cá luôn tươi ngon dù trái mùa. Thứ duy nhất ông không phát hiện ra là ngôi sao chổi mang tên mình. Ông chỉ đơn giản nhận ra sao chổi ông nhìn thấy vào năm 1682 cũng chính là ngôi sao chổi đã xuất hiện vào các năm 1456, 1531 và 1607. Mãi đến năm 1758, nó mang tên sao chổi Halley, khoảng 16 năm sau khi ông qua đời.

Tuy nhiên, trong số những thành tựu này, đóng góp lớn nhất của Halley vào kho tri thức của nhân loại có lẽ là việc tham gia một cuộc đánh cược khoa học khiêm tốn với hai nhân vật khả kính cùng thời: Robert Hooke, mà ngày nay ông được nhớ đến nhất như là người đầu tiên mô tả cấu tạo của tế bào, và Ngài Christopher Wren vĩ đại, oai vệ, trước hết là một nhà thiên văn học và kế đến mới là một kiến trúc sư, dù điều đó hiện nay ít được biết đến. Năm 1683, Halley, Hooke và Wren đang ăn tối ở London khi cuộc trò chuyện chuyển sang đề tài về sự vận động của các thiên thể. Người ta đã biết rằng các hành tinh có xu hướng chuyển động theo một quỹ đạo hình ôvan đặc thù được biết với tên gọi là hình elip – “một đường cong rất chính xác và chi tiết,” dẫn lời của Richard Feynman – nhưng không ai hiểu được nguyên nhân. Wren đã hào phóng đề xuất một giải thưởng trị giá 40 si-linh1 (tương đương với tiền công của hai tuần làm việc) cho bất cứ ai trong số họ tìm ra được lời giải.

1. Đơn vị tiền Anh cổ.

Hooke, vốn nổi tiếng hay cướp công những ý tưởng có thể không phải của mình, tuyên bố rằng mình đã giải quyết được vấn đề nhưng từ chối chia sẻ nó với lí do hết sức sáng tạo và thú vị là điều đó sẽ khiến những người khác mất đi niềm hào hứng đi tìm câu trả lời cho chính họ. Ông sẽ “giấu kín nó một thời gian đủ để những người khác có thể tìm ra đáp án.” Không có bằng chứng nào cho thấy ông suy nghĩ gì thêm về vấn đề này. Tuy nhiên, Halley lại bỏ ra rất nhiều công sức đi tìm câu trả lời, đến mức năm sau đó ông đã tới tận Cambridge và mạnh dạn liên hệ với giáo sư toán học Lucasian, Isaac Newton, với hy vọng được hỗ trợ.

Newton đúng là một nhân vật kì lạ – thông minh tuyệt đỉnh nhưng đơn độc, dễ nổi cáu đến mức hoang tưởng, nổi tiếng đãng trí (ngay khi thò chân khỏi giường mỗi sáng, có lúc ông ngồi bất động hàng giờ để đuổi theo những dòng suy nghĩ đột nhiên xuất hiện trong đầu), và có thể làm được những điều kì lạ mê hoặc nhất. Ông tự xây dựng phòng thí nghiệm cho mình, đầu tiên là ở Cambridge, và sau đó đã tiến hành các thử nghiệm dị thường nhất. Có lần ông đã dùng một cây trâm – một loại kim dài dùng để may da – và xoay nó trong hốc mắt, phần “giữa mắt tôi và phần xương gần với đáy mắt nhất” chỉ để xem điều gì sẽ xảy ra. Điều kỳ diệu chính là không có gì xảy ra cả. Một lần khác, ông đã nhìn vào Mặt Trời lâu nhất có thể nhằm xác định tác động của nó với thị lực. Một lần nữa, ông tránh được tổn hại lâu dài, dù phải mất vài ngày để đôi mắt trở lại bình thường.

Trên hết, những niềm tin kỳ lạ và những nét tính cách kỳ quặc này lại thuộc về trí tuệ của một thiên tài siêu việt – ngay cả khi làm việc theo các phương thức thông thường, ông cũng có xu hướng trở nên đặc biệt. Khi còn là sinh viên, do thất vọng trước giới hạn của toán học truyền thống, ông đã sáng tạo ra một hình thức mới cho riêng mình, đó là toán cao cấp, nhưng không nói với ai về điều này trong suốt 27 năm. Tương tự, những nghiên cứu của ông trong lĩnh vực quang học đã đặt nền móng cho khoa học quang phổ, và ông cũng không công bố kết quả trong ba thập kỷ.

Với tất cả sự thông tuệ của mình, khoa học theo đúng nghĩa của nó chỉ là một phần trong những đam mê của ông. Ít nhất một nửa cuộc đời làm việc của ông là dành cho giả kim thuật và các đam mê tôn giáo bất thường. Đây không chỉ là sự học đòi mà là niềm đam mê thật sự của Newton. Ông tham gia một dị giáo được gọi là dòng tu Arian, giáo lý chính của họ là Đức tin không có Thiên Chúa Ba Ngôi (hơi mỉa mai, bởi tên trường nơi Newton làm việc tại Đại học Cambridge mang đúng tên này – Trinity). Ông dành rất nhiều thời gian nghiên cứu về Đền thờ Vua Solomon ở Jerusalem (trong quá trình này ông đã tự học tiếng Hebrew, bởi tốt hơn là nên đọc các văn bản gốc) với niềm tin rằng nó lưu giữ những tư liệu toán học về thời điểm Chúa xuất hiện lần thứ hai và về ngày tận thế. Ông tham gia giới giả kim thuật rất nhiệt thành. Năm 1936, nhà kinh tế học John Maynard Keynes đã mua được một chiếc rương đựng các tài liệu của Newton trong một cuộc đấu giá, và kinh ngạc phát hiện rằng chúng không chỉ chứa đầy các nghiên cứu quang học và sự vận động của các hành tinh, mà còn có cả những nỗ lực đơn độc nhằm biến kim loại cơ bản thành quý kim. Khi phân tích một sợi tóc của Newton vào thập kỷ 1970, người ta tìm thấy thủy ngân – một nguyên tố thú vị đối với các nhà giả kim thuật – với nồng độ cao gấp 40 lần mức bình thường. Có lẽ đó là nguyên nhân khiến ông quên mất phải thức dậy vào buổi sáng.

Điều Halley mong nhận được từ Newton khi thực hiện chuyến viếng thăm bất ngờ vào tháng Tám năm 1684 thì chúng ta chỉ có thể suy đoán. Nhưng qua lời thuật lại sau này của Abraham DeMoivre, một người bạn thân của Newton, chúng ta có thể hình dung lại một trong những cuộc gặp mang tính lịch sử này:

Năm 1684, tiến sĩ Halley tới thăm Cambridge [và] sau khi họ gặp nhau ít phút, tiến sĩ đã hỏi ông rằng ông nghĩ đường cong do các hành tinh tạo ra sẽ như thế nào nếu lực hấp dẫn về phía Mặt Trời tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách tới chúng.

Điều này có liên quan một chút tới toán học và được gọi là quy luật bình phương nghịch đảo mà Halley tin là trọng tâm của cách lý giải, dù ông không dám chắc chắc.

Ngài Isaac đáp ngay lập tức rằng đó là một hình [e–líp]. Ông tiến sĩ, quá choáng váng vì vui sướng và kinh ngạc, đã hỏi ông tại sao Ngài biết điều đó. “Tại sao ư,” Ngài nói, “Tôi đã tính toán ra,” và thế là tiến sĩ Halley đã hỏi Ngài về phép tính toán không chút chần chừ. Ngài Issac tìm kiếm trong đám giấy tờ nhưng không tìm ra nó.

Thật đáng kinh ngạc – như thể ai đó nói rằng anh ta đã tìm ra cách chữa bệnh ung thư nhưng không nhớ mình để phương thuốc ở đâu. Do Halley thúc hối, Newton đồng ý sẽ làm lại các phép tính và viết thành một tài liệu. Ông đã giữ đúng lời hứa, thậm chí là hơn thế. Ông dành hai năm miệt mài suy nghĩ và tốc ký, để cuối cùng cho ra đời kiệt tác Philosophiae Naturalis Principia Mathematica [tạm dịch: Nguyên tắc Toán học trong Vạn vật học], thường được biết đến với cái tên Nguyên tắc Toán học.

Đôi lần trong lịch sử, trí óc con người có thể đưa ra những quan sát sắc bén và bất ngờ đến mức người ta không biết điều gì tuyệt vời hơn – sự vật, hiện tượng hay bản thân tư duy về chúng. Sự xuất hiện của cuốn Nguyên tắc Toán học là một trong những khoảnh khắc như thế. Nó khiến Newton lập tức trở nên nổi tiếng. Suốt phần đời còn lại, ông được trọng thị và sống trong vinh quang, trở thành người đầu tiên trong số nhiều người Anh được phong tước hiệp sĩ nhờ những đóng góp về mặt khoa học của mình. Ngay cả nhà toán học vĩ đại người Đức Gottfried von Leibniz, người đã tranh cãi dai dẳng và gay gắt với Newton về việc ai tìm ra phép tính trước, cũng phải thừa nhận rằng đóng góp của ông cho toán học bằng mọi thành tựu trước đó trong lĩnh vực này cộng lại. “Không kẻ phàm nào có thể đến gần thánh thần hơn thế,” câu nói đầy xúc cảm này của Halley đã được vô số người cùng thời và hậu thế nhắc lại khi nói về Newton.

Dù Nguyên tắc Toán học được xem là “một trong những cuốn sách khó hiểu nhất từng được viết ra” (Newton chủ ý khiến nó vô cùng khó hiểu để tránh bị quấy rầy bởi những ai có hiểu biết “nông cạn về toán học”, như cách mà ông gọi họ), nó thật sự là biển chỉ đường đối với những ai theo sau nó. Cuốn sách không chỉ lấy toán học để giải thích cho quỹ đạo của các thiên thể, mà còn xác định loại lực khiến chúng di chuyển như vậy – trọng lực. Bỗng nhiên, mọi chuyển động trong vũ trụ đều trở nên có ý nghĩa.

Trung tâm của Nguyên tắc Toán học là ba định luật Newton về chuyển động (các định luật này phát biểu rằng một vật sẽ chuyển động theo hướng mà nó bị đẩy; nó sẽ tiếp tục chuyển động theo đường thẳng cho đến khi bị một lực tác động làm chậm lại hoặc chuyển hướng; và mọi lực đều có một phản lực cùng độ lớn nhưng ngược chiều) cùng định luật vạn vật hấp dẫn. Định luật này phát biểu rằng mọi vật thể trong vũ trụ đều hút mọi vật khác. Có vẻ không phải như thế, nhưng khi ngồi đây, bạn đang kéo mọi thứ xung quanh bạn – tường nhà, trần nhà, bóng đèn, con mèo cưng – về phía bạn bằng trường hấp dẫn nhỏ (thật sự rất nhỏ) của chính bạn. Các vật cũng đang kéo bạn. Chính Newton là người nhận ra rằng sức hút của hai vật bất kỳ, xin trích lời của Feynman một lần nữa, “tỷ lệ thuận với khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng”. Nói cách khác, nếu bạn tăng gấp đôi khoảng cách giữa hai vật thể, lực hấp dẫn giữa chúng sẽ giảm đi 4 lần. Điều này được thể hiện qua công thức:

Tất nhiên đây là một công thức mà đa số chúng ta không có khả năng áp dụng vào các vấn đề trong thực tế, nhưng chúng ta đánh giá cao nó bởi nó ngắn gọn đến mức trang nhã. Hai phép nhân và một phép chia ngắn gọn sẽ cho bạn biết được thế hấp dẫn của bạn dù bạn đi đâu. Đây thật sự là định luật phổ quát đầu tiên về tự nhiên do trí tuệ con người khám phá, vì thế ở đâu Newton cũng được đón nhận bằng sự kính trọng đặc biệt.

Sự ra đời của Nguyên tắc Toán học không phải không có kịch tính. Trước sự hãi hùng của Halley, ngay khi công trình đang gần hoàn thành, Newton và Hooke đã tranh cãi gay gắt về việc ai là tác giả của quy luật bình phương nghịch đảo, và Newton từ chối công bố phần thứ ba, trong khi nếu không có phần này, hai phần trước sẽ gần như vô nghĩa. Nhờ tài ngoại giao khéo léo và không tiếc lời tâng bốc, cuối cùng Halley cũng lấy được phần kết từ vị giáo sư tính khí thất thường này.

Khó khăn của Halley vẫn chưa dừng ở đó. Hội Hoàng gia trước đấy đã hứa xuất bản tác phẩm này thì nay lại trì hoãn, viện cớ tài chính. Trong năm trước, Hội đã đỡ đầu cho một thất bại tốn kém mang tên The History of Fishes [tạm dịch: Lịch sử các loại cá] và hoài nghi rằng thị trường của một cuốn sách về các nguyên tắc toán học thậm chí sẽ nghèo nàn hơn. Halley, vốn không giàu có gì, đã bỏ tiền túi ra để xuất bản cuốn sách. Newton, như thường lệ, không đóng góp gì. Tệ hơn nữa, Halley, khi này mới được nhận làm thư ký của Hội , được thông báo rằng Hội không thể trả cho ông khoản tiền lương 50 bảng Anh một năm như đã hứa hẹn. Thay vào đó, ông sẽ được trả bằng các bản in của cuốn Lịch sử các loại cá.

Các định luật của Newton giải thích rất nhiều điều – sự lên xuống của thủy triều, sự chuyển động của các hành tinh, tại sao đạn súng thần công lại có một quỹ đạo đặc biệt trước khi rơi trở lại mặt đất, tại sao chúng ta không bị hất văng vào vũ trụ khi mà hành tinh của chúng ta quay với vận tốc hàng trăm kilômét mỗi giờ1 – đến mức phải cần thời gian để người ta có thể thấm được hết các hàm ý của chúng. Tuy nhiên, có một tiết lộ gần như lập tức đã trở thành đề tài tranh luận.

1. Bạn quay nhanh thế nào tùy vào bạn đang đứng ở đâu. Vận tốc quay của Trái Đất dao động từ khoảng 1.600kmgiờ tại xích đạo cho tới 0 ở hai cực. Tại London, vận tốc này rơi vào khoảng 998kmgiờ.

Theo lý thuyết của Newton, lực ly tâm được tạo thành do Trái Đất quay sẽ tạo ra một chút phẳng nhẹ ở hai cực và một chút phồng ở xích đạo, từ đó khiến hành tinh có hình hơi dẹt. Điều này có nghĩa là độ dài của một độ kinh tuyến sẽ không giống nhau ở Ý và Scotland. Đặc biệt, độ dài này sẽ ngắn hơn nếu bạn đi xa các cực. Đây không phải tin tốt cho những ai (gần như tất cả mọi người) định đo đạc Trái Đất dựa trên giả định rằng nó là một hình cầu hoàn hảo.

Suốt một nửa thế kỷ, con người đã cố gắng tính toán kích cỡ của Trái Đất, hầu hết bằng cách tiến hành các phép đo đạc rất chính xác. Một trong những nỗ lực đầu tiên là của nhà toán học người Anh, Richard Norwood. Khi còn trẻ, Norwood đã tới Bermuda cùng một chiếc chuông lặn được làm theo thiết kế của Halley, với ý định đi tìm ngọc trai dưới đáy biển. Kế hoạch thất bại vì không hề có ngọc trai và hơn nữa cái chuông của Norwood cũng không hoạt động, nhưng Norwood không phải là người lãng phí một thí nghiệm. Vào đầu thế kỷ XVII, các thuyền trưởng đều cho rằng Bermuda là một nơi rất khó định vị. Vấn đề là đại dương rất lớn còn Bermuda lại nhỏ, và các công cụ hàng hải thì quá thiếu thốn để giải quyết sự chênh lệch này. Khi đó, thậm chí người ta còn chưa đồng thuận về chiều dài của một hải lý1. Với bề rộng của các đại dương, những sai sót nhỏ nhất trong tính toán sẽ bị phóng đại đến mức tàu thuyền thường đi chệch rất xa các mục tiêu có kích thước như Bermuda. Norwood vốn yêu môn lượng giác và các góc, đã quyết định đưa một chút chặt chẽ mang tính toán học vào hàng hải, và tới lúc đó, theo đó ông sẽ tính chiều dài của một độ kinh tuyến.

1. 1 hải lý = 1,852km

Khởi hành với lưng xoay về hướng Tháp London, Norwood đã bỏ ra nhiều năm để đi 208 dặm về phía Bắc hướng tới York, liên tục kéo và đo theo độ dài của sợi dây xích, đồng thời thận trọng điều chỉnh theo sự lồi lõm của mặt đất và sự uốn khúc của đường sá. Bước cuối cùng là đo góc mặt trời tại York đúng vào giờ đó trong ngày và đúng vào ngày đó trong năm so với thời điểm ông đã bắt đầu việc đo đạc tại London. Dựa trên các tính toán đó, ông lập luận rằng có thể xác định độ dài của một độ kinh tuyến của Trái Đất, và tính được độ dài tổng thể. Đó là một nhiệm vụ đầy tham vọng đến lố bịch, bởi một sai sót nhỏ cũng đủ khiến toàn bộ các phép tính sai số đến hàng dặm – nhưng thực tế, như Norwood tự hào tuyên bố, ông chính xác “tới từng mảnh gỗ vụn” – hoặc, nói chính xác hơn – độ sai số nằm trong khoảng 600yd1. Theo hệ mét, con số ông đưa ra là 110,72 km trên một kinh độ.

1. 1yard (1yd) hay 1 thước Anh = 0.914m

Vào năm 1637, tác phẩm kinh điển trong lĩnh vực hàng hải của Norwood, The Seaman’s Practice [tạm dịch: Công việc của người đi biển], được xuất bản và lập tức được đón nhận. Nó được tái bản 17 lần và tiếp tục ấn hành 25 năm sau khi ông qua đời. Trở lại Bermuda cùng với gia đình, Norwood dành thời gian cho việc làm vườn và tình yêu đầu đời – môn lượng giác. Ông sống ở đó 38 năm và sẽ thật tuyệt vời nếu ông đi qua mốc này trong hạnh phúc và những lời tán dương. Sự thật lại khác. Trong chuyến đi từ Anh, hai cậu con trai của ông được xếp vào cùng cabin với mục sư Nathaniel White, và không biết họ đã chọc tức thầy tu trẻ tuổi này đến mức khiến ông ta dùng cả phần sự nghiệp còn lại quấy rầy Norwood theo mọi cách nhỏ nhen có thể.

Hai con gái của Norwood khiến cha mình đau khổ thêm bằng những cuộc hôn nhân tồi tệ. Một trong hai chàng rể của ông, có lẽ do sự xúi giục của vị linh mục, liên tục cáo buộc Norwood những tội vặt vãnh trước tòa, khiến ông vô cùng bực mình và phải liên tục rời khỏi Bermuda để đi tự biện hộ. Cuối cùng, trong những năm 1650, các phiên tòa xét xử phù thủy xuất hiện ở Bermuda đã khiến Norwood phải trải qua những năm cuối đời nhọc nhằn đến nỗi các công trình của ông về lượng giác, với các ký hiệu phức tạp, bị xem là thông linh với ma quỷ, khiến ông bị hành hình vô cùng dã man. Không có gì trong số những điều người ta biết về Norwood cho thấy ông đáng phải chịu những năm tháng tàn tạ này.

Trong khi đó, động lực xác định chu vi Trái Đất đã lan sang Pháp. Tại đây, nhà thiên văn học Jean Picard đã đưa ra một phương thức lập tam giác phức tạp rất ấn tượng, theo đó ông sử dụng các góc phần tư, đồng hồ quả lắc, kính viễn vọng, vv.. (để quan sát chuyển động của các vệ tinh của sao Mộc). Sau hai năm đi vòng quanh và lập lưới tam giác đường đi của mình khắp nước Pháp, vào năm 1669, ông công bố một con số chính xác hơn: 110,46km cho mỗi kinh độ. Đây thật sự là một niềm tự hào lớn đối với người Pháp, nhưng nó được xác định dựa trên giả định rằng Trái Đất là một khối cầu hoàn hảo – điều mà giờ đây Newton đã bác bỏ.

Vấn đề càng phức tạp khi sau khi Picard mất, hai cha con Giovanni và Jacques Cassini đã thực hiện các thí nghiệm theo cách của Picard trên một phạm vi rộng hơn và kết luận rằng Trái Đất không phình ra ở xích đạo mà ở hai cực – nói cách khác, Newton đã hoàn toàn sai lầm. Đây chính là nguyên nhân khiến Viện Hàn lâm Khoa học phái Bouguer và La Condamine tới Nam Mỹ để tiến hành các phép đo đạc mới.

Họ chọn Andes vì họ cần đo đạc gần xích đạo, để xem xét liệu thật sự có sự khác biệt về tính chất của hình cầu tại đây hay không, và bởi họ cho rằng các dãy núi sẽ giúp họ có tầm nhìn tốt hơn. Trên thực tế, các dãy núi của Peru thường khuất sau mây, nên nhóm các nhà khoa học thường phải đợi hàng tuần để có được một giờ quan sát quang đãng. Trên hết, họ đã chọn một trong những địa hình gần như không thích hợp nhất trên Trái Đất. Người Peru gọi mảnh đất của mình là “nhiều tai ương” – và gần như đúng là như thế. Người Pháp không chỉ phải đo đạc một trong những dãy núi hiểm trở nhất trên thế giới – nơi mà chính những con la của họ cũng phải khuất phục – mà để đến được các ngọn núi, họ còn phải băng qua những con sông hung dữ, mở đường qua những khu rừng già và vượt qua hàng dặm sa mạc cao lởm chởm đá. Gần như tất cả những điểm này đều không có trên bản đồ và không nằm gần bất cứ nguồn cung cấp thực phẩm nào. Tuy nhiên, Bouguer và La Condamine là những người rất kiên trì, họ đã không bỏ nhiệm vụ trong 9 năm rưỡi đằng đẵng, ảm đạm và cháy nắng. Ngay trước khi kết thúc công việc, họ nhận được tin rằng một đội các nhà khoa học người Pháp khác đang tiến hành đo đạc ở phía bắc Scandinavia (đoàn này cũng phải đối mặt với những khó khăn riêng, từ đầm lầy cho tới băng trôi) và đã phát hiện rằng càng gần các cực, một độ thực tế lại càng dài, đúng như Newton đã dự báo. Trái Đất sẽ đẫy đà hơn tới 43km khi đo quanh xích đạo so với khi đo từ đỉnh tới đáy vòng quanh các cực.

Điều đó có nghĩa là Bouguer và La Condamine đã dành gần trọn một thập kỷ để tìm kiếm một kết quả họ không hề mong muốn. Cuối cùng, họ nhận ra rằng thậm chí họ không phải là những người đầu tiên phát hiện ra điều đó. Trong trạng thái bơ phờ, họ kết thúc cuộc nghiên cứu và xác nhận rằng đội Pháp đầu tiên đã đúng. Sau đó, họ trở lại bờ biển trong im lặng và lên tàu về nhà.

Một kết luận khác của Newton trong Nguyên tắc Toán học là sợi dây dọi treo gần một ngọn núi sẽ có xu hướng nghiêng rất nhẹ về phía ngọn núi do chịu sức hút của lực hấp dẫn gây ra bởi khối lượng của ngọn núi cũng như của Trái Đất. Điều này mang ý nghĩa rất lớn, hơn là một sự thật gây tò mò. Vì nếu đo được chính xác độ lệch và tính được khối lượng của ngọn núi, thì bạn có thể tính hằng số hấp dẫn – nghĩa là giá trị cơ bản của trọng lực, ký hiệu là G – và cùng với nó là khối lượng của Trái Đất.

Bouguer và La Condamine thử nghiệm điều này với ngọn núi Chimborazo ở Peru, nhưng đã thất bại bởi những khó khăn kỹ thuật và bởi sự cãi vã của chính họ, và vì thế ý tưởng này lại bị lãng quên trong khoảng 30 năm cho đến khi được nhà thiên văn học Hoàng gia Anh, Nevil Maskelyne, khơi lại. Trong cuốn sách nổi tiếng của Dava Sobel, Longitude [tạm dịch: Kinh độ], Maskelyne được mô tả như một nhân vật phản diện ngốc nghếch vì đã không nhận ra sự thông minh của người thợ làm đồng hồ John Harrison. Có thể đúng là vậy, song chúng ta đều hàm ơn ông theo những cách khác không được nhắc đến trong cuốn sách này, nhất là vì ông đã vạch ra một kế hoạch thành công nhằm xác định khối lượng của Trái Đất.

Maskelyne nhận ra mấu chốt của vấn đề nằm ở chỗ phải tìm cho được một ngọn núi có hình dáng đủ thông thường để xác định khối lượng của nó. Do sự hối thúc của ông, Hội Hoàng gia đã đồng ý cử một nhân vật đủ tin cậy đi khảo sát các đảo của Anh để xem liệu có thể tìm thấy một ngọn núi như vậy hay không. Maskelyne biết ngay nên chọn ai – đó là nhà thiên văn học và nhà khảo sát Charles Mason. Maskelyne và Mason đã là bạn bè 11 năm trước đó, khi cùng nhau tham gia dự án đo đạc một sự kiện thiên văn có ý nghĩa vô cùng quan trọng: sao Kim đi ngang qua Mặt Trời. Chính Edmond Halley, người không biết mệt mỏi là gì, đã đề xuất từ nhiều năm trước rằng nếu đo được những lần đi ngang qua như vậy từ những điểm được lựa chọn trên Trái Đất, bạn có thể sử dụng nguyên tắc lập lưới tam giác để tính khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trời, từ đó hiệu chỉnh và tính ra khoảng cách tới mọi thiên thể khác trong hệ Mặt Trời.

Không may là, những lần xuất hiện như vậy của sao Kim, như chúng ta đều biết, lại không theo quy luật. Trong 8 năm chúng xuất hiện hai lần, sau đó vắng mặt suốt một thế kỷ hoặc hơn, và không xuất hiện lần nào trong thời của Halley.1 Song, đó là vấn đề nổi cộm, và khi lần tiếp theo sao Kim đi qua Mặt Trời vào năm 1761, gần hai thập kỷ sau khi Halley qua đời, giới khoa học đã sẵn sàng – thực chất là sẵn sàng hơn nhiều so với việc họ chuẩn bị cho bất kỳ sự kiện thiên văn nào trước đó.

1. Lần tiếp theo Sao Kim đi ngang qua Mặt Trời là ngày 8 tháng Sáu năm 2004, và lần nữa vào năm 2012. Không có lần nào xảy ra trong suốt thế kỷ XX.

Với bản năng chịu thử thách đã được trui rèn theo tuổi tác, các nhà khoa học đã đặt hơn 100 điểm quan sát trên toàn cầu – ở Siberia, Trung Quốc, Nam Phi, Indonesia và cả trong khu rừng Wisconsin, cùng nhiều nơi khác. Pháp đã gửi đi 32 nhà quan sát, Anh góp thêm 18, những người còn lại đến từ Thụy Điển, Nga, Ý, Đức, Ireland và một số nước khác.

Đây là lần đầu tiên hợp tác quốc tế về khoa học và họ gặp vấn đề gần như ở khắp nơi. Nhiều nhà quan sát đã gặp phải chiến tranh, bệnh tật hoặc đắm tàu. Những người khác tới đích, nhưng khi mở thùng dụng cụ ra, họ thấy chúng đã vỡ nát hoặc bị biến dạng do cái nóng của vùng nhiệt đới. Một lần nữa, dường như định mệnh của nước Pháp là cung cấp những phái viên kém may mắn nhất. Jean Chappe đã mất vài tháng để tới Siberia bằng xe ngựa, thuyền và xe chó kéo, với nỗ lực bảo quản các công cụ vô cùng dễ hỏng của mình qua tất cả những ổ gà nguy hiểm, chỉ để cuối cùng thấy rằng đoạn đường sống còn đã bị chặn do các con sông đang dâng nước sau những cơn mưa xuân nặng hạt bất thường, và người dân địa phương đã lập tức đổ lỗi cho ông sau khi thấy ông hướng những dụng cụ lạ lên trời. Chappe đã thoát chết nhưng không thực hiện được phép đo hữu dụng nào.

Kém may mắn hơn nữa là Guillaume le Gentil. Những trải nghiệm của ông đã được Timothy Ferris ghi lại trong cuốn Coming of Age in the Milky Way [tạm dịch: Tiến tới thời đại của Dải Ngân hà]. Le Gentil đã khởi hành từ Pháp một năm trước thời gian xảy ra hiện tượng để quan sát nó từ Ấn Độ, nhưng nhiều sự cố xảy ra đã khiến ông vẫn lênh đênh trên biển vào ngày trọng đại đó – một vị trí tệ nhất vì một phép đo đạc chính xác gần như không thể thực hiện trên một con tàu lắc lư.

Không nản lòng, Le Gentil tiếp tục đến Ấn Độ và đợi tới tận năm 1769. Sau 8 năm chuẩn bị, ông dựng lên một đài quan sát hạng nhất, kiểm tra kỹ lưỡng các công cụ của mình và có mọi thứ trong trạng thái sẵn sàng. Vào buổi sáng diễn ra lần tiếp theo sao Kim đi qua đi ngang qua Mặt trời, ngày 4 tháng Sáu năm 1769, ông thức dậy thấy trời vẫn đẹp; nhưng ngay khi khoảnh khắc đó diễn ra, một đám mây đã che khuất mặt trời và ở đó gần như trong toàn bộ thời gian diễn ra hiện tượng: 3 giờ, 14 phút và 7 giây.

Le Gentil kìm nén và thu dọn dụng cụ của mình để khởi hành từ cảng gần nhất, nhưng trên đường ông bị bệnh lỵ và phải nằm lại gần một năm. Dù còn rất yếu, nhưng cuối cùng ông vẫn quyết định lên tàu. Con tàu đã gần như bị đắm sau một cơn bão gần bờ biển châu Phi. Cuối cùng, ông cũng về tới nhà sau 11 năm rưỡi tính từ thời điểm xuất phát mà không thu được bất cứ thành quả nào, đồng thời biết được người thân đã tuyên bố rằng mình đã chết, và tranh nhau tài sản.

So với họ, nỗi thất vọng mà 18 nhà quan sát người Anh ở rải rác khắp nơi phải trải qua thật không đáng là bao. Mason đã hợp tác với một nhà khảo sát trẻ là Jeremiah Dixon và cùng làm việc rất ăn ý, sau này họ còn hợp tác rất lâu dài. Họ nhận được chỉ thị đi tới Sumatra để vẽ lại hiện tượng sao Kim đi ngang qua Mặt Trời, nhưng chỉ sau một đêm trên biển, một tàu khu trục của Pháp đã tấn công họ (Dù các nhà khoa học ở vào tư thế sẵn sàng hợp tác quốc tế nhưng các quốc gia thì không). Mason và Dixon đã gửi một thông điệp tới Hội Hoàng gia nhấn mạnh rằng những gì xảy ra trên biển cả là cực kỳ nguy hiểm, và bày tỏ băn khoăn liệu chuyến đi có thể ngừng lại được hay không. Đáp lại lời thỉnh cầu của họ là một lời quở trách rất nhanh chóng và lạnh lùng, nhắc lại rằng họ đã được trả tiền và rằng đất nước cùng cộng đồng khoa học đang trông cậy vào họ, cho nên nếu họ không tiếp tục hành trình thì uy tín của họ sẽ mất đi và không bao giờ phục hồi được. Sau khi được uốn nắn, họ lại giương buồm, nhưng trên đường đi, họ được cho hay Sumatra đã rơi vào tay Pháp, vì thế họ đành phải quan sát hiện tượng này lửng lơ từ Mũi Hảo Vọng. Trên đường về, họ dừng lại ở lãnh thổ hải ngoại đơn độc của nước Anh, đảo St Helena, nơi họ gặp Maskelyne, và được biết việc quan sát của ông đã bị mây cản trở. Mason và Maskelyne đã trở thành bạn thân từ đó, họ còn dành vài tuần vui vẻ để vẽ lại sơ đồ các dòng thủy triều, dù rằng việc đó không mấy hữu dụng.

Ngay sau đó, Maskelyne về Anh và trở thành một nhà thiên văn học Hoàng gia, còn Mason và Dixon – lúc này chắc chắn đã dày dạn kinh nghiệm hơn – bắt đầu một hành trình 4 năm dài và nguy hiểm, mở đường qua 244 dặm của nước Mỹ hoang dã để giải quyết tranh chấp lãnh thổ giữa William Penn và lãnh chúa Baltimore về các thuộc địa của họ, lần lượt là Pennsylvania và Maryland. Kết quả là đường Mason-Dixon nổi tiếng đã ra đời, mà sau này giữ một vị trí vô cùng quan trọng giữa các bang nô lệ và các bang tự do. (Mặc dù đây là nhiệm vụ chính nhưng họ đồng thời cũng đóng góp một số khảo sát về thiên văn, trong đó có việc đo đạc một độ kinh tuyến chính xác nhất trong thế kỷ đó – một thành tựu đã mang lại cho họ nhiều tiếng tăm ở nước Anh hơn là việc giải quyết tranh chấp lãnh thổ giữa các nhà quý tộc hư hỏng.)

Khi trở lại châu Âu, Maskelyne và các cộng sự của mình ở Đức và Pháp đã phải đối mặt với kết luận rằng kết quả đo đạc về lần sao Kim đi ngang Mặt Trời năm 1761 về cơ bản là một thất bại. Trớ trêu thay, một trong những nguyên nhân lại là vì có quá nhiều quan sát, vì thế khi được đặt cạnh nhau, chúng thường mâu thuẫn và rất khó có thể thống nhất. Người vẽ lại thành công hiện tượng này lại là một thuyền trưởng ít tiếng tăm người Yorkshire tên là James Cook, người đã quan sát hiện tượng đi ngang qua này vào năm 1769 từ một đỉnh đồi đầy nắng ở Tahiti, sau đó tiếp tục vẽ bản đồ và tuyên bố Úc thuộc chủ quyền của vương quốc Anh. Ông trở về và cung cấp đủ thông tin cho nhà thiên văn học người Pháp, Joseph Lalande để tính được rằng khoảng cách trung bình từ Trái Đất tới Mặt Trời là khoảng 150 triệu km. (Hai lần khác sao Kim đi ngang qua Mặt Trời vào thế kỷ XIX cho phép các nhà thiên văn học tính được con số 149,59 triệu km và con số này được giữ nguyên từ đó. Ngày nay, chúng ta đã biết được con số chính xác là 149,597870691 triệu km). Cuối cùng, Trái Đất cũng có vị trí trong vũ trụ.

* * *

Về phần Mason và Dixon, họ trở lại nước Anh như những anh hùng khoa học và, vì những lý do chưa rõ, họ không hợp tác nữa. So với tần suất xuất hiện của họ trong các sự kiện khoa học vào thế kỷ XVIII, những gì chúng ta biết được về họ quá ít ỏi. Không có bức chân dung nào và rất ít tác phẩm viết để lại. Về Dixon, Từ điển Danh nhân Quốc gia ghi chú thú vị rằng ông “có thể đã sinh ra tại một mỏ than,” phần còn lại thì để người đọc tự tưởng tượng một lời giải thích hợp lý về hoàn cảnh đó, và thêm vào rằng ông mất tại Durham năm 1777. Ngoài cái tên và sự hợp tác lâu dài với Mason, không ai biết gì hơn.

Cuộc đời Mason chỉ sáng sủa hơn đôi chút. Chúng ta biết rằng vào năm 1772, theo chỉ thị của Maskelyne, ông lĩnh nhiệm vụ tìm kiếm một ngọn núi phù hợp cho thí nghiệm về độ lệch của dây dọi gây ra bởi lực hấp dẫn, và cuối cùng, báo cáo rằng ngọn núi mà họ cần nằm ở trung tâm cao nguyên Scotland, ngay phía trên Loch Tay, được gọi là Schiehallion. Tuy nhiên, không gì có thể buộc ông dành cả mùa hè để khảo sát nó. Ông không bao giờ muốn đi thực địa nữa. Lần di chuyển tiếp theo của ông được biết đến là vào năm 1786, đột ngột và bí ẩn, ông xuất hiện ở Philadelphia cùng với vợ và 8 đứa con, rõ ràng là họ đang trên bờ vực của sự khốn cùng. Ông đã không trở lại Mỹ từ khi kết thúc chuyến khảo sát 18 năm về trước và không có lý do gì để tới đó, cũng như chẳng có bạn bè nào chào đón ông ở đó. Một vài tuần sau, ông qua đời.

Vì Mason từ chối khảo sát ngọn núi, nên Maskelyne đảm nhận công việc này. Thế là, suốt 4 tháng mùa hè năm 1774, Maskelyne sống trong một căn lều ở một thung lũng xa xôi thuộc Scotland và hằng ngày chỉ đạo đội khảo sát, những người thực hiện hàng trăm phép đo từ mọi vị trí có thể. Để tìm ra khối lượng của ngọn núi từ tất cả những con số này đòi hỏi rất nhiều phép tính tẻ nhạt, do một nhà toán học là Charles Hutton đảm nhiệm. Các nhà khảo sát đã phủ kín một tấm bản đồ bằng các con số kết quả, mỗi con số đánh dấu một độ cao trên hoặc xung quanh ngọn núi. Về cơ bản đây là một đống những con số, nhiều đến mức khó hiểu, nhưng Hutton nhận thấy rằng nếu ông dùng bút chì để nối các điểm cùng độ cao, tất cả mọi thứ sẽ trở nên có trật tự hơn. Nhờ đó, một người có thể lập tức hình dung ra hình dáng và độ dốc tổng thể của ngọn núi. Ông đã phát minh ra các đường đồng mức.

Ngoại suy từ các kết quả đo được ở Schiehallion, Hutton đã tính được khối lượng của Trái Đất vào khoảng 5 triệu tỷ tấn, từ đó tính được một cách hợp lý khối lượng của các thiên thể khác trong hệ Mặt Trời, kể cả Mặt Trời. Từ thí nghiệm này, chúng ta đã biết được khối lượng của Trái Đất, Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh khác cùng các vệ tinh của chúng, và biết được cả các đường đồng mức – thật không uổng phí cả một mùa hè tập trung vào đó.

Tuy nhiên, không phải tất cả mọi người đều hài lòng với kết quả. Điểm thiếu sót trong thí nghiệm Schiehallion là sẽ không thể đưa ra kết quả chính xác nếu không biết tỷ trọng thực tế của ngọn núi. Để đơn giản hóa, Hutton đã giả định rằng ngọn núi có tỷ trọng như một viên đá thông thường, gấp khoảng 2,5 lần tỷ trọng nước, nhưng đây chẳng qua chỉ là một phỏng đoán dựa trên kinh nghiệm.

Một người mà không ai ngờ tới lại rất quan tâm đến vấn đề này là một mục sư nông thôn, John Michell, sống ở ngôi làng Thornhill thuộc vùng Yorkshire cô quạnh. Dù ở một nơi xa xôi và có địa vị khá khiêm nhường, nhưng Michell là một trong những bộ óc khoa học vĩ đại nhất của thế kỷ XVIII và rất được xem trọng vì điều đó.

Ngoài ra, ông cũng là người đã nhận thấy bản chất dạng sóng của các trận động đất, từ đó tiến hành nhiều nghiên cứu căn bản về từ trường, lực hấp dẫn, và thật lạ thường là chính ông đã hình dung ra sự tồn tại của các lỗ đen trước bất kỳ ai khác – một tầm nhìn đột phá mà ngay cả Newton cũng không làm được. Khi nhà soạn nhạc người Đức, William Herschel, nhận ra rằng niềm đam mê thật sự của đời mình là thiên văn học, ông đã tìm đến Michell để được chỉ dẫn cách chế tạo kính viễn vọng, một việc tốt mà các nhà khoa học vũ trụ đã mắc nợ.1

1. Năm 1781, Herschel trở thành người đầu tiên tìm ra một hành tinh. Ông muốn đặt tên nó là George, theo tên của vương triều Anh lúc bấy giờ nhưng đã không được chấp nhận. Hành tinh này chính là sao Thiên Vương.

Nhưng trong tất cả những gì Michell đã làm, không có gì ấn tượng và có ảnh hưởng lớn hơn một chiếc máy đã được ông thiết kế và tạo ra nhằm đo khối lượng Trái Đất. Không may là, ông đã mất trước khi có thể tiến hành các thí nghiệm, vì thế cả ý tưởng và công cụ cần thiết được gửi đến một nhà khoa học rất xuất sắc nhưng đã nghỉ hưu ở London, Henry Cavendish.

Cuộc đời Cavendish giống như một tiểu thuyết. Từ khi sinh ra ông đã được thụ hưởng cuộc sống xa hoa – tổ phụ của ông là công tước xứ Devonshire và Kent, còn ông là nhà khoa học người Anh xuất sắc nhất so với những người cùng thời, nhưng cũng lạ lùng nhất. Theo lời một trong số ít những người ghi lại tiểu sử của Cavendish, ông mắc chứng nhút nhát đến mức gần được xem là bệnh. Việc phải tiếp xúc với bất cứ ai cũng khiến ông vô cùng khó chịu.

Có lần, ông mở cửa và thấy một người Áo hâm mộ mình, người này mới từ Vienna tới và đang đứng ngay trên bậc cửa. Quá hào hứng, vị này bắt đầu tuôn ra những lời ca tụng. Sau một vài phút tiếp nhận những lời khen như thể đang chịu những cú đòn của một kẻ lỗ mãng, đến khi không thể nhận thêm được nữa, ông bước xuống lối đi và ra khỏi cổng, để lại cánh cửa rộng mở. Phải mất vài giờ người ta mới mời được ông trở lại nhà mình. Kể cả người quản gia cũng thường liên lạc với ông qua thư.

Nhưng đôi khi ông cũng liều lĩnh dấn thân vào xã hội – ông đặc biệt quan tâm tới các buổi dạ tiệc khoa học do nhà tự nhiên học vĩ đại, Ngài Joseph Banks tổ chức – và các vị khách luôn được thông báo rằng Cavendish không muốn bị tiếp cận hoặc thậm chí dòm ngó vì bất cứ lí do gì. Những ai muốn hỏi về quan điểm của ông đều được khuyên hãy tỏ vẻ tình cờ đến gần ông và “nói chuyện như thể nói với khoảng không”. Nếu nhận xét của họ có giá trị khoa học, họ sẽ nhận được những lời đáp lầm bầm, nhưng thường là họ sẽ nghe thấy một tiếng rít tức giận (giọng của ông lúc đó có vẻ đã được lên tông) và nhận ra bên cạnh mình thật sự là khoảng không vì Cavendish đã chạy biến vào một góc yên tĩnh hơn.

Sự giàu có và lối sống cô lập đã cho phép ông biến nhà mình ở Clapham thành một phòng thí nghiệm lớn, nơi ông có thể đi khắp mọi ngóc ngách của khoa học vật lý mà không bị ai quấy rầy – điện, nhiệt, trọng lực, khí, bất cứ thứ gì liên quan tới sự kết hợp của vật chất. Nửa sau của thế kỷ XVIII là thời đại mà những người có năng khiếu khoa học trở nên yêu thích các đặc tính vật lý cơ bản của sự vật – đặc biệt là khí và điện – và bắt đầu xem liệu họ có thể làm gì với chúng, phần nhiều là với sự nhiệt tình hơn là hiểu biết. Ở Mỹ, Benjamin Franklin đã nổi tiếng vì liều mạng thả diều trong một cơn bão đầy sấm sét. Ở Pháp, nhà hóa học Pilatre de Rozier đã thử khả năng cháy của khí Hiđro bằng cách ngậm một miệng đầy khí này và thổi vào một ngọn lửa mà không có gì che chắn, và đã chứng minh được ngay rằng Hiđro thật sự có khả năng gây cháy nổ, và rằng lông mày chưa chắc đã là đặc điểm vĩnh viễn trên gương mặt con người. Về phần mình, Cavendish đã tự lấy mình làm vật thí nghiệm để chịu đựng các xung điện đã được chia độ, và tỷ mẩn ghi lại mức độ đau đớn tăng dần cho đến khi không đủ sức giữ chiếc bút lông ngỗng, đôi khi là cả sự tỉnh táo của mình.

Trong suốt đời mình, Cavendish đã có được một chuỗi các phát hiện tiêu biểu – trong số đó, ông là người đầu tiên tách được Hiđro và cũng là người đầu tiên kết hợp Hiđro với Ôxy để tạo ra nước – nhưng hầu như không có gì ông làm mà lại không lạ lùng. Trước sự ghen tức của các nhà khoa học đồng nghiệp, ông thường nói bóng gió trong các công trình được công bố của mình về các kết quả thí nghiệm mà ông chưa từng nói với ai. Nói về tính bí mật, ông không chỉ giống mà còn hơn hẳn Newton. Các thí nghiệm của ông về độ dẫn điện đi trước cả thế kỷ, nhưng tiếc là chúng không được công bố sau khi một thế kỷ đã qua đi. Thật sự thì, phần lớn những gì ông đã làm không được biết đến cho đến tận cuối thế kỉ XIX, khi nhà vật lý thuộc Đại học Cambridge, James Clerk Maxwell, làm nhiệm vụ biên tập các trước tác của Cavendish, và lúc đó vinh dự lẽ ra phải thuộc về những phát hiện của ông gần như đã thuộc về những người khác.

Trong số nhiều thứ khác, và tất nhiên không tiết lộ với ai, Cavendish đã phát hiện hoặc tiên đoán được định luật chuyển hóa năng lượng, định luật Ohm, định luật áp suất riêng phần của Dalton, định luật chất khí của Charles, định luật đương lượng của Richter và các nguyên lý về sự dẫn điện. Đó chỉ là một vài trường hợp tiêu biểu. Theo nhà lịch sử khoa học J. G. Crowther, ông cũng đã dự báo về “công trình của Kelvin và G. H. Darwin về ảnh hưởng của ma sát thủy triều đến tốc độ quay chậm dần của Trái Đất và phát hiện của Larmor, được công bố vào năm 1915, về làm mát không khí cục bộ… hay công trình của Pickering về hỗn hợp làm lạnh và một phần công trình của Rooseboom về cân bằng dị thể.” Ông còn để lại các manh mối trực tiếp dẫn tới sự phát hiện một nhóm các nguyên tố gọi là khí hiếm, một vài khí trong số đó hiếm đến mức phải tới năm 1962 người ta mới tìm được loại cuối cùng. Tuy vậy, mối quan tâm của chúng ta ở đây là thí nghiệm được xem là cuối cùng của Cavendish, vào cuối mùa hè năm 1797, ở tuổi 67, khi ông chuyển sự quan tâm của mình sang những thùng đựng dụng cụ được John Michell chuyển tới – một hành động rõ ràng vượt ra ngoài sự kính trọng đơn thuần trong khoa học.

Khi lắp ráp lại, dụng cụ của Michell không có vẻ gì giống một chiếc máy đo trọng lượng Nautilus của thế kỷ XVIII. Nó kết hợp trọng lực, đối trọng, con lắc, trục và dây xoắn. Ở trung tâm của chiếc máy là những quả chì nặng 350 pound1, được treo lơ lửng bên cạnh hai khối cầu nhỏ hơn. Chiếc máy được thiết kế để đo độ lệch hấp dẫn của các khối cầu lớn tác động đến các khối cầu nhỏ, từ đó đo một lực rất khó nắm bắt là hằng số hấp dẫn, và dựa vào đó để suy ra trọng lượng (hay nói chính xác là khối lượng) của Trái Đất.2

1. 1 pound (1lb) = 0.454kg

2. Với một nhà vật lý, khối lượng và trọng lượng là hai đại lượng khác nhau. Khối lượng của bạn không đổi dù bạn đi bất cứ đâu, còn trọng lượng thay đổi phụ thuộc vào việc bạn cách trung tâm của một vật thể khổng lồ khác như một hành tinh bao xa. Khi bạn du hành lên Mặt Trăng, trọng lượng của bạn sẽ giảm đi nhưng khối lượng thì không đổi. Trên Trái Đất, vì mọi mục đích thực tế, khối lượng và trọng lượng là như nhau và các khái niệm này có thể sử dụng hoán đổi, ít nhất là bên ngoài lớp học.

Bởi lực hấp dẫn giúp các hành tinh chuyển động theo đúng quỹ đạo và khiến các vật thể rơi xuống đất đều gây ra tiếng động lớn, chúng ta có xu hướng nghĩ đó là một lực mạnh, nhưng thực tế không phải vậy. Nó chỉ mạnh trong trường hợp một vật thể khổng lồ như Mặt Trời hút các vật thể khổng lồ khác như Trái Đất. Ở mức độ nhỏ bé, lực hấp dẫn hầu như không đáng kể. Mỗi lần bạn nhặt một cuốn sách trên bàn hoặc một đồng xu dưới sàn, bạn không cần phải cố cưỡng lại lực hấp dẫn của cả hành tinh. Những gì Cavendish đang cố gắng làm là đo lực hấp dẫn ở mức cực kỳ nhỏ này.

Từ khóa ở đây chính là sự tinh vi. Không được phép có một sự quấy rầy nào dù chỉ là một lời thì thầm trong căn phòng đựng chiếc máy, vì thế Cavendish đã chọn một vị trí trong căn phòng liền kề và quan sát bằng kính viễn vọng xuyên qua một lỗ thông. Công trình của ông đạt đến độ chính xác tới khó tin, bao gồm 17 phép đo đạc rất tinh vi, có liên quan tới nhau và mất gần một năm để hoàn thành. Cuối cùng, khi các phép tính hoàn tất, Cavendish thông báo rằng Trái Đất nặng khoảng hơn 13.000.000.000.000.000.000.000 pound, hoặc 6 triệu tỷ tấn, tính theo đơn vị đo lường hiện đại. (Một tấn là 1.000kg hoặc tương đương với 2.205 pound.)

Ngày nay, các nhà khoa học có trong tay những máy móc chính xác đến mức có thể xác định khối lượng của một con vi khuẩn, và nhạy cảm đến mức việc đọc kết quả có thể bị ảnh hưởng bởi việc ai đó ngáp cách đó 75 dặm, nhưng họ cũng không có thay đổi căn bản nào so với kết quả đo đạc của Cavendish vào năm 1797. Kết quả ước tính tốt nhất hiện nay về khối lượng của Trái Đất là 5,9725 triệu tỷ tấn, chỉ chênh khoảng 1% so với kết quả của Cavendish. Thật thú vị, tất cả những kết quả này đơn thuần xác nhận những kết luận của Newton trước Cavendish 110 năm mà không phải tiến hành bất cứ thí nghiệm nào.

Tóm lại, đến cuối thế kỷ XVIII, các nhà khoa học đã biết rất chính xác hình dáng, kích thước của Trái Đất và khoảng cách từ nó đến Mặt Trời cũng như các hành tinh khác; và Cavendish, dù không rời khỏi nhà, cũng đã có thể gửi đến họ khối lượng của nó. Vì thế có thể bạn nghĩ việc xác định tuổi của Trái Đất đã ở ngay trước mắt. Cuối cùng thì, họ đã có tất cả những nguyên liệu cần thiết trong tay. Tuy nhiên, con người đã chia nhỏ nguyên tử, phát minh tivi, túi nilon và cà phê hòa tan trước khi có thể tìm ra tuổi của hành tinh nơi họ đang sống.

Để hiểu được tại sao, chúng ta phải đi về phía Bắc, tới Scotland, gặp một người đàn ông thông thái và tốt bụng, người mà chúng ta rất ít biết đến nhưng đã có công sáng lập ra một môn khoa học mới – địa chất.