Nhưng vẻ đẹp của thế giới còn vượt quá những gì mắt ta nhìn thấy. Tôi cũng cảm thấy một vẻ đẹp ở cấp độ trừu tượng hơn rất mạnh mẽ, mà sự gắn kết và trật tự của nó đã gây cho tôi nhiều cảm hứng. Nếu vũ trụ là hoàn toàn hỗn độn, và nếu nó không chứa một tính quy luật nào thì tôi không thể làm khoa học được. Những thành công đầy ấn tượng của khoa học, được báo cáo và phổ biến hầu như tức thời trên Internet, đã làm chúng ta quên rằng để có được khoa học quả là một sự thần kì. Bởi tự nhiên có tính quy luật và hành vi của nó có thể được mô tả bằng các “định luật”.

Theo từ điển Petit Larousse, định luật “là một mệnh đề tổng quát phát biểu về những quan hệ tất yếu và không đổi giữa các sự kiện khoa học”. Cái đẹp thu hút tôi ở thực tế là từ một số ít các định luật đơn giản và có tính tổng hợp, tự nhiên đã biết tạo ra sự phức tạp và đa dạng tuyệt vời của thế giới. Nhà tự nhiên học Charles Darwin đã diễn đạt một cách đáng khâm phục sự mê hoặc này khi ông viết trong cuốn Nguồn gốc các loài trình bày về lí thuyết tiến hóa các dạng sự sống của ông: “Xuất phát từ một sự khởi đầu giản đơn, một số lượng vô hạn các dạng, tất cả đều đẹp và tuyệt vời như nhau, đã được phát triển và tiếp tục tiến hóa”.

Phải rất lâu mới xuất hiện khái niệm “định luật của tự nhiên”. Cách đây vài chục ngàn năm, tổ tiên xa xưa của chúng ta đã phát hiện ra tính quy luật của các hiện tượng trên bầu trời, một sự bất biến rất hiếm thấy trong các công việc và các mối quan hệ của con người. Tính quy luật không thể lay chuyển được của hành trình Mặt Trời ngang qua bầu trời vào ban ngày, Mặt Trăng thay đổi hình dạng của nó trong những khoảng thời gian đều đặn hằng tháng, rồi các mùa kế tiếp nhau bất di bất dịch từ năm này sang năm khác: sự diễn ra đều đặn đó trên bầu trời, không bao giờ sai lệch, tựa như sự đảm bảo chống lại sự bất định của ngày mai. Mặt Trời trở lại chiếu sáng ban ngày tiếp sau sự tối tăm của ban đêm như đánh dấu một sự hồi sinh sau cái chết.

Người cổ đại xem tính quy luật của bầu trời là thứ đảm bảo cho sự bất tử của linh hồn. Các mộ đá (dolmen) và đài đá (menhir) ở Stonehenge (Anh) được xây dựng vào thiên niên kỉ 3 trước Công Nguyên, thời điểm vua Hammourabi trị vì Babylon và các pharaon của thời Middle Kingdom (2055-1650 trước Công nguyên) ở Ai Cập, được gióng hàng theo hướng Mặt Trời mọc và lặn vào một số kì trong năm, là những bằng chứng không lời về tri thức này. Nhưng vẫn còn nhiều hiện tượng tự nhiên khác đối với họ cũng thần bí và không thể dự đoán được. Chẳng hạn, sự phun trào của núi lửa, động đất, bão lũ, có vẻ xuất hiện một cách đột ngột không báo trước. Vì vậy, con người thời hang động đã gán cho thế giới các thần linh những hành vi có thể dự đoán được và cả những hành vi thất thường. Tổ tiên chúng ta sống trong một thế giới thần linh với thần Mặt Trời chiếu rọi thần Mặt Đất ban ngày, và nhường cho thần Mặt Trăng vào ban đêm; thần Cây cối mang lại cho họ hoa quả và họ vấp phải thần Đá. Như thế vũ trụ quả là đơn giản và quen thuộc với chiều kích con người.

Sự quen thuộc và ngây thơ này đã biến mất cùng với sự tích tụ tri thức. Cách đây khoảng 10.000 năm, thế giới thần linh bị thay thế bởi thế giới huyền thoại. Các thần rời bỏ cây cối, hoa trái và sông ngòi nhường chỗ cho các vị thần có quyền năng siêu nhiên. Mọi hiện tượng tự nhiên, kể cả việc sáng tạo ra thế giới, từ nay đều là kết quả của những thủ đoạn, tình yêu và hôn phối, thù hận và chia rẽ của các vị thần đó.

Thế nhưng, ở ngay giữa thế giới huyền thoại này, vào khoảng thế kỉ thứ 6 trước Công Nguyên, đã xuất hiện sự thần kì Hi Lạp, gieo những hạt giống đầu tiên của vũ trụ khoa học, như chúng ta biết ngày nay. Người Hi Lạp đã có một ý tưởng mang tính cách mạng cho rằng các hiện tượng tự nhiên không chỉ thuộc quyền năng của các vị thần, mà lí trí con người cũng có thể lĩnh hội được. Họ đã phóng cái nhìn tò mò và truy xét vào các chủ đề rất khác nhau như cấu trúc của vũ trụ, thành phần của vật chất, bản chất của thời gian, hình học và toán học, các hiện tượng sinh học, khí tượng học và địa chất học. Thế nhưng, họ vẫn còn chưa biết tới khái niệm định luật tự nhiên như chúng ta nhận thức hiện nay. Aristotle giải thích hành vi của một hệ tự nhiên không phải theo các định luật mà theo mục đích. Theo ông, một hệ thống vật lí, cũng như một cơ thể sống, đều có hành vi mang tính mục đích, tức là nó được dẫn dắt theo cách để đạt được một mục đích nhất định. Triết gia này đã xây dựng một hệ thống nhân quả rất kì công và phân biệt bốn loại nguyên nhân khác nhau. Chẳng hạn, để trả lời cho câu hỏi: “Tại sao trời lại mưa?”, ông không trả lời một cách đơn giản là do không khí khi hóa lạnh sẽ gây ra sự ngưng tụ hơi nước trong khí quyển thành các giọt li ti rơi xuống mặt đất, dưới tác dụng của trọng lực như một nhà khí tượng học hiện đại; ông phân biệt ra nguyên nhân vật chất tạo ra các hạt nước, nguyên nhân hiệu quả làm cho hơi nước ngưng tụ thành giọt mưa, và nguyên nhân hình thức làm cho các giọt nước rơi xuống đất. Nhưng thay vì viện dẫn tài lực hấp dẫn của Trái Đất làm các hạt mưa rơi, Aristotle đã viện đến tính mục đích: các giọt mưa rơi xuống đất bởi vì cây cối, động vật và con người cần tới nước để sinh sống và tăng trưởng. Ông quan tâm tới câu hỏi “vì sao” chứ không phải câu hỏi “thế nào” về mọi sự vật. Với ông, các định luật vật lí vẫn chỉ là những kết cấu trí tuệ, và ông hoàn toàn xa lạ với ý tưởng về một khoa học được xây dựng trên thực nghiêm và quan sát.

Khái niệm định luật mà ta quen thuộc xuất hiện ở phương Tây cùng với sự xuất hiện của các tôn giáo đơn thần. Các định luật chi phối hành vi của các hệ vật lí không phải là cố hữu mà bị áp đặt từ bên ngoài bởi một Đấng tối cao. Tự nhiên trở thành lãnh địa ngự trị bởi Chúa Trời theo các sắc lệnh thần thánh. Khi khoa học hiện đại xuất hiện ở châu Âu vào thế kỉ 16, những con người đầu tiên của khoa học vẫn làm việc với đức tin rằng trật tự và tính quy luật của tự nhiên phản ánh bản thiết kế vĩ đại của một Đức Chúa sáng tạo và phân phát các định luật, và họ ca ngợi vinh quang của Ngài bằng cách phát lộ bản thiết kế này. Nhà thiên văn mộ đạo lớn người Đức Johannes Kepler đã tìm kiếm sự hoàn hảo của Chúa Trời trong chuyển động của các hành tinh. Đối với nhà vật lí học người Anh Isaac Newton, vũ trụ là một cỗ máy khổng lồ được hiệu chỉnh một cách cực kì chính xác bởi một Chúa Trời-kĩ sư thuần lí. Ngài là nguồn gốc và sự bảo đảm cho toàn bộ tính duy lí của tự nhiên, tính duy lí này cho phép lí trí con người - cũng là một món quà của Chúa - lĩnh hội được vũ trụ. Galilei đưa ra phương pháp khoa học đồng thời khẳng định rằng mục tiêu của khoa học là nghiên cứu các quan hệ định lượng giữa các hiện tượng vật lí ban đầu tưởng như rời rạc, không liên quan gì với nhau, và sự nghiên cứu này phải dựa trên quan sát và thực nghiệm.

Vì máy móc một khi đã được lên dây cót nó sẽ tự hoạt động, nên Chúa Trời ngày càng rời xa. Sự thống trị của lí trí đã đẩy niềm tin xuống hàng thứ yếu. Cuối thế kỉ 18, khi bị Napoléon Bonaparte trách là đã không lần nào nhắc tới nhà kiến trúc vĩ đại trong tác phẩm Cơ học thiên thể (Mécanique Céleste), hầu tước Simon de Laplace đã trả lời: “Tâu bệ hạ, tôi không cần tới giả thiết đó!” Kể từ đó, khoa học và tôn giáo không ngừng rời xa nhau. Ngày nay, đa phần các nhà khoa học nghiên cứu những quy luật của tự nhiên mà họ gọi là các “định luật” đã không đặt câu hỏi - ít nhất là một cách công khai - về nguồn gốc của chúng.