Những gợi ý sớm nhất về các quy luật điều hành tự nhiên đã xuất hiện vào thế kỷ 6 trước Công nguyên tại ngôi trường Ionian của Thales ở Miletus, thuộc phần phía tây của Thổ Nhĩ Kỳ ngày nay.

Miletus, thành phố giàu nhất trong các thành phố Ionian của Hy Lạp, đã được hình thành tại bến cảng tự nhiên gần nơi sông Meander đổ ra biển Aegean. Ở đó, Thales huyền thoại, rất giống các nhà khoa học hiện đại, đã muốn nhìn vào bên dưới bề mặt bên ngoài của thế giới để tìm kiếm kiến thức ở mức độ sâu hơn.

Thales có một học trò, tên là Anaximander, người đã tạo ra cái mà sau đó người Hy Lạp gọi là περι φυσεως ιστορια, “tìm hiểu tự nhiên”, chính là vật lý học. Anaximander cũng được xem là cha đẻ của vũ trụ học, bởi lẽ ông là người đầu tiên quan niệm Trái đất như một hành tinh, một khối đá khổng lồ trôi nổi tự do trong không gian trống rỗng.

Ông biện luận, bên dưới Trái đất không còn đất nữa, không có giới hạn hay các cột chống khổng lồ nào, mà là chính bầu trời mà chúng ta nhìn thấy trên đầu. Bằng cách này, ông đã mang lại chiều sâu cho vũ trụ, chuyển nó từ một hộp kín - với bầu trời ở trên và Trái đất ở dưới - thành một không gian mở.

Sự thay đổi khái niệm này cho phép người ta tưởng tượng các thiên thể đi qua phía dưới Trái đất, mở đường cho thiên văn học Hy Lạp. Hơn nữa, Anaximander đã viết một khái luận nhan đề On Nature, tài liệu đã thất lạc nhưng được cho là có chứa đoạn sau đây:

Mọi thứ bắt nguồn từ nhau, và tan biến vào nhau, theo quy luật tất yếu; Vì chúng trao nhau sự công bằng và đền bù cho sự bất công của chúng; Tuân theo quy định của thời gian.

Trong mấy dòng này, Anaximander đã nêu rõ ý tưởng cách mạng rằng tự nhiên không tùy tiện cũng không vô lý mà điều hành bởi một dạng quy luật nào đó. Đây là giả định nền tảng của khoa học: Phía dưới bề mặt của các hiện tượng tự nhiên có một trật tự trừu tượng nhưng mạch lạc.

Anaximander không nói chi tiết về dạng thức có thể của các định luật của tự nhiên, ngoài việc vẽ ra một sự tương tự với các luật dân sự điều tiết xã hội loài người. Nhưng học trò nổi tiếng nhất của ông, Pythagoras, đã đề xuất cơ sở toán học cho trật tự thế giới.

Mô phỏng Trái đất với cấu tạo nhiều lớp. Ảnh: Forbes.

Trường phái Pythagoras đã gán ý nghĩa thần bí cho các con số và nỗ lực xây dựng toàn bộ vũ trụ từ các con số. Ý tưởng của họ rằng thế giới có thể mô tả bằng các thuật ngữ toán học đã được Plato tiếp thu và phát triển, biến nó thành một trong những trụ cột của lý thuyết về chân lý của ông.

Plato so sánh thế giới trải nghiệm của chúng ta với cái bóng của thực tại vượt trội hơn nhiều của các dạng toán học hoàn hảo, mà nó tồn tại tách biệt với cái mà ta nhận thức. Do đó, người Hy Lạp cổ đại tin rằng cho dù chúng ta không thể dễ dàng chạm vào hay nhìn thấy trật tự nền tảng của thế giới, ta có thể dẫn ra nó thông qua logic và biện luận.

Tuy nhiên, dù lý thuyết của họ có thể rất ấn tượng, những suy đoán của người cổ đại về tự nhiên có rất ít điểm chung với vật lý hiện đại, không về nội dung, cũng không về phương pháp hay phong cách.

Vì một lẽ, người Hy Lạp cổ đại luận giải hầu như hoàn toàn trên các nền tảng thẩm mỹ và trên cơ sở các giả định trước đó, rất ít hoặc không cố gắng kiểm chứng chúng. Đơn giản là điều đó chưa từng xuất hiện trong đầu họ. Hệ quả là quan niệm của họ về “vật lý” và về sơ đồ tựa như định luật của các sự vật chẳng giống chút nào với lý thuyết khoa học hiện đại.

Trong cuốn sách cuối cùng của mình, To Explain the World, Steven Weinberg quá cố đã biện lý rằng, theo quan điểm ngày nay, đúng hơn không nên coi người Hy Lạp cổ đại là các nhà vật lý hay nhà khoa học hoặc thậm chí nhà triết học, mà nên coi họ là các nhà thơ, vì phương pháp luận của họ về cơ bản khác với phương pháp luận dùng trong thực hành học thuật ngày nay.

Tất nhiên, các nhà vật lý hiện đại cũng nhìn thấy vẻ đẹp trong lý thuyết của họ, và đa phần nhạy cảm với những xem xét thẩm mỹ trong nghiên cứu của mình, nhưng những xem xét như vậy không phải là cái thay thế cho sự kiểm chứng các lý thuyết thông qua thực nghiệm hay quan sát, mà xét cho cùng chúng là những đổi mới then chốt của cuộc cách mạng khoa học.

Dù sao đi nữa, nhãn quan toán học hóa thế giới của Plato sẽ được chứng tỏ có tầm ảnh hưởng cực lớn. Hai mươi thế kỷ sau, khi đã diễn ra cuộc cách mạng khoa học hiện đại, những người chơi chính trong đó được thôi thúc trực tiếp bởi sự tin tưởng của họ vào chương trình kiểu Plato nhằm tìm kiếm một trật tự ẩn giấu đang làm nền tảng cho thế giới vật lý dưới dạng các quan hệ toán học.

Galileo viết, “Chỉ những ai biết thứ ngôn ngữ được dùng để viết cuốn sách vĩ đại về tự nhiên mới có thể đọc nó. Và thứ ngôn ngữ ấy là toán học.”