Bản phác thảo cho thấy thiên tài Leonardo da Vinci đã nắm bắt được lực hấp dẫn trước Isaac Newton cả một thế kỷ

Isaac Newton được ghi nhận là người đầu tiên trên thế giới xây dựng lý thuyết về lực hấp dẫn vào nửa sau của thế kỷ 17 - dường như lấy cảm hứng từ sự kiện một quả táo rơi từ trên cây xuống.

Tuy nhiên, một nghiên cứu mới đây lại chỉ ra rằng, các khía cạnh cơ bản của lực hấp dẫn đã được Leonardo da Vinci - họa sĩ vĩ đại, nhà bác học, kỹ sư và nhà giải phẫu, một trong những đại diện xuất sắc nhất của nghệ thuật và khoa học thời Phục hưng, nhận ra hơn một trăm năm trước đó.

Theo đó, kết luận trên được đưa ra sau khi các nhà nghiên cứu phân tích các biểu đồ trong sổ ghi chép hiện đã được số hóa của Leonardo. Một trong số đó là các bản phác thảo hình tam giác, thể hiện mối quan hệ giữa chuyển động tự nhiên, chuyển động có hướng và sự cân bằng của chuyển động –một sự chứng minh rằng lực hấp dẫn là một loại gia tốc.

Bản ghi chép thí nghiệm trọng lực của Leonardo da Vinci. Ảnh: Bảo tàng Anh

Trong trường hợp của Leonardo, điều này liên quan đến những gì ông quan sát được trong việc đổ cát ra khỏi lọ.

Theo đó, thiên tài người Ý nhận ra, nếu chiếc lọ được đổ dọc theo một mặt phẳng nằm ngang ở cùng một tốc độ với một lực đang kéo các hạt cát rơi xuống, cát sẽ tạo thành cạnh huyền của một tam giác.

Nhận thức về sự thay đổi tốc độ mà một vật thể rơi xuống trải qua theo thời gian tạo thành một bước quan trọng trên con đường tìm ra hằng số hấp dẫn trên Trái đất.

"Khoảng 500 năm trước, Leonardo da Vinci đã cố gắng khám phá bí ẩn của lực hấp dẫn và mối liên hệ của nó với gia tốc thông qua một loạt các thí nghiệm khéo léo chỉ được dẫn đường bởi trí tưởng tượng và kỹ thuật thí nghiệm bậc thầy của ông," các nhà nghiên cứu viết trong bài báo đã xuất bản của họ.

Hằng số hấp dẫn này sau này đã được Newton sử dụng để xác định các định luật về chuyển động của ông (bao gồm cả lực hấp dẫn) và bởi Albert Einstein trong thuyết tương đối rộng của ông.

Khoảnh khắc thiên tài đi trước thời đại

Sau khi thực hiện các thí nghiệm trọng lực, Leonardo da Vinci biết mình đã tìm thấy thứ gì đó, nhưng ông không chắc nó là gì. Một phần của sự không chắc chắn này đến từ việc Leonardo da Vinci đã tán thành ý tưởng của Aristotle về lực liên tục được gọi là lực đẩy.

Lực này lấp đầy các vật được phóng ra và cung cấp cho chúng động lực để di chuyển ngược lại trọng lực. Nguyên lý quán tính - trong đó các vật thể chỉ đơn giản là tiếp tục di chuyển theo một hướng cho đến khi chúng gặp một lực đối lập - vẫn chưa được định hình bởi nền khoa học thời kỳ đó.

Chạy các thí nghiệm của Leonardo da Vinci trong phòng thí nghiệm hiện đại. Nguồn: (Caltech)

Trong khi đó, lực hấp dẫn được Aristotle giải thích là xu hướng vật chất tự sắp xếp theo một trật tự tự nhiên. Nói cách khác, lực hấp dẫn và vật thể đang di chuyển được giải thích bằng hai lý thuyết rất khác nhau.

Mặc dù có sai sót trong các tính toán của Leonardo da Vinci, nhưng việc tái tạo lại các thí nghiệm của ông (trong phòng thí nghiệm) cho thấy thuật toán của ông đã tính toán hằng số hấp dẫn khó nắm bắt ("g") với độ chính xác lên tới 97%, so với các phương pháp và phương trình hiện đại.

"Bằng cách phát triển một cách tiếp cận tương đương hình học để chứng minh các định luật chuyển động, Leonardo da Vinci đã cho thấy cái nhìn sâu sắc đáng chú ý về động lực học của các vật thể rơi xuống, mà không hề biết giá trị chính xác của 'g', miễn là chúng ta giả định rằng 'g' đại diện cho tốc độ của sự thay đổi vận tốc hoặc gia tốc," các nhà nghiên cứu viết.

"Nếu Leonardo da Vinci tiến hành thí nghiệm đã được mô tả trong bản thảo của mình, thì ông có thể là người đầu tiên cố ý tạo ra hiệu ứng lực 'g' mà không ở trong tình trạng rơi tự do."

Các nhà nghiên cứu đặc biệt ấn tượng với các cách thức tìm tòi của Leonardo, vốn sử dụng những gì ông có sẵn vào thời điểm đó – chủ yếu là hình học – và sử dụng phương pháp đó để tìm hiểu một điều gì đó chưa biết.

Các bản phác thảo của Leonardo da Vinci cho thấy các thí nghiệm để chứng minh rằng lực hấp dẫn là một dạng gia tốc. Ảnh: ScienceAllert

Sự đổi mới đó vẫn có thể được áp dụng cho khoa học ngày nay. Trên thực tế, Newton đã không tự mình nghĩ ra định luật vạn vật hấp dẫn: Galileo đã nhận ra mối quan hệ giữa chuyển động rơi tự do và thời gian vào năm 1604, trong khi chính Newton công nhận những phát hiện của Bullialdus và Borelli trong việc công bố lý thuyết của ông.

Hóa ra, Leonardo da Vinci cũng đã đi đúng hướng, xác định các mô hình theo cách mà các vật thể rơi xuống, vốn sau này sẽ được sử dụng để giải thích chuyển động của các ngôi sao và hành tinh – trong đó nổi tiếng nhất là việc dự đoán sự tồn tại của Sao Hải Vương.

Kỹ sư cơ khí Morteza Gharib từ Viện Công nghệ California cho biết: "Chúng tôi không biết liệu Leonardo da Vinci có thực hiện thêm các thí nghiệm hay nghiền ngẫm câu hỏi này sâu hơn hay không".

"Nhưng thực tế là việc ông đã vật lộn với các vấn đề theo cách này - vào đầu những năm 1500 - chứng tỏ suy nghĩ của ông đi trước thời đại đến mức nào."

Tham khảo Science Alert