THỰC TẠI & HOANG ĐƯỜNG 48/a





CHƯƠNG VIII: NÓNG – LẠNH

“Nhiệt thể hiện ở chuyển động của các hạt vật chất.”
M.V. Lômônôxốp

“Tính chất kỳ lạ nhất của năng lượng là khả năng biến đổi của nó. Một trong những dạng phổ biến nhất của năng lượng trong tự nhiên là năng lượng chuyển động hay động năng. Năng lượng nhiệt là nguồn dự trữ động năng của các phân tử hoặc nguyên tử chuyển động hỗn loạn và liên tục.”
K.A Gladkov


Con người sẽ không có khả năng nhận thức tự nhiên nếu không phân biệt được các sự vật - hiện tượng. Để phân biệt được các sự vật - hiện tượng một cách nhất quán mà cùng nhau tìm hiểu về chúng thì phải đặt tên, định nghĩa nêu ra những đặc điểm… của chúng. Từ đó mà xuất hiện các khái niệm. Có thể nói, hệ thống các khái niệm là bà đỡ cho con người nhận thức tự nhiên và con người chỉ có thể nhận thức được tự nhiên thông qua hệ thống các khái niệm mà nó chủ động sáng tạo ra. Nhận thức càng sâu rộng thì hệ thống khái niệm càng phong phú và bản thân mỗi khái niệm cũng theo đó mà đòi hỏi một nội hàm hoàn thiện hơn. Do tính chủ quan, siêu hình không thể loại trừ được của tư duy nhận thức mà các khái niệm cũng hàm chứa sự bảo thủ, lạc hậu. Vì vậy, có lần chúng ta đã nói: khái niệm như con dao hai lưỡng, mở đường cho nhận thức tiến lên nhưng nhiều khi cũng làm trì trệ nhận thức, thậm chí là làm cho nhận thức mới bị lầm lạc. Có thể lấy khái niệm vật chất làm ví dụ điển hình. Thời cổ đại, vật chất nói chung được hiểu là bao gồm các vật thể hữu hình, cảm tính, đang tồn tại trong Vũ Trụ. Sự thể hiện đa dạng của vật chất và sự xuất hiện – tiêu vong của vạn vật cũng như sự chuyển hóa qua lại giữa chúng đã hướng triết học cổ đại đến suy lý: phải có một hoặc vài dạng vật chất đóng vai trò nguồn gốc của các chất, nền tảng tạo sinh vạn vật. Vì không những không thể giải quyết rốt ráo được mà còn đầy ngây thơ và mâu thuẫn về nguồn gốc vật chất, nên không còn con đường nào khác là phải “nhờ đến” Thượng Đế để khắc phục khâu cuối cùng này.

Khái niệm vật chất mang tính trực giác ở thời cổ đại, về đại thể, đến thời cận đại vẫn tồn tại. Vào thế kỷ XVII - XVIII, người ta vẫn cho rằng vật chất là tên gọi chung của tất cả các vật thể có chất lượng muôn màu muôn vẻ tồn tại trong Vũ Trụ và những vật thể này là gồm những hạt rất nhỏ, không thể phân chia được nữa tích hợp nên, còn không gian và thời gian là những tồn tại đặc biệt bên cạnh vật chất chứ không phải là vật chất. Khi cơ học Niutơn ra đời thì vật chất gắn liền luôn với khối lượng: đã là vật chất thì phải có khối lượng và khối lượng trở thành thể hiện cơ bản số một của vật chất.
Trong khi vật lý thực nghiệm tiến như vũ bão trên bước đường đi khám phá những bí ẩn của tự nhiên thì khái niệm về vật chất vẫn hầu như dẫm chân tại chỗ. Tình hình đó đã làm cho nhận thức vật lý nhiều khi gặp phải những hoang mang bối rối và hướng tới quan niệm sai lầm mà phải đến cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX mới (tạm coi là) khắc phục được. Vào thời kỳ này, sự mâu thuẫn giữa khái niệm vật chất đầy tính bảo thủ và những phát kiến vật lý đã ở mức cao độ, đòi hỏi phải được giải quyết.
Chính Anhxtanh là người đầu tiên nêu lên mối quan hệ đặc biệt khăng khít, không thể tách rời được giữa không - thời gian và vật chất. Ông cho rằng vật chất không thể tồn tại được nếu không có không - thời gian và ngược lại, không - thời gian cũng không thể tồn tại được nếu vật chất biến mất. (Nhưng vật chất có thể biến mất được không và biến đi đâu? Đó là câu hỏi mà Anhxtanh đã không đặt ra!). Tuy nhiên, một cách sâu sắc và có tính hệ thống hơn, phải cho rằng Lênin mới là người đầu tiên đưa khái niệm vật chất dứt khoát lên một tầm cao mới, phù hợp hơn mà cũng gần chân lý hơn (dù vẫn phạm sai lầm!). Kế thừa những quan niệm triết học tiến bộ của những nhà triết học đi trước, tiếp thu những phát kiến và thành tựu khoa học mới của đương thời, Lênin cho rằng, vật chất không có giới hạn tận cùng về cấu trúc, nghĩa là có thể phân chia các hạt vi mô đến vô tận (tổng của nhỏ vô tận làm sao bằng lớn vô tận được!?). Theo ông, không thể đồng nhất vật chất nói chung với những dạng cụ thể của vật chất, và vật chất nói chung là vô hạn, vô tận, không sinh ra mà cũng không mất đi. Bên cạnh đó, Lênin cũng cho rằng không gian và thời gian gắn bó hết sức chặt chẽ với nhau và gắn liền với vật chất, là phương thức tồn tại của vật chất, không thể có một dạng vật chất nào tồn tại được ở bên ngoài không gian và thời gian, mà cũng không thể có không và thời gian nào tồn tại ở ngoài vật chất (?).
Dù quan niệm của Lênin về vật chất đã rất “thoáng” rồi thì vẫn chưa ổn thỏa. Dựa vào quan niệm ấy sẽ không bao giờ thấy được bản chất đích thực của thời gian.
Tương tự như khái niệm vật chất, khái niệm năng lượng cũng đã trở nên bảo thủ, lạc hậu trước những khám phá vật lý của thế kỷ XX, làm cho các nhà vật lý lúng túng và thiếu nhất quán trong việc nhận thức về mối quan hệ giữa vật chất và năng lượng. Ngày nay năng lượng vẫn được hiểu theo giáo trình cơ học cổ điển. Theo giáo trình này, tất cả các dạng cụ thể của vật chất vận động đều có năng lượng. Năng lượng là một đại lượng đặc trưng (số đo) mức độ vận động của vật chất. Một vật ở trạng thái xác định thì có một năng lượng xác định. Khi vật tương tác với các vật bên ngoài thì nó sẽ biến đổi trạng thái và trao đổi năng lượng với các vật bên ngoài. Nhưng thực chất của sự trao đổi năng lượng này xảy ra như thế nào? Có thể rằng dùng từ "chuyển hóa" chính xác hơn chăng? Và động năng chính là dạng nguyên thủy, dạng cội nguồn của năng lượng?
Rõ ràng với khái niệm về năng lượng đã lỗi thời như thế, khó tránh khỏi “chuệch choạc” trong nhận thức nhiều hiện tượng vật lý, trong đó có không ít những hiện tượng rất đơn giản. Chẳng hạn, nếu cho rằng hai vật va chạm nhau sẽ phải trao đổi động năng (một dạng của năng lượng) của chúng cho nhau, thì phải đi đến hình dung: năng lượng dù hoàn toàn lệ thuộc vào vật chất, là đặc trưng cho mức độ vận động (gồm số lượng và cường độ vận động) của vật, thì cũng có vẻ như một tồn tại thực và tương đối độc lập như vật chất. Đó là một điều rất khó hình dung. Nếu hai vật đó đứng yên thì năng lượng của mỗi vật bằng bao nhiêu, có bằng 0 không? Không bao giờ! Chỉ có thể nói động năng của chúng bằng 0 so với nhau và đặc biệt là chỉ theo đánh giá của hệ quan sát thấy chúng đứng yên mà thôi. Nếu một vật có khối lượng m thì năng lượng toàn phần của nó, nếu qui đổi ra động năng, đúng bằng mc2. Lượng năng lượng này luôn được bảo toàn dù vật ở bất cứ trạng thái (mức độ, cách thức) vận động nào, miễn khối lượng của nó không suy suyển. Làm sao hiểu được điều đó nếu dựa trên khái niệm năng lượng của cơ học cổ điển?
Dù hai thực thể có vật chất khác nhau đến mấy chăng nữa nhưng khi khối lượng của chúng bằng nhau thì năng lượng toàn phần của chúng hoàn toàn như nhau. Từ đó, nói rộng ra, đa dạng vật chất trong Vũ Trụ đều được biểu thị bởi một dạng năng lượng duy nhất. Nói cách khác các thực thể vật chất trong Vũ Trụ đều đồng nhất với nhau về mặt năng lượng và chỉ có thể khác nhau về mặt khối lượng. Nếu năng lượng là đại lượng đặc trưng cho vận động của vật chất thì khối lượng là đại lượng đặc trưng cho chính vật chất (và có thể gọi bằng một cái khác, đúng hơn: chất lượng? Nếu hai vật có thể tích bằng nhau thì vật có khối lượng lớn hơn phải có chất lượng hơn, xét về mặt năng lượng.). Điều đó sẽ tiếp tục dẫn đến suy lý: vậy thì có thể qui mọi dạng chất của vạn vật về một dạng chất duy nhất. Chất này đóng vai trò là nguồn gốc của các chất cụ thể khác nhau. Thậm chí cần phải cho rằng đa dạng vật chất thực ra đều được cấu tạo nên bởi cùng chất đó, chỉ vì cách thức vận động nội tại và cấu trúc nội tại của chúng tương đối khác nhau mà chúng khác nhau. Vậy, nếu loại bỏ được yếu tố làm cho vật chất thể hiện ra tính vận động của chúng thì sự đồng nhất về chất của chúng sẽ “lộ diện”. Nhưng yếu tố đó là yếu tố nào? Chỉ có thể là yếu tố thời gian! Rốt cuộc, một năng lượng toàn phần nào đó, nếu loại bỏ yếu tố mang thời gian tính đi, sẽ “hiện nguyên hình” ra lượng vật chất nguyên thủy. Có thể nói: vật chất là năng lượng được “nhìn thấy” ngoài thời gian, còn năng lượng là vật chất được “nhìn thấy” trong thời gian.
Theo triết học duy tồn thì không thể có Hư Vô được, cho nên chất nguyên thủy nói trên phải lấp đầy Vũ Trụ. Mà lấp đầy Vũ Trụ chỉ có thể là không gian cho nên phải dẫn đến quan niệm không gian cũng chính là chất nguyên thủy cần tìm. Nhưng chỉ cần quan sát thông thường cũng nhận ra, trong Vũ Trụ đâu chỉ có toàn không gian mà còn có vạn vật - hiện tượng nữa. Do đó phải đi đến suy lý: ngoài không gian ra, còn có một chất nữa, thực chất vẫn là không gian nhưng có mức độ vận động khác với không gian (mà chúng ta gọi là trạng thái bị kích thích tột độ) nên cũng tương đối phân biệt được với không gian. Chất này đã được chúng ta gọi là KG. Chất KG chính là chất của vạn vật trong Vũ Trụ và năng lượng là chất ấy được thấy trong tình trạng đang vận động của nó.
Vì vạn vật trong Vũ Trụ có muôn hình vạn trạng, to nhỏ khác nhau, có thể phân chia các vật to hơn thành nhiều vật nhỏ hơn hay ngược lại, có thể tập hợp những vật nhỏ hơn thành vật lớn hơn. Điều đó cho thấy có thể tích tụ và phân tán KG và một thực thể KG thì phải có cấu trúc, phải có một sự liên kết vận động theo cách thức nào đó giữa các phần tử KG hợp thành thực thể KG. Phần tử KG cũng là thực thể KG nên có thể phân chia nó thành những phần tử KG nhỏ hơn nữa. Nhưng có thể phân chia KG nhỏ đến vô tận như Lênin quan niệm được không? Có mà cũng không, tuy nhiên trong Vũ Trụ thực tại thì nhất quyết là không thể! (Nhỏ vô hạn coi như tương đương với Hư Vô (hư vô tuyệt đối). Dù là vô vàn thì Hư Vô không thể hợp thành Tồn Tại (tồn tại tuyệt đối) được! Hay một cách toán học cũng dễ dàng thấy: nếu tổng của hai số nhỏ vô hạn cũng là số nhỏ vô hạn thì phải suy ra tổng vô hạn số nhỏ vô hạn không thể hợp thành số lớn vô hạn được. Nhìn theo góc độ khác: số nhỏ vô hạn là số rất gần với số 0 và nhỏ hơn rất nhiều so với số 1; số lớn vô hạn là số lớn hơn rất nhiều so với số 1; hai số ấy là tương phản nghịch đảo của nhau nên tích của chúng chỉ có thể đúng bằng 1 chứ không thể bằng chính số lớn vô hạn được!). Vậy, phải tồn tại một lượng KG nhỏ nhất tuyệt đối đóng vai trò đơn vị hợp thành những thực thể KG có qui mô to nhỏ khác nhau, và chúng ta gọi lượng KG đơn vị ấy là hạt KG. Đây chính là nguyên nhân sâu xa nhất làm cho vật chất có tính gián đoạn và kéo theo năng lượng cũng có tính gián đoạn, hay nói cách khác, sự tồn tại lượng tử vật chất và lượng tử năng lượng là một tất yếu hiển nhiên.
Nếu tin theo khái niệm vật chất của Lênin và khái niệm năng lượng của cơ học cổ điển thì sẽ không bao giờ giải thích được vì sao lại có hiện tượng lượng tử hóa trong Vũ Trụ vi mô mà vật lý học đã phát hiện ra.
Đến đây, có thể thấy, khi hai vật có khối lượng bằng nhau thì chúng có năng lượng toàn phần bằng nhau. Tùy theo trạng thái vận động (cụ thể ở đây là chuyển động) của mỗi vật so với nhau như thế nào mà có thể chúng có động năng khác nhau, nhưng không thể nói đơn thuần vật nào có động năng lớn hơn vật nào, mà chỉ đánh giá được như thế theo quan điểm chủ quan của mỗi hệ quan sát chúng. Khi hai vật đó va chạm nhau mà không bị “sứt mẻ” gì (nghĩa là khối lượng của mỗi vật vẫn như cũ) thì không phải chúng trao đổi năng lượng cho nhau, mà thực chất là chỉ làm biến đổi trạng thái vận động của nhau và được thấy (có phần chủ quan) là sự biến thái năng lượng toàn phần theo cách chuyển hóa qua lại giữa nội năng và động năng ở mỗi vật.
Khi nói hai vật thực sự trao đổi năng lượng của chúng cho nhau thì cũng đồng nghĩa là hai vật đó trao đổi vật chất cho nhau. Quá trình đó tất yếu làm ảnh hưởng ít, nhiều đến tính chất và lượng chất (hay trạng thái vận động và năng lượng toàn phần) của mỗi vật đó. Một cách tổng quát: khi một thực thể KG thu, phát hoặc đồng thời thu - phát năng lượng thì đi kèm với quá trình đó là quá trình biến đổi trạng thái vận động và năng lượng toàn phần của bản thân thực thể KG. Sự biến đổi đó, tùy thuộc vào quan điểm, qui ước, đánh giá chủ quan của quan sát - nhận thức, đến một mức độ nào đó, sẽ làm cho thực thể KG không tồn tại là nó nữa, mà biến thành thực thể KG khác hoặc những thực thể KG khác. Chúng ta cho rằng thu - phát bức xạ điện từ là dạng cơ bản nhất, phổ biến nhất của thu - phát năng lượng. Có thể nói, thu - phát bức xạ điện từ đóng vai trò quyết định bậc nhất đối với tồn tại và vận động vật chất trong toàn Vũ Trụ.
Động năng hay thế năng là những dạng thể hiện cụ thể của năng lượng. Trong hiện thực, ngoài hai dạng đó ra còn có dạng rất phổ biến mà cũng tối quan trọng đối với đời sống con người, đó là điện năng. Và thêm nữa, theo qui ước, còn có nhiều dạng năng lượng khác nữa như: điện năng, quang năng…
Nhiệt là gì? Nhiệt từ đâu mà có?
Đó là hai câu hỏi đơn giản, rất dễ trả lời nếu theo sách giáo khoa về nhiệt học. Nhưng để có câu trả lời như nhiệt học ngày nay chỉ ra, loài người đã phải trải qua một thời gian rất dài lâu để tìm hiểu, với biết bao nhiêu công sức mò mẫm, trăn trở, với biết bao nhiêu lần “lên bờ xuống ruộng” đầy gian lao.
Nhiệt có liên quan đến cảm giác nóng - lạnh của con người. Đó là điều mà ngày nay ai cũng biết. Có liên quan thôi chứ nhiệt không phải nóng lạnh. Nóng thì chắc chắn là có hàm chứa nhiệt rồi nhưng lạnh như băng tuyết không phải là không hàm chứa nhiệt. Điều đó ít người biết hơn.
Có lẽ ý niệm về nhiệt độ và nhiệt, ở một mức độ sơ khai nào đó, đã xuất hiện từ thời thượng cổ. Quá trình đi tìm hiểu bản chất của nhiệt bắt đầu bằng quá trình xem xét sự cháy. Vào thời cổ đại, quan niệm coi quá trình cháy là quá trình phân hủy vật thể cháy kèm theo sự giải phóng một chất lỏng tinh tế không nhìn thấy được (sau này được gọi là “chất cháy”) đã ngự trị trong xã hội và hằn sâu trong tâm thức của những nhà bác học thời đó tới mức trở thành một quan niệm truyền thống, không còn bàn cãi, tiếp tục tồn tại ở châu Âu đến hết thời trung cổ.
Vào đầu thế kỷ XVII, người ta vẫn quan niệm sự cháy của các vật thể và sự phân hủy chất cháy đồng thời sinh ra sản phẩm dễ bay hơi. Đến lúc đó người ta vẫn chưa biết vai trò quan trọng của không khí đối với quá trình cháy dù trước đó các nhà luyện kim và các nhà hóa học đã biết rằng để duy trì ngọn lửa thì cần phải có không khí. Sau này, năm 1665, nhà vật lý nổi tiếng người Anh tên là R. Huc (Robert Hook, 1635 - 1703), có công bố tác phẩm “Micrographia”, trong đó có trình bày lý thuyết chung về sự cháy. Theo lý thuyết này, không khí có chứa một chất đặc biệt giống như chất có trong diêm tiêu ở trạng thái liên kết. Chất này có khả năng hòa tan mọi vật thể cháy khi nhiệt độ các vật thể này đủ cao. Quá trình đó sẽ làm xuất hiện ngọn lửa, tạo ra sản phẩm của sự “hòa tan” các vật thể là ở thể rắn, lỏng hay khí. Trong diêm tiêu, chất có khả năng hòa tan vật thể cháy nằm ở trạng thái  bị ép chặt cho nên lượng chất đó chứa trong một thể tích diên tiêu nhiều hơn trong một thể tích không khí tương đương. Nếu đốt cháy vật thể trong một bình kín thì khi vật thể cháy đã hòa tan bão hòa vào “dung môi”, quá trình cháy sẽ dừng lại. Nhưng nếu tiếp tục cung cấp không khí, tức là tiếp tục thêm “dung môi” vào bình, thì quá trình cháy tiếp tục cho đến khi “hòa tan” hết vật thể cháy.
Giôn Maiốp (J. Mayow, 1640 - 1679), một thầy thuốc ở Ocspho (nước Anh) đã phát triển quan điểm của Huc trong bản luận văn “Về diêm tiêu và rượu không khí của diêm tiêu”, xuất bản năm 1669. Theo Maiốp, trong không khí có một chất dung môi có khả năng hòa tan các chất cháy mà ông gọi là “rượu không khí của diêm tiêu”. Chính nhờ có dung môi này mà các chất cháy mới cháy được trong không khí và không khí mới có khả năng duy trì sự cháy. Sau đó Maiốp còn cho rằng “rượu không khí của diêm tiêu” cấu tạo từ những hạt “lửa không khí”. Những hạt này có khả năng kết hợp với các kim loại khí nung nóng, do đó là tăng khối lượng kim loại.
Trong quá trình thực hành nhiều thí nghiệm về sự cháy, Maiốp còn phát hiện ra một điều quan trọng mà trước đó chưa từng biết: hạt “lửa không khí” không những cần cho sự cháy mà còn cần cho sự thở nữa.
Phát kiến của Maiốp là thực sự tiến bộ, bởi vì “rượu không khí của diêm tiêu” chính là Ôxy và hạt “lửa không khí” chính là phân tử hay nguyên tử ôxy. Tuy nhiên, phát kiến đó không được thừa nhận rộng rãi, không những là do quan niệm truyền thống về sự cháy có từ thời cổ đại vẫn còn đè nặng tâm trí giới nghiên cứu, mà còn do Maiốp qua đời quá sớm (vào tuổi 38), chưa kịp tiến hành đủ thí nghiệm để chứng minh một cách thuyết phục phát kiến của mình.
Có lẽ vào thời tối cổ, loài người nguyên thủy đã biết đến “chất” gốm, “chất” kim loại và cũng biết rằng đó là những “sản phẩm” do sự phun trào núi lửa ngẫu nhiên tạo thành. Biết cách tạo ra “sự cháy” và dùng lửa phục vụ cho đời sống là một cuộc cách mạng vô song của loài người. Nhờ có suy nghĩ và ngọn lửa mà vào khoảng cuối thời đại đồ đá mới, loài người đã chế tạo được những công cụ phục vụ cho lao động và sinh hoạt mang chất liệu hiếm có trong thiên nhiên, gọi là đồ gốm, muộn hơn một chút là đồ đồng. Có thể nói đó là bước đi đầu tiên của nghề luyện kim.
Thời đại đồng thau ở Trung Hoa xuất hiện khoảng đầu thiên niên kỷ II TCN và phồn vinh nhất vào nửa đầu triều đại nhà Chu (khoảng năm 1066 - 256 TCN), lúc này nghề sản xuất vũ khí cũng như công cụ và đồ dùng sinh hoạt đã đạt tới trình độ rất cao. Đặc biệt nổi tiếng là những chiếc vạc ba chân (gọi là “đỉnh”). Phải chăng đó chính là những chiếc lò luyện kim đan đầu tiên (tổng hợp các chất không quí thành chất quý, chưng cất ra thuốc (hoàn toàn ảo tưởng) “trường sinh bất lão”) của người Trung Hoa cổ? Sau này, ở châu Âu trung cổ, những chiếc đỉnh đó được huyền bí hóa thành một phương tiện ma thuật - bình “triết học” - nó “nảy sinh” các viên đá triết học, hoặc chỗ tiến hành các quá trình biến đổi kim loại không quí thành vàng (kim). Phải chăng thuật ngữ “giả kim thuật” có xuất xứ từ đây, lúc đầu có nghĩa là là cách thức chế tạo ra chất quí, sau được hiểu rộng ra và xuất hiện thuật ngữ “kỹ thuật luyện kim (loại)”. Có một điều kể cũng thú vị: dù phần lớn các nhà lịch sử hóa học cho rằng tên gọi “Chymeia” (Hóa học) có nguồn gốc từ chữ “chemi” hay “chuama”, nghĩa là “đất đen”, đồng thời cũng là tên gọi của toàn thể đất nước Ai Cập (một số học giả có ý kiến hơi khác rằng chữ “Khima” đã có trong các bản viết tay Ai Cập từ thế kỷ III TCN và tên gọi “Chymea” theo cách hiểu ban đầu có thể là “nghệ thuật nấu kim loại”), thì cũng không ít nhà nghiên cứu cho rằng “chymeia” xuất phát từ tiếng “kim” (vàng) của Trung Hoa. Vào thời kỷ giả kim thuật Ả Rập (thế kỷ VII), người Ả rập thêm tiếp đầu ngữ “al” và thành thuật ngữ “alchymeia”, mang ý nghĩa là biến đổi các kim loại không quí thành quí, chế thuốc trường sinh…
Rôbớt Bôi (Robert Boyle), người Anh, là nhà nghiên cứu khoa học rất xuất sắc trong thế kỷ XVII ở châu Âu. Ông chào đời ngày 25-1-1627 (và mất năm 1691). Hoạt động của Bôi phản ánh rực rỡ các trào lứu mới trong khoa học lúc đó và trước hết là chống lại những quan niệm tín điều của triết học kinh viện cũng như những quan niệm lạc hậu còn lưu lại của thời kỳ giả kim thuật. Ông bắt đầu nổi tiếng nhờ phát biểu định luật về chất khí của mình mà ngày nay được gọi là định luật Bôi - Mariốt (nhà vật lý học người Pháp, Mariốt phát biểu định luật này sau Bôi 17 năm nhưng lập luận sáng tỏ hơn). Bôi có nhiều đóng góp lớn trong nhiều lĩnh vực nghiên cứ như : quang học, nhiệt học, điện học, âm học… Tuy nhiên, cống hiến chủ yếu của Bôi thuộc về lĩnh vực hóa học. Ông là một trong những đại diện nổi bật nhất của hóa học thực nghiệm và được Angghen đánh giá là “đã làm cho hóa học trở thành khoa học”. Những dòng sau đây của Bôi, hiểu rộng ra, là cương lĩnh của khoa học thực nghiệm nói chung: “Tôi nhìn hóa học theo một quan điểm hoàn toàn khác, không như một thầy thuốc hay như một nhà giả kim thuật mà như một nhà triết học. Ở đây, tôi muốn vạch ra một kế hoạch cho triết học hóa học mà tôi hy vọng có thể thực hiện và hoàn thiện được bằng những thí nghiệm và quan sát của mình. Nếu có những người thừa nhận kết quả của khoa học chân chính gần với trái tim mình hơn là những quyền lợi cá nhân thì có thể dễ dàng chỉ cho họ thấy rằng họ có thể đóng góp cho thế giới những công lao to lớn nhất khi họ mang hết sức mình ra tiến hành thực nghiệm, thu thập các quan sát và đừng xây dựng một lý thuyết nào nếu chưa kiểm tra trước tính chất của nó bằng thực nghiệm”.
Chính Bôi chứ không ai khác, sau khi phê phán quan niệm nguyên tố của Aristốp (“nguyên tố lửa”) và của các nhà giả kim thuật, đã đi đến định nghĩa: nguyên tố là những vật thể xác định, nguyên thủy và đơn giản, hoàn toàn không trộn lẫn và không cấu tạo từ các nguyên tố khác, và ngược lại, nguyên tố là thành phần hợp thành của các vật thể hỗn hợp, được tạo thành khi phân hủy vật thể hỗn hợp. Định nghĩa của Bôi đã rất hữu ích đối với sự phát triển hóa học thời đó.
Bôi đã nghiên cứu hiện tượng cháy và cũng đã nhận thấy có một thành phần không khí mà ông gọi là “chất sống” tham gia vào quá trình cháy. Kết luận rút ra của ông là nếu không có không khí thì không có sự cháy và vật thể cháy trong một bình kín sẽ nhanh chóng bị tắt. Bôi còn làm những thí nghiệm về nung nóng kim loại và nhận thấy sự tăng trọng lượng kim loại khi nung nóng. Tuy nhiên, ông đã phạm sai lầm khi cho rằng các hạt “chất lửa” cực kỳ tinh tế từ sự cháy của than đang đốt đã “xuyên qua” thủy tinh của bình cổ cong để kết hợp với kim loại làm tăng trọng lượng của kim loại. Từ đó, Bôi cho rằng “chất lửa” phải có trọng lượng. Về sau, nhà hóa học nổi tiếng người Hà Lan, tên là H. Buahavơ (Hermann Boerhaave, 1668-1738), đã cân những mảnh kim loại khi chưa nung rồi cân lại khi chúng đã bị nung nóng đỏ thì thấy trọng lượng hai lần cân ấy không khác gì nhau. Từ đó, ông rút ra kết luận: “chất lửa” không có trọng lượng).
Vào thế kỷ XVII, sự phát triển ngành luyện kim, ngành sản xuất thủy tinh… đã đòi hỏi nhu cầu lớn về nhiên liệu. Tình hình đó đặt nặng lên vai các nhà hóa học và tạo hướng ưu tiên cho họ: nghiên cứu cách sử dụng nhiên liệu tiết kiệm hơn, đồng thời, tìm những chất thay thế cho than gỗ.
Stan (G. E. Stahl, 1659-1734), người Đức, là một nhà nghiên cứu khoa học có tài. Thời kỳ đầu, khi còn làm việc ở Yen, nơi ông tốt nghiệp đại học và trở thành thầy thuốc, Stan vẫn hầu như tin theo lý thuyết giả kim thuật. Tuy nhiên, nhiều thợ luyện kim đã làm cho ông chú ý đến những hiện tượng gây tổn thất cho ngành sản xuất này, đi sâu nghiên cứu về khai thác quặng cũng như luyện kim và trở thành người rất am hiểu kỹ thuật chế luyện kim loại. Stan đã viết: “Những người thợ rèn, thợ đúc đồng, đúc chuông, thợ làm khuy than phiền về nỗi là sau quá trình nung nóng những kim loại (không hoàn hảo) trong không khí, chúng bị cháy mất một phần và phân hủy thành tro… Vì sao xảy ra hiện tượng đó?... Làm thế nào để tránh được những điều bất lợi này và phục hồi lại kim loại đã bị tổn thất? Những vấn đề như vậy ngay cả những người thợ có nhiều kinh nghiệm cũng không thể hiểu nổi”.
Để tìm hiểu những vấn đề đó, Stan đã tiến hành nhiều thí nghiệm, trong đó có thí nghiệm mà ông gọi là “thí nghiệm mới tổng hợp lưu huỳnh”, và đi đến kết luận: lưu huỳnh được cấu tạo từ một phần axít (axit sunfuric) và một phần khác là “nguyên tố cháy” có chứa trong than. Sau đó ông mở rộng kết luận: “nguyên tố cháy” có chứa trong than và các chất béo tham gia vào cả thành phần của các kim loại không quí. “Nguyên tố cháy” được Stan gọi là “Phlôgistôn” (xuất phát từ tiếng Hi Lạp “phlogistos” có nghĩa là cháy). Thuyết Phlôgistôn về sự cháy ra đời!
Những năm về sau, Stan tiếp tục phát triển và đến năm 1723 thì hoàn chỉnh học thuyết của mình.
Thuyết phlôgistôn dần được thừa nhận rộng rãi trong giới hóa học nhờ những hoạt động của các học trò Stan.
Theo thuyết này, Phlôgistôn là thành phần quyết định tính chất cháy được của vật thể. Trên cơ sở luận điểm đó, Stan đã giải thích mối quan hệ giữa phlôgistôn với lửa. Ông cho rằng lửa (hay nhiệt) cần thiết cho việc thực hiện các quá trình hóa học nhưng không thể xem như một thành phần của vật thể thoát ra khi vật thể phân hủy, nghĩa là ông phủ nhận “nguyên tố lửa” của Arixtốt. Còn phlôgistôn, sau khi được giải phóng khỏi vật thể cháy, có thể kết hợp với các vật chất khác, đặc biệt có thể kết hợp với không khí thành một hợp chất rất bền vững. Khi vật chất cháy, phlôgistôn bay ra, chuyển động xoáy và kết hợp với không khí tạo thành ngọn lửa. Stan cho rằng, phlôgistôn nằm trong bồ hóng là thứ phlôgistôn tinh khiết nhất. Tuy nhiên, Stan không coi phlôgistôn như một chất cụ thể nào, mà cho rằng phlôgistôn chỉ có tính vật chất khi nó kết hợp với một chất khác trong vật thể hỗn hợp, lúc đó nó có thể thể hiện dưới dạng ngọn lửa khi nung nóng. Còn ở trạng thái tự do thì phlôgistôn là một thứ không xác định, không cụ thể. (Ngày nay, có thể thấy thuyết phlôgistôn là một sai lầm “đáng yêu” tương tự như thuyết địa tâm: là thể tương phản của chân lý khoa học. Quá trình đốt cháy kim loại trong không khí thành vôi hay xỉ (tức là ôxyt kim loại) chính là một quá trình ôxy hóa khử và như vậy, có thể viết:
kim loại – phlôgistôn = Kim loại + ôxy = vôi kim loại (tức là ôxýt kim loại)
hay                   ôxy = – phlôgistôn)
Đến giữa thế kỷ XVIII, thuyết phlôgistôn đã được thừa nhận khắp châu Âu. Quan niệm về phlôgistôn trong các quá trình cháy đã làm hồi sinh quan niệm cổ về sự tồn tại và vai trò của các “chất lỏng không có trọng lượng” trong các quá trình hóa học, đặc biệt là quan niệm coi nhiệt như một chất lỏng không có trọng lượng, có khả năng “chảy” từ vật thể này sang vật thể khác. Tuy rằng ngay từ đầu thế kỷ XVIII, một số nhà vật lý học như Đềcác, Huc nêu nhiều lý lẽ bác bỏ quan niệm “chất lỏng nhiệt” và cũng chứng minh cho quan niệm cơ học về bản chất nhiệt, nhưng đến giữa thế kỷ XVIII thì ý kiến của họ hầu như bị lãng quên. Thuyết phlôgistôn cùng với quan niệm tồn tại các “chất lỏng không trọng lượng”, trong đó có “chất nhiệt” vẫn nghiễm nhiên ngự trị trong khoa học.
Như có lần chúng ta đã kể, Lômônôxốp là một nhà bác học vĩ đại, một trong những đại diện xuất sắc nhất của nền khoa học Nga thế kỷ XVIII. Ông nổi tiếng là một thiên tài bách khoa: vừa là nhà vật lý học, hóa học, địa chất học, khí tượng học…, vừa là nhà nghiên cứu lịch sử, ngôn ngữ, vừa là thi sĩ, nghệ sĩ… Puskin, nhà thơ thiên tài người Nga đã viết thế này: “Lômônôxốp đã xây dựng trường đại học đầu tiên của nước Nga và nói đúng hơn, ông chính là trường đại học đầu tiên của nước Nga”.
Công lao to lớn của Lômônôxốp trong việc thúc đẩy nhận thức của nhân loại về tự nhiên lên một tầm cao mới là bất tử, không thể phủ nhận được. Một cống hiến đặc biệt quan trọng của ông cho khoa học là lý thuyết cơ học về nhiệt hay thuyết nguyên tử - phân tử về nhiệt. Lập luận một cách chặt chẽ, ông đã giải thích bản chất của nhiệt theo hướng cơ học mà Đềcác, Húc… nêu ra trước đó, đưa đến quan niệm đúng đắn về nhiệt, và quan niệm này mang tính vượt thời đại. Ngay trong những luận văn đầu tiên của mình, Lômônôxốp đã cố gắng chứng minh rằng “nhiệt thể hiện ở chuyển động của các hạt vật chất”.
Lômônôxốp chính là người đầu tiên phát biểu nguyên lý bảo toàn vật chất và chuyển động dưới hình thức rõ ràng và chặt chẽ. Ông viết: “Khi một vật thể truyền chuyển động cho một vật thể khác và làm cho vật thể này chuyển động nhanh hơn, thì nó chỉ truyền một phần chuyển động đúng bằng phần chuyển động mà nó mất”, và: “Mọi biến đổi trong thiên nhiên đều xảy ra sao cho lấy từ vật thể này bao nhiêu thì thêm vào vật thể khác bất nhiêu, nếu ở chỗ này vật chất bớt đi bao nhiêu thì ở chỗ khác vật chất tăng lên bấy nhiêu…”. Trên cơ sở nguyên lý này, Lômônôxốp đã lập luận về chuyển động nhiệt của các phân tử. Trong công trình “Bàn về tính rắn và tính lỏng của các vật”, ông viết: “Trước tiên, tôi đã chứng minh rằng, ngọn lửa sơ đẳng của Arixtốt hoặc các chất nhiệt đặc biệt - theo cách nói những nhà thông thái mới… chỉ là một điều bịa đặt , và tôi đã khẳng định rằng lửa và chuyển động quay của các tiểu phân, đặc biệt chẳng qua chỉ là do của các chất đã tạo ra vật”.
Những kết luận và chứng minh cuối cùng của Lômônôxốp về bản chất nhiệt được trình bày trong bản luận văn “Luận về bản chất của nóng và lạnh” viết năm 1744, công bố năm 1750. Ông viết: “Vật thể A khi tác dụng lên vật thể B không thể truyền cho vật thể B một tốc độ lớn hơn tốc độ của chính bản thân A. Vì vậy, nếu vật B lạnh nhúng vào vật A nóng thì chuyển động của các hạt vật A sẽ gây cho các hạt vật B chuyển động nhiệt, nhưng các hạt vật B không thể bị kích thích đến mức chuyển động nhanh hơn là chuyển động nhiệt của các hạt vật A và vì vậy vật B lạnh nhúng vào vật A nóng tất nhiên không thể nhận một lượng nhiệt lớn hơn lượng nhiệt mà vật A có”. Có thể coi phát biểu này là dạng sơ khai, là tiền thân của nguyên lý II nhiệt động học (đến nửa sau thế kỷ XIX mới chính thức được khám phá!).
Cũng trong bản luận văn nói trên, Lômônôxốp đã dựa vào quan niệm mà ông nêu ra về bản chất của nhiệt để nói về giới hạn của nóng và lạnh. Theo ông, vì không thể nêu ra một giới hạn cao nhất cho tốc độ chuyển động của các hạt nên mức độ nóng của vật thể cũng không thể có giới hạn cao nhất, trái lại vì giới hạn thấp nhất của chuyển động là đứng yên (vận tốc bằng 0) nên tất nhiên phải có một giới hạn lạnh nhất, tương ứng với sự ngừng hoàn toàn chuyển động của các hạt hợp thành vật thể. Đó chính là nhiệt độ không tuyệt đối mà ngày nay đã được xác định là OoK (độ Kenvin) hay -273oC (độ Celsi).
Quan niệm tiên tiến của Lômônôxốp về bản chất của nhiệt tỏ ra hoàn toàn xa lạ và không thể hiểu nổi đối với số đông các nhà khoa học thời đó. Chính vì vậy mà khi “Luận về bàn chất của nóng và lạnh” của ông xuất hiện ở Đức, nó đã gây ra những chê bai và cả đả kích của những người theo quan niệm về sự tồn tại của các “chất lỏng có trọng lượng”.
Có một điều đáng tiếc nhỏ, tuy Lômônôxốp đã quan niệm nói chung là đúng đắn về cấu tạo vật chất và bản chất của nhiệt cũng như không thừa nhận về sự tồn tại của các “chất lỏng không có trọng lượng, song ông lại không những không từ bỏ thuyết phlôgistôn mà còn dùng nó để giải thích các hiện tượng hóa học, tính chất kim loại…
Sự phát triển kiến thức hóa học sau khoảng 100 năm để đáp ứng đòi hỏi ngày một nâng cao về trình độ sản xuất cũng như nhận thức trong thời kỳ đầu tư bản chủ nghĩa, đã đạt đến độ chín muồi làm sụp đổ thuyết phlôgistôn vào cuối thế kỷ XVIII, tạo ra sự chuyển biến mạnh mẽ trong hóa học mà nhiều người mệnh danh là “Cuộc cách mạng trong hóa học”. Về thời kỳ này, Angghen đã đánh giá khá xác đáng: “Bằng công trình thực nghiệm hàng thế kỷ của mình, thuyết Phlôgistôn lần đầu tiên đã cung cấp đủ tài liệu để Lavoaziê có thể tìm thấy trong chất ôxy mà Phistly mới điều chế được hình ảnh thực tế lộn ngược của chất phlôgistôn hoang đường và do đó lật nhào cả thuyết phlôgistôn. Nhưng điều đó không có nghĩa là loại trừ mọi kết quả thực nghiệm của những người theo thuyết phlôgistôn. Ngược lại, các kết quả này tiếp tục tồn tại, chỉ cần đảo ngược lại cách diễn đạt chúng, chuyển từ ngôn ngữ của thuyết phlôgistôn sang ngôn ngữ hóa học hiện đại…
Angtoan Lôrăng Lavoaziê (Antoine Loran Alvoisier) là nhà bác học thiên tài người Pháp, có kiến thức bách khoa uyên bác, thuộc vào danh sách các bậc vĩ nhân của nhân loại, và được vinh danh là người sáng lập ra hóa học hiện đại. Ông sinh ra ngày 26-8-1743 và là con của một luật sư làm biện lý tại nghị viện Pháp.
Sau khi tốt nghiệp đại học, Lavoaziê không đi theo con đường của cha mà gia nhập vào hàng ngũ các nhà khoa học tự nhiên. Tháng 5-1768, Lavoaziê trở thành viện hàn lâm khoa học Pari. Năm 1772, ông được bầu là viện sĩ viện hàn lâm khoa học Pari. Năm 1778, Lavoaziê trở thành viện sĩ ăn lượng và năm 1785 thì được cử làm giám đốc viện hàn lâm khoa học Pari. Năm 1788, ông trở thành hội viên Hội hoàng gia Luân Đôn (tức là Viện hàn lâm khoa học Anh).
Con đường tiến thân trong khoa học của Lavoaziê nói chung là thuận lợi và vinh quang. Còn con đường tiến thân trong đời sống xã hội cũng thuận buồm xuôi gió, gặt hái không ít danh lợi, nhưng kết thúc bất ngờ một cách bí ẩn. Năm 1768, Lavoaziê nhận làm việc với Sở thầu thuế. Ở nước Pháp quân chủ, Sở thầu thuế là một cơ quan kinh doanh được chính phủ giao cho trách nhiệm thu thuế của nhân dân. Hàng năm, Sở thầu thuế phải nộp cho nhà nước một số tiền nhất định, số tiền dư còn lại, những người thầu thuế chia nhau hưởng riêng. Với cách làm như vậy, những người thầu thuế kiếm được rất nhiều tiền và giàu lên nhanh chóng (tất nhiên là một cách tỉ lệ thuận với mức độ oán ghét của dân chúng. Chẳng hạn, năm 1763 tổng số tiền sở thầu thuế nộp cho nhà nước là 90 frăng, năm 1763 nộp 112 frăng, nhưng số tiền mà họ thu được của dân chúng gấp 3 lần những số tiền đó. Chính quyết định làm việc ở sở thầu thuế của Lavoaziê đã dẫn ông đến thảm họa kết thúc đời mình.
Ngày 14-7-1789, quần chúng cách mạng đánh chiếm ngục Basti, mở đầu cho cuộc cách mạng tư sản Pháp, làm sụp đổ hoàn toàn chế độ quân chủ chuyên chế ở nước Pháp. Năm 1789 cũng được coi là năm của “cuộc cách mạng hóa học” bằng sự ra đời cuốn sách nổi tiếng về hóa học của Lavoaziê có tựa đề “Khái luận về hóa học”. Đó là cuốn sách giáo khoa với ngôn ngữ giản dị, dễ hiểu, trình bày những cơ sở lý thuyết của môn hóa học mới. Trong lời phê bình cuốn sách này, Fuốcra và Cađêđờvô nhân danh Hội canh nông đã viết: “Không còn nghi ngờ gì nữa, Lavoaziê là một trong những người có ảnh hưởng lớn nhất đến cuộc cách mạng tốt lành trong hóa học khí của thời đại chúng ta”.
Tháng 3-1792, Quốc hội ra sắc lệnh giải thể Sở thầu thuế, ngày 10-8-1793, Viện hàn lâm khoa học Pari bị đóng cửa. Tháng 10-1793, Hội nghị Quốc ước ra lệnh bắt giam những người tham gia Sở thầu thuế và bắt họ phải báo cáo chi tiết các công việc đã làm cùng với các bản thanh toán. Bản tổng kết này do Lavoaziê làm xong vào tháng 4-1794. Ngày 7-5-1794, 28 người thầu thuế bị buộc tội là “thủ phạm và tòng phạm trong những âm mưu nhằm giúp kẻ thù của nước Pháp bằng cách cưỡng đoạt và bóc lột nhân dân Pháp qua sưu cao thuế nặng… thu lạm thuế đến 6 - 10 % tài sản của nhân dân trong khi theo luật pháp, chỉ cho phép thu 4 %, chiếm riêng lợi nhuận đáng lẽ phải thuộc về Ngân khố quốc gia, cưỡng đoạt của nhân dân và của quốc gia những tài sản lớn đáng lẽ dùng để đài thọ cho cuộc chiến tranh chống liên minh của bọn độc tài và đã chuyển số tiền đó cho bọn độc tài, kẻ thù của nước Pháp”. Với tội trạng đã qui kết đó, Lavoaziê và các đồng sự của ông bị kết án tử hình.
Buổi chiều ngày 8-5-1794, bản án được thi hành. Tài sản của Lavoazie bị tịch biên. Khi biết tin Lavoaziê phải lên máy chém, nhà toán học nổi tiếng Lagrăng, người Pháp, đã nói: “Chỉ cần một nháy mắt là người ta chặt xong một cái đầu, nhưng có lẽ hàng trăm năm cũng chưa tạo được một cái đầu như thế”.
Năm 1796, bản án được xem xét lại. Sau đó, người ta đã phục hồi danh dự cho Lavoaziê và trả lại tài sản đã tịch biên cho người vợ góa của ông.
Đóng góp của Lavoaziê đối với hóa học là to lớn. Một trong những đóng góp quan trọng của ông là khẳng định sự tồn tại của nguyên tố ôxy và từ đó đánh đổ thuyết phlôgistôn.
Lúc đầu, dựa trên các kết quả thí nghiệm của mình về sự đốt cháy, Lavoaziê rút ra được: không khí không đơn giản như các nhà nghiên cứu khi đó vẫn ngộ nhận mà là một hỗn hợp hay hợp chất của một số chất khí có tính chất khác nhau, trong đó có chất khí vừa cần thiết cho việc duy trì sự cháy, vừa “thuận lợi nhất cho sự hô hấp” (và sau này chính Lavoaziê đề nghị đặt tên cho nó là “ôxy” - tiếng Pháp là “oxygène”, tiếng La tinh là “oxygenium”, có nghĩa: “sinh ra axít").
Vốn là người cẩn thận, Lavoaziê thực hiện nhiều thí nghiệm do mình đề ra nữa theo hướng khẳng định sự tồn tại của ôxy, vai trò của nó đối với sự cháy và ôxy hóa kim loại. Cuối cùng, ngày 28-6-1785, Lavoaziê dã trình bày bản luận văn được chuẩn bị kỹ lưỡng của mình có tựa đề: “Luận về Phlôgistôn - Tiếp tục lý thuyết cháy và vôi hóa công bố năm 1777”, trước Viện hàn lâm khoa học Pari. Trong đó có đoạn viết: “Nhiệm vụ của tôi trong bản luận văn này là phát triển lý thuyết cháy mà tôi đã công bố năm 1777. Lý thuyết của tôi chứng minh rằng phlôgistôn của Stan chẳng qua là một chất tưởng tượng mà ông đã giả thiết một cách không có căn cứ là có mặt trong kim loại, trong lưu huỳnh, phốt pho, trong mọi vật thể cháy được. Lý thuyết của tôi cho thấy nếu không dùng đến khái niệm phlôgistôn thì hiện tượng cháy và nung nóng sẽ được giải thích một cách đơn giản và dễ dàng hơn rất nhiều so với khi dùng khái niệm phlôgistôn. Tuy vậy, tôi không mong đợi quan điểm của tôi sẽ được mọi người thừa nhận trong chốc lát. Đầu óc con người thường quen nhìn nhận sự vật theo cách cũ, và những người nào trong môi trường hoạt động của mình vẫn quen xem xét thiên nhiên theo quan điểm cũ sẽ khó mà hiểu nổi những quan điểm mới. Như vậy, hãy để cho thời gian xác nhận hoặc bác bỏ ý kiến của tôi”.
Khi nói về công lao của Lavoaziê trong việc khám phá ra ôxy và giải thích đúng đắn bản chất của sự cháy, Angghen viết: “Pristly và Sile đã mô tả ôxy nhưng không hiểu được rằng cái gì trong tay họ. Họ vẫn là “tù nhân” của phạm trù Phlôgistôn mà họ kế thừa từ những người đi trước. Nhân tố để lật nhào toàn bộ các quan điểm của thuyết phlôgistôn và để tiến hành cuộc cách mạng hóa học đã lọt vào tay họ một cách vô ích. Nhưng chẳng bao lâu sau Pristly, ở Pari, Lavoaziê đã thông báo về khám phá của mình. Chính Lavoaziê, được dẫn dắt  bởi các sự kiện mới, đã xem xét lại toàn bộ hóa học Phlôgistôn và lần đầu tiên khám phá ra rằng dạng không khí mới đó (ôxy) là một nguyên tố hóa học mới. Khi đó, không phải thứ Phlôgistôn thần bí được giải phóng khỏi vật thể cháy mà chính là nguyên tố mới đó đã kết hợp với vật thể. Như vậy, lần đầu tiên ông đã đảo ngược toàn bộ lý thuyết hóa học Phlôgistôn. Và thậm chí, nếu như Lavoaziê không cần mô tả ôxy như ông đã khẳng định là một khám phá đồng thời và độc lập với những người khác thì thực chất vấn đề, vẫn là chính. Lavoaziê khám phá ra ôxy chứ không phải hai người đã mô tả ôxy mà không biết cái họ đã mô tả là gì”.
Lavoaziê cũng rất quan tâm tới vấn đề giải thích bản chất của “chất lửa”, tức bản chất của nhiệt. Ngay từ những công trình nghiên cứu đầu tiên Lavoaziê đã đề cập đến và sau này, vào những năm 80 của thế kỷ XVIII, ông đã cùng với Laplaxơ tiến hành nhiều khảo cứu về nhiệt. Khi thuyết ôxy đã bắt đầu hình thành rõ nét thì đồng thời nhiều công trình nghiên cứu về bản chất nhiệt của Lavoaziê cũng được công bố.
Nếu quan niệm về bản chất sự cháy của Lavoaziê là đúng đắn mang tính cách mạng thì quan niệm về bản chất nhiệt của ông có tính “lưỡng lự” giữa quan niệm vượt thời đại của Lômônôxốp trước đây và quan niệm lạc hậu có từ thời cổ đại. Trong “luận văn về nhiệt”, ông viết: “Các nhà vật lý học có quan điểm khác nhau về bản chất nhiệt… Nhiều người ủng hộ thuyết chất lỏng nhiệt, một số người khác cho rằng nhiệt chính là kết quả chuyển động của các phần tử vật chất mà ta không nhận biết được”, hay: “Mọi người đều biết rằng các vật thể, thậm chí cả những vật thể chặt chẽ nhất cũng có chứa vô số các lỗ nhỏ mà thể tích của chúng lớn hơn rất nhiều so với phần thể tích vật chất chiếm. Chính nhờ có những không gian trống này mà các hạt vật chất cực kỳ bé nhỏ đó có thể tự do giao động theo mọi phương, và tất nhiên ta có thể nghĩ rằng các hạt nằm trong trạng thái dao động liên tục. Nếu dao động tăng lên đến một mức giới hạn nào đó thì vật thể sẽ bị phân hủy. Chuyển động nội tại này chính là nhiệt theo quan điểm của các nhà vật lý mà chúng tôi nhắc đến”.
Trên cơ sở quan niệm cơ học về nhiệt đó, Lavoaziê và Laplaxơ đã giải thích hiện tượng truyền nhiệt và đưa ra kết luận: “Theo quan điểm này, nhiệt tức là lực sống bắt nguồn từ những chuyển động không thấy được của các phân tử vật thể: nó là tổng các tích số giữa khối lượng của mỗi phân tử với bình phương vận tốc của phân tử”. Tuy nhiên, về sau Lavoaziê và Laplaxơ lại nhận xét rằng thuyết chất lỏng nhiệt cũng giải thích đúng được nhiều hiện tượng như thuyết động học phân tử về nhiệt. Từ đó Lavoaziê hoàn toàn từ bỏ quan niệm động học phân tử về nhiệt và chuyển hẳn sang quan niệm chất lỏng nhiệt. Theo ông: “Chất lỏng này hết sức đặc biệt, rất tinh tế, rất đàn hồi, khối lượng của nó nhỏ đến mức không thể dùng dụng cụ để xác định, nó có thể xâm nhập vào các vật thể kể cả những vật thể đặc khít nhất, và được các nhà vật ký học hiện đại gọi là chất nhiệt (calorique)”.
Kể ra thì cũng rất khó hình dung nhiệt lại là do tổng hợp những chuyển động của các hạt tế vi hợp thành vật thể tạo ra và gây cảm giác nóng - lạnh ở con người, nhất là vào khoảng thời gian cuối thế kỷ XVIII, khi mà nhận thức khoa học về cấu tạo vật chất còn rất mơ hồ. Năm 1869, nhà bác học xuất chúng người Nga, D. I. Menđêlêép (1834 - 1907) khám phá ra qui luật biến đổi tuần hoàn về tính chất hóa học của vật chất (định luật tuần hoàn) thì nhận thức khoa học về cấu tạo vật chất vẫn rất hời hợt và chủ yếu là do suy đoán. Thậm chí có thể cho rằng mãi đến năm 1897 mới thực sự bắt đầu cuộc khám phá cấu trúc vật chất trong thực tiễn, khi mà nhà vật lý học người Anh, J. J. Thomson, phát hiện ra hạt điện tử bằng con đường thực nghiệm.
Điều đó giải thích vì sao quan niệm “chất nhiệt” vẫn là quan niệm chính thống về bản chất nhiệt đến tận giữa thế kỷ XIX, trong khoảng thời gian mà nhiều bằng chứng ám chỉ về “nguồn gốc” cơ học của nhiệt đã xuất hiện. Ngay từ năm 1790, một bá tước tên là Rumford (ở Munich) đã thực hiện thí nghiệm là ngâm một nòng súng vào trong một bình nước, dùng chiếc khoan cùn khoan nó trong 2 giờ thì nước sôi, rồi đi đến kết luận: nhiệt là một dạng của chuyển động. Nhưng đa số các ngành nghiên cứu khoa học vẫn cho rằng ma sát đã làm “chất nhiệt” chảy ra khỏi vật…
Khái niệm “công” được hình thành trước tiên trong kỹ thuật, do đòi hỏi của thực tiễn chế tạo và sử dụng máy móc thiết bị trong sán xuất. Và giữa thế kỷ XVIII, để nói về khả năng hoạt động của máy hơi nước, người ta nêu rõ trong một giờ nó nâng được bao nhiêu thùng nước lên độ cao nào.
Máy hơi nước được dùng ngày càng rộng rãi làm này sinh yêu cầu nghiên cứu một cách có hệ thống và sâu sắc hơn quá trình tạo sinh công từ nhiệt để nâng cao hiệu suất máy. Xađi Cácnô (1793 - 1832) là người được sinh ra để lãnh sứ mạng thực hiện bước đầu tiên cho công cuộc nghiên cứu ấy.
Năm 1824, Cácnô công bố tác phẩm khoa học: “Những suy nghĩ về chuyển động lực của lửa”. Trong đó, ông đề ra định hướng cho nghiên cứu hiện tượng biến đổi từ nhiệt ra công: “Muốn nghiên cứu nguyên tắc tạo ra chuyển động từ nhiệt một cách đầy đủ… cần phải lập luận không những đối với máy hơi nước, mà còn đối với mọi loại động cơ nhiệt có thể nghĩ ra được, mặc dù chất được sử dụng là chất nào và cách thực hiện tác dụng là cách nào”. Nghĩa là cần phải nghiên cứu hiện tượng một cách chung nhất, tổng quát nhất để rút ra được những nguyên lý, định luật áp dụng đúng cho tất cả các trường hợp cụ thể trong thực tiễn tạo ra công từ nhiệt.
Trong tác phẩm đó, Cácnô vẫn là người theo quan niệm chất nhiệt, và cho rằng chất nhiệt là một thực thể không thể phá hủy được, bởi thế những biết đổi nhiệt độ của các vật đều gắn liền với việc chuyển nhiệt từ vật này sang vật khác. Hơn nữa, ông còn viết: “Sự xuất hiện lực chuyển động trong máy hơi nước không phải do thực sự đã tiêu hao chất nhiệt, mà là do sự vận chuyển của chất nhiệt từ vật nóng đến vật lạnh… Động lượng của nó chỉ phụ thuộc vào tác nhân dùng để gây ra nó, số lượng của nó chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của các vật mà suy đến cùng, giữa chúng đã diễn ra sự di chuyển chất nhiệt”.
Điều lạ lùng lý thú là dù trên cơ sở quan niệm chất nhiệt, Cácnô vẫn đánh giá đúng đắn vai trò nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh, quan trọng hơn, đã khám phá ra dưới dạng tiềm ẩn một trong ba nguyên lý cơ bản nhất của nhiệt động học (nguyên lý thứ 2).
Tuy nhiên về sau, Cácnô đã có những nghi ngờ đối với quan niệm chất nhiệt và có lẽ cuối cùng, ông đã rời bỏ nó song chưa kịp chỉnh sửa lại tác phẩm nổi tiếng đã công bố của mình thì ông đã qua đời vì bệnh tả (lúc đó ông mới 36 tuổi!). Trong di cảo của Cácnô được công bố sau khi ông mất, người ta đọc được những dòng này: “Những luận điểm cơ bản mà lý thuyết nhiệt dựa vào cần phải được nghiên cứu kỹ lưỡng. Một vài dữ kiện của thí nghiệm không thể giải thích được trong tình hình hiện nay của lý thuyết”. “Nếu như một giả thuyết nào đó đã không còn đủ khả năng giải thích các hiện tượng, thì cần phải vứt bỏ nó đi. Giả thuyết về chất nhiệt như là thực thể vật chất, chính là đang ở trong tình trạng đó”. “Nhiệt… là chuyển đông đã thay đổi hình dạng. Nơi nào mà lực chuyển động bị hủy diệt thì đồng thời xuất hiện nhiệt với một lượng tỷ lệ chính xác với lượng lực chuyển động đã mất đi. Ngược lại: khi nhiệt biến đi, bao giờ cũng xuất hiện lực chuyển động… Nói đúng ra, lực chuyển động không bao giờ được tạo ra, không bao giờ bị hủy diệt: thực ra thì nó thay đổi hình dạng, tức là lúc thì gây ra loại chuyển động này, lúc thì gây ra loại chuyển động khác, nhưng không bao giờ biến mất”.
Có thể thấy Cácnô là người đã tạo nền móng của nhiệt động lực học và đồng thời là người trong thực tế bổ những nhát cuốc đầu tiên đào hố chôn quan niệm chất nhiệt. Ngày nay trong khoa học, nhiệt được quan niệm là một dạng của năng lượng và có tên gọi là “nhiệt lượng”.
                                                               
                                                                          ***
(còn tiếp)