Chương 1 CON MẮT CỔ ĐẠI VÀ NGỌN LỬA BÊN TRONG

Ánh sáng chạm đến tất cả các mặt của cuộc sống

Trong khi viết, tôi nhìn qua cửa sổ. Khung cảnh mùa đông tràn ngập Virginia. Mặt trời vàng tỏa sáng bằng toàn bộ ngọn lửa của nó trong bầu trời xanh thẳm, để lộ ra những thân cây trơ trụi màu nâu, những ngôi nhà sơn trắng thấp thoáng sau những hàng cây, mà tôi có thể đoán được những đường nét kỷ hà của chúng, đây đó vài chiếc xe hơi đỗ bên đường... Chỉ có những chú sóc có bộ lông màu ghi xám nhảy nhót trên mặt đất trơ trụi và chuyền từ cành nọ sang cành kia, phá vỡ sự yên tĩnh của khung cảnh mùa đông. Nói tóm lại, một tập hợp quen thuộc các đường nét, các motif, các hình ảnh và màu sắc mà ánh sáng làm phát lộ trước mắt và tâm hồn tôi.

Ánh sáng cho phép chúng ta kết nối mình với thế giới bên ngoài và gắn mình vào đó. Ánh sáng là giá đỡ của thị giác, mà thị giác, hơn bất kỳ giác quan nào khác, lại ngự trị trong đời sống tinh thần của chúng ta. Ánh sáng làm cho trải nghiệm thị giác thêm phong phú, giàu sắc thái và chi tiết đến mức chúng ta không thể phân biệt được nó với trải nghiệm về chính thế giới. Cho dù chúng ta có không nhìn thế giới một cách trực tiếp, thì chúng ta không thể ngăn cản mình tưởng tượng thế giới, tái hiện thế giới bằng những hình ảnh trong đầu. Ánh sáng cho phép chúng ta nhận biết thế giới và xây dựng một cơ sở dữ liệu hướng dẫn hoạt động và các hành vi của chúng ta.

Tôi đưa mắt dạo quanh căn phòng. Tất cả nói với tôi về ánh sáng: màn hình sáng của chiếc máy tính đang bật với các dòng chữ lần lượt xuất hiện trước mắt tôi; chỉ cần bật nhẹ công tắc, ngọn đèn sẽ tỏa đầy bàn của tôi một quầng sáng dịu; dàn hi-fi phát ra những nốt nhạc du dương của một bản sonate viết cho piano ghi trong đĩa compact và được đọc bởi một chùm sáng gọi là laser; đầu đọc DVD giúp tôi hiển thị các bộ phim vốn không là gì khác ánh sáng được chuyển hóa thành các tín hiệu số và được ghi trên một giá đỡ kim loại; các bức ảnh gắn trên tường, kết quả của trò bắt ánh sáng của các nhũ tương hóa học; chiếc đài hay tivi cho phép tôi tiếp cận gần như tức thời tất cả các sự kiện trên thế giới, hoặc nghe và xem các nghệ sĩ mà tôi ưa thích.

Ánh sáng đã biến Trái đất thành một ngôi làng toàn cầu. Mạng cáp quang vận chuyển các tín hiệu ánh sáng cho phép kết nối các máy tính của toàn thế giới lại với nhau: tôi có thể gửi đi một thư điện tử, bức thư này sẽ đến gần như tức thì địa chỉ của người nhận, từ phòng làm việc của tôi đến những vùng xa xôi nhất trên hành tinh.

Ánh sáng là nguồn sống

Ánh sáng là một phần không thể tách rời của cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Ánh sáng hiện hữu khắp mọi nơi, tới mức chúng ta coi nó là hiển nhiên và đối xử với nó một cách thờ ơ, cho tới khi quanh ta đột nhiên là bóng tối chúng ta mới thấy nhớ ánh sáng. Chúng ta sẽ vui mừng và sảng khoái đón chào một ngày mới, với những hứa hẹn và hy vọng của nó, khi chấm dứt màn đêm và sự tối tăm chứa đầy những mối đe dọa và nỗi sợ hãi truyền kiếp bắt nguồn từ những thời xa lắc xa lơ của tổ tiên. Ánh sáng đối lập với bóng tối. Buổi tối, khi Mặt trời đã lặn xuống dưới đường chân trời, các tia nắng xiên khoai khơi dậy trong ta một nỗi hoài niệm, một cảm giác về sự mất mát không gì an ủi nổi. Một bầu trời xanh và quang đãng làm dịu lòng ta, trong khi một bầu trời đầy mây và xám ngắt sẽ gieo vào đầu óc chúng ta nỗi chán chường kiểu thi sĩ Beaudelaire.

Nhưng chúng ta gắn bó với ánh sáng còn sâu sắc hơn thế. Ánh sáng thậm chí còn là duyên khởi của sự tồn tại của chúng ta. Mọi sự sống trên Trái đất đều phụ thuộc vào ánh sáng Mặt trời. Thực tế, ánh sáng chịu trách nhiệm về sự quang hợp của cây cối. Khi hấp thụ ánh sáng Mặt trời, các phân tử diệp lục của cây xanh khởi phát một chuỗi các phản ứng hóa học chuyển hóa nước và khí cacbonic có trong khí quyển Trái đất thành ôxy và các phân tử đường (gọi là các hydrat carbon). Trong một chừng mực nào đó có thể nói các phân tử này có tác dụng tích trữ năng lượng Mặt trời. Con người không thể thực hiện được sự chuyển hóa này. Chúng ta sử dụng năng lượng Mặt trời trên mâm cơm qua việc ăn rau hoặc thịt động vật, mà bản thân các con vật này cũng lại ăn thực vật. Chính lượng ánh sáng mà cây cối thu nhận được đã xác định chuỗi thức ăn đảm bảo sự tồn tại của chúng ta.

Như vậy ánh sáng là nguồn sống. Nó cho phép chúng ta tri giác và hiểu thế giới, tiến hóa trong thế giới, tương tác với thế giới, chinh phục các vùng đất, các đại dương và không gian. Ánh sáng giúp ta đánh giá được vẻ đẹp, sự lộng lẫy và hài hòa của vũ trụ quanh ta. Ánh sáng điều chỉnh nhịp sinh học của cơ thể chúng ta. Nhưng ở đây có một nghịch lý lớn: nếu ánh sáng cho phép chúng ta nhìn thấy thế giới, thì bản thân ánh sáng lại không nhìn thấy được nếu không có các vật trong môi trường chặn đường đi của nó và làm cho nó bộc lộ mình. Thật vậy, nếu bạn chiếu ánh sáng vào một cái thùng kín và chú ý để cho nó không đập vào bất kỳ vật hay bề mặt nào, bạn sẽ chỉ thấy bóng tối. Chỉ khi nào bạn đưa một vật ngang qua đường đi của ánh sáng và bạn thấy nó được chiếu sáng thì bấy giờ bạn mới biết rằng cái thùng chứa đầy ánh sáng. Tương tự, một nhà thiên văn học nhìn qua cửa sổ của phi thuyền không gian sẽ chỉ thấy không gian sâu thẳm tối đen như mực, mặc dù ánh sáng Mặt trời choán đầy xung quanh anh ta. Ánh sáng Mặt trời ở đây không đập vào cái gì nên không nhìn thấy được.

Vậy ánh sáng là gì? Ánh sáng bắt nguồn từ đâu? Đâu là bản chất của cái vật kỳ diệu và lạ lùng cho phép chúng ta nhìn thấy thế giới xung quanh, nhưng bản thân nó lại không thể nhìn thấy nếu không có sự giúp đỡ của các vật nằm trên đường đi của nó? Làm thế nào chúng ta có thể tri giác được các hình ảnh của thế giới bên ngoài? Bản chất của các hình ảnh này là gì? Não của chúng ta diễn giải thế nào những thông tin chứa đựng trong các hình ảnh này? Những câu hỏi này đã từng ám ảnh các nhà tư tưởng vĩ đại nhất từ hơn 2.500 năm nay. Bởi vì ánh sáng từ lâu đã được coi là yếu tố quý giá nhất của tự nhiên, và mắt người là bộ phận quý giá nhất của cơ thể con người, nên các nhà tư tưởng vĩ đại - như Aristotle, Ptolemy, Alhazen, Léonard de Vinci, Kepler, Newton, Goethe, Einstein và rất nhiều người khác nữa - đã từng quan tâm đến vấn đề bản chất của ánh sáng. Xét về mặt lịch sử, nghiên cứu ánh sáng rất chậm phát triển, và con đường dẫn đến việc giải mã các bí mật của ánh sáng đã rắc đầy những sai lầm và các lạc lối của trí tuệ con người, đầy rẫy những lối đi lầm lạc và những ngõ cụt, nhưng cũng được rọi sáng bởi các trực giác xuất thần và các cú nhảy vọt sáng tạo xuất sắc. Sở dĩ như vậy là bởi vì sự nghiên cứu về ánh sáng liên quan với các yếu tố không chỉ vật lý (hình ảnh đi vào trong mắt như thế nào), mà cả sinh lý nữa (não giải mã hình ảnh như thế nào). Hiểu ánh sáng, nghĩa là phải giải mã được các bí mật của mắt và của não. Ánh sáng, thị giác và hoạt động thần kinh gắn bó với nhau không thể tách rời.

Vương quốc của ánh sáng

Từ những thời kỳ xa xưa cho đến ngày nay, ánh sáng luôn luôn mê hoặc đầu óc con người. Ánh sáng có ảnh hưởng lớn đến các xúc cảm và suy nghĩ của con người, đến cách con người quan niệm về thế giới, dù đó là thầy tu, triết gia, nhà thơ, nghệ sĩ hay nhà bác học. Rất lâu trước khi trở thành đối tượng của các nghiên cứu khoa học, ánh sáng đã được xếp vào hạng tiên nghiệm (ordre transcendental). Các nguồn sáng trong bầu trời - như Mặt trời, Mặt trăng, các sao, cầu vồng, cực quang - đều đóng vai trò thần thánh trong rất nhiều thần thoại trên thế giới. Ánh sáng là sứ giả của thần thánh. Mối liên kết giữa ánh sáng với quan niệm cho rằng con người được sinh ra từ ánh sáng là mật thiết tới mức người ta có thể nói rằng một nền văn hóa được xác định bằng hình ảnh mà người ta ban tặng cho ánh sáng. Cézane đã vẽ không biết mệt mỏi rất nhiều lần ngọn núi Sainte-Victoire dưới các góc độ chiếu sáng khác nhau. Monet chăm chú theo dõi trò chơi sáng - tối suốt nhiều giờ trên các motif của giáo đường Rouen. Như vậy ánh sáng mang theo nó một hàm ý thẩm mỹ về “cái đẹp” và một hàm ý tinh thần về “cái thiện”. Ánh sáng cho phép chúng ta ngắm nhìn thế giới và giải thích thế giới.

Trong khoa học, ánh sáng cũng đóng vai trò hàng đầu. Ánh sáng thu hút sự chú ý của nhà quang học, người chuyên chế tạo các kính thiên văn và các loại kính viễn vọng khác để bắt bức xạ rất yếu của các thiên thể ở xa. Đối với nhà thiên văn, ánh sáng là phương tiện đặc ân để tiếp xúc với phần còn lại của vũ trụ. Ánh sáng mà nhà thiên văn thu nhận được, thứ ánh sáng đến từ những thời xa lắc xa lơ, vượt qua không gian mênh mông giữa các vì sao và giữa các thiên hà, mang theo nó bản mật mã của vũ trụ mà nhà thiên văn phải hóa giải nếu muốn tái dựng quá khứ, hiểu được hiện tại và tiên đoán tương lai của vũ trụ. Còn nhà vật lý thì lại quan tâm đến bản chất của ánh sáng. Họ đã phát hiện ra rằng ánh sáng có hai mặt, giống như Janus: trong một số hoàn cảnh nào đó, ánh sáng trình hiện như một sóng, nhưng trong các hoàn cảnh khác, nó lại biến hóa thành hạt. Về phần mình, nhà sinh vật học muốn hiểu được làm thế nào mà sự tiến hóa theo Darwin, được kích thích bởi chọn lọc tự nhiên, lại có thể tạo ra được một dụng cụ hoàn hảo đến thế - đó là mắt của con người. Còn nhà thần kinh học thì lại muốn tìm hiểu làm thế nào mà các thông tin thị giác được mắt truyền lên não lại có thể cho phép não xây dựng được một biểu tượng về thế giới.

Ánh sáng truyền theo đường thẳng

Người Hy Lạp là những người đầu tiên suy nghĩ nghiêm túc về ánh sáng, thị giác và màu sắc, cũng như rất nhiều vấn đề khác. Theo họ, một trong hai điều phải xảy ra. Hoặc mắt là một cơ quan thụ động an phận ghi lại màu sắc và hình dạng mà các vật quanh chúng ta gửi đến cho nó. Trong trường hợp này, ánh sáng đi từ vật tới mắt. Đó là quan điểm của chúng ta hiện nay. Hoặc mắt là chủ động và dò xét thế giới bên ngoài bằng cách chiếu vào nó các tia sáng. Trong trường hợp này, ánh sáng đi từ mắt thay vì đi vào mắt - một quan điểm mà ngày nay, đối với chúng ta, dường như là hết sức kỳ cục, thậm chí nực cười. Nhưng liệu ý tưởng cho rằng nhìn là một quá trình chủ động có thực sự đáng cười đến thế không? Xét cho cùng, khi một người đưa ánh mắt dò xét các vật xung quanh, thì anh ta thực sự đã phóng chiếu tâm hồn của mình ra thế giới bên ngoài. Sau này chúng ta sẽ thấy rằng những tiến bộ của ngành sinh lý học giờ đây đã xác lập một cách chắc chắn rằng mắt còn lâu mới là một cơ quan thuần túy thụ động. Chỉ có điều sự hoạt động của mắt không giống như sự hình dung của những người cổ xưa.

Mặt khác, học thuyết theo đó các hình ảnh của thế giới bên ngoài đến với chúng ta, mà ngày nay chúng ta chấp nhận nhưng không mấy bận tâm suy nghĩ về nó, còn lâu mới là hiển nhiên. Ví dụ, một đám đông theo dõi một cuộc thi đấu thể thao trong một sân vận động chật cứng người: hình ảnh của các vận động viên chạy trên đường đua có thể đi vào mắt của hàng nghìn người tại cùng một thời điểm như thế nào? Liệu hình ảnh đó có được nhân lên vô số lần không? Khi chúng ta ngắm nghía những đường viền tinh tế của cánh hoa hồng, các đường cong hài hòa của một bức tượng hay màu đỏ rực rỡ của cảnh hoàng hôn, thì bằng cách nào các hình dạng và màu sắc đó đã tách ra khỏi hoa hồng, bức tượng hay của Mặt trời để đi vào mắt chúng ta? Trả lời cho những câu hỏi này đã đặt ra nhiều vấn đề cho người Hy Lạp. Ý tưởng về ảnh quang học tạo thành trong mắt mới chỉ xuất hiện 1.500 năm sau, nhờ có nhà bác học người Arập Alhazen. Khái niệm ảnh quang học chưa bao giờ xuất hiện trong đầu những người Hy Lạp.

Các quan niệm đầu tiên về ánh sáng không dựa trên những quan sát chính xác cũng chẳng dựa trên các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm: phương pháp thực nghiệm lúc đó còn chưa ra đời. Các nhà tư tưởng Hy Lạp quan tâm đến ánh sáng là các triết gia hơn là nhà vật lý học. Một số thậm chí còn tuyên bố rằng các kinh nghiệm từ cuộc sống hàng ngày là lừa dối, rằng không cần tính đến chúng. Chẳng hạn, triết gia Parménide (khoảng 540-450 tr. CN) cho rằng Tồn tại là một, liên tục và vĩnh cửu, và không thể thay đổi. Sự phong phú của thế giới, sự đa dạng và vô thường của các sự vật hiện tượng chỉ là vẻ bề ngoài, là ảo giác, cần phải tránh xa chúng. Tính hai mặt giữa ảo giác và hiện thực là một chủ đề cũng thường xuyên nổi lên trong nghiên cứu về sự tri giác qua thị giác.

Người Hy Lạp đã biết rằng ánh sáng lan truyền theo đường thẳng. Xét cho đến cùng, chỉ cần hé mở cửa một phòng tối và nhìn các tia sáng của Mặt trời, hay nhìn ánh sáng Mặt trời khoan thủng các đám mây sau cơn giông, là có thể nhận thấy ngay điều đó. Với tình yêu hình học vốn có, ý tưởng cho rằng đường đi của ánh sáng là thẳng là hoàn toàn tự nhiên đối với người Hy Lạp.

Lửa trong các con mắt của Empédocle

Empédocle (khoảng 490-435 tr. CN) là tác giả của lý thuyết về thị giác xa xưa nhất mà chúng ta biết. Là một người đa tài, ông đồng thời là nhà thơ, triết gia, bác sĩ và giáo sĩ. Ông cũng nổi tiếng vì đã chấm dứt cuộc đời của mình một cách bi thảm bằng cách lao mình xuống núi lửa Etna. Theo Empédocle, vạn vật được sinh ra từ bốn nguyên tố cơ bản: lửa, nước, không khí và đất, chúng được gắn kết với nhau bởi Tình yêu, bị chia rẽ bởi Hận thù. Chính sự hòa trộn bốn nguyên tố này mang lại hình dạng và màu sắc cho vạn vật. Liên quan đến ánh sáng, Empédocle cho rằng mắt truyền các “tia thị giác” đến thế giới bên ngoài. Sở dĩ có lý thuyết về các tia thị giác này một phần là do niềm tin dân gian cho rằng các con mắt có chứa “lửa”: thực tế, nếu có ai đó giáng cho bạn một cú đấm vào mắt, thì bạn sẽ có cảm giác như nhìn thấy lửa (mà ta gọi là nảy đom đóm). Hơn thế nữa, người ta còn nghĩ rằng mèo và các động vật khác cùng họ mèo đều có thể nhìn được trong bóng tối là bởi vì mắt chúng phát ra ánh sáng. Niềm tin này sẽ chẳng có gì là khó hiểu đối với những ai đã từng ngồi quanh đám lửa trại vào ban đêm và nhìn thấy những ánh mắt đe dọa của những động vật hoang dã sáng rực trong bóng tối.

Nhưng, theo Empédocle, ánh sáng không đi theo một chiều từ mắt tới vật; ánh sáng còn đi theo chiều ngược lại, từ vật đến mắt. Như vậy mắt cùng lúc vừa là máy phát vừa là máy thu ánh sáng. Như một chiếc đèn lồng, mắt phát ra lửa, nhưng các vật cũng sinh ra các xạ khí chứa các thông tin liên quan đến các đặc điểm của chúng như màu sắc và hình dạng, chẳng hạn. Để giải mã các thông tin này, mắt truyền các tia thị giác qua các lỗ nhỏ, để các tia này tiếp xúc với các xạ khí của vật và quay trở lại mắt, mang theo các thông tin liên quan đến thế giới bên ngoài. Ở đây thị giác được đánh đồng với xúc giác: tia thị giác là một dạng cánh tay vươn dài của mắt, cánh tay này sẽ sờ mó các xạ khí của vật. Vì tồn tại bốn nguyên tố, nên có bốn màu - trắng, đen, đỏ và xanh-vàng - đi vào mắt người qua bốn loại lỗ tương ứng. Một sự lựa chọn màu thật là kỳ cục, có thể bạn sẽ nói như vậy. Lẽ nào người Hy Lạp lại nhìn thiếu màu? Đó là điều mà William Gladstone, nguyên thủ tướng Anh đồng thời là triết gia không chuyên đã kết luận: ông đã nhận thấy rằng các tác phẩm của nhà thơ Homère (khoảng thế kỷ IX tr. CN) thường thiếu các từ liên quan đến màu sắc. Thiếu từ vựng có lẽ là cách giải thích hợp lý hơn.

Empédocle cuối cùng đã để trôi vào im lặng một việc quan trọng mà học thuyết của ông không thể giải thích được: đó là tại sao, khác với loài mèo, chúng ta lại không nhìn thấy trong bóng tối? Với đôi mắt phát ra “lửa”, thì lẽ ra sẽ không có bất kỳ sự khác nhau nào trong khả năng nhìn giữa ngày và đêm.

Ảo ảnh Leucippe

Các triết gia Hy Lạp tiếp tục quan tâm đến vấn đề ánh sáng là Leucippe (khoảng 460-370 tr.CN) và học trò của ông là Démocrite (470-360 tr. CN). Hậu thế đã coi họ là những người đầu tiên đã phát biểu ý tưởng cho rằng vật chất được cấu thành đồng thời từ các nguyên tử chuyển động không ngừng và chân không. Chính sự đối lập giữa đầy (tồn tại) và trống rỗng (không tồn tại) là nguồn gốc của thế giới. Quan niệm nguyên tử luận về vật chất đã được kiểm chứng một cách hết sức ấn tượng bởi vật lý lượng tử gần hai mươi lăm thế kỷ sau. Trái ngược với “lửa” trong mắt của Empédocle thoát ra thế giới bên ngoài, Leuccipe cho rằng thế giới thị giác đến với chúng ta, và do đó, về thực chất, thị giác là một trải nghiệm thụ động. Dưới tác động của ánh sáng, các hình ảnh về các vật quanh ta - mà Leucippe đặt cho một tên riêng bằng tiếng Hy Lạp là các eidonlon (số nhiều là eidola), có nghĩa là các ảo ảnh - sẽ tách khỏi bề mặt của vật, như da của một con rắn lột xác tách khỏi cơ thể, và đi đến mắt chúng ta.

Leucippe hình dung rằng các “ảo ảnh” này là các tấm voan vật chất rất mỏng, độ dày cỡ một nguyên tử, tróc từng lớp từng lớp một ra khỏi các vật để bay hết tốc lực theo tất cả các hướng của không gian mà vẫn giữ nguyên hình dạng của chúng. Không phải ánh sáng đi vào mắt người, mà là các hình dạng phiêu du được cấu thành từ các nguyên tử biểu thị các hình ảnh vật chất của các vật được nhìn thấy, truyền đến mắt và tạo cảm giác cho mắt chúng ta giống như mùi bay vào lỗ mũi chúng ta.

Học thuyết về các ảo ảnh gợi lên rất nhiều vấn đề thu hút sự chú ý của những người kế tục Leucippe trong gần mười bốn thế kỷ: nếu chúng ta thu nhận toàn bộ hình ảnh của một vật trong mắt chúng ta, thì tại sao chúng ta lại chỉ thấy bề mặt của vật ở trước mắt chúng ta? Lẽ ra chúng ta sẽ phải nhìn thấy tất cả các cạnh và mặt sau của chúng. Và, bởi vì một ảo ảnh giữ nguyên kích thước ban đầu của vật, vậy thì bằng cách nào hình ảnh của một vật khổng lồ như một quả núi hay một con voi lại có thể đi vào trong một cái lỗ nhỏ như con mắt? Mặt khác, tại sao một vật ở xa trông lại bé hơn? Các hình ảnh liệu có co lại trong khi chúng chuyển động không? Và, cứ cho rằng chúng co lại đi, thì bằng cách nào một hình ảnh có thể biết được tôi đang ở đâu mà điều chỉnh kích thước cho phù hợp để có thể đi vào lỗ mắt của tôi? Bởi vì các ảo ảnh cần có ánh sáng để kích hoạt - ánh sáng Mặt trời, Mặt trăng, hay lửa -, nên ngược lại với Empédocle, Leucippe đã giải thích dễ dàng tại sao chúng ta không thể nhìn thấy trong bóng tối.

Giấc mơ Démocrite

Phát triển các ý tưởng của Leucippe, Démocrite đã đưa ra một lý thuyết về các giấc mơ. Theo ông, các ảo ảnh thoát ra từ cơ thể chúng ta khi chúng ta ngủ mang theo các dấu ấn về các xung động tinh thần của chúng ta, về các phẩm chất đạo đức và xúc cảm của chúng ta. Chúng tỏ ra thực đối với người ngủ và choán đầy các giấc mơ của anh ta. Như vậy, trong bóng tối hoàn toàn, các lớp mỏng nguyên tử thoát ra từ bề mặt của các vật xung quanh để nuôi dưỡng các giấc mơ đêm của chúng ta.

Các quan điểm của Démocrite về ánh sáng và thị giác đều dựa trên học thuyết nguyên tử. Ông chấp nhận bốn màu cơ bản của Empédocle - đen, trắng, đỏ và vàng-xanh -, nhưng thêm vào đó các màu khác gọi là các màu thứ cấp, như lục và nâu. Khác với Empédocle, Démocrite không gắn các màu cơ bản cho bốn nguyên tố, mà gắn cho các nguyên tử có hình dạng khác nhau. Chẳng hạn, các nguyên tử tạo ra màu trắng là tròn và nhẵn, được sắp xếp sao cho vạch ra các kênh thẳng, "không có bóng”, trong khi các nguyên tử tạo ra màu đen, phát ra bóng tối, lại có hình dạng không đều và sần sùi, được ghép lại với nhau trong các hệ xốp vặn vẹo, giam hãm ánh sáng. Các nguyên tử bản thân chúng không có màu. Chỉ có các tính chất gọi là "sơ cấp”, như kích thước, hình dạng, trọng lượng, vị trí hay chuyển động, mới là đặc trưng cho chúng. Các màu (và các đặc tính giác quan khác như mùi và vị) không hiện hữu trong bản thân các vật. Chính vì vậy mà bản thân các nguyên tử, vốn là nguyên nhân tạo ra sự đa dạng của thế giới, có một tập hợp các tính chất rất hạn chế; nhưng chúng có thể được gắn kết lại với nhau theo một nghìn lẻ một cách, làm cho thế giới trở nên vô cùng đa dạng thay vì đơn điệu, nhạt nhẽo và buồn tẻ. Học thuyết về màu sắc của Démocrite là một loại khoa học vật liệu đi trước thời đại.

Démocrite còn đi xa hơn. Ông phát biểu rằng cái mà chúng ta thấy bắt nguồn từ cái mà chúng ta đã tạo ra trong đầu chúng ta: các “nguyên tử màu sắc” chỉ trở nên có màu sau khi đã tương tác với các “nguyên tử của tinh thần”. Mặc dù Démocrite, với học thuyết nguyên tử của ông, đã vượt rất xa Parménide (người xem rằng Tồn tại bất biến là một, trong khi đó theo Démocrite tồn tại được nhân lên thành một số vô hạn các nguyên tử không thể chia cắt và bất biến), nhưng ông có một điểm chung với Parmédie, đó là nghi ngờ các dữ liệu cảm tính. Theo cả hai triết gia này, thế giới cảm giác chỉ là một ảo ảnh, một ẩn dụ; bề mặt không tiết lộ được chân lý ở sâu bên trong.

Ánh sáng siêu hình của Platon

Platon (428-347 tr. CN) đã đẩy quan niệm về sự khác biệt căn bản giữa vẻ bề ngoài và bản chất bên trong đến cực điểm. Ông cho rằng có hai cấp độ của thực tại: thực tại của thế giới vật lý mà các giác quan của chúng ta tiếp cận được - đó là thế giới không vĩnh cửu, hay thay đổi và ảo giác - và thực tại của thế giới thực, thế giới của các Ý niệm vĩnh cửu và bất biến. Để minh họa sự lưỡng phân giữa hai thế giới và quan niệm cho rằng thế giới cảm giác và nhất thời chỉ là sự phản ảnh nhạt nhòa của thế giới các Ý niệm, Platon đã đưa ra một phúng dụ nổi tiếng gọi là phúng dụ hay thần thoại cái hang. Bên ngoài hang có một thế giới lung linh các màu sắc, các hình dạng và ánh sáng mà con người trong hang không thể nhìn thấy, không thể tiếp cận được. Tất cả những gì con người ở đây tri giác được, đó là bóng của các vật và các sinh vật của thế giới bên ngoài hắt lên thành hang. Thay vì sự rực rỡ của các sắc màu, sự rõ nét của các hình dạng của hiện thực, họ chỉ được thấy một màu xám buồn tẻ và các đường viền mờ nhoè của những cái bóng. Tính hai mặt này của thế giới kéo theo tính hai mặt của Tồn tại. Trong thế giới các Ý niệm nơi cái Thiện ngự trị, nó là vĩnh cửu và bất biến, tồn tại bên ngoài thời gian và không gian; còn trong thế giới cảm giác, con tạo nhào nặn vật chất theo các kế hoạch của thế giới các Ý niệm.

Liên quan đến thị giác, Platon lấy lại một số khái niệm của những người đi trước và sắp xếp chúng lại theo cách riêng của ông. Chẳng hạn, trong cuốn Timée, ông đã phát triển ý tưởng “lửa” trong mắt mà Empédocle đã phát biểu bảy mươi năm trước. Ông dẫn ví dụ về cái kim rơi xuống đất; chúng ta có thể tìm cái kim này rất lâu, nhưng, để thấy nó, thì chỉ cần cái nhìn của chúng ta rơi trên nó, chạm vào nó, và trong một chừng mực nào đó là sờ mó nó. Như vậy thị giác là một loại xúc giác hoạt động thông qua các tia thị giác. Bằng chứng: chẳng phải đôi khi chúng ta cảm thấy có ai đó nhìn sau gáy ta đấy sao? Platon cũng chấp nhận bốn màu cơ bản của Empédocle bằng cách coi chúng gắn liền với bốn nguyên tố. Đi theo dấu chân của Démocrite, ông đã lấy lại quan niệm cho rằng có các màu là do các hạt cơ bản. Nhưng ông bác bỏ các quan niệm nguyên tử luận của Démocrite và cho rằng thế giới được cấu thành không phải từ các nguyên tử, mà từ các đa giác đều.

Ở Platon, ánh sáng thuộc vào hạng siêu hình. Mặt trời là con của cái Thiện, và mắt, nhạy cảm với ánh sáng, là một cơ quan gắn chặt nhất với Mặt trời. Như vậy thị giác là kết quả sự tổng hợp của ba quá trình bổ sung cho nhau. Mắt phát ra lửa, lửa kết hợp với ánh sáng xung quanh để tạo thành một chùm sáng duy nhất. Chùm sáng này được phóng thẳng ra phía trước cho đến khi gặp bề mặt của một vật; ở đó, nó gặp tia các hạt do vật phát ra dưới tác dụng của ánh sáng xung quanh và kết hợp với chùm sáng ban đầu. Tia các hạt này chứa thông tin về tình trạng của vật, màu sắc và kết cấu của nó. Sau đó chùm sáng co lại để truyền đến mắt những thông tin này. Các hạt đi qua những lỗ nhỏ xíu trong mắt để truyền thông tin đến não, nơi diễn giải những thông tin này. Bởi vì hình ảnh sinh ra chỉ do sự gặp gỡ giữa các tia thị giác có bản chất thần thánh phát ra từ mắt chúng ta với các tia phát ra từ vật, “những gì giống nhau đi đến với nhau”, nên Platon có thể giải thích được tại sao chúng ta không thể nhìn thấy trong bóng tối: sở dĩ mắt không thể nhìn trong đêm tối, chính là bởi vì các vật không phát ra các tia, nên “lửa” bên trong mắt không thể tiếp xúc với “lửa” phát ra từ các vật bên ngoài. Trong sơ đồ Platon, mắt đồng thời là cơ quan phát và cơ quan thu, vừa chủ động vừa thụ động, và vai trò của ánh sáng xung quanh đã được nêu ra một cách rất rõ ràng.

Aristote và ánh sáng hoạt hóa sự trong suốt của không khí

Aristote (384-322 tr. CN), học trò của Platon, đưa ra một quan điểm nằm giữa chủ nghĩa duy tâm của Platon và chủ nghĩa duy vật của Démocrite. Là một triết gia thuộc trường phái tự nhiên, ông có cái nhìn cụ thể hơn và kinh nghiệm hơn về hiện thực, đồng thời ông cũng là người bác bỏ thế giới Ý niệm của Platon. Ông cũng không tỏ ra mấy thích thú đối với một thế giới cấu thành từ các nguyên tử và chân không, bởi lẽ chúng không phù hợp với các quan niệm của ông về các phẩm chất và sự thay đổi đặc trưng của thế giới. Trong khi Démocrite quy giản vạn vật về các thực thể định lượng (các nguyên tử), thì Aristote lại cho rằng chính chất chứ không phải lượng mới tạo nên hiện thực cơ bản. Chẳng hạn, hãy nhìn một quả cam chín đặt trên đĩa. Theo Aristote, tính chất chín là tiềm năng có ngay từ đầu trong quả cam. Tiềm năng này trở thành hiện thực ngay khi quả cam chín. Sự chín, do đó, đối với ông là một phẩm chất cơ bản. Ngược lại, đối với những người theo trường phái nguyên tử luận, quả cam chín là bởi vì các nguyên tử cấu thành nó thay đổi vị trí hoặc cách xếp cạnh nhau của chúng. Bằng cách đưa ra các khái niệm như “tiềm năng” và “thực tại”, Aristote đã bác bỏ quan niệm của Parménide theo đó mọi thay đổi chỉ là ảo giác.

Aristote chấp nhận bốn nguyên tố của Empédocle và kết hợp chúng với bốn phẩm chất cơ bản gắn liền với xúc giác: lạnh, nóng, khô và ẩm. Như vậy, đất là lạnh và khô, nước nóng và ẩm, không khí nóng và ẩm, lửa nóng và khô. Chính sự hòa trộn bốn phẩm chất cơ bản đã tạo ra các tính chất thứ cấp, như các màu sắc và mùi vị. Liên quan đến thị giác, Aristote bác bỏ dứt khoát các “tia thị giác” của Empédocle, bởi theo ông lý thuyết này không giải thích được tại sao chúng ta không nhìn thấy trong bóng tối. Ông cũng bác bỏ quan niệm của Platon về các hạt thoát ra từ bề mặt các vật để đi vào mắt người quan sát. Theo ông, sự tri giác các vật được thực hiện không phải thông qua dòng vật chất, mà bởi ấn tượng của chúng lên các giác quan, cũng giống như sáp tiếp nhận dấu ấn của chiếc nhẫn nhưng không tước mất của nó cái chất, sắt hay vàng, đã tạo nên chiếc nhẫn đó. Ấn tượng tạo bởi vật đã thực tại hóa tiềm năng vốn đã tồn tại trong cơ quan thị giác. Như vậy mắt tiếp nhận các ấn tượng về màu sắc, hình dạng, chuyển động, v.v... Còn sự nhận dạng cuối cùng về vật không diễn ra trong mắt, mà trong một bộ phận mà Aristote gọi là sensus communis (lương tri). Bởi vì Aristote đặt “tâm hồn” không phải trong não, mà trong tim, nên ông cũng đặt “lương tri” ở trái tim1. Để tạo ra một hình ảnh tinh thần về các ấn tượng, tâm hồn sử dụng một khả năng đặc biệt gọi là “tưởng tượng”.

Vậy các ấn tượng về các vật bên ngoài được truyền đến các cơ quan thị giác như thế nào? Theo Aristote, chức năng này được thực hiện trước hết bởi không khí, sau đó bởi chất lỏng có trong mắt2 3. Chúng ta nhìn thấy các vật bởi vì một nguồn sáng đã làm thay đổi tính chất của môi trường giữa mắt và vật; từ không trong suốt, nó trở thành trong suốt. Môi trường này đã có một tiềm năng trong suốt; chính ánh sáng đã thực tại hóa sự trong suốt này mà Aristote gọi là “diaphane”: “Màu làm cho diaphane, như không khí, chẳng hạn, chuyển động, rồi sự diaphane lại truyền chuyển động của nó cho con mắt mà nó tiếp xúc.” Để nhìn được thì nhất thiết phải có một nguồn sáng - lửa, Mặt trời hay Mặt trăng, chẳng hạn. Nguồn sáng này cho phép thực tại hóa sự trong suốt cần thiết cho thị giác mà trước đó vẫn chỉ là tiềm năng. Như vậy, ánh sáng, màu sắc và các hình dạng không phải là các chất di chuyển qua một môi trường. Chúng chỉ làm một việc là làm thay đổi cái môi trường ấy. Chúng không cần thời gian để đi tới chúng ta; do đó sự tri giác là tức thời. Ngược lại với điều mà Empédocle suy nghĩ, ánh sáng theo Aristote không phải là một vật chất: nó không phải là “lửa”, không phải là vật, cũng không phải là xạ khí của của vật.

Liên quan đến màu sắc, Aristote cho rằng tồn tại hai màu cơ bản: đen và trắng, tạo thành các “phẩm chất cực đoan”, mà ông đồng nhất với tối và sáng. Tất cả các màu khác bắt nguồn từ sự hòa trộn hai màu cơ bản này và biểu hiện các “phẩm chất trung gian”. Tuy nhiên, sự hòa trộn này không đơn thuần chỉ là sự xếp cạnh của màu đen và trắng vốn chỉ tạo ra màu xám. Ở đây Aristote viện đến vai trò của nhiệt. Chẳng hạn, trong tác phẩm Màu sắc, ông đã miêu tả những con ốc sên vốn màu xám, sau khi bị luộc sẽ chuyển sang màu tím. Các màu khác cũng có thể bắt nguồn từ sự hòa trộn giữa đen và trắng trong một môi trường bán trong suốt: đó là trường hợp các màu nâu đỏ hoặc da cam của cảnh hoàng hôn.

Tóm lại, người Hy Lạp là tác giả của ba lý thuyết rất khác nhau về thị giác: lý thuyết “tia thị giác” xuất phát từ mắt của Empédocle; lý thuyết “hạt” của Leucippe và Démocrite, theo đó các hình dạng chuyển động được cấu thành từ các nguyên tử tách khỏi bề mặt của các vật; và lý thuyết “diaphane” của Aristote, trong đó một nguồn sáng thực tại hóa sự trong suốt của không khí xung quanh truyền đến mắt người cảm giác về các màu sắc và hình dạng của các vật. Các quan niệm này đã có ảnh hưởng to lớn đến các nhà tư tưởng quan tâm đến vấn đề ánh sáng và thị giác trong suốt hai mươi thế kỷ sau đó.

Euclide và hình học về thị giác

Aristote là người cuối cùng của dòng các nhà tư tưởng gộp cả triết học và khoa học vào một sơ đồ rộng lớn duy nhất. Sau ông, hai phương thức tìm hiểu thế giới này tách ra khỏi nhau. Các nhà khoa học rời xa triết học, và các triết gia chỉ chuyên tâm đến các vấn đề tinh thần, đạo đức và tôn giáo. Nhờ các cuộc chinh phục của Alexandre Đại đế (356-323 tr. CN), một học trò của Aristote, nền văn minh Hy Lạp đã được truyền bá tới tận Indus và Ai Cập. Mặc dù Aten vẫn là kinh đô của triết học với các gương mặt như Épicure (341-270 tr. CN) và học trò của ông là Lucrère (95-52 tr. CN), mà bài thơ triết học Về tự nhiên của ông được coi là tác phẩm trình hay nhất về các ý tưởng nguyên tử luận của Démocrite, nhưng thành phố Alexandrie ở Ai Cập do Alexandre thiết lập đã trở thành trung tâm khoa học của thế giới Hy Lạp. Chính nơi đây đã ra đời viện hàn lâm khoa học nổi tiếng mang tên “Bảo Tàng”, nơi có một thư viện khổng lồ tập trung gần nửa triệu cuốn sách.

Nhà toán học Euclide (khoảng 300 tr. CN) là một trong những nhà khoa học đầu tiên làm việc tại Bảo Tàng. Ngoài các bài viết và những chứng minh các định lý hình học - một tượng đài trí tuệ hùng vĩ tới mức được chấp nhận hoàn toàn trong suốt hai mươi hai thế kỷ sau -, Euclide còn quan tâm đến vấn đề thị giác. Và sự quan tâm ấy hoàn toàn có cơ sở: ông thấy ở đó một lĩnh vực lý tưởng để áp dụng các ý tưởng hình học thân thiết của ông. Ông đã chấp nhận một cách tự nhiên quan niệm về “tia thị giác” của Empédocle: trong số ba lý thuyết mà các bậc tiền bối đưa ra, thì lý thuyết “tia thị giác” phù hợp nhất với cách xử lý toán học chặt chẽ. Ông đã đưa ra nhiều lập luận xác đáng để ủng hộ giả thuyết này. Chẳng hạn, ông lập luận rằng chúng ta không phải lúc nào cũng tri giác được các vật, ngay cả khi cái nhìn của chúng ta bắt gặp chúng: chưa chắc bạn nhận thấy một cái kim rơi xuống đất ngay cả khi nó nằm trong tầm nhìn của bạn; trong khi đó, nếu thị giác chỉ phụ thuộc vào ánh sáng được cái kim phản xạ đến mắt bạn, thì chắc chắn bạn phải nhìn thấy nó ngay lập tức. Ngược lại, lý thuyết “tia thị giác” phát ra từ “ngọn lửa” bên trong mắt bạn có thể giải thích rất rõ điều đó: cái kim chỉ có thể nhìn thấy được ngay vào lúc các tia phát ra từ mắt chúng ta bắt gặp nó.

Trong cuốn Quang học, Euclide đưa ra tiên đề rằng các “tia thị giác” phát ra từ mắt chiếu thẳng vào tất cả những gì mà cái nhìn chạm vào. Mỗi một tia đi đến đầu bên kia chỉ tới một điểm của vật được nhìn thấy. Nhưng thực nghiệm chỉ ra rằng chúng ta có thể đồng thời nhìn được hơn một điểm của vật. Chẳng hạn, không cần cử động mắt, bạn vẫn có thể đồng thời nhìn được nhiều từ trên trang sách này; các từ khác ở xa trở nên mờ nhòe hơn. Vì vậy Euclide đưa ra tiên đề về tập hợp các “tia thị giác” chứa trong một hình nón mà đỉnh của nó là tâm của mắt và đáy là phạm vi nhìn thấy của mắt. Nhờ có tiên đề mặt nón thị giác này và nhờ các tính toán hình học, ông đã giải thích được tại sao cây ở xa trông lại nhỏ hơn cây ở gần4. Ông cũng đã đưa ra được lý do giải thích tại sao một vòng tròn nằm trong cùng một mặt phẳng với mắt lại nhìn giống như một đường thẳng.

Tất nhiên, vẫn còn nhiều câu hỏi căn bản mà quang hình học của Euclide chưa thể đưa ra câu trả lời: tỉ như có bao nhiêu “tia thị giác” trong “mặt nón thị giác”, và nhân tố nào quyết định số lượng của chúng? Còn về vấn đề được coi là gót chân Achilles của lý thuyết các “tia thị giác” cũng chưa được giải quyết: tại sao chúng ta nhìn mờ hơn ngay khi ánh sáng ban ngày giảm, và hoàn toàn không nhìn được trong đêm tối? Hơn nữa, chúng ta không thấy Euclide tính đến bất kỳ yếu tố sinh lý (như vai trò của mắt), tâm lý (như vai trò của não) hay vật lý nào liên quan đến bản chất của ánh sáng và của các màu. Euclide mới chỉ giới hạn ở vai trò của nhà toán học.

Quang học của Euclide không vì thế mà không có một ảnh hưởng lịch sử to lớn. Lần đầu tiên toán học (ở đây là hình học) được áp dụng cho một hiện tượng tự nhiên và lần đầu tiên các thực thể trừu tượng xuất phát từ trí tưởng tượng của con người, như đường thẳng, tam giác hay vòng tròn, được sử dụng để làm sáng tỏ một tình huống thực tế: mắt, ánh sáng và thị giác. Đó là sự khởi đầu của nhận thức rằng ngôn ngữ của tự nhiên là toán học. Mặt khác, quan niệm “mặt nón thị giác” đã đóng một vai trò quyết định trong sự phát triển của các ý tưởng trong quang học và đã có một sức sống đặc biệt lâu dài. Nó còn kéo dài rất lâu ngay cả sau khi con người đã nhận ra rằng chính ánh sáng của thế giới bên ngoài đi vào mắt người, chứ không phải ngược lại, và rất nhiều khía cạnh của cơ chế thị giác đã được làm sáng tỏ. Vào thời kỳ khá gần với chúng ta, tức vào năm 1800, rất nhiều nhà vật lý vẫn còn tin rằng một chùm ánh sáng được cấu thành từ nhiều “tia thị giác”, và rằng một chùm sáng sẽ càng sáng nếu nó chứa càng nhiều “tia thị giác”. Còn những người cho rằng ánh sáng được cấu thành từ nhiều hạt thì hình dung những hạt đó chúng di chuyển trên các “tia thị giác” tựa như xe ô tô chạy nối đuôi nhau trên đường nhựa.

Ptolémée và bánh xe màu sắc

Nhân vật tiếp theo bước lên sân khấu của câu chuyện truyền kỳ về ánh sáng là nhà thiên văn học người Hy Lạp tên là Claude Ptolémée (khoảng 100-178). Ông đặc biệt nổi tiếng trong việc xây dựng hệ thống địa tâm của thế giới, trong đó Trái đất ngự ngay trung tâm của Hệ Mặt trời, còn các hành tinh khác và Mặt trời đều quay xung quanh Trái đất. Tác phẩm chính của ông, cuốn Almageste, đã trở thành nền tảng của thiên văn học trong suốt mười ba thế kỷ - cho tới tận khi Copernic, vào năm 1543, đã trục xuất Trái đất khỏi vị trí trung tâm của thế giới để đặt vào đó Mặt trời. Ptolémée cũng là tác giả của một tác phẩm về quang học nhưng rất tiếc đã không được lưu giữ đầy đủ, và chỉ một phần của nó là còn lại đến ngày nay.

Lý thuyết về thị giác của Ptolémée về cơ bản giống với lý thuyết thị giác của Euclide. Nhưng, vốn là người có óc quan sát, ông chú ý đến các kết quả thực nghiệm của lý thuyết nhiều hơn Euclide, người mới chỉ dừng lại ở bình diện toán học trừu tượng. Ptolémée cũng cho rằng mắt đồng thời vừa là máy phát vừa là máy thu: mắt phát ra các "tia thị giác” có cùng bản chất với ánh sáng và màu sắc. Ngay khi chúng ta mở mắt, dòng thị giác lan truyền một cách tức thời theo vô số hướng, và chúng ta tri giác được mọi thứ mà dòng này chạm đến vào thời điểm trời đủ sáng. Ptolémée cũng đưa ra tiên đề về "mặt nón thị giác”, nhưng khác với Euclide, ông cho rằng mặt nón này không chứa một tập hợp các "tia thị giác” tách biệt, mà chứa một continuum các tia có mật độ lớn nhất ở trung tâm, tại đó mắt nhìn thấy rõ nhất, nhưng giảm dần ở rìa mép nơi các chi tiết nhoè mờ hơn. Ptolémée giải thích rằng nếu các tia là tách biệt, thì các vật ở rất xa, như một ngôi sao chẳng hạn, sẽ có nhiều khả năng rơi vào giữa hai tia và do vậy không thể nhìn thấy được. Nhưng thực tế không phải như thế. Theo ông, "mặt nón thị giác” bản thân nó không đủ; còn cần phải có thêm ánh sáng bên ngoài để được khởi phát sự hoạt động của nó. Chẳng hạn, khi "mặt nón thị giác” quét lên bề mặt của một vật, nó chỉ tương tác với vật ấy nếu có ánh sáng xung quanh. Ánh sáng bên ngoài này càng mạnh thì tương tác càng mạnh. Điều này giải thích tại sao chúng ta không nhìn được trong bóng tối.

Ptolémée cũng suy nghĩ về hành trạng của ánh sáng khi nó phản xạ trên một bề mặt (định luật phản xạ) hay đổi hướng khi đi từ môi trường này sang môi trường khác, như đi từ không khí sang nước, chẳng hạn (định luật khúc xạ). Ông cũng là người đầu tiên miêu tả các màu hòa trộn với nhau như thế nào không chỉ trên bảng màu của người họa sĩ, mà còn cả trong mắt nữa. Để làm điều này, ông vẽ các màu khác nhau trên một bánh xe sau đó quay bánh xe thật nhanh. Mắt không có đủ thời gian để phân biệt từng màu một, mà chỉ nhìn thấy các màu này bị trộn vào nhau. Ngoài vận tốc, ông còn nhận thấy rằng sự hòa trộn các màu còn có thể là kết quả của khoảng cách: một bức tranh ghép các màu sáng nhìn từ xa có thể cho ấn tượng về màu xám.

Theo Galien, trung tâm của thị giác là thủy tinh thể

Một gương mặt lớn khác góp phần phát triển các ý tưởng về ánh sáng và thị giác vào cuối thời kỳ Hy Lạp là Claude Galien (130-200), và cùng với Hippocrate là hai bác sĩ vĩ đại nhất thời Cổ đại. Ông là bác sĩ riêng của hoàng đế Marc Aurèle, người đã phái ông đến Rome để chăm sóc cho con trai mình là Commode bị bệnh rối loạn tinh thần. Galien đã lấy lại một phần các tư tưởng triết học của triết gia khắc kỉ tên là Zénon (khoảng 384-322 tr. CN), theo đó vũ trụ là một sinh vật sống, duy lý và thông minh, và tự nhiên được thổi một luồng sinh khí và sáng tạo gọi là pneuma (linh khí). Theo Galien, linh khí của sự sống được các động mạch dẫn đến não và được chuyển hóa thành một linh khí tinh tế hơn, gọi là linh khí tâm hồn, mà trung tâm của nó nằm trong não. Linh khí thị giác là một bộ phận cấu thành quan trọng của linh khí tâm hồn. Nó thực hiện một vòng đi từ não, đến mắt qua các dây thần kinh thị giác, rồi đến vật được quan sát để rồi quay ngược trở lại: mắt dây thần kinh thị giác não.

Galien cũng đã lấy lại một số quan niệm của Aristote: dưới ảnh hưởng kết hợp của linh khí thị giác và ánh sáng, không khí bao quanh ta chịu một biến đổi làm cho mắt nhìn thấy được. Các màu sắc cũng làm cho không khí biến đổi. Theo Galien, trung tâm của thị giác là thủy tinh thể. Tuy ông không giải thích được bằng cách nào hình ảnh của một vật đi vào trong con ngươi, được ghi lại trên thủy tinh thể và được truyền đến não, nhưng các quan niệm của ông vẫn có một ảnh hưởng to lớn đối với hậu thế. Quan niệm cho rằng thủy tinh thể là trung tâm của thị giác đã kìm hãm đáng kể sự phát triển của một lý thuyết đúng đắn: nó không hề bị xem xét lại trong suốt mười bốn thế kỷ, cho tới khi Johannes Kepler chứng tỏ vào năm 1604 rằng chính võng mạc, chứ không phải thủy tinh thể, mới là bộ phận chính của thị giác.

Hy Lạp, vì bị sáp nhập vào Đế chế La Mã vào cuối thế kỷ II tr. CN, nên tư tưởng ở đó đã mất đi sự rực rỡ để rồi tàn lụi bốn thế kỷ sau. Các nghiên cứu về giải phẫu và sinh lý học của Galien và hệ địa tâm của Ptolémée là những lóe sáng cuối cùng của văn minh Hy Lạp. Việc đốt phá Thư viện lớn Alexandrie cùng với năm trăm nghìn cuốn sách vào năm 389 và việc đóng cửa Viện hàn lâm Platon của hoàng đế Justinien vào năm 529 là những đòn chí tử kết liễu hệ tư tưởng Hy Lạp, báo hiệu những thế kỷ đen tối sắp tới. Người La Mã ít quan tâm đến các tư biện trừu tượng nên không có đóng góp gì vào sự tiến bộ của các tư tưởng nói chung, và vào lý thuyết về ánh sáng và thị giác nói riêng. Các cuộc tấn công liên miên của các bộ lạc du mục dã man đến từ phương Đông kéo dài suốt thế kỷ V và VI đã đẩy nhanh sự suy tàn của Đế chế La Mã, vốn đã

bị suy yếu đáng kể bởi sự suy thoái về chính trị, khủng hoảng về kinh tế, hỗn loạn về quân sự, cùng với tệ quan liêu tột độ và sự sụp đổ của hệ thống tư pháp.

Thế giới Hồi giáo giành lấy ngọn đuốc

Trong khi Đế chế La Mã suy tàn và sụp đổ thì Đế chế Arập - Hồi giáo lại bắt đầu cất cánh. Cái chết của nhà tiên tri Mohamet năm 632 đã đưa thế giới Arập vào một trạng thái hưng phấn tôn giáo mạnh mẽ. Nhiều làn sóng người sùng đạo dồn dập tỏa khắp địa cầu: về phía Đông, đến đế chế Ba Tư và Ấn Độ; về phía Tây, đến Bắc Phi và Ai Cập; về phía Bắc, đến Tây Ban Nha và cuối cùng bị quân đội của Charles Martel chặn lại gần Poitiers, đúng một thế kỷ sau khi nhà tiên tri Mohamet qua đời. Ngọn đuốc của nền văn minh được truyền từ người phương Tây sang tay của các khalíp (vua) của Bagda, mới được thành lập năm 762. Nền văn hóa Arập-Ba Tư đạt đến đỉnh điểm dưới thời vua Haroun al-Rachid (766-809), một nhân vật huyền thoại của Nghìn lẻ một đêm, người đã mở đầu cho một thời kỳ huy hoàng nở rộ tinh thần hiệp sĩ, thơ ca và âm nhạc. Các tác phẩm lớn của Hy Lạp đều được dịch sang tiếng Arập và Bagda đã trở thành trung tâm tri thức lớn của thế kỷ IX.

Một số nhà khoa học Arập ở Bagda quan tâm trở lại vấn đề thị giác. Đúng như người ta chờ đợi, ở đây cũng có những người tán thành các “tia thị giác” và cũng có một số người khác phản đối. Trong số những người tán đồng, Al-Kindi (khoảng 801-866), triết gia đầu tiên và đồng thời cũng là bác sĩ, nhạc sĩ và nhà toán học Arập đã ủng hộ mạnh mẽ các “tia thị giác”, và do đó ông thuộc dòng tư tưởng từ Empédocle đến Galien và Euclide. Về cơ bản, ông lấy lại các quan niệm của những người đi trước: các “tia thị giác” có dạng các mặt nón nhỏ đỉnh chạm vào mắt và kết nối các giác quan của chúng ta với thế giới bên ngoài bằng cách làm thay đổi hình thái của không khí phía trước chúng ta, để không khí có thể truyền được hình dạng và màu sắc của các vật. Theo ông, lý thuyết về các “ảo ảnh” của Démocrite là không đứng đắn, vì nó không giải thích được tại sao một hình tròn lại có thể trình hiện theo một hướng nào đó như là một đường thẳng, trong khi hình học Euclide áp dụng cho các “tia thị giác” có thể dễ dàng giải thích điều đó bằng một phép chiếu đơn giản.

Ngược lại, triết gia và bác sĩ người Iran tên là Avicenne (980-1037) mà ngày nay vẫn được thế giới Arập coi là “ông hoàng của các bác sĩ”, đã bác bỏ lý thuyết về các “tia thị giác” bằng các lập luận sau: “chúng ta có thể dễ dàng nhìn thấy sóng của một con tàu trong một vùng nước trong; vậy thì làm thế nào các tia thị giác có thể đi vào trong nước, vốn là một chất không xốp, mà không làm cho mặt nước bị cuốn lên? Theo ông, lý thuyết của Galien cũng không thể chấp nhận được: bởi vì không khí không thể dùng để nối dài linh khí thị giác, bởi vì nó không thể đi đến được các ngôi sao xa xôi trong khi mắt vẫn hoàn toàn có thể nhìn được các ngôi sao này. Và, biết giải thích thế nào đây việc chúng ta có thể nhìn thấy ngay cả khi gió thổi mạnh và khi không khí chuyển động?

Nhưng, cũng giống như Al-Kindi, Avicenne không đưa ra được sơ đồ khác về căn bản với các bậc tiền bối Hy Lạp. Nhiệm vụ này được trao cho triết gia, nhà toán học và thiên văn học Ibn al-Haytham (965-1039), nổi tiếng hơn ở phương Tây với tên gọi là Alhazen. Trong số khoảng một trăm hai mươi cuốn sách, cuốn Luận về quang học của ông vẫn được coi là một kiệt tác về các quan sát và suy diễn đặt vấn đề xem xét lại một số khía cạnh của tư tưởng Hy Lạp, và đã chi phối các suy nghĩ và tư biện về các hiện tượng quang học trong suốt sáu thế kỷ, cho tới khi Johannes Kepler vượt sang giai đoạn tiếp theo.

Alhazen dập tắt “ngọn lửa bên trong” và đảo ngược lại các tia sáng

Alhazen đồng ý với quan điểm của Aristote theo đó ánh sáng đến từ bên ngoài và đi vào mắt, chứ không phải ngược lại. Ông đưa ra nhiều lập luận để bảo vệ quan điểm này. Có một điểm mới: lập luận của ông dựa trên các quan sát hơn là trên các tiên đề toán học theo cách của Euclide. Chẳng hạn, ông đã từng viết, chúng ta không thể nhìn lâu Mặt trời mà không bị chói mắt. Nếu ánh sáng đi từ mắt chúng ta, thì sẽ không có lý do gì để chúng ta phải cảm thấy chói mắt như vậy. Ngược lại, nếu ánh sáng mặt trời đi đến mắt chúng ta, thì ánh sáng chói lòa của nó có thể dễ dàng giải thích tại sao chúng ta lại thấy khó chịu như vậy. Alhazen cũng nêu lên hiện tượng lưu ảnh; hãy nhìn một vật trong nắng và sau đó đi vào bóng râm: hình ảnh về vật vẫn đọng lại vài giây trước mắt chúng ta. Một lần nữa, hiện tượng này cũng chỉ có thể giải thích được nếu ánh sáng đi vào mắt chúng ta từ bên ngoài.

Nhưng nếu Alhazen bác bỏ ý tưởng về “ngọn lửa bên trong”, thì không vì thế mà ông từ bỏ cơ sở hình học của thị giác đã được Euclide phát triển. Theo ông, các tia sáng thật sự tồn tại. Chúng lan truyền theo đường thẳng (người ta có thể nhìn thấy đường đi thẳng của ánh sáng qua một khe nhờ các hạt bụi làm cho ánh sáng nhìn thấy được; chỉ có điều, cảm giác về sự lan truyền của chúng bị đảo ngược: chúng lan truyền từ vật đến mắt, chứ không phải từ mắt đến vật. Khi ánh sáng xung quanh chạm vào một vật liền bị vật này phản xạ. Từ mỗi điểm trên bề mặt của một vật có màu, các chùm tia sáng lan tỏa theo tất cả các hướng (trừ phi vật này là một cái gương, trong trường hợp đó ánh sáng đi ngược trở lại theo một và chỉ một hướng), và chỉ một tỉ lệ nhỏ của chúng đi vào mắt chúng ta. Ở đây Alhazen đã đưa ra ý tưởng về sự tán xạ ánh sáng.

Ngược lại với điều mà Démocrite và Épicure đưa ra, không phải các “ảo ảnh” xuất phát từ vật, mà là các tia sáng. Mặt nón của Euclide vẫn tồn tại, nhưng bị đảo lại: đỉnh nằm trên vật, và đáy của nó trên con ngươi, chứ không phải ngược lại. Theo Alhazen, ánh sáng trong môi trường xung quanh là cần thiết để nhìn: các tia thị giác chỉ phát ra từ vật nếu bản thân chúng cũng sáng hoặc được chiếu sáng. Ông cũng đã tấn công quan niệm của Aristote về sự trong suốt; ông cho rằng sự trong suốt của các môi trường trung gian giữa mắt và vật không hẳn là có liên kết với nguồn sáng, mà có thể được giải thích bằng các tia sáng lan truyền theo đường thẳng.

Mắt - máy thu hình ảnh

Như vậy Alhazen đã dập tắt “ngọn lửa bên trong” của Empédocle. Ông đã thay vào đó một lý thuyết về thị giác dựa trên các tia sáng có hành trạng được mô tả chính xác bằng ngôn ngữ toán học và hình học của Euclide. Mắt không còn là nơi trú ngụ của một thứ ánh sáng thần thánh và thiêng liêng nữa; mắt chờ được được chiếu sáng bởi ánh sáng từ ngoài. Từ vai trò là máy phát, mắt chuyển sang vai trò là máy thu.

Sự đảo ngược vai trò này buộc Alhazen phải suy nghĩ về chính cơ chế của thị giác. Với mặt nón các tia thị giác đi ra từ mắt, ta có thể phân tích cơ chế của thị giác mà không bao giờ cần phải đề cập đến cấu tạo giải phẫu học của mắt, thần kinh thị giác và não. Với các tia thị giác vừa khít với hình dạng của các vật và thấm đẫm các màu sắc của chúng, ta có thể xây dựng một lý thuyết quang học mà không cần phải phát triển một vật lý về ánh sáng. Tất cả những điều đó sẽ thay đổi nếu ánh sáng đến từ bên ngoài, chứ không phải là từ bên trong. Alhazen phát biểu rằng ở mỗi một điểm của thế giới bên ngoài ứng với một và chỉ một hình ảnh lên thủy tinh thể, mà ông nghĩ một cách sai lầm giống bác sĩ Galien rằng đó là một bộ phận chính của thị giác (ở đúng vị trí của võng mạc và mãi sáu thế kỷ sau vai trò của võng mạc mới được Johannes Kepler làm rõ). Cũng giống như Galien, ông đặt sai lầm thủy tinh thể vào tâm của nhãn cầu (chứ không phải ở mặt trước của nhãn cầu) (H. 1). Vì luật Hồi giáo cấm phẫu tích, nên hiểu biết của ông về giải phẫu mắt chủ yếu dựa trên các phẫu tích thông thường của thời kỳ đó được thực hiện tại Ai Cập, nơi có phong tục ướp xác.

Hơn nữa, để mỗi một điểm của một vật ứng với một và chỉ một phần tử của thủy tinh thể, thì chỉ được phép có một tia sáng đi từ vật đến phần tử này. Nếu nhiều tia sáng đến từ nhiều điểm khác nhau tác động đến cùng một yếu tố của cơ quan thị giác, thì chúng sẽ gây ra các cảm giác chồng chéo gây nhiễu thị. Để duy trì sự tương ứng duy nhất, và do đó để nhìn được rõ nét, Alhazen thấy cần phải giả định rằng trong vô số các tia sáng chạm vào mỗi điểm ở mặt trước của thủy tinh thể, chỉ một tia là "hữu ích”, đó là tia chạm vào nó theo chiều vuông góc. Tia hữu ích này không bị khúc xạ, nghĩa là đường đi của nó không bị lệch, và vẫn tiếp tục truyền thẳng theo hướng cũ đi vào thủy tinh thể. Chính tia này làm cho mắt nhìn thấy điểm mà từ đó nó được phát ra. Tuy Alhazen không đưa ra được những lập luận vật lý để biện minh cho định đề về "tia hữu ích” này, nhưng đột phá trí tuệ mà ông đạt được là rất lớn: lần đầu tiên trong lịch sử tư tưởng nhân loại đã xuất hiện quan niệm