Chúng ta không biết ai đã phát minh ra kính mắt, phát minh thế nào và ở đâu. Chúng ta chỉ biết đại khái nó được phát minh một cách tình cờ và bởi những người thường chứ không phải những nhà nghiên cứu về quang học.

Bước nhảy vọt từ quan sát bằng mắt thường tới quan sát nhờ dụng cụ sẽ là một trong những bước tiến lớn trong lịch sử của hành tinh. Nhưng không ai đã có chủ ý phát minh ra kính viễn vọng. Một trong những thành kiến ăn rễ sâu và phổ biến nhất của con người là niềm tin vào các giác quan tự nhiên của con người mà không cần dùng đến dụng cụ.

Chúng ta không biết ai đã phát minh ra kính mắt, phát minh thế nào và ở đâu. Chúng ta chỉ biết đại khái nó được phát minh một cách tình cờ và bởi những người thường chứ không phải những nhà nghiên cứu về quang học. Có lẽ một người thợ làm kính đã lớn tuổi trong khi chế tạo những chiếc đĩa bằng kính để gắn cửa sổ đã thử những chiếc đĩa đó và khi nhìn vào ông đã mừng rỡ nhận ra mình có thể nhìn thấy rõ hơn. Chúng ta có thể tin rằng nhà phát minh không phải thuộc giới trí thức, vì thời đó các giáo sư thường khoe khoang về những phát minh của mình, thế mà trước thế kỷ 13 chúng ta lại chưa từng thấy có tài liệu nào ghi nhận về một nhà phát minh tự xưng đã làm ra kính viễn vọng. Từ những tài liệu được ghi lại trước năm 1300 cho tới tiệc phát minh ra kính viễn vọng gần ba trăm năm sau đó, các nhà học giả đều không biết gì về thấu kính. Có rất nhiều lý do cắt nghĩa điều này. Người ta biết rất ít về lý thuyết khúc xạ ánh sáng. Tiếc thay, một số ít ỏi các nhà vật lý ham tìm tòi đã không nghiên cứu về khúc xạ bằng những mặt thấu kính cong bình thường, nhưng lại bị mê hoặc bởi các hình thù hoàn hảo là hình tròn và hình cầu. Họ bắt đầu nghiên cứu khúc xạ trong một quả cầu hoàn hảo bằng kính, khiến tạo ra những quang sai phức tạp nhất và thực tế đã không mang lại cho họ kết quả nào.

Khi tìm hiểu những hiệu ứng của thấu kính, các nhà triết học thiên nhiên bị cản trở vì những lý thuyết của họ về ánh sáng và thị giác. Từ những thời xa xưa, suy tư của các nhà triết học tây phương đã bị hướng về cách người ta thấy thế nào hơn là về chính bản chất của ánh sáng như là một hiện tượng vật lý. Các triết gia Hi Lạp cổ cho rằng thị giác là một quy trình hoạt động của con mắt sống động của một người, chứ không phải sự ghi lại thụ động những ấn tượng từ bên ngoài. Thuyết phối cảnh của Eculid lấy mắt chứ không phải vật được nhìn làm điểm gốc của các đường viễn cảnh. Plato và các triết gia trường phái Pythagoras mô tả việc nhìn xem như là một qui trình phát tỏa từ con mắt một cách nào đó bao trùm lấy vật thể được nhìn. Ptolêmê cũng chia sẻ quan điểm này. Ngược lại, Democritus và các triết gia trường phái nguyên tử cho rằng vật thể được nhìn phát tỏa ra các luồng nguyên tử và sự phát tỏa này một cách nào đó đập vào mắt và tạo ra ảnh. Nhưng nhà giải phẫu phương tây Galen nêu lên vấn nạn của nhận thức thông thường rằng những hình ảnh lớn, ví dụ như ảnh của một quả núi, không thể nào thu nhỏ được để đi vào đồng từ nhỏ xíu của mắt. Hơn nữa, các triết gia nguyên tử cũng không thể cắt nghĩa được làm sao một vật có thể tạo ra vô số phân tử để có thể đi đến mắt của hàng trăm hàng ngàn người cùng thấy vật đó đồng thời. Và Galen đã khai triển một lý thuyết dung hòa là liên kết với chức năng sinh lý của mắt.

Ngoài ra, việc nghiên cứu quan học hay sử dụng dụng cụ để trợ giúp mắt thường cũng còn gặp những trở ngại về tôn giáo. Thần học chịu ảnh hưởng mạnh của nhận thức thông thường và truyền thống dân gian. Con người có mắt để làm gì nếu chính mắt không biết được hình thù, kích thước và màu sắc thực sự của ngoại vật? Hơn nữa, chẳng phải những dụng cụ như gương, lăng kính và thấu kính thường làm sai lạc thị giác đó sao? Và những dụng cụ nhân tạo để làm ra nhiều, phản chiếu, khuyếch đại hay thu nhỏ và nhân đôi hay đảo ngược các hình ảnh thị giác đã được sử dụng để làm méo mó sự thật hay sao? Các tín hữu sùng đạo và các triết gia không đời nào chịu đụng chạm tới những dụng cụ lừa đảo đó.

Thế nhưng một số người thực tiễn vẫn tiếp tục tiến tới. Họ thích đeo cặp kính trên sống mũi, đơn giản vì nó giúp họ thấy rõ hơn. Công dụng đầu tiên của kính mắt có lẽ là để chữa tật viễn thị, khuyết tật của thị giác ở tuổi già do việc thủy tinh thể bị chai cứng làm cho mắt không thể tập trung sắc nét vào những vật ở gần. Hồi đầu thế kỷ 14, trong danh mục bất động sản của một vị giám mục ở Florence có liệt kê “một cặp kính mắt có gọng mạ bạc”. Ở Venice vài khoảng 1300, nghề làm kính mắt đã khá phổ biến khiến cho đã có một luật chống lại những thợ kính đánh lừa khách hàng bằng cách tuyên bố họ bán cho khách hàng kính bằng pha lê thật, đang khi thực sự chỉ là kính thủy tinh. Petrarch (1304-1374) trong tác phẩm tự thuật Thơ gởi cho Hậu thế, đã than phiền rằng “khi tôi quá 60 tuổi… tôi phải đeo kính mới thấy rõ được”. Bản thân Kepler cũng đeo kính. Vào giữa thế kỷ 14, các nhân vật châu Âu nổi tiếng đều cho vẽ chân dung mình với cặp kính. Khó mà biết hết được ngọn nguồn của việc chế tạo kính mắt, vì những thợ kính khám phá ra kỹ thuật làm kính đều có những lý do thương mại chính đáng để giữ bí mật nhà nghề.

Galileo đã viết: “Chúng ta biết chắc chắn nhà phát minh kính viễn vọng đầu tiên là một người thợ kính bình thường, do tình cờ thử những dạng kính khác nhau và cũng tình cờ nhìn vào hai trong số các dạng kính đó, một kính lồi và một kính lõm, để ở những khoảng cách khác nhau đối với mắt, đã thấy và phát hiện những kết quả bất ngờ và thế là ông đã khám phá ra dụng cụ này”. Có thể sự phối hợp may mắn các loại kính khác nhau này đã xảy ra đồng thời cho những hiệu kính mắt khác nhau. Câu chuyện có phần chắc chắn nhiều hơn cả là sự kiện có tính quyết định xảy ra tại một hiệu kính của một thợ làm kính bình thường người Hà Lan tên là Hans Lippershey, ở Middelburg khoảng năm 1600. Người ta kể rằng có hai đứa trẻ tình cờ vào tiệm của Lippershey và cầm những mắt kính lên chơi. Chúng áp hai mắt kính sát nhau và khi chúng nhìn qua cả hai mắt kính để nhìn tới một chiếc chong chóng gió trên tháp một nhà thờ, chúng thấy chiếc chong chóng được khuyếch đại một cách tuyệt vời. Chính Lippershey cũng nhìn thử và thế là ông bắt đầu chế tạo các kính viễn vọng.

Không may cho Lippershey là vào cùng thời đó tại Hà Lan cũng có những thợ kính khác tuyên bố mình là tác giả phát minh ra kính viễn vọng và đòi hỏi được thừa nhận quyền sáng chế và lợi lộc từ sáng chế này. Một trong những người này là James Metius ở Alkmaar, tuyên bố ông đã chế tạo được một kính viễn vọng cũng tốt như của Lippershey, ông biết những bí quyết làm thủy tinh và nếu nhà nước tài trợ, ông có thể chế tạo một kính viễn vọng tốt hơn. Khi chính quyền không chấp nhận đề nghị của ông, Metius đã từ chối không cho ai xem kính viễn vọng của mình và khi chết ông đã phá hủy các dụng cụ của mình để không cho ai giành được quyền sáng chế của ông

Trong tình trạng quyền sáng chế chưa rõ ràng, nhà nước Hà Lan đã từ chối đề nghị chế tạo kính viễn vọng của Lippershey, không công nhận quyền sáng chế của ông, cũng không tài trợ cho dụng cụ mới này. Đồng thời, kính viễn vọng ngày càng được người ta biết đến nhiều hơn. Năm 1608 đại sứ Pháp ở The Hague đã mua một chiếc kính viễn vọng cho vua Henry IV và ngay năm sau ở Paris đã có bán kính viễn vọng. Năm 1609 kính viễn vọng đã được triển lãm tại hội chợ Frankfurt. Nó cũng xuất hiện ở Milan, Venice và Padua và trước cuối năm đó, người ta đã chế tạo nó ở Luân Đôn.

Không dễ gì thuyết phục những “nhà triết học tự nhiên” học cách nhìn qua kính viễn vọng của Galieo. Họ có quá nhiều lý do tri thức để nghi ngờ những gì mà họ không trông thấy bằng mắt thường.

Nhưng những con người thận trọng vẫn còn e dè chưa muốn tin tưởng ở dụng cụ mới mẻ còn đầy nghi ngờ này. Không dễ gì thuyết phục những “nhà triết học tự nhiên” học cách nhìn qua kính viễn vọng của Galieo. Họ có quá nhiều lý do tri thức để nghi ngờ những gì mà họ không trông thấy bằng mắt thường. Triết gia nổi tiếng Cesare Cremonini thuộc trường phái Aritote cho rằng chỉ phí thời giờ khi nhìn vào dụng cụ lừa bịp của Galieo chỉ để thấy cái mà “không một ai ngoại trừ Galieo nhìn thấy… và đàng khác, nhìn những ống kính này làm tôi nhức đầu”. Một đồng nghiệp thù nghịch khác của Galieo đã báo cao: “Galieo Galilei, nhà toán học thành phố Padua, đã đến Bologna với chúng tôi, mang theo ống kính viễn vọng mà ông có thể nhìn thấy bốn hành tinh bịa đặt. Các ngày 24 hay 25 tháng 4, tôi không bao giờ ngủ ban ngày cũng như ban đêm, chỉ để thử dụng cụ của Galieo bằng hàng ngàn cách khác nhau, để nhìn những vật ở dưới đất cũng như trên trời. Nhìn các vật dưới đất, kính cho kết quả tuyệt vời, nhưng nhìn các vật trên trời, nó đánh lừa người ta, vì một định tinh sẽ hóa thành hai. Có nhiều nhân vật có thế giá khác làm chứng cho tôi… và mọi người đều nhìn nhận là dụng cụ này đánh lừa người ta. Galieo đã phải câm miệng và vào ngày 26 ông đã buồn sầu bỏ đi”.

Bản thân Galieo thường nhìn qua kính viễn vọng của mình để xem một vật, rồi đi thẳng tới vật đó để kiểm chứng chắc chắn mình không bị đánh lừa. Đến ngày 24 tháng 5, 1610, ông tuyên bố mình đã thử nghiệm kính viễn vọng của mình “một trăm ngàn lần đối với một trăm ngàn ngôi sao và những vật khác”. Năm sau, ông vẫn còn tiếp tục thử nghiệm. “Đã hai năm nay, tôi đã thử dụng cụ của mình (đúng hơn là hàng chục dụng cụ của mình) bằng hàng trăm ngàn cuộc thử nghiệm với hàng ngàn hàng ngàn đồ vật, xa và gần, to và nhỏ, sáng và tối; vì vậy tôi không hiểu nổi tại sao người ta lại cho tôi là ngây thơ bị đánh lừa bởi chính những quan sát của mình”.

Những gì Galieo thấy khi quay kính viễn vọng của mình lên trời đã làm ông say mê đến nỗi đã vội vàng xuất bản một cuốn sách mô tả những gì ông đã trông thấy. Tháng 3 năm 1610 ông ra một tập sách nhỏ dày 24 trang mang tựa đề Sidereus Nuncius (Sứ Giả của các Vì sao) và tập sách đã mau chóng gây sửng sốt và bối rối cho giới trí thức. Trong tập sách này, Galieo say mê tường thuật về “những cảnh vật tuyệt đẹp và làm ngây ngất tâm hồn… những vấn đề đáng quan tâm nhất cho mọi nhà quan sát về các hiện tượng thiên nhiên… thứ nhất, là vì bản chất tuyệt vời của chúng; thứ hai, vì sự mới mẻ hoàn toàn của chúng; và cuối cùng, cũng là vì nhờ dụng cụ này trợ giúp mà tôi thấy được chúng với đầy niềm kinh ngạc”. Cho tới bấy giờ, con số những ngôi sao có thể thấy được bằng mắt thường thì có thể đếm được. Nhưng nay kính viễn vọng đã “cho thấy rõ trước mắt hàng hà sa số những ngôi sao khác chưa từng thấy trước kia và con số này vượt xa gấp mười lần con số những ngôi sao đã được biết đến trước đây”. Bây giờ đường kính của mặt trăng xem ra “lớn hơn khoảng 30 lần, diện tích của nó lớn hơn khoảng 900 lần và khối lượng của nó gần 27 ngàn lần lớn hơn khi xem bằng mắt thường…”

Kế đến, kính viễn vọng đã giải quyết những tranh luận về Dải Ngân Hà: “Mọi tranh luận vốn từng giày vò những triết gia từ bao thế kỷ nay được giải quyết… và chúng ta được giải phóng khỏi những cuộc tranh luận dài dòng về vấn đề này, vì Dải Ngân Hà chỉ là một khối vô số các ngôi sao đứng thành chùm với nhau. Bất luận bạn quay ống kính viễn vọng thẳng về phía nào, bạn cũng thấy được một đám rất đông các ngôi sao rõ ràng trước mắt…”

“Nhưng điều kích thích niềm say mê nhất của tôi và thúc đẩy tôi kêu gọi sự chú ý của các nhà triết học và thiên văn, là tôi đã khám phá ra 4 hành tinh chưa từng được biết đến trước đây, chúng quay trên một quĩ đạo chung quanh một ngôi sao sáng nào đó”. Thực tế đây là bốn vệ tinh của sao Mộc.

Mỗi một quan sát đơn sơ của Galieo đều đã làm lay chuyển một lý thuyết trụ cột khác của vũ trụ quan Aristote – Ptolêmê. Giờ đây, bằng chính mắt của mình, Galieo đã trông thấy những ngôi sao với số lượng không thể nào đếm được (vũ trụ có vô hạn không?). Ông đã thấy mặt trăng cũng như trái đất đều không có hình thù hoàn hảo (Bản chất của các thiên thể và bản chất của trái đất có lẽ không khác gì nhau). Dải Ngân Hà được chứng minh chỉ là một khối vô số các ngôi sao (Phải chăng lý thuyết của Aristote về các vầng khí thiên giới thực ra chẳng là gì cả? Phải chăng các quá trình của các thiên thể không có gì khác biệt cơ bản với trái đất?). Trong khi những nhận xét vắn tắt và ngẫu nhiên này đã bắt đầu gỡ bỏ được những trở ngại giáo điều của truyền thống, nhưng không điều nào đã thực sự xác nhận cho lý thuyết của Copernic.

Thế nhưng với Galieo, những gì ông xem thấy đã thuyết phục ông. Trong tập sách nhỏ này, ông đã dám thông báo mối thiện cảm ông dành cho hệ thống Copernic. Tuy chính Kepler đã không thuyết phục được ông, nhưng giờ đây ông đã bị thuyết phục bởi kính viễn vọng. Theo ông, việc khám phá ra 4 vệ tinh mới quay quanh sao Mộc xem ra là những khám phá quan trọng nhất của ông, vì chúng là những bằng chứng hiển nhiên nhất cho thấy trái đất không phải là độc nhất trong vũ trụ. Còn có bao nhiêu hành tinh khác có các vệ tinh riêng? Và điều đó chứng tỏ rằng một vật thể như trái đất với một vật thể khác xoay quanh nó có thể bản thân nó lại xoay quanh một vật thể khác nữa. Vì thế Galieo kết luận:

… chúng ta có một lập luận vững chắc tuyệt vời để gỡ bỏ mọi bối rối cho những ai có thể chấp nhận sự kiện các hành tinh xoay quanh Mặt Trời trong hệ thống Copernic, nhưng về chuyển động của Mặt Trăng quanh Trái Đất, đồng thời cả hai hành tinh này đều quay đủ một quĩ đạo trong một năm quanh Mặt Trời, học còn quá bối rối nghĩ rằng lý thuyết này không thể chấp nhận được: bởi vì bây giờ chúng ta không chỉ có một hành tinh xoay quanh một hành tinh khác, trong khi cả hai cùng chuyển động trên một quỹ đạo lớn quanh Mặt Trời, mà thị giác của chúng ta còn cho chúng ta thấy 4 vệ tinh xoay quanh sao Mộc, giống như Mặt Trăng xoay quanh Trái Đất, trong khi toàn thể hệ thống cùng chuyển động quanh một quĩ đạo to lớn quanh mặt trời trong một chu kỳ 12 năm.

Những khám phá kỳ diệu này đã đưa Galileo tiến nhanh trong sự nghiệp của ông. Nhưng những mối ghen tị ở Padua và Venice hình như đã gây ra một số tác dụng, vì Thượng Viện Venice đã không giữ lời hứa hào phóng trước kia của họ. Galileo đã đi tìm những sự tài trợ ở nơi khác để theo đuổi công việc nghiên cứu thiên văn của mình. Để đạt mục tiêu, ông đã đặt tên cho bốn vệ tinh của sao Thổ mà ông mới khám phá là “những hành tin Medici” theo tên của dòng họ lớn của công tước Cosimo II của Medici ở Florence. Và ông đã gởi tặng vị đại công tước này một kính viễn vọng “tinh xảo”.

Những lời khen ngợi này đã nhanh chóng tạo được kết quả mong muốn. Vị đại công tước gởi tặng ông một chuỗi dây chuyền vàng và một huy chương vàng và tháng 6 năm 1610 ông viết một lá thư bổ nhiệm Galileo làm “Trưởng Khoa Toán học của đại học Pisa và Triết gia của Đại Công Tước”, mà không cần giảng dạy hay ở trong Đại học tại thành phố Pisa, với một khoản tiền lương hàng năm là một ngàn đồng vàng Florentin. Florence đã trở thành cơ sở nghiên cứu của ông cho tới hết đời.

Kepler rất vui mừng vì cuối cùng Galileo đã xua tan mối nghi ngờ của ông và viết hai cuốn sách để ủng hộ Galileo. Đồng thời Galileo tiếp tục những quan sát qua kính viễn vọng của mình, tạo được thêm nhiều chứng có hơn nữa cho hệ thống Copernic. Ông phát hiện ra sao Thổ có hình bầu dục. Và các chu kỳ chuyển động của sao Kim mà trước đây không thể nhận ra bằng mắt thường, thì nay đã cho thấy dấu hiệu nó xoay quanh Mặt Trời. Những quan sát này bắt đầu cung cấp những chứng cớ cho hệ nhật tâm.

Galileo được mời tới Roma, ở đó ông được tiếp đón trọng thể một cách bất ngờ. Đến nơi ngày 1 tháng 4, 1611, ông đã được Giáo Hoàng Paul V tiếp kiến ngay và vị giáo hoàng này đã dành cho ông một sự ưu đãi đặc biệt là không phải quỳ gối khi tiếp kiến giáo hoàng. Các cha Dòng Tên đã triệu tập một hội nghị đặc biệt ở Đại học, tại đây ông được ca tụng là “Vị Sứ Giả Các Vì Sao của Đại học Rôma”. Galileo đã thuyết phục được các giới chức của Giáo Hội nhìn qua ống kính viễn vọng của ông. Họ rất vui sướng về những gì họ nhìn thấy, nhưng vẫn chưa sẵn sàng chấp nhận những giải thích của Galileo.

Tối ngày 14 tháng 4, 1611, Hiệp hội khoa học tiên phong là Viện Accademia dei Lincei đã tổ chức một bữa tiệc khoản đãi Galileo trên một sườn đồi bên ngoài cổng thành Rôma. Khách mời gồm nhiều nhà thần học, triết học, toán học và những nhà chuyên môn khác. Sau khi Galileo cho họ xem các vệ tinh của sao Mộc, cùng với một số những điều kỳ diệu khác trong bầu trời, ông cho họ nhìn qua kính viễn vọng của ông để xem viện bảo tàng thánh Gioan Latran và họ đã thấy được cả những hàng chữ tên của giáo hoàng Sixtus V rất rõ ràng… mà viện bảo tàng này ở cách đó đến 3 dặm.

Dịp này, dụng cụ của Galileo đã được đặt tên. Người công bố tên của nó là vị chủ tiệc, Federico Cesi, một nhà quí tộc, nhưng thực tế cái tên “kính viễn vọng” (telescope) đã được tạo bởi một nhà thần học kiêm thi sĩ người Hi Lạp có mặt trong bữa tiệc và từ đó người ta có thói quen dùng các từ Hi Lạp để đặt tên cho các dụng cụ khoa học mới.