Kỷ Yếu Max Planck- Lời nói đầu

Kỷ yếu Max Planck

Một nền khoa học không có năng lực hay ý hướng
tác động vượt khỏi khuôn khổ của dân tộc
thì không xứng đáng với cái tên của nó

Max Planck.

 Năm 2008 đã đến với chúng ta bằng một sự kiện quan trọng trong giới khoa học. Đó là kỷ niệm sinh nhật lần thứ 150 của Max Planck, người khai sáng thuyết lượng tử.

Cha đẻ của thuyết lượng tử, người đã mang lại “ánh sáng” cho thế giới vi mô, cũng như Newton đã từng mang lại ánh sáng cho thế giới vĩ mô, chính là nhà vật lý học Max Planck, khi ông khám phá rằng ở cấp vi mô sự trao đổi năng lượng không diễn ra liên tục mà rời rạc theo từng gói tí hon được gọi là “lượng tử”. Khám phá này – cùng với khám phá về bản chất lưỡng tính “sóng lẫn hạt” của ánh sáng năm năm sau đó của Einstein - chính là những tiên đề nền tảng cho cuộc cách mạng lượng tử.

Hơn hai ngàn năm trước nhà triết học cổ đại Hy Lạp Democrit đã từng nghĩ rằng vật chất có thể được phân tích ra thành những phần tử nhỏ mà ông gọi là “atom”. Những nỗ lực để giải thích vật chất được cấu tạo bằng gì và như thế nào từ đó luôn luôn thất bại. Ngay cả Newton, người khám phá ra luật hấp dẫn vạn vật, cũng bó tay trước bản chất rắc rối của vật chất.

Nhưng năm 1925 tình hình thay đổi hẳn, sự ra đời của thuyết lượng tử - với cơ học lượng tử và cơ học sóng của Werner Heisenberg và Erwin Schrödinger - đã gây ra một “đợt sóng thần” chưa từng thấy trong khoa học và có những ảnh hưởng sâu sắc trong đời sống con người, và ngày càng dâng cao trong thế kỷ 21. Thuyết lượng tử không những giải thích chính xác sự cấu tạo vật chất mà Democrit đã hình dung, mà còn quyết định rất lớn sự phồn vinh của nhân lọai. Cuối thế kỷ 20 thế giới vật lý dựa lên hai cột trụ mới là thuyết tương đối của Einstein và thuyết lượng tử của Planck. Nhưng đối với đời sống thực tế của con người thì ba cột trụ của khoa học có ảnh hưởng quyết định là cuộc cách mạng lượng tử, cách mạng sinh học DNA, và cách mạng máy tính, với mức độ chưa từng có trước đó trong lịch sử. Năm 1947 transistor được phát hiện, cho ra đời máy tính hiện đại. Mười năm sau, laser được phát hiện tiếp, internet và xa lộ thông tin ra đời. Hai khám phá đó đều là những hệ quả của thuyết lượng tử. Năm 1953, thuyết lượng tử cũng đã cho những phép tính toán chính xác để khám phá DNA của James Watson và Francis Crick; ý tưởng đó bắt nguồn từ những bài giảng ấn tượng của Schrödinger năm 1944 trong cuốn sách Sự sống là gì?, cho rằng sự sống của con người có thể được giải thích bằng một “genetic code” (mã di truyền), và thuyết lượng tử có thể cho phép thực hiện điều đó.

      Werner Heisenberg        Erwin Schrödinger         James Watson           Francis Crick

Thuyết lượng tử cũng cho phép con người chế tạo được những máy móc có kích thước của phân tử, mở ra một kỷ nguyên cho máy móc và vật liệu mà con người chưa từng biết đến - công nghệ nano - được tiên đoán bởi Richard Feynman trong một bài thuyết trình nổi tiếng có tính cách tiên tri “There’s Plenty of Room at the Bottom” năm 1959 trước cử toạ của American Physical Society. Ông tự hỏi làm sao có thể nhét hết bộ Encyclopaedia Britannica vào đầu của một cây kim, cho rằng với thuyết lượng tử không có gì ngăn cấm sự chế tạo các máy móc có kích cỡ của phân tử cả.

Ngày nay, thuyết lượng tử, không những là nền tảng của vật lý và thiên văn hiện đại, hóa học và sinh học, mà còn đưa đến hai cuộc cách mạng máy tính và sinh học phân tử. Không những thế, nó sẽ có thể thực hiện những cuộc giao phối giữa những cuộc cách mạng đó đầy lý thú. Một “tương lai lượng tử” hứa hẹn đang chờ đợi. Nói tóm lại, thuyết lượng tử sẽ thâm nhập cũng như làm nẩy sinh ra những công nghệ đỉnh cao, cách mạng nhất của thế kỷ 21 và cả trong ba cuộc cách mạng khoa học vĩ đại của nhân lọai.

Con người giờ đây không còn chỉ biết quan sát tự nhiên một cách thụ động nữa, như Newton đã diễn tả trong tự sự: “là một cậu bé chơi trên bãi biển, nhặt được đó đây những hạt sỏi nhẵn hơn, những võ sò đẹp hơn bên bờ đại dương của chân lý ở trước mặt”, mà đang ở trong giai đoạn chuyển tiếp, trở thành “đạo diễn” của tự nhiên. Giờ đây, không phải tài nguyên nữa, mà chính là tri thức và kỹ năng mới đóng vai trò quyết định trong sự nghiệp phát triển kinh tế trước sự cạnh tranh toàn cầu. Có thể nói, các quốc gia có thể hưng thịnh hay suy vong là tùy thuộc vào khả năng có nắm được ba cuộc cách mạng này hay không.

Nhưng trên hết, vượt ra ngoài khuôn khổ lợi ích kinh tế và công nghệ, mục đích tối hậu của con người từ ngàn năm vẫn là muốn hiểu được vũ trụ mình đang sống trong đó, và từ lâu đã đi tìm câu trả lời trong tôn giáo và triết học. Những định luật tiềm ẩn nào đã chi phối vật chất trong tự nhiên từ vũ trụ đến thế giới vô cùng nhỏ? Vũ trụ bắt đầu như thế nào? Vì sao vật chất và con người có mặt như hôm nay? Vật chất, và bản thân chúng ta, được cấu tạo bởi các tế bào, rồi các tế bào lại được tạo thành bởi những nguyên tử, những hạt electron nhỏ hơn, các nhân của các nguyên tử lại được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn nữa, rồi các hạt này lại chứa những hạt nhỏ nữa, vân vân. Đâu là những viên gạch cuối cùng của vạn vật, và chúng hoạt động như thế nào, các định luật nào chi phối?

Càng khám phá, con người càng nhận chân ra đến kinh ngạc các định luật tinh tế của vật chất không giống như trực giác đời thường. Thế giới của Newton thế kỷ 17 đã khác xa với thế giới của thời Trung cổ. Nhưng thế giới của thế kỷ 20 lại càng khác xa hơn nữa thế giới của tất cả thế kỷ trước cộng lại. Một trăm năm qua là một cuộc hành trình Odyssey của các nhà vật lý học đi tìm bờ cõi và vương quốc của mình, còn đẹp hơn các cuộc phiêu lưu thần thoại Hy Lạp. Con tàu Argo với các con người tài ba Argonaut trên đó đã chinh phục được nhiều miền đất đai và bờ cõi rộng lớn, mỗi lần thêm vững chắc bất khả đảo ngược, nhiều lần cứ tưởng mình sắp đến đích, nhưng rồi thấy mình vẫn còn xa hơn, rồi họ lại tiến bước, vượt qua những trở ngại mới để tiến đến những miền đất mới, hoặc đôi khi tuyệt vọng, nhưng rồi con thuyền đã đưa đoàn người thám hiểm đến những nơi sáng lạng chóa mắt, nhìn chung, cái đích ngày càng đến gần.

Mô hình chuẩn là một bước tiến to lớn và ý nghĩa sau khi nó thống nhất được ba trong bốn lực cơ bản của tự nhiên: lực điện từ, lực yếu và lực mạnh. Trong thế giới hạt có lẽ đến 2020 bức tranh sẽ rõ hơn một cách quyết định, trong khi việc thống nhất thuyết trường lượng tử của mô hình chuẩn với thuyết tương đối rộng có thể cần đến 50 năm nữa, như Steven Weinberg ước đoán. Nhưng chưa phải là chắc chắn. “Sự khám phá ra một lý thuyết thống nhất để chúng ta có thể mô tả thiên nhiên ở tất cả mực năng lượng sẽ làm cho chúng ta có khả năng trả lời một trong những câu hỏi cơ bản nhất của vũ trụ học. Đám mây dãn nở của các thiên hà mà chúng ta gọi là vụ nổ nguyên thủy có một sự bắt đầu vào một thời điểm nào trong quá khứ hay không. Hay là vụ nổ nguyên thủy của chúng ta chỉ là một tình tiết trong một vũ trụ lớn hơn nhiều mà ở đó từ những thời vĩnh hằng các vũ trụ lớn và nhỏ đã hình thành? Những cái gọi là hằng số tự nhiên hay định luật tự nhiên có khác nhau trong các vũ trụ riêng lẻ?” như Weinberg viết. Thế kỷ 21 còn nhiều bài toán hấp dẫn và thách thức dành cho các thế hệ mới của nó, không như một thế kỷ mà một vị thầy (von Jolly) của Max Planck đã khuyên ông không nên học vật lý vì lầm tưởng rằng không còn những vấn đề mới nữa. Một thiên tài nào đó tươi mới có thể sẽ xuất hiện.

Năm nay 2008, để kỷ niệm sinh nhật 150 năm của Max Planck, sau hơn nửa thế kỷ trước bị tàn phá nặng nề bởi chính sách tiêu diệt khoa học của chủ nghĩa quốc xã đã gây ra một cuộc chảy máu chất xám kinh hoàng cho cả châu Âu, một bước ngoặt vui mừng đánh dấu sự phục hưng của nền vật lý ở châu lục này với hai sự kiện nổi bật :

-Trên trời có vệ tinh Planck được phóng¹ lên không trung để quan trắc bức xạ tàn dư sau vụ nổ lớn của vũ trụ xảy ra cách đây khoảng 13.7 tỷ năm, nhắm tới độ chính xác chưa từng đạt so với hai vệ tinh trước COBE và WMAP,

- Duới đất sâu hơn trăm thước có máy gia tốc hạt LHC (Large Hadron Collider) với chu vi 27 cây số ở CERN. Khắp năm châu duy nhất chỉ có máy này làm đầu tầu thế giới trong công cuộc khám phá, đào sâu tìm hiểu, nhằm thống nhất các định luật cơ bản tận cùng của vạn vật. Lý thuyết và thực nghiệm, tay trong tay vươn tìm những bến bờ xa xăm sâu thẳm nhất của tri thức khoa học, tiếp nối nổi khát vọng hướng thượng chung của con người bẩm sinh xưa nay là không ngừng tìm hiểu thiên nhiên và bản thể của nó.

Với cuốn Kỷ Yếu chúng ta muốn góp phần thật khiêm tốn của mình vào việc vinh danh Max Planck trong ký ức Việt Nam nhân kỷ niệm 150 năm ngày sinh của ông, và mong muốn các thế hệ hiện tại hãy tiến lên nắm bắt khoa học lượng tử, và khoa học nói chung, để trang bị mình cho thế kỷ 21.

Quang phổ của các bài đóng góp trong số Kỷ Yếu Max Planck là rộng rãi và đa dạng, từ những vấn đề lịch sử liên quan đến Max Planck, những vấn đề khoa học cơ bản và thực nghiệm, các vấn đề khoa học ứng dụng, cho đến thiên văn học, khoa học nhân văn, nghệ thuật, triết học, và những bài hồi ký sống động, từ thế giới hạt cơ bản cho đến các thiên hà, từ những khám phá thuần túy khoa học cho đến trách nhiệm của những nhà khoa học trước xã hội và môi trường sống, đến những vấn đề nghệ thuật, văn học, từ những vấn đề của thế kỷ 20 đến những vấn đề của thế kỷ 21, vân vân.

Max Planck suốt đời chăm sóc việc xây dựng, phát triển và truyền bá khoa học và nhận thức cho đại chúng, không ngừng chăm lo sự hợp tác quốc tế, luôn luôn tận tụy hết lòng với trách nhiệm của mình trước xã hội. Làm số kỷ yếu đặc biệt này chúng tôi muốn noi gương ông. Các tác giả tham gia là những nhà khoa học và trí thức gốc Việt Nam đang sinh sống tại Việt Nam và nhiều quốc gia khác nhau trên thế giới: Pháp, Bỉ, Hoa Kỳ, Canada, Úc, nhưng tất cả có cùng tình cảm: Việt Nam và khoa học. Và một số bạn nước ngoài cũng cùng chia sẻ với chúng ta, trong đó phải kể GS. Jerome Friedman, giải Nobel vật lý năm 1990, GS Jürgen Renn, Viện trưởng Viện-Max-Planck nghiên cứu lịch sử khoa học tại Berlin, GS Dieter Hoffmann của cùng Viện, chuyên gia về lịch sử khoa học thế kỷ 19, 20 và là một chuyên gia hàng đầu hiện nay về Max Planck. Chúng tôi rất trân trọng đóng góp của nhiều nhà khoa học, trí thức khả kính của nhiều thế hệ của Việt Nam, đặc biệt những thế hệ đi du học từ những năm trước và sau 1950, những nhà khoa học đã có nhiều kiến thức tinh hoa, đã không tiếc thì giờ để truyền đạt vốn kiến thức quý báu ấy qua Kỷ yếu Max Planck cho các thế hệ trẻ Việt Nam. Chúng tôi cũng trân trọng những ý muốn đóng góp của nhiều nhà khoa học khác nhưng vì thời gian không cho phép nên đã không thực hiện được.

Thuyết lượng tử và tương đối, nói chung khoa học tự nhiên cùng với những tiến bộ cách mạng của thế kỷ 20 đã thay đổi nhận thức con người về thế giới sâu sắc, thay đổi đời sống vật chất con người còn sâu sắc hơn gấp bội. Phân nửa GDP của các nước phát triển xuất phát từ kết quả của những nghiên cứu cơ bản. Các quốc gia trên thế giới có lúc ngủ quên, nhưng có lúc cũng phải giật mình trước những sự kiện bàng hoàng diễn ra trước mắt có thể trở thành nguy hiểm, sự đe dọa cho an ninh và sự phồn vinh của quốc gia họ, nếu những người lãnh đạo dân tộc đó còn biết yêu nước và sáng suốt nhận định. Nước Anh, chẳng hạn, đã giật mình tại cuộc International Exhibition ở Paris năm 1867 khi nhận thấy rằng Người Mẹ của Cách mạng Công nghiệp đã bị các đứa con qua mặt. Ba năm sau, cuộc chiến tranh Pháp-Phổ thực sự đã làm cho giai cấp lãnh đạo Anh sợ hãi, giai cấp luôn thích để cho công nghiệp tự nó phát triển, và không chịu đầu tư cho nghiên cứu khoa học bao nhiêu. Phổ đã trở thành một cường quốc không những về công nghiệp mà còn về quân sự. Đó là một hội chứng giống như hội chứng Sputnik của nước Mỹ ở cuối những năm 50 đầu 60. Năm 1883 khi Ủy ban hoàng gia Anh về Giáo dục kỹ thuật thăm trường thương mại ở thành phố Rouen của Pháp, các thành viên rất ngạc nhiên khi thấy một chiếc nón sắt của lính Phổ được trưng bày nổi bật ở đây. Ngài hiệu trưởng giải thích rằng ông đã lượm được chiếc nón này khi quân đội Phổ đi ngang qua. Mỗi lần học trò ông chểnh mảng trong việc học, ông đặt cái nón lên bàn để nhắc nhở chúng về điều đã xảy ra, và lại có thể xảy ra, nếu chúng không học hành nghiêm chỉnh; “phương pháp đó không bao giờ thất bại trong việc nâng cao tinh thần quốc gia và nhiệt tâm của chúng trong việc học”, ông nói.

Tại Đức, từ lâu các nhà lãnh đạo tri thức đã hiểu rằng khoa học đem lại sự phồn vinh, và làm cho quốc gia phú cường. Werner von Siemens, nhà trí thức công nghiệp của Đức đã nói rằng đối với ông “nghiên cứu khoa học tự nhiên luôn luôn là miếng đất vững chắc của tiến bộ kỹ thuật, và nền công nhiệp của một quốc gia sẽ không bao giờ có được vị trí hàng đầu quốc tế và giữ vững được vị trí của nó nếu quốc gia đó không đồng thời đứng trên đỉnh cao của tiến bộ khoa học tự nhiên”. Siemens không ai khác là người đã tài trợ chủ yếu cho việc thành lập Trung Tâm Kỹ thuật-Vật lý Berlin ra đời vào cuối thế kỷ 19, nơi đã tiến hành những cuộc đo đạt chính xác nhất về điện để giúp các nhà vật lý đi tìm công thức bức xạ nhiệt, ban đầu với mục đích áp dụng cho công nghệ bóng đèn, nhưng đề rồi một trong những nhà khoa học, Max Planck, đã đi đến khám phá thuyết lượng tử cho nhân loại!

Việt Nam không có con đường nào khác hơn là phải xây dựng được một nền khoa học tự nhiên hiện đại và phát triển, từ thực nghiệm cũng như đến lý thuyết, theo những mẫu mực quốc tế đã có từ hàng trăm năm được áp dụng trên khắp thế giới, nếu những người lãnh đạo đất nước biết “giật mình” trước sức mạnh của những cuộc cách mạng khoa học vĩ đại như đã từng được chứng minh trong quá khứ, và nếu ý thức để chuẩn bị đất nước cho những cuộc cách mạng vĩ đại sắp đến, và đầu tư đích đáng các cơ sở vật chất, cơ sở tri thức, cơ sở nhân sự là các nhà nghiên cứu, các giáo sư đại học, các học sinh, sinh viên ưu tú tương lai. Cái nghịch lý lớn nhất của đất nước là những nhà khoa học chân chính, những người toàn tâm làm khoa học, phải sống bằng đồng lương không đủ sống, đừng nói chi gia đình họ. Những người tồn tại được, trụ được vì khoa học, đều phải sống nhờ vào các đại học và tổ chức nghiên cứu ở nước ngoài, hay những công việc phụ không xứng đáng với họ. Đó là nghịch lý, và là nguy cơ lớn nhất làm cho đất nước mai một đi tiềm năng trí tuệ, gây ra chảy máu chất xám, hoặc làm mai một nhiều thế hệ chất xám liền và làm suy yếu nền tảng cơ bản của nền kinh tế tri thức hiện đại dựa lên sức mạnh của khoa học kỹ thuật và công nghệ.

Lấy vài thí dụ thời sự tượng trưng. Chính sách “khen thưởng $1.000” cho các công trình được đăng ở nước ngoài là rõ ràng có tính cách chấp vá và tình thế. Rồi ý tưởng ngộ nghĩnh “Văn miếu đương đại”, chỉ tôn vinh hời, thuần hình thức những “tiến sĩ”, giống phong kiến. Chúng tôi nghĩ ngược lại: Để khen thưởng và “tôn vinh” họ với tư cách là lực lượng chất xám cực kỳ quan trọng của quốc gia trong thời kỳ phát triển (và có thời kỳ phát triển nào nó lại thừa?), nhà nước cần phải đầu tư mạnh mẽ cho khoa học và những người làm khoa học để họ có điều kiện toàn tâm sản xuất nhiều hơn “trứng vàng” có chất lượng ngày càng cao hơn, mà không phải lo lắng cho gia đình và tương lai con cái. Nhà nước phải đầu tư để họ thường xuyên có điều kiện tiếp cận bằng người và bằng tư liệu khoa học hiện đại các trung tâm khoa học thế giới, như những tấm gương sáng của một nước Nhật thời Minh Trị đã làm, hay các quốc gia gần như Hàn Quốc, Đài Loan, Singapore từ vài thập kỷ qua. Những chiếc ghế giáo sư – ở đó nghiên cứu khoa học với những chuẩn mực truyền thống lành mạnh và tiến bộ của thế giới đóng vai trò chủ yếu - chứ không phải với những quy định cục bộ của Việt Nam, được kèm theo những điều kiện sống và làm việc xứng đáng, cũng như trách nhiệm cao cả để hướng dẫn tập thể khoa học của đất nước vươn lên, đó chính là phần thưởng ý nghĩa và thiết thực nhất cho người làm khoa học.

Trí thức là nguyên khí quốc gia. Đừng để họ bị tiếp tục phá giá, và suy sụp trước sự phát triển không ngừng của các lực lượng trí thức khác trên thế giới. Nhà nước và xã hội phải chung sức đầu tư vào nghiên cứu khoa học tiềm năng và có trình độ cao ở các đại học và viện nghiên cứu, hơn là tài trợ cho những chương trình giật gân phù phiếm. Nhà nước hãy thấy vai trò cực kỳ quan trọng của khoa học kỹ thuật trên thế giới trong việc dựng nước và giữ nước. Đừng để một Max Planck hay một Albert Einstein mòn mõi phải “nuôi thân bằng hai bàn tay mọn”, hay “có lẽ đi cày trong cái làng thống khổ” của mình, như cách nói của một nhà cải cách của Phổ đã từng nói về xã hội Đức đầu thế kỷ 19. Nhà nước phải mở những “cánh cửa khải hoàn” cho tất cả tài năng của đất nước, “mở ra cho họ một con đường, bất kể họ từ đâu đến”. Chỉ có như thế đất nước mới mong phát triển được vững bền, non sông mới nở mặt với thế giới.

Chúng tôi xin cám ơn Viện Max Planck Lịch sử khoa học Berlin đã hỗ trợ công việc chúng tôi bằng những tư liệu quý báu xưa và nay về Max Planck để cho số kỷ yếu kỷ niệm được phong phú. Xin cám ơn Viện Văn hóa Goethe Việt Nam và Ngài giám đốc của Viện, Peter Bumke, đã khích lệ và tài trợ để xuất bản.

Chúng tôi rất biết ơn các Anh Chị đã bỏ nhiều thì giờ quý báu của mình để giúp đỡ phần dịch thuật các bài đóng góp, các anh Nguyễn Đức Phường, Nguyễn Minh Thọ, đặc biệt anh Phạm Văn Thiều đã tham gia dịch thuật và xem lại nhiều bài, cũng như nhiều Anh Chị khác không được nhắc đến ở đây.

Chúng tôi xin cám ơn GS Nguyễn Văn Hiệu đã ủng hộ tinh thần Kỷ yếu Max Planck ngay từ đầu cuộc khởi động, đã tổ chức lễ kỷ niệm Max Planck tại buổi Hội thảo quốc tế về Khoa học vật liệu và Công nghệ nano tháng 9 tại Nha Trang, mời được GS Friedman tham gia kỷ yếu, và cũng đã bỏ công sức đóng góp một bài rất công phu và phong phú. Bài hồi ức của GS sẽ là một hồi ức rất có giá trị cho các bạn trẻ.

Xin cám ơn chân thành tất cả những Anh Chị đã đóng góp, tiếp tay và cưu mang số kỷ yếu này hơn nửa năm liền, và cám ơn sự quan tâm và đón nhận quý báu của tất cả quý độc giả. Mong các bạn trẻ tìm thấy ở đây những hạt giống quý báu cho mình. Chúng tôi muốn xem quyển kỷ yếu này như một đóng góp vào văn hóa giáo dục và nghiên cứu khoa học của đất nước, với sự gửi gấm tâm tình như “gửi hương cho gió” và hy vọng sẽ có những tâm hồn, đặc biệt các bạn trẻ, đón nhận và suy ngẫm về nó.

Chắc chắn ở nhiều khâu thực hiện chúng tôi có những sai sót, nhầm lẫn hay những điều đáng lý phải được làm tốt hơn. Chúng tôi thực hiện tập sách kỷ niệm này trong điều kiện eo hẹp, mỗi người phải tự thân vận động, không có nhân viên hay bộ máy hỗ trợ, không ai ở gần nhau để bàn bạc trao đổi, tất cả đều được thực hiện âm thầm qua mạng. Vì thế chúng tôi xin Quý Anh Chị và độc giả hãy đón nhận và đọc Kỷ yếu với một sự cảm thông và lượng thứ nếu có những sai sót hay những điều làm chưa tốt.