Anbe Anhxtanh - Người làm nên cuộc cách mạng thế giới vật lý

Đúng 11h30 phút ngày 14 tháng 3 năm 1879, Anbe Anhxtanh ra đời tại thị trấn Um nước Đức trong một gia đình Do Thái. Cậu bé Anhxtanh có cái đầu rất to, xương đầu lại còn dô ra nữa. Thuở bé mẹ cậu rấtlo sợ cậu bị ... thiểu năng trí não bởi vì đến 4-5 tuổi cậu vẫn chưa biết nói. Ông bố đã mời nhiều bác sỹ đến khám, họ kết luận là cậu bé hoàn toàn khoẻ mạnh và phát triển bình thường. Thuở thiếuthời, Anhxtanh rất lặng lẽ, thường đơn độc đắm mình triền miên trong mơ ước hoặc suy tư, trò chơi mà cậu ưa thích là dùng các mẩu gỗ hoặc mẩu giấy chắp thành các hình phức tạp. Khi đi học, Anhxtanhrất ưa thích các môn tự nhiên và triết học. Ông chú ruột của cậu là Jacôp tặng cho cậu cuốn sách “Hình học thần thánh” của ơclit, cậu lập tức đọc một mạch cho đến trang cuối cùng. Tính cách của cậubé Anhxtanh rất khác thường, với những vấn đề thắc mắc không những cậu buộc mình phải làm sáng tỏ nó là gì mà còn đào sâu tìm hiểu thêm vì sao lại như thế. ở trên lớp, thầy giáo thường không nhẫn nạichờ được mà phải gõ thước vào bảng thôi thúc Anhxtanh trả lời câu hỏi nhanh lên vì cậu luôn suy nghĩ chu đáo rồi mới chịu trả lời. Khi thầy không hỏi, bỗng nhiên Anhxtanh hỏi lại những điều “kỳ quái”mà cậu đã từng suy nghĩ rất sâu. Thầy giáo thường bị đỏ mặt vì không trả lời được. Các thầy giáo không thích tính cách Anhxtanh, cậu không chịu học những môn học thuộc lòng, thành tích học tập củacậu thường đứng cuối lớp.

Tháng 10 năm 1896 Anhxtanh 17 tuổi, cậu đã thi đỗ vào trường Đại học liên bang Zurich (Thuỵ Sỹ), đó là một trường ĐH nổi tiếng ở Trung Âu.

Ở ĐH Zurich, Anhxtanh rất say mê làm việc trong phòng thí nghiệm và phớt lờ những giờ lên lớp. Hồi đó máy quang điện rất quý, ắc-quy cũng hiếm nhưng trong phòng thí nghiệm của trường ĐH lại có rấtnhiều máy đo điện, sinh viên có thể tự do đến làm thí nghiệm. Anhxtanh vùi đầu vào nghiên cứu, cậu say mê nghiên cứu về vấn đề bụi vũ trụ mà theo cậu là một mệnh đề quan trọng của vật lý lý thuyết,cũng là một “con hổ” đang cản đường tiến lên của ngành vật lý.

Sau nhiều đêm trăn trở, Anhxtanh đem bản thảo của mình đến gặp giáo sư Uây-pơ - một giáo sư trong trường ĐH Zurich. Giáo sư nhận bản thảo một cách hờ hững, vốn trong lòng ông không ưa cậu sinh viênhay bỏ học này, nên khi lật xem vài trang bản thảo, thấy suy nghĩ của Anhxtanh xa rời thực tế, giáo sư Uây-pơ trả bản thảo cho cậu và nói: “Anhxtanh, cậu rất thông minh nhưng nhược điểm là không muốnhọc ai cả”. Nói rồi giáo sư bỏ đi.

Mùa thu năm 1900, Anhxtanh tốt nghiệp ĐH. Đây là thời kỳ long đong nhất của ông bởi ông lâm vào cảnh thất nghiệp. Ông từng khao khát được giữ lại trường làm trợ giáo nhưng muốn thế cần phải có cácgiáo sư giới thiệu mà chẳng vị giáo sư nào chịu giới thiệu một sinh viên người Do Thái không chịu thuần phục và hay có những suy nghĩ lạ hoắc này, hơn nữa thành tích tốt nghiệp của Anhxtanh cũngkhông thuộc loại xuất sắc. Vì kế sinh nhai, Anhxtanh phải bôn ba khắp nơi tìm kiếm việc làm.

Vào tháng 6 năm 1902 Anhxtanh đã xin được một công việc ổn định là làm giám định kỹ thuật ở Cục bản quyền Becnơ (Thụy Sỹ) với mức lương 3500 frăng Thụy Sỹ một năm. Không phải lo lắng về cái ăn cáimặc nữa, từ đây ông có thể yên tâm nghiên cứu những vấn đề vật lý mà ông yêu thích. Năm 1903, Anhxtanh kết hôn với Mivela là bạn học cũ, năm sau họ sinh một con trai.

Năm 1905, kỳ tích và vinh quang đã đến với ông. Năm đó Anhxtanh 26 tuổi, ông dồn thời gian rỗi để viết bốn luận văn vĩ đại hoàn thành việc chuẩn bị lý luận cho cụoc cách mạng vật lý thế kỷ 20.

Anhxtanh hoàn thành luận văn “Phương pháp xác định mới về độ lớn của phân tử”, ông trích phần “Nghiên cứu sự khuếch tán và nội ma sát của các chất trung tính trong dung dịch loãng để xác định độ lớnthực tế của nguyên tử” gửi cho ĐH công nghiệp liên bang Zurich. Trong bốn luận văn thì luận văn này mỏng hơn cả.
Luận văn thứ hai bàn về “Thuyết quang lượng tử”. Trước kia khi nghiên cứu “Hiệu ứng quang điện”, Niutơn cho rằng ánh sáng là do các hạt cấu thành, trong lịch sử khoa học gọi đó là “thuyết hạt ánhsáng”. Đến đầu thế kỷ 19 các nhà khoa học lại cho rằng ánh sáng không phải do các hạt cấu thành mà là một lọai sóng dao động. Về sau lý thuyết điện-từ của Macxoen tiến thêm một bước đã chứng minhtính dao động sóng của ánh sáng. Học thuyết này có tên là “Động học sóng của ánh sáng”. Lúc ấy Anhxtanh đã từ một góc độ mới mẻ bàn về sự bức xạ và năng lượng của ánh sáng. Anhxtanh cho rằng ánh sánglà do những hạt rời rạc (lượng tử) cấu thành. Kết luận này ngay Anhxtanh cũng cảm thấy “rất cách mạng”. 16 năm sau nhờ luận văn này Anhxtanh giành được giải Nôben vật lý.

Luận văn thứ ba nghiên cứu về “Chuyển động Brao”. Ngược lại thời gian, vào năm 1827 hôm đó nhà thực vật học Brao người Anh làm thí nghiệm rắc phấn hoa vào nước, sau đó dùng kính hiển vi quan sát. Brao phát hiện một hiện tượng rất lạ: phấn hoa chuyển động không ngừng giống như vô số các sinh linh li ti đang nhảy múa. Chuyển động kỳ lạ này được gọi là “chuyển động Brao”. Mấy chục năm sau để giải thích hiện tượng này các nhà khoa học đã mất nhiều công sức nhưng chưa lý giải được thấu đáo. Anhxtanh bằng nhãn quan độc đáo của mình đã nắm ngay được bản chất của vấn đề: Đó chính là các phân tử nước vô cùng nhỏ bé đang nhảy múa. Hồi đó rất nhiều người còn chưa tin vào sự tồn tại của phân từ và nguyên tử thì Anhxtanh ngược lại đã đi sâu nghiên cứu chuyển động của phân tử. Ông cho rằng phân tử nước rất nhỏ, dùng kính hiển vi không thấy được nhưng phân tử nước vận động không ngừng. Do sự va chạm với các phân tử nước mà phấn hoa có chuyển động Brao không quy tắc. Anhxtanh còn dùng phương pháp tóan học tính được độ lớn của phân tử và hằng số Avôgađrô - số lượng phân tử trong một chất khí bất kỳ ở trạng thái tiêu chuẩn. Như vậy Anhxtanh đã có những căn cứ hết sức thuyết phục để chứng minh sự tồn tại của phân tử. Ba năm sau nhà vật lý người Pháp là Faylan đã chứng minh được định luật của Anhxtanh về chuyển động Brao.

Luận văn thứ tư được công bố trên Tạp chí Vật lý học là “Bàn về điện động lực học của các vật thể động”, đó là luận văn đầu tiên về thuyết tương đối. Với luận văn dày 30 trang này Anhxtanh đã làm nên thay đổi về bản chất quan niệm về thời gian và không gian. Trước thế kỷ 20 Niutơn là chúa tể của vương quốc vật lý, cơ học Niutơn được xây dựng trên cơ sở thời gian tuyệt đối và không gian tuyệt đối. Niutơn cho rằng trong bất kỳ điều kiện nào độ dài thời gian đo được luôn luôn như nhau, không thể có kết quả thứ hai. Niutơn cho rằng thời gian và không gian là tuyệt đối, không liên quan đến bất kỳ sự vật nào ở thế giới bên ngoài, vậy làm sao biết được sự tồn tại của nó? Lấy ví dụ nếu thời gian phát tiếng của một máy ghi âm trên mặt đất đo được là một giờ thì thời gian phát tiếng của máy ghi âm đó trên mặt trăng đo được cũng là 1 giờ, đó là theo nguyên lý thời gian tuyệt đối của Niutơn. Nhưng Anhxtanh cho rằng một người ở mặt đất mà đo thời gian phát xong cuốn băng đó trên mặt trăng thì kết quả không phải là 1 giờ mà có thể hơn hoặc kém một giờ. Như vậy thời gian là tương đối, tức là độ dài thời gian đo được trong những điều kiện khác nhau là khác nhau. Đến những năm 30 từ các thí nghiệm kích phát nguyên tử hyđrô người ta đã chứng minh được thời gian bị kéo dài. Về không gian cũng tương tự, độ dài theo phương chuyển động của cái thước chuyển động với tốc độ nhanh cũng bị rút ngắn lại so với cái thước ở trạng thái nằm yên. Đó là thuyết tương đối hẹp.

Luận văn về thuyết tương đối hẹp này của Anhxtanh đã nhanh chóng thu hút sự hứng thú mạnh mẽ của một bộ phận các nhà khoa học có kiến thức cao trong giới vật lý. Qua luận văn này họ nhận được những thông tin mới mẻ về cuộc cách mạng trong vật lý.

Tuy nổi tiếng vậy nhưng cuộc sống của Anhxtanh vẫn chẳng có gì thay đổi: Hàng ngày 9 giờ ông đến cơ quan làm những việc sự vụ. Sau giờ làm việc ông đến làm thuê cho xưởng làm dấm.

Nhiều học giả nổi tiếng đinh ninh Anhxtanh phải là một giáo sư, họ tìm gặp ông và rất ngạc nhiên khi thấy ông chỉ là một viên chức quèn, đầu tóc rối bù, áo sơ mi nhăn nhúm. Vị giáo sư nổi tiếng Plăng đã phải kêu lên: “Làm sao lại có thể chà đạp nhân tài đến thế. Một thiên tài sắp phát động một cuộc cách mạng trong vật lý, một Côpecnic của thế kỷ 20 mà lại phải làm những việc lặt vặt của một công chức hạng ba ở Cục bản quyền, thật bất công”.

Năm 1909, nhờ giáo sư Klein tích cực giới thiệu, ĐH công nghiệp liên bang Zurich đã mời Anhxtanh làm giáo sư, lương 4500 frăng một năm. Anhxtanh rất vui vì bây giờ ông đã có thể nuôi được gia đình bằng việc nghiên cứu vật lý.

Danh tiếng Anhxtanh ngày càng lớn. Mùa hè năm 1913 Plăng và Lơnxtow ở Viện khoa học Prusi (Đức) đã mời Anhxtanh về làm giáo sư ĐH Beclin, Viện sỹ Viện khoa học Prusi và Cục trưởng Cục nghiên cứu vật lý với mức lương rất hậu hĩnh. Anhxtanh đã nhận lời. Với những thiết bị nghiên cứu vào loại bậc nhất và điều kiện vật chất đầy đủ, Anhxtanh đã đưa thuyết tương đối đi vào con đường phát triển huy hoàng. Chỉ hai năm sau khi ở Beclin, năm 1916 ông đã hoàn thành luận văn có tính tổng kết về thuyết tương đối: “Cơ sở thuyết tương đối rộng” và đưa ra giả thuyết hữu hạn vô biên của không gian vũ trụ, đã tổng kết sự phát triển của thuyết lượng tử, đã lần đầu tiến hành khám phá sóng lực hấp dẫn được công nhận là đỉnh cao của lý luận vật lý thế kỷ 20. Về sau Anhxtanh căn cứ trên phương trình chuyển động của thuyết tương đối đã đưa ra ba dự đoán lớn:

· Tia sáng bị cong đi trong trường lực hấp dẫn của mặt trời

· Quy luật chuyển động của sao Thủy ở điểm gần mặt trời nhất: sau mỗi vòng quay quanh mặt trời, vị trí điểm gần mặt trời nhất của sao Thủy bị biến đổi một ít.

· Tia quang phổ trong trường lực hấp dẫn bị dịch chuyển về phía ánh sáng đỏ (phía sóng dài)

Ngày 29/5/1919, các nhà thiên văn người Anh thông qua quan sát nhật thực đã chứng minh tính chính xác của Thuyết tương đối rộng của Anhxtanh: Tia sáng bị uốn cong trong trường lực hấp dẫn của mặt trời, không gian là không gian cong, học thuyết mới về lực hấp dẫn hoàn toàn chính xác. Hai dự đoán sau cũng lần lượt được nghiệm chứng. Anhxtanh nhanh chóng trở thành thần tượng được cả thế giới sùng bái, từ khắp nơi trên thế giới lời mời gửi đến Anhxtanh như những đợt sóng triều. Ông đã đến nhiều nơi trên thế giới để thuyết trình về thuyết tương đối, ông được mệnh danh là “Niutơn của thế kỷ 20”.

Năm 1933, để phản đối chế độ phát xít Đức, Anhxtanh đã rời bỏ nước Đức đến định cư ở thành phố Prinxetôn nước Mỹ. ở Mỹ Anhxtanh đã có nhiều bài diễn thuyết cho hòa bình của nhân lọai. Ông đã sống 22 năm ở Mỹ. Ngày 18 tháng 4 năm 1955 Anhxtanh đx vĩnh viễn ra đi, hưởng thọ 76 tuổi. Thế giới mất đi một nhà khoa học kiệt xuất nhất, nhân lọai mất đi một người lương thiện nhất. Ông mất đi nhưng tên tuổi ông đã trở lên bất tử, đúng như lời ông nói: “Chúng ta chết đi nhưng sự nghiệp sáng tạo chung của chúng ta sẽ còn mãi mãi”.

Anh Duy
Nguồn: Trần Khải Trung, Anbe Anhxtanh, NXB Giáo dục, 2003.

Những câu nói nổi tiếng của Anhxtanh

“Suy nghĩ, suy nghĩ, suy nghĩ nữa”.

“Nghiên cứu khoa học giống như khoan gỗ, có người thích khoan gỗ mỏng, còn tôi thích khoan gỗ dày”.

“Tôi không có thiên tài gì đặc biệt.
Tôi chỉ là một người hiếu kỳ cuồng nhiệt mà thôi”.

“Văn minh cần giao tiếp, thế giới cần hoà bình”.

Công thức E=m.c ²

Thuyết tương đối rộng được Anhxtanh phát biểu năm 1905 đã đưa ra một vấn đề quan trọng: Khối lượng và năng lượng có quan hệ với nhau. Căn cứ vào nguyên lý của Thuyết tương đối và phương trình Macxoen, có thể dùng khối lượng để trực tiếp đo năng lượng của vật thể. Khối lượng có thể chuyển hoá thành năng lượng. Khi nguyên tố Uran giảm khối lượng rõ rệt thì năng lượng nó phóng thích sẽ rất lớn. Năng lượng phóng thích này bằng số khối lượng bị giảm nhân với bình phương tốc độ ánh sáng với công thức biểu thị là:

E(năng lượng) = m(khối lượng) x c ²(tốc độ ánh sáng)

Đó chính là công thức toán học của định luật Anhxtanh nổi tiếng. Năm tìm ra công thức đó, Anhxtanh mới 26 tuổi. Ông đã sớm ý thức được công thức này sẽ vượt quá phạm tru cơ học và vật lý, thậm chí sẽ ảnh hưởng lớn đến vận mệnh của nhân loại.

Năm 1919, tại Hội nghị Soocbon về vật lý, “Người mẹ của Uran”, nữ bác học Mari Quyri đã tháo găng tay, giơ cánh tay (bị nhiễm phóng xạ) cho Anhxtanh xem, viết vào không gian công thức E=m.c ², rồi cười nói với ông: “Đây là thành quả của chất phóng xạ! Chứng minh tốt nhất cho công thức của ngài”.

Anhxtanh kinh ngạc nhưng không chú ý lắm. Vì giới vật lý hồi đó cho rằng, về mặt lý luận công thức ấy chắc chắn là chính xác nhưng để ứng dụng vào thực tế, làm cho năng lượng chứa trong nguyên tử được giải phòng thì còn mất 100 năm nữa.

Nhưng tiến trình nghiên cứu đã nhanh hơn rất nhiều so với dự đoán. Chỉ cuối những năm 1930, Mari Quyri ở Pháp, Fecmi ở Italia, Silat ở Mỹ đều phát hiện phản ứng phân rã hạt nhân của uran. Phản ứng này có thể tạo thành một loại bom uy lực vô cùng mạnh mẽ huỷ diệt một thành phố thành tro bụi. Nếu để cho bọn phát xít điên cuồng nắm được trước cách chế tạo loại bom này thì hậu quả sẽ thật khôn lường. Hai giáo sư Fecmi và Silat đã đến tìm Anhxtanh. Ông lập tức viết một bức thư cho Tổng thống Mỹ Rudơven, trong đó nhiều lần nhấn mạnh đến uy lực của loại bom (bom nguyên tử) và ý nghĩa quan trọng của nó đối với tiến trình hoà bình thế giới. Ông đề nghị Tổng thống Mỹ tìm cách đẩy mạnh việc thí nghiệm về phản ứng phân rã Uran.

Dưới sự can thiệp của Tổng thống, nước Mỹ đã nhanh chóng thành lập một uỷ ban bí mật chế tạo bom nguyên tử. Nhưng ý định tốt đẹp của Anhxtanh và các nhà khoa học chân chính, yêu chuộng hoà bình đã không được thực hiện. Tuy công thức chế tạo bom không rơi vào tay Hitle nhưng khi Chiến tranh thế giới thứ 2 sắp kết thúc, chính Mỹ lại ném 2 quả bom nguyên tử xuống 2 thành phố Hirôshima và Nagasaki ở Nhật Bản, gây ra thảm hoạ khủng khiếp cho nhân loại.

Nguồn: Trần Khải Trung, Anbe Anhxtanh, NXB Giáo dục, 2003.