Cơ bản và Ứng dụng - Có phân định được rạch ròi?

Có lẽ, cách tốt nhất là hãy xem vấn đề này trên thế giới người ta đã bàn cãi như thế nào trong suốt hàng trăm năm nay! Vì vậy xin giới thiệu tóm tắt những kết kuận ở mức độ phổ thông về Nghiên cứu cơ bản và Nghiên cứu ứng dụng của diễn đàn khoa học "Những vấn đề về Đạo đức, Luật pháp và Xã hội trong Khoa học- Ethical,Legal and Social Issues in Science” do một trong những tổ chức nghiên cứu khoa học-công nghệ lớn nhất nước Mỹ, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley USA (Lawrence Berkeley National Laboratory - LBNL) khởi xướng (nguyên văn xem http://www.lbl.gov/Education/ELSI/ELSI.html )

Đặt vấn đề

Trong thời gian gần đây, trong giới khoa học nổi lên một cuộc thảo luận sôi nổi về giá trị của các loại hình nghiên cứu khoa học trong đó thảo luận nóng bỏng nhất xoay quanh vấn đề:

- Ai sẽ trả tiền cho nghiên cứu cơ bản ?

- Chính phủ có nên bớt lấy tiền đóng thuế của dân cấp cho nghiên cứu cơ bản để tập trung đầu tư cho các nghiên cứu ứng dụng có giá trị kinh tế hay không?

- Các quỹ công cộng có được sử dụng để hỗ trợ cho nghiên cứu ứng dụng của các công ty tư nhân hay không?

Trước khi trả lời các câu hỏi quan trọng này, chúng ta cần làm rõ ý nghĩa và giá trị của nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng.

Nghiên cứu cơ bản là gì?

Nghiên cứu cơ bản (hay là nghiên cứu nền tảng – fundamental, hoặc nghiên cứu thuần túy-pure) được thực hiện bởi sự tò mò hoặc đam mê của nhà khoa học để trả lời những câu hỏi khoa học. Động lực để thôi thúc họ là mở rộng kiến thức chứ không phải là kiếm lợi nhuận, do đó không có một lợi nhuận kinh tế nào từ kết quả của nghiên cứu cơ bản.

Lấy ví dụ, mục đích khoa học cơ bản là tìm câu trả lời cho những câu hỏi đại loại như:

- Vũ trụ hình thành như thế nào?

- Cấu trúc của proton, nơtron, nucleon bao gồm những gì?

- Có gì đặc biệt trong cấu trúc gen di truyền của loài ruồi giấm?

Phần lớn các nhà khoa học cho rằng những hiểu biết một cách cơ bản, nền tảng về tất cả các khía cạnh của khoa học là thiết yếu cho phát triển. Nói một cách khác, nghiên cứu cơ bản đặt nền tảng cho nghiên cứu ứng dụng tiếp bước. Nếu coi Nghiên cứu cơ bản là bước đi trước thì sự tiếp nối ứng dụng có thể chính là từ kết quả nghiên cứu này.

Nghiên cứu cơ bản có vai trò quan trọng như thế nào trong quá khứ?

Chúng ta đã được biết đến nhiều ví dụ mà ở đó nghiên cứu cơ bản đã đóng vai trò quan trọng trong sự tiến bộ của khoa học. Dưới đây là một vài ví dụ tiêu biểu.

Sự hiểu biết của chúng ta về Gen và di truyền họcđạt được là do thành quả to lớn trong việc nghiên cứu Đậu Hà Lancủa thầy tu Gregor Mendel vào những năm 1860 và các thí nghiệm về ruồi giấmcủa nhà bác học T.H. Morgan những năm đầu thế kỷ 20. Việc sử dụng đậu Hà Lan, ruồi giấm - những sinh vật có cấu trúc đơn giản sẽ dễ làm thí nghiệm hơn so với các dạng sống cao hơn. Ngày nay loài ruồi giấm vẫn được sử dụng trong nghiên cứu khoa học (ví dụ đề án Human Genome Project - Dự án về Gen người) DNA đang được xem như “chìa khóa cuộc sống”. Ngày nay, cấu trúc xoắn ốc của cặp DNA đã được giảng dạy trong các trường trung học, nhưng vào đầu những năm 1950, cấu trúc của DNA mới được xác định. Bằng cách tập hợp dữ liệu từ các nghiên cứu cơ bản của các nhà khoa học khác, James Watson và Francis Crick đã khám phá ra cấu trúc tạo nên phân tử DNA vào năm 1953. Việc xác định được cấu trúc của DNA là chìa khóa quan trọng để chúng ta hiểu được cách thức hoạt động của DNA.

Ngày nay, rất nhiều thiết bị điện tử (ví dụ: đài radio, máy phát điện...) được phát triển từ nghiên cứu cơ bản của nhà bác học Michael Faraday vào năm 1831. Ông ta khám phá ra nguyên lý điệntừ trường, đó là mối liên hệ giữa điện và từ.

Tại viện nghiên cứu cao cấp về nguồn sáng LBNL, tia X đã được sử dụng để dò bên trong mẫu vật liệu rất nhỏ. Nhưng hiểu biết của chúng ta về tính chất của tia Xđã được bắt đầu với những nghiên cứu cơ bản của Wilhelm Rontgen vào năm 1895.

Năm 1931, Earnest O. Lawrence đã phát minh ra nguyên lý đầu tiên của máy gia tốc, đó là thiết bị cho phép các nhà khoa học gia tốc cho các nguyên tử đơn tới tốc độ rất lớn. Không lâu sau đó, phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (LBNL) đã được thành lập. Hàng loạt các nghiên cứu cơ bản tại LBNL đã khám phá ra nhiều loại đồng vị phóng xạ. Một số đồng vị như cacbon-14, cobalt-60, hydrogen-3 (tritium), iôt-131, và tecneti-99 - sau đó đã trở thành các công cụ nghiên cứu quan trọng cho các nhà khoa học trong các lĩnh vực sinh học, cổ sinh vật, và khảo cổ học, hoặc hỗ trợ đắc lực trong việc điều chế vacxin chống lại bệnh tật. Nghiên cứu về đồng vị phóng xạ tại LBNL cũng đã bao gồm cả việc tạo ra 15 nguyên tố nặng. Albert Ghiorso, người đồng phát minh tiếp 12 nguyên tố nặng, đã giải thích rằng quá trình tìm kiếm các nguyên tố mới do con người tự tạo ra là một cuộc phiêu lưu đáng giá.

Mỗi nhà khoa học kể trên đã cố gắng nghiên cứu các nguyên lý cơ bảncủa các hiện tượng mà họ đang tìm. Chỉ đến ngày nay chúng ta mới có thể thấy được thành quảthực sự các nghiên cứu của họ!

Nghiên cứu ứng dụng là gì?

Nghiên cứu ứng dụng được tiến hành để giải quyết các vấn đề thực tế của thế giới đương đại, không phải chỉ là hiểu để mà hiểu (kiến thức vị kiến thức). Có thể nói một cách khác rằng kết quả của các nhà nghiên cứu ứng dụng là để cải thiện cuộc sống con người.

Lấy ví dụ, các nhà nghiên cứu ứng dụng có thể điều tra nghiên cứu các cách để:

- Nâng cao năng suất của sản xuất lương thực.

- Xử lý hoặc chữa trị một căn bệnh nào đó.

- Cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng trong nhà, văn phòng hoặc các mô hình khác.

Một số nhà khoa học cho rằng đã đến lúc để chúng ta nên chuyển đổi trọng tâm từ nghiên cứu cơ bản thuần túy sang khoa học ứng dụng. Theo hướng này, họ cảm thấy, rất cấp bách phải giải quyết các vấn đề từ quá tải dân số toàn cầu, ô nhiễm môi trường, cho đến sự sử dụng cạn kiệt các nguồn tài nguyên tự nhiên.

Nghiên cứu ứng dụng đã trở nên quan trong như thế nào trong quá khứ?

Có rất nhiều ví dụ trong quá khứ ở đó các nghiên cứu ứng dụng đã đóng góp lớn trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Trong nhiều trường hợp, ứng dụngđã có một quãng thời gian dài chuyển hóa trước khi các nhà khoa học có được kiến thức tốt và cơ bản về vấn đề khoa học liên quan. (Có thể hình dung một nhà khoa học đứng trong phòng nghiên cứu với những suy nghĩ trong đầu, anh ta tự hỏi mình: “Tôi biết là nó chạy được, nhưng tôi chỉ chưa thực sự hiểu nó chạy như thế nào!”). Dưới đây là một số ví dụ:

Trong những năm 1950, đèn chân khôngđược sử dụng làm đèn ba cực (tri- ốt) trong các thiết bị điện tử như trong đài phát thanh. Vào năm 1948, 3 nhà nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm Bell thuộc AT& T (John Bardeen, Walter Brattain và William Shockley) phát minh ra transistor, một loại đèn ba cực bán dẫn, sau đó đã trở thành cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp điện tử. Sau đó 10 năm, từ transistor mà nhà nghiên cứu Jack Kilby đã phát minh ra mạch tích hợp(thường dùng trong các vi xử lý).

Vacxingiúp chống lại các loại bệnh tật và cứu sống nhiều người mỗi năm. Lần đầu tiên vacxin được sử dụng đó là vào cuối những năm 1790. Edward Jenner đã phát triển một kỹ thuật để tạo ra vacxin cho người giúp chống lại bệnh đậu mùa, một căn bệnh đã giết chết hàng triệu người. Gần đây, Jonas Salk đã phát triển một loại vacxin bại liệtvào năm 1953; dạng viên uống của loại vacxin này đã được Albert Sabin cung cấp vào năm 1961.

Một trường hợp may mắnnổi tiếng trong khoa học được ghi nhận vào năm 1928. Ngài Alexander Fleming trong lúc đang cố tìm các chất hóa học phản ứng như chất kháng sinhcó tác dụng diệt vi khuẩn. Một mẫu Penicilin vô tình rơi vào mẫu thí nghiệm của ông ta. Ông ngay lập tức nhìn thấy rằng các vi khuẩn xung quanh mẫu không thể lớn lên được, có nghĩa là mẫu này đã cung cấp một kháng khuẩn tự nhiên. Sau nhiều năm nghiên cứu để cô lập và tinh chế, lần đầu tiên thuốc kháng sinh Penicilinđược đưa vào thị trường. Fleming nói rằng: “Tự nhiên đã tạo ra Pennicilin và tôi chỉ là người tìm ra nó”.

Khóa Velcro(vải dán) đã được sử dụng thường xuyên trong vài năm gần đây. Nó đã thực sự được khám phá từ những năm 1948 bởi Georges de Mestral. Ông ta để ý thấy rằng các hạt giống của cây Cocklebur chứa những cái móc nhỏ nhằm giúp các hạt này bám lại. Mặc dù sản phẩm của ông đã được đăng ký bản quyền trong năm 1957, nhưng vẫn phải mất nhiều năm sau đó để công nghệ có thể bắt kịp và đưa khóa velcro ra thị trường với giá không quá đắt.

Một người anh của Earnest Lawrence người sáng lập LBNL, John Laurence, đã lập ra phòng thí nghiệm Donner ở Đại học Berkeley năm 1936. Mục đích của ông là sử dụng chất đồng vị phóng xạđể chữa bệnh cho con người như các bệnh ung thư và các bệnh liên quan tới tuyến giáp. Ngày nay phòng thí nghiệm Donner được xem là nơi sản sinh ra môn y học hạt nhân.

Thực tế nghiên cứu cơ bản và ứng dụng có phải khác nhau như trắng và đen không?

Sự khác biệt giữa nghiên cứu cơ bản và ứng dụng không phải luôn luôn rõ ràng. Đôi lúc nó phụ thuộc vào hoàn cảnh hay quan điểm của người đánh giá. Theo TS. Ashok Gadgil ở LBNL, một cách để nhìn nhận điều đó là hãy tìm cách trả lời câu hỏi: “Khoảng thời gian cần thiết trước khi một chương trình có kết quả thực tiễn từ nghiên cứu là bao lâu?”

- Nếu để sử dụng được chỉ cần một vài năm, thì nó đó được định nghĩa là nghiên cứu ứng dụng thuần túy.

- Nếu để có ứng dụng cần kéo dài trong khoảng 20-50 năm, thì công việc này về bản chất có khi là ứng dụng và có khi lại là cơ bản.

- Với một nghiên cứu không thể nào nhìn trước được là cần bao nhiêu thời gian để có thể dùng được trong thực tế, thì nó được coi là nghiên cứu cơ bản thuần túy.

Ví dụ, ngày nay một số các nghiên cứu đặt nền tảng trên sự phát triển về lò phản ứng hạt nhân để cung cấp một nguồn năng lượng điều khiển được cho các thành phố. Đó là một thành quả ứng dụng rõ ràng trong công việc, vì đã có quá nhiều các kỹ thuật được kiểm nghiệm chắc chắn từ khoảng 30-50 năm trước khi chúng ta có thể thấy chức năng của lò phản ứng hạt nhân được sử dụng. Sự phát triển của năng lượng hạt nhân có thể nói là kết quả của nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng.

Vật liệu siêu dẫnlà một lĩnh vực nghiên cứu khác về vùng chồng lấn này. Phần lớn các chất dẫn điện là không thực sự hiệu quả; một lượng năng lượng bị mất để đốt nóng khi mà điện tử truyền qua vật dẫn (thường là kim loại). Vật liệu siêu dẫn là các loại vật liệu tiêu tốn rất ít hoặc không tiêu tốn năng lượng khi điện tử truyền qua chúng. Tuy nhiên, các vật liệu siêu dẫn gần đây nhất đã được làm lạnh với heli lỏng đắt tiền tới nhiệt độ dưới -269 độ C đã hoạt động đúng. Các vật liệu mới hơn được phát triển trong những năm gần đây cho thấy tính chất siêu dẫn tại nhiệt độ cao hơn, chỉ sử dụng ni-tơ lỏng rẻ tiền để làm lạnh.

Rõ ràng là, sự phát triển của vật liệu siêu dẫn thực sự là nghiên cứu cơ bản. Tuy nhiên, khi mà vật liệu siêu dẫn được phát triển và có thể được sử dụng dễ dàng như các loại dây đồng, thì rất nhiều các ứng dụng quan trọng sẽ sớm áp dụng, bao gồm cả việc cung cấp điện hiệu quả hơn trong các thành phố.

Xu hướng nghiên cứu khoa học trong những năm gần đây?

Có một chuyển dịch đáng chú ý trong “triết lý” đối với các dạng nghiên cứu đang nhận được đầu tư trong những năm gần đây. Các trường đại học nhận được phần lớn tiền đầu tư của nhà nước từ quỹ hỗ trợ đầu tư khoa học (NSF). Nghiên cứu tại phòng thí nghiệm quốc gia như Phòng thí nghiệm Lawren Berkeley thì nhận tiền đầu tư chủ yếu từ Bộ Năng lượng và Viện Nghiên cứu sức khỏe quốc gia.

Quốc hội có một ảnh hưởng quyết định định hướng đầu tư cho các dạng nghiên cứu nào, bởi vì đây là nơi phân bổ ngân sách quốc gia. Một số nghị sĩ muốn giảm số tiền đầu tư cho các nghiên cứu cơ bản nào mà không thể đưa đến các ứng dụng sau một thời gian nhất định. “Triết lý” này đã dẫn đến xóa sổ dự án SSC (Super Conducting Super Collider-Máy gia tốc siêu va đập) ở Texas năm 1993. Tại LBNL kinh phí cũng đã bị cắt đối với 2 thiết bị đã có vai trò rất quan trọng trong các nghiên cứu cơ bản trước đây. Đó là máy gia tốc tuyến tính ion nặng đã từng giúp các nhà khoa học tạo ra khá nhiều các nguyên tố “nặng”, còn thiết bị Bevatron đã từng đóng vai trò chính cho ngành y học hạt nhân của phòng thí nghiệm.

Sự chuyển dịch trong ưu tiên quốc gia này đã tạo nên sự lo lắng lớn của nhiều nhà khoa học. Cụ thể là một nhóm 60 nhà khoa học đạt giải Nobel đã đồng ký vào một giác thư gửi đến tổng thống Clinton và tất các các thành viên quốc hội.

Không phải tất cả các dự án lớn về nghiên cứu cơ bản đều bị cắt giảm. Dự án nghiên cứu Gen ở người (Human Genome Project-HPG) là một cuộc phiêu lưu dài ở đó toàn bộ các nhiễm sắc thể ở người sẽ được tìm hiểu bằng 2 con đường chính. Hướng thứ nhất, mỗi nhiễm sắc thể sẽ được phân tích theo con đường hóa học để xác định chính xác chuỗi phân tử di truyền, thường được gọi là DNA. Hướng thứ 2, mỗi nhiễm sắc thể sẽ được lập bản đồ để xác định chính xác vị trí của mỗi gen trong nhiễm sắc thể. Tuy nhiên, để có được hiểu biết về bản chất của nhiễm sắc thể người, thì những nghiên cứu của HGP cũng được mở rộng cho các dạng sinh vật đơn giản hơn (ví dụ: ruồi giấm, giun và men). Mục tiêu cuối cùng mà chương trình mong muốn đạt tới là có thể chữa trị các căn bệnh gây ra bởi sự di truyền như là chứng xơ hóa, u và bệnh bạch cầu... bằng những phương pháp mới trong y học như là liệu pháp gen chẳng hạn.

Các ngành công nghiệp ngày nay thực hiện ít các nghiên cứu cơ bản. Xuất phát từ bản chất cạnh tranh của kinh doanh trên thế giới, các nghiên cứu mang tính thương mại tập trung vào những nghiên cứu có thời gian phát triển dưới 10 năm để tạo ra sản phẩm hoặc quy trình mới. Các doanh nghiệp không thể kham nổi các nghiên cứu quá dài hạn. Kết quả là các trường đại học, các phòng thí nghiệm quốc gia (như LBNL) phải chịu trách nhiệm về các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng dài hạn.

Ví dụ, hiện tại có khá nhiều nghiên cứu ứng dụng đang được triển khai tại LBNL. "Phân ban năng lượng và môi trường” (thật ra là nó đã được đổi tên từ “phân ban các khoa học ứng dụng" trong những năm 1980) là một ví dụ chuyên về loại hình này. Các hoạt động gần đây của phân ban này bao gồm sự phát triển hệ thống làm sạch nước sử dụng bức xạ cực tím, nghiên cứu tia radon xâm nhập vào nhà cửa ra sao, phân tích sự tích tụ ôzon trong nhà cửa và chế tạo các vật liệu xây dựng tiết kiệm năng lượng cao....

Xu hướng cho tương lai

Con người đã trở thành lực lượng thống trị hành tinh có quyền thay đổi hình dạng cũng như hoạt động của Trái đất. Rất nhiều nhà khoa học đã lo lắng rằng trong 40 năm tới sự ô nhiễm của Trái đất sẽ tăng nhanh đến mức mà nó không còn đủ để hỗ trợ cho cuộc sống bình thường. Ngày càng nhiều thành phố được công nghiệp hóa, các vấn đề phát sinh này - sử dụng thái quá nguồn tài nguyên, cạn kiệt nguồn năng lượng, ô nhiễm môi trường sẽ vẫn tiếp tục tăng. Các nhà khoa học lo lắng rằng hành tinh của chúng ta sẽ tiến tới mức quá giới hạn chịu đựng.

Nghiên cứu khoa học có thể giúp giải quyết những vấn đề này. Nó sẽ cần được tài trợ cho những nghiên cứu ứng dụng dài hạn - các nghiên cứu mà nó sẽ không tạo ra sản phẩm cho ngành công nghiệp quốc gia mà nó chỉ tập trung vào khả năng có thể chịu đựng của việc sử dụng tài nguyên của trái đất.

Giải quyết các vấn đề trên cần một tiến trình đa ngành, điều đó có nghĩa là các nhóm nhà khoa học trong các phạm vi nghiên cứu khác nhau sẽ cùng làm việc nghiên cứu đa ngành sẽ tận dụng khả năng chuyên môn của họ trong các phạm vi khác nhau (ví dụ :sinh học, địa lý, hóa học và vật lý). Nó cũng mở ra một con đường mới trong cộng đồng các nhà nghiên cứu. Tham gia đề tài nghiên cứu thuộc dạng này sẽ nhận được nhiều kinh phí tài trợ từ chính phủ như từ Bộ Năng lượng, Viện Nghiên cứu sức khỏe quốc gia, Viện Tổ chức tài trợ khoa học quốc gia. Thực tế là tiến trình này đã được thực hiện trong nhiều phòng nghiên cứu.

Lời bàn thêm:

Thời đại hội nhập WTO như ngày nay, nước ta chắc là cũng nên theo những chuẩn mực chung của thế giới về cách hiểu nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng. Các nhà hoạch định chính sách cũng không nên quá hình thức cứng nhắc về câu chữ. Có một nhà tổ chức đã hướng dẫn rằng, phân định một tổ chức khoa học công nghệ là cơ bản hay ứng dụng là căn cứ vào chức năng ghi trong quyết định thành lập tổ chức đó. Ai đã ghi chức năng đó vào quyết định, không phải là chính chúng ta hay sao? Liệu chúng ta khi đó đã phân biệt rõ ứng dụng và cơ bản chưa?

Ví dụ, nếu hiểu cơ bản thuần túy là những nghiên cứu không biết bao giờ có thể dùng được, thì liệu chúng ta có nên phân loại Viện KHCNVN, với gần 3000 con người và 270 tỷ đồng kinh phí bao cấp một năm là thuộc loại nghiên cứu cơ bản?

Nếu hiểu nghiên cứu cơ bản như thế giới vẫn hiểu thì liệu một nước nghèo như chúng ta có cần phải gấp rút đầu tư lớn cho nghiên cứu cơ bản không? Đầu tư bao nhiêu, ít nhất cũng nên xác định tỷ lệ đầu tư?

Hay là chúng ta nên hiểu nghiên cứu cơ bản theo kiểu khác? Theo kiểu Việt Nam chẳng hạn. Cũng được thôi, nhưng phải rõ ràng.

Một khái niệm trong chính sách không được hiểu và không thể hiểu thống nhất sẽ gây ra không biết bao nhiêu hệ lụy. Mong rằng mọi người chúng ta, nhà khoa học và nhà quản lý khoa học nên cùng nhau giúp nhà nước tìm ra những quyết sách hợp lý để nhanh chóng đưa khoa học công nghệ thành động lực phát triển, đưa đất nước của chúng ta thoát cảnh nghèo nàn lạc hậu. Là những nhà khoa học, hiểu rõ hơn ai hết bản chất của đối tượng công việc, chúng ta không nên lợi dụng sự mù mờ trong khái niệm để đạt được mục đích ngoài khoa học!

Nguồn: Tia sáng, số 15, 8/2006, tr 21