Đàm Thanh Sơn - Tài năng trẻ xuất sắc trong làng vật lý thế giới

Từng đoạt huy chương vàng Olympic toán quốc tế năm 1984 tại Prague (CH Czech) với số điểm tuyệt đối 42/42 khi mới 15 tuổi, bảo vệ luận án tiến sĩ tại Đại học Lomonosov (LB Nga) năm 25 tuổi, Đàm Thanh Sơn hiện là giáo sư Đại học Washington ở Seattle (Mỹ).

Cách đây chưa lâu, anh cùng cộng sự công bố một công trình về lỗ đen trong không - thời gian 10 chiều trên tạp chí vật lý Mỹ hàng đầu Physical Review Letters gây tiếng vang thế giới.

Các tạp chí thông tin khoa học có ảnh hưởng rộng như New Scientist (tháng 4/2005), Physics Today (tháng 5/2005) đều cho biết: Khám phá khoa học này, nếu được thực nghiệm hoàn toàn kiểm chứng, thì sẽ dẫn đến một định luật mới có tính phổ quát trong vật lý học.

Công việc thầm lặng của nhà khoa học trẻ

Công việc âm thầm của nhà khoa học khác với công việc của người mẫu hay diễn viên luôn phô bày dưới ánh đèn sân khấu chói loá; cũng chẳng giống công việc của anh nhà báo hay chị dẫn chương trình truyền hình, tên họ, bút danh luôn hiện rõ trước mắt công chúng.

Nhà khoa học thường công bố công trình của mình trên các tạp chí chuyên ngành quốc tế - hầu hết bằng tiếng Anh - chỉ những chuyên gia thuộc ngành hẹp ấy mới mong đọc hiểu! Chứ bạn đọc bình thường thì chẳng mấy ai "ngó ngàng" tới thứ ấn phẩm "kỳ bí" kia. Cho nên có nhiều nhà khoa học rất giỏi, rất nổi tiếng trong giới chuyên môn hẹp, nhưng dư luận xã hội rộng rãi chẳng hề chú ý tới.

Ngược lại, không ít người được cả xã hội biết tiếng - do xuất hiện đều đều trên báo, đài với danh xưng rất kêu - nhưng không hề được giới chuyên môn "tâm phục, khẩu phục"!

Đàm Thanh Sơn thuộc nhóm người thứ nhất. Tuy không phải là một chuyên gia vật lý lý thuyết, nhưng vào dịp đầu xuân 2008, tôi vẫn cảm thấy muốn viết đôi điều về công trình có tính khám phá, rất tinh tế, "cao siêu" của Đàm Thanh Sơn, sao cho lột tả được phần nào bản chất của công trình ấy, mà không "thô kệch hoá", nhằm làm cho bạn đọc chú ý nhiều hơn tới công việc thầm lặng của nhà vật lý trẻ tuổi này cũng như của giới khoa học nói chung...

Kết hợp hai lý thuyết nền tảng

Những ai đã học qua chương trình vật lý đại cương đều biết rõ: Trong tự nhiên chỉ có 4 tương tác cơ bản (hay còn gọi là 4 lực cơ bản) là tương tác hấp dẫn, tương tác điện từ, tương tác mạnh và tương tác yếu.

Lý thuyết tương đối rộng của Albert Einstein mô tả rất hay, rất chính xác tương tác hấp dẫn trong thế giới vô cùng lớn của vũ trụ. Còn lý thuyết lượng tử thì lại mô tả rất thành công ba loại tương điện từ, mạnh và yếu trong thế giới vô cùng nhỏ của nguyên tử.

Nhưng, điều đáng tiếc là dường như hai lý thuyết ấy không "ăn nhập" gì với nhau, mà chỉ tồn tại "bất đắc dĩ" bên cạnh nhau theo kiểu "đồng sàng dị mộng"! Làm thế nào để kết hợp hai lý thuyết nền tảng của vật lý học hiện đại đó trong một lý thuyết chung, thống nhất cả 4 lực (4 loại tương tác) thành một lực duy nhất?

Với tham vọng xây dựng thành công lý thuyết đại thống nhất (grand unification theory, GUT), không ít nhà vật lý sử dụng một công cụ toán học gọi là lý thuyết dây (string theory). Theo lý thuyết dây thì các hạt cơ bản của vật chất (như proton, neutron, electron,...) không phải là những điểm như nhiều người quan niệm, mà là những dao động khác nhau của một vật thể gọi là dây (string). Nét đặc sắc của lý thuyết dây là nó hàm chứa được cả lý thuyết tương đối rộng của Einstein, do đó, có thể thống nhất 4 tương tác, kể cả tương tác hấp dẫn. Và, như vậy, xác nhận tường minh được câu danh ngôn của A. Einstein: "Chúa không chơi trò xúc xắc!"

Tuy nhiên, trở ngại lớn nhất đối với lý thuyết dây là chưa từng có một bằng chứng thực nghiệm nào chứng tỏ nó liên quan tới thực tại vật lý! Theo trải nghiệm của những người bình thường thì không gian chỉ có 3 chiều. Nếu gắn thêm 1 chiều của thời gian, thì không-thời gian cũng chỉ có 4 chiều. Nhưng, theo lý thuyết dây, thì không-thời gian có tới 10 chiều hoặc nhiều hơn nữa! Do lý thuyết này dự đoán rằng các chiều phụ đã cuộn tròn lại trong một mặt cầu có bán kính bằng một phần triệu tỷ tỷ tỷ (10 ^-33) centimét! Cố nhiên, con người không sao nhận biết được cái mặt cầu "kỳ bí" kia. Bởi lẽ để thăm dò các chiều phụ cuộn tròn lại trong mặt cầu ấy, theo tính toán, cần phải xây dựng được một cỗ máy gia tốc có đường dẫn hạt dài bằng đường kính của cả dải Ngân Hà, tức là dài khoảng 100 nghìn... năm ánh sáng! Cố nhiên, một cỗ máy gia tốc khổng lồ đến cỡ ấy thì làm sao cái Trái đất bé xíu của chúng ta có thể "dung nạp" nổi?!

Xoá “đám mây mù” toán học dầy đặc

Vậy lý thuyết dây có ứng dụng thiết thực gì không? Hay chỉ là một thứ "trò chơi xa xỉ" của trí tưởng tượng toán học thuần tuý?

Năm 1997, Juan Maldacena, ở Đại học Harvard (Mỹ), bỗng đưa ra một giả thuyết mang tính cách mạng, theo đó, lý thuyết dây trong không-thời gian cong 10 chiều tương đương với lý thuyết trường lượng tử trong không-thời gian 4 chiều. Sở dĩ có sự tương đương đó là vì lý thuyết trường 4 chiều tồn tại trên một màng mỏng (membrane) nhúng trong không-thời gian 10 chiều!

Sử dụng thành tựu mới nhất của lý thuyết dây, những tính toán của Đàm Thanh Sơn đã tiên đoán đúng kết quả một thí nghiệm quan trọng của các nhà vật lý làm việc tại Máy gia tốc iôn nặng tương đối tính của Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven. Nhóm Brookhaven tuyên bố rằng có nhiều bằng chứng cho thấy trạng thái plasma quark-gluon đã được tạo ra, tuy nhiên, vật chất mà họ nhận được không phải ở thể khí như tiên đoán theo sắc động lực học lượng tử (quantum chromodynamics, QCD) - hiện vẫn được coi là chuẩn - mà lạ lùng thay lại ở... thể lỏng!

Đàm Thanh Sơn và cộng sự tiên đoán được rằng, nếu những plasma đó là có thật, thì chúng ắt phải ở thể lỏng gần như lý tưởng, với độ nhớt gần bằng 0. Điều thú vị là tính toán của Đàm Thanh Sơn và cộng sự khi sử dụng lý thuyết dây trùng khớp với kết quả thí nghiệm của Brookhaven - một cộng đồng vật lý thực nghiệm khổng lồ gồm 2.200 nhà bác học và kỹ sư. Như vậy là đã có bằng chứng cho thấy lý thuyết dây phù hợp với thực tại vật lý, chứ chẳng phải chỉ là một mớ suy luận quá ư phức tạp bị bao phủ bởi những đám mây mù toán học dày đặc!

Thành công của giáo sư Đàm Thanh Sơn ở Đại học Washington chứng tỏ: Bộ óc người Việt Nam ta không những có thể hiểu được những vấn đề tinh tế nhất, phức tạp nhất của khoa học hiện đại, mà còn đủ sức tự mình khám phá cái mới độc đáo, miễn là được làm việc trong môi trường khoa học tiên tiến nhất.

Đàm Thanh Sơn sinh năm 1969 tại Hà Nội giữa lửa đạn chiến tranh, trong một gia đình trí thức nhiều đời. Cha anh là giáo sư dược học Đàm Trung Bảo; mẹ là phó giáo sư, tiến sĩ sinh hoá Nguyễn Thị Hảo; chú ruột là giáo sư vật lý Đàm Trung Đồn. Chịu ảnh hưởng của chú, ngay từ thuở nhỏ, Sơn đã nuôi mơ ước học toán thật giỏi để về sau trở thành một nhà vật lý lý thuyết xuất sắc.

Khi mới lên lớp 2 (tương đương lớp 3 hiện nay) Trường cấp 1-2 Bà Triệu, Sơn đã làm được những bài toán khó của lớp 10 (nay là lớp 12). Nhận được báo cáo của trường, Sở Giáo dục Hà Nội liền cử người đến kiểm tra, xác nhận Sơn quả thật có năng khiếu đặc biệt về môn toán, do đó, đi đến một quyết định đặc cách đúng đắn: cho phép Sơn học nhảy.

Lên cấp 3, Sơn được tuyển vào học ở Khối phổ thông chuyên toán Trường đại học Tổng hợp Hà Nội. 15 tuổi, Sơn giành Huy chương vàng toán quốc tế với số điểm tuyệt đối tại Prague (CH Czech).

Sang Liên Xô, Sơn vào học Khoa Vật lý Đại học Lomonosov, tốt nghiệp bằng đỏ, được chuyển tiếp viết luận án tiến sĩ. Ra trường, Sơn vào làm việc tại Viện Nghiên cứu Hạt nhân Matxcơva. Liên Xô sụp đổ, thấy Sơn rất có triển vọng, giáo sư viện trưởng Valery Rubakov khuyên Sơn nên sang Mỹ để có điều kiện phát triển tài năng tốt hơn.

Những năm đầu đến Mỹ, anh làm việc tại Đại học Columbia, New York, trong nhóm nghiên cứu của giáo sư Chung-Dao Lee (Lý Chính Đạo), nhà bác học người Mỹ gốc Hoa, từng đoạt Giải thưởng Nobel về vật lý năm 1957. Mấy năm sau, anh chuyển đến Đại học Washingtonở Seattle bên bờ Thái Bình Dương, nơi khí hậu ấm áp, phù hợp hơn với một người vốn sinh ra ở vùng nhiệt đới như anh.

Đàm Thanh Sơn được giáo sư Trần Thanh Vân mời dự Gặp gỡ Việt Nam lần thứ nhất về vật lý hạt cơ bản và vật lý thiên văn, được tổ chức tại Hà Nôi cuối năm 1993, khi anh sắp bảo vệ luận án tiến sĩ. Những lần Gặp gỡ Việt Nam về sau, anh thường được mời tham gia Ban Chương trình cùng các nhà vật lý hàng đầu trên thế giới.