Những phát minh vật lý và nền văn minh nhân loại

Giờ đây, báo chí, phương tiện thông tin đại chúng và dư luận xã hội luôn quan tâm đến các ngành “nóng” như tài chính, ngân hàng, quản trị kinh doanh và công nghệ thông tin. Người ta bàn, người ta lập dự án và người ta lên kế hoạch đào tạo nguồn nhân lực đông đảo, chất lượng cao cho những lĩnh vực này. Hầu như nhiều lĩnh vực khác, trong đó có vật lý học, bị bỏ quên. Thông tin của anh bạn gợi cho tôi ý định viết bài này, nhằm vẽ một bức tranh toàn cảnh mô tả vật lý học đã đóng góp như thế nào cho quá trình tiến hóa nền văn minh nhân loại.

Sau phát hiện ra lửa loài người đã có những bước tiến dài, thoát khỏi cuộc sống bầy đàn để tạo nên các quốc gia hùng mạnh với nhiều nền văn minh rực rỡ. Trong bối cảnh đó vật lý học dần được phát triển. Phát minh ra máy hơi nước gắn liền với các thành tựu của Nhiệt động lực học. Từ đó một nền sản xuất mới xuất hiện, Nền Sản Xuất Tư bản, và nó đã tạo nên một bước nhảy cả về lượng và chất trong nền văn minh nhân loại. Tiếp đó là các tiến triển trong lĩnh vực điện tử, dẫn đến phát minh ra điện và sóng điện từ. Với sự hoàn thiện gần như tuyệt đối của vật lý học thế kỷ 19, từ nhiệt động lực học, cơ học Newton cho đến lý thuyết điện từ của Maxwell người ta tưởng không còn việc gì để làm nữa. Vì thế tại Hội nghị vật lý quốc tế tổ chức vào cuối thế kỷ 19, khi tổng kết các thành tựu vật lý, Lord Kelvin đã đánh giá “Toàn bộ bầu trời vật lý là trong sáng, chỉ còn hai đám mây đen ở chân trời liên quan đến bức xạ của các vật đen tuyệt đối và Ether”. Lord Kelvin không thể ngờ được rằng chính hai đám mây đen này đã tạo nên cuộc cách mạng vĩ đại, khôn tiền khoáng hậu, trong vật lý: sự ra đời của lý thuyết lượng tử và lý thuyết tương đối. Nhờ hai lý thuyết này mà một loạt phát minh vật lý mang tính đột phá như: phản ứng phân hạch hạt nhân, phản ứng tổng hợp hạt nhân, bán dẫn (transistor) và laser đã ra đời. Tất cả những thành tựu vật lý trên không những chỉ tạo nên một bước nhảy mới trong nền văn minh nhân loại thế kỷ 20 mà còn ảnh hưởng sâu sắc đến sự phát triển của toàn bộ xã hội loài người trong thế kỷ 21. Thực vậy, nhiều nhà khoa học nhận định rằng trong thế kỷ này, về cơ bản, sẽ không xuất hiện một cuộc cách mạng lớn nào trong vật lý, nhưng sẽ có những phát minh quan trọng về bản chất và nguồn gốc tạo nên vũ trụ cũng như toàn bộ thế giới vật chất như hiện nay trong khuôn khổ của các lý thuyết đã có. Bên cạnh đó việc đầu tư thích đáng vào khai thác kho tàng này để phục vụ lợi ích của con người theo các hướng sau:

1. Nhà máy điện hạt nhân là con đẻ của việc công nghệ hóa phản ứng phân hạch nhằm thu năng lượng hạt nhân. Đó là một trong những thành quả vĩ đại của trí tuệ con người trong việc chinh phục và cải tạo tự nhiên như K. Mác hằng mong đợi. Hai hướng lớn đang tiếp tục được nghiên cứu và phát triển trên cơ sở sử dụng kết hợp các thành tựu của vật lý học:

- Cải tiến công nghệ đã có để cho ra đời các thế hệ lò phản ứng hạt nhân mới, an toàn hơn và kinh tế hơn.

- Xử lý chất thải phóng xạ dài ngày của các nhà máy điện hạt nhân.

2. Tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ lò phản ứng tổng hợp nhiệt hạch. Với nỗ lực lớn hiện nay của cộng đồng quốc tế trong lĩnh vực này, có nhiều triển vọng cuối thế kỷ 21 sẽ chứng kiến sự ra đời của phiên bản đầu tiên lò phản ứng tổng hợp nhiệt hạch, như chúng ta đã từng chứng kiến sự ra đời phiên bản đầu tiên của lò phản ứng hạt nhân (phân hạch) năm 1942 tại sân trường Đại học Chicago.

3. Công nghệ thông tin (IT) được ra đời trên cơ sở kết hợp tuyệt vời các thành tựu của toán học (lý thuyết các thuật toán, máy tính Turing), công nghệ transistor và công nghệ laser. Ai cũng nhận thấy rằng IT đang từng giờ làm thay đổi cuộc sống của toàn bộ hành tinh chúng ta, nhưng IT sẽ đi đến giới hạn của nó trong một tương lai không xa nếu lý thuyết thuật toán và máy Turing không được lượng tử hóa. Chính vì lẽ đó trong khoảng 20 năm gần đây đã hình thành và đang phát triển rất nhanh một ngành khoa học và công nghệ mới, đó là Thông Tin Lượng Tử và Máy Tính Lượng Tử.

4. Thông tin lượng tử và máy tính lượng tử sẽ đưa đến một ngành công nghệ thông tin mới, Công nghệ Thông tin Lượng tử (QIT), mạnh hơn và nhanh hơn hàng triệu lần IT hiện nay. QIT giúp con người giải được những bài toán vô cùng phức tạp và vô cùng nhiều dữ liệu, trong đó tôi muốn nhấn mạnh bài toán về dự báo thảm họa thiên nhiên, gắn liền với việc nghiên cứu và mô hình hóa các quá trình vật lý xảy ra trong bầu khí quyển và trong lòng đất. Như vậy cần thiết phải đầu tư thích đáng việc nghiên cứu vật lý khí quyển và vật lý địa cầu.

5. Vật lý và công nghệ các vật liệu nano đang chứng tỏ triển vọng to lớn trong ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống, đặc biệt là y học. Bằng các vật liệu cực nhỏ với kích thước nano con người có thể sản xuất những “đội quân bảo vệ” được điều khiển để tiêu diệt vi trùng hoặc các tế bào ác tính trong cơ thể. Cùng với các thành tựu y học khác phát triển trên cơ sở công nghệ gen, công nghệ nano chắc chắn sẽ tạo nên những điều kì diệu cho toàn bộ ngành y học trong thế kỷ chúng ta đang sống.

Thành công của năm lĩnh vực nghiên cứu trên sẽ là món quà quý giá mà Thượng đế ban cho nhân loại trong thế kỷ 21, tạo nên một sự thay đổi cực lớn về chất nền văn minh: từ phụ thuộc Thiên nhiên con người đạt được trình độ chinh phục Thiên nhiên để làm chủ xã hội, làm chủ cuộc sống của chính mình. Nhận thức được đầy đủ vai trò của vật lý học trong lịch sử phát triển của nhân loại là một vấn đề quan trọng, mang tính sống còn đối với mỗi quốc gia cũng như đối với toàn thế giới. Tôi mong rằng những nhà hoạch định chính sách và thế hệ trẻ có sự nhìn nhận sâu sắc vấn đề này để ngay từ bây giờ tham gia tích cực vào việc xây dựng và phát triển nền vật lý Việt Nam .