GIÁO HOÀNG VẬT LÝ: Enrico Fermi và sự ra đời của thời đại nguyên tử

Enrico Fermi là một trong những nhà khoa học vĩ đại của thế giới vật lý. Ông được các đồng nghiệp gọi là “Giáo hoàng Vật lý”. Những khám phá của ông đã thay đổi thế giới của chúng ta theo nhiều cách; có thể góp phần vào việc sản xuất vũ khí hủy diệt hàng loạt, và cũng là nền tảng của ứng dụng y tế cứu người. Ông đã luôn trăn trở và đấu tranh với những vấn đề như mối đe dọa hủy diệt hạt nhân và mối quan hệ của khoa học với chính trị. Thoát khỏi chủ nghĩa phát xít và chủ nghĩa bài Do Thái, Fermi trở thành nhân vật hàng đầu trong dự án bí mật nhất của Mỹ: chế tạo bom nguyên tử. Cuốn sách về cuộc đời và những thành tựu khoa học của ông tràn ngập những chi tiết rung động, gây kinh ngạc, lôi cuốn, rất khoa học và rất “đời”.

Mỗi khi báo chí công bố một công trình nghiên cứu mang tính nền tảng, chuyên sâu trong lĩnh vực khoa học thì công chúng thường đặt ra câu hỏi: Nghiên cứu đó để làm gì? Có liên quan gì đến chuyện ăn ngủ, kiếm sống hàng ngày không? Câu trả lời là: Có, ảnh hưởng rất nhiều. Cuốn Giáo hoàng vật lý sẽ minh họa chi tiết cho câu trả lời đó qua cuộc đời và sự nghiệp phi thường của Enrico Fermi. Ông là nhà vật lý vừa giỏi lý thuyết vừa giỏi thực nghiệm. Rất khó để mô tả một cách tóm tắt thành tựu trọn đời của ông, bởi ông sở hữu không chỉ một bằng sáng chế liên quan đến năng lượng hạt nhân; ông nhận giải Nobel Vật lý năm 1938, ngoài ra còn vô số bài báo khoa học và công trình nghiên cứu khác. Trong giảng dạy, ông lập một kỷ lục cho đến nay chưa có ai phá được: Bảy sinh viên của ông, sáu ở Đại học Chicago và một ở Đại học Rome đã giành được giải Nobel Vật lý, trong cả lĩnh vực lý thuyết và thực nghiệm.

Tác phẩm không liệt kê những thành quả khoa học của Fermi một cách khô khan mà mô tả ông như một con người với những rung động, cảm xúc đời thường, và từng bước thăng trầm trong quá trình nghiên cứu một lĩnh vực siêu quan trọng trong một thời kỳ chính trị thế giới đang vô cùng nhạy cảm và căng thẳng. Độc giả sẽ mỉm cười với chàng trai Fermi khi vừa lấy vợ cố gắng viết nhiều bài đăng báo và sách để kiếm thêm tiền, sẽ cùng nín thở trong vụ thử nghiệm hạt nhân đầu tiên, suy ngẫm về trí tuệ con người sẽ có thể dẫn đến điều gì, khi hai trái bom nguyên tử rơi xuống Nhật Bản. Những người yêu vật lý sẽ được nhìn lại một cách hệ thống những nghiên cứu quan trọng của Fermi và rất nhiều nhà khoa học lớn khác, đặt trong bối cảnh đương thời và tác động của chúng cho đến tận ngày nay.

Trích đoạn:

“Để khuyến khích sinh viên phát triển kỹ năng trong việc ước tính cỡ độ lớn, một dạng thể dục trí não, Fermi thường đặt ra những câu hỏi có vẻ kỳ quặc. Có lần ông chỉ vào cửa sổ phòng ăn và hỏi sinh viên “độ dày lớn nhất mà lớp bụi bẩn có thể bám trên cửa sổ trước khi chúng rơi xuống?” Lần khác ông hỏi “Số cừu ở Nevada là bao nhiêu con?” hoặc “Thành phố Chicago có bao nhiêu người chỉnh đàn piano?” Trong quá trình trả lời những câu hỏi ấy, sinh viên ít nhiều tự tin hơn, và có được cảm giác rằng “chúng ta có thể giải quyết bất kỳ vấn đề nào.”

Năm 1926, chàng trai Fermi 25 tuổi công bố một bài báo khoa học ở Italy, nêu lên những khái niệm được coi là chìa khóa để hiểu được một loạt những hiện tượng khác nhau, từ sự khác biệt giữa chất cách điện và dẫn điện cho đến sự ổn định của các sao lùn trắng. Với bài báo này, anh hiên ngang tiến vào địa hạt của những nhà vật lý hàng đầu thế giới, cũng là người Italy duy nhất khi đó có mặt trong giới tinh hoa này.

“Một tấm ảnh chụp Heisenberd, Pauli và Fermi tươi cười bên nhau. Cả ba người, một Italy, một Đức, một Áo, nắm giữ tương lai của nền vật lý toàn cầu.

Họ biết rằng chính họ đã tạo nên cuộc cách mạng trong vật lý. Điều họ không biết là nếu không hiểu Nguyên lý Pauli, cơ học lượng tử và thống kê Fermi-Dirac, thế giới sẽ không thể sản xuất ra các chất bán dẫn, transitor, máy tính, máy chụp cộng hưởng từ, laser và rất nhiều phát minh khác định hình cuộc sống của con người. Theo một ý nghĩa rất thực tế, tất cả chúng ta đang sống trong thế giới do họ sáng tạo ra.”

Fermi là người giữ lập trường phi chính trị. “Chính trị đối với anh có ý nghĩa gì mấy đâu. Vật lý mới là quan trọng, miễn sao anh có thể theo đuổi công việc nghiên cứu của mình mà không bị can thiệp quá mức, thì những thứ khác không liên quan đến anh.”

“Szilard nghe nói Fermi đã tiến hành thí nghiệm nhằm tạo ra một phản ứng dây chuyền. Ông vội vã tìm đến nhà vật lý sinh tại Ba Lan là Isidor Rabi, ở Đại học Columbia… Szilard đã kể lại nỗi lo sợ của mình rằng Đức Quốc xã sẽ giải mã được tiềm năng ẩn giấu của nó. Cả hai tìm tới Fermi để chia sẻ nỗi sợ hãi của Szilard. Fermi rất kiên định: Sự bình tĩnh về nội tâm của ông không hề bị xáo trộn. Ông không lo ngại về những kết quả công bố vì nghĩ cơ hội có được phản ứng dây chuyền còn rất xa vời. Khi Rabi hỏi ông xa vời như thế nào, Fermi trả lời ‘mười phần trăm’. Rabi vặn lại: ‘Mười phần trăm không phải là một khả năng xa vời nếu điều đó có nghĩa là chúng ta có thể chết vì nó.’

Sự khác biệt giữa Fermi và Szilard về cách xử lý thông tin liên quan đến phản ứng dây chuyền đã được phơi bày ngay khi đó. Nó vẫn tiếp tục theo cùng chiều hướng và trên nhiều mặt trận trong những năm tiếp theo. Như Szilard kể lại trong hồi ký của mình, cả ông và Fermi đều có khuynh hướng thận trọng, nhưng trái ngược về quan điểm và phương cách tiến hành: ‘Fermi nghĩ rằng thận trọng là làm sao để giảm khả năng điều này có thể xảy ra, còn tôi thì cho rằng thận trọng là đặt giả thiết điều đó sẽ xảy ra và cần thực hiện tất cả các biện pháp phòng ngừa cần thiết.’

Không thể giải quyết bất đồng giữa họ, Fermi và Szilard quyết định tiến hành độc lập trong một thời gian và giúp nhau theo kịp bất kỳ tiến triển nào đối với phản ứng dây chuyền. Szilard vẫn tiếp tục cố gắng thuyết phục Fermi và những người khác ở Hoa Kỳ không công bố bất kỳ kết quả nghiên cứu nào về neutron. Không nên để lọt bất cứ thứ gì vào tay Đệ tam đế chế.

Căng thẳng có phần dịu đi khi Fermi và Szilard nghe nói việc chế tạo một quả bom uranium khó khăn hơn họ nghĩ rất nhiều. Đánh giá đó là của Bohr và được đưa ra khi trả lời câu hỏi do một nhà vật lý lý thuyết ba mươi ba tuổi người Czech đặt ra cho ông.

————

Theo Borh phỏng đoán, một vũ khí được chế tạo chủ yếu từ U-235 có khả năng hoạt động và cực mạnh. Tuy nhiên vì U-235 chỉ chiếm 0.7% quặng uranium thông thường, nên việc tách riêng hạt nhân của nó là một nhiệm vụ bất khả thi. Hoặc ít nhất là theo ông nghĩ vậy. Hai đồng vị uranium giống hệt nhau về mặt hóa học, cũng như hai đồng vị bất kỳ của cùng một nguyên tố, vì vậy không có quy trình hóa học nào có thể phân biệt được chúng và sau đó tách chúng ta. Như Bohr nhận xét, việc kiếm đủ -235 cho một quả bom ‘không bao giờ có thể được thực hiện trừ phi biến Hoa Kỳ thành nhà máy khổng lồ.’

Điều mà Bohn không thể nhận thấy trước được, đó là chỉ trong vòng vài năm, tuy không phải toàn bộ, nhưng một phần đáng kể của Hoa Kỳ quả thực sẽ biến thành ‘một nhà máy khổng lồ’. Vào cuối Thế chiến II, hơn một trăm ngàn người Mỹ đã được tuyển dụng trong một dự án bí mật để chế tạo vũ khí hạt nhân.”

Những lời khen cho tác phẩm:

“Cuốn tiểu sử đẹp về Enrico Fermi này cho chúng ta thấy trọn vẹn cuộc đời của ông – một con người với những phẩm chất được hun đúc cho hoàn cảnh sống, một thiên tài với những đóng góp trọng yếu cho sự ra đời của thời đại nguyên tử.” – Jerome Friedman, nhà vật lý học đoạt giải Nobel, cựu sinh viên của Enrico Fermi.

“Segrè và Noerlin đã kết hợp một cách nghệ thuật bối cảnh của nhân vật để làm sáng tỏ những hành vi thúc đẩy các quyết định và lòng nhiệt huyết của Enrico Fermi, thiên tài có một không hai ở thế kỷ XX – tạo nên câu chuyện đầy hấp dẫn.” – Nigel Lockyer, nhà vật lý hạt thực nghiệm, Giám đốc Phòng thí nghiệm Máy gia tốc quốc gia Fermi.

“Một tuyệt tác. Đây là cuốn sách vàng trong các sách viết về Enrico Fermi.” – Michio Kaku, nhà vật lý lý thuyết.

Phát hành chính thức: Tháng 1/2022 bởi Nhà xuất bản Trẻ

Giá bìa: 220,000đ Số trang: 496 trang

Tác giả: Gino Segrè – Giáo sư vật lý và thiên văn ở đại học Peynnsylvania, giám đốc về vật lý lý thuyết của Quỹ Khoa học Quốc gia.

Bettina Hoerlin – Giảng viên đại học Pennsylvania, bà chuyên tập trung về quản trị và lập chính sách về y tế.

Dịch giả: Phạm Văn Thiều – Nhà vật lý lý thuyết, là dịch giả của nhiều sách khoa học, dịch giả chính của tủ sách “Khoa học khám phá” – NXB Trẻ

Phạm Long – Từng là nghiên cứu viên chính về Điện tử học lượng tử ở Viện Khoa học Vật liệu và Viện Vật lý, thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Nguồn: Phòng Truyền thông Nhà xuất bản Trẻ