Thuyết lượng tử Max Planck

Cha đẻ của Thuyết lượng tử, người đã mang lại “ánh sáng” cho thế giới vi mô, cũng như Newton đã từng mang lại ánh sáng cho thế giới vĩ mô, chính là nhà Vật Lý học Max Planck, khi ông khá

MAX PLANCK Người Khai Sáng Thuyết Lượng Tử

Với sự cộng tác của: Trần Hà Anh - Đà Lạt; Nguyễn Trọng Anh -

Palaiseau; Cao Chi - Hà Nội; Phạm Đức Chính - Hà Nội; Nam Dao -

Quebec; Hồ Trung Dũng - Tp.HCM; Đào Vọng Đức - Hà Nội; Phan Huy

Đường - Paris; Jerome I Friedman - MIT; Trần Trọng Giễn - St John; Đỗ

Đăng Giu - Orsay; Chu Hảo - Hà Nội; Nguyễn Trọng Hiền - CalTech;

Nguyễn Đức Hiệp - New South Wales; Nguyễn Văn Hiệu - Hà Nội;

Dieter Hoffmann - Berlin; Phạm Quang Hưng - Virginia; Christian Ngô -

Saclay; Mai Ninh - Caen; Nguyễn Đức Phường - Hà Nội; Hồ Kim Quang

- Toronto; Jürgen Renn - Berlin; Nguyễn Quang Riệu - Paris; Trương Văn

Tân - Melbourne; Nguyễn Minh Thọ - Leuven; Trịnh Xuân Thuận -

Virginia; Nguyễn Văn Trọng - Tp.HCM; Hà Dương Tuấn - Paris; Nguyễn

Đức Tường - Ottawa; Nguyễn Xuân Xanh - Tp.HCM; Phạm Xuân Yêm -

Paris

Kỷ yếu Max Planck là tập hợp của những đóng góp

của các cá nhân độc lập nhau

Do đó mỗi tác giả chịu trách nhiệm về nội dung của bài mình

Mọi sự phổ biến, đăng lại nguyên bài của Kỷ yếu trên tất cả các phương tiện truyền thông, sách báo, website

cần phải được sự đồng ý của tác giả và nhà xuất bản

Cái gì trong vật lý từ lâu gây sự quan tâm ở tôi, đó là các định luật lớn phổ quát có ý nghĩa cho toàn bộ các hiện tượng tự nhiên, độc lập với các tính chất của các vật thể tham gia vào hiện tượng

MAX PLANCK

Cái cơ bản không phải là sở

hữu bền vững, mà chính là

cuộc chiến đấu không ngừng,

hướng về mục tiêu lý tưởng, là

cuộc đổi mới cuộc sống hằng

ngày, hằng giờ, gắn bó với sự

chiến đấu không ngừng luôn

luôn bắt đầu lại mới, chiến đấu

cho sự cãi thiện tốt hơn, và

cho sự hoàn thiện

MAX PLANCK

Chúng ta cuối cùng phải tự hỏi, không phải một sự gắng

sức không ngừng nhưng vô vọng như thế làm cho chúng ta

không thỏa mãn một cách cao độ hay sao? Một thế giới quan

còn có một giá trị nào chăng, nếu nó không chỉ ra cho những

người đã hằng hiến mình cho nó ít nhất một điểm duy nhất

vững chắc ở đâu đó trong cuộc đời để đem lại một điểm tựa lâu

bền và trực tiếp trong những đau khổ liên miên và trong sự

quay vòng không ngừng của tồn tại của họ?

Chỉ có một sự kết hợp giữa sức mạnh của lý trí và sức

mạnh của ý chí mới đem lại quả chín và thơm ngon nhất của

triết học: Đạo đức học Bởi vì khoa học cũng đem ra ánh sáng

những giá trị đạo đức, nó dạy chúng ta trước nhất tính chân

thật và sự tôn kính Tính chân thật trong sự vươn tới không

ngừng những nhận thức luôn chính xác hơn của thế giới tinh

thần và thế giới tự nhiên xung quanh chúng ta, sự tôn kính

trong sự trầm tư về cái mãi mãi không thể hiểu được, cái

huyền bí của tạo hóa trong lồng ngực của mình

MAX PLANCK

MỤC LỤC

PHẠM XUÂN XANH - PHẠM XUÂN YÊM

LỜI NÓI ĐẦU

PHẦN I: LỊCH SỬ

A.EINSTEIN

TƯỞNG NIỆM MAX PLANCK

NGUYỄN XUÂN XANH

MAX PLANCK - NGƯỜI CÁCH MẠNG MIỄN CƯỠNG Max Planck

– The reluctant revolutionary

NGUYỄN XUÂN XANH

GIỜ KHAI SINH CỦA THUYẾT LƯỢNG TỬ

NGUYỄN XUÂN XANH

CÁC KHUÔN KHỔ BỊ PHÁ VỠ Ideas disrupting traditional

frameworks

PHẠM XUÂN YÊM NGUYỄN XUÂN XANH

108 NĂM THUYẾT LƯỢNG TỬ 108 Years of Quantum Theory

MAX PLANCK

“NGÀI CỐ VẤN CƠ MẬT MAX PLANCK”

NGUYỄN XUÂN XANH

NIÊN BIỂU TÓM TẮT MAX PLANCK 1858-1947

NGUYỄN XUÂN XANH

MAX PLANCK CUỘC ĐỜI VÀ KHOA HỌC

NGUYỄN XUÂN XANH

ĐỌC MAX PLANCK

NGUYỄN XUÂN XANH

“SỐNG BÊN CẠNH PLANCK LÀ MỘT NIỀM VUI RỒI”

JÜRGEN RENN

“ÔNG ẤY ĐÃ ĐỂ BỊ LÔI KÉO”

DIETER HOFFMANN

MAX PLANCK VÀ ALBERT EINSTEIN, ĐỒNG NGHIỆP TRONG

SỰ DỊ BIỆT

DIETER HOFFMANN NGUYỄN XUÂN XANH

MAX PLANCK VÀ GIẢI NOBEL

MAX PLANCK

CON ĐƯỜNG TỪ NGHIÊN CỨU THUẦN TÚY ĐẾN ỨNG DỤNG

CÔNG NGHIỆP

MAX PLANCK

TÔN GIÁO VÀ KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẦN II: KHOA HỌC CƠ BẢN VÀ THỰC NGHIỆM

NGUYỄN VĂN HIỆU

MỘT THẾ KỶ PHÁT TRIỂN SÔI ĐỘNG CỦA VẬT LÝ A Century

with the Effervescent Development of Physics

ĐÀO VỌNG ĐỨC

ĐỐI NGẪU LƯỢNG TỬ - NGUYÊN LÝ KHỞI ĐẦU CỦA ĐẠI

THỐNG NHẤT Duality in Quantum Physics A Primary Principle of

Grand Unification

CAO CHI

TỒN TẠI CHĂNG MỘT LÝ THUYẾT CỦA TẤT CẢ?

PHẦN III: KHOA HỌC ỨNG DỤNG

TRƯƠNG VĂN TÂN

CƠ HỌC LƯỢNG TỬ VÀ VẬT LIỆU NANO

CƠ-LÝ TÍNH VĨ MÔ CỦA VẬT LIỆU ĐA TINH THỂ HỖN ĐỘN CÓ

THỂ ĐƯỢC XÁC ĐỊNH CHÍNH XÁC TỚI ĐÂU?

CHRISTIAN NGÔ

VIỄN CẢNH VỀ NĂNG LƯỢNG

PHẦN IV: THIÊN VĂN HỌC

NGUYỄN QUANG RIỆU

DẤU ẤN CỦA THUYẾT LƯỢNG TỬ TRONG NGHIÊN CỨU VŨ

PHẦN V: NHÂN VĂN - XÃ HỘI

PHAN HUY ĐƯỜNG

THÁI ĐỘ KHOA HỌC TRONG KIẾP NHÂN VĂN

NAM DAO

ĐẠO LÝ VÀ TRÁCH NHIỆM XÃ HỘI: KHOA HỌC-KỸ THUẬT

NHÌN TỪ MỘT GÓC ĐỘ NHÂN VĂN

NGUYỄN ĐỨC HIỆP

MAX PLANCK - TỪ LÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ ĐẾN NGHỆ THUẬT

HIỆN ĐẠI VÀ HẬU HIỆN ĐẠI

HÀ DƯƠNG TUẤN

KHOA HỌC LUẬN, TẠI SAO?

PHẠM XUÂN XANH

PHẠM XUÂN YÊM

LỜI NÓI ĐẦU

Một nền khoa học không có năng lực hay ý hướng tác  động vượt khỏi khuôn khổ của dân tộc thì không xứng  đáng với cái tên của nó.  

MAX PLANCK

Năm 2008 đến với chúng ta bằng một sự kiện quan trọng trong giới khoa học Đó là kỷ niệm sinh nhật lần thứ 150 của Max Planck, người khai sáng Thuyết lượng tử

Cha đẻ của Thuyết lượng tử, người đã mang lại “ánh sáng” cho thế giới

vi mô, cũng như Newton đã từng mang lại ánh sáng cho thế giới vĩ mô, chính là nhà Vật Lý học Max Planck, khi ông khám phá rằng ở cấp vi mô sự trao đổi năng lượng không diễn ra liên tục mà rời rạc theo từng gói tí hon được gọi là “lượng tử” Khám phá này - cùng với khám phá về bản chất lưỡng tính “sóng lẫn hạt” của ánh sáng 5 năm sau đó của Einstein - chính là những tiên đề nền tảng cho cuộc cách mạng lượng tử

Hơn 2000 năm trước, nhà triết học cổ đại Hy Lạp Democrit đã từng nghĩ rằng vật chất có thể được phân tích ra thành những phân tử nhỏ mà ông gọi

là “atom” Những nỗ lực để giải thích vật chất được cấu tạo bằng gì và như thế nào từ đó luôn luôn thất bại Ngay cả Newton, người khám phá ra luật hấp dẫn vạn vật, cũng bó tay trước bản chất rắc rối của vật chất

Nhưng năm 1925 tình hình thay đổi hẳn, sự ra đời của thuyết Lượng tử

- với cơ học lượng tử và cơ học sóng của Werner Heisenberg và Erwin Schrödinger - đã gây ra một “đợt sóng thần” chưa từng thấy trong khoa học

và có những ảnh hưởng sâu sắc trong đời sống con người, và ngày càng dâng cao trong thế kỷ 21 Thuyết lượng tử không những giải thích chính xác

sự cấu tạo vật chất mà Democrit đã hình dung, mà còn quyết định rất lớn sự

phồn vinh của nhân loại Cuối thế kỷ 20, thế giới vật lý dựa lên hai cột trụ

mới là Thuyết tương đối của Einstein và Thuyết lượng tử của Planck

Nhưng đối với đời sống thực tế của con người thì ba cột trụ của khoa học có

ảnh hưởng quyết định là cuộc cách mạng lượng tử, cách mạng sinh học

DNA, và cách mạng máy tính, với mức độ chưa từng có trước đó trong lịch

sử Năm 1947 transistor được phát hiện, cho ra đời máy tính hiện đại Mười

năm sau, laser được phát hiện tiếp, Internet và xa lộ thông tin ra đời Hai

khám phá đó đều là những hệ quả của thuyết lượng tử Năm 1953, thuyết

lượng tử cũng đã cho những phép tính toán chính xác để khám phá DNA

của James Watson và Francis Crick; ý tưởng đó bắt nguồn từ những bài

giảng ấn tượng của Schrödinger năm 1944 trong cuốn sách Sự sống là gì?,

cho rằng sự sống của con người có thể được giải thích bằng một “genetic

code” (mã di truyền), và thuyết lượng tử có thể cho phép thực hiện điều đó

Thuyết lượng tử cũng cho phép con người chế tạo được những máy

móc có kích thước của phân tử, mở ra một kỷ nguyên cho máy móc và vật

liệu mà con người chưa từng biết đến - công nghệ nano - được tiên đoán bởi

Richard Feynman trong một bài thuyết trình nổi tiếng có tính chất tiên tri

There’s Plenty of Room at the Bottom năm 1959 trước American Physical Society

Ông tự hỏi làm sao có thể nhét hết bộ Encyclopaedia Britannica vào đầu của

một cây kim, cho rằng với thuyết lượng tử không có gì ngăn cấm sự chế tạo

các máy móc có kích cỡ của phân tử cả

Ngày nay, Thuyết lượng tử, không những là nền tảng của vật lý và

thiên văn hiện đại, hóa học và sinh học, mà còn đưa đến hai cuộc cách

mạng máy tính và sinh học phân tử Không những thế, nó sẽ có thể thực

hiện những cuộc hợp phối giữa những cuộc cách mạng đó đầy lý thú Một

“tương lai lượng tử” hứa hẹn đang chờ đợi Nói tóm lại, thuyết lượng tử sẽ

thâm nhập cũng như làm nảy sinh ra những công nghệ đỉnh cao, cách

mạng nhất của thế kỷ 21 trong ba cuộc cách mạng khoa học vĩ đại của nhân

loại

Con người giờ đây không còn chỉ biết quan sát tự nhiên một cách thụ

động nữa, như Newton đã diễn tả trong tự sự: “là một cậu bé chơi trên bãi

biển, nhặt được đó đây những hạt sỏi nhẵn hơn, những vỏ sò đẹp hơn bên

bờ đại dương của chân lý ở trước mặt”, mà đang ở trong giai đoạn chuyển

tiếp, trở thành “đạo diễn” của tự nhiên Giờ đây, không phải tài nguyên

nữa, mà chính là tri thức và kỹ năng mới đóng vai trò quyết định trong sự

nghiệp phát triển kinh tế trước sự cạnh tranh toàn cầu Có thể nói, các quốc

gia có thể hưng thịnh hay suy vong là tùy thuộc vào khả năng có nắm được

ba cuộc cách mạng này hay không

Nhưng trên hết, vượt ra ngoài khuôn khổ lợi ích kinh tế và công nghệ,

mục đích tối hậu của con người từ ngàn năm vẫn là muốn hiểu được vũ trụ

mình đang sống, và từ lâu đã đi tìm câu trả lời trong tôn giáo và triết học

Những định luật tiềm ẩn nào đã chi phối vật chất trong tự nhiên từ vũ trụ

đến thế giới vô cùng nhỏ? Vũ trụ bắt đầu như thế nào? Vì sao vật chất và

con người có mặt như hôm nay? Vật chất, và bản thân chúng ta, được cấu

tạo bởi các tế bào, rồi bằng những nguyên tử, bằng các hạt electron nhỏ hơn,

các nhân của các nguyên tử lại được cấu tạo từ những hạt nhỏ hơn nữa, rồi

các hạt này lại chứa những hạt nhỏ nữa v.v Đâu là những viên gạch cuối

cùng của vạn vật, và chúng hoạt động như thế nào, các định luật nào chi

phối?

Càng khám phá, con người càng nhận chân ra đến kinh ngạc các định

luật tinh tế của vật chất không giống như trực giác đời thường Thế giới của

Newton thế kỷ 17 đã khác xa với thế giới của thời Trung cổ Nhưng thế giới

của thế kỷ 20 lại càng khác xa hơn nữa thế giới của tất cả thế kỷ trước cộng

lại Một trăm năm qua là một cuộc hành trình Odyssey của các nhà vật lý

học đi tìm bờ cõi và vương quốc của mình, còn đẹp hơn các cuộc phiêu lưu

thần thoại Hy Lạp Con tàu Argo với những con người tài ba Argonaut trên

đó đã chinh phục được nhiều miền đất đai và bờ cõi rộng lớn, mỗi lần thêm

vững chắc không thể đảo ngược, nhiều lần cứ tưởng mình sắp đến đích,

nhưng rồi thấy mình vẫn còn xa hơn, rồi họ lại tiến bước, vượt qua những

trở ngại mới để tiến đến những miền đất mới, hoặc đôi khi tuyệt vọng,

nhưng rồi con thuyền đã đưa đoàn người thám hiểm đến những nơi sáng

láng chói lóa, nhìn chung, cái đích ngày càng đến gần

Mô hình chuẩn là một bước tiến to lớn và ý nghĩa sau khi nó thống nhất

được ba trong bốn lực cơ bản của tự nhiên: lực điện từ, lực yếu và lực mạnh

Trong thế giới hạt có lẽ đến năm 2020 bức tranh sẽ rõ hơn một cách quyết

định, trong khi việc thống nhất thuyết trường lượng tử của mô hình chuẩn

với thuyết tương đối rộng có thể cần đến 50 năm nữa, như Steven Weinberg

ước đoán Nhưng chưa phải là chắc chắn “Sự khám phá ra một lý thuyết

thống nhất để chúng ta có thể mô tả thiên nhiên ở tất cả mực năng lượng sẽ

làm cho chúng ta có khả năng trả lời một trong những câu hỏi cơ bản nhất

của vũ trụ học Đám mây dãn nở của các thiên hà mà chúng ta gọi là vụ nổ

nguyên thủy có một sự bắt đầu vào một thời điểm nào trong quá khứ hay

không Hay là vụ nổ nguyên thủy của chúng ta chỉ là một tình tiết trong

một vũ trụ lớn hơn nhiều mà ở đó từ những thời vĩnh hằng các vũ trụ lớn

và nhỏ đã hình thành? Những cái gọi là hằng số tự nhiên hay định luật tự

nhiên có khác nhau trong các vũ trụ riêng lẻ?” như Weinberg từng viết Thế

kỷ 21 còn nhiều bài toán hấp dẫn và thách thức dành cho các thế hệ mới của

nó, không như một thế kỷ mà một người thầy (von Jolly) của Max Planck đã

khuyên ông không nên học vật lý vì lầm tưởng rằng không còn những vấn

đề mới nữa Một thiên tài nào đó tươi mới có thể sẽ xuất hiện

Năm nay, 2008 là kỷ niệm sinh nhật 150 năm của Max Planck Sau hơn

nửa thế kỷ trước bị tàn phá nặng nề bởi chính sách tiêu diệt khoa học của

Chủ nghĩa Quốc xã đã gây ra một cuộc chảy máu chất xám kinh hoàng cho

cả châu Âu, một bước ngoặt vui mừng đánh dấu sự phục hưng của nền vật

lý ở châu lục này với hai sự kiện nổi bật :

- Trên trời có vệ tinh Planck vừa được phóng lên không trung với kính

viễn vọng hiện đại để quan trắc tàn dư của bức xạ trong mấy phần triệu

giây phút ban đầu của vũ trụ cách đây khoảng 13.7 tỷ năm với chi tiết chưa

từng đạt;

- Dưới đất sâu hơn trăm thước có máy gia tốc hạt LHC (Large Hadron

Collider) với chu vi 27 cây số ở CERN Khắp năm châu duy nhất chỉ có máy

này làm đầu tàu thế giới trong công cuộc khám phá, đào sâu tìm hiểu, nhằm

thống nhất các định luật cơ bản tận cùng của vạn vật Lý thuyết và thực

nghiệm, tay trong tay vươn tìm những bến bờ xa xăm sâu thẳm nhất của tri

thức khoa học, tiếp nối nỗi khát vọng hướng thượng chung của con người

bẩm sinh xưa nay là không ngừng tìm hiểu thiên nhiên và bản thể của nó

Với cuốn Kỷ yếu chúng ta muốn góp phần thật khiêm tốn của mình vào

việc vinh danh Max Planck trong ký ức Việt Nam nhân kỷ niệm 150 năm

ngày sinh của ông, và mong muốn các thế hệ hiện tại hãy tiến lên nắm bắt

khoa học lượng tử, và khoa học nói chung, để trang bị mình cho thế kỷ 21

«Quang phổ» của các bài đóng góp trong kỷ yếu Max Planck là rộng rãi

và đa dạng, từ những vấn đề lịch sử liên quan đến Max Planck, những vấn

đề khoa học cơ bản và thực nghiệm, các vấn đề khoa học ứng dụng, cho đến

thiên văn học, khoa học nhân văn, nghệ thuật, triết học, và những bài hồi

ký sống động, từ thế giới hạt cơ bản cho đến các thiên hà, từ những khám

phá thuần túy khoa học cho đến trách nhiệm của những nhà khoa học

trước xã hội và môi trường sống, đến những vấn đề nghệ thuật, văn học, từ

những vấn đề của thế kỷ 20 đến những vấn đề của thế kỷ 21, v.v

Max Planck suốt đời chăm sóc việc xây dựng, phát triển và truyền bá

khoa học và nhận thức cho đại chúng, không ngừng chăm lo sự hợp tác

quốc tế, luôn luôn tận tụy hết lòng với trách nhiệm của mình trước xã hội

Làm cuốn kỷ yếu đặc biệt này chúng tôi muốn noi gương ông Các tác giả

tham gia là những nhà khoa học và trí thức gốc Việt Nam đang sinh sống tại

Việt Nam và nhiều quốc gia khác nhau trên thế giới: Pháp, Bỉ, Hoa Kỳ,

Canada, Úc, nhưng tất cả có cùng tình cảm: Việt Nam và khoa học Và một

số bạn nước ngoài cũng cùng chia sẻ với chúng ta, trong đó phải kể Gs

Jerome Friedman, giải Nobel vật lý năm 1990, Gs Jürgen Renn, Viện trưởng

Viện Max Planck nghiên cứu lịch sử khoa học tại Berlin, Gs Dieter

Hoffmann của cùng Viện, chuyên gia về lịch sử khoa học thế kỷ 19, 20 và là

một chuyên gia hàng đầu hiện nay về Max Planck Chúng tôi rất trân trọng

đóng góp của nhiều nhà khoa học, trí thức khả kính của nhiều thế hệ của

Việt Nam, đặc biệt những thế hệ đi du học từ những năm trước và sau 1950,

những nhà khoa học đã có nhiều kiến thức tinh hoa, đã không tiếc thì giờ

để truyền đạt vốn kiến thức quý báu ấy qua kỷ yếu Max Planck cho các thế

hệ trẻ Việt Nam Chúng tôi cũng trân trọng những ý muốn đóng góp của

nhiều nhà khoa học khác nhưng vì thời gian không cho phép nên đã không

thực hiện được

Thuyết lượng tử và tương đối, nói chung khoa học tự nhiên cùng với

những tiến bộ cách mạng của thế kỷ 20 đã thay đổi sâu sắc nhận thức của

con người về thế giới, thay đổi còn sâu sắc hơn gấp bội đời sống vật chất

con người Phân nửa GDP của các nước phát triển xuất phát từ kết quả của

những nghiên cứu cơ bản Các quốc gia trên thế giới có lúc ngủ quên,

nhưng có lúc cũng phải giật mình trước những sự kiện bàng hoàng diễn ra

trước mắt có thể trở thành nguy hiểm, sự đe dọa cho an ninh và sự phồn

vinh của quốc gia họ, nếu những người lãnh đạo dân tộc đó còn biết yêu

nước và sáng suốt nhận định Nước Anh chẳng hạn, đã giật mình tại cuộc

International Exhibition ở Paris năm 1867 khi nhận thấy rằng Người Mẹ của

Cách mạng Công nghiệp đã bị những đứa con qua mặt Ba năm sau, cuộc

chiến tranh Pháp-Phổ thực sự đã làm cho giai cấp lãnh đạo Anh sợ hãi, giai

cấp luôn thích để cho công nghiệp tự nó phát triển, và không chịu đầu tư

cho nghiên cứu khoa học bao nhiêu Phổ đã trở thành một cường quốc

không những về công nghiệp mà còn về quân sự Đó là một hội chứng

giống như hội chứng Sputnik của nước Mỹ ở cuối những năm 50 đầu 60

Năm 1883, khi Ủy ban Hoàng gia Anh về Giáo dục Kỹ thuật thăm trường

thương mại ở thành phố Rouen của Pháp, các thành viên rất ngạc nhiên khi

thấy một chiếc mũ sắt của lính Phổ được trưng bày nổi bật ở đây Ngài hiệu

trưởng giải thích rằng ông đã lượm được chiếc mũ này khi quân đội Phổ đi

ngang qua Mỗi lần học trò ông chểnh mảng trong việc học, ông đặt cái nón

lên bàn để nhắc nhở chúng về điều đã xảy ra, và lại có thể xảy ra, nếu chúng

không học hành nghiêm chỉnh; “phương pháp đó không bao giờ thất bại

trong việc nâng cao tinh thần quốc gia và nhiệt tâm của chúng trong việc

học”, ông nói

Tại Đức, từ lâu các nhà lãnh đạo tri thức đã hiểu rằng khoa học đem lại

sự phồn vinh, và làm cho quốc gia phú cường Werner von Siemens, nhà trí

thức công nghiệp của Đức đã nói rằng đối với ông “nghiên cứu khoa học tự

nhiên luôn luôn là mảnh đất vững chắc của tiến bộ kỹ thuật, và nền công

nghiệp của một quốc gia sẽ không bao giờ có được vị trí hàng đầu quốc tế

và giữ vững được vị trí của nó nếu quốc gia đó không đồng thời đứng trên

đỉnh cao của tiến bộ khoa học tự nhiên” Siemens không ai khác là người đã

tài trợ chủ yếu cho việc thành lập Trung tâm Kỹ thuật Vật lý Berlin ra đời

vào cuối thế kỷ 19, nơi đã tiến hành những cuộc đo đạc chính xác nhất về

điện để giúp các nhà vật lý đi tìm công thức bức xạ nhiệt, ban đầu với mục

đích áp dụng cho công nghệ bóng đèn, nhưng để rồi một trong những nhà

khoa học, Max Planck, đã đi đến khám phá Thuyết lượng tử cho nhân loại!

Việt Nam không có con đường nào khác hơn là phải xây dựng được

một nền khoa học tự nhiên hiện đại và phát triển, từ thực nghiệm cũng như

đến lý thuyết, theo những mẫu mực quốc tế đã có từ hàng trăm năm được

áp dụng trên khắp thế giới, nếu những người lãnh đạo đất nước biết “giật

mình” trước sức mạnh của những cuộc cách mạng khoa học vĩ đại như đã

từng được chứng minh trong quá khứ, và nếu ý thức được để chuẩn bị cho

đất nước những cuộc cách mạng vĩ đại sắp đến, và đầu tư thỏa đáng các cơ

sở vật chất, cơ sở tri thức, cơ sở nhân sự là các nhà nghiên cứu, các giáo sư

đại học, các học sinh, sinh viên ưu tú tương lai Nghịch lý lớn nhất của đất

nước là những nhà khoa học chân chính, những người toàn tâm làm khoa

học, phải sống bằng đồng lương không đủ sống, đừng nói chi gia đình họ

Những người tồn tại được, trụ được vì khoa học, đều phải sống nhờ vào các

đại học và tổ chức nghiên cứu ở nước ngoài, hay những công việc phụ

không tương xứng với họ Đó là nghịch lý, và là nguy cơ lớn nhất làm cho

đất nước mai một đi tiềm năng trí tuệ, gây ra chảy máu chất xám, hoặc làm

mai một nhiều thế hệ chất xám liền và làm suy yếu nền tảng cơ bản của nền

kinh tế tri thức hiện đại dựa trên sức mạnh của khoa học kỹ thuật và công

nghệ

Lấy vài thí dụ thời sự tượng trưng Chính sách “khen thưởng $1.000”

cho các công trình được đăng ở nước ngoài là rõ ràng có tính chất chắp vá

và tình thế Rồi ý tưởng ngộ nghĩnh “Văn miếu đương đại”, chỉ tôn vinh

hời, thuần hình thức những “tiến sĩ”, giống phong kiến Chúng tôi nghĩ

ngược lại: Để khen thưởng và “tôn vinh” họ với tư cách là lực lượng chất

xám cực kỳ quan trọng của quốc gia trong thời kỳ phát triển (và có thời kỳ

phát triển nào nó lại thừa?), nhà nước cần phải đầu tư mạnh mẽ cho khoa

học và những người làm khoa học để họ có điều kiện toàn tâm sản xuất

nhiều hơn “trứng vàng” có chất lượng ngày càng cao hơn, mà không phải lo

lắng cho gia đình và tương lai con cái Nhà nước phải đầu tư để họ thường

xuyên có điều kiện tiếp cận bằng người và bằng tư liệu khoa học hiện đại

các trung tâm khoa học thế giới, như những tấm gương sáng của một nước

Nhật thời Minh Trị đã làm, hay các quốc gia gần như Hàn Quốc, Đài Loan,

Singapore từ vài thập kỷ qua Những chiếc ghế giáo sư - ở đó nghiên cứu

khoa học với những chuẩn mực truyền thống lành mạnh và tiến bộ của thế

giới đóng vai trò chủ yếu - chứ không phải với những quy định cục bộ của

Việt Nam, được kèm theo những điều kiện sống và làm việc xứng đáng,

cũng như trách nhiệm cao cả để hướng dẫn tập thể khoa học của đất nước

vươn lên, đó chính là phần thưởng ý nghĩa và thiết thực nhất cho người làm

khoa học

Trí thức là nguyên khí quốc gia Đừng để họ bị tiếp tục phá giá, và suy sụp

trước sự phát triển không ngừng của các lực lượng trí thức khác trên thế

giới Nhà nước và xã hội phải chung sức đầu tư vào nghiên cứu khoa học

tiềm năng và có trình độ cao ở các đại học và viện nghiên cứu, hơn là tài trợ

cho những chương trình giật gân phù phiếm Nhà nước hãy thấy vai trò cực

kỳ quan trọng của khoa học kỹ thuật trên thế giới trong việc dựng nước và

giữ nước Đừng để một Max Planck hay một Albert Einstein mòn mỏi phải

“nuôi thân bằng hai bàn tay mọn”, hay “có lẽ đi cày trong cái làng thống

khổ” của mình, như cách nói của một nhà cải cách của Phổ đã từng nói về

xã hội Đức đầu thế kỷ 19 Nhà nước phải mở những “cánh cửa khải hoàn”

cho tất cả tài năng của đất nước, “mở ra cho họ một con đường, bất kể họ từ

đâu đến” Chỉ có như thế đất nước mới mong phát triển được vững bền,

non sông mới nở mặt với thế giới

Chúng tôi xin cám ơn Viện Max Planck Lịch sử Khoa học Berlin đã hỗ

trợ công việc chúng tôi bằng những tư liệu quý báu xưa và nay về Max

Planck để cho số kỷ yếu kỷ niệm được phong phú Xin cám ơn Viện Văn

hóa Goethe Việt Nam đã khích lệ và tài trợ để xuất bản

Chúng tôi rất biết ơn các Anh Chị đã bỏ nhiều thì giờ quý báu của mình

để giúp đỡ phần dịch thuật các bài đóng góp, các anh Nguyễn Đức Phường,

Nguyễn Minh Thọ, đặc biệt anh Nguyễn Văn Thiều đã tham gia dịch thuật

và xem lại nhiều bài, cũng như nhiều Anh Chị khác không được nhắc đến ở

đây

Chúng tôi xin cám ơn Gs Nguyễn Văn Hiệu đã ủng hộ tinh thần cho

cuốn Kỷ yếu Max Planck ngay từ đầu của cuộc khởi động, đã tổ chức lễ kỷ

niệm Max Planck tại buổi Hội thảo Quốc tế về Khoa học vật liệu và Công

nghệ nano tháng 9 tại Nha Trang, mời được Gs Friedman tham gia kỷ yếu,

và cũng đã bỏ công sức đóng góp một bài rất công phu và phong phú Bài

viết của Gs sẽ là một hồi ức rất có giá trị cho các bạn trẻ

Xin cám ơn chân thành tất cả những Anh Chị đã đóng góp, giúp đỡ

cuốn kỷ yếu này hơn nửa năm liền, và cám ơn sự quan tâm và đón nhận

quý báu của tất cả quý độc giả Mong các bạn trẻ tìm thấy ở đây những hạt

giống quý báu cho mình Chúng tôi muốn xem quyển kỷ yếu này như một

đóng góp vào giáo dục và nghiên cứu khoa học của đất nước, với sự gửi

gắm tâm tình như “gửi hương cho gió” và hy vọng sẽ có những tâm hồn,

đặc biệt các bạn trẻ, đón nhận và suy ngẫm về nó

Chắc chắn ở nhiều khâu thực hiện chúng tôi có những sai sót, nhầm lẫn

hay những điều đáng lý phải được làm tốt hơn Chúng tôi thực hiện tập

sách kỷ niệm này trong điều kiện eo hẹp, mỗi người phải tự thân vận động,

không có nhân viên hay bộ máy hỗ trợ, không ai ở gần nhau để bàn bạc trao

đổi, tất cả đều được thực hiện âm thầm qua mạng Vì thế chúng tôi xin Quý

Anh Chị và độc giả hãy đón nhận và đọc kỷ yếu với một sự lượng thứ

PHẦN I LỊCH SỬ

Tuy nhiên, thật là một điều tốt, và cần thiết, rằng ngày này, các đại biểu của các nhà nghiên cứu phấn đấu vì chân lý và nhận thức từ khắp nơi trên Trái đất họp mặt nhau tại đây Họ là một sự minh chứng, rằng ngay trong những giai đoạn này, khi mà sự điên cuồng chính trị và quyền lực thô bạo gieo rắc những lo âu và đau khổ lớn cho con người, thì lý tưởng của nhận thức vẫn được nâng cao không suy suyển Lý tưởng này, đã từ bao đời nối kết các nhà nghiên cứu của tất cả các quốc gia và của mọi thời đại, được biểu hiện trong Max Planck với một sự hoàn thiện hiếm thấy

Nếu bản chất nguyên tử của vật chất cũng đã được những người Hy Lạp nhìn thấy, và đã được các nhà nghiên cứu của thế kỷ XIX nâng lên thành khả năng hiện thực lớn, thì đồng thời chính Max Planck đã tìm thấy một sự xác định chính xác độ lớn thực sự của nguyên tử mà không cần đến các giả thuyết phụ Hơn nữa, ông đã trình bày một cách thuyết phục, rằng bên cạnh cấu trúc nguyên tử của vật chất còn có một loại cấu trúc nguyên tử

* Bài diễn văn này của Albert Einstein với tư cách đại diện cho Hàn Lâm viện Khoa học Quốc gia của Hợp chúng quốc Hoa Kỳ” đã được Otto Hahn đọc bằng tiếng Anh và tiếng Đức tại Hội trường của Đại học Göttingen ngày 23 tháng 4 năm 1948 (ngày sinh nhật thứ

90 của Max Planck) Buổi lễ được tổ chức bởi Tổ chức Max Planck (Gesellschaft), Hội Vật

lý Đức, Hàn lâm viện Khoa học Göttingen và Đại học Göttingen Đồng thời buổi lễ cũng được tổ chức bởi Hàn lâm viện Hoa Kỳ tại Washington cùng ngày [Nguồn: Ấn phẩm đặc biệt “Zum 50 Todestag von Max Planck” của tạp chí Vật lý Đức Physikalische Blätter nhân ngày mất thứ 50 của Max Planck, xuất bản tháng 10, năm 1997 NXB WILEY-VCH 1997]

của năng lượng, và cấu trúc này được chi phối hoàn toàn bởi hằng số phổ

quát được ông đưa ra

Nhận thức này đã mở đầu sự phát triển vật lý học trong thế kỷ chúng

ta, và đã chi phối nó hầu như tuyệt đối Không có nó, thì sự thiết lập một lý

thuyết hữu ích của nguyên tử và phân tử, cũng như của các hiện tượng về

năng lượng chi phối sự chuyển hóa của chúng không thể nào quan niệm

được Hơn nữa, nhận thức này đã phá vỡ khung cảnh của cơ học cổ điển và

của điện động học, và đặt khoa học trước nhiệm vụ đi tìm một cơ sở khái

niệm mới cho toàn ngành vật lý, một nhiệm vụ mà mặc cho một số thành

tựu quan trọng vẫn chưa được giải đáp một cách thỏa đáng

Bằng cách Hàn lâm viện Khoa học của Hoa Kỳ nghiêng mình trước con

người này, nó bày tỏ niềm hy vọng, rằng công việc nghiên cứu một cách tự

do vì nhận thức thuần túy sẽ được duy trì cho chúng ta không hề suy

suyển

NGUYỄN XUÂN XANH dịch

Ngày 7.10.1947 Max Planck được mai táng trong nghĩa trang của thành phố Göttingen Sau

tang lễ trong nhà thờ Albani với các bài điếu văn của Max von Laue và Otto Hahn, sáu nhà vật

lý trẻ của Viện Vật lý số I và II của Đại học Göttingen đã khiêng quan tài ra khỏi nhà thờ và

đưa đến nghĩa trang Tấm ảnh này thuộc sở hữu của GS Hans Ehrenberg, được công bố lần

đầu tiên năm 1997

NGUYỄN XUÂN XANH

MAX PLANCK -

Max Planck – The reluctant revolutionary

Vào ngày 19.10.1900 một cuộc cách mạng của vật lý học bắt đầu diễn ra

âm thầm Vào ngày đó Max Planck trình bày một định luật bức xạ mới Nó

mô tả sự phân bố năng lượng của bức xạ nhiệt Sau đó rõ ràng rằng định luật này không dung hợp với vật lý cổ điển Nó đòi hỏi một cuộc cách mạng

về sự hiểu biết bức xạ và năng lượng: Bức xạ được cấu thành từ những gói năng lượng, “các lượng tử” Planck nhìn những hệ quả của cuộc cách mạng này một thời gian dài một cách hoài nghi

Ông yêu cái đã được thử thách Những cuộc biến động chính trị cũng hầu như không làm rúng động thế giới quan của ông Dù trong hệ thống nào, khoa học đối với ông vẫn luôn là ưu tiên hàng đầu Planck phục vụ nó với tư cách nhà tổ chức khoa học, và sự tự quản của khoa học đối với ông là

quan trọng Sau chiến tranh, ông trở thành người bảo trợ cho Gesellschaft bằng cái tên mình

Max-Planck-Di sản khoa học của ông đã thay đổi không những vật lý học Vật lý lượng tử đặt ra những câu hỏi mới, và góp phần tạo ra những công nghệ hiện đại nhất Quan niệm về bức xạ, vật chất và năng lượng đặt chúng ta trước những bí ẩn gì? Các cuộc cách mạng khoa học hình thành như thế nào? Khoa học cần các điều kiện khung nào? Những câu hỏi này ngày hôm nay vẫn còn mang tính thời sự như thời của Planck

* Theo Spektrum der Wissenschaft, Biografie, số 1/2008 Max Planck, Revolutionär wider Willen

Số kỷ niệm do Max-Planck-Gesellschaft xuất bản

NGUYỄN XUÂN XANH

GIỜ KHAI SINH CỦA THUYẾT LƯỢNG TỬ*

Abstract.  How  was  quantum  theory  born:  out  of  crisis,  “act  of  desperation”,  

radiation formula and its consequences. 

Khai sinh từ sự bế tắc

Cho đến năm 1899 Planck công bố tất cả năm bài về bức xạ nhiệt của vật thể đen Mục tiêu của ông là suy ra định luật Wien trên cơ sở nhiệt động học của bức xạ điện từ Ông hy vọng trước nhất bằng cách đó cũng tìm thấy luôn cách lý giải tính không thuận nghịch của các quá trình nhiệt động học,

mà không cần thuyết xác suất của Boltzmann

Khi Planck tin rằng cuối cùng ông đã suy diễn một cách thành công định luật Wien, thì các sự kiện diễn tiến dồn dập vào năm 1900 Các kết quả

đo đạc mới cho thấy định luật Wien không có hiệu lực Ngày 19.10.1900 Planck giới thiệu một định luật bức xạ mới Để suy diễn nó, ông đã từ bỏ các chống đối của ông đối với phương pháp Boltzmann và đưa vào các “phần

tử năng lượng” có độ lớn nhất định mà chúng ta ngày nay gọi là các lượng

điều rất cần thiết cho nghiên cứu cơ bản Tại đây đã diễn ra sự đo đạc chính xác bức xạ nhiệt

của vật thể đen

Một con đường lắm chông gai

Planck đầu tiên chiến đấu nhiều năm cho một cơ sở thỏa đáng của

nhiệt động học của bức xạ điện từ Đầu năm 1900, chương trình của ông

dường như đăng quang với sự thành công: Ông tin đã suy diễn được bằng

lý thuyết công thức bức xạ bán thực nghiệm của Wien Nhưng trong khi

một bảng tóm tắt các kết quả của ông sắp lên khuôn in thì Planck được tin

về những đo đạc mới của Lummer và Pringsheim ở “Trung tâm vật lý-kỹ

thuật” dấy lên sự nghi ngờ về tính hiệu lực của định luật Wien Khoảng cuối

năm 1900, bằng những kết quả đo đạc mới, những nghi ngờ này trở thành

sự chính xác và buộc ông phải xây dựng một định luật bức xạ mới, điều ông

trình bày vào tháng 10 Tuy nhiên, một sự suy diễn công thức này bằng lý

thuyết trước nhất không thành công đối với ông Ông không thể hài lòng

với một “công thức được đoán một cách may mắn” Tình hình xem ra bế tắc

“Bởi vì không có con đường nào khác mở ra, nên tôi đã thử nghiệm phương

pháp Boltzmann.” (Max Planck trong Về lịch sử của khám phá lượng tử tác dụng

vật lý, 1943.)

“Nói tóm lại, tôi có thể gọi cả việc làm của tôi là một hành động của sự tuyệt

vọng Bởi vì từ bản chất, tôi là người hiền hòa và có khuynh hướng lánh xa các hành

động mạo hiểm đáng ngại nhưng một sự diễn giải bằng lý thuyết phải được tìm

Hành động tuyệt vọng của Planck

Planck chỉ còn thấy một con đường, để suy diễn được định luật bức xạ

rõ ràng đúng với thực nghiệm: “Phương pháp Boltzmann” Nó dựa trên

phương pháp đếm trong lý thuyết khí của Boltzmann Nhưng để có thể

đếm được một cái gì ở bức xạ, ông phải chia năng lượng của bức xạ vật thể

đen ra thành các phần tử năng lượng Trong giai đoạn cuối của phép tính

Planck để cho độ lớn của những gói như thế tiến về không, và được một sự

phân bố năng lượng liên tục Nhưng điều đó không giúp Planck giải quyết

vấn đề Các phân tử năng lượng của ông phải có một độ lớn cố định: là tích

số của tần số được xem xét với một hằng số h, sau này được gọi là lượng tử

tác dụng Planck Trong buổi họp của Hội Vật lý Berlin ngày 14 tháng 10

năm 1900, Planck trình bày lần đầu tiên một sự suy diễn định luật bức xạ

của ông Từ biên bản ngắn của buổi họp, người ta không thấy lý thuyết của

Planck đã gây ra phản ứng nào ở những người có mặt

Định luật bức xạ Planck

Định luật bức xạ Planck mô tả quang phổ của vật thể đen, nghĩa là sự

phân bố năng lượng bức xạ lên các tần số (màu) khác nhau của bức xạ theo

sự lệ thuộc vào nhiệt độ của vật thể đen Trong trường hợp của một vật thể

đen lý tưởng (hoàn toàn chỉ phát ra) mật độ năng lượng ρ lệ thuộc vào tần

số v và nhiệt độ T của vật thể đen, nên người ta viết ρ(v, T) Ngoài ra, trong

định luật bức xạ Planck có ba hằng số xuất hiện: vận tốc ánh sáng c, hằng số

Boltzmann k, và lượng tử tác dụng h được Planck đưa ra Tỷ lệ giữa năng

lượng bức xạ E = hv và năng lượng nhiệt kT là quyết định cho hình dạng

của quang phổ Ở nhiệt độ phòng, mật độ

Công thức phân bố năng lượng bức xạ của Planck 1900, cội nguồn của thuyết lượng tử.

năng lượng lớn nhất ở các tần số tương ứng với bức xạ hồng ngoại sóng dài

Các máy camera hồng ngoại chẳng hạn lợi dụng điều này để nhận dạng các

vật thể trong bóng tối thông qua bức xạ nhiệt khác nhau của chúng Đối với

một nhiệt độ khoảng 5.500 độ Celsius - nhiệt độ của mặt trời - thì mật độ

năng lượng của bức xạ là cao nhất ở những tần số tương ứng với ánh sáng

mắt thấy được

Công thức Planck và những hệ quả của nó

Planck đã may mắn thành công với sự suy diễn của một công thức bức

xạ, một công thức đứng vững trước mọi thử thách của thực nghiệm Nhưng

cái gì là ý nghĩa vật lý của các phân tử năng lượng trong cách suy diễn của

Planck? Sự trả lời câu hỏi này còn cần đến nhiều năm và là mối bận tâm của

đông đảo các nhà khoa học trẻ, đặc biệt trước hết Albert Einstein

(1879-1955) Dần dần niềm tin được lan rộng, rằng một sự sụp đổ hoàn toàn của

ngành vật lý cổ điển là tất yếu Nhưng chính Planck lại có thái độ hoài nghi

trước những ý tưởng cách mạng này

Năm 1920, Planck nhận giải Nobel của năm 1918 cho sự khám phá

lượng tử cơ bản của ông và tác dụng của nó lên sự phát triển tiếp theo của

vật lý Ông được đề cử cho giải này nhiều lần hơn bất cứ một nhà khoa học

nào khác

“Nhờ hai hằng số k và h người ta có nhiều cơ hội thiết lập các đơn vị cho chiều

dài, thời gian và nhiệt độ, những cái, độc lập với các vật thể và chất liệu đặc biệt, tất

yếu giữ được tầm quan trọng của chúng cho mọi thời đại và tất cả nền văn hóa ngoài

quả đất và ngoài con người, và vì thế có thể được gọi là các 'đơn vị đo lường tự

nhiên'.” (Max Planck, 1899)

NGUYỄN XUÂN XANH

Columbus, Copernicus, Darwin và Planck là những người tìm thấy cái

mà ban đầu họ không hề hình dung Họ là những nhà cách mạng miễn cưỡng, không ý thức Xuất phát từ những câu hỏi của những kiến thức cũ,

họ “lạc bước” vào vùng đất mới mà những người đi sau mới hiểu hết tầm quan trọng của nó

Columbus đi tìm con đường biển đến Ấn Độ nhưng lại khám phá ra châu Mỹ Copernicus muốn đơn giản hóa cách tính toán các chuyển động của hành tinh, nhưng rồi lại khai sáng ra một hệ thống thế giới mới trong đó các hành tinh không còn quay xung quanh Trái đất nữa, mà xung quanh Mặt trời Darwin đi tìm trật tự của tính đa dạng của các chủng loài, nhưng

* Viết theo Spektrum der Wissenschaft, Biografie, số 1/2008 Max Planck, Revolutionär wider Willen Số kỷ niệm được Max-Planck-Gesellschaft xuất bản

rồi tìm thấy các định luật phát triển của sự sống Planck muốn hoàn tất

ngành vật lý cổ điển nhưng lại chôn vùi nó đi

Các cuộc biến động của thế giới quan suy ra từ các khám phá như thế là

khó lòng thấy trước được, cũng không phải là kết quả của các hành động cô

đơn của các thiên tài

PHẠM XUÂN YÊM

NGUYỄN XUÂN XANH

108 NĂM THUYẾT LƯỢNG TỬ

108 Years of Quantum Theory

- Khám phá độ siêu dẫn (Kamerlingh Onnes, 1911)

- Thuyết của Bohr về quang phổ nguyên tử (1913)

1920-1930:

- Khám phá tính chất sóng của electron của de Broglie (1924)

- Tiên đoán ngưng tụ Bose-Einstein (1924)

- Nguyên lý loại trừ của Pauli (1925)

- Thống kê lượng tử Fermi-Dirac (Fermi, 1926)

- Cơ học lượng tử ra đời (Heisenberg, Born, Jordan, 1925)

- Phương trình sóng (Schrödinger, 1926)

- Diễn Giải Copenhagen (1926)

- Nguyên lý bất định của Heisenberg (1927)

- Phương trình Electron của Dirac và Điện động học lượng tử, QED (1928)

1930-1940:

- Neutrino được tiên đoán (Pauli, 1930)

- Khám phá phản-electron (Anderson, 1932)

- Nghịch lý “Einstein-Podolsky-Rosen” (1935)

- “Con mèo Schrödinger” (1935)

- Sự phân hạch, tiền đề của năng lượng hạt nhân (Hahn và Strassmann,

- Thuyết sóng hoa tiêu của Bohm (1952)

- Thuyết Yang-Mills (nonabelian gauge theory, 1954)

- Vi phạm đối xứng gương của lực hạt nhân yếu (Lee-Yang, 1956)

- Diễn giải Đa thế giới của Everett (1957)

- Thuyết siêu dẫn (Bardeen, Cooper, Schrieffer1957)

- IC (integrated circuit) (Kilby, Noyce, 1958)

1960-1970:

- Laser (1960)

- Khái niệm vi phạm đối xứng tức thì (Nambu, 1960)

- Vi phạm đối xứng CP (Cronin và Fitch,1964)

- Định lý về biến số ẩn (Bell, 1964)

- Giả thiết Quark (Gell-Mann và Zweig, 1964)

- Phát hiện bức xạ nền của vũ trụ (Penzias, Wilson, 1964)

- Thuyết điện yếu (electroweak) thống nhất điện từ và yếu (Glashow,

- Thuyết Decoherence (Zeh, 1970)

- Tái chuẩn hóa thuyết điện yếu (‘t Hooft, Veltman,1971)

- Chụp cắt lớp spin hạt nhân (1973)

- Cắt nghĩa nguồn gốc vi phạm đối xứng CP trong Mô hình Chuẩn và

tiên đoán thế hệ quark thứ ba (Kobayashi, Maskawa, 1973)

- Sắc động lực học lượng tử (Gross, Politzer, Wilczek,1973)

- Charm quark (1974)

- Tau lepton được phát hiện cho thấy có một thế hệ thứ ba của Quark

và Lepton (Perl,1975)

- Bottom quark (1977)

1980-1990:

- Hiệu ứng lượng tử Hall (Klitzing, 1980)

- Thí nghiệm bác bỏ biến số ẩn cục bộ, Thượng đế đổ xí ngầu (1982)

yếu (1983)

- Superstring (thuyết siêu dây) (Green, Schwarz, 1984)

- Siêu dẫn ở nhiệt độ cao (Bednorz, Müller, 1987)

- Thiên văn học Neutrino (1987)

1990-2000:

- Quang phổ bức xạ nền được đo lường chi tiết bằng kính viễn vọng

trên COBE, WMAP, phù hợp đến kinh ngạc với công thức bức xạ vật

đen mà Planck viết ra năm 1900 (Mather, Smoot,1992)

- Thực hiện được sự buộc chéo với nhau (entanglement) của hàng tỉ

nguyên tử (Polzik, 2002), mở ra triển vọng viễn tải các trạng thái lượng

tử của hàng loạt tập hợp nguyên tử

- Viễn tải thông tin thành công (ở dạng một lệnh chuyển tiền) dựa vào

hiệu ứng buộc chéo EPR (Zeilinger, 2004)

- Cỗ máy LHC khổng lồ được đưa vào hoạt động tại CERN (2008) để

tìm hạt Higgs, viên đá còn thiếu của vật chất, và chứng cứ để hiểu

những vấn đề xung quanh định luật tối hậu của vũ trụ, như vật chất

tối, năng lượng tối, và cái gì đã làm không gian dãn nở

Cơ sở thuyết lượng tử được khai sinh trong khoảng thời gian 1900-1927 bởi những công trình

khai phá của bảy nhà vật lý học (ảnh trên) Trong một trăm năm nó đã cách mạng thế giới

quan của chúng ta tận gốc rễ, nhưng cũng còn nhiều bí ẩn chưa hiểu được

(Nguồn: Spektrum der Wissenschaft, Dossier, số 2/ 2006)

MAX PLANCK

“NGÀI CỐ VẤN CƠ MẬT MAX PLANCK”

Lời  người  dịch:  Phim  Ngài  cố  vấn  cơ  mật  Max  Planck  thuộc  một  loạt  phim 

chân dung nói về cuộc đời và sự nghiệp của các nhà khoa học tên tuổi của Đức. Phim  này  được  làm  năm  1942  theo  lệnh  của  Bộ  Tuyên  truyền  của  Goebbel. Nhưng phim về Max Planck không được sử dụng cho tuyên truyền, mà chỉ để làm  hồ  sơ  tư  liệu  cho  “Cơ  quan lưu  trữ  phim  về  các  nhân  cách”.  Lý  do:  Nazi không thấy thuyết phục về tính hiệu quả với Planck, vì Planck có thái độ không chịu khuất phục trước chế độ, không làm theo những gì Nazi mong muốn cho 

bộ máy tuyên truyền. Ông không từ bỏ ủng hộ công khai Thuyết tương đối của Einstein,  tuy  không  nhắc  đến  tên  Einstein,  điều  Nazi  cấm,  như  ông  đã  làm trong chính cuốn phim này. 

Năm 1943 hay 1944, Planck đọc một bài diễn văn trong một buổi gặp của các công  chức Nazi của Bộ Ngoại giao. Bài này cho thấy thái độ của Planck. Nhà báo Thụy Điển  Gunnar Pihl có mặt và thuật lại như sau: “[Planck] trình bày quan điểm của mình về 

sự tồn tại, một cách bình tĩnh, khiêm tốn, khôn ngoan [ ]. Ông nhắc đến tên người Do  Thái Einstein như một nhân cách hàng đầu và hướng đạo trong thế giới ý tưởng của  chúng ta, ông có một cái nhìn vượt xa khỏi các thành kiến thô thiển cũng như những  người  cuồng  tín,  không  cần  để  ý  đến  nơi  ông  ấy  đang  ở.  Với  tiếng  nói  nhỏ  nhẹ  ông  [khẩn thiết kêu gọi] một viễn cảnh của tính thần thánh (Göttlichkeit) của cuộc đời, và  một thế giới của tính hợp pháp. Người đàn ông nhỏ nhắn trong bộ trang phục màu đen  [ ] là quá vĩ đại để bị ảnh hưởng bởi những nỗ lực của Nazi nhằm thay đổi thế giới. Sự  việc  diễn  ra  giống  như  người  ta  đi  tham  dự  một  buổi  lễ  vui  nhưng  lại  nghe  một  bài  thuyết giáo. Một sự khác biệt khủng khiếp với tinh thần đang thống trị tại nơi này.”  Gestapo  nghi  ngờ  mẹ  ông  không  thuần  chủng,  cho  điều  tra  và  kết  luận  ông  có  “một  phần mười sáu” là Do Thái! Khoảng sau 1943 “Cơ quan quản lý khoa học” của Nazi  khuyến cáo Planck không tiếp tục diễn thuyết khoa học nữa! 

Phim  được  tìm  thấy  lại  vào  năm  1983.  Dưới  đây  là  phần  lời  được  dịch  ra  tiếng  Việt. 

Khi bước vào tuổi 85 như tôi, người ta sẽ cảm thấy có nhu cầu mạnh mẽ

hơn thường lệ, muốn làm rõ cuộc đời mình đã diễn ra như thế nào: để có

một cái nhìn về quá trình phát triển cho đến nay, và với một cái nhìn tổng

kết, để tường trình cho chính mình và những người khác, về những cái đã

phấn đấu, và những cái đã đạt được, và cuối cùng để hướng tầm mắt một

lần nữa về tương lai

chuyển từ Nürtingen gần Stuttgart sang Göttingen, và từ đó các con, cháu,

cháu chắt đi phiêu bạt trong vùng Bắc Đức và sinh sôi nảy nở ở đó Phần

lớn trong họ là những nhà thần học, nhà ngữ văn, và tôi có lẽ là người duy

nhất của dòng họ đã trở thành nhà vật lý Tôi cắt nghĩa điều này là do ảnh

hưởng của môi trường xung quanh, vì trong trường tôi, tôi được gây cảm

hứng bởi vị thầy toán học của tôi, tên ông là Herman Müller, một con người

rất có óc khôi hài, và rất khe khắt, có khả năng làm cho chúng tôi say mê về

tất cả những gì là mối liên hệ giữa toán học và khoa học tự nhiên - một mặt

giữa sự chặt chẽ của phương pháp toán học, và mặt khác cái cao cả và vẻ

đẹp của các định luật ngự trị trong tự nhiên Và lúc đó, lý tưởng của cả một

hoạt động khoa học của tôi đã hình thành, lý tưởng mà hôm nay tôi vẫn còn

theo đuổi: đi tìm sự hài hòa ngự trị một mặt giữa sự chặt chẽ của toán học,

và mặt khác sự đa dạng của các định luật tự nhiên ở xung quanh chúng ta;

và từ đó có được khả năng, với sự giúp đỡ của sự sắc bén của logic chúng ta,

và của tư duy của con người, quán triệt được tự nhiên, tìm thấy sự thống

nhất giữa các định luật logic này với các định luật của tự nhiên

Bằng cách này, chúng ta cũng đạt đến sự làm chủ thiên nhiên, và điều

đó đối với tôi luôn luôn là mục đích đẹp đẽ nhất của tất cả hoạt động khoa

học

Chúng tôi, như đã nói, lớn lên trên vùng Bắc Đức, mặc dù nguyên thủy

có gốc rễ là người Schwaben Tôi sinh ra ở Kiel, sau đó về Munich, nơi bố tôi

nhận được lời mời làm giáo sư ở đại học Bố tôi là một người chính thống

của địa phận Schlewig-Holstein của Công tước Augustenburg, và ông

không hài lòng khi thấy Schleswig-Holstein bị Phổ thôn tính Điều đó khiến

ông rời bỏ Holstein và về Munich, làm việc tại đại học ở đó Sau này, hòa

bình được ký kết giữa những người theo Augustenburg và người Phổ, vào

năm mà công chúa chúng tôi, người con gái của Công tước Augustenburg,

trở thành Hoàng hậu Đức Sau này tôi còn nhớ lại bà đã một lần tiếp tôi ở

đây như thế nào với tư cách là hoàng hậu Kỷ niệm thật là đẹp khi nhớ lại

1 Miền Nam-Tây Đức

lúc đó trong một cuộc diễu hành lớn tôi phải đi ngang qua bà, và tôi cúi

chào và buông ra một lời nói về Kiel, rồi bà kéo tôi vào một cuộc nói chuyện,

kéo dài hơn là bình thường, khiến cho vị trưởng ban nghi lễ sau đó, khi tôi

đi ngang qua lại, và sau khi cuộc diễu hành đã chấm dứt, hỏi tôi một cách

rất tò mò rằng chuyện gì đã xảy ra và bà hoàng hậu đã nói những gì với tôi

Tôi phải cười về tình tiết này Vâng, rồi chúng tôi đi về Munich, và tôi theo

học, và chính người thầy toán học của tôi đã làm cho tôi say mê toán học, và

ở đó, tôi bắt đầu những nghiên cứu của tôi Sau đó tôi vào đại học Năm

cuối cùng tôi học tại Berlin, và bắt đầu sự nghiệp với chức vụ Privatdozent1,

và rồi bằng cách này, đời tôi diễn ra trong những thông lệ rất bình thường

Tôi trở thành Provatdozent và sau đó thành giáo sư tại Kiel và Berlin, và từ

1889 tôi ở đây, tại Berlin, trong đại học, đầu tiên là giáo sư ngoại ngạch, sau

đó là giáo sư thực thụ, và bây giờ tôi nghỉ hưu, nghĩa là thực ra một người

Berlin già

Nhưng thực ra những người Berlin già đúng nghĩa không có nhiều,

những người vốn sinh ra ở đây; và đặc biệt trong vòng hàn lâm; người ta di

chuyển từ một đại học này đến một đại học khác, nhưng tôi lại là người

thực sự rất cố cư Một khi người ta đã đáp xuống Berlin, thì khó lòng đi khỏi

nơi đó; bởi vì ở đây, nói cho cùng, là trung tâm điểm của tất cả các phong

trào trí tuệ của nước Đức Với thời gian, nó lại càng mạnh mẽ hơn nữa

Trong mặt nào, việc tập trung hóa đó là điều đáng tiếc Tôi trước đây đã ủng

hộ các trào lưu cao quý của các cung đình: Darmstadt, Dresden, Munich và

Weimar, và tất cả những cái khác; còn nhiều cái khác: Karlsruhe, Dresden,

Leipzig Nhưng tất cả những cái đó đều mất đi ánh hào quang trước Berlin,

như bây giờ, và điều đó là đáng tiếc Nhưng chắc chắn đó là sự biến đổi của

thời gian

Bây giờ tôi muốn kể quý vị chút ít về cuộc đời khoa học của tôi, và có lẽ

đó là cái mà phần lớn quý vị quan tâm, dù không phải tất cả đều hiểu được

hết điều bây giờ tôi nói Những gì tôi nói sẽ khá là vật lý Như đã nói, tôi đã

bắt đầu học đại học ở Munich, nơi tôi đã đến trường Ở đó, các giáo sư

Ludwig Seidel và Gustav Bauer đã dạy tôi toán học, và Philipp von Jolly vật

lý

Tôi vẫn nhớ đến họ trong sự biết ơn Nhưng tôi không thể quên được

những lời nói của vị giáo sư sau cùng, Ngài von Jolly, khi tôi làm một cuộc

1 Một học hàm sau Tiến sĩ ở Đức để có đủ phẩm chất dạy trên đại học và có thể trở thành

Giáo sư ND

từ giã để làm học trình cuối cùng tại Berlin, đúng ngành vật lý lý thuyết

Ông ấy nói như thế này: “Vật lý lý thuyết, đó là một ngành rất đẹp, nhưng

hiện tại lại không có ghế giáo sư cho nó Nhưng cơ bản nó sẽ không đem lại

cái gì mới hơn Vì với sự khám phá nguyên lý bảo toàn năng lượng thì tòa

nhà vật lý lý thuyết đã khá hoàn chỉnh Người ta có thể đó đây quét ra được

một hạt bụi trong một góc này hay góc kia của tòa nhà, nhưng một điều gì

mới mẻ cơ bản thì Ông sẽ không tìm được.”

Nếu những lời nói này không ngăn được tôi đi con đường đã được

nhắm đến, thì không phải đó là vì ý nghĩ mình sẽ làm được điều gì mới, mà

đúng hơn, đó là vì nguyện vọng được nghiên cứu các định luật tự nhiên

nhiều hơn Và ở Berlin đã diễn ra khúc quanh dẫn đến đề tài chính của cả

ngành nghiên cứu của tôi: nghiên cứu các định luật cơ bản của nhiệt động

học Bởi vì cơ học đối với tôi như đã phát triển hoàn chỉnh Trong khi đó các

định luật cơ bản của nhiệt động học đòi hỏi tính hiệu lực cho tất cả các hiện

tượng tự nhiên, bất kể người ta nghĩ thế nào về sự cấu tạo của vật chất, dù

người ta nghĩ nó được cấu trúc như từ những nguyên tử hay một cách liên

tục Trên bầu trời vật lý trước đây khi tôi đến Berlin, các giáo sư Hermann

Helmholtz như nhà thực nghiệm, và Gustav Kirchhoff như nhà lý thuyết,

tỏa sáng Tôi nghe bài giảng của cả hai; nhưng tôi ít quan tâm đến các bài

giảng này, bởi vì chúng không nói về nhiệt Chính các bài viết của Rudolf

Claudius đã lôi cuốn tôi, bằng sự sáng sủa giản dị và sự chặc chẽ của diễn

đạt, đến độ tôi dừng lại tại đó để toàn tâm nghiên cứu các định luật này

Đặc biệt khái niệm entropy được Claudius định nghĩa đã gây sự chú ý của

tôi

Entropy là một đại lượng bên cạnh năng lượng tượng trưng cho cái

quan trọng nhất của cả tự nhiên Năng lượng là bất biến, trong khi entropy

luôn luôn tăng Nó không bao giờ giảm Và đó chính là bản chất của Định

luật thứ hai của nhiệt học, rằng entropy của một hệ thống của các vật thể

chỉ có thể luôn luôn tăng lên; trong trường hợp tới hạn, nó dừng lại bằng

hằng số Nếu nó tăng, thì hiện tượng là không thuận nghịch (không đảo

ngược) Nếu nó không thay đổi, thì hiện tượng thuận nghịch, và người ta

cũng có thể để cho nó đảo ngược được Đó là sự khác biệt lớn trong tất cả

các định luật tự nhiên Và cân bằng nhiệt động học sẽ diễn ra khi entropy

đạt đến trị số cực đại Nếu nó không tăng, thì cũng không có sự thay đổi

nữa của hệ thống

Tất cả các tính chất của một sự cân bằng nhiệt động học bắt nguồn từ