5. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN LUẬN VĂN
4.2.2Quá trình xét giải
Giải Nobel Vật lý (Tiếng Thụy Điển: Nobelpriset i fysik) là giải thƣởng thƣờng niên của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển. Đây là một trong năm giải thƣởng Nobel đƣợc thành lập bởi di chúc năm 1895 của Alfred Nobel, dành cho những đóng góp nổi bật trong lĩnh vực vật lý học. Theo lời của Nobel trong di chúc, Giải Nobel thƣởng đƣợc quản lý bởi Quỹ Nobel và đƣợc trao bởi ủy ban gồm năm thành viên đƣợc lựa chọn từ Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển.
Giải Nobel Vật lý lần đầu tiên đƣợc trao cho Wilhelm Conrad Röntgen, ngƣời Đức. Mỗi ngƣời đoạt giải Nobel đều nhận đƣợc huy chƣơng Nobel, bằng chứng nhận và một khoản tiền. Mức tiền thƣởng đã đƣợc thay đổi trong suốt những năm qua. Năm 1901, Wilhelm Conrad Röntgen nhận đƣợc khoản tiền 150.782 krona, tƣơng đƣơng với mức tiền 7.731.004 krona vào tháng 12 năm 2007.
Năm 2012, Giải Nobel Vật lí đƣợc trao cho 2 nhà khoa học: Serge Haroche (ngƣời Pháp) và David J. Wineland (ngƣời Mỹ) với công trình nghiên cứu về quang học lƣợng tử. Lễ trao giải thƣởng đƣợc tổ chức tại Stockholmvào ngày 10 tháng 10, nhân dịp kỉ niệm ngày mất của Nobel.
John Bardeen là ngƣời duy nhất đoạt hai giải Nobel Vật lý vào năm 1956 và 1972. Marie Curie là ngƣời phụ nữ duy nhất đoạt hai giải Nobel trong hai lĩnh vực khác nhau: Giải Nobel Vật lý năm 1903 và Giải Nobel Hóa học năm 1911. William Lawrence Bragg là ngƣời đoạt giải Nobel trẻ nhất từ trƣớc tới nay: ở tuổi 25. Có hai ngƣời phụ nữ đoạt giải thƣởng này là: Marie Curie và Maria Goeppert-Mayer (1963). Tới năm 2012, Giải Nobel đã đƣợc trao cho 193 cá nhân. Có 6 lần Giải Nobel không đƣợc tổ chức là: 1916, 1931, 1934, 1940-1942.
GVHD: Ths. Nguyễn Hữu Khanh 71 SVTH: Quách Thùy Dƣơng 4.2.3 Những nhà vật lý không nhận đƣợc giải thƣởng Nobel
Thomas Edison và Nikola Tesla, hai nhà phát minh nổi tiếng Thế giới cuối thế kỉ XIX và XX đƣợc coi là những ứng cử viên nặng ký cho Giải Nobel Vật lý năm 1915, nhƣng không ai trong số họ giành đƣợc giải thƣởng này cho dù cả hai đều đóng góp rất lớn cho sự tiến bộ của khoa học và kỹ thuật. Nhiều ngƣời tin rằng ủy ban xét giải đã loại cả hai ngƣời do những mâu thuẫn cá nhân giữa hai nhà phát minh này, nhiều bằng chứng cho thấy cả Edison và Tesla bằng cách này hay cách khác đã tìm cách hạ thấp những cống hiến và sự xứng đáng đoạt giải của ngƣời kia, đồng thời thề sẽ từ chối giải nếu phải cùng nhận hoặc nhận sau địch thủ của mình—nhƣ đồn đại của giới truyền thông. Dù sao thì cũng rất đáng tiếc khi trong danh sách những ngƣời nhận giải không có tên Tesla và Edison. Cần biết rằng lúc này Tesla đang rất cần hỗ trợ về tài chính, chỉ một năm sau khi đƣợc đề cử không thành, ông đã lâm vào cảnh phá sản.
Hình 4.5: Nikola Tesla và Thomas Edison
Nhà Vật lý nữ ngƣời Áo Lise Meitner đã đóng góp rất lớn vào việc phát hiện ra hiện tƣợng phân hạch năm 1939 nhƣng không bao giờ đƣợc nhận Giải Nobel Vật lý. Trong thực tế, chính bà chứ không phải Otto Hahn, ngƣời đƣợc nhận Giải Nobel Hóa học năm 1944 "vì tạo ra nguyên tố mới nhờ phản ứng phân hạch", đã lần đầu tiên đề cập đến hiện tƣợng phân hạch đồng vị phóng xạ sau khi phân tích các dữ liệu thí nghiệm và cùng Otto Robert Frisch áp dụng thành công mẫu giọt chất lỏng của Niels Bohr để giải thích hiện tƣợng này. Nhiều ngƣời cho rằng Meitner không đƣợc trao giải vì tình trạng trọng nam khinh nữ phổ biến đầu thế kỉ 20 trên Thế giới và ngay trong thành phần ủy ban xét giải, đã dẫn đến những cống hiến của bà bị xem nhẹ và gạt khỏi danh sách trao giải.
Giải Nobel Vật lý năm 1956 đƣợc trao cho William Shockley, John Bardeen và Walter Brattain "vì phát minh transistor" trong khi thực tế đã có nhiều phát minh trƣớc đó liên quan đến việc hình thành transistor nhƣ các mẫu transistor hiện đại do Julius Edgar Lilienfeld đăng ký bằng sáng chế từ năm 1928.
Ngô Kiện Hùng là nhà Vật lý nữ đƣợc mệnh danh "Đệ nhất phu nhân của Vật lý", "Marie Curie của Trung Quốc", bà đã chứng minh bằng thực nghiệm sự vi phạm bảo toàn tính chẵn lẻ năm 1956 và là phụ nữ đầu tiên đƣợc nhận Giải Wolf cho Vật lý. Tuy vậy đến tận khi mất năm 1997, bà vẫn không đƣợc xét trao Giải Nobel Vật lý. Chính Ngô Kiện Hùng đã đề cập thí nghiệm của mình với Lý Chính Đạo và Dƣơng Chấn Ninh, giúp cho hai nhà Vật lý này chứng minh thành công lý thuyết về sự vi
GVHD: Ths. Nguyễn Hữu Khanh 72 SVTH: Quách Thùy Dƣơng
phạm bảo toàn tính chẵn lẻ trong phân rã điện tử. Lý và Dƣơng đã đƣợc nhận Giải Nobel Vật lý vì công trình này, tƣơng tự trƣờng hợp của Meitner, dƣ luận đã chỉ trích việc ủy ban không đồng trao giải cho Ngô Kiện Hùng nhƣ là một biểu hiện của việc trọng nam khinh nữ trong xét giải của Ủy ban Giải Nobel.
Hình 4.6: Ngô Kiện Hùng
Năm 1974 giải đƣợc trao cho Martin Ryle và Antony Hewish "vì những nghiên cứu tiên phong trong lĩnh vực Vật lý thiên văn vô tuyến". Hewish đƣợc trao Giải Nobel Vật lý với lý do riêng là đã phát hiện ra xung tinh, nhƣng thực tế thì nhà Vật lý này ban đầu đã giải thích những tín hiệu thu đƣợc là liên lạc của "những ngƣời nhỏ bé da xanh" ("Little Green Men", ám chỉ ngƣời ngoài hành tinh) với Trái Đất. Sự giải thích chính xác chỉ đến khi David Staelin và Edward Reifenstein phát hiện ra một xung tinh ở tâm của Tinh vân con cua (Crab Nebula). Sau đó, Fred Hoyle và nhà thiên văn Thomas Gold đã giải thích chính xác pulsar là những sao neutron quay rất nhanh trong từ trƣờng mạnh nên bức xạ sóng vô tuyến đều đặn và mạnh nhƣ là việc phát ánh sáng của một ngọn hải đăng. Jocelyn Bell Burnell, học trò do Hewish hƣớng dẫn, cũng không đƣợc xét trao giải, mặc dù cô là ngƣời đầu tiên đề cập đến các nguồn sóng vô tuyến từ ngoài vũ trụ mà sau đó đƣợc chứng minh là bắt nguồn từ các pulsar. Một trƣờng hợp tƣơng tự cũng liên quan đến Vật lý thiên văn là Giải Nobel Vật lý năm 1978, năm đó hai ngƣời chiến thắng là Arno Allan Penzias và Robert Woodrow Wilson "vì đã phát hiện ra bức xạ phông vũ trụ" (CMB), trong khi ban đầu chính bản thân hai ngƣời này cũng không thể hiểu đƣợc tầm quan trọng to lớn của phát hiện này và cũng không giải thích đƣợc chính xác nguồn gốc của các tín hiệu tìm thấy.
Trong những năm gần đây, Giải Nobel Vật lý cũng không thoát khỏi chỉ trích từ giới khoa học và dƣ luận. Giải năm 1997 đƣợc trao cho Chu Đệ Văn, Claude Cohen- Tannoudji và William Daniel Phillips "vì đã phát triển phƣơng pháp làm lạnh và bẫy nguyên tử bằng laser" trong khi những công trình tƣơng tự đã đƣợc các nhà Vật lý Nga thực hiện từ hơn một thập kỉ trƣớc đó.
4.3 TÌM HIỂU MỘT SỐ CÔNG TRÌNH QUANG HỌC NHẬN ĐƢỢC GIẢI THƢỞNG NOBEL DANH GIÁ GIẢI THƢỞNG NOBEL DANH GIÁ
4.3.1 Từ vật lý cổ điển đến vật lý lƣợng tử
4.3.1.1 Wilhelm Röntgen khám phá ra tia X - người đầu tiên đoạt giải Nobel Vật lý năm 1901 năm 1901
GVHD: Ths. Nguyễn Hữu Khanh 73 SVTH: Quách Thùy Dƣơng
Rontgen (1845 –1923), tên đầy đủ là Wilhelm Conrad Rontgen, sinh ra tại Lennep, Đức, là một nhà vật lý, giám đốc Viện vật lý ở Đại học Würzburg.
Hình 4.7: Wilhelm Conrad Rontgen
Năm 1869, khi mới 25 tuổi, ông nhận bằng Tiến sĩ tại Đại học Zurich. Năm 1874 Röntgen trở thành giảng viên tại Đại học Strasbourg. Suốt các năm tiếp theo ông công tác tại nhiều trƣờng đại học khác nhau và trở thành nhà khoa học xuất sắc. Năm 1875 ông trở thành một giáo sƣ tại Học viện Nông nghiệp ở Hohenheim, Württemberg. Năm 1876, ông trở lại Strasbourg làm giáo sƣ vật lý và năm 1879 ông đƣợc bổ nhiệm là giáo sƣ vật lý của Đại học Giessen. Năm 1888, ông đƣợc bổ nhiệm làm giáo sƣ vật lý và ông đồng thời trở thành giám đốc Viện vật lý của Đại học Würzburg.
Vào ngày 8 tháng 11 năm 1895, ông đã khám phá ra sự bức xạ điện từ, loại bức xạ không nhìn thấy có bƣớc sóng dài mà ngày nay chúng ta đƣợc biết đến với cái tên tia X-quang hay tia Röntgen. Nhờ khám phá này ông trở nên rất nổi tiếng.
Năm 1901 ông đƣợc nhận giải Nobel Vật lý lần đầu tiên trong lịch sử vì những đóng của ông.
* Khám phá ra tia X-quang – một phát hiện lịch sử
Thế kỷ thứ XIX là thời đại của ông. Thời đó, động cơ hơi nƣớc đƣợc coi là phát minh kiệt xuất của nhân loại, kế đó là những sáng chế tiêu biểu nhƣ: xe đạp, máy quay đĩa, điện thoại, điện ảnh… Những môn khoa học cơ bản nhƣ: Toán, Lý, Hóa, Sinh… vẫn còn biệt lập nhau và cách nhau rất xa. Những kiến thức lý thuyết còn phát triển chậm, cho nên, nhà nghiên cứu, trƣớc hết, phải là nhà thực nghiệm giỏi. Ở vào thời kỳ này, nhất là vào những năm 1890, các nhà vật lý tên tuổi đổ xô vào tìm hiểu phát minh mới của Faraday và Hittorf và ―Hiện tƣợng phóng điện trong không khí loãng‖. Tia điện khi đó là đề tài hấp dẫn, là ―mốt‖ theo đuổi của nhiều nhà khoa học, trong đó có Rontgen.
Kể từ tối ngày 7/11/1895, phòng thí nghiệm Viện Vật lý thuộc trƣờng Đại học Tổng hợp Wurtzbourg (cách Berlin 300 km về phía tây nam), Giám đốc Rontgen ―chong đèn‖ thâu đêm mải mê nghiên cứu dòng điện vận chuyển trong ống chân không, còn gọi là ống Crookes – Hittorf, (đó là tên của nhà vật lý kiêm Chủ tịch Hội
GVHD: Ths. Nguyễn Hữu Khanh 74 SVTH: Quách Thùy Dƣơng
đồng Hoàng Gia Anh và sáng chế của Crookes đã ra đời cách ngày ấy 40 năm). Rontgen có ý định làm lại các bƣớc thí nghiệm với ống chân không này.
Một trong những thiết bị mà Rontgen rất chú ý đến là ống tia âm cực. Đó là một ống thuỷ tinh chân không có hai điện cực ở hai đầu, đƣợc cung cấp điện áp cao thế từ cuộn dây Ruhmkorff và nếu áp suất trong ống thấp, chúng sẽ taọ ra sự phát sáng huỳnh quang (phosphorescence) khi tác động bởi một chùm electron phát sinh từ âm cực.
Ông đặt một màn chắn giữa ống và tia âm cực với bản thủy tinh (trong đó có tráng một lớp hỗn hợp phát quang). Khi bật công tắc điện thì màn chắn có chứa barium plation – cyamit (ta thƣờng gọi là Xyanuabari) đặt trƣớc ống chân không bỗng phát ra thứ ánh sáng xanh nhè nhẹ, nhƣng sao nó lại có vẻ khác lạ so với tia điện chúng ta thƣờng biết đến ? Khi rút phích điện ra khỏi ổ cắm, ánh sáng kỳ lạ kia biến mất. Ông kiểm tra lại nơi phát sáng, tình cờ ông thấy tấm bìa tẩm platinocyanure de baryum ở đó. Ông suy đoán: có thể từ chính cái ống crookes kia đã phát ra ―một cái gì đó‖, rồi chính nó lại kích thích chất huỳnh quang trên màn hình. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Rontgen tự hỏi: ―Hay tấm bìa phát sáng ? hoặc một khúc xạ nào đó của tia điện? Hay ống nghiệm phát sáng?‖ Ông làm lại thí nghiệm đó bằng cách thử dùng giấy đen bịt kín ống nghiệm lại xem sao. Rontgen thốt lên: ―Lạ thật! Kết quả vẫn nhƣ cũ‖. Ông dự đoán: ―có thể đây là một tia rất mới. Nó xuyên qua cả giấy đen‖.
Bà Bertha – ngƣời vợ thân yêu của ông thấy chồng có vẻ đăm chiêu hơn mọi ngày. Ngồi ăn cơm bên nhau mà bà không dám hỏi, e ngại dòng suy nghĩ của chồng bị ngắt quãng. Cả đêm hôm đó ông không thể chợp mắt đƣợc. Ông muốn lao sang phòng thí nghiệm ngay tức khắc. Ông suy đoán miên man không sao ngủ đƣợc. Rồi đột nhiên, ông thốt lên thành lời: ―Phải rồi! May ra chỉ có giấy ảnh mới kiểm chứng đƣợc khả năng xuyên qua giấy đen của thứ tia mới lạ đó‖.
Trời vừa mới sáng, ông sang phòng thí nghiệm ngay, lấy từ trong ngăn kéo ra tập giấy ảnh mới mua. Ông bắt tay vào thí nghiệm với giấy ảnh. Rồi giao cho Marstaller – nhân viên của phòng mang đi in thành ảnh. Chỉ ít phút sau đã thấy Marstaller quay trở lại, anh tỏ ra ấp úng: ―Tôi…, tôi… trót mở tung gói giấy ra làm cho chúng đen lại‖. Nhƣng Rontgen nhìn kỹ lại và thấy nó không đen đều. Ông quan sát kỹ hơn thì thấy: có in hình chữ nhật và ở giữa là hình tròn tựa nhƣ chiếc nhẫn. Nhìn vào trong ngăn kéo, ông thấy có một tấm bìa cứng kích thƣớc bằng đúng hình chữ nhật kia và trên đó đặt chiếc nhẫn của ông. Ông chợt nhớ lại: Hai nhà khoa học Kelvin và Gabriel (ngƣời Anh) 15 năm về trƣớc có lần nói đến một số tia lẫn trong tia điện. Phải chăng nó là đây ? Nhƣng sao suốt 15 năm qua không ai tìm ra nó ? Ông ngồi nhìn lại tấm hình trên giấy ảnh. Rồi lại đặt lên bàn, tập trung đến cao độ để giải thích hiện tƣợng này.
Bertha kể lại rằng: ―Trong suốt thời gian chung sống với nhau, khoảng gần 25 năm bà chƣa bao giờ thấy ông ấy vui vẻ, rạng rỡ đến nhƣ thế‖. Gần đến ngày lễ Giáng Sinh rồi, nhƣng ông vẫn quyết định thử nghiệm lại một lần nữa.
Lần này, Rontgen đƣa thiết bị sang phòng bên cạnh, kéo các rèm cửa lại để làm phòng tối. Gần ống nghiệm có một màn huỳnh quanh. Khi công tắc bật lên, tia lửa điện xuất hiện ngay trong ống và màn huỳnh quang lại phát sáng. Rontgen bịt ống
GVHD: Ths. Nguyễn Hữu Khanh 75 SVTH: Quách Thùy Dƣơng
nghiệm bằng ống giấy, rồi chuyển màn hình quay trở lại phòng thí nghiệm cũ. Ngăn cách hẳn một cánh cửa gỗ, nhƣng màn huỳnh quang vẫn sáng, tuy có yếu hơn trƣớc đôi chút. Lần này thì ông bỏ ống giấy ra, nhƣng đặt thêm một quyển sách khá dày trƣớc màn hình. Ông thận trọng bật công tắc. ―Chà ! Kết quả vẫn không thay đổi‖. Ông mừng rỡ thật sự. Suy tính trong giây lát, một tay ông nâng màn hình lên, tay kia đƣa ngay vào tầm của màn huỳnh quang. Thật là sửng sốt! Ông nhìn thấy những đốt xƣơng bàn tay của chính mình, cả đƣờng gân và mạch máu. Thú vị thay là bộ xƣơng ấy đang sống, nó chuyển động theo sự điều khiển của ông. Rontgen lại tiếp tục đƣa vào những vật cản khác, bằng nhiều chất liệu, cuối cùng ông rút ra kết luận: ―Tia đặc biệt này có khả năng xuyên qua giấy, gỗ, vải, cao su, phần mềm của cơ thể… Nhƣng không đi qua đƣợc kim loại, nhất là những kim loại có tỷ trọng lớn, không đi qua đƣợc một số bộ phận cơ thể, nhất là những bộ phận có chứa nguyên tố nặng nhƣ xƣơng. Mặt khác, nó không bị ảnh hƣởng bởi từ trƣờng, hay điện trƣờng, nó làm cho không khí trở nên dẫn điện hiện lên phim ảnh…‖
Nhà phát minh bỗng cảm thấy cần phải chia sẻ với ngƣời vợ thân yêu của mình. Ông đặt bàn tay bà lên trên tấm kính ảnh. ống nghiệm của ông thì để ở dƣới gậm bàn. Ông dăn vợ: đừng có động đậy bàn tay đang đặt ở trên bàn. Thế là pô ảnh đầu tiên bằng tia mới chƣa kịp đặt tên đã đƣợc ông chụp cho chính bàn tay mềm mại của ngƣời vợ thân yêu. Tấm ảnh chƣa kịp khô, Roentgen đã lấy ra cho vợ xem. Những đốt xƣơng tay của Bertha hiện lên thật rõ nét, cả chiếc nhẫn mà bà đeo trên ngón tay trỏ nữa, chúng đều hiện lên rõ mồn một. Hôm đó là ngày 22/12/1895.
Hình 4.8: Ảnh chụp bàn tay của bà Anna Bertha Ludwig
Về sau này, ngƣời ta ca ngợi tấm hình ―là bản chụp hình xƣơng ngƣời đầu tiên trong lịch sử y học‖. Từ đây, nó giúp cho con ngƣời có thể thấy đƣợc cơ quan nội tạng của mình mà trƣớc đó không có cách gì thấy đƣợc. Thành công của Rontgen làm mọi ngƣời hết sức kinh ngạc.
Gần 7 tuần đã trôi qua, ông miệt mài ở trong phòng thí nghiệm để đánh giá nhận định mô tả lại và rút ra những kết luận tổng quát về tia mới mà ông vừa tìm ra và