8 Lý thuyết Ứng đáp Câu hỏi
9.3.2Nghiên cứu ứng dụng
Nghiên cứu ứng dụng được tiến hành để giải quyết các vấn đề thực tế của thế giới đương đại, không phải chỉ là hiểu để mà hiểu (kiến thức vị kiến thức). Có thể nói một cách khác rằng kết quả của các nhà nghiên cứu ứng dụng là để cải thiện cuộc sống con người. Lấy ví dụ, các nhà nghiên cứu ứng dụng có thể điều tra nghiên cứu các cách để:
• Nâng cao năng suất của sản xuất lương thực.
• Xử lý hoặc chữa trị một căn bệnh nào đó.
• Cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng trong nhà, văn phòng hoặc các mô hình khác.
Một số nhà khoa học cho rằng đã đến lúc để chúng ta nên chuyển đổi trọng tâm từ nghiên cứu cơ bản thuần túy sang khoa học ứng dụng. eo hướng này, họ cảm thấy, rất cấp bách phải giải quyết các vấn đề từ quá tải dân số toàn cầu, ô nhiễm môi trường, cho đến sự sử dụng cạn kiệt các nguồn tài nguyên tự nhiên.
Nghiên cứu ứng dụng đã trở nên quan trọng như thế nào trong quá khứ?
Có rất nhiều ví dụ trong quá khứ ở đó các nghiên cứu ứng dụng đã đóng góp lớn trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Trong nhiều trường hợp, ứng dụng đã có một quãng thời gian dài chuyển hóa trước khi các nhà khoa học có được kiến thức tốt và cơ bản về vấn đề khoa học liên quan. (Có thể hình dung một nhà khoa học đứng trong phòng nghiên cứu với những suy nghĩ trong đầu, anh ta tự hỏi mình: “Tôi biết là nó chạy được, nhưng tôi chỉ chưa thực sự hiểu nó chạy như thế nào!"). Dưới đây là một số ví dụ:
• Trong những năm 1950, đèn chân không được sử dụng làm đèn ba cực (tri- ốt) trong các thiết bị điện tử như trong đài phát thanh. Vào năm 1948, 3 nhà nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm Bell thuộc AT& T (John Bardeen, Walter Braain và William Shockley) phát minh ra transistor, một loại đèn ba cực bán dẫn, sau đó đã trở thành cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp điện tử. Sau đó 10 năm, từ transistor mà nhà nghiên cứu Jack Kilby đã phát minh ra mạch tích hợp (thường dùng trong các vi xử lý).
• Vacxin giúp chống lại các loại bệnh tật và cứu sống nhiều người mỗi năm. Lần đầu tiên vacxin được sử dụng đó là vào cuối những năm 1790. Edward
bệnh đã giết chết hàng triệu người. Gần đây, Jonas Salk đã phát triển một loại vacxin bại liệt vào năm 1953; dạng viên uống của loại vacxin này đã được Albert Sabin cung cấp vào năm 1961.
• Một trường hợp may mắn nổi tiếng trong khoa học được ghi nhận vào năm 1928. Ngài Alexander Fleming trong lúc đang cố tìm các chất hóa học phản ứng như chất kháng sinh có tác dụng diệt vi khuẩn. Một mẫu Penicilin vô tình rơi vào mẫu thí nghiệm của ông ta. Ông ngay lập tức nhìn thấy rằng các vi khuẩn xung quanh mẫu không thể lớn lên được, có nghĩa là mẫu này đã cung cấp một kháng khuẩn tự nhiên. Sau nhiều năm nghiên cứu để cô lập và tinh chế, lần đầu tiên thuốc kháng sinh Penicilin được đưa vào thị trường. Fleming nói rằng: “Tự nhiên đã tạo ra Pennicilin và tôi chỉ là người tìm ra nó".
• Khóa Velcro (vải dán) đã được sử dụng thường xuyên trong vài năm gần đây. Nó đã thực sự được khám phá từ những năm 1948 bởi Georges de Mestral. Ông ta để ý thấy rằng các hạt giống của cây Cocklebur chứa những cái móc nhỏ nhằm giúp các hạt này bám lại. Mặc dù sản phẩm của ông đã được đăng ký bản quyền trong năm 1957, nhưng vẫn phải mất nhiều năm sau đó để công nghệ có thể bắt kịp và đưa khóa velcro ra thị trường với giá không quá đắt.
• Một người anh của Earnest Lawrence người sáng lập LBNL, John Laurence, đã lập ra phòng thí nghiệm Donner ở Đại học Berkeley năm 1936. Mục đích của ông là sử dụng chất đồng vị phóng xạ để chữa bệnh cho con người như các bệnh ung thư và các bệnh liên quan tới tuyến giáp. Ngày nay phòng thí nghiệm Donner được xem là nơi sản sinh ra môn y học hạt nhân. ực tế nghiên cứu cơ bản và ứng dụng có phải khác nhau như trắng và đen không?
Sự khác biệt giữa nghiên cứu cơ bản và ứng dụng không phải luôn luôn rõ ràng. Đôi lúc nó phụ thuộc vào hoàn cảnh hay quan điểm của người đánh giá. eo TS. Ashok Gadgil ở LBNL, một cách để nhìn nhận điều đó là hãy tìm cách trả lời câu hỏi: “Khoảng thời gian cần thiết trước khi một chương trình có kết quả thực tiễn từ nghiên cứu là bao lâu?" Nếu để sử dụng được chỉ cần một vài năm, thì nó đó được định nghĩa là nghiên cứu ứng dụng thuần túy.
Nếu để có ứng dụng cần kéo dài trong khoảng 20-50 năm, thì công việc này về bản chất có khi là ứng dụng và có khi lại là cơ bản. Với một nghiên cứu không thể nào nhìn trước được là cần bao nhiêu thời gian để có thể dùng được trong thực tế, thì nó được coi là nghiên cứu cơ bản thuần túy. Ví dụ, ngày nay một số các nghiên cứu đặt nền tảng trên sự phát triển về lò phản ứng hạt
26 CHƯƠNG 9. NGHIÊN CỨU
nhân để cung cấp một nguồn năng lượng điều khiển được cho các thành phố. Đó là một thành quả ứng dụng rõ ràng trong công việc, vì đã có quá nhiều các kỹ thuật được kiểm nghiệm chắc chắn từ khoảng 30- 50 năm trước khi chúng ta có thể thấy chức năng của lò phản ứng hạt nhân được sử dụng. Sự phát triển của năng lượng hạt nhân có thể nói là kết quả của nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng. Vật liệu siêu dẫn là một lĩnh vực nghiên cứu khác về vùng chồng lấn này. Phần lớn các chất dẫn điện là không thực sự hiệu quả; một lượng năng lượng bị mất để đốt nóng khi mà điện tử truyền qua vật dẫn (thường là kim loại). Vật liệu siêu dẫn là các loại vật liệu tiêu tốn rất ít hoặc không tiêu tốn năng lượng khi điện tử truyền qua chúng. Tuy nhiên, các vật liệu siêu dẫn gần đây nhất đã được làm lạnh với heli lỏng đắt tiền tới nhiệt độ dưới−2690C đã hoạt động đúng. Các vật liệu mới hơn được phát triển trong những năm gần đây cho thấy tính chất siêu dẫn tại nhiệt độ cao hơn, chỉ sử dụng ni-tơ lỏng rẻ tiền để làm lạnh. Rõ ràng là, sự phát triển của vật liệu siêu dẫn thực sự là nghiên cứu cơ bản. Tuy nhiên, khi mà vật liệu siêu dẫn được phát triển và có thể được sử dụng dễ dàng như các loại dây đồng, thì rất nhiều các ứng dụng quan trọng sẽ sớm áp dụng, bao gồm cả việc cung cấp điện hiệu quả hơn trong các thành phố.
Xu hướng nghiên cứu khoa học trong những năm gần đây?
Có một chuyển dịch đáng chú ý trong “triết lý" đối với các dạng nghiên cứu đang nhận được đầu tư trong những năm gần đây. Các trường đại học nhận được phần lớn tiền đầu tư của nhà nước từ quỹ hỗ trợ đầu tư khoa học (NSF). Nghiên cứu tại phòng thí nghiệm quốc gia như Phòng thí nghiệm Lawren Berkeley thì nhận tiền đầu tư chủ yếu từ Bộ Năng lượng và Viện Nghiên cứu sức khỏe quốc gia. ốc hội có một ảnh hưởng quyết định định hướng đầu tư cho các dạng nghiên cứu nào, bởi vì đây là nơi phân bổ ngân sách quốc gia. Một số nghị sĩ muốn giảm số tiền đầu tư cho các nghiên cứu cơ bản nào mà không thể đưa đến các ứng dụng sau một thời gian nhất định. “Triết lý" này đã dẫn đến xóa sổ dự án SSC (Super Conducting Super Collider- Máy gia tốc siêu va đập) ở Texas năm 1993. Tại LBNL kinh phí cũng đã bị cắt đối với 2 thiết bị đã có vai trò rất quan trọng trong các nghiên cứu cơ bản trước đây. Đó là máy gia tốc tuyến tính ion nặng đã từng giúp các nhà khoa học tạo ra khá nhiều các nguyên tố “nặng”, còn thiết bị Bevatron đã từng đóng vai trò chính cho ngành y học hạt nhân của phòng thí nghiệm.
Sự chuyển dịch trong ưu tiên quốc gia này đã tạo nên sự lo lắng lớn của nhiều nhà khoa học. Cụ thể là một nhóm 60 nhà khoa học đạt giải Nobel đã đồng ký vào một giác thư gửi đến tổng thống Clinton và tất cả các thành viên quốc hội.
Không phải tất cả các dự án lớn về nghiên cứu cơ bản đều bị cắt giảm. Dự án nghiên cứu Gen ở người (Human Genome Project-HPG) là một cuộc phiêu lưu dài ở đó
toàn bộ các nhiễm sắc thể ở người sẽ được tìm hiểu bằng hai con đường chính. Hướng thứ nhất, mỗi nhiễm sắc thể sẽ được phân tích theo con đường hóa học để xác định chính xác chuỗi phân tử di truyền, thường được gọi là DNA. Hướng thứ 2, mỗi nhiễm sắc thể sẽ được lập bản đồ để xác định chính xác vị trí của mỗi gen trong nhiễm sắc thể. Tuy nhiên, để có được hiểu biết về bản chất của nhiễm sắc thể người, thì những nghiên cứu của HGP cũng được mở rộng cho các dạng sinh vật đơn giản hơn (ví dụ: ruồi giấm, giun và men). Mục tiêu cuối cùng mà chương trình mong muốn đạt tới là có thể chữa trị các căn bệnh gây ra bởi sự di truyền như là chứng xơ hóa, u và bệnh bạch cầu… bằng những phương pháp mới trong y học như là liệu pháp gen chẳng hạn. Các ngành công nghiệp ngày nay thực hiện ít các nghiên cứu cơ bản. Xuất phát từ bản chất cạnh tranh của kinh doanh trên thế giới, các nghiên cứu mang tính thương mại tập trung vào những nghiên cứu có thời gian phát triển dưới 10 năm để tạo ra sản phẩm hoặc quy trình mới. Các doanh nghiệp không thể kham nổi các nghiên cứu quá dài hạn. Kết quả là các trường đại học, các phòng thí nghiệm quốc gia (như LBNL) phải chịu trách nhiệm về các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng dài hạn. Ví dụ, hiện tại có khá nhiều nghiên cứu ứng dụng đang được triển khai tại LBNL. “Phân ban năng lượng và môi trường” (thật ra là nó đã được đổi tên từ “phân ban các khoa học ứng dụng” trong những năm 1980) là một ví dụ chuyên về loại hình này. Các hoạt động gần đây của phân ban này bao gồm sự phát triển hệ thống làm sạch nước sử dụng bức xạ cực tím, nghiên cứu tia radon xâm nhập vào nhà cửa ra sao, phân tích sự tích tụ ôzon trong nhà cửa và chế tạo các vật liệu xây dựng tiết kiệm năng lượng cao….