Mai Ninh

 

Ḍng sông bao la

 

Tôi chỉ thật sự thích vật lư vào năm thi bằng cử nhân. Hai năm đầu trên băng ghế một giảng đường chứa hơn bốn trăm sinh viên dự bị lư hoá, tôi học th́ có học, hiểu th́ cũng tạm hiểu – phải vào thư viện t́m sách đọc thêm – làm bài tập và vào pḥng thực nghiệm cũng khá đều đặn. Sinh viên du học với học bổng bị đè trên vai một thứ bổn phận nặng hơn b́nh thường. Trước mặt ông tuỳ viên văn hoá ở toà đại sứ Pháp, tôi cũng như các bạn cùng trường hợp phải nghe thêm một câu mà dặn ḍ th́ ít, đe doạ nhiều hơn : nếu thi hỏng hai năm liền sẽ bị cúp học bổng và ‘‘cho về nước’’. Thời ấy, tôi c̣n nhiều hiếu thắng của tuổi trẻ, không muốn bị ai ‘‘cho về nước’’, tự nhủ sẽ chính ḿnh quyết định một khi học xong như đă hứa với mẹ, một người mẹ đau ḷng để đứa con độc nhất đi xa vạn dặm.

Bản tính thích xă hội văn chương hơn khoa học nhưng tôi vẫn theo ban toán thời trung học, do bạn bè thân đều chọn ban này. Một cách khác, tôi quí bạn nên đi theo. Cũng nhờ bạn mà thời đầu khi sang xứ người tôi dần dần vượt qua những khó khăn ngôn ngữ và thiếu sót kiến thức khoa học, so với đa số bạn bè tây đầm cùng lớp ở đất mới này. Và cũng do bạn, nhờ thầy, tôi bắt đầu yêu khoa học nói chung, vật lư nói riêng.

Tôi đă may mắn có được một người bạn Pháp tử tế thông minh nhận làm bạn đồng song trong giờ làm thực nghiệm. Tử tế, không bao giờ anh ta tỏ vẻ khó chịu trước trăm câu hỏi của tôi, nhiều câu chẳng liên quan ǵ đến thí nghiệm đang thực tập. Lại c̣n giảng giải thêm y như một người anh cả trước cô em út trong nhà, dù chỉ hơn tôi một tuổi. Dĩ nhiên tầm vóc cao lớn và ngôn ngữ cho anh ta sự vững vàng ấy trước một cô sinh viên ngoại quốc bé nhỏ, ngỡ ngàng. Thông minh, anh ta không học gạo mà biết cách chỉ giữ trong đầu những điểm chính yếu. Tôi từng cười chế : ‘‘Moa’’ bảo ‘‘toa’’ khôn, chẳng phải qua cái ǵ lớn lao mà chỉ v́ ‘‘toa’’ biết hết nhược điểm của ‘‘moa’’.

 

Buổi trưa đầu tháng sáu trên đồi cỏ khuôn viên đại học, bọn chúng tôi ngồi ôn bài thi cuối năm thứ hai dự bị. Nh́n các nhành hoa dại phởn phơ hứng nắng sau suốt một mùa đông giá và những ngày xuân mưa phùn ủ ê, tôi nhớ nắng quê nhà hơn bao giờ, rồi lại lo ra. Quay sang nói với cô bạn đầm khá thân và anh ta rằng tôi không biết năm sau ra sao, nếu thi đậu tôi sẽ tiếp tục học cử nhân hay xin đổi sang học dược như một số bạn người Việt đă làm. Họ cho rằng theo ngành ấy chỉ cần giỏi học thuộc ḷng, và như mẹ tôi gửi thư sang nhắn nhủ : Liệu con thích nghề kỹ sư không ? dược sĩ hợp hơn với phụ nữ. Cứ tưởng than thở vậy cho vui, không ngờ anh bạn trợn mắt ngó tôi và phán : ‘‘Toa tưởng ḿnh có nhiều trí nhớ lắm sao !’’

Ngày kết quả vừa niêm yết, tôi khuân đi trả anh ta mấy cuốn sách đă mượn và từ giă nhau cho một cuộc nghỉ hè háo hức. Trong niềm vui chắc chắn sẽ được chính phủ Pháp cấp vé may bay cho về thăm gia đ́nh bè bạn, hồn tôi bay bổng, nhưng anh kéo tôi về thực tại với một giọng già dặn : ‘‘Có bao giờ khi ngồi học, toa nghĩ đến quá tŕnh, chuyển biến của các phát minh khoa học, đến những lập luận dẫn tới các phát minh ấy, nhất là về vật lư không ? Hay toa chỉ biết cho vào đầu những kết quả của chúng bằng cách ghi nhớ phương tŕnh công thức mà thôi ?’’ Mới nghe câu hỏi, tôi tưởng anh ta chê hay trách móc, giương mắt nh́n thẳng vào bạn ḿnh. Nhưng anh không để ư đến nét mặt người đối diện cũng chẳng đợi tôi trả lời, đă nói luôn rằng đấy là điều anh ta tự đặt ra để hỏi chính ḿnh từ một thời gian nay.

Tiếc là người bạn tốt ấy không tiếp tục ngồi trên băng ghế giảng đường cùng tôi, tựu trường niên học mới tôi được chọn vào trường kỹ sư, c̣n anh ta đổi đi thành phố khác. Nhưng những trao đổi với anh làm tôi suy ngẫm và mở đường, trước nhất cho sự tiếp cận với vật lư, rồi sau đó đi theo ngành nghiên cứu của ḿnh. Học để hiểu đại khái hiện tượng khoa học và thuộc công thức, biết cách áp dụng chúng chỉ là để thi đậu lên lớp. Nhưng muốn yêu cái ḿnh học th́ bạn tôi bảo phải có óc ṭ ṃ, t́m hiểu ngọn ngành mới thấy thích thú.

 

Sau năm cử nhân, sinh viên lớp maitrise (một năm sau cử nhân, theo học tŕnh nước Pháp thời ấy) chúng tôi học vật lư với một ông thầy vốn là nhà khoa học tài danh nhưng không nổi tiếng như một người thầy giỏi. Sinh viên chới với sau những giờ dạy của ông, tất cả đều phải chạy vào thư viện t́m sách đọc thêm hay đợi đến những buổi làm bài tập với giảng viên. Không viết dàn bài trên bảng đă đành – sinh viên ở tŕnh độ này hẳn khỏi cần – ông lại ít khi ghi rơ các công thức, phương tŕnh, thảng hoặc ông có viết ǵ trên ấy th́ chữ nhỏ li ti. Ông luôn bước vào lớp với một chồng sách nặng khệ nệ trĩu hai cánh tay, rồi vừa nói thao thao vừa giở một số trang ra chỉ cho chúng tôi những h́nh ảnh. Khi th́ h́nh các thí nghiệm, khi h́nh các cấu trúc vật thể, lúc đường biến thiên giữa hai thông số, hoặc chân dung vài nhà bác học. Hàng ghế đầu cách ông ít nhất hai thước, bọn học tṛ nào thấy ǵ. Chúng tôi có kêu lên th́ ông gục gặc đầu xin lỗi, xích lại gần một tí, nhưng rồi buổi giảng sau vẫn vậy. Suốt năm chúng tôi ngao ngán, tuy thế tính ông rất dễ thương. Nhiều lần vừa vào lớp, đặt chồng sách xuống ông xoa tay, ngước mắt nh́n đám sinh viên : - Các anh chị có cần hỏi ǵ không ? Tất cả im ĺm. Ông gật gù : - Như thế tôi có hai kết luận, một là các anh chị lười chưa xem lại cua lần trước, hai là tôi giảng quá rơ ràng. Chúng tôi chỉ nháy mắt ngó nhau. Nghĩ lại, mấy mươi năm trước, sinh viên tây cũng c̣n sợ thầy ra ǵ, dù buổi ấy có nhiều đứa đă rất nhiệt t́nh trong cách mạng tháng năm 68.

Không ngờ, chính tôi lại là người nói với ông sự thật. Vào kỳ vấn đáp, tôi bốc nhằm một đề tài mà tôi nhớ rơ là bữa ông dạy xong, đi ra khỏi giảng đường chúng tôi cùng nh́n nhau lắc đầu. Nó lại nằm trong những cua cuối của niên khoá. Khi ôn thi, chẳng c̣n thời giờ nên tôi đành bỏ qua. Lúc đến phiên tôi lên bảng, ông hỏi ngay : - Sao không thấy cô sửa soạn câu trả lời ? Tôi cúi đầu ngượng ngập : - Khi ông giảng về đề tài này, bữa đó, tôi không hiểu ǵ cả. Ông rất ngạc nhiên : - Thế mấy người trong lớp th́ sao ? Tôi đành đáp : - Tôi không biết chính xác, nhưng những bạn tôi quen đều vậy. Ông thở dài bảo : - Thôi, cô cứ chọn chương nào cô hiểu. Khi tôi mở cửa bước ra, ông dặn theo : - Bữa nào đến văn pḥng gặp tôi.

Trong khi chờ đợi kết quả chứng chỉ vật lư ấy, tôi vừa thắc thỏm vừa e ngại không hiểu ông thầy muốn nói ǵ với ḿnh. Cuối cùng, sau hôm gặp ông tôi đă thích thú khám phá ra một người thầy lạ lùng, ngoài tưởng tượng. Cứ ngỡ ông sẽ quay lại với đề tài mà tôi bị bí bữa thi vấn đáp hay hỏi thêm về cách giảng bài của ông trong lớp. Nhưng không, chỉ sau vài trao đổi thông thường, bỗng nhiên cao hứng, ông vui thú nói về con đường đi đến với khoa học, với vật lư. Từ những suy ngẫm mang tính triết lư khoa học ông tung ḿnh vào những định luật chế ngự không gian vũ trụ rồi rớt xuống đời sống con người trên trái đất. Rồi cũng từ con người ông trở lại với vật lư. Bước khỏi văn pḥng ông, tôi bật cười một ḿnh, thấy cái lỗ đen hôm thi vấn đáp vẫn tối mịt mùng, nhưng có một thúc đẩy nhóm lên khiến tôi quyết định phải dành thời gian vẽ lại/ngẫm lại con đường đă qua để xem ḿnh đă học/tiếp cận với vật lư như thế nào.

  

Tôi đă làm việc ấy sau tháng hè về thăm quê nhà rồi trở sang Pháp. Nhưng điều làm tôi thích thú không phải là con đường tôi đi – dĩ nhiên thôi – mà là biến chuyển nhanh chóng của vật lư từ cuối thế kỷ XIX trở về đây. Nó toả ra sức hấp dụ lạ lùng khi tôi ngồi lại làm một đúc kết tổng hợp cho ḿnh về quá tŕnh suy luận và khám phá của một số khoa học gia. Vào thời điểm ấy, khi đa số các nhà vật lư cho rằng họ đă hiểu hết về vật thể, hay nếu không, chỉ c̣n thiếu vài chi tiết mà thôi, th́ bỗng nhiên năm 1900 Max Planck trong cuộc nghiên cứu hoàn toàn lư thuyết đă khám phá ra điều cốt lơi của khoa học lượng tử : năng lượng không phát ra một cách liên tục (mang tính chất sóng) như vật lư cổ điển đă quan niệm. Nói một cách khác, ông cho rằng năng lượng bức xạ là những chùm hạt ‘‘quanta’’ (số nhiều của ‘‘quantum’’). Ở thời thượng cổ Hy Lạp, nguyên tử được xem là một đơn vị nhỏ nhất bất- khả-phân (từ chữ Hy Lạp ‘‘atomos’’), nhưng đến cuối thế kỷ XIX, những thí nghiệm của Ernest Rutherford cho thấy nguyên tử là một kết hợp giữa các proton và electron. Quantum của Max Planck giờ mới là đơn vị nhỏ nhất bất-khả-phân ấy. Phát hiện về sự nguyên-lượng-hoá các trao đổi năng lượng này của ông đă khởi nguồn cho những công tŕnh nghiên cứu của nhiều khoa học gia khác như Einstein, de Broglie, Schrödinger, Heisenberg... về tính nhị nguyên hạt/sóng, phương tŕnh sóng, nguyên lư bất định ... Đặc biệt, sự tương quan giữa phát hiện của Planck với ‘‘hiệu ứng quang-điện’’ đă đưa đến khái niệm ‘‘quang tử’’ mà Einstein sáng chế ra năm 1905 và đoạt giải Nobel vật lư mười mấy năm sau. 

Điều khiến tôi thú vị là nếu khởi đầu Einstein không hề tin vào sự hiện hữu của các hạt và đă công nhận là ḿnh không hiểu nguyên nhân của sự chuyển năng lượng không liên tục vốn trái ngược với thuyết liên tục của điện-từ-trường, th́ sau đó, qua khám phá về quantum của Planck, Einstein đă giải thích được những kết quả ông thu nhận từ công tŕnh nghiên cứu về ‘‘hiệu ứng quang-điện’’ ấy. 

 

Khoa học vật lư cứ như thế xuất hiện dàn trải trong đầu cô sinh viên bé nhỏ là tôi như một con sông bao la không thấy bờ bên kia, càng lúc càng dồn dập cuốn rút. Một cánh lá nhỏ xíu rơi vào đó lúc nào không hay.

 

Gần đây, những nhà khoa học quan tâm tới ngành vật lư trong nước Pháp nhận ra sinh viên không c̣n tha thiết theo học, các nghiên cứu viên bỏ mặc hoặc đi làm vật lư ở một vài quốc gia khác như Hoa Kỳ, Trung quốc, Nhật Bản, những nơi mà ngành này là một trong các trung tâm điểm của chiến lược mở mang khai phá. Để lôi kéo họ trở lại, nhân dịp vinh danh ‘‘Năm thế giới về vật lư - 2005’’ nhiều chương tŕnh, hội thảo đă được giới quan tâm ấy tổ chức trên toàn nước Pháp. Chủ tịch Hàn lâm viện về Khoa học và cũng là nhà nghiên cứu cơ học lượng tử, Edouard Brézin, tuyên bố rằng : ‘‘Vật lư hẳn là một ngành khoa học cơ bản, không chỉ cho kiến thức của chúng ta về thế giới – c̣n lâu lắm chúng ta mới đục được bức màn bí mật của vật chất và vũ trụ – nó cũng đem đến vô số ứng dụng cho đời sống hằng ngày’’. Hẳn, thế giới vật chất c̣n chứa vạn điều ẩn mật. Biết bao nhiêu lư thuyết đă được đưa ra ngơ hầu cung ứng cho con người những giải đáp, tuy trong đó có nhiều trả lời sai trật nhưng chính chúng góp phần làm cho khoa học tiếp tục đi tới. Có người c̣n bảo rằng ngay cả các lư thuyết hiện đại như thuyết tương đối, lượng tử đều giản dị là những điều cho đến nay chưa bị phản bác mà thôi.

C̣n về ứng dụng vào đời sống thường nhật của con người, những thành quả nghiên cứu của vật lư và các đóng góp của kỹ thuật tối tân trong thế kỷ XX vừa qua cho đến nay đă đem lại những tiến bộ thật quan trọng trong rất nhiều lănh vực : điện tử, kỹ thuật truyền thông, công nghệ nano, y khoa, vi tính, khí tượng thời tiết...

Chẳng hạn khoa học nano đă trở thành một điều cụ thể từ cách đây khoảng hơn 25 năm, nhờ sự sáng chế ra kính hiển vi điện tử cho phép quan sát trạng thái, vị trí, cách xếp đặt các phân tử, nguyên tử, ion của vật liệu trong những môi trường tiếp cận khác nhau. Rồi sau đó, người ta có thể biến hoá môi trường ấy bằng cách thay đổi nhiệt độ, áp suất, thành phần hoá học, điện-từ-trường v.v... để các phần tử trong vật liệu ấy chuyển đổi vị trí, các ion thay hoá trị tạo thành một cấu trúc như ư muốn, đưa đến một sản phẩm mới có tính chất vật lư đặc thù hoặc có mức độ áp dụng kỹ nghệ cao hơn. Vật liệu mới ở tầm mức nano (1 nm = một phần tỉ mét, 10^-9 m) như thế đang được khai thác ráo riết trong nhiều phạm trù của đời sống hằng ngày.

Thí dụ, trong ngành thực phẩm, các nhà hoá học Hoa Kỳ đă chế ra các ‘‘bọt nano’’ (nanobubbles); chúng được bọc trong lớp vỏ mang cấu trúc riêng biệt có khả năng kháng cự tác hại của áp suất bên ngoài. Chất bọt nano này sẽ giúp bảo toàn thực phẩm và giữ được hương vị chúng lâu dài. Theo giới quan sát các tiến triển kỹ nghệ, chỉ trong ṿng vài ba năm nữa thôi những nước Á châu với ít nhất phân nửa dân số toàn cầu sẽ là một thị trường lớn cho ngành thực phẩm nano.

Các ống than nano đă được đưa vào thử nghiệm y khoa trong nghiên cứu chữa trị ung thư bằng phương pháp hoá học. Một nhóm nghiên cứu viên của đại học Texas - Hoa Kỳ đă làm thử nghiệm : cho thêm ống than nano vào một đĩa cực nhỏ (khoảng hai lần bé hơn một hồng huyết cầu) rồi chích đĩa ấy vào một môi trường cấy tế bào. Sau vài giờ đĩa sẽ vỡ, tiết ra các hoá chất nó chứa đựng. Các ống than sẽ ngấm vào tế bào và tác dụng vào đúng những vị trí cần thiết. Điều sau cùng này là một bước tiến quan trọng so với cách hoá học trị liệu từ trước đến nay vốn chưa được hiệu quả lớn và có thể gây tác dụng xấu cho những tế bào lành mạnh chung quanh bứu ung thư. Ống than nano cũng sẽ có ứng dụng hiệu quả trong xây dựng nhờ chúng cứng rắn hơn thép 100 lần và nhẹ hơn khoảng 10 lần. Về năng lượng, người ta đang tính chuyện phủ ngoài các toà nhà bằng những lớp vật liệu nano để làm công cụ tạo năng lượng mặt trời thay cho điện. 

Trả lời câu hỏi những vật dụng ǵ trong đời thường đă tập hợp nhiều thành quả của vật lư ? E. Brézin không ngần ngại cho rằng đấy là điện thoại và máy vi tính di động. Đầu đọc của chúng là một ứng dụng của spin điện tử. Và có thể trong tương lai chẳng mấy xa, người ta sẽ thấy xuất hiện máy vi tính nano. Không gian sẽ mở rộng mênh mông, c̣n thời gian càng thu ngắn lại.

 

 

Cách đây hơn 12 năm, khi đọc thấy tin một thí nghiệm do 23 nhà nghiên cứu vật lư Ư và Đức với Walter Oelert là người hướng dẫn, thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN, Genève), đă cho ra đời 9 phản nguyên tử hydrogen* đầu tiên, th́ tôi lại lan man tự hỏi : Liệu chắc rằng phản vật chất và vật chất có những phản ứng hoàn toàn khác nhau dưới tác động của các định luật vật lư ? Chúng có mặt ngay từ thời big-bang và đă bị triệt tiêu từ trong trứng nước ? hay c̣n ẩn náu nơi nào trong cái vũ trụ xem chừng vẫn tiếp tục bành trướng nhưng c̣n đầy bí mật này ? Và giả dụ một ngày kia, dưới tác dụng biến đổi của áp suất, nhiệt độ, trường gia tốc, trường hấp dẫn v.v... của vũ trụ, chúng ló đầu ra rồi đụng độ với vật chất th́ khi ấy sự nổ bùng của phản ứng huỷ diệt, theo qui định vật lư mà ta biết, sẽ đưa đến hậu quả khủng khiếp ở mức độ khó lường nào ?

Bao nhiêu năm rời ghế giảng đường, bây giờ thảng hoặc, trong đôi phút thư thả ngửng nh́n bầu trời cao, vẫn như ngày xưa tôi c̣n đầy thắc mắc. Năng lượng tối đến từ đâu ? Đă có những chứng nghiệm thực tế về các hạt quang tử vượt quá vận tốc ánh sáng mấy lần nhờ tác dụng của ‘‘hiệu ứng đường hầm’’ th́ nay, nếu tin vào Einstein : khi một vật đi nhanh hơn ánh sáng là nó trở ngược thời gian, ta sẽ đặt câu hỏi : Vậy bao giờ con người có thể bắn tín hiệu về quá khứ ? Và những người – người thường hay khoa học gia – quan tâm đến vũ trụ, vật chất vẫn thấy con sông ấy măi rộng bao la, chẳng có bến bờ.

 

Mai Ninh

Caen, tháng 7- 2008.

* Cấu trúc của hydrogen : một electron (e^-) quay chung quanh một proton (p^.+). Phản nguyên tử hydrogen là một nguyên tử trung tính, kết hợp của một phản electron (e⁺) quay quanh một phản proton (p ^-).