Gặp gỡ nhà khám phá ra hạt quark: Murray Gell-Mann

Chia sẻ: Quynh Nguyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:9

Thêm vào BST

Báo xấu

59
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đôi nét về các sách phổ biến kiến thức vật lí và khoa học trong thập niên 1980 Cuối thập niên 1980, vật lí học đã đạt tới cao điểm lịch sử của nó giống như hồi cuối thế kỉ 19.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Gặp gỡ nhà khám phá ra hạt quark: Murray Gell-Mann

Gặp gỡ nhà khám phá ra hạt quark: Murray Gell-Mann Đôi nét về các sách phổ biến kiến thức vật lí và khoa học trong thập niên 1980 Cuối thập niên 1980, vật lí học đã đạt tới cao điểm lịch sử của nó giống như hồi cuối thế kỉ 19. Cơ học lượng tử, thuyết tương đối và các lí thuyết tương tác hạt nhân đã thay thế cho cơ học Newton, hệ phương trình Maxwell và thuyết nguyên tử là nền tảng cơ sở của vật lí học, nhưng các lí thuyết siêu dây và lạm phát vũ trụ đề xuất những ý tưởng cơ bản khác cho đến bấy giờ chưa phát hiện ra. Liệu các lí thuyết mới có hoàn thành tấm thảm thêu vật lí, hay chúng sẽ làm cho nó tháo rời ra từng sợi chỉ một, giống hệt như sự phóng xạ và lượng tử Planck đã làm trong những thập niên đầu của thế kỉ 20? Những câu hỏi kiểu như thế đã lèo lái nghiên cứu của Stephen Hawking tại Cambridge. Hawking còn bị mê hoặc bởi câu hỏi nêu ra bởi những người có học nhưng không phải là nhà vật lí, và ông cất công đi trả lời những câu hỏi đó. Kết quả là quyển sách năm 1988 mang tựa đề Lược sử thời gian: Từ Big Bang tới các lỗ đen. Khi độc giả xem qua các trang sách trên, họ bắt gặp nhiều ý tưởng thách thức quan điểm trực giác của họ về không gian, thời gian, và vật chất. Đối với nhiều người, quyển sách mang lại một chuyến du ngoạn trí tuệ thú vị, nhưng rốt cuộc họ gặp khó khăn ở việc giải thích cái họ vừa học được. Tuy nhiên, phong cách hành văn cuốn hút của Hawking khiến độc giả đi giới thiệu quyển sách ấy với bạn bè của mình. Quyển sách trên lập tức trở thành sách bán chạy nhất, mặc dù đa số mọi
người mua nó chưa bao giờ đọc trọn vẹn hoặc xem qua hết các điểm trình bày trọng yếu nhất của nó. Đối với họ, thế là đủ để chia sẻ với sự nhiệt tình của Hawking dành cho những câu hỏi và tranh luận của ông về thời gian, không gian, vật chất và năng lượng. Độc giả còn thấy quyển sách ấy nổi tiếng vì sự nỗ lực khi Hawking viết nó. Hawking bị liệt cả tay chân nên ông phải nói chuyện với sự hỗ trợ của một máy vi tính và một máy phân tích giọng nói, ông điều khiển chúng với sự hỗ trợ của một dụng cụ phản ứng với những cử động nhẹ của bàn tay ông. Một con người tật nguyền mà vẫn làm công tác khoa học và viết một cuốn sách như vậy cho đông đảo công chúng thật sự là đáng kính nể. Mặc dù Lược sử thời gian thu hút sự chú ý của công chúng, nhưng Hawking không phải là nhà khoa học nổi tiếng nhất của thập niên 1980. Vinh quang đó thuộc về Carl Sagan, một tác giả của nhiều quyển sách khoa học thường thức và các bài báo đăng trên các tạp chí nói về khoa học, trong đó có quyển sách năm 1979 của ông, Trí tuệ Broca, nói về sự sống ngoài hành tinh và sự sống nhân tạo, tác phẩm giành giải thưởng Politzer, một trong những giải thưởng danh giá nhất trong giới nghệ thuật và văn chương. Sagan còn là một nhân vật truyền hình với sự xuất hiện khá thường xuyên với tư cách khách mời trong chương trình Tonight Show with Johnny Carson của hãng NBC và là người chỉ đạo loạt phim truyền hình Vũ trụ, tác phẩm mang lại tập sách bán chạy nhất có cùng tiêu đề.
Carl Sagan nổi tiếng với các sách phổ biến khoa học và loạt phim truyền hình Vũ trụ. (Ảnh: Đại học Cornell, AIP Emilio Segrè Visual Archives) Niềm đam mê khoa học lớn nhất của Sagan là dành cho tìm kiếm sự sống trên những thế giới khác, cái ông thường liên hệ với các vấn đề môi trường trên trái đất. Luận án tiến sĩ của ông vào cuối thập niên 1950 bao gồm một phân tích khí quyển của Kim tinh, nơi ông cho rằng giàu carbon dioxide đến mức nó gây ra một hiệu ứng nhà kính không kiểm soát nổi, hiện tượng trong đó bầu khí quyển của một hành tinh tác dụng như thể một nhà kính thủy tinh. Bầu khí quyển ấy trong suốt với năng lượng mặt trời ở dạng ánh sáng khả kiến, chúng truyền qua và làm nóng bề mặt của hành tinh, nhưng nó giữ lại ánh sáng hồng ngoại phát ra bởi bề mặt nóng của hành tinh. Trên Kim tinh, Sagan kết luận, hiện tượng đó dẫn tới nhiệt độ bề mặt đủ nóng để làm tan chảy nhôm. Liệu một số phận tương tự có xảy đến với trái đất không? Từ lâu trước khi sự ấm lên toàn cầu trở thành một đề tài chính trị nóng bỏng trên thế giới, Sagan là một trong những nhà khoa học đầu tiên gióng lên tiếng chuông cảnh báo về tốc độ đang tăng dần của sự đốt nhiên liệu hóa thạch. Sự đốt nhiên liệu đó đã tạo ra sự gia tăng có thể đo được lượng carbon
dioxide khí quyển trên Trái đất. Sự gia tăng trong tương lai làm tăng thêm rủi ro của sự ấm lên toàn cầu và phá vỡ khí hậu của Trái đất. Cuối thập niên 1980, một số nhà khoa học đã thấy những dấu hiệu rắc rối rằng những biến đổi ấy đã bắt đầu, mặc dù các quan sát đó cũng có thể giải thích là sự biến thiên thông thường thôi. Cho dù một xu hướng như thế đã bắt đầu, nhưng hãy còn quá sớm để nói các hoạt động của con người, như sự đốt dầu mỏ và than đá, có là nguyên nhân cho những biến đổi đó hay không. Trong khi đó, Sagan và các đồng sự của ông nhìn thấy một nguy cơ còn lớn hơn nữa cho sự sống trên Trái đất, một hiện tượng gọi là mùa đông hạt nhân mà họ cho rằng sẽ là kết cục cho một chiến tranh hạt nhân trong đó các bên tham chiến cho nổ hết các kho vũ khí nhiệt hạch của mình. Trong một bài báo khoa học trở nên nổi tiếng là TTAPS, viết tắt 5 kí tự đầu của các tác giả (S là Sagan), các nhà nghiên cứu đã đưa ra một phân tích dựa trên kết quả của đội Alvarez và những người khác về những sự biến đổi khí hậu toàn cầu diễn ra sau vụ va chạm tiểu hành tinh đã kết thúc Kỉ Phấn trắng. Sự kiện đó đã tạo ra một đám mây bụi toàn cầu và một cơn bão đá rực rỡ thổi tung lên không gian và rơi trở vào Trái đất dưới dạng các thiên thạch, làm các cánh rừng khắp toàn cầu cháy lên rừng rực. Trong nhiều năm, một màn khói bụi bao phủ chặn hết đa phần ánh sáng mặt trời, và mang lại thời tiết băng giá trên khắp hành tinh. TTAPS cho rằng một cuộc chiến tranh hạt nhân có thể làm dâng lên một đám mây bụi tương tự với kết cục không kém phần thảm khốc. Như thường xảy ra với những khẳng định mang tính kịch tính như vậy, bài báo TTAPS vấp phải nhiều chỉ trích bởi những người không tán thành quy mô của sự biến đổi khí hậu do mà một cuộc chiến hạt nhân có thể gây ra. Tuy nhiên, các dự báo TTAPS đã bổ sung thêm một xu hướng mới vào những cuộc thương thuyết quốc tế về sự phổ biến hạt nhân. Nó thường được xem là một yếu tố quan trọng trong động thái đưa các quốc gia tiến đến hiệp ước cắt giảm vũ khí hạt nhân trong thập niên 1980. Sagan có vẻ là người thứ năm trong 5 tác giả của nghiên cứu ấy, nhưng rõ ràng ông là người giành được nhiều sự ủng hộ của công chúng. Thật trớ trêu, các lập luận của ông ủng hộ cho các kết luận của nghiên cứu trên đã phá vỡ
một nguyên tắc mà nhờ đó ông trở nên nổi tiếng: “Các khẳng định không bình thường đòi hỏi bằng chứng không bình thường”. Bằng chứng cho mùa đông hạt nhân không phải là không bình thường, và Sagan biết thế. Nhưng theo quan điểm của ông, các hệ quá mới là thảm khốc – còn tồi tệ hơn cả sự tàn phá không thể tưởng tượng nổi mà bản thân các quả bom sẽ gây ra. Thế giới sẽ không có cơ hội để kiểm chứng xem kết quả TTAPS lạ thường đó có đúng hay không. Matthew Blakeslee (New Scientist)  Murray Gell-Mann là nhà khoa học từng đạt giải Nobel vật lí và hiện vẫn đang nghiên cứu về cơ học lượng tử, nhưng ở tuổi 80, nay ông muốn quay trở lại với niềm đam mê ngày xưa của mình – đó là nghiên cứu ngôn ngữ học. Trước khi cuộc phỏng vấn của tôi với Murray Gell-Mann chính thức bắt đầu, chúng tôi đã đi ăn trưa. Chúng tôi đang ở Viện Santa Fe nằm ở vùng chân đồi thuộc vùng núi non Sangre de Cristo bang New Mexico. Và ở đây, mọi người cùng ăn trưa với nhau. Chúng tôi ngồi tại một bàn trên hành lang lối đi cùng với một nhóm lộn xộn gồm các nhà vật lí, các nhà sinh học và các nhà khoa học máy tính. Mọi người trao đổi rôm rả về tương lai của báo giới khoa học. Gell-Mann, một trong những nhà vật lí hàng đầu của thế kỉ 20, và là người đã khám phá ra quark, tuyên bố ông không đánh giá cao các nhà báo khoa học. Quay sang phía tôi, Gell-Mann cười nhẹ và nói, “Nhưng tôi không chắc anh có là ngoại lệ không”. Tôi nhắc Gell-Mann thôi đừng bực dọc vì sự lãng phí thời gian nữa. Đúng như tôi tin tưởng, một khi chúng tôi về nghỉ tại phòng làm việc của ông, Gell-Mann tỏ ra thật thân thiện và dễ mến.
Nghiên cứu của Gell-Mann đã làm cách mạng hóa cái nhìn của chúng ta về sự vận động của vật chất ở thang bậc hạ nguyên tử. Trong thập niên 1950 và đầu thập niên 1960, khi danh mục các hạt sơ cấp ngày một mở rộng vượt khỏi bộ ba quen thuộc gồm proton, neutron và electron, và xuất hiện những hạt ngày càng lạ lẫm, ngành vật lí hạt đòi hỏi phải có một người tổ chức chúng lại. Không ai làm công việc đó tốt hơn Gell-Mann, ông đi đến một khuôn khổ phân loại đưa các hạt thành những bộ tám – hay các nhóm tám hạt. Ông đặt tên cho khuôn khổ của mình là Bát Đạo – ám chỉ đến con đường ngộ pháp của Phật giáo, cái ông đã tham khảo trước chuyến đi Ấn Độ. Bát Đạo sớm đưa Gell-Mann luận ra rằng proton và neutron rốt cuộc chẳng phải là hạt sơ cấp, mà thật ra chúng được cấu tạo từ một loại hạt sơ cấp mới nữa. Ông gọi hạt này là “quark”, chơi chữ từ tiểu thuyết của nhà văn James Joyce. Quan điểm của Gell- Mann đã trở thành trụ cột của mô hình chuẩn của ngành vật lí hạt, mô hình giải thích được đa số các lực và hạt cơ bản đã biết, và ông được trao giải thưởng Nobel vật lí năm 1969. Gell-Mann tiếp tục nghiên cứu vật lí học, nhưng ông là người có nhiều sở thích đa dạng, cho nên ông còn theo đuổi những hứng thú khác nữa. Giữa thập niên 1980, ông là một trong những thành viên sáng lập của Viện Santa Fe (SFI), một trung tâm nghiên cứu liên ngành dành cho khoa học của các hệ phức tạp. Nhiều ý tưởng quan trọng đã được nung nấu và phát triển tại SFI trong hơn 26 năm lịch sử của nó – thí dụ như các kiểu mẫu phức phát sinh từ nhiều tương tác đơn giản giải thích tại sao, chẳng hạn, hành vi của đàn kiến nô dịch lại phức tạp hơn hành vi của từng con kiến một; và các kĩ thuật như thuật toán di truyền có thể dùng trong các phần mềm tự sinh ra lời giải cho các bài toán theo kiểu giống như học thuyết Darwin.
Con người đã giúp dọn dẹp sự lộn xộn của thế giới hạ nguyên tử (Ảnh: ChinaFotoPress/Getty) Thật có chút mỉa mai là sau khi thực hiện một kì công lịch sử mang tính giản hóa luận – sự tao nhã của Bát Đạo tương tự như của bảng tuần hoàn các nguyên tố - Gell-Mann lại là người kịch liệt phản đối phương thức giản hóa luận mang tính lịch sử đối với khoa học. Tuy nhiên, ông thấy phương thức này chẳng có gì phi lí. “Giản hóa luận là ý tưởng lớn, nhưng nó sẽ chỉ đưa bạn tiến xa trong nghiên cứu các đối tượng phức tạp. Tại sao anh không thử tìm hiểu động đất theo quark? Tất nhiên không nên rồi. Anh nên sử dụng các khái niệm cấp trung, thí dụ như sự kiến tạo mảng và ma sát”. Gell-Mann đã bước sang tuổi 80, nhưng ông vẫn giữ vẻ hóm hỉnh và sôi nổi ngày nào. Bài toán vật lí nổi bật nhất mà ông đang nghiên cứu là một phương thức khảo sát cơ học lượng tử, không giống nh ư cách hiểu Copenhagen nhiều người biết, không cần công nhận vị thế đặc biệt đối với vai trò của nhà quan sát thông minh. Theo cách hiểu Copenhagen, quan sát từ bên ngoài là cái làm cho một hệ lượng tử “suy sụp” vào một trạng thái đặc biệt nào đó. Nhưng Gell-Mann nghĩ, nếu người quan sát phải ở bên ngoài hệ, thì làm thế nào chúng ta có thể xem con người là một bộ phận của vũ trụ, và làm thế nào các hệ lượng tử hành xử trước khi có sự sống thông minh tồn tại? Gell-Mann và người cộng sự của ông, James Hartle ở trường Đại học California, Santa Barbara, tin rằng cách hiểu “tách rời lịch sử” của họ sẽ tháo gỡ được những vướng mắc này.
Một đề tài hấp dẫn khác mà Gell-Mann quan tâm là đa số ngôn ngữ của loài người có chung một nguồn gốc. Kể từ thế kỉ thứ 19, các nhà ngôn ngữ học đã so sánh các ngôn ngữ để suy ra tổ tiên chung của chúng, nhưng trong đa số trường hợp, Gell-Mann nói, loại phân tích như thế này lạc mất dấu tại thời điểm cách nay 6000 hoặc 7000 năm. Ông nói đa số các nhà ngôn ngữ học khẳng định rằng không thể lần theo vết tích đó đi xa hơn nữa về quá khứ và – đây là cái thật sự khiến ông day dứt – “thật vô lí là họ thậm chí chẳng hề thử xem có được hay không”. Gell-Mann lãnh đạo chương trình Sự tiến hóa của Ngôn ngữ Loài người (EHL) của SFI. Các nhà ngôn ngữ học EHL cho biết họ có thể lùi ngược xa hơn về quá khứ bằng cách phân loại các họ ngôn ngữ thành các siêu họ và thậm chí thành một siêu- siêu họ. “Cái chúng tôi tìm thấy”, Gell-Mann giải thích, “là bằng chứng chưa chắc chắn lắm cho một tình huống trong đó một phần lớn ngôn ngữ của cả loài người có nguồn gốc chung từ cách nay khoảng 20.000 năm, cho đến cuối kỉ băng hà gần nhất”. Đội nghiên cứu không khẳng định kết luận đó cho mọi ngôn ngữ, vì dẫu sao vẫn còn có cái gì đó chưa ổn. “Mọi kết luận như thế này đều xuất phát từ phân tích dữ liệu mà ra”, ông nói. Nhiều nhà khoa học đạt giải Nobel thường có những bước nhảy nghề nghiệp đột ngột, và Gell-Mann không phải là ngoại lệ. Nhưng tại sao ông lại chọn ngôn ngữ học? Đối với Gell-Mann, động thái này thật ra là một sự quay trở lại với một trong những sở thích thời trai trẻ của ông. Ông vốn không ưa vật lí học phổ thông và ban đầu dự tính trở thành hoặc một nhà ngôn ngữ học, hoặc một nhà khảo cổ. Nhưng khi ông viết đơn xin nhập học trường Yale, bố của ông đã thuyết phục ông chọn vật lí làm môn học chính. “Tôi nghĩ tôi có thể đổi sang ngành học khác một khi tôi đã được nhận vào trường”, Gell-Mann nhớ lại, “nhưng tôi quá lười để làm như vậy. Và hóa ra cha của tôi đã đúng. Tôi thích vật lí, và tôi có sở trường”. Trong đời mình, Gell-Mann luôn là một người khao khát nghiên cứu ngôn ngữ học. Cách nói chuyện của ông thường lèo lái sang từ nguyên học, ngữ nghĩa học, và cách phát âm. Ông tìm tòi gốc rễ Ấn-Âu của “plec”, nghĩa là “gấp nếp” và xuất hiện trong cả “simplex” (đơn giản) và “complex” (phức tạp).
“Vậy thì chúng ta đang ở đâu đây?”, ông nói, cuộc trò chuyện của chúng tôi có chút lạc đề. “À đúng rồi, sự phức tạp. Tôi muốn nói khoa học phức chỉ là một lát rất nhỏ của con đường dẫn tới sự hoàn thiện. Chúng ta chỉ mới sờ đến bên ngoài của nó mà thôi”. Ông nhận xét như thế đã là lạc quan rồi, nó có nghĩa là chúng ta chưa đạt tới sự hiểu biết sâu sắc hơn về các khuôn mẫu tiềm ẩn và các mối quan hệ tồn tại giữa nhiều lĩnh vực có tính nhân loại và toàn cầu. Các khủng hoảng và thách thức mà chúng ta đang đối mặt trong thế kỉ 21 bao gồm nhiều vấn đề đan xen chính trị, xã hội, văn hóa, kinh tế và khoa học. “Tất cả những vấn đề này cần được xếp chung lại với nhau trong một số dạng mô hình. Nhưng hiện nay chúng chủ yếu được nghiên cứu một cách tách rời nhau”, Gell- Mann nói. Đó là những vấn đề quá ư lộn xộn cần có một nhà tổ chức lại cho quy củ, và Gell-Mann hi vọng nền khoa học phức có thể mang đến một Bát Đạo mới cho các vấn đề toàn cầu ấy. Murray Gell-Mann nhận giải Nobel vật lí năm 1969 cho công trình của ông về sự phân loại các hạt sơ cấp và các tương tác của chúng. Sinh ra ở thành phố New York vào năm 1929, ông vào trường đại học Yale năm 15 tuổi và lấy bằng tiến sĩ tại Viện Công nghệ Massachusetts. Năm 1984, ông là người đồng sáng lập ra Viện Santa Fe.