Vũ khí hạt nhân và những nhà vật lý thế kỷ 20: Victor Weisskopf - Mozart và Cơ học Lượng tử pot

Vũ khí hạt nhân và những nhà
vật lý thế kỷ 20: Victor
Weisskopf
- Mozart và Cơ học Lượng tử
"Đối với tôi, có hai điều đáng để sống," Victor Weisskopf vẫn thường
nói với học trò của ông, "đó là Mozart và Cơ học Lượng tử".
Vốn là một nhạc công piano, cực kỳ say mê âm nhạc, lý do để Weisskopf đến
với vật lý lý thuyết cũng xuất phát từ những niềm say mê khoa học trong
sáng và hướng thiện. Ông đã có nhiều đóng góp quan trọng cho điện động lực
học lượng tử và vật lý hạt nhân. Chiến tranh cùng với những nghiên cứu hạt
nhân đã cuốn ông vào chương trình Manhattan chế tạo bom nguyên tử. Sống
qua những thảm họa chiến tranh và hạt nhân nhưng Weisskopf vẫn luôn giữ
được niềm vui của mình, những niềm vui ấy có lẽ cũng là nguồn gốc cho
lương tri của một con người.
Trên những chặng đường của QED
Viki (tên gọi thânthiệncủa Victor Weisskopf) sinhngày 19/9/1908 ở
Vienna. Khi còn niênthiếu,Vikiđã rất thíchthiên văn học. Khi chưa đầy 15 tuổi,
sau mộtđêm quan sát bầu trời, cậuđã cho đăng một nghiêncứu về những trận
mưa saobăng Perseid. Thành Vienna khiấy, như người ta vẫn catụng,chính là nơi
mà âmnhạccủa Mozartvà những bản Valsecủa gia đình nhàStrauss có thể xua
tan đi những suy nghĩ tăm tối trong đầu óc con người. Môitrường trí thức và giàu
nghệ thuật ở đây đã nuôi dưỡngthế giới quanvà nhữngniềm saymê trong cuộc
sống của Viki. Mộtniềm saymê lớn của Viki chínhlà âm nhạc. Khi còn rất trẻ, Viki
đã trở thành mộtnghệ sỹ đệm đàn piano và thậm chí còn được coi là một nhạc
công chuyên nghiệp.
Những bài giảngtuyệt vời của HansThirring ở Đại họcVienna đã đem đến
cho Vikisự tiếp xúc đầu tiên vớivật lý lý thuyết. Năm 1928, theolời khuyên của
Thirring,Vikiđã đến Gottingen,thánhđịa của cơ học lượngtử. Vào thời gian đó,
phươngtrìnhDirac cùng với lý thuyết lượng tử về trường điện từ của Diracđã đặt
nền móng cho sự ra đời của điện động lực học lượng tử (QED). Mặc dù sớm có
được những thành công ban đầu nhưng QEDđã gặp phải những khókhănsâu sắc

về các khái niệm và kỹ thuật tínhtoán. ChínhViki đã luôn bám sát những chặng
đườngdài hàngchục năm của QEDvà đã đóng một vai trò lớnchosự phát triển tốt
đẹp của lý thuyết này.
Bề rộng tự nhiên của cácvạchphổ là vấn đề đầu tiên màVikinghiên cứu. Ông đã
đưa ra lời giải chotrườnghợp các mức nănglượng chỉ chuyển về một trạngthái
bền. Cùng với EugeneWigner,ông đã mở rộnglý thuyết cho tất cả các loạichuyển
dịch.Luậnán tiến sỹ năm 1931của ôngđã mô tả sự áp dụnglý thuyết đó cho sự
huỳnh quang cộng hưởng.
Trongnhững năm 1931-1937, Viki làmnhững nghiên cứusau tiến sỹ, đầutiên là
với WernerHeisenberg ở Leipzig, sauđó với Erwin Schrodinger ở Berlin,Niels
Bohr ở Copenhagen, Wolfgang Pauli ở Z#rich,và cuối cùnglại quayvề với Bohr.
Tháng 1/1933, phátxít lênnắm quyền và thi hành chính sách bài Do Thái, vì lẽ đó
mà Vikithường gặp khókhăn khitìm việc.
Trongthời kỳ này, Vikicũng đã kết bạn với nhiều đồng nghiệp trẻ tài năngnhư
PatrickBlackett, Felix Bloch, HenrikCasimir,Max Delbruck, RudolfPeierlsvà
George Placzek. Năm 1932ở Copenhagen,ông đã gặp và cưới Ellen
Tvede.
Tronggiai đoạnnày, Vikiđã tập trung vào hai vấn đề lớn của QED:vai tròcủacác
phản hạt và nănglượng tự tương tác của electron. Trong hai năm làm việc với
Pauliở Z#rich, Viki đã thựchiện haicôngtrình quan trọng góp phần giải quyết hai
vấn đề này. Theogợi ý của Pauli, ôngđã sử dụng lý thuyết lỗ để thực hiện một tính
toánnhiễu loạncho nănglượng tự tương tác của electron. Viki đã mắc phải một lỗi
về dấu nhưngđã được WendellFurrynhanhchóngnhận ra.Kết quả là năng lượng
tự tương tác phân kỳ theo dạnglôgarítkhi bán kính electron tiến tới không.
Đây làmột kết quả lạ lùng.Từ trước đó,điện động lực học cổ điển chỉ chosự phân
kỳ tuyến tínhvà ngay cả QEDcũngchỉ vừa mới cho thấy mộtnăng lượng tự tương
tác phân kỳ bậc hai nếu phương trìnhDiracđược dùngđể mô tả một hạt. Viki đã
cảm thấy chán nản vì chuyện mắc lỗi trong tính toán, ông trở nên mấtniềm tinvào
khả năng toán học của mình. Sau này, chính sự thiếu tự tin đó đã một lần nữaảnh
hưởngđến những tính toán về dịch chuyểnLamb của ông.

Công trình thứ hai được viết cùng vớiPauli,liên quan đến lượngtử hoá các trường
vô hướng. Vào thời điểm đó, côngtrình nàychỉ đượcxem là một bài tập lý thuyết
thuần tuý, bởi vìngười ta vẫn chưa biết hạt "cơ bản" nào có spin bằng không.Tuy
nhiên,sự tồn tại củanhững hạt này đã trở thành một đặc trưng khôngthể tránh
khỏi của lý thuyếttrường lượng tử cho các boson tích điện. Thêm vào đó, công
trìnhcủa Pauli-Weisskopf đã chothấy rằng, sự kết hợp thuyết tương đốivà cơ học
lượng tử không cần đòi các hạt phải có spin 1/2như nhiềungười vẫn nghĩ. Vàvới
thành công của lý thuyết mesonYukawa, lý thuyết trường vô hướng đã khôngcòn
chỉ là một bài tập cho cácnhà vật lý.
Năm 1936,lần thứ haiđến Copenhagen,Viki đã xuất bản một công trình kinhđiển
về sự phân cực chânkhông bởi một điện trườngđều có độ lớn bất kỳ. Đặc biệt
đáng chú ý trong nghiên cứu này là, ôngđã phần nàođoán nhận được sự tái chuẩn
hoá điện tích.
Chạy trốn
Năm 1936,Vikicảm thấy rằng, đốivới một người áo DoThái thì tốt hơn hết là
nên dời châu Âucàng sớm càng tốt. Ôngđã quyết địnhlàmmột số nghiên cứu về
vật lý hạt nhânđể có thể tìm đường sang Mỹ. Và thế là Viki đã có được mộtcông
trìnhxuất sắc áp dụng cơ học thống kê cho sự phát các neutroncủa hạt nhân, kết
quả này đã được đăngtrên PhysicalReview.
Thựcra, Viki cũng đã từng được mời làm sang Liên bang Xô Viết làmgiáo sư ở
Kievvà một vị trínghiên cứu ở Moscow. Nhưng khinhận rarằng,không khí chính
trị ở đây đã không cònnhư chuyến thăm lần trước, Viki đã quyết định rằng, ông sẽ
chỉ đến USSR nếu không còn sự lựa chọn nào khác. Trong những năm này, Bohr
vẫn thường xuyên qua lại giữaAnh vàMỹ để "vận chuyển" những ngườitị nạn
trong viện của ông.Năm 1937,Bohrđã thuyếtphục được Đại học Rochester nhận
Viki làmmộtchân trợ giảng, Vikinhậnlời.
Sau khi Viki đếnRochester, vật lý hạt nhân đã trở thànhmột hướng nghiên cứu
chínhcủa ông. Những nghiên cứu củaông về sự kích thích Coulomb và những
chuyển dịch bức xạ là đặc biệt đáng chú ý. Ông cũng tiếp tụcnghiên cứu chi tiết
hơnvề vấn đề năng lượng tự tương tác của electron trong QED. Ông đã thuđược

một kết quả rất giátrị là chứng minh nănglượng tự tương tác phân kỳ theo dạng
lôgarít.
Đầu năm1943,Oppenheimer mời Viki đến Los Alamos.Khi ấy, người ta vẫn chưa
hề có những dữ liệu thực nghiệm liên quanđến cácvụ nổ hạt nhân. Chương trình
Manhattan phải dựatrênsự chỉ dẫn của các nhà lý thuyết. Vikiđã trở thànhmột
nhânvật sánggiá của bộ môn vật lý lýthuyết.Hans Bethe, trưởng bộ môn này, đã
chọn Vikilàm phó của ông.Với những tính toán quantrọng liênquan đếnhiệu ứng
bom, Viki cũng đã tham gia chứng kiến vụ thử Trinity ở samạc NewMexico tháng
7/1945.Một thángsau đó, Mỹ ném bom hạt nhân ở Hiroshimavà Nagasaki.
Sau chiến tranh
Năm 1946,Viki đến Viện Công nghệ Massachusett (MIT).Sau khi Hendrik
Kramers đưa ra ý tưởng và Bethethực hiện tính toán phi tương đối tính để giải
thích sự dịchchuyển Lamb,French vàWeisskopf đã lần đầu tiênhoànthành một
tính toán thực sự phù hợp cho sự dịch chuyểnnày. NhưngVikiđã không công bố
kết quả vì nó có một sự sai khác nhỏ so với cáctính toán của RichardFeynmanvà
Julian Schwinger. Viki đã không dám tin là kết quả của ông và French đúng. Ông
nghĩ rằng hai thiên tài trẻ như Feynmanvà Schwinger với những kỹ thuật tính
toánmới và hiệu quả thì khôngthể mắc cùngmột sailầm được. Nhưng trên thực tế,
Feynmanvà Schwinger đã mắc cùngmột sailầm.
Sau chiến tranh, Viki tập trung vào vật lý hạt nhân chứ không phải QEDnữa. Cùng
với các cộng sự, đặcbiệt là với Herman Feshbach,ông đã xuất bảnhàngloạtnhững
công trình về các phản ứnghạt nhân. Một cuốn sách đượccoi làkiệt tác của Viki:
chuyên luận về vật lý hạtnhân, viết cùng với John Blatt đã từng trở thànhsáchgối
đầu giường cho nhiều thế hệ các nhà lý thuyết hạt nhân.Côngtrình có tầm ảnh
hưởnglớn nhất của Viki sauchiến tranh đượcviết cùngvớiFeshbachvà Charles
Porter, nó mô tả tiết diện tán xạ toàn phần vàđàn hồi của các neutron.
Trướcvụ thử Trinity, Vikiđã từng thamgia vàomột cuộc thảo luận do Bohrkhởi
xướng,bànvề sự đe dọacủa vũ khí hạt nhân đốivớiloài người. Sau chiến tranh,
Viki thuộc vào nhóm những nhà khoa họccủa Chương trình Manhattan,nhóm này
đã thành lập nên Liên đoàn các nhà Vật lý Mỹ. Khiấy, Vikicũng là thành viêncủa

một hội đồng nhỏ doAlbert Einstein làmchủ tịch, nhằm phổ biến và cảnh báo cho
công chúng về bom hạt nhân. Trong những năm1950, Vikiđã tham dự những hội
nghị Pugwashđầu tiên giữa cácnhà khoahọc hạt nhân phươngTây và Liên Xô, sau
đó ông tiếp tụcliên kết với những nhà khoa học Liên Xô để theo đuổi nhữngnỗ lực
kiềmchế vũ khíhạt nhân.
Năm 1960,Weisskopf làm chủ tịch Hội Vật lý Mỹ. Sauđó ông được làmgiámđốc
Cơ quanNghiên cứuHạtnhân châu Âu (CERN).Trongsuốt nhiệm kỳ của Viki, số
người làm việc ở CERN đã tăng gấpđôi lên2500.Các phòngthí nghiệm ở đây đã
bắt đầu có nhữngkhám phá quan trọng,chẳng hạn như sự phân rã betacủa hạt
pion vàphép đo với độ chính xáccao momentừ dị thường củahạt muon.Đến
tháng12/1965thì Vikikết thúc nhiệm kỳ, Hội đồng CERNđã chấp thuận kế hoạch
do ông vạch ra, xây dựng một máy gia tốc 300GeV.
Trở về từ châu Âu, Vikiđã đề nghị thành lập BanCố vấn Năng lượng Cao(HEPAP)
cho Hội đồng Năng lượng Nguyên tử (saunày là Uỷ banNăng lượng Hoa Kỳ). Viki
đã trở thành chủ nhiệm đầu tiên của ban cố vấn này.Năm 1966, Viki trở về MIT và
làm trưởng khoa trongsáunăm. Sauđó ông cũng có bốn năm làm chủ tịch của
Viện Hàn lâm Nghệ thuậtvà Khoa học. Ôngđã viết sách,các bàiluận vàđặc biệt là
cuốn tự thuật Niềm vui của sự Hiểu biết.
Con người của Viki
Tình yêu của Vikivới cây đànpianovà âmnhạccổ điển đã đitheoông suốt
cả cuộc đời. Mộtnửa chương cuối trong cuốn tự thuật của ông ("Mozart, Cơ học
Lượngtử và một Thế giới tốtđẹp hơn")đượcdành để nóivề tình yêu của ông đối
với âm nhạc, cả như một thính giả và như một nghệ sỹ biểu diễn. Những nghệ sỹ
biểudiễn cùng ông vẫn nhìn nhận ông như một nghệ sỹ piano tài năng với sự thể
hiện sâu sắc âm nhạc của Beethoven, Mozart,Schubert và nhiều nhà soạn nhạc
khác.
"Tôiđã sống cuộc đời hạnh phúc trong một thế kỷ chết chóc". Viki đã từng nói như
vậy, saukhiphải thấy một cuộc chiến tranhthế giới đầy rẫy những tội ácvà là
nhânchứng chovụ nổ hạt nhân đầu tiên của loài người. ồng vẫn luôn luôn duytrì
được tâmtrạng hạnh phúcvà yêu đời ngay cả trongnhững tình huốngkhắcnghiệt.

Những tháng đầu tiên làm giám đốc CERN, ông đã phải nằmtrong bệnhviện vì một
tai nạnô tô.
VictorWeisskopf là sự kết hợp củahai con người, nói chung là trái ngược nhau.
Một con người thìuỷ mị, đa cảm và rất lãngmạn, con người kialại nghiêm ngặt,
khắt khevàrất lý tính. Ôngvẫn thíchnói rằng,ông gắn bó với Mozartvà cơ học
lượng tử. Ông đã lấy tiêu đề cuốn sách phổ biến khoahọc viết năm 1963của mình
là Kiến thức vàđiều Kỳ diệu. Trongnhững buổi nóichuyện về vũ trụ học, ông vẫn
thường bật lên đoạn crescendochóitai trongbản oratorio ĐấngSáng tạocủa
Haydn.Weisskopf mấtngày 22/4/2002.