Tranh luận của các nhà khoa hoc về Nguyên tử potx

NGUYÊN TỬ và TRANH LUẬN CỦA CÁC ThIÊN TÀI
hội nghị Solvay lần thứ V
Sinh Viên : Nguyễn Văn Tú
Lớp : B3 K53
Trường : ĐHKHTN - ĐHQGHN
I - Mục lục
• Khởi nguyên của nguyên tử trong thời cổ đại Hy lạp
Nguyễn Văn Tú Page 1
• Châu Âu thế kỷ XVIII
• Thế Kỷ XIX những công trình vĩ đại
• Tranh luận của các thiên tài
• Hạt Quark
II - Tài Liệu Tham Khảo
- Lịch Sử Vật Lý
- Atom – Professor Jim Khalili
* The clash of the titans
* The key to the cosmos
* The illusion of reality
- Vật lý Nguyên tử - Phan văn Thích
- Atomic Physics - Max Born
- A Brief History of Time – Stephen Hawking
-
-
Nguyễn Văn Tú Page 2
Khởi Nguồn Của
Nguyên Tử
*****
Chúng ta đang sống trong cuộc sống mà nền khoa học công nghệ thay đổi từng ngày. Tất
cả những hiểu biết của chúng ta về những vật xung quanh đã tiến đến ngưỡng hay chưa? Chúng
ta hiểu chúng dựa trên nguyên tắc nào?Câu hỏi “ vật chất cấu tạo từ đâu?” đặt ra cho bất kỳ học
sinh phổ thông nào,thì câu trả lời đó là Nguyên Tử và những cách sắp xếp của chúng .Vậy

nguyên tử đã được định nghĩa như thế nào? Và nó có cấu tạo ra sao?. Để trả lời các câu hỏi đó
chúng ta cùng quay ngược dòng thời gian theo dõi quá trình khám phá và nghiên cứu về nguyên
tử cùng với đó là tranh luận của các nhà đại tài trong lĩnh vực vật lý nguyên tử.
Trong thời cổ đại Hy Lạp. 500 năm trước Công Nguyên, Anaxagoras đã suy
nghĩ về vạn vật và đi đến kết luận rằng nếu lấy một vật rồi chia làm hai,
phân nửa lấy được lại chia làm hai và cứ tiếp tục việc chia đôi đó, người ta
sẽ không bao giờ đi tới cùng được, nghĩa là còn có thể tiếp tục công việc
chia đôi cho tới ngày tận thế. Như vậy Anaxagoras đã quan niệm vật chất
được cấu tạo nên không phải do những thành phần rất nhỏ xác định khiến
cho việc phân đôi không bao giờ ngừng.
Trái với lý thuyết của Anaxagoras kể trên, Democritus lại cho rằng vật
chất được cấu tạo do những thành phần cực nhỏ, xác định. Những thành phần
cực nhỏ này là lý lẽ cuối cùng của vật chất và được gọi là “nguyên tử”= atomos “=” không
cắt chia được. Lucretius, một môn đệ của Democritus, đã thuật lại rằng Democritus tin tưởng
không có một sức mạnh nào trên thế gian có thể phá hủy được nguyên tử.
Nhưng lý thuyết của Democritus lại không được các nhà triết học khác chấp nhận.
Aristotle, nhà đại hiền triết mà lý thuyết đã ngự trị trong 2,000 năm trên kiến thức của Nhân
Loại, đã không chấp nhận nguyên tử. Aristot l e cho rằng trong vũ trụ chỉ có 4 thành phần chính
là lửa, nước, không khí và đất. Các chất này được kết hợp với linh khí (hyle) để xác định tính
chất của sự vật. Con người là một sự kết hợp siêu đẳng của mọi thành phần. Chính vì hai quan
niệm sai nhầm sau đây của Aristotle mà kiến thức của Nhân Loại đã bị thiệt hại nặng nề: sự xác
định không có trạng thái nguyên tử nơi vật chất và sự kết hợp 4 thành phần với linh khí.
Nguyễn Văn Tú Page 3
Châu Âu Thời Phục Hưng
Thế rồi các giáo điều của Aristotle đã ngự trị cho tới thời Phục Hưng. Một trong các nhà
trí thức đầu tiên đã phản đối những thành kiến dị đoan cũ là Francis Bacon. Bacon là luật gia
kiêm chính trị gia dưới triều đại Nữ Hoàng Elizabeth và Vua James I, đã tố cáo Aristotle là đã
pha thêm màu sắc và làm sai lệch triết học tự nhiên bằng những thành kiến của mình. Qua tác
phẩm Novum Organum, Bacon đã tán thành ý tưởng của Democritus về tính chất của sự vật.
Mặc dù Bacon không phải là một nhà thực nghiệm, nhưng các nguyên tắc luận lý do ông đặt ra

đã ảnh hưởng sâu rộng đến các nhà khoa học sau thời đại của ông.
Kế tiếp ý tưởng của Bacon là tư tưởng của Robert Boyle. Boyle đã khám phá ra rằng thể
tích của một chất khí phụ thuộc vào áp suất của chất khí đó. Để cắt nghĩa sự nén được và bành
trướng được của các chất khí, Boyle đã cho rằng chất khí được cấu tạo do các hạt (corpuscles) rất
nhỏ nằm giữa các khoảng trống và các hạt này phải ở trong trạng thái luôn luôn dao động. Sự
khác biệt về 3 trạng thái vật lý hay 3 thể rắn, lỏng và hơi là do các hạt đó ở trong tình trạng bị
giam hãm hay tự do. Cùng với Boyle đã chấp nhận giả thuyết nguyên tử vào năm 1679, còn có
Isaac Newton và như vậy vào cuối thế kỷ XVII, làm sống lại lý thuyết của Democritus là ba nhà
khoa học người Anh Bacon, Boyle và Newton.
Thế Kỷ XVII
Tới đầu thế kỷ XVIII, nhiều nhà khoa học còn “tiếc rẻ “ lý thuyết của Aristotle và do đó,
nhiều điều bổ túc đã được phát minh để cứu vãn lý lẽ về các thành phần của Aristotle. Năm
1729, Georg Ernst Stahl, y sĩ của Vua Phổ và cũng là nhà hóa học “tài tử “, đã phát minh ra một
thứ “vô vật chất” mới (unsubstantial substance) gọi tên là “phlogiston” để cắt nghĩa sự cháy và
oxít hóa. Stahl đã cho phlogiston các đặc tính sau đây: không màu, không mùi, không vị và
không trọng lượng. Theo Stahl, phlogiston là căn nguyên của sự cháy. Có thứ vật chất chứa
phlogiston, có thứ không. Khi một vật cháy, phlogiston bốc ra từ nơi “có “ sang nơi “không có “
và vật nào có nhiều phlogiston sẽ cháy bừng bừng trong không khí, trong khi không khí là nơi
không có chút phlogiston nào.
Khi phlogiston thoát ra từ một vật chất, nó để lại “tro” mà theo như Aristotle thời trước,
đó là thành phần “đất”. Để giải đáp tại sao một thứ kim khí khi mất phlogiston, tức là rỉ sét, lại
nặng hơn, các người ủng hộ lý thuyết phlogiston đã trả lời rằng “vì phlogiston có trọng lượng âm
và làm vật nhẹ hơn khi có nó “.
Lý thuyết về phlogiston của Stahl đã là giải pháp cuối cùng để cứu vãn tư tưởng chìm dần
dần của Aristotle. Nều trước kia giáo điều Aristotle đã làm lý thuyết nguyên tử bị bỏ quên 2,000
năm thì ngày nay, phlogiston cũng làm sai lệch sự diễn tả về vật chất của nhiều nhà khoa học.
Vào năm 1774, Joseph Priestley, nhà thần học kiêm khoa học người Anh, đã dùng một
thấu kính 30 cm để hội tụ ánh sáng mặt trời vào một thứ đất đỏ (oxít thủy ngân) và đã thấy rằng
Nguyễn Văn Tú Page 4
nhiệt lượng đã làm bay ra một thứ khí và để lại một kim loại lỏng: thủy ngân. Priestley đã hứng

lấy thứ khí này để nghiên cứu đặc tính và thấy rằng bên trong khí này, một cây nến cháy sáng
hơn và mạnh hơn là trong không khí. Thực ra, thứ khí này là “Oxygen” nhưng Priestley đã bỏ lỡ
một cơ hội khám phá vô cùng quan trọng cũng vì ông tin tưởng vào lý thuyết phlogiston.
Priestley cho rằng chất khí bay ra đó (Oxygen) vì thiếu hụt phlogiston, nên nó đã chiếm
lấy một cách mạnh mẽ phlogiston của cây nến, vì vậy ông gọi thứ khí bay ra đó là “không khí
thiếu phlogiston”(dephlogisticated air). Priestley quan niệm rằng trong không khí còn một chút
phlogiston và chỉ có thứ khí kể trên là hoàn toàn không còn chút phlogiston nào.
Lý thuyết phlogiston còn làm sai nhầm một nhà bác học lừng danh khác, là Henry
Cavendish. Vào năm 1766, Cavendish đã khám phá ra khí “Hydrogen” và khi pha trộn khí này
với “không khí thiếu phlogiston” của Priestley rồi bật một tia lửa điện, Cavendish đã lấy được
nước. Nhưng Cavendish đã cắt nghĩa hiện tượng đó sai nhầm hẳn,bằngcách cho rằng Hydrogen
là “nước dư phlogiston”(overphlogisticated water) trong khi Oxygen là “nước thiếu phlogiston”.
Như vậy lý thuyết về nguyên tử lại phải chờ một người nhìn xa biết rộng khác và người
này chính là Antoine Laurent Lavoisier. Lavoisier hơn hẳn các nhà khoa học đồng thời với ông
ở chỗ ông quan tâm về một dụng cụ: cái cân rất nhậy.
Lavoisier đã thực hiện lại thí nghiệm của Priestley bằng cách đun thủy ngân trong một
bình kín và đã thấy rằng trọng lượng tăng thêm của thủy ngân bằng trọng lượng mất đi của
không khí và khi đun thêm oxít thủy ngân, ông lại được thứ khí có trọng lượng bằng với trọng
lượng không khí đã mất ban đầu. Tin tưởng vào sự cân đúng, Lavoisier thấy rằng vật chất không
được tạo ra hay bị hủy diệt mà đã phối hợp với nhau để tạo nên các chất mới. Điều này đã đưa
Lavoisier đến sự phân biệt giữa hợp chất và đơn chất, tức là chất không thể làm cho đơn giản
hơn.
Lý thuyết của Lavoisier vào thời đó cũng chưa được chấp nhận ngay. Có nhà khoa học
nói rằng nếu có các đơn chất chưa được phối hợp để tạo ra hợp chất thì lại không có gì chứng tỏ
tỉ lệ các đơn chất phối hợp đó luôn luôn không thay đổi mà trái lại, tỉ lệ đó còn thay đổi với thời
gian và không gian. Hầu Tước Berthelot cũng có ý tưởng này.
Pierre Marcellin Berthelot đã nghiên cứu cùng Lavoisier và đã được Napoléon chọn làm
cố vấn về Khoa Học trong chuyến viễn chinh Ai Cập vào năm 1789. Theo Berthelot, các đơn
chất phối hợp với nhau theo các tỉ lệ không hạn định và vì tỉ lệ của Hydrogen và Oxygen để tạo
thành nước khác nhau nên nước của dòng sông Nile khác hẳn với nước của dòng sông Seine. Ý

tưởng này của Berthelot bị Joseph Louis Proust cho là vô nghĩa. Proust cho rằng nước có cùng
cách cấu tạo mặc dù căn nguyên của nó và cuộc tranh luận giữa hai nhà khoa học Pháp đã kéo
dài trong 6 năm trường, và chỉ chấm dứt khi xuất hiện tác phẩm của một nhà khoa học người
Anh John Dalton.
Thế Kỷ XIX
Vào năm 1808, John Dalton cho xuất bản cuốn sách “Lý Thuyết Nguyên Tử “ (The
Atomic Theory). Dalton đã xác định rằng tất cả vật chất đều do nguyên tử tạo thành và không thể
Nguyễn Văn Tú Page 5
phân chia nguyên tử ra thứ nhỏ hơn được. Ngoài ra Dalton còn đọc Định luật tỉ lệ không đổi
(Law of Constant Proportions) và Định luật bội số tỉ lệ (Law of Multiple Proportions).
Lý thuyết Nguyên tử của Dalton được thế giới khoa học chấp nhận ngay. Nhưng Dalton
đã nhầm lẫn khi nói về “các nguyên tử của hợp chất”(the atoms of compounds) mà không đề cập
đến phân tử, nên đã tìm ra trọng lượng nguyên tử của Oxygen là 8 và công thức của nước là H
2
O
cũng như công thức của Ammoniac là NH
3
khiến cho trọng lượng nguyên tử của Nitrogen chỉ
bằng 1/3 trọng lượng chính thức.
Một năm sau ngày Dalton phổ biến lý thuyết Nguyên tử, Gay-Lussac đề cập đến lý thuyết
về thể tích của các khí tác dụng (Theory of the Volumes of Reacting Gases). Cả hai lý thuyết của
Dalton và Gay-Lussac đã được Amedeo Avogadro sử dụng cùng với lý thuyết nguyên tử của
chính ông để tính ra số phân tử và thể tích của các chất khí. Vào năm 1814, André Marie Ampère
đã làm nhiều thí nghiệm và xác nhận kết quả của Avogadro nhưng thế giới khoa học thời bấy giờ
đã làm ngơ trước lời loan báo của nhà khoa học người Pháp này.
Năm 1818 khi chưa đến 40 tuổi, Joans Jakob Berzelius đã phổ biến một bảng gồm hơn
2,000 đơn chất và hợp chất, và đã kiểm soát lại một cách thực nghiệm các định luật của Dalton.
Do thấy rằng nhiều chất kết hợp với Oxygen hơn, Berzelius đề nghị dùng Oxygen làm chất căn
bản trong việc so sánh trọng lượng nguyên tử. Đây là một tiến triển đáng kể và thế giới khoa học
chấp nhận liền ý tưởng này. Vì Oxygen nặng hơn Hydrogen chừng 16 lần nên Oxygen được coi

có trọng lượng nguyên tử là 16. Ngoài ra Berzelius còn dùng chữ đầu của tên La Tinh hay Hy
Lạp của các đơn chất vào việc viết các công thức và phương trình hóa học.
Tới năm 1860, khi các nhà hóa học họp hội nghị tại Karlsruhe để tìm cách giải quyết các
ngõ bí về phân tích hóa học thì Julius Lothar Meyer (1830 - 1895) , một trong các nhà hóa học
hữu hạng, nhận được một bản thảo do Cannizzaro gửi đến. Stanislao Cannizzaro, giáo sư hóa học
tại Đại Học Gênes, đã viết ra tập “Phác họa về một Đường lối triết Lý Hóa học” (Sketch of a
Course of Chemical Philosophy). Đây là các bài ghi lại những gì ông đã dạy cho các sinh viên
hóa học tại Gênes từ năm 1854. Cannizzaro đã xác nhận lại lý thuyết của Avogadro hơn 40 năm
về trước theo đó, ở cùng một nhiệt độ và dưới cùng một áp suất, các thể tích bằng nhau của nhiều
chất khí có cùng một số phân tử.
Trước kia thế giới khoa học không quan tâm tới nhận thức của Avogadro nhưng đến nay,
lời xác nhận lại của Cannizzaro lại được mọi người tán thành vì giới khoa học đang đi vào ngõ bí
trong việc khảo sát nguyên tử và các phản ứng hóa học, vì sự ủng hộ của nhà hóa học nhiều uy
tín Lothar Meyer và nhất là vì Cannizzaro đã đề cập tới một phương pháp cải biến từ tiêu chuẩn
của Avogadro trong việc đo tỉ trọng của các chất khí.
Avogadro trước kia đã dùng phân tử của Hydrogen làm đơn vị trong khi Cannizzaro lại
đề nghị dùng phân nửa của phân tử tức là nguyên tử. Ý tưởng này đã khiến cho các nhà hóa học
nhận thức được sự khác biệt giữa nguyên tử và phân tử, và lại biết rằng dù cho phần lớn các phân
tử của nhiều đơn chất ở thể khí do hai nguyên tử tạo thành, nhưng chỉ có một nửa phân tử, tức là
nguyên tử, tác dụng trong các phản ứng hóa học.
Nguyễn Văn Tú Page 6
Nhờ các định luật của Avogadro-Cannizzaro về chất khí, trọng lượng nguyên tử của
nhiều đơn chất được tìm thấy và điều này khiến cho các nhà khoa học nghĩ đến việc xếp hạng
các đơn chất theo trọng lượng nguyên tử. Dimitri Ivanovitch Mendeleev(1834-1907): là người
đầu tiên thành công trong việc xếp các chất vào một bảng khiến cho các đơn chất thuộc cùng một
họ có cùng một số các tính chât hóa học. Bảng Tuần Hoàn của Mendeleieff thời đó còn để nhiều
khoảng trống và trong các năm 1875, 1879 và 1886, 3 đơn chất mới được tìm thấy và các chất
này được điền đúng vào 3 chỗ trống trong bảng, đó là các chất Gallium, Scandium và
Germanium. Như vậy vào năm 1895 tức là sau 2,500 năm, nguyên tử mới chính thức trở thành
sự thật và các nhà khoa học đều công nhận lý thuyết của Democritus là đúng.

Vào khoảng đầu năm 1896, các báo chí tại châu Âu đều đăng tải một tin phát xuất từ
Vienne. Theo tin tức này, một giáo sư người Đức tên là Wilhelm Roentgen thuộc trường Đại
Học Wurzburg, vừa mới khám phá ra một phương pháp chụp các vật đã được cất dấu, ngay cả
xương chân tay của con người. Tin khoa học này đã khiến cho mọi phòng thí nghiệm đều thực
hiện lại việc chụp hình các xương tay, xương chân, xương đùi Các nhà y học đã nhận biết ngay
giá trị của phát minh kể trên áp dụng vào việc tìm hiểu các bộ phận ẩn khuất trong cơ thể và tia
sáng đã được dùng vào việc chụp ảnh đó được Roentgen gọi tên là tia X.
Người ta không được nghe nói do trường hợp nào Roentgen đã khám phá thấy tia X
nhưng có lẽ do một sự tình cờ. Trong phòng thí nghiệm của trường Đại Học, Roentgen đã dùng
ống tia âm cực và một cuộn dây Ruhmkorff, với hai thứ dụng cụ đơn giản này, Roentgen đã khảo
cứu thứ tia mới lạ đó và thấy rằng khi đưa ra các bản thu ảnh, các bản nhậy cảm này đã bị tia X
tác dụng như thể ánh sáng mặt trời hay ánh sáng đèn.
Trong nhiều tháng vào năm 1895, Roentgen đã khảo sát nhiều lần tia X rồi công bố kết
quả vào dịp lễ Giáng Sinh năm đó. Tại Wurzburg thời đó có một hội khoa học thường nhận các
bài khảo cứu để đăng tải dưới hình thức tờ phúc trình. Ngày thứ Bẩy sau lễ Giáng Sinh,
Roentgen đưa bản thảo cho viên thư ký của hội để rồi 10 ngày sau, ông ta nhận được các tập bài
viết 10 trang. Roentgen đã gửi các tập bài này tới các nhà khoa học danh tiếng của châu Âu, kèm
theo là các tấm ảnh do ông chụp được bằng tia X.
Tại nước Pháp, các nhà khoa học thuộc Viện Hàn Lâm được thông báo về phát minh của
Roentgen nhờ tập bài gửi tới tay Henri Poincaré, nhà toán học kiêm vật lý học. Vào buổi chiều
ngày 20/1/1896, Henri Poincaré đã trình bày trước Hàn Lâm Viện Khoa Học các bức ảnh chụp
xương tay do Oudin và Barthélémy thực hiện theo tờ phúc trình của Roentgen. Trong dịp này
Henri Poincaré cũng giải đáp các câu hỏi cho các nhà khoa học Pháp có mặt trong buổi họp.
Trong số các thính giả của buổi trình bày này có Henri Becquerel, giáo sư vật lý tại Viện
Bảo Tàng Lịch Sử Thiên Nhiên (Musée d’Histoire Naturelle). Henri Becquerel cũng là một nhà
vật lý thuộc Hàn Lâm Viện Khoa Học giống như cha và ông nội của ông. Becquerel nhận thấy
tia X đã làm sáng màn huỳnh quang trong khi đó, trạng thái huỳnh quang đã được cha của ông
khảo cứu kỹ càng. Becquerel liền chú ý tới khám phá của Roentgen.
Trong nhiều tháng trường, Becquerel đã làm thí nghiệm với chất huỳnh quang sulfat
uranium và potassium. Đó là một hợp chất gồm hai chất kể trên với lưu huỳnh và Oxygen. Tinh

thể của hợp chất này thường sáng lên khi được chiếu bằng tia tử ngoại (UV). Chủ đích của
Nguyễn Văn Tú Page 7
Becquerel là muốn khám phá các tia còn bí ẩn vì thế ông đã dùng một bản thu ảnh gói trong giấy
đen. Muốn kích thích tính huỳnh quang của các tinh thể sulfat uranium và potassium, Becquerel
dùng tới tia tử ngoại của ánh sáng mặt trời. Ông đặt lên cửa sổ các tinh thể trên giấy đen có gói
bản thu ảnh bên trong. Sau vài giờ phơi nắng, Becquerel làm hiện hình tờ giấy ảnh: ông đã thấy
các vết sám lớn dần tại chỗ có các tinh thể của hợp chất.
Becquerel liền đặt các tinh thể trên một đồng tiền thì thấy hiện hình trên giấy ảnh một
vòng tròn trắng trên một nền đen. Trong thí nghiệm thứ ba, Becquerel đặt giấy ảnh và tinh thể
cách nhau bằng một miếng kính vì ông e ngại ánh sáng mặt trời sẽ làm cho các tinh thể sinh ra
các hơi và những làn hơi này tác dụng trên mặt nhậy cảm của giấy ảnh. Trong lần này, Becquerel
đã tìm thấy kết quả như thể không có miếng kính.
Ngày 24 tháng 2 năm 1896, Becquerel tuyên bố với Hàn Lâm Viện ông đã tìm ra một thứ
tia sáng đâm thấu. Ông đặt giả thuyết rằng tia X là một phần của bức xạ huỳnh quang. Becquerel
đã nhầm lẫn, nhưng rất may ông vẫn còn tiếp tục khảo cứu. Ba ngày sau đó, mọi vật dụng thí
nghiệm đều sẵn sàng nhưng thời tiết thay đổi, trời không có nắng nữa. Becquerel liền xếp vào
ngăn kéo nào giấy ảnh, nào các tinh thể hóa chất. Các vật dụng này cất trong tối 5 ngày và
Becquerel cho rằng chất sulfat uranium và potassium chỉ chiếu sáng khi được kích thích bằng tia
tử ngoại. Nếu vậy các giấy ảnh vẫn còn trinh nguyên vì để trong bóng tối. Do lòng kiên nhẫn sẵn
có, Becquerel đem làm hiện hình giấy ảnh thì thấy giấy ảnh lần này lại đen sẫm hơn những lần
trước kia, điều này làm ông sửng sốt. Nếu vậy các tinh thể kia đã có thể tự phát ra các tia bức xạ.
Becquerel liền thí nghiệm lại trong phòng thật tối và thấy rằng điều nhận xét đó đúng. Lúc này,
Becquerel đã gặp khó khăn trong việc cắt nghĩa lý do vì thế ông tiếp tục tìm kiếm câu giải đáp.
Becquerel thấy rằng những chất chứa Uranium và ngay cả các hợp chất có Uranium mà
không có tính chất huỳnh quang, đều có thể phát ra các tia bức xạ trong khi các hợp chất khác
chứa Calcium hay Kẽm chẳng hạn lại không có tính chất trên. Sau nhiều thí nghiệm, Becquerel
đi tới kết luận chất Uranium là nguyên nhân khiến các bản thu ảnh bị tác dụng và ông đã nghĩ tới
việc thí nghiệm bằng Uranium nguyên chất nhưng cho tới thời bấy giờ, chưa có thứ kim loại này.
Ông đành chờ đợi.
Thời bấy giờ, Henri Moissan thuộc trường Cao Đẳng Dược Khoa Paris, đang tìm kiếm

phương pháp điều chế Uranium nguyên chất. Tới tháng 5, Moissan thành công và Becquerel đã
làm thí nghiệm với một miếng của thứ kim loại mới này. Ông ta đã thấy các tia bức xạ mạnh gấp
bội, hơn hẳn tại các lần thí nghiệm trước. Như vậy Becquerel đã khám phá ra tính chất của một
thứ kim loại mới có khả năng phát ra các tia bức xạ. Nhưng các điều khám phá của Roentgen và
Becquerel chưa khiến cho các nhà bác học đương thời lưu ý. Những điều tìm thấy đó bị bỏ quên
trong một năm rưỡi, cho tới cuối năm 1897, mới được Marie Curie để tâm đến.
Sau khi sinh hạ cô gái đầu lòng, Marie Curie muốn tiếp tục việc học. Bà muốn theo đuổi
chương trình Tiến Sĩ Vật Lý và như vậy phải nộp luận án về một đề tài khoa học. Nếu thế, cách
hay nhất là khảo cứu ngành nào chưa được ai quan tâm tới. Vì vậy Marie Curie bắt đầu bằng chất
Uranium, thứ kim loại của Moissan, rồi bà Curie suy ra rằng còn có các kim loại khác phát ra các
tia bức xạ. Marie Curie bắt đầu cuộc tìm kiếm và sau rất nhiều lần thử với vô số vật chất, bà đã
để tâm tới chất pechblende.
Nguyễn Văn Tú Page 8
Pechblende là một khoáng chất chứa Uranium kết tinh. Marie Curie đã ngạc nhiên thấy
pechblende cho các tia bức xạ mạnh hơn các tia của kim loại Uranium nguyên chất. Nếu vậy
trong pechblende phải có một nguyên tố nào chưa biết, có đặc tính phát ra các tia đâm thâu, vì
vậy phải tìm ra chất đó. Việc lấy một chất mới ra khỏi các chất khác đòi hỏi nhà bác học phải là
một nhà hóa học thành thạo, thấu hiểu tất cả tính chất của những nguyên tố đã biết, trong khi đó
cả ông Pierre lẫn bà Marie đều chưa phải là các nhà hóa học. Vì thế hai ông bà Curie đành phải
đến hỏi Gustave Bémont trong khi ông này chỉ là trưởng phòng thí nghiệm của trường Lý Hóa.
Sau nhiều tháng khổ công tìm kiếm bằng mọi cách, hai ông bà Curie đã thành công trong
việc phân tách và tìm thấy một nguyên chất mới mà hai ông bà gọi là Polonium. Ngoài chất
Polonium, ông bà Curie còn nhận thấy rằng trong pechblende còn có một chất phóng xạ khác.
Với sự trợ giúp của Eugène Demarcay, hai ông bà tiếp tục tiến hành việc nghiên cứu.
Vào cuối năm 1898, ông bà Curie công bố việc khám phá ra một chất mới thứ hai: chất
Radium. Ngày 26/12/1898, Becquerel trình bày sự khám phá ra chất Radium của ông bà Curie
trước Hàn Lâm Viện Khoa Học Pháp. Như vậy giới khoa học đã biết tới 3 chất phóng xạ. Chất
thứ tư là Thorium được khảo sát do R. B. Owens, Giáo Sư thuộc Đại Học McGill tại Montreal,
Canada.
Lúc bấy giờ Owens mới 28 tuổi và là bạn của Ernest Rutherford, 27 tuổi, Giáo Sư Vật Lý

tại trường Đại Học Montreal. Rutherford đã khuyến khích Owens nghiên cứu về chất Thorium và
ông này đã dùng các phương pháp của Rutherford.
Rutherford sinh trưởng tại Tân Tây Lan. Ngay từ nhỏ, ông đã nổi danh là một thần đồng.
Khi còn theo học tại trường trung học Nelson, Rutherford rất giỏi về Toán, Lý, Hóa, Sử, La Tinh,
Pháp Văn và Văn Chương Anh. Ông đã đỗ đạt rất sớm với hạng rất cao. Cuối năm 1825,
Rutherford được gửi theo học tại Đại Học Cambridge. Thời bấy giờ giám đốc phòng thí nghiệm
Cavendish là nhà bác học J.J.Thomson nhận thấy Rutherford là người có tài, nên nhận
Rutherford làm phụ tá. Thomson và Rutherford cùng nghiên cứu về tia X và sự Ion hóa các chất
khí trong hơn một năm trường.
Vào mùa xuân năm 1898, một tin từ Đại Học McGill cho biết trường này hiện thiếu một
chân giáo sư. Với sự giới thiệu của Thomson, Rutherford đã được bổ về trường McGill. Tại nơi
đây, Rutherford đã khảo sát hiện tượng phóng xạ khơi mào (radioactivité provoquée).
Những nhà khoa học tiền phong về chất phóng xạ kể trên như Becquerel, ông bà Curie,
Rutherford đã khiến cho Sir William Crookes chú ý tới tính phóng xạ vào cuối năm 1899. Là
nhà hóa học tại thành phố London, Crookes rất giàu có lại yêu thích công việc khảo cứu khoa
học. Sau căn nhà, ông cho lập một phòng thí nghiệm riêng. Ngoài ra ông còn đứng ra xuất bản
một tuần san về hóa học. Sir William Crookes cũng định tìm kiếm chất Radium trong
pechblende nhưng sau nhiều lần gạn lọc và tìm hiểu, ông cảm thấy mình đang có trước mặt một
chất mới, không phải là Polonium lẫn Radium mà ông gọi là Uranium X. Vào tháng 5 năm 1900,
Crooks mang những điều tìm được của mình trình bày trước Hội Khoa Học Hoàng Gia London.
Vào mùa hè năm 1900, khi Rutherford trở về Tân Tây Lan để cưới vợ thì Frédérick
Soddy tới Montreal. Soddy khi đó mới 22 tuổi, năm trước vừa đậu văn bằng Hóa Học tại trường
Nguyễn Văn Tú Page 9
Đại Học Oxford, nhưng vì không kiếm nổi việc làm tại nước Anh nên Soddy đành sang Canada.
Trong thời gian lưu lại Montreal, Soddy đã lóa mắt trước các phòng thí nghiệm lộng lẫy do Sir
William Macdonald, vua thuốc lá, xây dựng cho trường Đại Học McGill. Vì vậy Soddy tình
nguyện nhận chân nghiệm chế viên hóa học. Chính tại phòng thí nghiệm của Rutherford, Soddy
được giao phó việc khảo sát chất Thorium. Soddy và Rutherford đã tìm ra một hóa chất còn nghi
ngờ với tên gọi là Thorium X.
Khi trở về làm việc tại Cambridge, Rutherford khảo sát sự Ion hóa và thấy rằng Uranium

phát ra hai loại tia mà ông đặt tên là tia alpha và tia bêta. Sau đó nhà vật lý học trẻ tuổi của
trường Đại Học McGill là Arthur Gorden Grier nhận thấy rằng Thorium cũng như Uranium chỉ
cho tia alpha trong khi Uranium X và Thorium X phát ra tia beta
Sự Tranh Cãi Giữa Các Thiên Tài
Ngày 05 tháng 10 năm 1906 trong một phòng khách sạn gần Trieste,nhà vật lý người Đức
Ludwig Boltzmann treo cổ tự tử. Boltzmann từ lâu đã có các vấn đề về tâm lý và một trong
những nguyên nhân cơ bản dẫn tới tính trầm cảm của ông đó là ông đã bị lăng mạ thậm chí là bị
bài xích vì ông tin vào một điều mà ngày nay chúng ta đều hiển nhiên công nhận. Ông cho rằng
vật chất không thể mãi mãi chia thành các phần tử nhỏ hơn được,thay vào đó ông cho rằng cuối
cùng thì mọi thứ đều được tạo thành từ các khối cơ bản-các hạt Nguyên tử. Chính phát hiện này
của Boltzmann đã gây tranh cãi rất lớn. Cũng về vấn đề tranh luận về Nguyên tử thì 100 năm
trước đó các nhà khoa học đều cho rằng đó là lãng phí thời gian.Nhưng tới giữa thế kỷ XIX thì
việc nguyên tử có tồn tại hay không lại trở nên vô cùng quan trọng. Và lý do đó là gì? Đó chính
là hơi nước. Vào những năm 1850 thì hơi nước đã làm thay đổi Thế giới, hơi nước cung cấp
năng lượng cho những cỗ máy khổng lồ, tàu hỏa, thuyền, các nhà máy trong cuộc Cách mạng
công nhiệp. Việc tìm ra và sử dụng hơi nước hiệu quả hơn trong, thươngmại, chính trị và quân
sự. Đó chính là câu hỏi then chốt của khoa học thế kỷ XIX. Nhu cầu tạo ra động cơ mạnh và có
hiệu suất cao hơn dẫn tới yêu cầu cấp bách cần phải hiểu và dự đoán được hoạt động của nước và
hơi nước ở nhiệt độ và áp suất caoLugwig Boltzmann và các cộng sự của ông chỉ ra rằng nếu
chúng ta tưởng tượng hơi nước được tạo thành từ hang triệu các khối cầu nhỏ và chắc-các
nguyên tử, khi đó chúng ta có thể tạo ra các phương trình toán học mạnh và các phương trình đó
có thể dự đoàn được hành vi của hơi nước với độ chính xác rất cao. Nhưng những phương trình
này đưa Boltzmann và các cộng sự nghiên cứu đến một mâu thuẫn. Đối thủ của họ cho rằng do
không thể nhìn thấy được các nguyên tử nói đến trong phương trình,chúng chỉ thuần túy là
phương trình toán học chứ không phải các đối tượng vật lý thực sự. việc khẳng định sự tồn tại
của các thực thể,tưởng tượng đó dường như quá táo bạo và thậm trí là hồ đồ. Những người chỉ
trích Boltzmann coi đó như là một sự xúc phạm khi đánh giá thấp sự sang tạo kỳ diệu của chúa
trời xuống thấp chỉ ở mức chuỗi va chạm các khối cầu vô cùng nhỏ, vô tri vô giác Boltzmann bị
lên án là một nhà duy vật vô thần. Điều trớ true và cay đáng của Boltzman là khi kết liễu cuộc
đời mình năm 1906, ông không hề biết rằng mình đã được giải oan, một năm trước khi ông mất

một nhà khoa học trẻ đã viết một bài báo khẳng định sự tồn tại không thể chối cãi của nguyên tử.
Chúng ta có thể đã đoán biết đó là nhà khoa học nào. Đó chính là Albert Einstein. Năm 1905,
một năm trước khi Boltzmann tự vẫn, Einstein mới 26, tính cách táo bạo của ông đã gây khó chịu
cho hầu hết các giáo sư và thầy giáo và gần như không ai muốn làm việc cùng với ông. Và rồi
bạn gái của ông có mang, một cuộc hôn nhân vội vã được tiến hành. Ông cần một việc làm. Do
Nguyễn Văn Tú Page 10
không quá nổi bật ở trường đại học,ông nhận việc làm thư cấp bằng sáng chế ở Berne - Thụy Sỹ,
Ông chuyển đến căn hộ ở Kramgasse cùng với người vợ trẻ Mileva. Bất chấp tình cảnh vô cùng
khó khăn Einstein có một niềm đam mê cháy bỏng, ông khao khát được ghi dấu ấn là một nhà
Vật Lý và trong năm 1905, một năm kỳ diệu dấu ấn của ông tạo ra thật hết sức phi thường. Sở
hữu một công việc không quá khắt khe khiến ông có nhiều thời gian cả ở cơ quan và trong căn
hộ nhỏ bé của mình để dành cho những xuy nghĩ sâu sắc. Chỉ trong thời gian ngắn(vài tháng)
ông sắp sửa công bố một số bài báo sẽ thay đổi khoa học mãi mãi. Giờ đây ai cũng biết đến
Thuyết tương đối của ông ngay cả khi chúng ta không hiểu gì về nó. Bài báo viết về bản chất ánh
sáng giúp ông nhận giải thưởng Nobel vài năm sau đó. Nhưng không có bài báo nào trong số đó
có ảnh hưởng đén sự phát hiện ra nguyên tử sau này. Điều làm nên mọi sự khác biệt là một bài
báo ngắn lý giải chuyển động của các hạt phấn hoa nhỏ trên mặt nước.
Trở lại thí nghiệm về các hạt phấn hoa chuyển động trong nước (năm 1827) nhà thực vật
học người Scotland là Robert Brown đã rắc những hạt phấn hoa trên mặt nước và theo dõi qua
một kính hiển vi. Ông nhận thấy các hạt phấn hoa thay vì nổi nhẹ trên mặt nước chúng lại
chuyển động rất một cách rất dữ dội trong lòng nước,như thể chúng là cơ thể sống. Khi đó cái
gọi là “chuyển động Brownian” còn rất kỳ lạ. Các nhà khoa học nhanh chóng lãng quên nó, họ
cho rằng nó tầm thường, thậm chí là tẻ nhạt và buồn cười. Ai quan tâm đến phấn hoa có chuyển
động trên mặt nước hay không? Và sự rung động đó thì có liên quan gì đến nguyên tử ? Gần 80
năm trôi qua, phát hiện của Brown vẫn là một hiện tượng dị thường ít được biết đến. Và rồi
Einstein đã thay đổi tất cả, bằng hiểu biết sâu sắc đáng kính nể và kinh ngạc. Ông thấy chuyển
động Brownian lien quan trực tiếp đến các nguyên tử. trên thực tế, Ông nhận ra rằng sự rung
động của các hạt phấn hoa trên mặt nước có thể giải quyết dứt điểm cuộc tranh cãi dữ dội về sự
tồn tại của các nguyên tử lý lẽ ông đưa ra khá đơn giản: các hạt phấn hoa sẽ chỉ rung động nếu
chúng bị xô đẩy bởi vật khác, do đó Einstein nói rằng nước chắc chắn phải được cấu tạo từ các

hạt nhỏ xíu và bản thân các hạt nhỏ xíu đó giao động và không ngừng xô đẩy các hạt phấn, nếu
không có các nguyên tử các hạt phấn sẽ đứng im. Vì vậy mà Boltzmann và những người cngf
thời với ông đã tranh cãi dữ dội về câu hỏi này mà không đem lại kết quả. Mà không ai biết được
rằng câu trả lời đã có ngay từ đầu. Einstein chứng minh rằng để thực hiện được chuyển động
Brownian nguyên tử phải “Tồn tại”. Bài báo của Einstein không dừng lại ở các lý lẽ xuông, bằng
mô hình toán học hoàn hảo, Ông chứng minh rằng sự rung động của các hạt phấn hoa tiết lộ kích
thước của nguyên tử và nó nhỏ tới mức không thể tưởng tượng nổi, đường kính cỡ 1/ 10.000.000
milimeter, như vậy với một sợi tóc người thì đường kính của nó tương đương với hơn 1 triệu
nguyên tử. Bài báo của Einstein chấm dứt cuộc tranh luận, Liệu nguyên tử có thực sự tồn tại hay
không? Và Boltzmann đã hoàn toàn được minh oan, Nguyên tử chắc chắn tồn tại
Vào đầu những năm thế kỷ XX nguyên tữ đã được công nhận, các nhà khoa học cho rằng
nguyên tử tồn tại không còn bị coi là những người dị giáo nữa mà hoàn toàn ngược lại họ được
coi là lẽ phải. Nhưng họ phải trả cái giá rất cao cho thành công của mình trước khi họ có cơ hội
chúc mừng nhau về thành công của mình về việc khám phá ra nguyên tử, họ luôn bị lung lay và
chóng mặt với những điều kỳ lạ và đôi khi đáng sợ của một thế giới mới. Mọi chuyện bắt đầu từ
Manchester - nơi tâm điểm của thế giới về vật lý nguyên tử ,vào khoảng năm 1910. Hai trong số
những nhà khoa học vĩ đại nhất trong lịch sử làm việc trong khoa vật lý trường ĐH Manchester
từ năm 1911-1916, họ là Ernest Rutherfofd và Niels Bohr. Họ như hai tính cách trái ngược nhau,
và có vẻ như không có khả năng hợp tác với nhau:
Nguyễn Văn Tú Page 11
Rutherford
30/08/1871—19/10/1937
Bohr
07/10/1885—18/11/1962
- Sinh ra tại một vùng hẻo lánh của
Newzealand
- Xuất than trong một gia đình làm trang
trại
- Hoàn toàn theo chủ nghĩa thực nghiệm
- Yêu thích công nghệ, Ông được trời

phú cho khả năng trực giác tuyệt vời.
- Các dụng cụ thí nghiệm, quan sát và đo
đạc là cách ông nghiên cứu khoa học
- Ông chỉ tin vào những gì ông quan sát
và đo đạc được.
- Sinh ra ở Copenhagen
- Giàu có và uyên bác, gần như một nhà
quý tộc
- Hoàn toàn là nhà vật lý lý thuyết
- Với ông khoa học là những suy nghĩ
sâu sắc và trừu tượng
- Giấy, bút và bảng là công cụ của ông
- Logic là con đường đưa ông đến chân
lý
Mặc cách giải quyết vấn đề của 2 ông là hoàn toàn khác nhau nhưng họ lại có một điểm
chung: hai ông sẵn sàng từ bỏ nền khoa học đã tồn tại trong ba thế kỷ nếu chúng không phù hợp
với những gì hai ông cho là đúng. Rutherford và Bohr,hai trong những nhà khoa học vĩ đại nhất
trong lịch sử. Nhưng hai ông cunhx phải sử dụng hết sự bền bỉ, cảm hứng sáng tạo của mình để
có thể đương đầu với nguyên tử. Năm 1907 Rutherford làm chủ nhiệm khoa vật lý trường ĐH
Manchester, đây là thời kỳ của những thay đổi căn bản trong khoa học
Nhắc lại 10 năm trước đó,tại Đức người ta đã phát hiện ra tia dị thường có thể xuyên qua
da thịt và nhìn thấu xương chúng ta, nó kỳ lạ tới các nhà khoa học không biết gọi nó tên là gì và
đã gọi nó là Tia X. Vài năm sau đó ở Cambridge người ta đã chỉ ra rằng với những dòng điện
cực mạnh có thể sinh ra những dòng hạt điện tích nhỏ phát sang rất kỳ lạ được gọi là electrons.
Và ở Pháp năm 1896 đã có một khám phá tối quan trọng, một khám phá sẽ lần đầu tiên hé lộ bức
Nguyễn Văn Tú Page 12
màn bí mật của nguyên tử. người ta thấy rằng Uranium phát ra một nguồn năng lượng rất mạnh
và kỳ lạ, được gọi là năng lượng phóng xạ. Các kim loại phóng xạ có thể sờ được nhưng cũng có
thể làm bỏng da và các tia phóng xạ có thể đi xuyên qua các chất rắn như thể chúng không tồn
tại. Đó thực sự là điều kỳ diệu của thời đó. Rutherford bị ám ảnh về năng lượng phóng xạ, vô

vàn câu hỏi quanh ông phóng xạ được hình thành như thế nào? Và sao lại có nhiều dạng khác
nhau như vậy? Phóng xạ có thể truyền đi bao xa trong không khí và chân không? Phóng xạ làm
thay đổi vật chất trên đường đi của chúng không?
Ở Manchester, Rutherford cùng với các trợ lý của mình, Hans Geiger – người sang chế ra
máy đếm Geiger, và Ernest Marsden, ông tiến hành hàng loạt thí nghiệm để tìm hiểu bí ẩn của
phóng xạ. Ông dung một nguồn phát tia phóng xạ α, một màn chắn bằng vàng dát cực mỏng và
màn lân tinh đặt sau lá vàng. Ông cắt cử 2 trợ lý của mình ngồi và quan sát. Công việc trong
phòng tối thật quá buồn tẻ với hai ông. Nhiều ngày trôi qua dòng α bắn xuyên qua tấm vàng
mỏng đó một cách như người ta đã biết và mãi vẫn không co hiện tượng bất thường. Rồi một
ngày Rutherford đi qua hành lang phòng thí nghiệm ông bắt gặp 2 trợ lý và hỏi , thì họ cho hay
vẫn không có hiện tượng gì bất thường. Rutherford khi đó đã gợi ý, đặt ngược màn lân linh và
quan sát xem xó hạt α nào bay ngược lại không. Và trải qua khá nhiều ngày 2 trợ lý lag Geiger
và Marsden phát hiện ra đã có hạt α bật ngược lại, họ cho hay cứ khoảng 8000 hạt α xuyên qua
thì có 1 hạt bật ngược trở lại. Điều đó đã làm Rutherford rất đỗi ngạc nhiên. Phải mất gần một
năm thì Rutgerford mới tìm hiểu được nguyên nhân của sự bật ngược trở lại của hạt α. Điều mà
ông sắp công bố với Thế giới quá đặc biệt. mọi người mới vừa chấp nhận nguyên tử như là thành
phần nhỏ nhất cấu tạo nên vật chất. Và giờ đây mọi người sẽ biết cấu trúc nội tại bên trong của
nguyên tử. Rutherford đã hình dung nguyên tử như hệ mặt trời tý hon. Electrons các hạt nhỏ tí
hon tích điện âm chuyển động quanh một vật chất cực kỳ nhỏ tích điện dương mà ông gọi là Hạt
nhân nguyên tử. Kết quả tính toán của Rutherford cho thấy hạt nhân nhỏ hơn nguyên tử khoảng
10.000 lần. Đó là lý do tại sao chỉ có 1 trong 8000 hạt α bật ngược trở lại, tình cờ chúng là
những hạt va chạm với hạt nhân nhỏ xíu, những hạt còn lại lướt qua mà không chạm vào bất cứ
thứ gì, Hệ quả bất ngờ của giả thuyết đó là nguyên tử theo Rutherford là một không gian hầu như
trống rỗng.
Vậy theo như Rutherford ta hình dung rằng nếu hạt nhân có kích thướng bằng quả bóng
thì quỹ đạo của electron gần nhất sẽ cách xa nửa dặm, phần còn lại của nguyên tử hoàn toàn là
chân không. Nguyên tử không giống bất cứ thứ gì mà chúng ta đã biết đến trước đó, và nó càng
lúc càng trở nên kỳ lạ hơn! Hầu như thời đó ngay lập tức nổ lên một vấn đề, một vấn đề lớn.
Theo khoa học đã được thử nghiệm và kiểm chứng thờ bấy giờ, electron lẽ ra phải mất năng
lượng, giảm dần vận tốc và xoáy tròn về phía hạt nhân chỉ trong chưa đầy khoảng thời gian nháy

mắt. Nguyên tử theo Rutherford mâu thuẩn với các định luật khoa học đã biết, mô hình nguyên
tử ấy đã thách thức các khoa học truyền thong, nó hầu như là chan không và sẽ mãi mãi là như
vậy. Quãng thời gian lúc ấy, chỉ 6 năm ngắn ngủi ,từ năm 1905 đến 1911 nguyên tử đã được
công nhận la tồn tại và có kích thước vô cùng nhỏ, rồi người ta lại thấy rằng nguyên tử hầu như
là chân không và nó không tuân theo các định luật đã biết. Hệ quả tất yếu yếu là các nhà khoa
học uy tín thời đương đại, trong đó có cả Einstein đều lung túng, những tư tưởng khoa học mà họ
đã tin tưởng trọn đời hoàn toàn sụp đỏ khi lý giải về nguyên tử, nguyên tử giờ đây cần một thế hệ
các nhà khoa học mới để tiếp bước Rutherford.
Nguyễn Văn Tú Page 13
Một trong những người tiên phong của làn sóng mới này là Niels Bohr. Năm 1911 ông
rời Đan Mạch đến Anh quốc, sau khi hoàn thành những nghiên cứu Bohr quyết định ra nước
ngoài và đến trung tâm của vật lý hiện đại thời bấy giờ ( ĐH Manchester). Bohr cực kỳ thông
minh, tuy đôi lúc bị ám ảnh vô lý đến những chi tiết nhỏ nhặt. VD: chuyện kể rằng Bohr đã tự
học tiếng Anh bằng cách đọc đi đọc lại các bài báo Pickwick của Dickens. Bohr bị cuốn hút bởi
hình dung nguyên tử của Rutherford đến mức ông đặt sứ mệnh cho mình phải đi giải quyết
những điều bí ẩn vì sao nguyên tử không co lại và tại sao có nhiều chân không đến như vậy. Là
một nhà vật lý lý thuyết thế hệ mới, trong ý nghĩ của mình Bohr không hề e ngại và sẵn sang từ
bổ những lý lẽ thong thường hay trực giác của con người để tìm ra một lời giải đáp. Và rồi bằng
một hành đọng thiên tài ông bắt đầu tìm kiếm về cấu trúc nguyên tử, nhưng không xem xét dưới
góc đọ vạt chất mà bằng cách tìm hiểu bản chất kỳ lạ và bí ẩn của ánh sáng. Một điều rõ rằng là
nguyên tử và ánh sáng có quan hệ với nhau. Hầu hết các chất phát sáng khi bị nung nóng, hàng
trăm năm qua con người đã nhận thấy các chất khác nhau phát sáng với những màu sắc riêng biệt
của chúng. Những màu sắc khác nhau đó gắn với các chất khác nhau và gọi là “Quang phổ”. Trí
tuệ siêu việt của Bohr thể hiện ở chỗ ông nhận ra rằng quang phổ cho chúng ta biết điều gì đó về
cấu trúc nội tại của nguyên tử, và chúng có thể lý giải cho những khoảng chân không đó. Ý
tưởng của Bohr là lấy mô hình nguyên tử là hệ mặt trời của Rutherford và thay bằng một thứ hầu
như không thể hình dung và tưởng tượng được, khi ấy những hình dung trực quan như chân
không và các hạt chuyển động theo quỹ đạo phai nhạt dần, chúng được thay thế bởi một trong
những khái niệm gây nhiều hiểu lầm nhất trong lịch sử khoa học – “ bước nhảy lượng tử ” . Hầu
hết các nhà vật lý đều phải mất nhiều năm để chấp nhận thuật ngữ “ bước nhảy lượng tử ”. bản

than Bohr cũng nói rằng: nếu ai đó nghĩ là đã hiểu về nó,thì chẳng qua là họ chưa suy nghĩ một
cách thấu đáo, do vậy tôi sẽ chuẩn bị tinh thần để trong vòng 30s cố gắng giảng giải về một trong
những khái niệm phúc tạp nhất trong lịch sử khoa học nhưng là khái niệm nền tảng cho toàn bộ
vũ trụ.
Bohr mô tả nguyên tử không phải là một hệ mặt trời mà như 1 tòa nhà nhiều tầng, tầng
một là hạt nhân cư trú, các electron chiếm các tầng bên trên. Một quy luật bí ẩn phát biểu rằng
electron chỉ có thể nằm “ trên ” các tầng chứ không bao giờ nằm ở giữa, một quy luật bí ẩn khác
nói rằng thỉnh thoảng chúng tức thì nhảy từ tầng này qua tầng khác, đó chính là cái chúng ta gọi
là “ bước nhảy lượng tử ”,lúc bấy giờ Bohr hoàn toàn không hiểu vì sao lại có những quy luật
này. Những suy nghĩ theo cách đó cho phép ông đưa ra những dự đoán hết sức đáng ngạc nhiên.
Khi một Electron nhảy từ tầng cao xuống tầng thấp hơn nó phát ra ánh sáng. Quan trọng hơn,
màu sắc của ánh sáng đó phụ thuộc vào độ lớn của bước nhảy lượng tử do electron thực hiện, vì
thế electron nhảy từ tầng ba xuống tầng hai chỉ có thể phát ra ánh sáng màu đỏ, còn electron
nhảy từ tầng mười xuống tầng hai phát ra ánh sáng xanh. Để kiểm chứng giả thuyết mới của
mình, Bohr dựa vào đó để đưa ra một dự đoán: Liệu có thể giải mã được bí ẩn trong quang phổ
Hidro không? Sau nhiều tháng tính toán kiên trì cuối cùng ông cũng đưa ra lời giải và dự đoán
của ông chính xác tới không ngờ. Lần đầu tiên trong lịch sử hiện tượng quang phổ dường như đã
được lý giải(1913). Đó quả thực là một sự kiện lớn. Nhưng ý tưởng mới của Bohr lại dựa trên
một giả thuyết vô cùng gây tranh cãi. Tại sao các electron và nguyên tử lại xử sự như chúng đang
ở trong một ngôi nhà nhiều tầng? và tại sang chúng lại thực hiện các bước nhảy lượng tử kỳ diệu
từ tầng này qua tầng khác? Không có tiền lệ nào như vậy ở bất cứ đâu trong lịch sử khoa học.
Khi một nhà vậy lý nói rằng nước nhảy ấy hết sức vô lý, Bohr đáp lại “ vâng,ngài hoàn toàn
đúng! Nhưng điều đó không có nghĩa là bước nhảy lượng tử không hề xảy ra chỉ là vì ngài không
thể nhìn thấy chúng”.
Nguyễn Văn Tú Page 14
Nhưng không thể nhìn được hiện tượng dường như đi ngược lại với mục
đích tối hậu của khoa học. Những nhà khoa học lớn tuổi nói riêng cho
rằng khoa học cần phải đem đến những hiểu biết về thế giới, chứ
không phải nghĩ ra những quy luật tùy tiện chỉ nhằm phù hợp với
các dữ liệu thực nghiệm. Tranh cãi giữa hai thế hệ các nhà khoa học

là điều không thể tránh khỏi. Nguyên tử và bước nhảy lượng tử kỳ
lạ do Bohr đưa ra là một đòn giáng mạnh vào khoa học cổ điển
truyền thống, và các học giả thế hệ cũ đã phản ứng quyết liệt,
dẫn đầu các học giả này là người khổng lồ trong giới vật lý :
Albert Einstein. Ông không thích những ý tưởng của Bohr, và
ông sẽ tuyên chiến với chúng, bằng mọi giá đưa thế giới trở về
với trật tự và lẽ phải và thoát khỏi những ý tưởng kỳ dị. Dù vậy Bohr vẫn không hề nao núng và
khi bước sang những năm 1920 đã hình thành hai chiến tuyến cho một trong những sự tranh cãi
vĩ đại nhất trong lịch sử khoa học. Einstein dành phần lớn những năm đầu thập kỷ 1920 để phản
bác lại Niels Bohr, với cả thành công và thất bại. Danh tiếng mang đến cho Einstein một Uy thế
lớn, do đó khi ông phản bác lại những ý tưởng, chẳng hạn bước nhảy lượng tử, và nói rằng điều
đó thật vu vơ, thì mọi người đề lắng nghe. Rồi tới năm 1925 ,một bức thư gửi đến ông, chính là
một tin vô cùng tốt lành cho nhành vật lý. Cuối cùng thì cũng có ý tưởng mô tả thế giới nguyên
tử bằng những định luật của khoa học truyền thống đã được thử nghiệm và kiểm chứng. Einstein
vui sướng tột độ và nói với bạn bè rằng: “ cuối cùng đã vén được bức màn che giấu những quy
luật của vũ trụ”. Gửi kèm lá thư đó là luận văn tiến sỹ của thanh niên người Pháp, và đằng sau đó
là một câu chuyện phi thường.
Trong những năm thế chiến thứ I , người thanh niên ấy dành thời gian làm việc trên đỉnh
tháp Eiffel với công việc điều khiển radio, tên ông là Prince Louis De
Broglie. Xuất thân trong một gia đình quý tộc Pháp, nhưng ông lại cống hiến
hết mình cho vật lý. Với kinh tế khá giả, ông đã lập một phòng thí nghiệm
bên đại lộ Champs- Elysees. Sau chiến tranh De Broglie bị những điều bí ẩn
và tranh cãi xung quanh nguyên tử cuốn hút. Và kinh nghiệm điều khiển radio
trong những năm chiến tranh đã gợi cho ông một ý tưởng thú vị: có lẽ sóng
radio sẽ giải thích được nguyên tử. Sóng radio mặc dù không nhìn thấy được nhưng nó hoạt động
như sóng nước trên hồ, sóng radio tuân theo những phương trình toán học đáng tin cậy được hiểu
rõ và tính toán từ nhiều thập kỷ trước đó. Vậy nên trong luận văn tiến sĩ của mình De Broglie
tưởng tượng một loại song radio đẩy electron xung quanh nguyên tử, ông gọi đó là song dẫn
đường, sóng dẫn trường này sẽ giữ chặt electron trên quỹ đạo của nó ngăn cho nguyên tử không
bị co lại. Không hề có những bước nhảy lượng tử tức thì kỳ lạ, chỉ đơn giản là các sóng trực quan

đơn giản gần gũi với đời thường. Các nhà khoa học truyền thống khi đó hẳn là đã cảm thấy rất an
tâm. Họ đã thốt lên “ Nguyên tử đơn giản chỉ là sóng” và “ chúng tôi hiểu sóng là gì”. Einstein
và các nhà khoa học truyền thống cảm thấy chiến thắng đã nằm trong tầm tay, họ tin rằng sẽ
đánh bại Bohr cùng với lý thuyết mới về nguyên tử cùng với các bước nhảy lượng tử kỳ dị.
Nhưng Niels Bohr không phải là người dễ bị khuất phục và chịu đầu hàng. Mặc dù ông
đã lý giải thành công quang phổ của Hidro bằng lý thuyết mang tính đột phá của chính mình.
Trên thế giới ông cũng không nổi tiếng bằng Einstein nhưng trên quê hương Đan Mạch,lý thuyết
riêng này đủ để đưa ông trở thành một ngôi sao. Tràn ngập thành công Niels Bohr trở lại
Copenhagen năm 1916 như một người anh hùng, với danh tiếng vừa có được Ông dễ dàng gây
Nguyễn Văn Tú Page 15
quỹ cho nghiên cứu. Trên thực tế nguồn tài trợ từ hãng bia hơi Carlsberg đã giúp ông thành lập
một viện nghiên cứu mới. Có thể nói một cách hài hước chính là bia đã giúp chúng ta hiểu được
những bí ẩn của nguyên tử ! Viện “Niels Bohr Institutet” thành lập năm 1920, Nó đã trở thành
trung tâm hàng đầu về vật lý lý thuyết và vẫn còn tồn tại cho tới tận ngày nay. Danh tiếng của
Niels Bohr về những ý tưởng độc đáo và sâu sắc khiến Copenhagen trở thành một thỏi nam châm
thu hút các nhà vật lý trẻ tuổi tràn trề hi vọng, họ muốn trở thành một phần trong ngành khoa học
mới của Bohr, mà sau này được gọi là cơ học lượng tử.
Năm 1924,bất chấp những lý giải truyền thống về nguyên tử của Einstein và De Broglie,
những người theo làn sóng mới đưa ra một giả thuyết khác dựa trên những bước nhảy lượng tử
của Bohr, đó là ý tưởng nhiều tham vọng nhất và gây nhiều tranh cãi nhất. Người đầu tiên phát
triển ý tưởng này là Woflgang Pauli, một trong những ngôi sao đang lên của phe ủng hộ Bohr.
Pauli dựa trên hiện tượng kỳ lạ về bước nhảy lượng tử của Bohr và đưa ra một trong những khái
niệm quan trọng nhất trong lịch sử khoa học, ý tưởng của ông có cái tên không mấy thú vị :
“Nguyên tắc loại trừ”, nguyên lý này giải thích được sự đa dạng vô bờ bến của tạo hóa. Câu hỏi
mà Pauli đang cố gắng giải đáp câu hỏi” Mỗ nguyên tử đều được cấu tạo từ các thành phần cơ
bản giống nhau ,vậy tại sao chúng lại xuất hiện dưới nhiều hình thức khác nhau như vậy? có
nhiều màu sắc,kết cấu và tính chất hóa học đến như vậy?”. VD đơn giản như Au và Hg đều là hai
kim loại, Au thể rắn và không độc hại; Hg thể lỏng và rất độc. Vậy mà chúng chỉ hơn kém nhau
1 Electron. Vậy tại sao 1 electron nhỏ bé lại làm nên sự khác biệt lớn đến như thê?. Pauli đã đề
xuất một định luật lượng tử khác mà dường như không ai ngờ tới. Dựa trên cách tưởn tượng

nguyên tử như 1 tòa nhà nhiều tầng của Bohr, hại nhân ở tầng cuối cùng, các e lần lượt lấp đầy
các tầng bên trên. Pauli nói rằng có một quy luật lượng tử khác, đó là mỗi tầng chỉ được phép
chứa một số lượng electron nhất định, nên nếu chúng ta muốn them một electron vào nguyên tử,
nó phải kiểm tra chỗ trống ở tầng trên cùng, và nếu đã đầy ở đó cần phải xây them một tầng khác
bên trên để chứa electron. Như vậy chỉ một e duy nhất cũng có thể thay đổi toàn bộ hình thù của
nguyên tử, và điều này sẽ tiếp tục ảnh hưởng tới tính chất của nguyên tử và mối quan hệ với các
nguyên tử khác. Nguyên lý của Pauli thực sự là nền tảng của toàn bộ ngành hóa học, và sau đó là
sinh học. Nguyên tắc loại trừ của Pauli là bước đột phá quan trọng trong cơ học lượng tử của
Bohr, gần như lần đầu tiên nó giúp ta hiểu thế giới xung quanh và cả cuộc sống. Thành công của
ông ấy đã xuyên thủng bức tường phòng ngự bảo vệ vật lý cổ điển của Einstein. Và cũng giống
như các bước nhảy lượng tử,đó là một trong những quy tắc kỳ lạ nhất của vật lý nguyên tử. Pauli
đã không giải thích quy tắc ấy từ đâu mà có, ông nói rằng “ đơn giản đó là do tạo hóa”.
Einstein và các nhà khoa học truyền thống không hề thích điều này, đối với họ đó như
một sự bịa đặt trắng trợn và phản khoa học, họ cần phải đáp trả và đáp trả một cách quyết liệt.
Trước đây, những cuộc tranh luận trong ngành vật lý nguyên tử hiện đại đều rất lịch sự và hòa
nhã nhưng giờ đây hai phe đều đưa ra những vũ khí mạnh nhất của mình, hai trong số những tên
tuổi vĩ đại nhất của ngành vật lý., họ là hai tính cách rất đối lập nhau, và có hiềm khích sâu sắc.
Ở phía khoa học cấp tiến là một người Đức kín đáo nhưng vô cùng quyết liệt,tên là Werner
Heisenberg. Ở phía bên thủ cựu là một người Áo rất tự tin tên là Irwin Schröedinger
Nguyễn Văn Tú Page 16
Werner Heisenberg
05/12/1901 – 01/02/1976
Irwin Schröedinger
12/08/1887 – 04/01/1961
- Trẻ trung năng động
- Là một nhà leo núi cừ khôi, chơi đàn
piano xuất sắc
- Là một sinh viên đạc biệt xuất sắc.
Khi mới chỉ 20 tuổi ông đã chuẩn bị
có bằng tiến sĩ và được nhiều trường

ĐH ở châu Âu mời gọi.
- Nồng nhiệt và lãng mạn
- Là một nhà triết học và một nhà thơ.
Ông viết sách về hi lạp cổ đại,về triết
học,về tôn giáo, và bị ảnh hưởng bởi
đạo Hinđu.
- Ông cũng là một người rất sôi nổi, táo
bạo, khéo léo, ăn mặc bảnh bao và là
tâm điểm của nhiều phụ nữ
Phương trình Schröedinger và bức tranh nguyên tử nó tạo ra bắt nguồn từ kỳ nghỉ cùng
nhân tình của ông trên đỉnh Alps - Thụy Sỹ năm 1926, một lần nữa cho phép các nhà khoa học
hình dung về nguyên tử. Schrodinger dựa trên ý tưởn của De Broglie về những sóng dẫn đường
kỳ lạ đưa electron quay quanh nguyên tử, ông cho rằng electron thực ra là một sóng năng
lượng,rung động nhanh đến mức nhìn giống như một đám mây xung quanh nguyên tử, một sóng
dạng mây mang năng lượng. không những thế ông đưa ra một phương trình mới rất ưu việt để
mô tả đầy đủ loại sóng này và từ đó có thể mô tả toàn bộ nguyên tử bằng vật lý truyền thống.
Đối với một hệ lượng tử tổng quát:
trong đó:
• i là đơn vị ảo.
• là hàm sóng, biên độ xác suất cho các cấu hình khác nhau của hệ
Nguyễn Văn Tú Page 17
• là hằng số Planck thu gọn (thường được chuẩn hóa về đơn vị trong các hệ đơn
vị tự nhiên)
• là toán tử Hamilton.
Phương trình ông đưa ra ngày nay gọi là phương trình sóng schrodinger. Một phương
trình vô cùng ưu việt. Điều đọc đáo nằm ở chỗ,ông đưa ra khái niệm mới gọi là hàm sóng, được
Schrodinger cho là mô tả đầy đủ hành vi của thế giới hạ nguyên tử.
Bằng những khái niệm đơn giản, thật khó có thể diễn tả ý tưởng của Schrödinger quan
trọng như thế nào. Đối với cộng đồng vật lý truyền thống,mặc dù hình ảnh về nguyên tử của ông
khá kỳ lạ,ít nhất nó cũng là thứ hình dung được, và các nhà khoa học luôn thích điều đó. Nhưng

vẫn còn đó vấn đề rất đau đầu nữa,điều mà các nhà khoa học cấp tiến cho rằng Schrodinger
không thể lý giải được, Lý thuyết mới của ông vẫn không thể giải thích được những bước nhảy
lượng tử tức thì và kỳ lạ của Bohr.
Mùa hè năm đó,Werner Heisenberg,một trong những người ủng hộ Niels Bohr, đi đến
một bờ biển xa lạ phía bắc nước Đức. Ông đấu tranh rất dữ dội và coi những ý tưởng của
Schrodinger là một sự xúc phạm. Ông cảm thấy rõ rằng sự kỳ lạ trong những bước nhảy lượng tử
tức thì thật sự chính là chìa khóa để hiểu nguyên tử. Ông nghĩ nguyên tử kỳ lạ và khác thường
đến mức không thể giải thích bằng cách đưa ra những hình tượng đơn giản như sóng quỹ đạo,
hay cả một tòa nhà nhiều tầng. Ông tin rằng đã đến lúc phải từ bỏ tất cả mọi hình dung về
nguyên tử. Werner Heisenberg,một trong những thiên tài vĩ đại nhất của thế kỷ XX. Thật bất
hạnh cho ông, mùa hè năm 1925,ông bị một trận ốm, mặt ông sưng phù lên, trông rất đáng sợ.
Ông đã quyết định lánh đi tới hòn đảo hẻo lánh. Ông đi dạo dọc bờ biển, tắm biển và leo núi, rồi
ông trầm tư suy nghĩ. Kể từ khi ông tiếp xúc với vật lý nguyên tử, ông cảm thấy rõ rằng tất cả
những cố gắng của con người để hình dung về nguyên tử, để mô phỏng nó bằng những hình ảnh
quen thuộc đều thất bại. Ông tin tương rằng nguyên tử quá khó hiểu, quá kỳ lạ để có thể giải
thích một cách đơn giản như vậy, và ông quyết định từ bỏ mọi bức tranh về nguyên tử và sử
dụng duy nhất toán học thuần túy để mô tả nó. Nhưng khi suy nghĩ tiếp, ông nhận thấy rằng
nguyên tử không chỉ không nhìn thấy được, mà thậm chí nó cũng không tuân theo toán học
truyền thống. Chính tại hòn đảo Helgeland, (nơi Heisenberg tới để tránh mọi người), ông đã có
một phát hiện phi thường, ông nhận ra rằng để mô tả được một số tính chất của nguyên tử ông
cần sử dụng tới một loại toán học mới rất đặc biệt. Dường như một số tính chất như vị trí nguyên
tử tại một thời điểm nhất định hay tốc độ di chuyển của nó khi nhân với nhau, thứ tự của chúng
rất quan trọng. Phép nhân có tính chất giao hoán, vậy tại sao khi nhân như Heisenberg thấy thì vị
trí của chúng lại quan trọng ? khi thay đổi vị trí chúng lại cho những kết quả khác nhau. Chính
điều đó đã đưa ông đến với những phát hiện khác, và ông tin chắc rằng ông đã phá vỡ bí mật của
nguyên tử, và gần như tìm được mô hình toán học ẩn giấu bên trong. Ông vừa vui mừng vừa lo
ngại. Đêm hôm đó, ông trèo lên đỉnh núi và ngồi đợi mặt trời mọc, ông gọi đó là “ đêm
Helgeland” . Trở về trường đại học ở Goettingen, ông kể với đồng nghiệp của mình là Max Born
về điều đó. Và trong vài tháng họ đã miệt mài làm việc cùng nhau để phát triển một lý thuyết
hoàn toàn mới về nguyên tử, một lý thuyết mà ngày nay chúng ta gọi là cơ học ma trận. Cơ học

ma trận sử dụng những dãy số phức tạp gần giống như một bảng tính. Bằng cách tính toán trên
những dãy số này, Heisenberg và người thầy, nhà vật lý tài giỏi Max Born có thể dự đoán chính
xác hành vi của nguyên tử, nhưng đối với Einstein và các nhà khoa học truyền thống, điều này
Nguyễn Văn Tú Page 18
hoàn toàn đi ngược lại với khoa học, nguyên tử không thể là một ma trận những con số, rõ ràng
chúng ta tạo thành từ nguyên tử, chứ đâu phải từ những con số.
Tại Copenhagen, Bohr và Pauli rất vui mừng với cơ học ma trận. Vậy điều gì xảy ra nếu
chúng ta không thể tưởng tượng nguyên tử giống như các đối tượng vật lý? Họ đã say đắm với
những con số và sẵn sàng tấn công dữ dội vào những sóng vô lý của Shrodinhger. Heisenberg
viết: “Càng xem xét khía cạnh vật lý của phương trình Schrodinger, càng nhìn tôi càng thấy khó
chịu, thực sự đó chỉ là những điều nhảm nhí”. Nhưng Schrodinger cũng coi thường Heisenberg
không kém, ông nói rằng : “ông khó chịu với các phương pháp của Heisenberg và cảm thấy toán
học kiểu đó thật kỳ dị”. Ở Munich năm 1926, sự đối đầu của họ mới bắt đầu trở nên vô cùng
căng thẳng. Schrodinger đang chuẩn bị giảng về phương trình sóng của mình. Heisenberg xoay
sở đủ tiền đến Munich dự giờ, để cuối cùng được đối mặt với đối thủ của mình. Sự gay cấn
không nằm ở danh tiếng của Heisenberg, ông tin rằng cách tiếp cận quá đơn giản của
Schrodinger không chỉ là sơ xuất mà hoàn toàn là sai lầm. Và ý định của ông là đập tan lý thuyết
của Schrodinger. Schrodinger giảng về lý thuyết sóng mới của mình, khi ấy trong phòng chật kín
không còn một chỗ ngồi, ông viết lên bảng phương trình sóng của mình. Đối với Schrodinger, nó
mô tả một bức tranh vật lý thực sự về nguyên tử, với electron là các sóng bao quanh hạt nhân
nguyên tử. Werner Heisenberg khi ấy 24 tuổi, ông cũng ở trong giảng đường, ông hầu như không
kìm nén được bản thân, cuối bài giảng ông đúng lên và nói một tràng phản bác phương pháp của
Schrodinger. Đối với Heisenberg, không thể có một bức tranh mô tả nguyên tử như thế nào.
Những người còn lại đứng về phía Schrodinger, họ thích cách lý giải vật lý đơn giản của ông hơn
nhiều so với toán học trừu tượng, phức tạp của Heisenberg. Heisenberg bị la ó, Ông được yêu
cầu ngồi xuống và im lặng. Sau đó ông rời giảng đường một cách buồn bã và chán nản.
Heisenberg trở về Copenhagen với sự tự ti bị tổn thương nghiêm trọng. Ở trong viện nghiên cứu,
ông và Bohr trải qua thời khắc tăm tối nhất trong đời. Hầu như tất cả cộng đồng khoa học đều
chống lại họ, họ cảm thấy cô đơn và tuyệt vọng, họ đã bị dồn vào chân tường. Mặc dù vậy họ
vẫn cương quyết không chịu từ bỏ lý thuyết đang gây tranh cãi của mình. Căn gác xép là nơi

nghiên cứu của Heisenberg, chính nơi đó Bohr thường lên đó hàng đêm để tranh luận với
Heisenberg về ý nghĩa của cơ học lượng tử, họ trnah luận với nhau sôi nổi tới mức đã có lần
Heisenberg bật khóc, và lúc ấy Heisenberg nhìn qua cửa sổ trong thất vọng. Ngắm nhìn công
viên bên dưới và một ý nghĩ phi thường lóe lên trong ông. Ông suy nghĩ, tại sao nguyên tử lại
không thể hình dung được,tại sao không thể hiểu nó bằng trực giác, không phải vì nó bé nhỏ và
thất thường mà bởi vì bản thân nó vốn đã không thể nhận thức được, ông nhận ra rằng có một
giới hạn cơ bản về khả năng nhận thức của con người về thế giới hạ nguyên tử. Ví như,nếu
chúng ta biết được vị trí của electron tại một thời điểm nhất định, thì chúng ta không biết tốc độ
chuyển động của nó, và ngược lại khi biết tốc độ chuyển động của nó ta lại không biết được vị trí
của nó. Sự mơ hồ đó không phải là nhược điểm của chính lý thuyết, cũng không phải do sự vụng
về khi chúng ta tiến hành đo đạc mà đó chỉ đơn giản là sự thật về hành vi của tự nhiên ở quy mô
hạ nguyên tử, điều này được gọi là Nguyên lý bất định Heisenberg. Và đó có lẽ là những khái
niệm sâu sắc, kỳ lạ nhất và vẫn chưa được hoàn toàn chấp nhận trong lịch sử khoa học. Bằng cơ
học ma trận trừu tượng Heisenberg đã khám phá ra một sự thật bí ẩn và choáng váng của thế giới
nguyên tử, nguyên tử luôn khó hiểu, chúng ta sẽ không bao giờ biết đầy đủ về vị trí và tốc độ của
một nguyên tử, đơn giản là vì thế giới nguyên tử không cho phép điều đó xảy ra, điều đó thật vô
cùng kỳ dị. Nhưng khi đã chấp nhận điều đó, Heisenberg và Bohr cảm thấy tự tin hơn nhiều và
còn táo bạo hơn trước. Họ nhận thấy sự bất định khiến họ phải áp dụng những nghịch lý để giải
thích toàn bộ nguyên tử. Nguyên tử không những không tưởng tượng được mà còn tự mâu thuẫn,
Nguyễn Văn Tú Page 19
hành vi của chúng vừa giống hạt vừa giống sóng và càng lúc càng trở nên kỳ quặc. Khi chúng ta
không nhìn vào nguyên tử, nó cư xử như một sóng lan tỏa, nhưng khi chúng ta quan sát vào vị trí
của nó thì nó lại hoạt động như một hạt,điều này thật đau đầu! Đầu tiên, nguyên tử không thể nào
hình dung được, còn bây giờ chúng lại hoàn toàn thay đổi, tính chất tùy thuộc vào chúng ta có
đang quan sát chúng hay không. Nguyên lý bất định đã thay đổi tất cả, nó cho thấy một mâu
thuẫn ghê gớm trong chính tự nhiên. Mọi thứ chúng ta nhìn thấy đều tạo thành từ nguyên tử và
bản thân nguyên tử thì lại không thể nhận biết được, chúng chỉ có thể được hiểu được bằng toán
học. Lần đầu tiên đối với Bohr và Heisenberg, mọi điều đã trở nên rõ ràng hơn.
Mùa thu năm 1927, hội nghị Solvay ở Brussels tổ chức, tất cả những nhà vật lý nguyên tử
hàng đầu thế giới đều tham dự.

Hội nghị Solvay lần V
Bohr và Heisenberg chọn đây là dịp để họ phản bác lại phe các nhà vật lý truyền thống.
Và nếu họi thành công, họ sẽ làm nên cuộc cách mạng trong khoa học. Trong một tuần của hội
nghị, tất cả những điều các đại biểu nghĩ đến và bàn luận là cơ học lượng tử của Bohr, với
nguyên lý bất định làm trung tâm, đó là một lý thuyết thực sự mạnh, và trong tuần lễ đó cuộc đấu
định diễn ra giữa Bohr và đối thủ chính của ông,Elbert Einstein. Einstein không ưa cơ học lượng
tử, mỗi phiên tham luận sáng ông thường phản bác lại Bohr bằng một lý lẽ mà ông cho là sẽ
xuyên thủng lý thuyết mới của Bohr. Còn Bohr những lúc đó thường lảng đi và tỏ vẻ bối rối và
rồi suy nghĩ rất kỹ về điều đó, rồi sau đó ông quay trở lại bằng một lý lẽ bác lại chỉ trích của
Einstein, cứ như vậy ngày này qua ngày khác cho tới khi hội nghị kết thúc Bohr đã quét bỏ mọi
chỉ trích của Einstein và Bohr được cho là dành phần thắng. Và nhờ đó, hình dung của ông về
nguyên tử ngày nay được gọi là Cách giải thích Copenhagen. Hội nghị solvay lần 5 năm 1927 là
hội nghị chưa bao giờ kể cả trước đó và đến bây giờ có nhiều sự góp mặt của các tên tuổi vật lý
Nguyễn Văn Tú Page 20
vĩ đại đến như vậy. Ngồi thứ tư từ trái qua hàng trên cùng là cây gạo cội trong ngành vật lý,
Hendrik Lorentz, ngồi cạnh là bà Curie và Elbert Einstein với khuôn mặt khá buồn vì thất bại với
lý lẽ của mình. Louis de Broglie cũng thất bại, chiến thắng thuộc về Niels Bohr, trông ông có vẻ
rất hài long, đứng cạnh Bohr là Max Born, một trong những anh hung chưa được vinh danh của
cơ học lượng tử, nhà vật lý người Đức này đã xây dựng rất nhiều phần toán học trong lý thuyết.
Phía sau họ là hai học trò trẻ tuổi của Bohr là Heisenberg và Pauli. Schrodinger trông khá tự
mãn. Đó chính là thời khắc quan trọng trong ngành vật lý khi mà cục diện đã hoàn toàn thay đổi,
thế hệ cũ bị thế hệ mới thay thế. Những sự kiện ngẫu nhiên và xác xuất đan xen với nhau trong
kết cấu của chính tự nhiên, và chúng ta không thể mô tả nguyên tử dưới dạng những bức tranh
đơn giản.
CHÌA KHÓA GIẢI MÃ BÍ MẬT TỰ NHIÊN
Sự thắng thế của phe cấp tiến mà đứng đầu là Borh không phải là đặt dấu chấm hết cho
các tranh luận về nguyên tử. Mà nó mới chỉ là sự bắt đầu của hành trình kì lạ khi tìm hiểu về
nguyên tử. Lật lại những năm trước, khi mà giữa phe Einstein và phe Borh còn đang diễn ra.
Năm 1927, một chàng trait re đang học ở khoa Toán, ĐH Cambridge. Một người nhút nhát,vụng
về, long ngóng, nhưng cực kỳ thông minh, tên của ông là Paul Adrien Maurice Dirac.

- Name: Paul Dirac
- Sinh ngày 08/08/1902 tại Bristol, Anh,
- Mất ngày 20/10/1984 tại Tallahassee, Florida, Mỹ
- Học tại: ĐH Bristol, và ĐH Cambridge
- Công tác tại : ĐH Cambridge, ĐH Florida
- Nổi tiếng với Vật lý lượng tử
- Giải thưởng Nobel Vật lý 1933
- Quốc tịch: Anh – Thụy Sỹ, Sau năm 1919 mang quốc tịch Anh.
Thật không công bằng khi nói rằng Paul Dirac không quá nổi tiếng. Ông được các nhà
vật lý đánh giá là người Anh vĩ đại thứ hai trong lịch sử, chỉ đứng sau Newton, và ông hoàn toàn
xứng đáng với lời khen ấy. Tất cả những bộ óc thong minh nhất dẫn đầu ngành vật lý nguyên tử
đều bị Dirac bỏ xa, và phải king ngạc trước sự táo bạo và sang tạo phi thường trong những công
trình của ông. Một minh chứng, khi mà Einstein đọc một bài báo của Dirac, lúc ấy Dirac mới 24
tuổi, ông nói rằng “ tôi cảm thấy lung túng trước Dirac, sự kết hợp giưa thiên tài và sự điên rồ
trong con người này thật phi thường”
Năm 1927, vì một số lý do mà chưa ai từng thực sự tìm hiểu được, Paul Dirac đặt cho
mình một nhiệm vụ có quy mô vĩ đại – Hợp nhất khoa học, ghép những phần rời rạc trong khoa
học thành một thực thể duy nhất. Quan trọng hơn cả, điều này có nghĩa là hợp nhất hai ý tưởng
khó khăn và khó hiểu nhất trong lịch sử. Đây là điều Dirac đang cố gắng hòa nhập. Đầu tiên là
Nguyễn Văn Tú Page 21
cơ học lượng tử, các phương trình toán học mô tả nguyên tử và các thành phần của nó, Tiếp đến
là Thuyết tương đối hẹp của Einstein, lúc đầu có vẻ như không liên quan đến nguyên tử ,
Mà giải quyết những vấn đề cao siêu như bản chất của không gian và thời gian, một hệ
quả của thuyết này là các vật thể cư xử rất khác nhau khi chúng chuyển động gần với vận tốc ánh
sang. Có lẽ có nhiều người thắc mắc là tại sao lại có người muốn hòa hợp hai lý thuyết khác nhau
như vậy? Cuối những năm 1920, các Phương trình của cơ học lượng tử lien tục đưa ra những lời
giải sai khi mô tả Electron, một trong những thành phần của nguyên tử, khi chúng chuyển động
với tốc độ rất cao. Nhưng với Dirac còn có một động lực khác bí ẩn hơn nhiều. Ông từng nói
rằng” một lý thuyết vật lý cần toát lên vẻ đẹp dưới góc độ toán học”. Vì vậy với ông,việc cơ học
lượng tử và thuyết tương đối không hòa hợp với nhau không chỉ rất bất tiện mà còn hết sức xấu

xí. Khoảng giữa năm 1925,ở Cambridge Dirac bắt tay với công việc với trí óc phi thường của
mình, trí óc mà ngay cả Einstein cũng khó có thể theo kịp. Dirac thường ngồi trước lò sưởi trong
phong làm việc của ông để cố gắng tìm hiểu và kết hợp hai lý thuyết ấy vào bức tranh thống
nhất, một phương trình duy nhất.
Trong những thành tựu nhân loại tạo ra có Vua Lear, Bản Giao Hưởng số 5 của
Beethoven hay nguồn gốc của các loài. Dấu ấn trên những ký hiệu trên là một mô tả hoàn hảo về
hoạt động của tự nhiên ở mức cơ bản nhất. Đó chính là chìa khóa giải mã bí ẩn của tự nhiên.
Phương trình của Dirac mô tả một hạt nguyên tử chuyển động với bất kỳ vận tốc nào, kể cả gần
với vận tốc ánh sang. Đó chính là điều mà Dirac mông đợi mình sẽ đạt được, nhưng khi ông nhìn
vào phương trình của chính mình một cách cẩn thận ông nhận thấy một điều cực kỳ mới mẻ về
nó. Sau này ông nói rằng phương trình của ông biết nhiều điều hơn bản thân ông. Về cơ bản
phương trình của Dirac cho ông thấy có một vũ trụ khác chúng ta chưa bao giờ biết trước đó. Lý
do là thay vì có một đáp số, phương trình của ông lại có đến hai đáp số. Đáp số thứ nhất mô tả vũ
trụ mà chúng ta biết, tạo thành từ các nguyên tử mà chúng ta đã quen thuộc; đáp số thứ hai mô tả
hình ảnh tương tự như vũ trụ của chúng ta, tạo thành từ các nguyên tử mà tính chất của chúng
dường như đảo ngược lại. Như thế những người yêu thích khoa học viễn tưởng có thẻ đoán được
điều gì sắp xảy ra. Ngoài vật chất thì phương trình của Dirac còn dự đoán của phản vật chất. Lý
thuyết của Dirac dường như nói lên rằng với mọi thứ trong thế giới đã biết của chúng ta, với mọi
thành phần của nguyên tử, với mọi hạt cơ bản đều có thể tồn tại một phản hạt tương ứng có cùng
Nguyễn Văn Tú Page 22
khối lượng nhưng đối lập hoàn toàn về tính chất khác và going như một thế giới trong gương,vũ
trụ được tạo ra từ phản vật chất cũng có hình thù và hoạt động giống hệt vũ trụ của chúng ta.
Trong lý thuyết của Dirac thì vật chất và phản vật chất không bao giờ tiếp xúc với nhau, Nếu tiếp
xúc thì chúng sẽ hủy diệt nhau và giải phóng ra năng lượng dưới dạng một vụ nổ, khối lượng của
cả vật chất lẫn phản vật chất sẽ chuyển hoàn toàn thành năng lượng theo phương trình nổi tiếng
của Einstein :
Do vậy nếu chúng ta gặp bóng ma của chính mình thì chúng ta sẽ nổ tung với năng lượng
tương ứng với khoảng 1triệu quả bom nguyên tử ném xuống Hiroshima. Tất cả những điều đó
nghe như là viễn tưởng, nhưng thực sự là phản vật chất, đặc biệt là các electron phản vật chất,
được gọi là Positron ngày nay đang thường xuyên được tạo ra trong các phòng thí nghiệm.

Positron được dung trong những thiết bị chụp ảnh phức tạp trong y học gọi là máy quét PET, có
thể nhìn xuyên qua hộp sọ của chúng ta và vẽ lại chính xác sơ đồ não bộ.
Nhưng trở lại những năm 1920, phản ứng ban đầu của các nhà vật lý đối với phương trình
của Dirac là hết sức hoài nghi, ngay cả Dirac cũng khó có thể tin vào thành quả của chính mình.
Phản vật chất dường như là một khái niệm quá phi lý. Sau đó thành công vang dội của một
nghiên cứu đã khẳng định phương trình của Dirac và tất cả hệ quả phi lý của nó, và điều này đến
từ một nơi ít ngờ tới nhất- Bên ngoài vũ trụ. Năm 1932, nhà vật lý Carl Anderson đang làm việc
ở Caltech Los Angeles, ông đã có một khám phá phi thường, ở đó ông nghiên cứu về các tia vũ
trụ, đó là các hạt hạ nguyên tử mang năng lượng mạnh từ ngoài không gian đang liên tục bắn phá
trái đất. Để làm được điều đó ông sử dụng một thiết bị gọi là “buồng mây”- một bình chứa đầy
các hạt hơi nước nhỏ, nó cho thấy vết của các hạt khi chúng xuyên qua hơi nước. đặt trong một
từ trường, các dấu vết này sẽ lệch về phía một trong hai phía, phụ thuộc vào điện tích của hạt
xuyên qua. Anderson tìm ra chứng cứ về những hạt giống hệt như electron, nhưng lại đi theo
hướng ngược lại. Ông đã phát hiện ra các phản electron của Dirac, các phản vật chất
Nguyễn Văn Tú Page 23
Phương trình của Dirac là một thành tựu rất ấn tượng, dự đoán của nó về sự tồn tại của
phản vật chất, sử dụng thuần túy toán học, đã đủ thấy điều này trở thành một cột mốc lịch sử tư
tưởng nhân loại. Nhưng chỉ trong một vài năm công bố, đầu tiên là Dirac,sau đó là những người
khác nữa, cảm thấy rằng, phương trình của ông tiết lộ một điều rất sâu, một điều
hoàn toàn mới về tự nhiên. Những điều ẩn dấu trong phương trình của Dirac
đòi hỏi những nỗ lực lớn lao nhất của những bộ óc vĩ đại nhất, 30 năm để
khám phá ra. Vấn đề của phương trình Dirac đó là mặc dỳ nó cực kỳ ư
việt và dẫn đến việc khám phá ra phản vật chất, nó cuối cùng cũng chỉ đạt
đến mức độ mô tả một electron đơn nhất. Nó không thể lý giải đầy đủ điều gì
xảy ra khi có nhiều hơn một electron xuất hiện. Điều cần thiết là phải có một
lý thuyết mới giải thích sự tương tác giữa các electron. Và điều đó trở thành
câu hỏi khó khăn nhất trong giai đoạn giữa thế kỷ XX, nhưng câu trả lời lại
sẽ mang đến một khám phá mà không ai ngờ đến.
Phòng
làm việc ở Caltech trước

đây thuộc về nhà vật lý vĩ
đại Richard Feynman. Có
lẽ Feynman chỉ đứng sau
Einstein trong danh sách
những nhà vật lý vĩ đại
nhất thế kỷ XX. Feynman
không phải chỉ là một
thiên tài trong bao nhiêu
thiên tài khác. Rất nhiều
người biết đén ông như là
một nhà ảo thuật, ông rất
thong minh và sáng tạo. Giống như Einstein ông trở thành một huyền thoại, một cái tên rất quen
thuộc. Tuy nhiên ông lại là con người kiêu căng và rất cá tính, ông thích khai thác và kể những
câu chuyện về chính mình. Ông là người đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển tiếp cơ học
lượng tử, Ông và người cùng thời đang cố gắng tiếp ngọn đuốc nguyên tử từ Paul Dirac. Bước
phát triển mới của một lý thuyết mới đưa hiểu biết của chúng ta về nguyên tử them một bước
nhảy lượng tử nữa. Mục đích của thuyết mới không nằm ngoài việc hợp nhất hai thuyết của
Einstein và Borh. Họ muốn hiểu các electron tác động lẫn nhau như thế nào, hay chính là lý giải
hành vi của vạn vật trong trường điện từ. Họ gọi công trình hợp nhất đó là Điện lượng tử hay
QED( quantum electrodynamics). Công trình ấy là một thử thách lớn, và kết quả cuối cùng của
nó thì là 1 điều vĩ đại- một lý thuyết khoa học chính xác nhất và có tầm ảnh hưởng sâu sắc nhất
từng được biết đến. VD như nó tiên đoán một tính chất của electron gọi là Momen từ tính có giá
trị 2,002319304, thực nghiệm cũng đo chính xác cùng một con số. Đó là sự ăn khớp giữa lý
thuyết và thực nghiệm với sai số 1/ mười tỷ. Sự chính xác đáng kinh ngạc của Điện động lực
lượng tử cho thấy nó là nền tảng của hầu hết mọi thứ chúng ta từng biết đến trong thế giới vật lý.
Nó gần như là một lý thuyết về vạn vật mà chúng ta từng có, nó thách thức những quy luật của tự
nhiên – quy mô nguyên tử. Nó giả thích hình dạng, màu sắc, kết cấu và cách thức hầu hết vật
chất tương tác với nhau. Nó bao gồm mọi thứ từ quá trình sinh hóa của sự sống cho đến lý do vì
Nguyễn Văn Tú Page 24
- Name: Richard Feynman.

- Sinh 11-5-1918 tại Far Rockaway,Queens,New York
- Mất 15-2-1988, ở Los Angeles,California
- Quốc tịch Hoa kỳ
- Nổi tiếng với: Điện động lực học lượn tử; Lý thuyết hạt,;
Biểu đồ Faynman
- Giải thưởng Nobel vật lý 1965
- Huy chương Oersted 1972
- Tôn giáo: Atheist
- Nơi công tác:
+ Dự án Mahattan
+ ĐH Cornell
+ HV công nghệ California( Caltech)
sao chúng ta không bị kéo xuyên qua nền nhà. Vậy QED thực sự đã phát biểu điều gì? Nó có thể
là một mô tả tuyệt vời về tự nhiên, nhưng gần như không hiểu được Feynman đã làm gì với lý
thuyết của mình. Đây chính là điều mà ông nói trước khi giới thiệu về thuyết của mình: “ nhiệm
vụ của tôi là thuyết phục bạn đứng quay lưng lại vì bạn không hiểu điều đó. Những sinh viên vật
lý của tôi cũng không hiểu điều đó. Đó là bởi vì tôi cũng không hiểu. Không ai hiểu cả.” Điện
động lực lượng tử nói rằng “chân không” không phải là một nơi mà nơi đó không có gì tồn tại và
không có gì xảy ra, mà nó tràn ngập các thứ và có rất nhiều hoạt động xảy ra. Làm sao lại như
thế? Vật lý lượng tử cho rằng, nếu tính trung bình thì chân không đúng là trống rỗng về vật chất.
Chân không nó vay mượn năng lượng, năng lượng này thực sự được vay mượn từ tương lai với
đk nó phải mau chóng trả lại, thực tế năng lượng này có thể được vay mượn để sử dụng tạo ra hạt
và phản hạt, ngay lập tức được hình thành từ hư vô và chưa đầy 1s sau chúng tiêu hủy lẫn nhau
và biến mất trả lại năng lượng. Điều này xảy ra trong một khoảnh khắc trong khắp không gian
trống rỗng.
Trên thực tế, lý thuyết của Dirac được kiểm nghiệm rất chính xác, chân không luôn sôi
sục với các hạt vật chất và phản vật chất lien tục được tạo ra và tiêu hủy. Ở dưới quy mô nhỏ
nhất không gian là một cơn bão không ngừng sang tạo và hủy diệt, các nhà vật lý gọi đó là bọt
lượng tử. Các hạt trong bọt lượng tử đến và đi quá nhanh, chúng ta hoàn toàn không nhận thức
được chúng, chúng ta biết đến chúng như những hạt ảo, nhưng nếu chúng ta có thể làm ngưng

đọng thời gian, chúng ta có thể thấy được hoạt động sôi sục đó, việc không ngừng tạo ra và tiêu
hủy vật chất và năng lượng chính là kết cấu của thực tại. Từ đây mà đã dẫn đến một ý tưởng
sửng sốt nhất. Điện động lực lượng tử nói rằng: vật chất mà chúng ta nghĩ tới như là thứ tạo nên
thế giới hằng ngày, về cơ bản chỉ là phần còn thừa lại của tất cả những hoạt động sôi nổi mà các
hạt ảo tạo nên từ hư vô. Khi Feynman bắt tay vào xây dựng ý tưởng của mình ở Caltech giữa
những năm 1940, rất nhiều người lo sợ vì họ cho rằng công trình Điện động lực học lượng tử
hoàn toàn là thảm họa, lý thuyết ấy sẽ không bao giờ thành công, các phương trình đã không có
lời giải, toán học đã vượt khỏi tầm kiểm soát. Nhưng Feynman tin rằng ông sẽ thành công trong
việc tìm ra chân lý từ sự phức tạp của toán học. Và ông đã thành công, Ông đã phát triển một
loạt các biểu đồ mới mang tính cách mạng để diễn giải những ý tưởng mới của mình. Sự đơn
giản gọn gang của chúng đối lập với toán học phức tạp của cơ học lượng tử truyền thống.
Nguyễn Văn Tú Page 25