Hideki Yukawa: Thơ và khoa học

Thơ và khoa học – viết cho trẻ em

Hideki Yukawa

(Nguyên bản tiếng Nhật lấy từ đây. Cám ơn Doãn Hồng Trang đã giúp dịch.)

Thơ và khoa học trông xa mà gần, trông gần mà xa. Tại sao ta thấy hai thứ này xa nhau? Bởi vì khoa học giống như một người thầy giáo nghiêm khác: ta không thể trả lời thầy qua loa, mà phải cẩn thận làm những thí nghiệm phức tạp, phải giải những bài toán khó. Còn thơ thì giống như một người mẹ hiền: ta có nói gì đi nữa, mẹ lúc nào cũng lắng nghe. Trong thế giới của thơ, hoa nào cũng thơm, quả nào cũng ngọt.

Như dù sao ta vẫn thấy thơ và khoa học gần nhau. Vì sao? Vì xuất phát diểm của chúng là giống nhau. Cả hai đều bắt đầu từ việc nhìn và lắng nghe thiên nhiên. Không có khác nhau nhiều lắm giữa cảm giác khi ta ngửi một bông hoa hồng và ngợi ca vẻ đẹp của nó, và cảm giác lúc ta nghiên cứu hình dạng của bông hoa.

Nhưng làm một bài thơ về hoa hồng và mang kính hiển vi ra soi thì đã rất khác nhau. Khoa học ngày nay tiến bộ rất nhanh và đã chia thành nhiều chuyên ngành nhỏ. Trong phòng thí nghiệm la liệt các thiết bị, trong cuốn sách đầy rẫy những công thức khó hiểu, ta không còn thấy hình bóng của thơ nữa. Nhà khoa học là người đã quên thơ, là người đã đánh mất thơ.

Nếu vậy thì tôi không biết bài thơ một lần bị mất có bao giờ quay trở về thế giới khoa học nữa hay không. Cái ta gọi là thơ là một thứ có tính thất thường. Không nhất thiết là ta sẽ tìm được thơ ở nơi ta cứ đi cặm cụi tìm nó. Đôi khi, ở một góc của phòng thí nghiệm bừa bộn, nhà khoa học lại bất ngờ phát hiện ra một bài thơ. Trong những công thức mà người bình thường không thấy gì hay ho gì, con mắt của người làm chuyên môn lại thấy một hình hài của tự nhiên đẹp hơn cả đoá hoa hồng mà mắt ai cũng nhìn thấy được. Nhưng không phải chỉ các nhà khoa học mới cảm nhận được vẻ đẹp ẩn giấu của tự nhiên. Có thể việc tìm lại vẻ đẹp của tự nhiên trong lòng khoa học là đặc quyền của một số khá ít các học giả xuất sắc. Nhưng một bài thơ, khi đã được một người tìm ra, có thể được chia sẻ cho bao nhiêu người khác cũng được.

Chung quy thì có khi thơ và khoa học không những chỉ cùng xuất phát từ một chỗ, mà còn đến cùng một điểm. Có khi ta thấy chúng xa nhau vì ta chỉ để ý đến quãng đường ta đi giữa chừng. Tôi không rõ nếu cứ đi tiếp, hai con đường có sẽ xích lại gần nhau hay không. Không phải chỉ như vậy, có khi hai con đường còn sẽ giao thoa một cách bất ngờ.


Giới thiệu về tác giả

(trích Tiểu sử các nhà vật lý của Nguyễn Đình Noãn và Trần Ngọc Hải, 2020).

Hideki Yukawa (tên khai sinh là Hideki Ogawa) sinh ngày 23 tháng 1 năm 1907 tại Tokyo, Nhật Bản. Bố mẹ ông đều xuất phát trong những gia đình truyền thống võ sĩ đạo (samurai) của Nhật. Ông là người thứ năm trong bảy anh chị em. Lúc Hideki sinh ra, bố ông, Takuji Okawa, đang làm việc tại Uỷ ban điều tra địa chất ở Tokyo, nhưng lúc Hideki một tuổi ông nhận chức Giáo sư Địa Lí tại Đại học Kyoto và mang cả gia đình về thành phố Kyoto, cố đô của Nhật Bản. Lúc mới 5-6 tuổi Hideki được ông ngoại dạy đọc chữ Hán (kanji) qua các sách Đại học, Luận ngữ và Mạnh Tử. Cách dạy của ông ngoại là ông lấy que chỉ vào từng chữ trong sách, Hideki phải theo ông đọc to thành tiếng từng chữ. Mặc dù lúc đó Hideki không hiểu tí nào ý nghĩa của những thứ ông ngoại dạy mình đọc, những bài tập đọc này giúp cho ông đọc được sách sớm hơn các bạn cùng tuổi.

Những năm đầu học phổ thông ông không có vẻ không có thiên hướng gì về vật lý mà lại say mê văn học hơn là khoa học. Nhưng ở trường trung học, ông bắt đầu làm quen với vật lý hiện đại (thuyết tương đối và cơ học lượng tử) qua những cuốn sách trong thư viện của trường và bị môn này lôi cuốn. Năm 1926 Hideki Ogawa trúng tuyển vào khoa Vật Lí trường Đại học Kyoto. Một người bạn học cùng phổ thông trung học với ông, Shin-Ichiro Tomonaga, cũng trúng tuyển vào trường này. Trong thời gian học đại học hai người bạn giúp đỡ nhau học. Sau khi tốt nghiệp, cả hai người đều ở lại trường làm trợ giảng trong vài năm. Năm 1932 Hideki Ogawa thành giảng viên ở Kyoto, còn bạn ông, Tomonaga, chuyển về Tokyo. Cũng vào năm 1932 Hideki cưới vợ. Vợ ông, Sumi Yukawa, là một nghệ sĩ múa. Gia đình vợ ông không có con trai, theo truyền thống của Nhật, bố mẹ vợ ông nhận ông làm con nuôi và từ đó ông mang họ của nhà vợ, Yukawa.

Những năm Hideki Yukawa bắt đầu đi làm là lúc Cơ học lượng tử đã định hình và các nhà vật lý bắt đầu quan tâm đến một vấn đề mới: cấu trúc của hạt nhân nguyên tử. Lúc đó người ta biết một hạt nhân có thể biến thành hạt nhân khác qua phân rã alpha hoặc phân rã beta, hoặc qua phản ứng hạt nhân, nhưng người ta vẫn chưa biết hạt nhân cấu tạo từ những hạt gì. Tới năm 1931 người ta vẫn nghĩ rằng hạt nhân được cấu thành từ hạt proton (hạt nhân nguyên tử hidro) và electron. Chỉ tới năm 1932, sau khi Chadwick phát hiện ra hạt neutron, nhà vật lý Đức Heisenberg và nhà vật lí Nga Ivanenko mới đưa ra giả thuyết rằng hạt nhân được cấu tạo từ hạt proton và hạt neutron. Câu hỏi là lực nào gắn các hạt proton và neutron lại với nhau? Lúc đó người ta đã biết lực điện từ là lực giữa các hạt mang điện tích và lực này có thể được giải thích như sự trao đổi hạt photon giữa các hạt mang điện. Người ta cũng biết tương tác yếu gây ra phân rã beta của một số hạt nhân. Nhưng lực gắn các hạt proton và neutron trong hạt nhân có vẻ lớn hơn nhiều và không thể quy vào hai tương tác trên.

Cũng như các nhà vật lý ở châu Âu, Yukawa suy nghĩ nhiều năm về vấn đề này. Lời giải cho câu đố về bản chất của lực hạt nhân đến với Yukawa vào một buổi tối cuối tháng 10 năm 1934: lực hạt nhân phải được mang bằng một hạt mới. Nếu hạt này có khối lượng, ta có thể giải thích được tại sao lực hạt nhân lại chỉ tác dụng trong một bán kính rất nhỏ. Nói đơn giản ra, ý tưởng của Yukawa như sau. Một hạt có khối lượng m mang năng lượng E = mc2, trong đó c là vận tốc ánh sáng. Nếu không có đủ năng lượng E ta sẽ không thể sinh ra hạt này, nhưng theo cơ học lượng tử, hạt này có thể sinh ra rồi lại biến đi trong một khoảng thời gian ngắn, độ dài của khoảng thời gian này là h/E, trong đó h là hằng số Planck (theo hệ thức bất định Heisenberg). Do vận tốc ánh sáng c là vận tốc tối đa, trong khoảng thời gian này quãng đường tối đa hạt này có thể chuyển động được là (h/E)c = h/mc. Biết rằng lực hạt nhân có bán kính tác dụng là khoảng 1 femtomet (10-15 m), Yukawa tính ra là hạt này phải có khối lượng lớn hơn khối lượng electron 200 lần. Yukawa công bố phát kiến của mình trong bài báo “Tương tác của các hạt cơ bản”, in năm 1935.

Việc Yukawa chỉ dùng kiến thức về bán kính tương tác của lực hạt nhân mà đưa ra giả thuyết về một hạt mới chưa từng được tìm ra là một bước nhảy mang tính cách mạng cho vật lý thời đó. Lúc đó các nhà vật lý hết sức dè dặt trong việc đưa ra các giả thuyết về các hạt mới. Trước Yukawa chỉ có hai người đã làm việc này: Pauli đưa ra giả thuyết về hạt neutrino năm 1930, và Dirac đưa ra giả thuyết về hạt positron (phản hạt của electron) năm 1931. Việc tìm tòi hạt mang lực hạt nhân (nay ta gọi là hạt pion, kí hiệu là π) ban đầu không đưa đến kết quả. Năm 1937 một hạt có khối lượng khoảng 200 lần khối lượng electron được tìm ra trong tia vũ trụ, nhưng người ta nhanh chóng xác định rằng nó không thể là hạt mà Yukawa đưa ra, vì nó tương tác rất yếu với proton và neutron. Hạt này nay ta gọi là hạt muon (ký hiệu là μ). Chỉ đến năm 1947 hạt pion mới được tìm ra trong tia vũ trụ. Năm 1949 ông trở thành người Nhật Bản đầu tiên được giải thưởng Nobel. Bạn học của ông, Shin-Ichiro Tomonaga, được giải Nobel về Vật lý năm 1965, và là người Nhật Bản thứ hai được giải thưởng này.

Từ năm 1948 đến năm 1949, Hideki Yukawa là Giáo sư mời tại Viện nghiên cứu cao cấp tại Đại học Princeton và năm 1949 ông trở thành Giáo sư Vật lý tại Đại học Colombia. Năm 1953, để lôi kéo ông về lại Nhật Bản, chính phủ Nhật Bản thành lập Viện Nghiên cứu Vật lí cơ bản tại Đại học Kyoto và mời ông về làm giám đốc đầu tiên của Viện này. Viện này nay mang tên Viện Vật lý lí thuyết Yukawa và là một trong những viện nghiên cứu hàng đầu của Nhật Bản về vật lý. Ông cũng là người sáng lập ra tạp chí “Progress of Theoretical Physics” (Những thành tựu của Vật lí lí thuyết). Ông cũng là một trong những người ký tên vào tuyên ngôn Russell-Einstein kêu gọi giải trừ vũ khí hạt nhân.

Hideki Yukawa là một người đọc rộng và chịu ảnh hưởng của văn hoá cả phương Đông lẫn phương Tây. Năm 1966 khi ông đưa ra ý tưởng về một không-thời gian gián đoạn, ông liên hệ ý tưởng này với một câu văn của Lý Bạch: “Trời đất là quán trọ của muôn vật; thời gian là khách ghé của trăm đời”. Ngoài những bài báo khoa học, ông còn để lại nhiều tác phẩm khác, trong đó có cuốn sách “Tabibito” (Người lữ hành), viết về cuộc đời của bản thân mình từ nhỏ đến năm 1935, lúc ông hoàn thành xong bài báo sau này đã mang lại giải Nobel cho ông. Kết thúc cuốn sách, ông viết về cảm xúc của mình sau khi khám phá ra bản chất của lực hạt nhân:

Tôi cảm thấy mình như một người lữ hành ngồi nghỉ trong một quán nước nhỏ trên đỉnh núi. Lúc đó tôi không suy nghĩ là đằng trước tôi còn có ngọn núi nào nữa không.

3 responses to “Hideki Yukawa: Thơ và khoa học

  1. Pingback: Hideki Yukawa: Thơ và khoa học — Dam Thanh Son’s Blog – 一期一会

  2. Khi lần đầu học về tương tác Yukawa, em không thấy ấn tượng lắm. Vì nghiệm của phương trình Klein Gordon cho hạt có khối lượng đương nhiên là phù hợp với hạt truyền tương tác ngắn. Tuy nhiên nhìn lại lịch sử thì đây là một phát kiến quan trọng. Vì cả Heisenberg lẫn Bohr cũng đã tìm cách giải thích tương tác này nhưng không thành công.

    Bài báo của Yukawa được đăng trên “Proceedings of the Physico-Mathematical Society of Japan” năm 1935 (https://www.jstage.jst.go.jp/article/ppmsj1919/17/0/17_0_48/_pdf/-char/en). Bài báo chú thích là (Read Nov. 17 1934) và (Received Nov. 30 1934), em không rõ Read ở đây có nghĩa là gì. Bài báo hoàn thành tháng 11 năm 1934 khi Yukawa mới qua sinh nhật 27 tuổi được hai tháng.

    Ông lấy vợ năm 25 tuổi, sinh con trai thứ nhất và thành giáo sư đại Osaka năm 26 tuổi, sinh con trai thứ hai và viết bài báo đoạt giải Nobel năm 27 tuổi. Đúng là đã giỏi thì làm gì cũng giỏi.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s