Arnold Sommerfeld: ứng cử viên Nobel vĩnh cửu

Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld(sinh ngày 5.12.1868. Mất ngày 26.04.1951).

Sommerfeld là nhà vật lý lý thuyết vĩ đại. Một trong những đóng góp quan trọng của ông là đưa ra  mô hình Drude-Sommerfeld để giải thích tính chất nhiệt của vật chất, vào năm 1927, khi ông ứng dụng thống kê Fermi-Dirac để giải thích mô hình Drude về điện tử trong kim loại. Một trong những thành công ngoạn mục nhất của Sommerfeld là nghiên cứu về các nguyên tử giống hydro trong khuôn khổ lý thuyết tương đối. Mô hình nguyên tử Sommerfeld, là phiên bản mở rộng của mô hình nguyên tử của Bohr, đã đưa ra lời giải thích lý thuyết về cấu trúc vạch phổ tinh tế của nguyên tử hydro mà mô hình của Bohr đã không thể giải thích được. Các nghiên cứu về quang phổ nguyên tử của ông đã khiến ông có ý tưởng rằng, các điện tử chuyển động theo quỹ đạo hình elip cũng như quĩ đạo tròn, không như trong mô hình Bohr của nguyên tử chỉ xét đến quĩ đạo tròn. Và ông đã tính đến thực tế là trong một số nguyên tử, các điện tử di chuyển với tốc độ tương đối tính. Ông cũng là người đưa ra số lượng tử phương vị(số lượng tử thứ 2) và số lượng tử spin (số lượng tử thứ 4). Ông cũng đi tiên phong trong lý thuyết sóng tia X và giới thiệu hằng số cấu trúc tinh tế (alpha = 1/137), như một thước đo tương đối tính của độ lệch trong các vạch phổ của các nguyên tử trong các dự đoán của mô hình Bohr. Nhiều năm sau hằng số cấu trúc đã được sử dụng để mô tả lực của sự tương tác điện từ giữa các hạt cơ bản tích điện trong điện động lực học lượng tử.

Mô hình nguyên tử Sommerfeld: các điện tử chuyển động theo quĩ đạo elip. Các quỹ đạo bao gồm các mức năng lượng phụ. Ví dụ với quĩ đạo có số lượng tử chính theo mô hình của Bohr là n=5, theo mô hình Sommerfled sẽ có 5 mức năng lượng phụ có ký hiệu s, p, d, f, g, tương ứng với số lượng tử quĩ đạo hay phương vị (xác định động lượng góc quỹ đạo của điện tử) tương ứng là l = 1,2,3,4,5.

Một đóng góp phi thường của trường phái Sommerfeld trong sự phát triển của vật lý lý thuyết đầu thế kỉ 20 là tại thời điểm năm 1928, một phần ba số giáo sư vật lý lý thuyết nói tiếng Đức là học trò của Sommerfeld. Ông là thầy của nhiều người nhận giải thưởng Nobel Vật lý hơn bất kỳ nhà vật lý nào khác. Trong 32 năm làm việc tại Munich, ông đào tạo tổng cộng 30 nghiên cứu sinh tiến sĩ. Bốn người trong số đó là Peter Debye, Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg, và Hans Bethe (bảo vệ luận văn tiến sĩ lần lượt vào năm 1908, 1921, 1923 và 1928) đã được trao tặng giải Nobel Vậy lý: Debye nhận giải Nobel Hóa học năm 1936, Heisenberg nhận giải Nobel Vật lý năm 1932, Pauli nhận giải Nobel Vậy lý năm 1945, Bethe nhận giải Nobel Vậy lý năm 1967. 21 nghiên cứu sinh khác của ông sau đó cũng trở nên rất nổi tiếng vì những đóng góp quan trọng trong lĩnh vực chuyên môn của họ. Ba người tiến hành nghiên cứu sau tiến sĩ dưới sự hướng dẫn của ông cũng đạt giải Nobel: Linus Pauling (đạt giải Nobel hóa học năm 1954), Isidor I. Rabi (giải Nobel Vậy lý năm 1944), và Max von Laue (giải Nobel Vật Lý năm 1914).

Max Born (đạt giải Nobel vậy lý năm 1954) cho rằng một trong những khả năng của Sommerfeld là "phát hiện và dẫn dắt nhân tài". Albert Einstein (đạt giải Vật lý năm 1921) từng nói với Sommerfeld rằng: "Điều tôi đặc biệt ngưỡng mộ ông là khả năng phát hiện được quá nhiều tài năng trẻ". Ông nhận được nhiều danh hiệu cao quí vàmột số giải thưởng trong các lĩnh vực khác nhau và nhiều giải thưởng danh dự, trong đó có huân chương Max-Plank (năm 1931), huân chương Lorentz (tặng năm 1939). Danh hiệu cao quý duy nhất mà Sommerfeld còn thiếu trong sự nghiệp là giải Nobel. Bất kì ai cũng có thể thắc mắc tại sao một nhà khoa học lừng danh đã từng đào tạo rất nhiều nhà khoa học đạt giải Nobel, đồng thời bản thân đã được đề cử rất nhiều lần, nhiều nhất trong vật lý, nhưng chưa bao giờ được trao giải thưởng này. Trong vòng 25 năm từ 1917 đến 1951, ông được đề của tổng cộng 84 lần. Ông được đề cử liên tục từ năm 1917 đến 1920, và từ năm 1922 đến năm 1937. Trong năm 1929 ông nhận được 9 đề cử, từ những người đạt giải Nobel Vật Lý nổi tiếng như Max Planck, James Franck and Max von Laue. Trong năm 1933 và năm 1937 ông nhận được 8 đề cử. Ngay cả vào năm ông mất (1951) ông cũng nhận được 4 đề cử. Lý do chính có lẽ là ông thiếu một khám phá nổi bật duy nhất. Nghiên cứu của riêng ông rất đa dạng. Rõ ràng không có nghiên cứu nào của ông trong bất kỳ lĩnh vực nào nhận được đủ phiếu bầu cho giải thưởng Nobel.

Michael Eckert, tác giả cuốn tiểu sử về Sommerfeld tựa đề „Arnold Arnold Sommerfeld: Science, Life and Turbulent Times 1868-1951”, đã có kết luận rằng: „Planck là người có thẩm quyền, Einstein là thiên tài và Sommerfeld là thầy giáo”. Năm 1949, hai năm trước khi qua đời, Sommerfeld đã nhận được Huân chương Oersted ghi nhận những đóng góp nổi bật trong lĩnh vực giảng dạy vật lý. Cùng năm đó, trong một bài báo đăng trên tạp chí Hóa học Mỹ, ông đã khẳng định rằng sự công nhận hoạt động giảng dạy của ông là một trong những điều mang lại cho ông niềm vui nhất trong toàn bộ sự nghiệp khoa học của mình. Nếu như có giải Nobel cho „sự nghiệp giáo dục” thì hẳn là Sommerfeld đã đạt giải này.