Philip Anderson, nhà lý thuyết huyền thoại định hình vật lý hiện đại qua đời

Anderson nhận giải Nobel vật lý vào năm 1977

Được coi là nóng nảy, khó tính và gắt gỏng, Anderson đã có nhiều đóng góp như nhà vật lý lý thuyết Mỹ danh tiếng Richard Feynman, người qua đời vào năm 1988, Michael Norman, một nhà lý thuyết tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, nhận xét: “Phil là một người khổng lồ thực sự của ngành vật lý, một trong những người vĩ đại nhất”. 

Danh tiếng của Anderson được thiết lập trong những năm 1950 khi ông chứng minh được sự hỗn độn trong sắp xếp của các nguyên tử trong một tinh thể có thể bẫy được các electron chuyển động tự do tại một điểm xác định, một hiệu ứng lượng tử sau được gọi là định xứ Anderson (Anderson localization). Với công trình này, ông đã nhận giải Nobel Vật lý vào năm 1977 cùng với Sir Nevill Francis Mott và John van Vleck Prize. Hiện tượng này rất phức tạp bởi nó đòi hỏi sóng lượng tử của electron chồng lấn và giao thoa với chính nó để giữ sóng khỏi lan rộng.

Cùng thời gian, Anderson đã giải đoán các vật liệu như phản sắt từ là một dạng kỳ lạ trong số các vật liệu có trật từ từ mà người ta vẫn gọi là sắt từ. Trong một sắt từ như sắt, tất cả các nguyên tử đóng vai trò như những nam châm nhỏ và chúng đều cùng theo một hướng để từ hóa toàn bộ vật liệu. Trong phản sắt từ như chromium, các nguyên tử lân cận chuyển động theo hướng đối nghịch để hình thành một mẫu hình có chuyển động lên –xuống – lên – xuống.

Tại thời điểm đó, các nhà vật lý không thích mẫu hình này bởi theo các nguyên tắc lượng tử cơ bản, họ có thể nghĩ là không có tương tác giữa các nguyên tử có từ tính, qua đó có được đối xứng đúng để tạo ra mẫu hình này. Dẫu vậy, Anderson nghiên cứu một ý tưởng mang tên phá vỡ đối xứng tự phát (spontaneous symmetry breaking) để chứng tỏ quan điểm đó không còn thích hợp. Ông đã cho thấy một vật liệu có thể có một trạng thái nền năng lượng ở mức thấp nhất mang mức đặc trưng của mẫu hình đó, thậm chí ngay cả khi các tương tác không được mã hóa một cách rõ rệt. Về bản chất thì đối xứng của tương tác bị trạng thái nền phá vỡ.

Vào đầu những năm 1960, Anderson dùng ý tưởng phá vỡ đối xứng tự phát để giải thích tại sao một siêu dẫn – một loại vật liệu có khả năng truyền điện năng mà không gặp điện trở nếu được làm lạnh một cách hiệu quả ở gần độ không tuyệt đối – có thể phát ra một từ trường. Theo cách này, ông chứng tỏ là một photon có thể trở nên có khối lượng bên trong một siêu dẫn. Chỉ một năm sau, nhà vật lý lý thuyết Anh Peter Higgs bổ sung thêm ý tưởng mà cuối cùng trở thành lời giải thích cho các nhà lý thuyết của vật lý hạt về cách các hạt cơ bản có thêm khối lượng từ những tương tác trong chân không. Do đó, Anderson đã tiến thêm một vài bước tiên phong về cơ chế Higgs và hạt này cũng đã có bước chuyển theo với hạt Higgs boson, Piers Coleman, một nhà lý thuyết tại trường đại học Rutgers, New Brunswick, nhận xét.

Sau đó, Anderson tuyên bố đã giải quyết một bí ẩn khác: các siêu dẫn nhiệt độ cao. Vào cuối những năm 1980, các nhà thực nghiệm khám phá ra một lớp các vật liệu phức hợp chứa đồng và oxy, có thể trở nên siêu dẫn tại các nhiệt độ vượt xa dự đoán của lý thuyết thông thường về siêu dẫn. Anderson nhanh chóng đề xuất lý thuyết của mình, lý thuyết liên kết hóa trị cộng hưởng (resonating valence bond RVB), trong đó ông cho rằng mình đã giải thích được hiện tượng này. Tuy nhiên, nhiều người đã thấy là ý tưởng này chưa thực sự thuyết phục – một nhà vật lý lý thuyết danh tiếng châm biếm gọi RVB là viết tắt của cụm từ “đúng hơn là chuyện nhảm nhí mơ hồ (rather vague bullshit) – và đến nay thì câu đố về siêu dẫn nhiệt độ cao vẫn còn chưa được giả mã. Dẫu vậy lý thuyết RVB đã chứng minh sự thiết yếu với nghiên cứu về các hiệu ứng từ lạ trong vật liệu đậm đặc như chất lỏng spin.

Dẫu nỗ lực nghiên cứu của Anderson trải rộng trên nhiều lĩnh vực thì chúng cũng có cùng nền tảng ý tưởng chung, Coleman nhận xét. Vào giữa những năm 1900, nhiều nhà vật lý đã áp dụng một cách tiếp cận cực đoan là giả định một vấn đề đã được giải quyết khi nhận diện được các thành phần cơ bản nhất của một hệ và mô tả được đặc điểm các tương tác của chúng, một cách làm đã được minh họa trong vật lý hạt. Tuy nhiên ngược lại, Anderson lý giải ý tưởng mới xuất hiện này, ông nói rằng như bất kỳ hệ nào phát triển lớn hơn, một hiệu hiện tượng mới như phản sắt từ và siêu dẫn, có thể xuất hiện khả năng không dự đoán được từ những tương tác cơ bản. “Anh phải thấy là ông ấy không chỉ có những đóng góp to lớn về mặt vật lý mà còn có những quan điểm triết học vô cùng xuất sắc,” Coleman bình luận.

Trong suốt sự nghiệp lâu dài của mình, Anderson được coi là người hay tranh cãi và nhiều lần có những vấn đề tranh luận khoa học mang tính cá nhân. “Ông ấy không e ngại một cuộc chiến, ngay cả khi ông ấy có lỗi”, Norman nói. Thói quen này có thể hình thành trong những năm Anderson làm việc tại Bell Labs danh tiếng từ năm 1949 đến năm 1984, nơi nuôi dưỡng một văn hóa trung thực đến tàn bạo và khuyến khích tinh thần “chiến đấu”. Norman kể lại là có buổi tối Anderson đã từng ném một cái ngạch sắc. “Chúng tôi đi ăn và ai đó mắc lỗi khi dám hỏi Phil là ông nghĩ gì về lý thuyết của mình,” Norman kể. “Phil chỉ nhìn vào anh ta và nói ‘không nhiều’’”

Nhưng Anderson cũng tử tế với học trò và đồng nghiệp, Coleman – người từng là nghiên cứu sinh của Anderson từ năm 1980 đến năm 1984, nói. “Ông ấy rất hiền từ với học trò và thúc đẩy họ làm việc rất nhiều.”

Thanh Phương dịch

Nguồn: https://www.sciencemag.org/news/2020/03/philip-anderson-legendary-theorist-whose-ideas-shaped-modern-physics-dies