Huy chương Dirac 2018 vinh tặng Đàm Thanh Sơn

Paul Adrien Maurice Dirac, nhà vật lý thiên tài hàng đầu ở thế kỷ 20 tầm cỡ Einstein.

Đó là những người đã sáng tạo ra những công trình nền tảng, để lại dấu ấn tuyệt vời và bền vững luôn được trích dẫn.

Năm nay 2018, huy chương quốc tế danh tiếng đó vinh tặng ba nhà vật lý tất cả đang sinh hoạt ở Mỹ nhưng đều mang gốc Á châu trong đó có Việt Nam qua tên Giáo Sư Viện sĩ Đàm Thanh Sơn ở Đại học Chicago và Hàn lâm viện Khoa học Hoa Kỳ.

1 - Trước hết vài điều về ICTP mà lịch sử sáng lập hình thành từ năm 1964 bởi một nhân vật phi thường Abdus Salam (1926-1996), người Pakistan duy nhất cho đến nay được giải Nobel Vật lý; bạn đọc có thể coi chi tiết lược thuật về chyện này liên quan mật thiết đến vấn đề chảy chất xám, giáo dục nói chung và đại học phẩm chất cao nói riêng, một đề tài nóng bỏng.

Ông dùng uy tín của mình, như một phát ngôn viên của thế giới thứ ba kém mở mang về khoa học tự nhiên, đi chu du khắp đó đây thuyết phục các nhà chính khách, ngoại giao, văn hóa, khoa học trên thế giới, gây ngân quỹ để thành lập ở thành phố Trieste nước Ý bên bờ biển Adriatic một trung tâm lớn quốc tế về khoa học tự nhiên, nay mang tên ‘the Abdus Salam ICTP’ sau khi ông mất, nơi giao lưu thường trực giữa những nhà khoa học ở hai bán cầu khác biệt về phát triển khoa học (tượng trưng bởi Đông-Nam và Tây-Bắc) để thực hiện ý nguyện cao cả giúp đỡ các nhà khoa học tự nhiên nghiêm túc của các quốc gia Đông-Nam chưa hay đang phát triển nhưng học tập sinh hoạt ở các nước tiền tiến Tây-Bắc tránh cho họ phần nào cảnh tiến thoái lưỡng nan, ở hay về.

Lúc đầu giới hạn trong lãnh vực vật lý lý thuyết, sau lan rộng sang nhiều ngành khác như toán, tin, cơ, với mục tiêu để những nhà khoa học ở Đông-Nam bán cầu sau khi được đào tạo nghiêm chỉnh ở các nước phát triển trở về cố hương phục vụ sau đó được ICTP cung cấp phương tiện thường xuyên đến đó để trao đổi, học hỏi, cải tiến, cập nhật kiến thức chuyên môn với các đồng nghiệp ở Tây-Bắc bán cầu cũng đến giảng dạy nghiên cứu ở ICTP.

Cho đến nay có khoảng vài trăm ngàn nhà khoa học thuộc trên một trăm ba mươi quốc gia đến ICTP làm việc. Hội nghị quốc tế, seminar, lớp học cao cấp chuyên và đa ngành là những sinh hoạt thường xuyên ở đó. Ngoài ra ICTP còn mở rộng thêm hệ đào tạo sau cử nhân, cấp học bổng giúp sinh viên ở các nước đang phát triển sang Trieste theo lớp cao học với các giáo sư thỉnh giảng đến từ các đại học danh tiếng Âu Mỹ, sau cuối năm học họ tuyển chọn những sinh viên tài năng này mang về đại học mình làm luận án tiến sĩ. Đặc biệt sau 1975 trong gần hai mươi năm, Việt Nam bị hay tự khép kín với thế giới (trừ mấy nước Đông Âu), ICTP hầu như là cơ quan duy nhất để các nhà giáo đại học và nghiên cứu sinh khoa học trong nước có cơ hội ra ngoài tiếp xúc với xã hội khoa học tiên tiến cởi mở.

2 - Theo Yoichiro Nambu (giải Nobel 2008), một trong mấy nhân vật chủ chốt sáng tạo ra Mô hình chuẩn của vật lý hạt cơ bản, trong bài tổng kết tại hội nghị quốc tế Vật lý năng lượng cao năm 1990 ở Singapore, ông xếp hạng đại cương công trình của các nhà vật lý lý thuyết theo 3 tầng, tầng cao nhất tượng trưng bởi Dirac theo đó, tựa như trong toán học, sáng tạo chỉ dựa vào vài nguyên lý tổng quan hoàn mỹ, tầng thứ hai tượng trưng bởi Einstein trung dung giữa quan sát và suy luận nhất quán, tầng cuối thứ ba tượng trưng bởi Yukawa đi từ thực nghiệm rồi giả thiết và tiên đoán.

Abdus Salm (1926-1996) người Pakistan duy nhất cho đến nay được giải Nobel Vật lý.

Là người Nhật cổ điển khiêm cung mà quá trình đào tạo ở Tokyo thời đệ nhị chiến tranh thế giới với ảnh hưởng của trường phái Yukawa, Tomonaga, Sakata nặng tính quốc gia dân tộc, thực là ấn tượng khi thấy Nambu đánh giá cao nhất Paul Adrien Maurice viết tắt P.A.M.Dirac hơn cả Yukawa, vị giáo hoàng của nền vật lý Nhật. Người viết bài này không khỏi kinh ngạc khi lần đầu tìm hiểu phương trình Dirac diễn tả sự vận hành và đặc tính spin ½ của electron (spin nôm na là tự quay xung quanh mình tựa như quả đất quay 24 giờ một vòng, nhưng electron phải hai vòng mỗi lần mới trở lại trạng thái ban đầu).

Nếu điện tích e là gốc nguồn của công nghệ vi điện tử (micro electronics) thì spin là gốc nguồn của công nghệ spintronics, trực tiếp kéo dài công nghệ vi điện tử mà giải Nobel 2007 trọng thưởng. Đặc biệt là các nghiên cứu về từ trở khổng lồ bởi spintronics đã đưa đến những tiến bộ khó tưởng trong khả năng dự trữ thông tin của máy vi tính ngày nay. Viễn cảnh lâu dài của ngành khoa học điện tử spin là máy vi tính lượng tử hoạt động với tốc độ cực nhanh, không dùng những thông tin nhị phân như hiện thời, các dữ kiện sẽ được chuyển tải bằng hàm số sóng hay các ‘‘vật lượng tử’’ khác.

Phương trình Dirac đồng thời tiên đoán sự hiện hữu tất yếu của ‘phản’ vật chất (mà Positron Emission Tomography, viết tắt PET-scan dùng trong y học hiện đại là một trong bao ứng dụng của ‘phản’ hạt electron hay positron, phản hạt có cùng khối lượng với hạt nhưng tất cả các đặc tính khác của chúng như điện tích, spin vv đều đảo ngược dấu). Mời bạn đọc khi thăm viếng thủ đô London dành vài phút đến chiêm ngưỡng phương trình Dirac khắc trên cẩm thạch trong đại chủng viện Westminster, nơi ngàn thu yên giấc các vĩ nhân Anh quốc.

Cần nhấn mạnh là phương trình Dirac hoàn toàn phổ quát cho tất cả mọi hạt và phản hạt có spin ½ , gọi chung là fermion tức hạt vật chất mà electron, neutrino, quark, proton, neutron là vài thí dụ. Nhà toán học Mark Kac xếp hạng các nhân vật siêu phàm theo hai lớp. Những anh tài mà công trình của họ có thể mô phỏng được bởi người bình thường sau biết bao nhọc nhằn và một chút duyên may. Nhưng có những thiên tài như nhà ảo thuật, sáng tạo huyền diệu của họ lạ lùng với thế tục, từ đâu giáng trần như âm điệu của Amadeus Mozart. Dirac thuộc về lớp sau, theo Kac. Điều ngẫu nhiên là cả hai thiên tài Einstein và Dirac đều chỉ mới 26 tuổi đời khi khám phá ra hai phương trình nền tảng của vật lý hiện đại từ đó mọi phát triển sau này đều phải dựa vào như một hệ hình (paradigm) của khoa học nói chung để vươn xa hơn nữa.

3 - Nếu Nambu (trước đây lúc sinh thời đã ở Đại học Chicago danh tiếng) là một nhà vật lý uyên thâm liên ngành, chuyên gia về hạt cơ bản nhưng nhìn rộng ra ngoài ngành và lưu tâm đến hiện tượng siêu dẫn điện từ để nhận ra có cái gì liên kết nó với hạt cơ bản và sáng tạo ra nguyên lý có tên là ‘’sự phá vỡ tự phát của tính đối xứng’’ mang giải Nobel 2008 cho ông, thì nay Đàm Thanh Sơn (cũng cùng ở Đại học Chicago) và công trình phong phú mang huy chương Dirac đến ông cũng bao trùm đa ngành và có tính phổ quát, đáp ứng nhiều hệ thống vật lý khác biệt. Nó đòi hỏi tác giả một kiến thức vừa sâu sắc vừa tổng thể bao trùm liên ngành vật lý và thấu triệt nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau để đặt đúng chỗ vấn đề, giải thích thỏa đáng nó và tiên đoán những hiện tượng mới mẻ quan sát đo lường được.

Ông hòa hợp tìm kiếm sợi dây liên kết giữa thuyết Siêu dây (superstring), Nguyên lý toàn ảnh (holography), Lỗ đen lượng tử (Hawking black hole theo đó lỗ đen không hoàn toàn tối và kín mít nữa) mà cũng bức xạ, đối ngẫu (duality) giữa hấp dẫn-phi hấp dẫn. Kết quả của những hoà hợp kỳ diệu đó là ông tiên đoán và tính toán (bằng giải tích chứ không cần máy tính, ngắn gọn mà đẹp thay!) ra được một bất đẳng thức phổ quát, diễn tả trạng thái của vật chất thay đổi pha trong những điều kiện cực nóng và cực lạnh thành những chất lỏng đậm đặc khác nhau tựa như những dòng chảy kể cả siêu chảy, đẳng thức chỉ phụ thuộc vào hằng số cơ bản Planck h.

Đây là lần đầu mà sự hòa nhịp giao hưởng giữa hai lý thuyết cao xa là ‘Siêu dây’ trong một không-thời gian 11 chiều quá xa vời và ‘Lỗ đen lượng tử’ xa xăm từng triệu năm ánh sáng đã hạ sơn để diễn tả một thực tại trên trái đất cũng như trạng thái của vũ trụ thuở hồng hoang cực nóng và cực nhỏ cách đây 14 tỷ năm. Chi tiết về công trình tuyệt vời mang huy chương Dirac đến ông đã được trình bày.

Mới đây Đàm Thanh Sơn còn khám phá đào sâu thêm mối liên hệ giữa hiệu ứng phân số Hall lượng tử và lý thuyết chuẩn trong không-thời gian (2+1) chiều nhỏ hơn (3+1) chiều quen thuộc của Einstein-Minkowski, nói chung những tương đồng cũng như những khác biệt về phương pháp và mục tiêu giữa hai ngành vật lý là hạt cơ bản và chất đông đặc.

Ngoài ra xin giới thiệu blog của Đàm Thanh Sơn, với nhiều bài phổ biến khoa học rất lý thú và dễ hiểu: https://damtson.wordpress.com/