Hans Bethe: Người khám phá bí mật Mặt Trời

Chỉ vừa mất cách đây hơn một năm, ông là một trong những nhà vật lý lý thuyết lớn của thời đại chúng ta, người mà trong những năm 30 của thế kỷ trước đã tìm ra các chu trình phản ứng hạt nhân, khám phá bí mật nguồn năng lượng khổng lồ của những ngôi sao.

Với công lao tính toán và giải thích sự dịch chuyển Lamb, ông được nhiều người coi là cha đẻ của môn lý thuyết trường lượng tử. Cuộc đời ông cũng mang nhiều nghịch lý. Con người gầy gò có nụ cười ốm yếu nhưng rất hài hước này là trưởng phân viện vật lý lý thuyết ở Los Alamos trong suốt giai đoạn Mỹ triển khai chương trình Manhattan thời chiến.

Đã từng là một nhân vật quan trọng tham gia chế tạo những quả bom nguyên tử đầu tiên, nhưng sau chiến tranh, Bethe lại trở thành một nhà hùng biện tài giỏi, đấu tranh phản đối vũ khí hạt nhân trong suốt giai đoạn đàm phán ở Geneva để đi tới hòa ước đông-tây, giải trừ quân bị.

Hans Bethe (1906 - 2005) - (Ảnh: aapt.org)

Sinh ngày 2/7/1906 ở Strasburg, là con trai của một giảng viên đại học, Bethe đã học ở Munich và Frankfurt và sau đó cũng trở thành một giảng viên ở Munich và Tubingen trong những năm 1930-1933. Tuy mẹ Bethe là người Do Thái nhưng ông cũng đã tránh được sự ngược đãi và kỳ thị của Đức quốc xã. Nhận được học bổng từ quỹ Rockefeller, Bethe và người bạn Rudolf Peierls lần lượt đến Rome và Cambridge để trốn tránh nước Đức ngột ngạt của Hitler. Ở Anh, Bethe đã trở thành giảng viên của Đại học Manchester trong vòng một năm, ở chung nhà thuê với gia đình Peierls và hàng ngày phải đi mất sáu dặm đến trường bằng một chiếc xe đạp cũ. Sau đó, ông cũng đã tìm được một vị trí tương tự ở Đại học Bristol.

Vào thời gian đó, trong vật lý thiên văn vẫn còn một bài toán hóc búa chưa có lời giải. Bài toán này đã từng được Arthur Eddington nêu lên hồi những năm 1920, thách thức thế giới vật lý. Đó là làm thế nào các ngôi sao có thể liên tục phát ra những năng lượng khổng lồ trong khoảng thời gian hàng tỷ năm mà không bị tắt? Người ta từng nghĩ rằng, năng lượng có thể là động năng sinh ra khi vật chất bị rơi vào nhau dưới tác dụng của trường hấp dẫn lớn. Nhưng các tính toán đã chỉ ra rằng, nguồn năng lượng như vậy chỉ đủ cung cấp cho một ngôi sao kiểu như Mặt Trời trong vòng một vài triệu năm mà thôi. Như vậy nguồn năng lượng khổng lồ của các ngôi sao vẫn còn là một bí ẩn.

Năm 1935, Bethe dời Bristol đến Đại học Cornell (Mỹ), và ông đã tìm ra câu trả lời được ẩn chứa trong những phức hợp của các quá trình hạt nhân sinh năng cao. Bethe nghiên cứu rất kỹ lưỡng tất cả những gì người ta đã biết hồi đó về hạt nhân nguyên tử. Ông đã viết một loạt ba bài báo về vật lý hạt nhân. Những bài báo này sớm trở thành những công trình nổi tiếng và kinh điển, còn được gọi là "Kinh thánh Bethe".

Ông đã chỉ ra rằng, ở đây nhất thiết phải có hai quá trình: ở nhiệt độ cực kỳ cao, carbon có thể tác dụng như một chất xúc tác hạt nhân, nó thúc đẩy một quá trình tổng hợp các nguyên tử hydro thành heli và sinh ra năng lượng khổng lồ do sự hụt khối. Chu trình carbon do Bethe đề xướng này được xuất bản năm 1938, giải thích được tuổi đời lớn của các ngôi sao cực kỳ nóng. Bethe cũng đã chỉ ra rằng, ở nhiệt độ thấp hơn, dưới áp suất và mật độ tương tự như ở Mặt Trời, một chuỗi các diễn biến có thể dẫn đến sự kết hợp trực tiếp các nguyên tử hydro để tạo thành heli và giải phóng nhiều năng lượng. Cơ chế này gần với nguyên lý hoạt động của bom H (bây giờ người ta vẫn đang tìm cách điều khiển loại phản ứng tổng hợp hạt nhân này để phục vụ nhu cầu năng lượng). Với các phản ứng nhiệt hạch, thời gian sống của các ngôi sao có thể đạt nhiều tỷ năm, và lời giải của Bethe đã được thực tế kiểm chứng.

Tháng 9/1939, quân đội của Hitler tấn công Ba Lan, châm ngòi nổ cho chiến tranh thế giới II. Rất nhiều nhà vật lý tài năng đã chạy sang Mỹ. Bethe khi ấy đã được mời làm cố vấn của Hội đồng Nghiên cứu Quốc phòng Mỹ. Ông cũng làm việc với cương vị là cán bộ nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Bức xạ thuộc Viện Công nghệ Massachusetts.

Hoạt động đáng chú ý nhất của Bethe trong đầu thập kỷ 1940 chính là tham gia vào chương trình nghiên cứu mùa hè ở Berkeley năm 1942. J. Robert Oppenheimer đã thành lập một nhóm nghiên cứu về tính khả thi của một loại vũ khí nguyên tử. Ngoài Bethe, nhóm nghiên cứu này còn gồm nhiều nhà vật lý tài năng khác như Edward Teller, Felix Bloch và Emil Konopinski. Họ đã thiết lập nên một cơ sở lý thuyết cho việc chế tạo bom nguyên tử. Mùa đông năm 1942, Mỹ bắt đầu triển khai "Chương trình Y" ở Los Alamos dưới sự chỉ huy của tướng Leslie R. Groves và Oppenheimer. Teller đã cố gắng thuyết phục Bethe tham gia vào chương trình này. Ban đầu Bethe còn ngần ngại, nhưng cuối cùng thì ông cũng chấp nhận. Oppenheimer để ông làm trưởng phân viện lý thuyết, một vị trí mà Teller đã rất thèm muốn. Chính điều này đã gây ra mối hiềm tị của Teller đối với Bethe trong mấy chục năm trời.

Nhà vật lý Hans Bethe được trao giải Nobel cho khám phá về nguồn năng lượng của các sao vào năm 1967 (Ảnh: Cornell.edu)

Sau chiến tranh, Bethe trở về Cornell và trở thành một người tham gia rất nhiệt tình vào các phong trào cộng đồng. Ông tuyên truyền nhiều về việc điều khiển năng lượng nguyên tử vì mục đích dân sự, ông cũng viết các bài báo và nói chuyện về sự nguy hiểm của chiến tranh hạt nhân. Bethe cũng vẫn tiếp tục theo đuổi sự nghiệp nghiên cứu khoa học cơ bản của mình. Năm 1947, ông công bố một bài tính toán lý thuyết về sự dịch chuyển Lamb, giải thích sự xê dịch các mức năng lượng của electron trong nguyên tử hydro. Nghiên cứu này của Bethe đã khởi đầu cho lĩnh vực điện động lực học lượng tử, nó chính là một bài tính toán đầu tiên và rất kinh điển của môn lý thuyết trường lượng tử.

Năm 1949, Liên bang Xô Viết thử nghiệm thành công bom nguyên tử. Hoa Kỳ ráo riết thúc đẩy chương trình bom hydro (bom H). Teller lại một lần nữa thuyết cố gắng thuyết phục Bethe tham gia vào đề án chế tạo loại vũ khí vô cùng nguy hiểm này. Lúc đầu, Bethe đã cương quyết từ chối, ông cực lực chống lại việc xây dựng những vũ khí mang tính hủy diệt, ông cũng tìm cách lập luận rằng bom H không thể chế tạo thành công được. Tuy nhiên, khi chiến tranh Triều Tiên nổ ra, Bethe đã đồng ý tham gia vào đề án, ông giải thích: "... mong muốn chính của tôi là chứng minh một cách dứt khoát rằng bom H sẽ không hoạt động". Thực ra, thiết kế ban đầu của Teller đã bị chứng minh là không khả thi. Tuy nhiên đầu năm 1951, Teller và Stan Ulam đã nghĩ ra một phương pháp kích nổ cho bom H. Khi ấy Bethe cũng tỏ ra hoang mang: "Tôi đã bị thuyết phục rằng, cái thứ vũ khí khủng khiếp ấy có thể trở thành hiện thực, và chúng tôi buộc phải lo ngại rằng người Nga cũng có thể và sẽ làm ra nó". Quả bom H đầu tiên đã được cho nổ vào ngày 1/10/1952.

Trong những năm 1950, Bethe là thành viên Hội đồng Cố vấn Khoa học của tổng thống Eisenhower. Một trong những mục tiêu lớn nhất của Eisenhower khi ấy là đi đến một hiệp ước với Xô Viết về việc cấm thử nghiệm vũ khí hạt nhân, ông này đã đặt niềm tin ở Bethe. Ngay cả sau khi Eisenhower kết thúc nhiệm kỳ, Bethe vẫn tiếp tục nỗ lực cho mục tiêu này trong những năm đầu thập kỷ 1960. Cuối cùng thì năm 1963, tổng thống Kenedy cũng đã ký một hiệp ước cấm thử nghiệm vũ khí hạt nhân trong khí quyển. Bằng sự hiểu biết sâu rộng và khả năng thuyết phục của mình, Bethe và đóng góp không biết mệt mỏi cho những thỏa thuận cùng giải trừ vũ khí hạt nhân của các phe đối đầu trong chiến tranh lạnh.

Năm 1967, Hans Bethe được trao giải Nobel cho khám phá về nguồn năng lượng của các sao. Trong bài phát biểu lúc nhận giải, chính Bethe đã thừa nhận rằng, ông tỏ ra ngạc nhiên vì thấy nhiều người còn có những đóng góp lâu dài, căn bản và phức tạp hơn mà không được giải trong khi đó công trình của ông chỉ thực hiện trong thời gian ngắn mà vẫn được chọn để trao giải. Đó có lẽ là sự khiêm tốn rất trung thực của Bethe, nhưng chúng ta đều biết rằng, ông hoàn toàn xứng đáng với giải Nobel đó. Bởi vì sự giải đáp về nguồn năng lượng của các sao đã trở thành một trong những ứng dụng quan trọng nhất của vật lý trong thời đại chúng ta. Hơn nữa, nó cũng đã đem lại những thay đổi mang tính cách mạng trong hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.

Ngoài giải thưởng Nobel, Bethe còn được nhận nhiều giải thưởng danh giá khác như Huân chương Max Planck, Giải thưởng Enrico Fermi, Huân chương Phòng Thí nghiệm Quốc gia Los Alamos. Năm 1992, ông cùng Joseph Rotblat được trao giải thưởng Hòa bình Albert Einstein.

Bethe về nghỉ hưu năm 1975, nhưng vẫn là giáo sư danh dự ở Cornell. Ông hoạt động tích cực trong những chiến dịch đòi cắt giảm và giải trừ các loại vũ khí hủy diệt. Trong một lá thư ngỏ gửi cho cộng đồng khoa học tháng 7/1995, ông viết: "Tôi khẩn thiết kêu gọi tất cả các nhà khoa học ở tất cả các nước, hãy dừng lại và từ bỏ những chương trình nghiên cứu, chế tạo và phát triển vũ khí hạt nhân, vũ khí hóa học, sinh học, cũng như bất cứ loại vũ khí hủy diệt nào khác". Năm 1999, ở tuổi 93, Bethe vẫn cố gắng đấu tranh chống lại quyết định rút khỏi Hiệp ước Cấm Toàn diện Thử nghiệm Hạt nhân của nghị viện Mỹ.

Hans Bethe mất ngày 6/3/2005. Cho đến tận lúc trút hơi thở cuối cùng, ông vẫn không ngừng theo đuổi một chiến dịch kéo dài hàng thập kỷ của mình, một chiến dịch biến thế giới này thành nơi an toàn hơn cho tất cả mọi người.

Trần Trung