Cơ may trong khoa học

Những phát minh khoa học nổi tiếng nhiều khi đến trong những giây phút ngẫu nhiên, thế nhưng liệu chúng ta có thể tự tạo ra cho mình những may mắn tình cờ như vậy không? Theo nhà nghiên cứu Ohid Yaqub (trường ĐH Sussex, Anh) thì hoàn toàn có thể nếu chúng ta hiểu về cơ may và cơ chế tạo ra chúng.

Alexander Fleming khám phá ra Penicillium là một trong những ví dụ minh họa về phát minh ngẫu nhiên nổi tiếng nhất. Nguồn: nature.com

Tháng Chín năm 1928, Alexander Fleming trở về phòng làm việc và phát hiện đống đĩa petri chưa được dọn dẹp đã phủ đầy nấm mốc. Khi nhận ra tụ cầu khuẩn trong đĩa đã bị tiêu diệt, ông đặt nghi vấn rằng loại nấm mốc này có thể diệt khuẩn và xác định nấm đó là Penicillium – đây là khởi đầu cho việc phát hiện chất kháng khuẩn penicillin.

Lịch sử khoa học đã chứng kiến nhiều phát minh đến một cách tình cờ như vậy, như Wilhelm Röntgen đã tìm ra tia X khi bất ngờ thấy các mảnh bìa phủ BaPt [(CN)4] phát sáng quanh ống tia âm cực hay Alfred Nobel đã tạo ra thuốc nổ sau khi phát hiện đất tảo cát (kieseguhr) hấp thụ nitroglycerin – một chất lỏng dễ gây nổ – rò rỉ từ can chứa. Nhiều phát minh là kết quả của một quá trình lao động miệt mài, nhưng cũng không ít phát minh có được nhờ may mắn, tình cờ hay trực giác. Người ta gọi đây là cơ may – serendipity, một từ được nhà văn Horace Walpole sáng tạo từ truyện “Ba hoàng tử của vùng Serendip”, về những người, nhờ sự ngẫu nhiên và trí thông minh sắc sảo, đã khám phá ra, “những điều mà họ không tìm kiếm.”

Những giai thoại, đôi khi bị làm quá lên, về vận may trong khoa học đã khiến người ta nhận định rằng rất khó nắm bắt nó. Các nhà khoa học lập luận rằng thành tựu khoa học phụ thuộc vào vận may để phản biện lại yêu cầu tăng cường kiểm soát nghiên cứu của các nhà hoạch định chính sách. Vì muốn thay đổi nhận định này, Hội đồng Nghiên cứu châu Âu đã tài trợ 1,4 triệu euro cho nhà hóa sinh kiêm nhà khoa học xã hội Ohid Yaqub để chứng minh rằng các nhà khoa học có thể kiểm soát được vận may.

Từ động cơ đến kết quả

Yaqub đã mất sáu tháng để đọc những ghi chú của nhà xã hội học nổi tiếng Robert K Merton –người dành rất nhiều quan tâm về cơ may, và xây dựng cho mình bộ dữ liệu với 118 ví dụ, ghi chú về nhân vật, tóm tắt cách thực hiện,… Sau đó ông mã hóa các ví dụ theo những đặc điểm khác nhau và phát triển một mô hình dựa trên hai chiều: Động cơ của khám phá và kết quả của khám phá – chủ đề xuất hiện liên tục trong các ví dụ, và phân ra được bốn loại cơ bản.

Tìm kiếm có mục tiêu cho vấn đề này nhưng tìm thấy giải pháp cho vấn đề khác – Kiểu 1: Eduard Buchner khi tìm kiếm cách tách protein từ vi khuẩn đã phát hiện ra chiết xuất men không có tế bào có thể chuyển đổi đường thành rượu và CO2, từ đó chứng minh được tế bào sống không cần thiết cho quá trình lên men và khai sinh ra ngành hóa sinh học nghiên cứu về sự trao đổi chất. Hay khi các nhà khoa học kiểm tra cho những người lính bị phơi nhiễm khí mù tạt lại phát hiện ra rằng lượng bạch cầu của những người lính này giảm, dẫn tới phát minh ra liệu pháp điều trị ung thư bạch cầu bằng khí mù tạt và các dẫn xuất của nó – đặt nền tảng cho hóa trị liệu hiện đại.

Đặc điểm quan trọng nhất của kiểu cơ may này là tính bất ngờ của khám phá – các nhà khoa học đang tìm kiếm trong một lĩnh vực này nhưng lại tìm ra điều mới mẻ trong một lĩnh vực khác.

Tìm kiếm có mục tiêu bằng cách này nhưng lại tìm thấy giải pháp theo cách khác – Kiểu 2: Charles Goodyear đã mất một thập kỷ để tạo ra cao su bền nhiệt nhưng không thành, bỗng một hôm ông vô tình đun nóng hỗn hợp lưu huỳnh và cao su và phát hiện ra sự lưu hóa. Một trường hợp khác là chuyện John Cade phán đoán bệnh hưng cảm (mania) là do sự chuyển hóa bất thường của acid uric và đã tiêm acid uric dưới dạng muối lithium vào chuột thí nghiệm và thấy tác dụng. Tuy nhiên, acid uric không có liên quan gì, muối lithium mới là tác nhân. Phương pháp điều trị rối loạn lưỡng cực bằng muối lithium của ông đã mở đường cho các liệu pháp hiện đại.

Tìm kiếm không có mục tiêu nhưng lại giải quyết một vấn đề tức thời – Kiểu 3: Vào năm 1844, chứng kiến một người đàn ông đang bị thương ở chân nhưng lại không thấy đau do ảnh hưởng của khí cười, Horace Wells đã sử dụng hợp chất như một loại thuốc gây tê sau đó. Bác sĩ Leslie N. Gay đã phát minh ra Dramamine – thuốc chống say tàu xe sau khi nhận được báo cáo từ bệnh nhân được kê thuốc kháng histamine là ông này không còn thấy chóng mặt và buồn nôn trên đường đi đến phòng khám.

Những khám phá ở dạng này thường bắt đầu từ các nghiên cứu đang ở giai đoạn đầu, đang phát triển các giả thuyết hoặc chưa có mục tiêu cụ thể.

Tìm kiếm không có mục tiêu nhưng lại tìm ra giải pháp cho một vấn đề trong tương lai – Kiểu 4: Năm 1903, Edouard Benedictus làm rơi một chiếc bình nhưng chợt nhận thấy rằng các mảnh thủy tinh không văng ra nhờ có lớp cellulose nitrate trong suốt bám vào thành bình – phần còn lại của dung dịch collodion đã bay hơi. Sau này, khi đọc bài báo về hiểm họa do kính vỡ trong tai nạn ô tô, ông đã nghĩ ngay đến phát hiện ngày trước và tạo ra loại kính an toàn Triplex.

Đặc điểm của khám phá loại này là cả vấn đề hay giải pháp đều chưa tồn tại – hoặc ít nhất là chưa tồn tại trong nhận thức của nhà phát minh vào thời điểm vận may tới, Paula Stephan gọi đây là “tìm câu trả lời cho vấn đề chưa được đặt ra”.

Cách phân loại kiểu này cũng chỉ ở mức tương đối, trong thực tế rất khó để phân biệt cơ may này thuộc loại nào. Trường hợp Constantin Fahlberg tìm ra đường saccharin khi đang tổng hợp một chất hóa học khác có thể coi là kiểu 1 nhưng nếu để ý chương trình mà ông đang thực hiện – một dự án nghiên cứu được thành lập và duy trì bởi một công ty nhập khẩu đường, thì dường như cần xếp khám phá này vào loại 2.

Cơ chế của cơ may

Yaqub khi so sánh sự tương đồng và khác biệt giữa các ví dụ đã tìm ra cơ chế của cơ may – bốn chủ đề liên tục tái xuất hiện: dẫn dắt bởi lý thuyết, bởi người quan sát, do sai lầm và do mạng lưới quan hệ của các nhà khoa học.

Cơ may được dẫn dắt bởi lý thuyết: Sự hiểu biết kỹ lưỡng về lý thuyết là điều cần thiết nhất và cơ may – chỉ là sự tương phản của lý thuyết, được sinh ra từ sự lệch khỏi kỳ vọng lý thuyết. Khi các nhà khoa học tự hỏi: “Có phải ranium là sản phẩm của sự phát xạ của uradium?”, họ đã thiết lập các thí nghiệm để trả lời. Nếu kết quả là Có – đây sẽ là phát hiện quan trọng, dù nó không đáng kể như những gì họ thực sự tìm ra – phản ứng phân hạch của uranium. Hay Judah Folkman trong quá trình tìm kiếm các chất thay thế cho máu trong truyền máu đã quan sát thấy những khối u thường ngừng phát triển khi có kích thước nhỏ. Ông lập luận các mạch máu sẽ nuôi dưỡng khối u, từ đó dẫn ông tới tìm kiếm các chất ức chế tăng trưởng mạch máu – angiostatins. Như vậy, cơ may chỉ là kết quả được phát triển từ lý thuyết, chính lý thuyết đã giúp người quan sát nhìn đúng hướng và hạn chế phạm vi cần quan sát.

Cơ may được dẫn dắt bởi người quan sát: Kỹ thuật, tài năng, thói quen của từng cá nhân cũng như sự khác biệt giữa các thiết bị, nguồn lực quan sát có thể tạo điều kiện cho cơ may tới với người này nhiều hơn so với người khác. Một số người nhạy bén hơn và tìm thấy cơ hội nhanh hơn: Khoảng 500 người đã nghe bài giảng của William Ramsay về loại khí kỳ lạ có khả năng phát ra màu hồng khi được truyền điện tích trong một ống chân không, nhưng chỉ có Georges Claude nhận ra khả năng thương mại hóa nó thành bóng đèn neon đầu tiên trên thế giới. Một y tá đã nhận thấy những đứa trẻ bị vàng da ở gần cửa sổ có ánh nắng sẽ phục hồi nhanh hơn, cô chỉ phát hiện được điều này trong môi trường bệnh viện – nơi có nhiều mẫu để quan sát và bản thân cô có thói quen ghi ghép và báo cáo những quan sát của mình.

Cơ may và mức độ chấp nhận sai sót: Đôi khi các nhà nghiên cứu thiết kế thí nghiệm một cách lỏng lẻo với hy vọng những sai sót có thể dẫn đến những khám phá bất ngờ. Nhà vật lý Max Delbruck gọi đây là “sự luộm thuộm được giới hạn” và Root-Bernstein nhắc đến việc tạo ra những “sai lầm thông minh”. Cơ chế sai sót đóng vai trò nổi bật trong việc tạo ra cơ may. Một số trường hợp là do chất quan trọng bị đổ hoặc rơi, như Nobel với thuốc nổ, John W. Hyatt với celluloid. Một số trường hợp do chất vô tình bị làm nóng hay phát nổ như Goodyear với sự lưu hóa, Clinton J. Davisson và Lester H. Germer với sóng electron,… Đôi khi lại do nhà khoa học đã để quên các chất, như Fleming với penicillin, Antoine Henri Becquerel nhận ra phóng xạ, Percy Spencer và lò vi sóng,…

Cơ may và mạng lưới quan hệ: Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhà khoa học có vị trí càng ở trung tâm trong mạng lưới hợp tác thì sản phẩm đầu ra nghiên cứu càng nhiều và càng chất lượng. Càng có nhiều mối quan hệ, các nhà khoa học càng có nhiều thông tin hay biết đi đâu để tìm thông tin, vì thế tăng tỷ lệ có khám phá tình cờ. Hai nhà thiên văn vô tuyến Arno Penzias và Robert Wilson đã phát hiện ra những sóng nhiễu tần số cao mà không giải thích được nguyên gốc, chỉ đến khi họ đọc được công bố và liên hệ với nhóm nhà vật lý thiên văn Robert H. Dicke, Jim Peebles, và David Wilkinson – nhóm đang tìm kiếm những bức xạ vi sóng mà họ lý luận rằng phải tồn tại sau Big Bang, thì Penzias và Wilson mới xác định phát hiện của họ là bức xạ nền vũ trụ. Một số khám phá đáng chú ý về các loại thuốc như abatecept, minoxidil, imipramin xuất phát từ sự hợp tác của các bác sĩ, bệnh nhân và các nhà nghiên cứu đến từ những lĩnh vực khác nhau.
***
Nghiên cứu của Yaqub cho thấy cơ may tồn tại đa dạng trong khoa học cơ bản, nghiên cứu ứng dụng và cả các hoạt động phát triển công nghệ. Nhìn vào cách phân loại của Yaqub có thể thấy việc đặt mục tiêu nghiên cứu và cơ may không nhất thiết sẽ mâu thuẫn với nhau, từ đó thay đổi quan điểm cố hữu cho rằng khoa học không thể được lập kế hoạch mà cần được tự tổ chức – vì nhiều phát minh chỉ đến một cách tình cờ. Nghiên cứu cũng gợi ý thêm rằng nguyên nhân khu vực tư chưa mặn mà với nghiên cứu cơ bản không chỉ dừng ở việc e ngại “kẻ ăn theo” mà còn xuất phát từ vấn đề lớn hơn – rủi ro khi kết quả nghiên cứu không như dự kiến của họ – công ty không thể khai thác kết quả nghiên cứu nhưng một bên khác lại có thể. Vì thế cần có những công cụ pháp lý đảm bảo quyền lợi cho bên tư nhân, giúp công ty vẫn có lợi trong trường hợp kết quả nghiên cứu không như dự kiến.

Yaqub cũng chứng minh rằng cơ may không phải ngẫu nhiên mà có một hệ thống các yếu tố ảnh hưởng đến xác suất và phạm vi xảy ra cơ may. Vì thế các nhà nghiên cứu có thể thiết kế các thí nghiệm sao cho tỷ lệ xảy ra cơ may cao hơn. Các nhà hoạch định chính sách có thể dựa vào những nghiên cứu sâu về cơ may trong khoa học để phân bổ lại tài trợ nghiên cứu, giúp họ cân bằng các phương thức tài trợ, tạo ra môi trường khuyến khích sự may mắn và cho phép các nhà khoa học tận dụng kết quả bất ngờ.

Minh Thuận tổng hợp
Nguyễn Hoàng Thạch,Viện  Toán học hiệu đính

Nguồn:https://www.nature.com/articles/d41586-018-0 1405-7
Ohid Yaqub (2018), Serendipity: Towards a taxonomy and a theory.