Lise Meitner- Nhà vật lý chưa bao giờ mất đi tính nhân văn

Có lúc nào đó tình cờ lướt xuống phía dưới hàng cuối của bảng tuần hoàn, nhìn vào số hiệu nguyên tử 109, ắt hẳn bạn sẽ nhìn thấy một nguyên tố có hoạt độ phóng xạ cao, không tồn tại trong thế giới tự nhiên và có độ bền bậc nhất trong số các nguyên tố dạng này với chu kỳ bán rã khoảng 7,6 giây: Meitnerium– một trong hai nguyên tố mang tên phụ nữ.

Nếu nguyên tố thứ nhất curium được đặt theo tên Marie Cuire, nhà khoa học hai lần đoạt giải Nobel mà ai cũng biết và ngưỡng mộ, thì nguyên tố thứ hai và cái tên Lisa Meitner chỉ quen thuộc với người trong giới. Dường như, ngoài giới khoa học thì không mấy ai biết đến nhà vật lý hạt nhân tiên phong nửa đầu thế kỷ 20 này. Tại sao vậy? Điều gì khiến tên tuổi của bà vẫn bị khuất lấp? Khi nhìn lại cuộc đời bà để tìm câu trả lời, người ta bỗng cảm thấy ngậm ngùi bởi quá nhiều bất công và sự vô lý mà bà phải hứng chịu như định kiến giới tồn tại trong khoa học cũng như sự không may mắn của số phận. Quá nhiều thách thức mà ngày nay thế hệ hậu sinh khó có thể hình dung được một cách đầy đủ…

Khó có chỗ đứng cho phụ nữ

Trong một bài viết ngắn “Looking back” (Nhìn lại), xuất bản trên Bulletin of the Atomic Scientists vào năm 1964, Lisa Meitner ở tuổi 88 đã tổng kết ngắn gọn cuộc đời làm vật lý của mình là “theo đuổi một thứ vật lý kỳ diệu trong suốt cuộc đời và được làm việc cùng những con người vĩ đại, đáng yêu” nhưng tất cả “luôn luôn không dễ dàng”. Quả thật, nếu nhìn lại định kiến với phụ nữ theo đuổi việc học đại học nói chung và làm khoa học nói riêng trong nửa đầu thế kỷ 20 thì mới thấy cụm từ “không dễ dàng” thực sự như thế nào.

Theo những dòng ngậm ngùi này, người ta biết rằng ở tuổi 13, Lise Meitner, con gái thứ ba trong gia đình một luật sư Do Thái ở Vienna, chợt nhận ra tình yêu với toán học và vật lý của mình lớn hơn với âm nhạc. Do đó, cô quyết tâm học lên đại học, dù phải tới sáu năm sau, các trường đại học ở châu Âu bắt đầu chính thức nhận sinh viên nữ. Năm 23 tuổi, cô mới vào được đại học.

Trong quãng thời gian này, nhà vật lý Ludwig Boltzmann – người phát triển những trụ cột nền tảng cho vật lý hiện đại và là người có ảnh hưởng lớn nhất với Meitner khi truyền cho cô niềm say mê cấu trúc nguyên tử của vật chất. Sau này, Lise vẫn còn nhớ những bài giảng sống động, thú vị của ông cũng như những buổi hòa nhạc buổi tối mà ông ưu ái mời cô tới dự. Người thứ hai có ảnh hưởng đến Meitner là Franz Exner, giáo sư hướng dẫn cô luận án tiến sĩ về “Thermal Conductivity in Non-Homogeneous Bodies” (Tính dẫn nhiệt trong các vật thể không đồng nhất) và đào tạo ra nhiều nhà vật lý tài năng như Egon von Schweidler, Stefan Meyer, Karl Przibram, Victor Franz Hess, Erwin Schrödinger…

Vào ngày 1/2/1906, Meitner trở thành người phụ nữ thứ hai được nhận bằng tiến sĩ vật lý ở trường Đại học Vienna. Năm 1906, thời điểm cô công bố bài báo độc lập đầu tiên “Some Conclusions Derived from the Fresnel Reflection Formula” trên Proceedings of the Imperial Academy of Sciences trùng khớp với thời điểm Vienna cùng với Paris, Cambrigde và Berlin là những trung tâm nghiên cứu về lĩnh vực mới, vật lý phóng xạ. Thủ đô của đế chế Habsburg có được vị trí này một phần là do độc quyền khai thác mỏ uranium ở St. Joachimsthal (Jáchymov) ở Bohemia – điểm khởi đầu sản xuất ra radium và các sản phẩm phụ phóng xạ của nó. Vào thời điểm đó, người ta không thể mua urani với số lượng lớn từ bất kỳ nơi nào ngoài mỏ này. Thông qua một thỏa thuận với Bộ Nông nghiệp, Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Áo đã quản lý độc quyền. Với ưu thế đó, Franz Exner và các học trò có thể thực hiện nhiều thí nghiệm về phóng xạ, trong đó có Meitner với nghiên cứu xuất bản trên tạp chí Physikalische Zeitschrift.

Thành công ban đầu này khiến nhiều người quan tâm đến nhà vật lý trẻ, trong đó có nhà sáng chế và nhà công nghiệp Áo Carl Auer von Welsbach với lời đề nghị cô về làm việc cho công ty của ông. Tuy nhiên Meitner đã khước từ lời mời đi kèm mức lương hậu hĩnh này bởi những vấn đề lý thuyết căn bản mới là mục đích của cô. Hơn nữa, cô gái trẻ đã có ý định rời Vienna. Cơ hội được tuyển dụng vào Viện Vật lý số 2 không nhiều do phải cạnh tranh với nhiều học trò của Exner và có thể còn lý do khác – một mối quan hệ không thành, được nhắc đến một cách mơ hồ trong các tài liệu về Meitner. Do đó, khi được nghe bài giảng của Max Planck, Meitner quyết định chuyển tới Berlin để mong “có được một số hiểu biết thực sự về vật lý” từ người thầy xuất chúng này.

Meitner đến Berlin mà không biết là ở các trường đại học Phổ lúc đó, phụ nữ chỉ được dự thính ở trường và chỉ khi vượt qua được kỳ thi gắt gao mới được phép theo học chính thức. Ngay cả Planck cũng chưa từng nhận học trò nữ nhưng rất nhanh chóng, ông đã chấp nhận Meitner và rất yêu quý cô. Với năng lực hiếm có, cô còn được Heinrich Rubens, Viện trưởng Viện Vật lý thực nghiệm dành cho một vị trí trong phòng thí nghiệm của mình, cơ hội để qua đó gặp nhà hóa học trẻ tuổi Otto Hahn, người đang kiếm tìm một nhà vật lý để hợp tác nghiên cứu về phóng xạ. Như cá gặp nước, Meitner đã nhận lời mời của Hahn bởi cô đang chờ được làm việc một cách bình đẳng với nhà hóa học phóng xạ dễ mến cũng trạc tuổi mình. Đó là sự khởi đầu cho một mối hợp tác và tình bạn kéo dài đến tận cuối đời với đầy rẫy vui buồn và để lại dấu ấn quan trọng trong cuộc đời của cả hai.

Đi bằng cửa sau

Đến lúc này, tưởng chừng số phận đã sắp đặt cho Meitner một con đường sự nghiệp ổn thỏa: một môi trường khoa học đỉnh cao, một cộng sự tốt và đầy tiềm năng. Ở thời điểm bắt đầu, Otto Hahn, sinh sau Meitner vỏn vẹn bốn tháng, là tên tuổi đang lên, từng theo học Ernest Rutherford ở Montreal, và là trợ lý của Emil Fischer ở Viện Hóa số một tại trường Đại học Berlin. Quả thật, sự nhạy bén mang tính trực giác của Hahn và năng lực phân tích, phản biện của Meitner đã bổ sung cho nhau, đem lại một mối hợp tác hoàn hảo. Môi trường khoa học tại Viện Vật lý và những buổi seminar thứ tư hằng tuần do Heinrich Rubens khởi xướng, sau đó được Max von Laue kế tục, đã tạo ra một nhóm nhỏ xung quanh Max Planck, Walther Nernst và từ năm 1913, Albert Einstein cũng như Otto von Baeyer, James Franck, Gustav Hertz và những người khác. Trong bối cảnh đó, Hahn và Meitner có được thành công đầu tiên vào năm 1908 với việc phân lập được một chất phóng xạ mới là actinium C. Với việc giải thích được hiện tượng giật lùi hạt nhân vào năm 1909 của Hahn, họ đã có được một phương pháp phân tách các thành phần phóng xạ khác từ một chất và được xác định là những sản phẩm phân rã mới.

Thế nhưng, những thách thức của cuộc đời Meitner mới thực sự bắt đầu. Meitner không được trả lương: vào thời điểm đó, không có lương cho một nhà khoa học nữ, chưa có tiền lệ. Ngoài ra, không giống như các đồng nghiệp nam, cô phải đến và rời viện một cách phi chính thức bằng cửa sau. Quy định này chỉ được gỡ bỏ khi tất cả các trường đại học của đế chế Phổ cho phép phụ nữ vào trường kể từ mùa đông năm học 1908/09. Lúc này, hỗ trợ của gia đình, dẫu không thật sự dồi dào nhưng cũng đủ giúp Meitner theo đuổi nghiên cứu mà không cần lương bổng. Vào năm 1912, sau năm năm nghiên cứu thành công, Meitner mới nhận được tháng lương đầu tiên khi được bổ nhiệm làm trợ lý của Max Planck, qua đó trở thành nhà khoa học nữ đầu tiên có tên trong “sổ lương” của một trường đại học Phổ. Cùng năm, Hahn là thành viên của Viện Hóa Kaiser Wilhelm (KWI) mới thành lập và điều hành một bộ phận nhỏ về hóa phóng xạ. Meitner được tuyển dụng vào viện, ban đầu với tư cách là thành viên “mời”, và khi đó Khoa hóa phóng xạ được thiết kế thành Phòng thí nghiệm Hahn-Meitner.

Trong thời điểm diễn ra Đại chiến thứ nhất, trong bối cảnh không có vật liệu nghiên cứu, nhờ mối quan hệ cũ tại Áo, Meitner có được các vật liệu phóng xạ cần thiết để tiếp tục nghiên cứu với Hahn. Do đó, vào những năm 1920, nghiên cứu tại Viện KWI tập trung vào bức xạ beta và gamma, có được hiểu biết về cấu trúc hạt nhân, lớp vỏ nguyên tử và các quá trình phân rã phóng xạ. Để ghi nhận thành công của Meitner, vào năm 1919, bà được Bộ Khoa học, nghệ thuật và Giáo dục Phổ trao danh hiệu giáo sư, một phần nhờ cả sự kêu gọi của hai nhà khoa học được trao giải Nobel Max Planck và Walther Nernst. Năm 1922, bà trở thành nhà vật lý nữ đầu tiên ở Đức nhận được chứng nhận đủ trình độ giảng dạy (Habilitation) từ Đại học Berlin và hai năm sau, cùng với Hahn, bà được đề cử giải Nobel Hóa học. Năm 1930, Meitner cùng với nhà vật lý Leó Szilárd – người vào cuối năm 1939 viết một bức thư xin chữ ký Einstein, nguyên cớ dẫn đến dự án Manhattan – giảng seminar về “Những câu hỏi về vật lý nguyên tử và hóa nguyên tử”.

Giải Nobel bị tước đoạt

Khi bắt đầu được công nhận, những tưởng Meitner có thể yên tâm với niềm say mê của mình thì bầu không khí Berlin trở nên căng thẳng khủng khiếp với sự ra đời và nắm quyền của Đảng Quốc xã. Là người Do Thái, Meitner bị sa thải nhưng vẫn được phép tới Viện KWI, chủ yếu là do không còn được nhận lương và mang quốc tịch Áo. Bà quyết định ở lại Berlin khi điều này còn có hiệu lực, bởi không muốn bị gián đoạn nghiên cứu với Hahn. Lúc đó, khởi nguồn từ thực nghiệm của Enrico Fermi, Meitner, Hahn và Fritz Straßmann đã làm thí nghiệm về việc tạo ra “các nguyên tố siêu uranium” được cho là tạo thành từ việc chiếu xạ uranium với các neutron – đây là các nguyên tố hóa học có số nguyên tử lớn hơn 92 và có đặc điểm là không bền vì dễ bị phân rã thành nguyên tố khác. Từ những kết quả này, cuốn sách duy nhất của bà “The Structure of the Atomic Nucleus” (Cấu trúc của các hạt nhân nguyên tử) được bà viết cùng trợ lý của mình là Max Delbrück, sau nhận giải Nobel Y sinh vào năm 1969.

Họ là những nhà khoa học đầu tiên đo đạc được thời gian bán rã 23 phút của uranium-239 và xác định về mặt hóa học nó là một đồng vị của uranium nhưng không đủ khả năng tiếp tục thí nghiệm để đi đến kết luận hợp lý. Để giải thích chúng, Meitner phải nêu giả thuyết mới về một lớp phản úng mới và sự phân rã alpha của uranium, vốn chưa từng biết đến trước đây và bởi thiếu bằng chứng vật lý. Meitner đã phải thiết kế các thực nghiệm mới để tìm hiểu về quá trình diễn ra các phản ứng này. Tháng 5/1937, cả Meitner và Hahn đều xuất bản bài báo, một trên Zeitschrift für Physik với Meitner là tác giả chính và một trên Chemische Berichte với Hahn là tác giả chính. “Đây chắc chắn phải là quá trình bắt neutron của uranium-238, dẫn đến hình thành ba hạt nhân đồng phân của uranium-239. Kết quả này khó tương hợp với các khái niệm hiện tại về hạt nhân” là kết luận của Meitner.

Tình thế ngày một nguy hiểm với Meitner. Năm 1947, đủ bình tĩnh nhìn lại tất cả, bà cũng hối hận vì không rời Đức sớm như Albert Einstein hay James Franck. Có lẽ, sai lầm này khiến tính mạng bà bị đe dọa vì bà bị mất quyền công dân khi Đức xâm lược Áo. Trước tình thế nguy ngập này, Niels Bohr tìm một vị trí cho Meitner trong khu vực Scandinavia đồng thời vận động đồng nghiệp giải cứu bà. Một kế hoạch được vạch ra kỹ lưỡng với mức độ hoàn hảo: nhà vật lý Dirk Coster được giao trực tiếp đưa Meitner sang Hà Lan bằng tàu hỏa, còn bà phải đánh lạc hướng bằng việc ở lại viện đến khuya và nghỉ lại qua đêm ở nhà Hahn, sáng sớm khởi hành với hai chiếc vali nhỏ, 10 mark trong túi và một chiếc nhẫn kim cương mà Hahn trao phút cuối phòng khi bất trắc. Ngày 12/7/1938, người Đức cho bà qua biên giới vì nghĩ bà là vợ một giáo sư. Khi phi vụ thành công, Wolfgang Pauli gửi điện tín cho Coster là giờ độ nổi tiếng của ông vì ‘bắt cóc’ Lise Meitner cũng ngang với độ nổi tiếng vào năm 1923 khi phát hiện ra nguyên tố hafnium.

Rời Đức, Meitner tạm ở lại Copehagen cùng vợ chồng Niels Bohr, nơi cháu bà là nhà vật lý Otto Frisch cũng đang làm việc. Sau đó, Bohr thu xếp cho bà vị trí ở một phòng thí nghiệm vật lý hạt nhân mới ở Stockholm, bà nhận lời vì có thể quay lại nghiên cứu theo hướng mình yêu thích. Khi đến, bà thất vọng nhận ra thiết bị nơi này không phù hợp với nghiên cứu của mình và do đó, không có cộng sự nào hỗ trợ. Thậm chí, bà không được trao chìa khóa phòng thí nghiệm nên chỉ có thể tiếp tục nghiên cứu trong điều kiện vô cùng thiếu thốn. Khi tới gặp Meitner vào tháng 12 nhân lễ trao giải Nobel của chồng mình là Enrico Fermi, Laura Fermi nhận thấy bà đã trở thành “một phụ nữ đầy lo âu, mệt mỏi với vẻ mặt căng thẳng như bất cứ người tị nạn nào khác”.

Ngôn ngữ và sự cô lập xã hội – bà nhanh chóng học tiếng Thụy Điển nhưng phát âm khó khăn – đã nhanh chóng theo gót sự cô lập trong khoa học. Do đó, bà vui mừng khi nhận được thư của Hahn, trao đổi về thực nghiệm mà ông và Straßmann tiến hành ở Berlin. Trong thư, Hahn đề nghị Meitner giải thích về những kết quả “lạ” của bức xạ neutron của uranium: quan sát thấy uranium “tách” thành những mảnh nhẹ hơn được họ cho là barium. Nhưng thực chất nó là gì? Thiếu sự hỗ trợ quan trọng của Meitner, Hahn không thể lý giải nổi hiện tượng. Sau đó do căng thẳng, Hahn và Strassmann đã gửi bài báo của mình tới Naturwissenschaften mà không chờ giải thích của Meitner.

Trong vật lý, việc tạo ra hay quan sát một hiện tượng mới là một điều kỳ diệu nhưng hiểu được bản chất vật lý và giải thích được nó quan trọng không kém, thậm chí trong nhiều trường hợp còn sáng giá hơn, bởi nó sẽ dẫn đường đến với những kết quả mới. Đó chính là chỗ cho tài năng của Meitner “nở hoa”. Trong ngày đầu tiên của năm 1939, trong kỳ nghỉ lễ Giáng sinh, Meitner đã cùng Otto Frisch, giải thích thành công về mặt lý thuyết phản ứng phân hạch hạt nhân và tính được mức năng lượng cực lớn mà nó tạo ra, dựa trên công thức nổi tiếng của Einstein E=mc^2. Meitner và Frisch viết bài báo và dự kiến xuất bản trên Nature vào tháng 2/1939 nhưng vì nhiều lý do mà bài báo không xuất hiện.

Sau chiến tranh, thật bất ngờ là Hahn được trao giải Nobel hóa học “cho khám phá về các hạt nhân nguyên tử nặng”. Đó là một bất công khủng khiếp với Meitner. Năm 1997, viết trên PhysicsToday, Ruth Lewin Sime cho rằng “việc bị loại của Meitner khỏi giải Nobel Hóa học có thể là kết quả của sự thiên kiến, mù quáng chính trị, không hiểu biết và vội vàng”. Trong lễ trao giải năm đó, theo nhật ký của Meitner, bà ngồi giữa những người tham dự, hy vọng mong manh là Hahn có thể sẽ đề cập đến tên mình, nhưng ông không hề.

Hẳn là bà rất thất vọng, nhưng có vẻ như bà cam chịu với sự hẩm hiu của mình và tự biện minh cho quyết định của Hahn. “Chắc chắn là Hahn xứng đáng hoàn toàn với giải Nobel. Không nghi ngờ gì về điều này nhưng tôi tin là Frisch và tôi đã đóng góp một phần không nhỏ vào việc làm cho rõ ràng quá trình phân hạch uranium – cách nó được tạo ra như thế nào và tạo ra năng lượng ở mức nào, vốn là những điều xa lạ với Hahn”, bà viết trong một bức thư.

Tuy nhiên, vai trò của bà trong phát hiện ra phân hạch hạt nhân đều được cộng đồng khoa học ghi nhận. Thậm chí, bà còn được gọi là “mẹ của bom nguyên tử”, sau khi hai quả bom được ném xuống Hiroshima và Nagasaki, dù trước đó, bà đã từ chối tham gia dự án Manhattan vì lý do đạo đức. Bà đã nêu quan điểm của mình trong một bức thư đề tên Hahn nhưng rồi không gửi: “Những người may mắn có được một trí tuệ sáng láng và một tài năng làm khoa học đều có bổn phận cao hơn trước khi khám phá, đó là bổn phận với nhân loại. Khoa học có thể được sử dụng cho mục đích xấu hoặc tốt; vì vậy phận sự của các nhà khoa học là phải làm cho thế giới này trở nên tốt đẹp hơn”.

Meitner không gửi thư này cho Hahn, bởi có những dòng chất vấn Hahn về việc ông tham gia quân đội Đức, sử dụng hiểu biết của mình để làm vũ khí hóa học. Bà không bao giờ muốn làm tổn thương ai. Tình bạn của bà với Hahn vì thế bền chặt đến cuối đời. Và dẫu tình bạn của họ có nhiều thử thách nhưng chưa bao giờ bà cất tiếng thở than về bất cứ điều gì ảnh hưởng đến Hahn, thậm chí còn nhấn mạnh đến những phẩm chất cá nhân, sự duyên dáng và tình yêu âm nhạc của ông. Vào những năm 1950 và 1960, bà vẫn thường trở lại Đức trong các kỳ nghỉ với Hahn và gia đình ông.

Meitner qua đời trong khi đang thiếp ngủ tại Cambridge, Anh, vào ngày 27/10/1968 ở tuổi 89, sau Hahn và vợ ông vài tháng. Trên tấm bia mộ giản dị, Otto Frisch cho khắc dòng chữ “Lise Meitner, nhà vật lý chưa bao giờ mất đi tính nhân văn”. □

Anh Vũ tổng hợp

https://blog.degruyter.com/lise-meitner-a-physicist-who-never-lost-her-humanity

https://nationalatomictestingmuseum.org/2022/03/12/women-of-science-series-lise-meitner

https://www.newscientist.com/people/lise-meitner/