Giải Nobel chỉ đường cho ta

Trong khi thiên văn học truyền thống là một trong những ngành khoa học lâu đời nhất trong các ngành khoa học thì vật lý thiên văn hiện đại là một trong những ngành khoa học trẻ nhất. Chưa đầy một thế kỷ trước, Einstein vẫn cho rằng vũ trụ là tĩnh! Nếu như cách đây mười lăm năm, hầu hết các nhà vật lý thiên văn vẫn nghi ngờ về sự tồn tại của lỗ đen, thì ngày nay chúng ta có cơ sở đáng tin từ quan sát để có thể khẳng định rằng tại tâm mỗi thiên hà xoắn ốc đều có một lỗ đen và chúng ta đã có những quan sát rất chi tiết, ở tất cả các bước sóng, về Sagittarius A*, lỗ đen có khối lượng bằng ba triệu lần khối lượng mặt trời ở khu vực tâm Dải Ngân hà (thiên hà của chúng ta). Cách đây một vài thập kỷ, chúng ta chưa biết đến các pulsar, chuẩn tinh, tàn dư vụ nổ siêu sao, tâm thiên hà hoạt động, sao lùn trắng, sao kềnh đỏ, bùng nổ tia gamma và một số vật thể thiên văn khác. Phông nền vũ trụ mới được phát hiện cách đây chưa đến 50 năm và sự thăng giáng mật độ của nó, một yếu tố thiết yếu cho hiểu biết của chúng ta về sự tiến hóa của vũ trụ, mới được phát hiện cách đây chưa đến 20 năm.
Những câu hỏi hóc búa nhất của vật lý hiện đại là những câu hỏi liên quan đến vật lý thiên văn: sự không tương thích giữa hiểu biết của chúng ta về mật độ năng lượng trong vũ trụ và mật độ suy ra từ sự giãn nở của vũ trụ (năng lượng tối); sự không phù hợp giữa những gì chúng ta biết về lực hấp dẫn và chuyển động của các ngôi sao trong các thiên hà và của các thiên hà trong các cụm thiên hà (vật chất tối); cơ chế của sự giãn nở theo hàm e mũ diễn ra một thời gian ngắn ngay sau khi vụ nổ Big Bang (vũ trụ lạm phát) và mối quan hệ của nó với Sự thống nhất lớn (sự hợp nhất ba tương tác mạnh, yếu và điện từ), phá vỡ đối xứng tự phát và cơ chế tạo khối lượng. Trên thực tế, vật lý thiên văn là đầu vào thiết yếu cho những nỗ lực nhằm tìm ra lý thuyết mới thay thế cho thuyết tương đối và thuyết lượng tử ở vùng khối lượng Planck nơi mà hai lý thuyết này trở nên không tương thích với nhau (lý thuyết siêu dây).

Như thường xảy ra với các ngành khoa học trẻ, vật lý thiên văn sử dụng kiến thức từ hầu hết các ngành khác của vật lý: vật lý hạt lý giải cho một phần giây đầu tiên của vũ trụ; vật lý hạt nhân lý giải cho quá trình tổng hợp hạt nhân nguyên thủy, tức là khoảng 3 giây sau vụ nổ Big Bang, và lý giải cho cả vòng đời các vì sao từ khi sinh ra đến khi chết đi; vật lý plasma lý giải cho khí quyển sao, gió sao và môi trường vật chất giữa các sao; vật lý phân tử lý giải cho nghiên cứu vật chất lạnh; vật lý nguyên tử lý giải cho quang phổ học; vật lý chất rắn lý giải cho sao neutron, hành tinh, bụi, vv… lực hấp dẫn lý giải cho động lực học sao và vũ trụ học; và thậm chí cả sinh học cũng góp phần khi chúng ta tìm hiểu nguồn gốc sự sống trên Trái đất. Vật lý thiên văn cung cấp phòng thí nghiệm duy nhất cho nghiên cứu các dạng vật chất ở điều kiện khắc nghiệt đến nỗi ta hoàn toàn không thể có được ở các phòng thí nghiệm trên mặt đất: plasma (ở môi trường giữa hoặc trong các sao), sao lùn trắng (với khí điện tử suy biến), sao neutron … chưa kể đến các lỗ đen.

Sự đa dạng cũng thể hiện ở những công cụ và phương pháp sử dụng trong quan sát vũ trụ bao gồm không chỉ toàn bộ phổ điện từ (sóng vô tuyến, sóng vi ba, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X, tia gamma) mà còn cả với tia vũ trụ (hạt nhân và neutrino). Khả năng tiếp cận ra ngoài không gian, một cách bất ngờ trong những năm sáu mươi, đóng vai trò quan trọng cho sự thăng hoa của vật lý thiên văn hiện đại và do đó việc khám phá vũ trụ có thể thực hiện được ở các bước sóng bị hấp thụ bởi bầu khí quyển Trái đất. Sự phát triển đó cũng nhờ các đài quan sát mặt đất khai thác mạnh mẽ những kỹ thuật tinh vi như quang học thích ứng hay giao thoa sóng vô tuyến.

Một lĩnh vực khoa học hấp dẫn đang phát triển nhanh như vậy không thể nào lại thiếu được trong bức tranh khoa học của Việt Nam. Trong khi chỉ những nước giàu, hoặc nhiều nước hợp lại mới có thể phóng vệ tinh hoặc xây dựng những đài quan sát khổng lồ trên mặt đất thì các số liệu mà họ ghi nhận được lại có thể truy cập được bởi bất cứ người nào miễn là người đó có thể tận dụng tốt những số liệu này. Như tôi thường nói, chúng ta đều được mời đến dự tiệc, bầu trời thuộc về tất cả chúng ta và chúng ta đều được tạo ra từ các bụi sao. Đã đến lúc phải nỗ lực phát triển vật lý thiên văn hiện đại ở Việt Nam. Hiện nay trong nước đã có đủ khả năng để tạo nên những hạt giống ban đầu cho nỗ lực này. Một số nhà thiên văn học Việt Nam tầm cỡ quốc tế, đang làm việc ở nước ngoài, có thể hỗ trợ chúng ta. Đến cuối thập kỷ này, Việt Nam cần phải có một Viện Vật lý thiên văn có tầm vóc như một trong những trung tâm khoa học trọng điểm của đất nước.

Xem xét danh sách giải thưởng Nobel trong lĩnh vực vật lý thiên văn khiến tôi có một nhận định nữa: trong mười bảy giải Nobel được trao, chỉ có hai người, Bethe và Chandrasekhar, là các nhà vật lý lý thuyết (ba người nếu kể cả Fowler). Người ta có thể nói điều đó không có gì đáng ngạc nhiên đối với một lĩnh vực khoa học trẻ như vậy. Tôi đề cập đến điều này vì kinh nghiệm đã trải qua của mình với một số trường đại học Việt Nam. Tôi nhớ tới một sinh viên mà tôi cho rằng không xứng đáng nhận điểm tốt. Giáo sư của cậu ta nói với tôi rằng tôi không thể cho cho cậu ấy điểm thấp hơn 9 vì cậu ấy là sinh viên của bộ môn lý thuyết và sinh viên từ bộ môn lý thuyết không bao giờ nhận điểm thấp hơn 9. Sau những luận điểm dài dòng, tôi chấp nhận cho sinh viên đó điểm 9. Nhưng cuối cùng, tôi rất ngạc nhiên, điểm 9 mà tôi miễn cưỡng cho đã biến thành điểm 10 … Khi sinh viên vật lý Việt Nam tốt nghiệp, phần lớn trong số họ bị thuyết phục rằng, nếu giỏi và muốn thành nhà khoa học, họ nên trở thành nhà vật lý lý thuyết; nếu không giỏi nhưng vẫn muốn thành nhà khoa học thì họ nên trở thành nhà thực nghiệm. Rõ ràng, họ không thể tự nghĩ ra một điều kỳ quái như vậy; phải có ai đó, một cách trực tiếp hay gián tiếp, đã làm cho họ tin như vậy, rằng lý thuyết là phần cao quý của khoa học còn thực nghiệm chỉ là phần tầm thường. Nhưng những người nghĩ như vậy là những người chẳng hiểu gì về khoa học: khoa học tạo bởi sự đối thoại giữa lý thuyết và thực nghiệm, chúng bổ trợ cho nhau. Thực nghiệm cần lý thuyết dẫn đường: khám phá cái gì và tại sao; lý thuyết cần dữ liệu thực nghiệm và quan sát để đưa ra những giải thích đơn giản nhất có thể. Darwin đã viết, trong một bức thư gửi cho Bates, người mới trở về từ chuyến thám hiểm Amazon, “một người quan sát tốt thực sự cũng là là một nhà lý thuyết tốt”. Thật vậy, Darwin đã làm được cả hai điều ấy. Chúng ta phải dạy những điều sau đây cho sinh viên: nếu họ muốn trở thành những nhà khoa học về lý thuyết, tốt hơn hết họ nên tìm hiểu về quan sát và thực nghiệm; nếu họ muốn trở thành những nhà thực nghiệm, họ nên tìm hiểu về lý thuyết. Không nên tạo cho họ ấn tượng rằng có sự phân cấp giữa các lĩnh vực khoa học: luôn có cái đẹp trong bất kỳ ngành khoa học nào miễn là chúng ta khám phá nó với sự nghiêm túc và khéo léo.

Điểm cuối cùng tôi muốn bàn là về “làm việc theo nhóm”. Tất cả tám nhà vật lý đoạt giải Nobel trong lĩnh vực thiên văn trong mười năm qua đều đã và đang làm việc trong các nhóm nghiên cứu, thường trong nhóm rất lớn; những bài báo của họ được ký trung bình bởi khoảng ba mươi tác giả. Tên của họ gắn với những hợp tác nghiên cứu nổi tiếng như Homestake Mine, COBE, Uhuru, Kamiokande, SN Cosmology Project (Dự án Vũ trụ học Siêu sao) và High-z SN Search (Tìm kiếm Siêu sao Dịch chuyển đỏ lớn). Làm việc theo nhóm là cách phát triển của vật lý thiên văn hiện đại; xu hướng tương tự cũng diễn ra trong nhiều lĩnh vực khác của vật lý, chẳng hạn như vật lý hạt và vật lý hạt nhân. Dù thích hay không, đó là cách duy nhất để có cơ hội tham gia vào các các nghiên cứu tiên phong trong các lĩnh vực này. Vấn đề không phải là tốt hay xấu mà ta chỉ cần làm quen và điều chỉnh phong cách nghiên cứu của mình để phù hợp với thực tại. Việt Nam có nhiều việc phải làm trong mảng này. Ví dụ, trong việc đánh giá nhà khoa học và đề tài nghiên cứu, làm việc theo nhóm chưa được công nhận như nó xứng đáng có được và các nhà vật lý đăng bài hợp tác với người khác cũng chưa được coi trọng. Còn có suy nghĩ rằng thà công bố một bài báo dở một mình hơn là công bố một bài bài báo hay với nhiều đồng tác giả. Tệ hơn nữa, sự cần thiết của việc xây dựng các nhóm nghiên cứu trong vật lý hiện đại không được coi trọng: khi một người nhận được bằng tiến sĩ ở nước ngoài trở về nước, nếu ở mức xuất sắc anh ta nên được khuyến khích xây dựng một nhóm nghiên cứu mới (và nên có những hỗ trợ cần thiết giúp anh ta làm việc đó), hoặc nếu ở mức khá thì anh ta nên được khuyến khích tham gia vào một nhóm nghiên cứu đã có ở trong nước. Điều này đòi hỏi phải có sự lựa chọn những lĩnh vực vật lý mà đất nước mong muốn phát triển và phải có một chính sách khoa học rõ ràng. Nhưng điều thường xảy ra lại là: anh ta bị bỏ một mình, tiếp tục làm việc riêng trong lĩnh vực như khi làm tiến sĩ và duy trì liên lạc với nhóm mà anh đã làm ở nước ngoài. Đó không phải là cách để phát triển nghiên cứu khoa học hiện đại. Ngày nay, việc nhảy ra khỏi bồn tắm và hét lên Eureka của Archimedes đã không còn thích hợp.