Vật lí học ở Trung Quốc

Các nhà vật lí tại các trường đại học hàng đầu của Trung Quốc nhận phúc lợi từ một số nguồn tài trợ, nhiều nhất là Bộ Khoa học và Công nghệ (MOST). Bộ này sắp xếp và thực thi các ưu tiên khoa học quốc gia của Trung Quốc ở quy mô lớn nhất – nghĩa là, chọn lựa xem những lĩnh vực rộng nào, như công nghệ nano và thông tin lượng tử, để tập trung vào, và chọn trường đại học nào để chứa các phòng thí nghiệm và thiết bị nghiên cứu.

Thí dụ, MOST tài trợ cho Phòng thí nghiệm quốc gia Khoa học vật lí ở Thang bậc micro Hefei thuộc USTC. Phạm vi hoạt động của phòng thí nghiệm trên thật rộng: thông tin lượng tử, sự gấp nếp protein, và các chất liệu nano chức năng chỉ là ba trong số vài lĩnh vực nghiên cứu của nó. MOST còn tài trợ cho Phòng thí nghiệm quốc gia Vi cấu trúc Bán dẫn tại trường đại học Nam Kinh. Mặc dù tên gọi giống nhau, nhưng hai phòng thí nghiệm trên là bổ sung cho nhau. Phòng thí nghiệm ở Nam Kinh tập trung vào những hiện tượng xảy ra ở cấp độ lớn hơn, 100-nm đến 1-µm, thí dụ như các plasmon mặt, quang lượng tử, sự tăng trưởng tinh thể, và cơ sở vật lí dụng cụ. Hình 2 thể hiện một thí dụ nghiên cứu của phòng thí nghiệm này.

Hình 2. Ảnh chụp hiển vi của những chuỗi trân châu bạc thu được bởi kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường. Cấu trúc phong phú của chuỗi hình thành tự phát qua sự lắng điện và không cần khuôn mẫu, chất hoạt tính, hoặc chất phụ gia nào. Ở thang bậc nhỏ nhất, các chuỗi có một cấu trúc tuần hoàn có thể tỏ ra hữu dụng trong các ứng dụng. (Ảnh: Wang Mu, Phòng thí nghiệm quốc gia Vi cấu trúc Bán dẫn, đại học Nam Kinh)

Để tài trợ cho những dự án nghiên cứu cá nhân, quy mô nhỏ hơn, các nhà vật lí Trung Quốc sử dụng Quỹ Khoa học Tự nhiên quốc gia Trung Quốc (NSFC). Các món tài trợ luôn sẵn sàng chi cho một vài lĩnh vực rộng rãi và đã có những thành công nhất định, như minh họa bởi sự chỉ đạo tài trợ hồi năm ngoái trong ngành cơ học chất lưu:Những ứng dụng trong ngành cơ học chất lưu phải quan tâm đến những nghiên cứu về các định luật và cơ chế chi phối những dòng chảy phức tạp (gồm những bài toán dòng chảy không đều, xoáy cuộn, và dòng chảy nhiều pha). Phân viện sẽ tiếp tục ủng hộ cho những nghiên cứu về những bài toán cơ chất lưu trong ngành vũ trụ và hàng không, đóng tàu và kĩ thuật hàng hải, kĩ thuật dân sự và thủy động, và kĩ thuật cơ, và tăng cường những nghiên cứu về các vấn đề cơ chất lưu trong lĩnh vực năng lượng, môi trường, và những lĩnh vực công nghệ tiên tiến và công nghệ cao khác.

Tiền tài trợ có giá trị lên tới 600.000 nhân dân tệ, tương đương 88.000 đô la Mĩ theo tỉ giá hối đoái chính thức. Giống như cơ quan gần như tương đương ở Mĩ, NSTC thẩm định các đề xuất bằng sự đánh giá ngang hàng.

Chính quyền các tỉnh và chính quyền địa phương cũng tài trợ cho khoa học. An Huy, tỉnh đặt trụ sở của USTC, cấp tài trợ cho sinh viên theo học trường đại học danh tiếng này. Suzhou, một thành phố ở tỉnh Giang Tô láng giềng, dành đất đai ngoại ô cho trụ sở mới Software College của USTC.

Viện Hàn lâm Khoa học Trung Hoa (CAS) được thành lập năm 1949. Giống như tiền thân của nó ở Trung Hoa đại lục, Academica Sinica, và mô hình gốc của nó, Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô, CAS vừa giữ một vai trò một tổ chức chuyên nghiệp cho những nhà khoa học xuất sắc nhất của quốc gia, vừa tiến hành nghiên cứu tại các học viện chuyên môn riêng của nó. Các học viện CAS, con số lên tới khoảng 100, bao quát toàn bộ các lĩnh vực khoa học tự nhiên, gồm đầy đủ các ngành vật lí học. CAS còn trông nom một vài cơ sở nghiên cứu lớn, gồm Máy Va chạm Electron-Positron Bắc Kinh (BEPC), Thiết bị Nghiên cứu Ion Nặng ở Lanzhou (HIRFL), Tokamak Siêu dẫn Thực nghiệm Tiên tiến (EAST) ở Hefei, và Thiết bị Bức xạ Synchrotron Thượng Hải (SSRF). Một học viện CAS, Đài Thiên văn học quốc gia Trung Quốc, điều hành những chiếc kính thiên văn lớn của Trung Quốc.

CAS không phải là cơ quan trực thuộc của MOST. Cả hai tổ chức trực thuộc cơ quan quyền lực cao nhất của Trung Quốc, Hội đồng Nhà nước. Trong khi MOST là một bộ, thì CAS và NSFC là các học viện. Cả ba tổ chức đều thực thi những ưu tiên khoa học của quốc gia.

Các nhà nghiên cứu tại một học viện CAS – thí dụ Viện Vật lí ở Bắc Kinh – thường có những phòng thí nghiệm được trang bị tốt và được sử dụng các sinh viên tốt nghiệp từ những ngôi trường CAS, nhưng không có trách nhiệm phải giảng dạy. Viện Vật lí, cơ quan tập trung các nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm về vật chất ngưng tụ, đang đi đầu trong việc giải thích những tính chất của các chất siêu dẫn gốc sắt mới phát hiện ra gần đây. Nhiệt độ Tc cao nhất hiện nay, 55 K, thu được tại Viện Vật lí. Hình 3 là ảnh chụp trụ sở chính của Viện.

Hình 3. Sự đầu tư gần đây của Trung Quốc cho vật lí học được phản ánh trong kiến trúc của các trụ sở vật lí. Tòa nhà D tại Viện Vật lí ở Bắc Kính (trái) gồm các văn phòng và một hội trường. Nó được xây dựng năm 2004. Ảnh bên phải là tòa nhà vật lí mới tại trường đại học Fudan ở Thượng Hải, gồm các phòng thí nghiệm và văn phòng. Nó được xây dựng năm 2008.

Các trường đại học

Là nơi sinh viên học tập và nơi các nhà khoa học theo đuổi nghiên cứu của họ, các trường đại học ở Trung Quốc lâu nay là đối tượng quan tâm và có sức ảnh hưởng của chính quyền. Trường đại học thật sự đầu tiên của Trung Quốc, đại học Peiyang (ngày nay gọi là đại học Thiên Tân), được thành lập ở Thiên Tân năm 1885 trong một đợt cải cách chính trị văn hóa ngắn hạn trong những năm tháng xế chiều của vương triều nhà Thanh. Các trường đại học danh giá nhất của Trung Quốc được thành lập trong vòng hai thập niên tiếp sau đó.

Ngày nay, các trường đại học của Trung Quốc đại khái xếp thành một hệ thống hai cấp. Ở cấp trên cùng là khoảng 100 hay chừng ấy trường đại học quốc gia do Bộ Giáo dục quản lí. Dưới chúng là 2000 hay chừng ấy trường đại học do chính quyền 22 tỉnh và 5 vùng tự trị quản lí. (Các trường đại học ở hai vùng đặc khu hành chính của Trung Quốc, Hong Kong và Macau, không thuộc hệ thống trường đại lục) Quyết tâm muốn thấy các trường đại học của mình cạnh tranh được với các trường phương Tây, Trung Quốc đã bắt tay vào một vài làn sóng tăng cường tài trợ và tái tổ chức cơ cấu. Sáng kiến gần đây nhất, công bố hồi tháng 10 vừa qua, là thành lập Liên đoàn C9, một liên minh gồm 9 trường đại học hàng đầu.

Một sáng kiến cũ hơn, đã triển khai rộng rãi hơn, là bãi bỏ mô hình Xô Viết của các trường cao đẳng chuyên ngành. Đại học Zhejiang ở Hàng Châu, chẳng hạn, đã sáp nhập lại trường y của nó. Đại học Nam Kinh đang trong quá trình hợp nhất với một trường kĩ thuật. Khi chúng hợp nhất và mở rộng, các trường đại học Trung Quốc đang xây dựng những trụ sở mới. Trụ sở mới của Fudan nằm trên một mảnh đất nhỏ thuộc khu đất công nghiệp cải tạo lại gần dòng sông Yangtze. Trụ sở mới ấy, bao gồm cả tòa nhà vật lí mới (xem hình 3), đã trả lại không gian kiến trúc cho con đê Thượng Hải, một tuyến phố gồm những tòa nhà thế kỉ 19 oai nghi trên bờ đê của một con sông khác của thành phố, sông Hoàng Phố.

Tiền tài trợ cho các trường đại học còn xuất phát từ các nguồn ngoài chính quyền trung ương, tỉnh và thành phố. Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ nano mới của đại học Tsinghua được thành lập một phần nhờ tiền đóng góp của Foxconn, một nhà sản xuất linh kiện máy tính trụ sở ở Đài Loan. Quỹ Kavli đã thành lập hai học viện ở Trung Quốc, Viện Thiên văn học và Thiên văn Vật lí Kavli (KIAA) tại trường đại học Peking, và Viện Kavli Vật lí Lí thuyết Trung Quốc (KITPC) ở gần trụ sở CAS.

Một sinh viên tại các trường đại học của Trung Quốc nhận được loại hình giáo dục nào? Thật khó trả lời câu hỏi đó nếu chỉ dựa trên một chuyến đi ngắn ngủi. Nhất định, khía cạnh truyền thống của Trung Quốc đối với sự giảng dạy vẫn còn mạnh. Các trường đại học Tsinghua và Zhejiang, chẳng hạn, có những tòa nhà mới to đồ sộ dành riêng cho các phòng lab giảng dạy vật lí. Ở đó, sinh viên thực hiện các thí nghiệm kinh điển, ví dụ như xây dựng và kiểm tra một cầu Wheatstone, nhưng họ còn làm thí nghiệm về chất siêu dẫn nữa. Và có lẽ cũng phải nói rằng những trường học tốt nhất ở Mĩ và châu Âu đều có tuyển sinh viên Trung Quốc.

Sự hợp tác quốc tế

Mặc dù có MOST, CAS, và NSFC ủng hộ cho những mục tiêu quốc gia, nhưng Trung Quốc còn tìm kiếm những sự hợp tác quốc tế. Thí nghiệm Neutrino Lò phản ứng Vịnh Daya, do Viện Vật lí Năng lượng cao trụ sở ở Bắc Kinh chỉ đạo, là một chương trình hợp tác quốc tế. Các đối tác của nó gồm hai phòng thí nghiệm quốc gia ở Mĩ - Brookhaven và Lawrence Livermore – 14 trường đại học Mĩ, hai học viện ở Nga, một trường đại học Czech, và hai trường đại học Đài Loan. Nước Mĩ chi trả một nửa chi phí.

Những nỗ lực của Trung Quốc trong lĩnh vực thiên văn học thể hiện ở cách thức quốc gia này song hành những chương trình hợp tác quốc tế với sự quan tâm của quốc gia. Trung Quốc hiện nay thiếu kinh nghiệm xây dựng những đài quan sát ở đỉnh cao công nghệ, thí dụ như vệ tinh hồng ngoại mới phóng lên gần đây của Cơ quan Vũ trụ châu Âu, Herschel. Thu nhặt kinh nghiệm qua sự nỗ lực độc lập sẽ mất thời gian và có nguy cơ đẩy Trung Quốc lạc hậu ở phía sau. Để bắt kịp quốc tế, Trung Quốc đang theo đuổi một chính sách hỗn hợp, vừa phát triển một cách khiêm tốn, tự lực, vừa tham gia vào những dự án quốc tế.

Mới đây, Trung Quốc đã được ủy quyền kính thiên văn LAMOST sẽ khảo sát bầu trời theo kiểu giống như cách làm của dự án Khảo sát Bầu trời Số Sloan – nghĩa là, nó sẽ tự động xác định quang phổ (và do đó độ lệch đỏ) của các ngôi sao và thiên hà trên những mảng lớn của bầu trời. Chiếc gương chính của LAMOST có diện tích gấp bốn lần so với kính thiên văn SDSS, và các camera tiêu diện của nó hiệu quả hơn và nhạy hơn. Hiệu suất của LAMOST bị hạn chế phần nào bởi số lượng khiêm tốn những đêm thật sự trong trẻo tại địa điểm của nó ở tỉnh Hồ Bắc. Tuy nhiên, người ta trông đợi nó tạo ra được danh mục hoàn chỉnh nhất của những chuyển động sao trong thiên hà của chúng ta và với nó là bản đồ chính xác nhất từ trước đến nay của sự phân bố vật chất hấp dẫn của Dải Ngân hà, cả vật chất baryon và vật chất tối.

Kính thiên văn LAMOST mang lại cho Trung Quốc kinh nghiệm vô giá trong việc sản xuất và điều hành những chiếc gương phân đoạn. Khi bài báo này lên trang in, Trung Quốc đang đàm phán các điều khoản tham gia Kính thiên văn Ba mươi mét (TMT), một dự án Mĩ-Canada xây dựng một đài thiên văn gương phân đoạn khổng lồ trên đỉnh Mauna Kea ở Hawaii.

Trong dự án TMT, Trung Quốc sẽ giữ một vai trò thứ yếu. Nhưng trong trường hợp đài quan sát được đề xuất tại Mái vòm A, Trung Quốc sẽ lãnh đạo. Như hình 1 cho thấy, sự chinh phục địa điểm ấy đang trong quá trình triển khai. Những thách thức của việc quan sát xa xôi ở Nam Cực là hết sức ghê gớm. Điện cần phải phát tại chỗ, và dữ liệu phải được hồi phục trên những tảng băng giá đang trôi giạt và rạn vỡ. Để vượt qua những thách thức này, Trung Quốc cần phải mở hầu bao lớn.

Trung Quốc còn hạ quyết tâm trở thành nơi mến khách và phát triển thuận lợi cho các vị khách quốc tế. Hai thí dụ sau đây minh họa xu hướng đó. Đại học Zhejiang và Đại học Rice ở Houston, Texas, vừa thành lập Trung tâm Hợp tác Quốc tế về Vật chất Lượng tử. Trung tâm Công nghệ Nano London và Viện Max Planck Vật lí Các hệ phức ở Dresden, Đức, cũng tham gia. Ý tưởng là thúc đẩy sự hợp tác trên những dự án mà đôi bên cùng quan tâm thông qua hội thảo và những chuyến viếng thăm dài ngày. Tại trường đại học Peking, KIAA hai năm tuổi còn tổ chức những cuộc hội thảo quốc tế (xem hình 4). Doug Lin, giám đốc sáng lập của viện, phát biểu rằng viện sẽ giữ vai trò là nơi các nhà nghiên cứu phương Tây và Trung Quốc có thể hợp tác và học hỏi lẫn nhau.

Hình 4. Một hội thảo quốc tế về thiên văn vật lí hành tinh học được tổ chức vào tháng 12 năm ngoái tại Viện Thiên văn học và Thiên văn Vật lí Kavli tại trường đại học Peking. KIAA là một trong hai học viện Kavli ở châu Á. Cả hai viện đều ở Bắc Kinh.

Thật không may, tham vọng của Trung Quốc muốn tiến lên hợp tác với Mĩ đang bị làm cho nản chí bởi chính sách nhập cư của Mĩ. Thủ tục mà một nhà vật lí Trung Quốc phải tuân theo để có một tấm visa Mĩ thật phiền toái, mất thời gian, và không đảm bảo – dẫu rằng hiện nay nhiều nhà vật lí Trung Quốc rất muốn đến thăm Mĩ. Để có một tấm visa có thể mất đến ba tháng. Trong khi đó, các nhà vật lí Trung Quốc có thể lấy visa EU chỉ trong vòng bốn ngày làm việc mà không phải đích thân tới làm thủ tục. Các vị khách Mĩ đến Trung Quốc có thể lấy visa trong vòng một ngày.

Yếu tố con người

Tham vọng của Trung Quốc muốn dẫn đầu về vật lí học, được bản thân các nhà vật lí Trung Quốc hưởng ứng, đã mang lại môi trường nghiên cứu được tài trợ tốt và có tính cạnh tranh cao, không phải không giống phương Tây, nhưng với những đặc trưng riêng của Trung Quốc. Một số trường đại học ở Trung Quốc, không nhất thiết là trường đại học hàng đầu, trao thưởng cho các tác giả những bài báo đăng trên Nature, Science, và những tạp chí có sức ảnh hưởng cao khác với số tiền thưởng có thể sánh với tiền lương cả năm của một người. Áp lực công bố có lẽ đã làm cho tỉ lệ chấp nhận thấp dưới mức trung bình của các bài báo Trung Quốc gửi đăng Applied Physics Letters và những tạp chí khác.

Sự cạnh tranh đặc biệt sâu sắc khi thu hút các nhà vật lí người Trung Quốc tài năng trở về nước làm việc. Sự cạnh tranh có hai mặt: giữa Trung Quốc với phương Tây, và giữa các học viện Trung Quốc. Các trường đại học và học viện ở Thượng Hải và Bắc Kinh có thể dùng sự giàu có, to lớn và quan trọng của thành phố của họ làm cái thuyết phục. Đại học Zhejiang thì ở Hàng Châu, một thành phố được các vị khách từ Marco Polo cho đến tác giả của những quyển sách chỉ dẫn du lịch hiện đại mô tả là một trong những thành phố đẹp nhất Trung Hoa. USTC của Hefei, trái lại, thì chào hàng quy mô nhỏ của thành phố và chi phí thuê nhà thấp. Để cán cân nghiêng về trường đại học của họ, một số vị lãnh đạo khoa còn linh hoạt bổ nhiệm những người trở về trẻ tuổi giữ những chức danh trọn vẹn. Cuối cùng, những cơ hội nghiên cứu có lẽ là cái có sức nặng nhất. Ding Hong rời Boston College về Viện Vật lí hồi năm 2007 vì “sự đầu tư cho nghiên cứu tốt hơn, bao gồm nguồn tài trợ và nguồn nhân lực, và vì một sân chơi lớn hơn”.

Áp lực cạnh tranh đạt tới kết quả khiến một số nhà vật lí Trung Quốc phàn nàn rằng họ không còn có thời gian để mà suy nghĩ nữa. Khi một mục tiêu nghiên cứu đã rõ ràng – thí dụ, bắt kịp Mĩ về hiện thực hóa vật chất ngưng tụ của điện toán lượng tử - thì sự cố gắng hạ quyết tâm có thể mang lại thành công. Nhưng không có thời gian suy nghĩ, thì việc sáng tạo ra những lĩnh vực mới toanh sẽ khó khăn hơn. Đóng góp của Trung Quốc cho việc tìm hiểu những chất siêu dẫn gốc sắt mới và mở rộng những ứng dụng thực tiễn của mật mã lượng tử - trích dẫn hai thí dụ thôi – là thật ấn tượng. Tuy nhiên, những lĩnh vực nghiên cứu ấy ra đời bên ngoài nước Trung Quốc.

Mặt khác, so sánh với Mĩ cho thấy Trung Quốc có lẽ cần phải chờ đợi sự nghiên cứu thật sự căn nguyên. Vào những năm 1870, nền kinh tế Mĩ đã tăng trưởng vượt mặt Anh, Pháp, và Đức. Các nhà công nghiệp Mĩ giàu có đã tài trợ và chi tiền cho các trường đại học. Cuối Thế chiến thứ nhất, nền kinh tế Mĩ là lớn nhất thế giới, nhưng sinh viên giỏi ở Mĩ vẫn rời Mĩ sang nghiên cứu ở châu Âu. Chỉ trong những năm 1930, nước Mĩ mới thật sự trở thành siêu cường khoa học. Làn sóng những nhà khoa học Do Thái trốn chạy phát xít Đức chắc chắn có góp sức phần nào, nhưng những nhà khoa học di cư ấy đã tìm thấy cơ sở hạ tầng rộng lớn và những cơ hội tài trợ tốt khi họ đến nơi. Họ còn tìm thấy những đồng nghiệp giỏi, cây nhà lá vườn.

Phát triển nguồn vốn con người là yếu tố sống còn cho tương lai của Trung Quốc, chúng ta còn bị các nước phát triển bỏ lại xa phía sau về giáo dục và đào tạo. Hệ thống giáo dục của chúng ta không cho phép khuyến khích sự sáng tạo. Điều này gây trở ngại cho sự phát triển mức cao và bền vững.

Hệ thống giáo dục của Trung Quốc mang tính cạnh tranh cao. Một kì thi quốc gia ba ngày, gọi là gaokao, xác định những ai đỗ vào những trường đại học tốt nhất. Sự chuẩn bị để thành công trong kì gaokao là quá khắc nghiệt và hao tổn nên học sinh có ít thời gian để phát triển thói quen theo đuổi cái mà tính ham hiểu biết tự nhiên của chúng và xúc cảm có thể dẫn dắt chúng.

Charles Day (Physics Today, 03/2010)