Những con số làm nên vũ trụ - Phần 60

Wilhelm Roentgen

Nếu như có một cuộc cá cược vào đầu thập niên 1890 rằng ai sẽ là người giành giải Nobel đầu tiên, thì Wilhelm Roentgen chắc không có vé nào hết. Ông đã bị tống cổ khỏi một trường trung học ở Đức hồi cuối thế kỉ 19 vì không chịu khai ra đứa đồng bọn đã vẽ tranh phỉ báng một giáo viên trong trường. Thời đó trường trung học ở Đức rất hà khắc – không những Roentgen bị đá ra khỏi trường ông đã vào học, mà ông còn không thể tiếp tục theo học ở bất kì ngôi trường nào của Đức hay Hà Lan. Tôi đoán rằng chính quyền Đức không thích cái triết lí đưa ra hình phục thích đáng với sự vi phạm. Tuy nhiên, Roentgen đã thi hành mức phạt đó và cuối cùng ông theo học một trường đại học ở Thụy Sĩ. Phải có một đạo luật có thời hạn nhờ sự trở lại của phe bồ câu, cuối cùng Roentgen mới trở lại giới hàn lâm Đức, nơi ông trải qua cả cuộc đời sự nghiệp của mình là giảng viên ở các trường đại học Đức – trước tiên là Hohenheim, rồi đến Giessen, cuối cùng là Würzburg – và chẳng làm được gì đáng giá. Cho đến tháng 11 năm 1895.

Các khám phá khoa học thường là kết quả của những cải tiến công nghệ - không có kính hiển vi Anton von Leeuwenhoek sẽ vẫn còn là một người thợ dệt bé nhỏ ở Hà Lan chứ không phải người khám phá ra thế giới vi khuẩn. Trong thế kỉ 19, các thiết bị tốt hơn lần lượt ra đời, chúng được dùng để tạo ra điện, và nghiên cứu các chất khí dưới áp suất thấp. Một phát triển như thế là ống Crookes, một ống thủy tinh chứa không khí hàn kín phóng điện cao áp. Điện tích được tạo ra tại cathode, và thỉnh thoảng có thể quan sát thấy sự huỳnh quang, sự phát xạ ánh sáng, tại anode hoặc từ thành ống thủy tinh. Tạo ra sự huỳnh quang là một quá trình có phần được chăng hay chớ, tùy thuộc vào số lượng lớn biến số, như loại chất khí, hình dạng của ống Crookes, và điện áp phóng điện.

Roentgen 50 tuổi, và đã qua rồi cái thời Newton mô tả là thời đại sung sức cho sự phát minh, khi ông có vận may tốt có một tấm giấy tráng barium platinocyanate, một chất được biết sẽ phát huỳnh quang dưới ánh sáng tử ngoại, nằm gần một ống Crookes. Ông thiết đặt điện áp cho ống Crookes – và barium platinocyanate đã phát huỳnh quang! Roentgen dành ra bảy tuần sau đó hoàn toàn bí mật nghiên cứu hiện tượng mới này. Một trong những cái Roentgen quan sát thấy là những tia đó có tác dụng lên kính ảnh. Sau hai tuần nghiên cứu, ông đã có bức ảnh chụp tia X đầu tiên của bàn tay của bà vợ Anna Bertha của ông. Khi nhìn thấy khung xương của bàn tay mình, bà vợ ông đã la lên “Tôi vừa nhìn thấy cái chết của mình!”

Bảy tuần sau đó, khi năm 1895 sắp kết thúc, Roentgen công bố một bài báo mang tiêu đề “Về một loại tia mới”. Roentgen đặt tên cho những tia đang tạo ra sự huỳnh quang là tia X – X là kí hiệu toán học cho cái chưa biết. Ở trang hai của bài báo là một mô tả bức ảnh chụp tia X của bàn tay của vợ ông: “Nếu bàn tay được giữ trước màn hình huỳnh quang, thì cái bóng cho thấy phần xương sậm nét, với những đường viền chỉ mờ nhạt của vùng mô bao quanh.” Đúng như trông đợi, khám phá này, cùng với sự hứa hẹn to lớn của nó sẽ cách mạng hóa ngành y khoa, đã mang đến những cơ hội mới tức thì cho Roentgen. Ông được phong giáo sư tại Munich vào năm 1900 – chuyển lên ngạch giảng viên chính – và vào năm 1901 ông đã giành Giải Nobel đầu tiên dành cho ngành vật lí. Ông đã chi số tiền nhận giải cho trường đại học của ông, và từ chối đăng kí sáng chế với khám phá của ông, mặc dù chúng có thể khiến ông giàu to, vì ông muốn toàn bộ nhân loại được hưởng lợi từ sự khám phá của ông.

Mặc dù Roentgen đã công bố ba bài báo về tia X từ năm 1895 đến 1897, nhưng vào lúc ông giành Giải Nobel, bản chất của tia X vẫn là cái chưa rõ. Roentgen không đóng góp gì thêm cho vấn đề đó; bài báo năm 1897 là bài báo cuối cùng của ông, và không đã không tham gia tích cực vào nghiên cứu khoa học trong khi ở Munich. Đến lượt Max von Lauer khám phá ra bản chất của tia X, và nhiều người thấy thắc mắc tại sao Roentgen không tiếp tục nghiên cứu sáng tạo nữa. Von Lauer, người từng có cơ hội gặp Roentgen trong một toa xe lửa hạng ba, có những suy nghĩ của riêng ông về vấn đề đó.

Thường người ta hỏi tại sao nhân vật này, sau những thành tựu đánh dấu thời đại của ông vào năm 1895-1896, lại rút lui như thế. Nhiều lí do đã được nêu ra, một số có phần xu nịnh Roentgen. Tôi xem tất cả những lí do đó đều không đúng. Theo tôi, sự ấn tượng trước khám phá của ông đã khiến ông bị khuất phục rằng ông không bao giờ hồi phục được nữa, khi ấy ông đã 50 tuổi rồi. Vì một kì công lớn – và ít người nghĩ tới nó – là một gánh nặng cho ông đạt tới... Cái cấp bách là soạn ra ba bài báo, giống như Roentgen đã làm từ năm 1895 đến 1897, cho một thập niên khó có cái gì mới mẻ để bàn luận.

Tôi có những suy nghĩ của riêng mình về vấn đề đó. Tôi là một người hâm mộ bóng chày, và có một người trong lịch sử bóng chày có thể sánh với Roentgen – Don Larsen, một cầu thủ ném bóng có kỉ lục nghề nghiệp là một trận 81-91 với một ERA 3,78 nhưng là cầu thủ chỉ ném bóng có một lần trong một mùa giải quốc tế. Có lẽ Roentgen giống như vậy, một “cầu thủ” đánh thuê tuy thu được thành tích tuyệt đối, nhưng chỉ trong một khoảng thời gian ngắn của đời mình.

Cái Laue phát hiện ra vào năm 1912 là tia X là một dạng khác của bức xạ điện từ, có tần số cao hơn ánh sáng nhìn thấy, hoặc cả ánh sáng tử ngoại. Bức xạ nhìn thấy, như chúng ta đã lưu ý, có tần số vào cỡ 5 x 10¹⁴ chu trình mỗi giây. Tuy nhiên, tia X có tần số vào cỡ 5 x 10¹⁸ chu trình mỗi giây. Theo công thức Planck E = hν, ta có thể thấy tia X có năng lượng gấp một nghìn lần năng lượng của ánh sáng nhìn thấy. Điều này cho phép tia X đi xuyên qua da thịt, nhưng bị xương hấp thụ, tạo ra ảnh chụp tia X của bàn tay bà Anna Bertha – và mạch máu xanh bị gãy của tôi. Nó cũng giải thích tại sao chúng ta hạn chế lượng bức xạ tia X mà một cá nhân phải chịu; có một nguy cơ ung thư từ quá nhiều bức xạ vì năng lượng cao của tia X có thể gây thương tổn cho tế bào.