Lịch sử vật lí thế kỉ 20 - Phần 1

LỊCH SỬ VẬT LÍ THẾ KỈ 20
Tác giả: Alfred B. Bortz
Người dịch: Trần Nghiêm

Tập sách này đã được dịch và đăng nhiều kì trên Thư Viện Vật Lý trong năm 2010. Tuy nhiên, bản dịch lần trước còn nhiều thiếu sót. Bản đăng tại đây là bản hiệu đính được thực hiện trong năm 2014.

LỜI NÓI ĐẦU

Thế kỉ 20 đã chứng kiến một sự tăng trưởng bùng phát của khoa học và công nghệ - số lượng nhà khoa học đang làm việc ngày nay nhiều hơn tổng số nhà khoa học trong lịch sử loài người trước đây cộng lại. Những phát minh mới gồm có tàu vũ trụ, chip máy tính, laser, và ADN tổ hợp đã mở ra lộ trình cho những lĩnh vực mới như khoa học vũ trụ, công nghệ sinh học, và công nghệ nano. Các máy ghi địa chấn hiện đại và tàu ngầm đã mang lại cho các nhà khoa học trái đất và đại dương cái nhìn sâu sắc vào những bí ẩn sâu thẳm nhất và tối tăm nhất của hành tinh chúng ta. Những thập kỉ phát triển của khoa học khí hậu, được hỗ trợ bởi những quan sát vệ tinh và mô hình máy tính, giờ đã đưa ra những dự báo dài hạn, mang tính toàn cầu với xác suất đúng rất cao. Lúc mới bắt đầu thế kỉ, khoa học và công nghệ có ít tác động lên đời sống hàng ngày của đa số mọi người. Điều này đã thay đổi hoàn toàn vào năm 2000.

Mục đích của bộ sách Khoa học thế kỉ 20, một bộ sách mới gồm 7 tập, là cung cấp cho sinh viên, giáo viên, và công chúng nói chung một nguồn kiến thức dễ đọc, dễ tiếp cận, nhằm tìm hiểu xem khoa học đã phát triển như thế nào, từng thập niên một, trong thế kỉ qua và thử đoán xem nó sẽ phát triển đến đâu trong những thập niên đầu thế kỉ 21. Một người có học qua trường lớp và thông thạo văn học, nghệ thuật, âm nhạc và hiểu rõ giá trị của lịch sử, kinh doanh, và kinh tế, thì cũng phải biết khoa học hoạt động như thế nào, và làm thế nào nó trở thành một bộ phận không thể thiếu trong đời sống hàng ngày của chúng ta.

Sinh viên thường được dạy khoa học từ viễn cảnh của cái đã biết hiện nay. Theo một ý nghĩa nào đó, điều này khá dễ hiểu – có rất nhiều thông tin để nắm bắt. Tuy nhiên, rất thường xảy ra, sinh viên (hoặc giáo viên) có thể hỏi những câu đại loại như “Làm thế nào họ biết được điều đó?” hay “Tại sao họ lại không biết điều đó?” Đây là chỗ một số viễn cảnh lịch sử phát huy tính hấp dẫn. Nó mang lại cảm giác một phương diện động của khoa học. Một số cái sinh viên được dạy ngày nay sẽ thay đổi trong vòng 20 năm. Nó cũng mang lại cảm giác nhân bản khi người ta xem xét các nhà khoa học lỗi lạc trước đây đã chiến đấu như thế nào trong thế kỉ qua với số tiền tài trợ ít ỏi hơn, công cụ thô sơ hơn, và các lí thuyết kém phức tạp hơn.

Khoa học khác với những nỗ lực không kém phần quan trọng và thử thách khác của con người là ở phương tiện nghiên cứu của nó – Phương pháp Khoa học – thường được mô tả như sau:
    a) quan sát
    b) lập giả thuyết
    c) thí nghiệm và kiểm chứng
    d) thu nhận kết quả, và
    e) kết luận xem các kết quả và số liệu bác bỏ hay củng cố giả thuyết đã nêu.

Trong thực tế, tiến trình khoa học không phải lúc nào cũng “thẳng”. Nhiều thí nghiệm có liên quan còn có thể được khảo sát để kiểm tra giả thuyết. Một khi một bằng chứng khoa học đã được thu thập và kiểm tra, thì nhà khoa học sẽ đệ trình một bài báo, tường trình công trình mới trên một tạp chí đánh giá ngang hàng. Một biên tập viên chí công vô tư sẽ gửi công trình ấy cho ít nhất hai nhà phê bình (“trọng tài”), những người chuyên môn về lĩnh vực đặc biệt đó, và họ sẽ giới thiệu với vị biên tập viên là bài báo nên được chấp nhận, sửa chữa, hoặc từ chối. Vì các chuyên gia phê bình thỉnh thoảng lại là những người đang cạnh tranh của tác giả bài báo, cho nên các tiêu chuẩn đạo đức cao và sự tin cẩn phải được quy định rõ trong tiến trình phê bình.

Nếu một giả thuyết không thể kiểm tra và có khả năng bị bác bỏ bởi thí nghiệm hoặc các phương trình toán học, thì nó không mang tính khoa học. Trong khi đó, trên nguyên tắc, một thí nghiệm có thể bác bỏ một giả thuyết, và không có thí nghiệm xác nhận nào có thể tuyệt đối chứng minh một giả thuyết là “Chân lí”. Tuy nhiên, nếu việc kiểm tra lặp đi lặp lại bằng những thí nghiệm khác nhau do nhiều nhà khoa học thực hiện tiếp tục xác nhận cho một giả thuyết, thì người ta bắt đầu thừa nhận rằng nó là một lí thuyết được chấp nhận rộng rãi. Người bạn tốt nhất mà một lí thuyết có thể có là một nhà khoa học xuất chúng nghi ngờ về nó và đưa nó vào kiểm tra chân thật và nghiêm khắc nhất. Nếu nó vượt qua được những thử thách này và làm đổi ý nhà khoa học đa nghi, thì lí thuyết ấy được củng cố đáng kể. Việc kiểm tra như thế cũng loại bỏ các giả thuyết và lí thuyết yếu kém. Sự xác nhận liên tục của một giả thuyết quan trọng có thể biến nó lên tầm cỡ của một định luật, mặc dù nó vẫn được được gọi là một lí thuyết. Một số lí thuyết khi phát triển có thể làm cách mạng hóa toàn bộ khuôn khổ của một lĩnh vực – những lí thuyết này được xem là “mô hình”. Thuyết nguyên tử là một mô hình. Đã được phát triển khoảng 200 năm trước, nó là cơ sở để tìm hiểu bản chất của vật chất. Những mô hình khác bao gồm như sự tiến hóa, thuyết vụ nổ lớn, thuyết kiến tạo mảng hiện đại (giải thích nguồn gốc của núi non, núi lửa và động đất), thuyết lượng tử, và thuyết tương đối.

Khoa học là một sự nghiệp chung với nhu cầu tự do trao đổi thông tin và hợp tác. Trong khi đúng là các nhà khoa học có những động cơ cạnh tranh mạnh mẽ, nhưng nửa sau của thế kỉ 20 đã chứng kiến khoa học ngày càng trở nên liên ngành. Những bài toán ngày càng phức tạp hơn, với độ bất định ngày càng lớn, đã được xử lí và cho đến nay vẫn thường lảng tránh trước lời giải chính xác.

Trong thế kỉ 20, khoa học đã tìm ra phương thuốc chữa trị bệnh lao và bệnh bại liệt, nhưng những e ngại về “mảng tối” của khoa học (ví dụ như vũ khí hạt nhân) đã bắt đầu lộ diện. Thái độ hoài nghi trước những lợi ích của khoa học và các ứng dụng của nó đã bắt đầu xuất hiện vào nửa sau của thế kỉ 20, mặc dù tác động tích cực hàng ngày của nó lên đời sống của chúng ta ngày càng tăng. Nhiều nhà khoa học cũng nhạy cảm với những vấn đề này. Sau khi bom nguyên tử thả xuống Hiroshima và Nagasaki, một số nhà khoa học lỗi lạc đã chuyển sang nghiên cứu khoa học sự sống, và những người khác thì cho ra đời một tạp chí, ngày nay đã gần 60 năm tuổi, Bản tin của Các nhà khoa học nguyên tử, dành cho việc loại trừ mối nguy hạt nhân và tăng cường hòa bình. Năm 1975, không bao lâu sau khi các nhà sinh học phân tử phát triển ADN tổ hợp, họ đã tổ chức một hội nghị ở Asilomar, California, và đặt ra những hạn chế tự nguyện trên những thí nghiệm nhất định. Họ khuyến khích chấp thuận sự sắp đặt trong lĩnh vực mới mang tính cách mạng này. Chúng ta đang sống trong một kỉ nguyên trong đó có những nỗ lực liên tục và đầy sức mạnh nhằm xóa nhòa ranh giới giữa đức tin tôn giáo và khoa học. Một lập luận cho rằng sự công bằng đòi hỏi thời gian như nhau cho mọi “lí thuyết” (mang tính khoa học hay không). Trong mọi thời đại, và đặc biệt trong thời đại ngày nay, các nhà khoa học phải phấn đấu truyền thông với công chúng rằng khoa học là gì và nó hoạt động như thế nào, khoa học tốt là gì, khoa học xấu là gì, và cái gì không phải là khoa học. Chỉ khi đó chúng ta mới có thể đào tạo những thế hệ công dân tương lai và truyền cảm hứng cho các nhà khoa học của tương lai.

Bảy tập của bộ sách Khoa học thế kỉ 20 nói về những vấn đề cốt lõi sau đây của khoa học: sinh học, hóa học, khoa học Trái đất, hải dương học, vật lí học, vũ trụ học và thiên văn học, và thời tiết và khí hậu. Mỗi tập có một bảng thuật ngữ chú giải. Các chương trong mỗi tập gồm những thành phần sau:
·    Cơ sở và viễn cảnh khoa học mà nó phát triển, từng thập niên một, đồng thời cung cấp cái nhìn sâu sắc xem có bao nhiêu nhà khoa học chủ đạo đã góp sức trong từng thập niên ấy.
·    Các hình vẽ đen trắng và ảnh chụp.
·    Trục biên niên sử thời gian những sự kiện đáng chú ý trong mỗi thập kỉ.
·    Phác họa tiểu sử ngắn gọn của những cá nhân đi tiên phong, kể cả trình bày về những tác động của họ đối với khoa học và xã hội nói chung.
·    Một danh mục tài nguyên tham khảo.

Trong khi toàn bộ các nhà khoa học đều được liệt kê danh tính chi tiết, chúng tôi không có ngụ ý rằng nhất thiết họ phải là “những nhà khoa học vĩ đại nhất của thập niên ấy”. Họ được chọn để đại diện cho nền khoa học của thập niên ấy vì những thành tích xuất sắc của họ. Một số trong những nhà khoa học này sinh ra trong những gia đình giàu có và danh tiếng, trong khi một số khác xuất thân từ tầng lớp trung lưu hoặc lao động, hay cả trong cảnh bần hàn. Trong một thế kỉ đánh dấu bởi hai cuộc chiến tranh thế giới, chiến tranh lạnh, vô số cuộc chiến lớn nhỏ khác, cùng với tội ác diệt chủng không thể tưởng tượng nổi, nhiều nhà khoa học buộc phải chạy trốn khỏi quê hương xứ sở của mình. May thay, thế kỉ qua cũng đã chứng kiến sự tiếp cận ngày càng gần với khoa học và công nghệ đối với phụ nữ và người da màu và, với chút may mắn, mọi rào cản sẽ biến mất trong thế kỉ 21.

Các tác giả của bộ sách này hi vọng quý vị độc giả nhận thức đúng sự phát triển của khoa học trong thế kỉ vừa qua và những thành tựu xuất hiện nhanh chóng ngày nay trong thế kỉ 21. Lịch sử dạy cho những nhà thám hiểm mới của thế giới những lợi ích của việc thực hiện những quan sát thận trọng, theo đuổi những lộ trình và ý tưởng mà nhiều người khác bỏ qua hoặc không dám liều lĩnh xông pha, và luôn luôn nghi vấn thế giới xung quanh mình. Sự hiếu kì là một trong những bản năng con người cơ bản nhất của chúng ta. Khoa học, cho dù được thực hiện dưới dạng chuyên nghiệp hay chỉ là niềm yêu thích, sau hết thảy, là một nỗ lực mang tính người rất cao.