Nobel Vật lí 2003



Ngày 7 tháng 10 năm 2003 Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã chính thức công bố quyết định trao tặng Giải thưởng Nobel Vật lý năm 2003 cho công dân Mỹ (và Nga) Aleksei A. Abrikosov (1928-) ở Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne ( Argonne, Illinois, Mỹ), công dân Nga Vitaly L. Ginzburg (1916-) ở Viện Vật lý P.N. Lebedev, Viện Hàn lâm Khoa học Nga ( Moscow, Nga) và công dân Anh và Mỹ Anthony J. Leggett (1938-) ở Đại học Tổng hợp Illinois (Illinois, Mỹ) "vì những đóng góp có tính tiên phong đối với các lý thuyết về hiện tượng siêu dẫn (superconductivity) và siêu chảy ( superfluidity)".

Ba nhà vật lý nói trên đã có những đóng góp mang tính quyết định liên quan đến hai hiện tượng trong vật lý lượng tử là hiện tượng siêu dẫn và hiện tượng siêu chảy. Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng trong đó điện trở của một số vật rắn đột ngột giảm về 0 khi nhiệt độ của chúng giảm xuống dưới một nhiệt độ ngưỡng nhất định gọi là nhiệt độ tới hạn. Hiện tượng siêu dẫn có ý nghĩa thực tiễn vô cùng to lớn đối với khoa học và công nghệ hiện đại. Có thể nêu ra một số ví dụ điển hình như truyền tải điện năng và dữ liệu không bị tổn hao, nam châm siêu dẫn với từ trường siêu mạnh, cảm biến (sensor) siêu nhạy dựa trên hiện tượng giao thoa lượng tử, máy chụp cắt lớp cộng hưởng từ hạt nhân. Cũng cần nói thêm rằng hai nhà sáng chế ra máy chụp cắt lớp cộng hưởng từ hạt nhân cũng được nhận Giải thưởng Nobel Y Sinh học năm 2003. Một trong những ứng dụng gây ấn tượng nhất của hiện tượng siêu dẫn là những tàu hoả siêu tốc chạy trên đệm từ hoạt động dựa trên hiệu ứng Meissner ( hiệu ứng bay lơ lửng trong từ trường).

Hiện tượng siêu chảy là hiện tượng trong đó độ nhớt của một số chất lỏng giảm đột ngột về không ở nhiệt độ rất thấp. Kết quả là chất lỏng đó có thể chảy hoàn toàn tự do mà không hề chịu một sức cản nào. Việc khảo sát hiện tượng siêu chảy cho phép đi sâu nghiên cứu những quá trình xảy ra bên trong vật chất khi nó ở trạng thái có năng lượng thấp nhất và có trật tự cao nhất.

Kiến thức về các chất lỏng siêu lỏng có thể đem lại cho chúng ta sự hiểu biết sâu sắc hơn về dáng điệu của vật chất ở các trạng thái trật tự nhất và trật tự kém nhất của nó.

Lịch sử của hai hiện tượng siêu dẫn và siêu chảy đều được khởi đầu cùng với việc hóa lỏng thành công chất khí hêli vào năm 1908 tại phòng thí nghiệm của H. Kamerlingh - Onnes ở Leiden ( Hà Lan). Hầu như trong suốt 15 năm sau đó, phòng thí nghiệm này là nơi duy nhất trên thế giới có thể tạo ra hêli lỏng và có thể tiến hành những nghiên cứu trong lĩnh vực nhiệt độ thấp từ 4,2 đến 77K. Năm 1911, Kamerlingh - Onnes và đồng sự đã phát hiện thấy rằng điện trở của thủy ngân giảm đột ngột về 0 khi nhiệt độ của nó xấp xỉ nhiệt độ sôi của hêli. Hai năm sau, Kamerlingh - Onnes đã được trao tặng Giải Nobel Vật lý vì phát minh này. Cho đến nay, người ta đã phát hiện nhiều vật liệu siêu dẫn ở dạng hợp kim hoặc dạng gốm có nhiệt độ tới hạn khác nhau.

Các chất siêu dẫn được chia làm hai loại là loại I và loại II. Ở trạng thái siêu dẫn, các chất siêu dẫn loại I hoàn toàn không cho từ trường thấm sâu qua bề mặt của nó vào bên trong và là một chất nghịch từ lý tưởng. Các chất siêu dẫn loại II chấp nhận sự có mặt đồng thời của trạng thái siêu dẫn và từ trường mạnh và là loại chất siêu dẫn có nhiều ứng dụng kỹ thuật quan trọng. Lý thuyết giải thích hiện tượng siêu dẫn của chất siêu dẫn loại I được ba nhà vật lý người Mỹ là J. Bardeen, L.N. Cooper, R.J. Schrieffer đưa ra năm 1957. Theo lý thuyết BCS ( gọi theo ba chữ đầu của tên các tác giả) thì nguyên nhân làm xuất hiện hiện hiện tượng siêu dẫn là do hiện tượng tạo cặp electron trong chất siêu dẫn loại I ở nhiệt độ thấp. Sự tạo cặp electron này xảy ra là nhờ tương tác của các electron với mạng tinh thể ( còn gọi là tương tác electron - phonon). Vì các electron mang điện cùng dấu nên bình thường chúng không thể kết đôi được. Cặp electron đó sẽ có spin nguyên ( hạt bozon) và có khả năng ngưng kết ở trạng thái lượng tử với mức năng lượng thấp nhất. Trong trạng thái siêu dẫn, các electron ghép đôi khi di chuyển bên trong tinh thể sẽ không tương tác với các nút mạng, nghĩa là chất siêu dẫn khi đó chuyển tải dòng điện mà không có điện trở. Năm 1972, J. Bardeen, L.N. Cooper và R.J. Schrieffer đã được trao Giải Nobel Vật lý. Tuy nhiên, lý thuyết BCS không giải thích được cơ chế hiệu ứng siêu dẫn trong các chất siêu dẫn loại II vì các electro ghép đôi bắt buộc đẩy từ trường ra khỏi khối chất siêu dẫn.

Ở các nhiệt độ thấp (một vài độ trên không độ tuyệt đối), một kim loại nào đó mất điện trở và trở thành vật siêu dẫn. Các vật liệu siêu dẫn như thế cũng có tính chất làm dịch chuyển toàn bộ hoặc một phần các dòng từ. Các vật liệu siêu dẫn làm dịch chuyển toàn bộ các dòng từ được gọi là các siêu dẫn loại I. Lý thuyết BCS đã giải thích được hiện tượng đó. Tuy nhiên, lý thuyết này dựa trên cơ sở một thực tế là các cặp điện tử tạo thành không đủ để giải thích hiện tượng siêu dẫn trong các vật liệu quan trọng nhất về mặt kỹ thuật. Các siêu dẫn loại II cho phép hiện tượng siêu dẫn và hiện tượng từ tồn tại đồng thời và duy trì tính siêu dẫn trong các từ trường mạnh. Aleksei Abrikosov đã thành công trong việc giải thích hiện tượng này về phương diện lý thuyết. Điểm xuất phát của ông là một lý thuyết do Vitaly Ginzburg và những người khác xây dựng cho siêu dẫn loại I. Abrikosov chứng minh lý thuyết này có tính bao quát đến mức nó cũng có giá trị cho cả siêu dẫn loại II. Mặc dù các lý thuyết này được đưa ra vào những năm 50 của thế kỷ trước, chúng có giá trị quan trọng mới trong sự phát triển nhanh chóng của các vật liệu với các tính chất hoàn toàn mới. Hiện nay các vật liệu có thể đạt được trạng thái siêu dẫn ở các nhiệt độ ngày càng cao và các từ trường ngày càng mạnh.

Hiện tượng siêu chảy của hêli được nhà vật lý Xô Viết P.L. Kapitsa phát minh năm 1938. Khi hạ nhiệt độ của hêli lỏng đến dưới 2,2 K, trong chất hêli lỏng xuất hiện một pha mới gọi là pha hêli siêu chảy hay hêli II ( để phân biệt với hêli I là hêli lỏng ở trạng thái bình thường không siêu chảy). Đặc điểm nổi bật của hêli II là độ nhớt của nó bằng không, nghĩa là nó hoàn toàn không chịu ma sát với thành ống mà nó chảy qua. Người ta đã làm thí nghiệm đo độ nhớt của hêli II bằng cách cho nó chảy qua một khe hẹp có chiều rộng chỉ bằng 0,5 mm được tạo bởi hai tấm thủy tinh phẳng đã mài nhẵn. Ngay cả trong điều kiện đó cũng không hề phát hiện thấy hêli II có một chút độ nhớt nào, tức là hêli siêu chảy có thể chảy qua khe hẹp đó một cách hoàn toàn tự do. Hiện tượng siêu chảy được giải thích dựa trên những tính chất đặc biệt của hêli ở trạng thái lỏng. Hêli lỏng là một chất lỏng đặc biệt. Nó là chất lỏng lượng tử mà mỗi hạt của nó là một nguyên tử He-4 và là một hạt có spin nguyên. Lưu ý rằng trong tự nhiên, đồng vị He-4 chiếm hầu như 100% thành phần của hêli, đồng vị He-3 chỉ chiếm có 0,0001%. Trong những điều kiện nhất định, các hạt có spin nguyên ( gọi là hạt bozon) có thể bị ngưng kết ở trạng thái với năng lượng thấp nhất và khi đó chúng sẽ không trao đổi năng lượng và xung lượng với bên ngoài. Điều đó có nghĩa là chúng sẽ không chịu ma sát và ở trong trạng thái siêu chảy. Theo lý thuyết này, He-3 ở trạng thái lỏng không thể là một chất siêu chảy vì nguyên tử đồng vị He-3 có spin bán nguyên không phải là hạt bozon.

Heli lỏng có thể trở thành chất siêu chảy, nghĩa là độ nhớt của nó biến mất ở các nhiệt độ thấp. Các nguyên tử của He-3 đồng vị hiếm cần phải tạo ra các cặp tương tự với các cặp điện tử trong các siêu dẫn kim loại. Cách để các nguyên tử tương tác và sắp xếp trật tự trong trạng thái siêu chảy đã được giải thích trong lý thuyết của Anthony Leggett từ những năm 70 của thế kỷ trước. Các nghiên cứu gần đây chỉ ra cách để sự trật tự này chuyển thành sự hỗn độn hay nhiễu loạn mà nó là một trong những vấn đề chưa được giải quyết được của vật lý cổ điển.

Ba nhà vật lý đoạt Giải Nobel Vật lý năm 2003 đều thành đạt từ khi còn rất trẻ ( cả ba đều bảo vệ luận án tiến sĩ và tiến sĩ khoa họ ở tuổi dưới 30) và được trao Giải Nobel khi tuổi đã cao. Người "trẻ nhất" là A.J. Leggett - 65 tuổi, còn người cao tuổi nhất là V.L. Ginzburg - 87 tuổi. Cả ba đều là những chuyên gia nổi tiếng thế giới và có nhiều công trình nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực khác nhau của vật lý học.

Aleksei A. Abrikosov là nhà vật lý Mỹ gốc Nga. Ông sinh năm 1928 ở Moscow (Nga). Abrikosov tốt nghiệp khoa Vật lý của Đại học Tổng hợp Moscow mang tên M.V.Lomnosov năm 1948. Ông đạt được học vị tiến sĩ vật lý năm 1951 tại Viện Các vấn đề vật lý ở Moscow với đề tài về lý thuyết khuếch tán nhiệt trong các plasma và sau đó là học vị tiến sĩ khoa học toán lý năm 1955 ở cùng viện với đề tài về lý thuyết điện động lực lượng tử ở các năng lượng cao. Abrikosov đã làm việc tại Viện Các vấn đề vật lý (1948-1965), Viện Vật lý lý thuyết mang tên L.D. Landau (1966-1988), Viện Vật lý áp suất cao mang tên L.F. Vereschagin (1989-1991) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô. Ông là viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô (1988), giáo sư Đại học Tổng hợp Moscow mang tên M. V. Lomonosov (1966). Từ năm 1966 Abrikosov làm việc theo hợp đồng ở Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne ( Mỹ). Ông là nhà khoa học Argonne nổi bật tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne ( Argonne, Illinois, Mỹ). Abrikosov làm việc trong Nhóm lý thuyết chất đậm đặc của bộ phận khoa học vật liệu. Năm 1975 ông được trao tặng bằng tiến sĩ danh dự của Đại học Lausanne ( Thụy Sĩ). Ông đã làm việc tại một số cơ quan khoa học và trường đại học ở Nga. Trong cuộc đời khoa học của mình, Abrikosov đã thành công trong nhiều lĩnh vực nhưng chủ yếu là lý thuyết của các vật rắn như các siêu dẫn, kim loại, bán kim loại và bán dẫn. Ông nổi tiếng do phát hiện ra các siêu dẫn loại II và các tính chất từ của chúng. Abrikoson là người có công xây dựng lý thuyết giải thích tính siêu dẫn của các chất siêu dẫn loại II trên cơ sở phát triển lý thuyết Landau-Ginzburg. Ông đã xây dựng lý thuyết về sự bất ổn định trong các chất siêu dẫn (1957). Sự bất ổn định đó tương ứng với sự xuất hiện của một trạng thái hỗn hợp mà khi đó các pha siêu dẫn và không siêu dẫn cùng tồn tại. Ở trạng thái đó, từ thông có thể thẩm thấu vào chất siêu dẫn thành những phần rời rạc ( lượng tử). Các lượng tử này tạo thành cái gọi là "mạng các cuộn xoáy từ Abrikosov". Chính trạng thái hỗn hợp này được hình thành trong các chất siêu dẫn loại II trong một khoảng giá trị nhất định của từ trường. Năm 1991 Abrikosov làm việc tại bộ phận khoa học vật liệu của Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne. Ở Argonne, ông nghiên cứu về lý thuyết siêu dẫn nhiệt độ cao, các tính chất của các manganate CMR, nghiên cứu MSD cùng các nhà thực nghiệm, phát minh ra cái gọi là "từ trở lượng tử". Abrikosov còn là viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (Mỹ), viện sĩ nước ngoài của Viện Hàn lâm Nghệ thuật và Khoa học (Mỹ) và hội viên nước ngoài của Hội Khoa học Hoàng gia London. Ông đã được trao tặng nhiều giải thưởng của Nga và quốc tế.

Vitaly Lazarevic Ginzburg sinh năm 1916 tại Moscow (Nga). Ông tốt nghiệp Đại học Tổng hợp Moscow mang tên M.V. Lomonosov, bảo vệ luận án tiến sĩ năm 1940 và bảo vệ luận án tiến sĩ khoa học toán lý năm 1942. Ginzburg được bầu là viện sĩ thông tấn Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô năm 1953, viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô năm 1966. Liên tục từ năm 1940 đến nay ông làm việc tại Phòng Vật lý lý thuyết mang tên I.E. Tamm, Viện Vật lý mang tên P.N. Lebedev thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô ( nay là Viện Hàn lâm Khoa học Nga). Ông là giáo sư Đại học Tổng hợp Gorki (1945-1961), trưởng bộ môn Các vấn đề của vật lý và vật lý thiên văn của Trường Kỹ sư vật lý Moscow ( 1968 đến nay). Ông nghiên cứu lý thuyết điện segnet, lý thuyết chuyển pha của siêu dẫn ( lý thuyết Ginzburg - Landau) trong chất đậm đặc; sự lan truyền sóng trong plasma, lý thuyết bức xạ synchrotron, lý thuyết phóng xạ chuyển tiếp trong vật lý plasma; nguồn gốc của tia vũ trụ, lý thuyết bức xạ vô tuyến pulsar, điện động lực của các lỗ đen.

Ngay từ những năm 1940 Ginzzburg đã cùng với nhà vật lý Xô Viết lỗi lạc Landau xây dựng lý thuyết về siêu dẫn dựa trên lý thuyết về chuyển pha loại II của Landau và dựa trên quan niệm về thông số trật tự. Lý thuyết đó được công bố vào năm 1950 và hiện nay được gọi là lý thuyết Landau-Ginzburg hay "lý thuyết Psi" về siêu dẫn. Lý thuyết Landau-Ginzburg đã giải quyết được một loạt vấn đề liên quan tới giải thích các tính chất của chất siêu dẫn loại I. Cùng với một số nhà vật lý khác, Ginzburg đã tìm kiếm những cơ chế khác dẫn đến hiện tượng siêu dẫn với hi vọng tìm được những chất siêu dẫn nhiệt độ cao. Ngay từ những năm 1970, tức là trước khi G.J. Bednorz và K.A. Muller phát hiện ra chất siêu dẫn nhiệt độ cao đầu tiên cả chục năm, Ginzzburg đã tiên đoán rằng có thể tạo được những chất siêu dẫn có nhiệt độ tới hạn trên 100K, thậm chí bằng nhiệt độ phòng. Ông cũng chỉ ra con đường tìm kiếm các chất siêu dẫn nhiệt độ cao là phải dựa trên những tương tác trao đổi loại khác so với tương tác electron - phônn ( chẳng hạn như dựa trên tương tác electron - exciton) vì với cơ chế tương tác electron - phonon khó có thể đạt được nhiệt độ tới hạn trên 100K. Hơn nữa, Ginzburg đã chỉ ra một cấu trúc mà ở đó có thể hi vọng tìm thấy siêu dẫn nhiệt độ cao là cấu trúc sandwich ( cấu trúc này gồm một chất siêu dẫn được kẹp giữa hai chất bán dẫn). Những nghiên cứu và lời tiên tri của Ginzburg đã đem lại niềm tin cho không ít các nhà nghiên cứu trên con đường tìm kiếm chất siêu dẫn nhiệt độ cao.

Vitaly Ginzburg là một trong những nhà vật lý lớn nhất của thế kỷ XX và là một nhà kinh điển trong khoa học. Ginzburg bao giờ cũng là người lao động cật lực trong lĩnh vực vật lý. Ông không hề biết đến ngày nghỉ hoặc ngày lễ. Có cảm tưởng như trí lực của ông không phù hợp với sự nghỉ ngơi. Và chính vì thế mà ông đã khá nhanh chóng trở thành nhà vật lý với chữ vật lý viết hoa. Cũng phải nói rằng Ginzburg đã gặp may. Ông ra đời vào thời buổi nền vật lý lớn mới chỉ bắt đầu, tuổi thơ và tuổi trẻ của ông gặp thời rộ hoa của nó và tuổi chín chắn của ông được đánh dấu bằng những bề sâu của nhận thức. Ông tốt nghiệp Đại học năm 1938 và chỉ hai năm sau đã vào làm việc trong một trung tâm nghiên cứu danh giá là Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học mà tại đó nhiều chục năm sau người ta vẫn còn có thể gặp ông. Kỳ thực ông còn là giáo sư Đại học Tổng hợp Gorki ngay từ sau chiến tranh. Khi chiến sự gay cấn, đã có nhiều nhà vật lý được "nếm" về đây. Sau đó, ở đây đã hình thành một trung tâm nguyên tử tuyệt đối bí mật nằm không xa Gorki là bao và điều đó khiến cho mối quan hệ giữa Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm với thành phố bên bờ sông Volga ngày càng thắt chặt hơn. Nói chung, Ginzburg với tư cách nhà vật lý lý thuyết đâu đâu cũng có mặt. Rất tiếc thời gian phôi pha không bảo tồn được tên công trình này hay công trình khác mà Ginzburg đã tham gia. Viện sĩ Yulia Hariton - người từng đứng đầu chương trình chế tạo vũ khí hạt nhân than thở rằng:"Chúng tôi không nghĩ tới chuyện đó. Trong hồ sơ tài liệu cũng như trong đầu óc của chúng tôi không còn lưu giữ được những thứ mà theo tôi còn cần thiết cho đến ngày hôm nay: không phải là làm mất trách nhiệm cá nhân mà là tác quyền của những kết quả thí nghiệm hay công trình nghiên cứu lý thuyết ấy, đặc biệt là những ý tưởng... Nguyên tắc bí mật hối ấy thật gắt gao. Không ai biết đồng nghiệp của mình đang làm gì dù ở ngay phòng bên cạnh, thậm chí ở ngay bàn bên cạnh. Vì thế bây giờ không thể xác lập được cụ thể ý tưởng nào thuộc về ai nữa. Thông thường , các ý tưởng nảy sinh từ những cuộc thảo luận tập thể. Ginzburg có tham gia chế tạo vũ khí hạt nhân nhưng ông không trực tiếp làm việc trong chương trình Arzamas-16. Từ một trung tâm tuyệt mật người ta đã phân phát "hợp đồng" đến các nhà vật lý khác nhau và những phòng thí nghiệm khác nhau. Tất nhiên, chỉ có thể đoán già đoán non về tính chất của những công trình nghiên cứu đó... Những báo cáo được soạn thảo, những thí nghiệm được tiến hành và đôi khi những ý tưởng được bàn bạc trong phạm vi hẹp. Phần việc của các nhà vật lý chỉ dừng lại ở đó. Đôi khi có phần thưởng nữa và lúc bấy giờ mới biết được công trình của mình rất đắc dụng. Trong Từ điển Bách khoa chỉ viết:"Vào khoảng 1950-1951 (Ginzburg) có làm việc trên những vấn đề về phản ứng nhiệt hạch". Vẻn vẹn chỉ một câu thôi nhưng đằng sau nó là một trong những trang nặng nề nhất trong lịch sử vật lý và trong cuộc đấu tranh tư tưởng. Bom nguyên tử thì đã chế tạo xong và đã được thử nghiệm rồi. Sức công phá của nó đã được kiểm chứng không chỉ ở thao trường mà ở cả Hirosima và Nagasaki. Tuy nhiên, các nhà lý thuyết còn chứng minh được rằng có thể chế tạo được một siêu vũ khí mạnh hơn bom nguyên tử gấp nhiều lần. Đó là bom khinh khí. Thế là bắt đầu cuộc chạy đua không tuyên bố giữa Livermor ( Mỹ) và Arzamas. Ở bên kia đại dương, người đứng đầu chương trình là Eduard Teller, còn bên này là Andrei Sakharov. Đằng sau mỗi người đó là hàng trăm nhà vật lý lý thuyết và thực nghiệm. Teller ban đầu đã mắc sai lầm và con đường của ông ta dẫn đến ngõ cụt. Sakharov cùng các đồng nghiệp đã vượt lên trước người Mỹ. Ngay cả Teller đầy kiêu ngạo cũng phải thừa nhận là Sakharov đã thắng trong cuộc chạy đua này. Năm 1953. Vitaly Ginzburg nhận Giải thưởng Quốc gia. Tất cả đều hiểu rằng đó là sự đánh giá những cống hiến của ông trong việc chế tạo vũ khí hạt nhân. 13 năm sau, viện sĩ Ginzburg lại được trao Giải thưởng Lênin. Và lần này, đó là sự đánh giá đối với các công trình của ông ở một lĩnh vực hoàn toàn khác. Đó là "Giải thưởng cho sự nhận thức và tìm hiểu các quá trình diễn ra trong chiều sâu của vũ trụ" ".

Đối với một nhà khoa học thì cái chính là tính độc đáo. Vitaly Lazarevic Ginzburg có quyền đưa vào bản "báo công" của mình cả những công trình về lý thuyết truền sóng trong tầng điện ly, về thiên văn vô tuyến, về nguồn gốc các tía vũ trụ, về lý thuyết siêu dẫn, các công trình về quang học, về bức xạ và về vật lý thiên văn,v.v... Một điều lạ là hồi trẻ ông đã từng làm việc với Lev Landau và xây dựng nên lý thuyết siêu dẫn. Đến khi đứng tuổi, ông lại tranh luận đến cùng với Zeldovits - người đang cố xây dựng một lý thuyết về nguồn gốc vũ trụ. Nói chung, Ginzburg là một nhà vật lý vũ trụ. Theo ông, huyền thoại cho rằng không gian giữa các hành tinh là sự trống rỗng hoàn toàn đã bị bác bỏ từ lâu rồi. Đến nay chẳng còn ai nghi ngờ gì nữa vào điều này. Tất cả các thiên thể đều đang chuyển động trong môi trường plasma giữa các hành tinh hay giữa các vì sao và các nhà khoa học hiện nay đang nỗ lực để xác lập những tính chất của plasma đó. Đây là một trọng trách, một Đăng nhập vào bet365_link bet365 khi bị chặn_hướng dẫn đăng ký bet365 toán rất hóc búa nhưng cấp thiết bởi vì con người đã giữ được xiềng xích của sức hút Trái Đất và trở thành cư dân của Hệ Mặt Trời.

Trong cuộc trò chuyện với nhà bình luận khoa học nổi tiếng của báo Pravda được đăng đúng vào hôm Viện Hàn lâm Khoa học Thụy Điển công bố danh sách các nhà khoa học được nhận Giải thưởng Nobel Vật lý năm 2003, Ginzburg còn kể :" I.S. Shklovski và tôi cùng với nhiều nhà thiên văn và vật lý khác đều bảo vệ ý kiến cho rằng nguồn của các tia vũ trụ là các sao siêu mới và có lẽ cả các sao mới nữa. Sự xuất hiện của các sao này đã được các nhà thiên văn Trung Hoa, Nhật Bản, Vizantin và các nhà thiên văn khác quan sát thấy từ thời cổ đại. Hiện nay, người ta đã xác lập được một cách chắc chắn rằng cỡ khoảng một lần trong vòng 50 - 100 năm sẽ bùng nổ một sao siêu mới - ngôi sao có độ sáng cực mạnh. Thật đáng tiếc là chúng ta không thể quan sát được tất cả những sự bùng sáng xảy ra trong thiên hà chúng ta vì phàn lớn chúng đều bị vật chất không trong suốt giữa các vì sao trong đĩa thiên hà của chúng ta che khuất. Như vậy là sao siêu mới bùng nổ. Tuy nhiên, niềm vui của các nhà thiên văn chẳng được bao lâu vì "đời sống quang học" của chúng quá ngắn ngủi. Ánh sáng do chúng phát ra dần dần yếu đi và qua một vài tháng chúng không còn gì nổi bật trên nền trời nữa. Các nhà thiên văn bây giờ chỉ có thể quan sát những khối khí lớn bay tung toé từ nơi nổ ra các phía khác nhau. Có thể "xem" các khí này qua các dụng cụ quang học mà đặc biệt là các kính thiên văn vô tuyến. Nguyên nhân và cơ chế tạo thành các sao siêu mới hiện nay vẫn còn là câu đố đối với các nhà khoa học. Chúng ta chỉ có thể giả định rằng nó diễn ra trong lòng sâu của thiên hà. Chẳng hạn có một giả thiết cho rằng trong ngôi sao bình thường do kết quả của sự tiến hóa, tất cả các proton và electron nhanh chóng kết hợp với nhau để tạo thành các neutron. Ngôi sao khi đó sẽ co mạnh lại để có kích thước nhỏ hơn. Và do đó dẫn tới sự bùng nổ và vật chất ở các lớp vỏ bên ngoài bị văng vào không gian. Những quan sát thiên văn vô tuyến đã cung cấp sự chỉ dẫn trực tiếp về sự tồn tại của một lượng lớn tia vũ trụ trong các lớp vỏ khí tạo ra do vụ nổ của các sao siêu mới. Người ta còn đưa ra giả thiết rằng sự gia tốc của các hạt diễn ra ngay trong chính lớp vỏ khí của sao dưới tác dụng của sóng xung kích. Tuy nhiên, khó có thể đồng ý với một giả thiết như vậy bởi vì trong quá trình đó, có lé các hạt không có đủ năng lượng để truyền cho tia vũ trụ. Năng lượng của chúng nhỏ hơn hàng chục, thậm chí hàng trăm lần. Rõ ràng là sóng xung kích chỉ có tác dụng ném ra không gian một khối lượng lớn các hạt từ trong lòng các ngôi sao và cung cấp cho chúng một vận tốc ban đầu nào đó không lớn lắm. Sau đó, các hạt này được tăng tốc dưới tác dụng của các từ trường biến thiên, nghĩa là quá trình này về một phương diện nào đó khá giống với sự gia tốc của các hạt trong các máy gia tốc bình thường trên Trái Đất. Nói một cách khác, thiên hà của chúng ta là một máy gia tốc tự nhiên khổng lồ mà công suất của nó lớn tới mức chúng ta khó lòng hình dung nổi... Các tia vũ trụ lang thang theo mọi hướng trong khoảng không của thiên hà chúng ta. Chúng sống hàng trăm triệu, thậm chí hàng tỷ năm và sau thời gian đó chúng đã phiêu du được những khoảng cách rất lớn. Nhưng các tia vũ trụ không rời khỏi thiên hà của chúng ta. Nếu các hạt photon và neutrino chỉ xuyên qua thiên hà và mất hút ở đâu đó trong vũ trụ thì các tia vũ trụ hết sức trung thành với thế giới sao của chúng ta và trong cuộc đời dài lâu của mình chúng chỉ kịp có mặt ở nhiều xó xỉnh trong thiên hà. Vì vậy, nghiên cứu chúng có nghĩa là theo dõi thường xuyên mạch đập của thiên hà chúng ta".

Ngay từ đầu kỷ nguyên chinh phục vũ trụ, Ginzburg đã thường xuyên suy ngẫm về số phận của ngành du hành vũ trụ. Ông đã hi vọng rằng trên các vệ tinh nhân tạo sẽ ngày càng có nhiều những dụng cụ khác nhau chuyên để nghiên cứu các tia vũ trụ và các từ trường giữa các hành tinh. Đáng tiếc là những thí nghiệm như thế còn quá ít ỏi. Và mặc dù mới tồn tại hơn 40 năm nhưng ngành du hành vũ trụ đã có những đóng góp hết sức to lớn đối với sự phát triển của vật lý thiên văn. Lẽ ra đã có thể làm được nhiều hơn thế. Viện sĩ Ginzburg và nhiều đồng nghiệp của ông ở Viện Hàn lâm đều thấy tiếc về điều đó. Tuy nhiên, các nhà lý thuyết không đặc biệt cần lắm các thực nghiệm. Tất nhiên, sẽ là rất tốt nếu như những tính toán lý thuyết của họ được thực nghiệm xác nhận. Nhưng đối với nhà lý thuyết điều quan trọng hơn nhiều là các đồng nghiệp của anh ta nói gì và những tính toán của anh ta có đủ sức thuyết phục họ hay không. Nhà lý thuyết - đó là trí tưởng tượng phóng túng và nó càng khác thường bao nhiêu thì lại càng là hiện thực bấy nhiêu. Viện sĩ Ginzburg bằng kinh nghiệm cuộc đời lâu dài của mình đã rất tin vào điều đó.

Anthony J. Leggett là nhà vật lý Mỹ gốc Anh. Ông sinh năm 1938 tại London. Ông đạt được học vị tiến sĩ vật lý tại Đại học Tổng hợp Oxford ( Anh) năm 1964. Trong những năm 1964-1965 và 1967 Leggett tu nghiệp sau tiến sĩ tại Illinois ( Mỹ). Ông là giáo sư vật lý tại Đại học Tổng hợp Sussex ở Brighton ( Anh) cho đến năm 1983 và Đại học Tổng hơp Illinois ở Urbana-Champaign (Mỹ) từ năm 1983. Ông được ghi nhận rộng rãi là một chuyên gia hàng đầu thế giới trong lý thuyết vật lý nhiệt độ thấp và công trình tiên phong của ông về siêu lỏng được ghi nhận bằng Giải Nobel Vật lý năm 2003. Ông là viện sĩ của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia ( Mỹ), Viện Hàn lâm Nghệ thuật và Khoa học, Viện Hàn lâm Khoa học Nga, hội viên Hội Triết học Mỹ, Hội Vật lý Mỹ, Hội Khoa học Hoàng gia London và nhiều tổ chức khoa học khác. Phạm vi nghiên cứu của ông bao gồm vật lý lý thuyết chất đậm đặc, các hiện tượng nhiệt độ thấp, các chất lỏng lượng tử, vật lý thống kê, các hệ lượng tử vĩ mô, lý thuyết đo đạc lượng tử.

Những nghiên cứu có tính đặt nền móng của Leggett đã giúp làm sáng tỏ nhiều vấn đề về siêu dẫn nhiệt độ cao và siêu chảy nhiệt độ thấp. Trong những năm 1970, ông đã xây dựng lý thuyết hoàn chỉnh về tương tác của các nguyên tử đồng vị He-3 ở nhiệt độ thấp và về tính siêu chảy của đồng vị hiếm này của hêli. Theo lý thuyết đó, các nguyên tử He-3 bình thường không phải là hạt bozon nhưng ở nhiệt độ thấp chúng có thể ghép đôi với nhau tương tự như các electron trong lý thuyết BCS để tạo thành các cặp nguyên tử có spin nguyên. Chất lỏng lượng tử He-3 mà trong đó các nguyên tử được ghép đôi ở nhiệt độ thấp phải có tính siêu chảy tương tự như đồng vị He-4. J. Bardeen - người hai lần nhận Giải thưởng Nobel Vật lý đã từng nhận xét về A.J. Leggett như sau:" Chắc hẳn một ngày nào đó Leggett sẽ nhận Giải thưởng Nobel vì lý thuyết về chất siêu chảy He-3, nếu không thì cũng vì một phát minh khác trong tương lai".

Giáo sư Leggett nổi bật vì những hiểu biết về các chất lỏng heli thông thường và siêu chảy cùng các chất siêu chảy ghép cặp mạnh khác. Các nghiên cứu của ông định hướng vào vật lý lượng tử của các hệ tiêu tán vĩ mô và việc sử dụng các hệ đậm đặc để kiểm tra các cơ sở của cơ học lượng tử. Các quan tâm nghiên cứu của ông chủ yếu nằm trong các lĩnh vực của vật lý lý thuyết chất đậm đặc và các cơ sở của cơ học lượng tử. Ông đặc biệt quan tâm đến khả năng sử dụng các hệ chất đậm đặc đặc biệt như các thiết bị Josephson để kiểm tra sự hợp lý của việc ngoại suy hình thức luận lượng tử đến mức vĩ mô. Điều quan tâm này dẫn đến một lượng công trình kỹ thuật đáng kể về ứng dụng của cơ học lượng tử cho những lượng thay đổi tập thể và đặc biệt là các cách để bao hàm sự tiêu tán vào trong các tính toán. Ông cũng quan tâm đến lý thuyết của He-3 siêu chảy, đặc biệt là trong những điều kiện không cân bằng mạnh, siêu dẫn nhiệt độ cao và các hệ khí nguyên tử ngưng tụ Bose mới được phát hiện.

Giải thưởng Nobel Vật lý năm 2003 được trao cho những nhà vật lý đã có cống hiến to lớn cho việc xây dựng các lý thuyết cho phép giải thích một cách sâu sắc hơn dòng chảy không bị cản trở của các chất lỏng lượng tử. Đây là lần thứ sáu các nghiên cứu trong lĩnh vực nhiệt độ thấp được trao Giải thưởng Nobel. Năm lần trước Giải thưởng Nobel đã đượ trao cho Heike Kamerlingh - Onnes ( Hà Lan) vì phát minh hiện tượng siêu dẫn (1913); Lev D. Landau ( Liên Xô cũ) vì những nghiên cứu tiên phong trong lĩnh vực vật lý các chất đông đặc, đặc biêt là về heli lỏng (1962); John Bardeen, Leon N. Cooper và Robert J. Schrieffer ( Mỹ) vì lý thuyết về chất siêu dẫn loại I là các kim loại và hợp kim (1972); Petr I. Kapitsa ( Nga) vì các phát minh và sáng chế trong lĩnh vực vật lý nhiệt độ thấp (1978) và George J. Bednorz ( Đức) và Karl A. Muller ( Thụy Sĩ) vì phát minh các chất siêu dẫn nhiệt độ cao là các vật liệu gốm (1987). Chắc hẳn trên chặng đường tiếp theo, nhiều phát minh kỳ diệu đang còn chờ đợi chúng ta.

PGS. TS Nguyễn Quang Học
Nguồn phys.hnue.edu.vn
 

Quảng cáo

Top