Đóng góp vĩ đại của Einstein và Heisenberg đối với nhân loại

Einstein và Heisenberg. Nguồn: privatdozent.

Đầu thế kỷ 20, những khám phá vĩ đại của Albert Einstein (thuyết tương đối và thuyết lượng tử ) và Werner Heisenberg (thuyết lượng tử) đã làm thay đổi cách con người nhìn thế giới. Đồng thời, những khám phá này đã đặt nền tảng cho cuộc cách mạng vật lý hiện đại với những áp dụng vào vũ trụ học, lỗ đen, dải ngân hà, và các hiện tượng thiên văn khác, cũng như những hiện tượng ở cấp vi mô của nguyên tử, hạt cơ bản.

Tiểu sử kép về hai nhân vật xuất chúng

Với mong muốn làm sáng tỏ những đóng góp to lớn của Einstein và Heisenberg, tác giả Konrad Kleinknecht - một người đã sống gần như cả đời với việc nghiên cứu Vật lý - đã viết cuốn sách Einstein và Heisenberg - Những người đặt nền tảng cho Vật lý hiện đại.

Cuốn sách không chỉ là một tiểu sử kép của hai nhân vật xuất chúng Einstein và Heisenberg, mà còn giúp cho bạn đọc trả lời câu hỏi “Điều gì đã hun đúc nên những thiên tài?”. Bên cạnh đó, sách cũng sẽ giúp chúng ta hiểu thêm văn hóa, mảnh đất nuôi dưỡng để khoa học phát triển…

Trong cuốn sách Konrad Kleinknecht đã kể về các giai đoạn của cuộc đời hai vĩ nhân, từ tuổi ấu thơ đến những năm cuối đời; sự bùng nổ thiên tài của họ ở tuổi hai mươi; các mặt tư duy, đời sống văn hóa, âm nhạc, đức tin, triết học, tình yêu và gia đình, biến cố cuộc đời; về khoa học và các cuộc tranh luận vĩ đại của họ.

Sách cũng cho biết những biến cố dồn dập trong 3 thập niên đầu thế kỷ 20 để cho thuyết lượng tử ra đời và trưởng thành; về những áp dụng có tính cách mạng của họ trong đời sống mà chúng ta đang thừa hưởng; cuộc cách mạng kép, lượng tử và tương đối. Nó giúp con người khám phá những nơi xa xôi vô cùng tận của Vũ Trụ cũng như thế giới vô cùng nhỏ của vật chất.

Konrad Kleinknecht cho biết Albert Einstein và Werner Heisenberg đều sinh tại các thị trấn trung bình của miền Nam nước Đức, một người mang tính cách của người dân vùng Schwaben, người kia mang tính cách của người dân vùng Bavaria.

Cả hai đều học tại trường tiểu học Bavaria, một người theo công giáo, người kia theo tin lành, cả hai đều chơi một loại nhạc cụ, một người học vĩ cầm, người kia chơi dương cầm, cả hai đều gắn bó với âm nhạc suốt đời.

Ở Munich, cả hai đều theo học một trường Trung học Nhân văn (Gymnasium). Tuy Heisenberg học sau Einstein 20 năm, nhưng chương trình giảng dạy về cơ bản giống nhau. Bên cạnh các ngôn ngữ cổ Hy Lạp và tiếng Latinh, tiếng Pháp là sinh ngữ duy nhất được dạy ở đây.

Cả hai đều mến mộ giáo sư dạy toán của họ. Cả hai đều bị mê hoặc bởi các định luật hình học và đều tin tưởng rằng có những định luật đằng sau các hiện tượng tự nhiên có thể mô tả bằng toán học…

Sách Einstein và Heisenberg - Những người đặt nền tảng cho Vật lý hiện đại. Ảnh: MC.

Những phát hiện đặt nền tảng cho nền Vật lý hiện đại

Năm 1905, Einstein, một chuyên gia cấp 3 của Sở sáng chế Thụy Sĩ đã xuất hiện như một “người cha đỡ đầu” của lượng tử.

Với cấu trúc lượng tử hóa của ánh sáng, Einstein đã giải được bài toán quang điện bí ấn lúc bấy giờ và điều này đã đem lại cho ông giải Nobel năm 1921.

Einstein là người có ảnh hưởng rất lớn đến vật lý lượng tử. Những phát hiện của ông đã cung cấp cảm hứng cho cơ học lượng tử bằng nhiều cách.

Heisenberg cũng học từ quan điểm thực chứng của Einstein chỉ nên tập trung vào các đại lượng có thể đo được mà không còn vướng víu đến các quỹ đạo cổ điển. Einstein cũng là người đầu tiên nghiên cứu các hiện tượng nguyên tử bằng cách sử dụng xác suất, giúp Born diễn giải hàm số sóng ψ theo xác suất.

Bên cạnh cuộc cách mạng lượng tử còn có cuộc cách mạng thứ hai diễn ra song song. Từ năm 1905-1915, Einstein lần lượt đưa ra thuyết tương đối hẹp và rộng, mở rộng hiểu biết của con người về thế giới xa xôi, bác bỏ những khái niệm về thời gian, không gian, chuyển động tuyệt đối, và thay thế khái niệm lực hấp dẫn của Newton bằng độ cong (curvature) của không gian bốn chiều.

Thuyết tương đối đã khai phá Vũ Trụ đến những miền chưa từng biết, trong đó có những khái niệm như ánh sáng bị cong, vũ trụ giãn nở, sóng hấp dẫn…

Trong khi Einstein xử lý các cấu trúc lớn nhất và đưa vật lý của Vũ Trụ lên một nền tảng mới thì Heisenberg lại quan tâm đến các thành phần cấu tạo nhỏ của vật chất.

Trong những năm thần kỳ của mình, vào mùa hè năm 1925, ở tuổi 23, Heisenberg trở thành trợ lý của Max Born ở đại học Göttingen, nên ông có cơ hội tiếp xúc với 3 nhà lý thuyết lượng tử tại ba trung tâm nghiên cứu lượng tử lớn thời ấy: Nhà vật lý Đức Arnold Sommerfeld ở Đại học Munich; nhà vật lý Đức Max Born ở Đại học Göttingen năm 1923; và, từ năm 1924 đến 1927 là nhà vật lý Đan Mạch tại Viện Vật lý Lý thuyết ở Copenhagen.

Trong thời gian theo học giáo sư Sommerfeld, Heisenberg đã nỗ lực tìm hiểu cấu trúc của nguyên tử bằng cách phân tích ánh sáng phát ra từ nguyên tử, khi chúng bị kích thích bằng phương pháp thích hợp. Lĩnh vực phân tích quang phổ này là chìa khóa để thăm dò thế giới nguyên tử.

Năm 1925, Heisenberg đã phát triển dạng đầu tiên của cơ học lượng tử, gọi là cơ học ma trận (matrix mechanics). Thời gian này ông cũng có một số cuộc thảo luận về lý thuyết lượng tử với Einstein.

Hai năm sau, năm 1927, xuất phát từ cơ học ma trận, Heisenberg khám phá thêm nguyên lý bất định. Khám phá này chỉ ra rằng chúng ta không thể biết được chính xác đồng thời cả vận tốc và vị trí của một hạt ở cùng thời điểm.

Nếu chúng ta càng đo chính xác một đại lượng thì độ bất định lại càng lớn trong phép đo đại lượng kia. Hệ của của nguyên lý bất định là một sự mô tả trong cơ học lượng tử chỉ đạt được một giá trị xác suất tương đối chứ không phải là những con số chính xác.

Những phát hiện này của ông giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cấu trúc nguyên tử và hành vi của các hạt hạ nguyên tử, góp phần phát triển nhiều công nghệ hiện đại sau này.

Minh Châu