Tại sao thuyết lượng tử lại có mặt trong 100 phát hiện vĩ đại nhất trong lịch sử?


Trong 20 năm đầu của thế kỷ XX, sự ra đời của thế giới hạ nguyên tử đã làm chấn động giới vật lý. Trước đây, khi kính hiển vi bội số không thể giúp các nhà khoa học quan sát được nguyên tử thì lúc ấy họ chỉ còn cách dùng lý luận toán học để nghiên cứu các electron, proton, các hạt alpha và beta trong thế giới hạ nguyên tử.

Để lý giải cho lĩnh vực kỳ bí này, các nhà khoa học như Werner Heisenberg, Max Plank, Paul Dirac và các nhà nghiên cứu khác đã đưa ra rất có nhiều lý luận, tuy nhiên họ vẫn chưa thu được kết quả khả quan nào. Cho tới khi Max Born đưa ra học thuyết lượng tử trên cơ sở toán học thì lúc ấy lĩnh vực hạ nguyên tử mới có lời giải đáp thỏa đáng.

Món quà mà Max Born đem đến cho thế giới là một lĩnh vực hoàn toàn mới lạ: cơ học lượng tử. Phát hiện này là cơ sở của một loạt các lĩnh vực vật lý như vật lý hạt nhân, vật lý nguyên tử và ngành cơ học chất rắn. Nhờ có phát hiện này mà con người ngày nay mới có thể miêu tả chính xác được thế giới của các hạt hạ nguyên tử.

Thuyết lượng tử được xây dựng như thế nào?


Năm 1905, Einstein công bố với thế giới học thuyết cơ bản của mình thuyết tương đối rộng. Học thuyết này gây ra một tiếng vang lớn trong giới khoa học và đã được áp dụng để giải thích các lĩnh vực vật lý. Lúc ấy, Max Born 25 tuổi và đang theo học được một năm rưỡi chuyên ngành toán học tại trường Đại học Gottinggen.

Sau đó, dự định học nghiên cứu sinh để tiếp tục nghiên cứu thế giới hạ nguyên tử của ông đã bị thất bại, Born vô cùng thất vọng và quyết định trở về quê hương. Trải qua quãng thời gian hai năm gắn bó với chiếc bàn học cũ kỹ của mình, ông miệt mài tìm tòi, giải thích các vấn đề còn tồn tại về hạ nguyên tử trong học thuyết của Einstein. Phương pháp này đã giúp Born tìm ra được cách thức mới có thể tính được một cách chính xác khối lượng siêu nhỏ của các electron.

Ngay khi công bố bản luận văn của mình, Max Born nhanh chóng nhận được một vị trí công tác tại trường Đại học Gottingen. Nhưng mọi chuyện diễn ra không được suôn sẻ và công việc của ông đã kết thúc ngay sau hai tuần công tác. Thêm một lần thất vọng, ông lại quyết định quay về nhà. Trong một năm sau đó, Max Born lại tiếp tục tiến hành nghiên cứu độc lập, ông suy ngẫm về các ý nghĩa toán học trong học thuyết tương đối của Einstein. Cuối cùng ông đã cho ra đời bản luận văn thứ hai. Với thành tích đột phá này, Max lại được mời làm giảng viên của ngôi trường Gottingen quen thuộc.

Tuy nhiên, thật không may mắn vì quỹ đầu tư cho nghiên cứu khoa học chỉ tập trung vào lĩnh vực năng lượng rung của pha lê. Born vô cùng buồn chán, ông nghĩ có lẽ mình không có duyên với thế giới hạ nguyên tử. Ông đành bất đắc dĩ chuyển sang lĩnh vực nghiên cứu hoàn toàn mới về pha lê, Born và trợ lý của ông đã tiến hành thu thập, trồng cấy, cắt chúng ra thành các chêm nhỏ, rồi nghiên cứu, đo lường và phân tích chúng.

Năm 1915, Born may mắn được điều đến trường Đại học ở thành phố Berlin để cùng phối hợp nghiên cứu cùng với nhà vật lý nổi tiếng Max Plank. Max Plank và Einstein là nhân vật trung tâm trong lĩnh vực nghiên cứu thế giới hạ nguyên tử. Tại nơi đây, Born đã có cơ hội phát huy hết các ưu thế về toán học của mình. Thành tựu trong quá trình nghiên cứu pha lê trước đây của ông đã giúp đẩy nhanh quá trình nghiên cứu của họ.

Đã có rất nhiều nhà khoa học đưa ra lý luận khác nhau để giải thích đặc trưng của các hạt hạ nguyên tử nhưng chưa từng có người nào dùng phương pháp toán học để chứng minh và miêu tả chúng. Ngay cả các nhà khoa học nổi tiếng cũng phải trăn trở suốt 20 năm.

Hiện tượng lượng tử trong electron đã làm không ít các nhà vật lý cảm thấy đau đầu. Tuy nhiên, đối với Max Born, thì vấn đề này cũng tương tự như nghiên cứu của ông về pha lê trong năm năm trước đây mà thôi.

Yêu cầu đặt ra trong khi nghiên cứu các hạt hạ nguyên tử là phải tính toán một khối lượng lớn các con số phức tạp. Năm 1916, Born chính thức vận dụng các thành quả nghiên cứu pha lê của ông để giải quyết vấn đề được coi là nan giải này. Suốt chín năm ròng rã làm việc với chiếc bảng đen, các tờ giấy ghi nhớ và thước đo, hầu như không một công cụ toán học nào mà ông chưa dùng đến.

Năm 1925, Max Born đã chính thức hoàn thiện công trình nghiên cứu của mình (cơ học lượng tử). Với thành tựu này, ông đã được các nhà khoa học hết sức chú ý. Born là người đầu tiên đưa ra thuật ngữ cơ học lượng tử, đồng thời cũng đưa ra được nguyên lý cơ bản giúp giải quyết các tranh cãi của nhiều nhà khoa học như: Einstein, Flack Dirac, Neils Bohr, Hermann Minkowski, Heisenberg và các nhà khoa học khác lúc bấy giờ. Phát hiện của Max Born đã giải thích chính xác và miêu tả được thế giới hạ nguyên tử kỳ bí.

Cơ học lượng tử trở thành một lĩnh vực nghiên cứu mới trong đó tiêu điểm là lý giải và miêu tả hiện tượng của thế giới vi nguyên tử và cái tên Max Born được biết đến là người tiên phong về lĩnh vực này.

schoolnet@