“Năm kỳ tích” của Albert Einstein
Trước đó ở tuổi 17, Einstein, người dành những năm tháng trước đó quanh quẩn nước Đức, đỗ vào chương trình cử nhân sư phạm Vật lý và Toán học của trường ETH Zurich, thuộc Thuỵ Sĩ. Ông tốt nghiệp năm 1900, mất gần hai năm vất vả tìm việc làm, cuối cùng được bố của Marcel Grossmann, một người bạn học ở ETH, xin cho một vị trí là người kiểm tra các bằng sáng chế. Bạn đọc hãy nhớ kỹ cái tên Grossmann, vì đây sẽ không phải lần cuối cùng ông ấy dang tay giúp đỡ Einstein, nhân vật chính của chúng ta.
Tua nhanh tới năm 1905 kỳ tích, Einstein đã nổi danh dưới tư cách một nhà vật lý trẻ đầy triển vọng với một loạt các công trình nghiên cứu ấn tượng của mình. Mặc dù khá nhác học, đặc biệt là môn Toán, song không phải ông ngừng học tập kể từ khi tốt nghiệp.
Công việc toàn thời gian chiếm nhiều thời gian nhưng không quá nặng nhọc, vậy nên những khi rảnh rang, ông tranh thủ nghiên cứu và ghé thăm một câu lạc bộ thảo luận hàng tuần về khoa học và triết học, mà ông thường đùa là “Viện hàn lâm Olympia”.
Không giống với những câu lạc bộ bạn thường thấy ở trường đại học đâu, đây là một câu lạc bộ gồm toàn những bộ óc kiệt xuất, gây ảnh hưởng rất lớn tới sự nghiệp khoa học của Einstein. Trước khi đem xuất bản nghiên cứu của mình, Einstein đã tham khảo ý kiến rất nhiều cộng sự, trải qua nhiều lần thử và sai, mà tổng kết năm đó thì ông đạt được những thành tựu như sau:
- Khám phá ra chuyển động Brown;
- Sự tương đương khối lượng - năng lượng (E = mc^2);
- Phát hiện ra hiệu ứng quang điện;
- Dẫn xuất của thuyết tương đối hẹp.
Minh chứng đầu tiên, rất quan trọng, cho thấy Einstein không hề đơn thương độc mã mà hoàn toàn ngược lại, ông hưởng lợi rất lớn từ bạn bè, đồng nghiệp, giáo viên và cố vấn, sự tận tâm của người vợ đầu tiên (người bị lãng quên vì cái bóng quá lớn của chồng) và nguồn tài trợ từ nhiều người khác trong thời gian này. Nghiên cứu là một công việc khó khăn và tốn kém, cả về thời gian, sức lực lẫn tiền bạc. Trừ khi bạn giàu có, không thì bạn buộc phải tìm được quý nhân đảm bảo nguồn tài chính giúp bạn an tâm nghiên cứu.
Quay trở lại với Einstein, về các bài báo của ông, giống như tất cả các công trình khác, không nảy mầm từ chân không. Chúng được xây dựng dựa trên những ý tưởng trước đó của Planck, Lorentz, FitzGerald, Thomson, Heaviside, Hasenohrl. Trên thực tế, Friedrich Hasenohrl, nhà vật lý học người Áo đã xuất bản về công thức trứ danh trước Einstein cả một năm, nhưng ông ấy thất bại trong việc liên kết công thức E = mc^2 với tính tương đối. Rất có thể, trong danh mục tài liệu tham khảo của Einstein có chứa công trình chưa hoàn thiện ấy.
Gặp lại Grossmann
Khoảng năm 1907, Einstein, theo những giai thoại thường được người đời truyền tai nhau, bắt tay vào hiện thực hóa cái ông gọi là “suy nghĩ hạnh phúc nhất của mình” – Thuyết tương đối rộng.
Cựu giáo sư của Einstein trong những ngày còn đại học, Hermann Minkowski, rất say sưa với thuyết tương đối hẹp, đã rất sốc khi lướt qua đề mục tác giả và thấy cái tên Albert Einstein, cậu học sinh lười biếng của mình năm nào. “Đối với tôi, đó là một bất ngờ to lớn, vì trong những ngày sinh viên của mình, Einstein là một kẻ lười nhác thực sự. Cậu ta chẳng bao giờ bận tâm tới toán học,” Minkowski viết, nhưng sau đó chính Minkowski là người đã phát triển ý tưởng về không – thời gian dựa trên công trình của Einstein.
Bằng cách đặt không gian và thời gian trên mảnh đất “cằn cỗi” Toán học, vị giáo sư không hề biết mình đã xếp viên gạch đầu tiên kiến tạo nên Thuyết tương đối rộng.
Đó là về mặt ý tưởng, còn về mặt khái niệm, “suy nghĩ hạnh phúc nhất” của Einstein có thể được khơi nguồn từ một số công trình đáng chú ý của Henri Poincaré, nhà toán học lỗi lạc người Pháp. Nhưng đó không phải chuyện dễ dàng, vì toán học vốn là môn Einstein bỏ ngỏ đã lâu.
Ảnh: ETH-Bibliothek Zürich, Bildarchiv
Đã đến lúc chúng ta cần Marcel Grossmann, người bạn đại học tốt bụng của Einstein, trở lại câu chuyện và cùng xem những đóng góp của ông trong việc phát triển thuyết tương đối. Trên thực tế, việc kết hợp lý thuyết vật lý về lực hấp dẫn với khái niệm mới về không – thời gian, thuyết tương đối hẹp với chuyển động của các hành tinh – không phải ý tưởng của Einstein – mà do Grossmann nghĩ ra.
Cùng nhau, một nhà vật lý và một nhà toán học, đã cho ra đời một lý thuyết hoàn chỉnh. Họ dựa vào công trình trước đó của Max Laue và Friedrich Kottler, diễn giải sự chuyển đổi từ mặt phẳng sang không – thời gian. Sự hợp tác của họ được ghi lại trong “Cuốn sổ Zurich”, với kết quả là một bài báo đồng tác giả được công bố vào tháng 6/1913, là một trong hai bài báo cơ bản sẽ thiết lập nên Thuyết tương đối rộng.
Làm thân với Nordstrom
Cũng trong năm này, ngành vật lý thế giới chứng kiến nhiều phát hiện mới liên quan tới lực hấp dẫn, trong đó có công trình của nhà vật lý trẻ người Phần Lan Gunnar Nordstrom đặc biệt hứa hẹn. Einstein đã đối chiếu lý thuyết phác thảo của mình với lý thuyết của Nordstrom và nhận thấy nhiều điểm tương đồng. Cuộc gặp gỡ sau đó đã khởi nguồn cho một tình bạn kéo dài trọn đời giữa hai nhà khoa học. Nhờ vậy, Einstein được hưởng lợi từ tri thức uyên bác của Nordstrom và ngược lại, Nordstrom cũng tiếp thu nhiều ý tưởng mới từ Einstein, trong đó có lý thuyết về “tensor năng-xung-lượng”.
Trở về Zurich từ Vienna, Einstein lại cùng với nhà vật lý trẻ Adriaan Fokker tái lập lý thuyết của Nordstrom dựa vào những phác thảo trước đó mà ông cùng Grossman đã xây dựng. Họ đã chỉ ra rằng trong cả hai thuyết, trường hấp dẫn trọng lực có thể được đưa vào cấu trúc của không – thời gian cong. Công trình này cũng cho Einstein một bức tranh tổng thể, giúp ông và Grossmann viết nên bài báo đồng tác giả thứ hai về Thuyết tương đối rộng.
Đến cuối năm 1914, Einstein đã đủ tự tin để trình bày lý thuyết của mình và công bố những công trình cuối cùng của mình vào tháng 11/1915.
Albert Einstein, về cơ bản không phải một thiên tài đơn độc; trái lại, ông quen biết và làm thân với rất nhiều thiên tài khác, tiếp xúc và học hỏi từ họ. Như Isaac Newton từng nói thì: “Tôi nhìn được xa hơn không phải vì tôi giỏi hơn, mà vì tôi biết đứng trên vai những người khổng lồ.”
Lời kết
Không điều nào trong số trên làm giảm đi tài năng của Einstein, cũng không hề giảm đi lòng ngưỡng mộ ta dành cho nhà bác học thiên tài ấy. Thay vào đó, những câu chuyện này là để cung cấp bối cảnh tốt hơn về cách những tiến bộ vật lý vĩ đại đã được thực hiện.
Einstein, không như câu chuyện thường thấy, không phải một chú sói đơn độc lạc bầy; ông phải phải kẻ ngoại tộc, một thiên tài lẻ loi làm việc bên ngoài tường rào của những giáo lý học thuật và hạn chế trong thời đại của mình. Thay vào đó, chính vì Einstein có trình độ học vấn và nền tảng kiến thức chắc chắn, những mối quan hệ đáng ngưỡng mộ – mà ông có thể nghiên cứu một cách nhất quán. Nhờ bạn bè, cố vấn và các cộng sự – ông được tiếp xúc với những ý tưởng khai minh.
Và cuối cùng, nhờ sự kết hợp giữa tài năng thiên bẩm, trí tò mò không giới hạn và lòng nhiệt thành với những đóng góp của người khác, mà những ý tưởng tuyệt vời của ông, nhiều trong số đó chỉ là hạt giống, đã có thể nảy mầm thành những thành tựu cao chót vót đã góp phần kiến tạo nên thế giới ngày nay.
