A series of articles on “Nobel Prizes in Science & Technology” - Part 8

Lise Meitner: Một nhà Khoa học Nhân bản

Trần Trí Năng
 (University of Minnesota & Ecosolar International)

“Science makes people selflessly for truth and objectivity; it teaches people to accept reality, with wonder and admiration, not to mention the deep awe and joy that the natural order of things brings to true scientist”

(Lise Meitner) [1] 

Bài này mở đầu một loạt bài viết về trường họp của GS Lise Meitner, một nhà khoa học lớn của thế kỷ 20.  Cộng đồng khoa học mệnh danh bà là “người mẹ của năng lượng hạt nhân”. Albert Einstein có lần gọi bà là  Marie Curie của Đức. Bà đă nỗ lực không ngừng vượt qua thành kiến về phụ nữ đối với  những công tác liên quan đến khoa học và giáo dục  trong xà hội lúc bấy giờ và sự  kỳ thị chủng tộc trong việc đàn áp người gốc Do Thái  trong thời kỳ Đức Quốc xă. GS Meitner và  GS Otto Haln là  hai người người đầu tiên trên thế giới đă khám phá  và cắt nghĩa  thành công hiện tượng vật ly xảy ra khi urani (uranium) bị bắn phá với nơtron (neutron).  Bà Meitner  lư luận  rằng hạt nhân của urani có thể bị tách ra thành hai hạt nhân nhỏ hơn (gọi là  phân hạch của nguyên tử), và cho ra môt lượng năng lượng khổng lồ dựa theo phương tŕnh  E=mc2 của Einstein. Thành công này đưa đến việc chế tạo bom nguyên tử  dùng trong chiến tranh mặc dù bà chỉ nghĩ đến những ứng dụng cho ḥa b́nh mà thôi. Người cháu và cũng là người cộng tác với bà ở Thụy Điễn – TS Otto Robert Frisch sau này  là thành viên của Kế hoạch Manhattan khi ông này tỵ nạn qua Mỹ cùng với một số khoa học gia khác gốc Do Thái kể cả Leó Szilárd. Phân hạch nguyên tử  cũng dùng trong việc chế tạo năng lương nguyên tử, nguồn năng lượng phát điện lớn nhất hiện nay. Bà không nhận được giải Nobel vật ly về công tŕnh này ly do chính là v́ bà là người gốc Do Thái và là đàn bà. Thay  vào đó người lănh giải này và năm 1944 là TS Otto Hahn, người cộng tác với bà  trong nhiều năm. Bà Meitner và TS Hahn được đề cử nhiều lần từ năm 1939; nhưng v́ có nhiều sự bất đồng y kiên trong những người quyết định, măi đến 1944 mới quyết định. Sau khi Hitler lên nắm chính quyền năm 1933,  “ngậm bồ ḥn làm ngọt”, bà tiếp tục lao đầu trong công tác nghiên cứu;  nhưng chỉ được  vài năm, sau cùng vào năm 1938  bà phải trốn  khỏi Đức v́ bà là người gốc Do Thái. Với sự giúp đỡ của Haln và một số đồng nghiệp, bà cải trang và “vượt biên” sang Thụy Điễn ở cái tuổi 60 với  vỏn vẹn chỉ 10 đồng mark c̣n lại trong ví. TS Haln cũng không tiết lộ mức độ đóng góp khả quan của bà.  Ly do v́ sao cũng không rơ: một lẽ v́ lúc đó ngay vào thời điểm Thế Chiến Thứ Hai sắp kết thúc  và Haln bị áp lực xă hội và chính trị v́ ông ta không  theo phong trào ủng hộ Nazi nên muốn tránh sự hiểu lầm và có thể “bị trừng phạt” nếu  có thành tích cộng tác với một khoa học gia gốc Do Thái như bà Meitner; một lẽ nữa có thể chính phủ Đức muốn lấy lại danh dự cho Đức sau bao năm bị kiệt quệ tinh thần và vật chất trong chiến  tranh!?

Mặc dù không đồng ‎ y với quyết định của Hàn Lâm Viện Hoàng Gia Khoa Học Thụy Điển về quyết định “nặt mùi chính trị” này, bà vẫn tiếp tục giữ yên lặng và không bao giờ viết về  tiểu sử hay hồi ky‎ ǵ về ḿnh. Nếu không được những người cộng tác tiết lộ rộng răi  về  công tŕnh đóng góp của bà trong lănh vực phân hạch nguyên tử, th́ chắc chắn sự đóng góp của bà sẽ đi vào quên lăng.  Ngoài ra,  số nguyên tử 109 trong bản tuần hoàn do bà khám phá  được cũng được đặt tên Meitnerium (Mt). Sau này  bà  nhận nhiều giải thưởng quan trọng và được mời sang Mỹ dạy và có gặp tổng thống Truman. 

1. Tản mạn bên lề

 Về thăm lại con đường cũ. Ḷng chợt thấy nôn nao. Một cái ǵ cảm thấy quá xa nhưng đến thật gần! 

            Hôm nay đây tôi về thăm phố cũ

            Thăm đường xưa, thăm những bước chân xưa

Tôi thương quá những mảng trời quá khứ

Những mùa trăng hoa trắng rộn chân về. 

 Từ ga Kyoto, chúng tôi dùng đường  JR Nara Sen để đến Fushimi Inari Taisha. Đây là đền thờ  những vị thần về lúa và thương mại. Nổi tiếng nhất ở đây là khoảng 10 ngàn cổng torii màu đỏ chói đứng khít bên nhau. Quang cảnh này làm nhớ lại h́nh ảnh của Chiyo-chan  chạy tung tăng giữa những torii này trong truyện “Memoirs of a Geisha” [2] 

Con dốc dẫn đến Fushimi Inari với hàng quán  nằm yên tĩnh hai bên.  Cơn mưa phùn  vừa đến như muốn  tắm gội những bụi bặm thành phố.  Lác đác vài giọt mưa rơi.Từng hạt. Lại từng hạt. Nhỏ.  Trên vai. Trên tóc. Kỷ niệm trở về. Như mời gọi. Xa xưa. Sau bao tháng ngày nay nắng mai mưa.   Bước chân tôi đi chầm chậm. Trong mưa. Âm thanh nặng trĩu. Dư thừa.  Khi gần đến Taisha, cơn mưa chợt tạnh. Mặt trời vừa thức giấc. Bầu trời trở nên  quang đăng với vài mảng nắng vàng lung lay trên cành cây, nhảy múa  trên mặt đường. Hai chú chim bồ câu nhảy nhót dễ thương. Ngơ ngát nh́n mọi người đi qua. Rộn ră phố phường. Bắt đâu một ngày mới!

Xuyên qua Senbon torri, chúng tôi theo con đường ṃn đi lên đỉnh núi. Người lên kẻ xuống vồn vă hỏi chào. Vài người mặt y phục với chiếc gậy trong tay. Có lẽ họ là những Yamabushi đi hành hương không chừng!? Rừng tre nằm sâu trong thung lũng vi vu. Điệu gió vi vu. Kẻo kẹt như tiếng vơng đu đưa. Mẹ hát ru con ngủ.  Những khối đá chồng chất lên nhau thành những tường chắn cao. Hàng lau lao xao. Với rong rêu xanh thắm thử thách màu năm tháng [H́nh ! & 2] . 

 Chúng tôi đi ngang qua  nhiều bức tượng Kitsune (chốn) ngậm nhánh lúa  và nhiều ngôi đền khác. Đi một đoạn khá lâu, chúng tôi dừng chân ở trạm nghỉ Yotsutsuji. Vài cổng Torii đứng chênh vênh nh́n xuống  thành phố Kyoto đang  trải dài phía chân trời. Tắm nắng [H́nh 1]. Khoảng một tiếng đồng hồ sau, chúng tôi lên đến đỉnh núi Ichinomine của  núi Inariyama. Một buổi sáng trôi qua. Trong vui cười, sảng khoái.

 

       

H́nh 1. (a) Senbon torii ở Fushimi Inari Taisha; (b) trạm nghỉ Yotsutsuji ở Inariyama (Yahoo images)

        

H́nh 2. Rừng tre và  những cây rêu màu xanh trên đường lên tới đỉnh Ichinomine. 

2.Vài nét về bà Meitner

Sinh 7 tháng 11, 1878, Vienna, Austria và mất vào ngày 27 tháng 10, 1968 tại Cambridge, Anh Quốc.

Bà là con thứ ba trong tám người con  trong một gia đ́nh thuộc loại  thượng lưu người Do Thái {H́nh 3}. Ba bà là một trong những luật sư đầu tiên của thành phố Vienna. Vào thời điểm đó, phụ nữ  cấm không được học đại học. Mặc dù thế, gia đ́nh vẫn mướn thấy về dạy riêng bà về toán và vật ly và cuối cùng với vài thay đổi về chính sách ở đại học vài năm sau, bà Meitner  được nhận vào Vienna University vào năm 1901.  Bà cũng may mắn được lấy lớp và làm quen với GS  Ludwig Boltzman. Những  bài giảng về những hiện tượng vật ly của vị giáo sư này rất hấp dẫn; đưa sinh viên vào thế giới huyền nhiệm và ly thú  của những hiện tượng vật ly . Đây cũng là ly do bà đă quyết định chọn ngành vật ly cho công tác nghiên cứu và lẽ sống của bà sau này. Bà nhận học vị tiến sĩ  vào năm 1905.  Bà làm trơ tá cho GS Max Planck ở Berlin University vào năm 1907. Sau này bà trở thành người đàn bà đầu tiên làm giáo sư vật ly  ở Đức và vừa làm trưởng khoa ở  Kaiser Wilhelm Institute (tiền thân của Viện nghiên cứu nổi tiếng Max Planck Institute).  Bà nghiên cứu  sự phóng xạ của nguyên tố rađi (radium), thori (thorium) và actini (actinium) và phóng xạ beta. Bà cũng tách ra dược nguyên tố đồng vị proactini (isotope protactinium) có tính ổn định nhất. Ngoài ra, bà cũng khám phá ra Meitnerium với số nguyên tử  109 trong bảng tuần hoàn  được đặt theo tên bà. Ở Berlin University, , bà cộng tác với TS Otto Haln từ năm 1926 đến 1933 [H́nh 4]. Năm 1930, bà Meitner dạy vật ly nguyên tử và hóa học cùng với Leó Szilárd. Sau sự khám phá ra nơtron  vào đầu thập niên 1930s, cộng đồng khoa học  dư đoán là  có thể tạo ra những nguyên tố nặng hơn  urani (số nguyên tử 92) trong pḥng thí nghiệm.  Một sự chạy đua khoa học bắt đầu giữa nhóm  của Ernest Rutherford ở Anh, Irène Joliot-Curie (con gái của bà Marie Curie) ở Pháp, Enrico Fermi ở Ư và nhóm Meitner & Haln ở Đức. Lúc đó, tất cả đều quan niệm rằng đây là một nghiên cứu   có triễn vọng đưa đến giải thưởng Nobel!

Khi Adolf Hitler lên nắm chính quyền vào năm 1933, Meitner vẫn c̣n làm trưởng khoa vật ly  ở Wilhelm Institute. Mặc dù bà  có thể được bảo vệ bởi v́ bà có  quốc tích Áo, tất cả những  đồng nghiệp của bà  gốc Do Thái, kể cả  Robert Frisch (con của người chị của bà), hay Leó Szilárd đều bị bắt buột phải từ chức hay bị sa thải. Hấu hết rời khỏi Đức.  Bà vẫn tiếp tục giữ im lặng và bù đầu vào việc nghiên cứu của bà . Vào tháng ba, 1938, t́nh trạng trở nên nguy cập và khó khăn cho bà hơn. Vào ngày 13 cùng tháng, bà phải trốn khỏi Đức. Bà phải cải  trang để không bị phát hiện đi đến biên giới  Đức; và với sự giúp đỡ Otto Haln và một số đồng nghiệp, bà trốn được sang Hà Lan   với vỏn vẹn  chỉ  10 đồng mark c̣n lại  trong ví. T́m việc làm với University of Groningen không thành công. Với sự giúp đỡ của vài đồng nghiệp bà chuyển sang  Stockholm làm việc trong pḥng nghiên cứu của GS Manne Siegbahn’s; nhưng ông này có vẻ kỳ thị dối với những phụ nữ làm công tác  khoa học. Khi đến Thụy Điễn, bà trở nên cô lập , không có pḥng nghiên cứu riêng của ḿnh, không người trơ tá; thêm vào đó bà không nói được tiếng Thụy Điễn. Nhưng cũng may mắn trong thời điểm này bà  thiết lập được quan hệ làm việc với GS Niels Bohr và thường đi lại giữa Stockholm và Copenhagen. Thỉnh thoảng , qua trung gian của Niels Bohr, bà gặp ông Haln tại Copenhagen để trao đổi và thảo luận luận kết quả nghiên cứu. Ông Haln phải giữ bí mật những cuộc gặp gỡ này để tránh những phiền toái có thể gặp phải với chính quyền Đức Quốc Xă. Trong thời gian này, bà vẫn tiếp tục cộng tác với Otto Haln. Lúc này, bà hướng hướng nghiên cứu của ḿnh  về lănh vực bắn phá  urani với nơtron . Otto Haln bên Đức cũng  nghiên cứu đề tài tương tự và bà Meitner là người  cắt nghĩa cơ bản vật lư những hiện tượng ông Haln  t́m được trong pḥng thí nghiệm của ông. Hai bên trao đổi kết quả nghiên cứu và chính bà Meitner đă chỉ trích những thiếu sót trong những thí nghiệm ban đầu và thuyết phục   ông Haln phải làm thí nghiệm trở lại với những biến số thay đổi mới. Kết quả cuối cùng là    ông Haln và người trợ tá của ông – Fritz Strassmann bắn phá hạch  của urani  (uranium) với nơtron chậm của bari (barium)   ; và bà Meitner đă cắt nghĩa thành công hiện tượng vật ly này, đưa đến đề tài “sư phân hạch nguyên tử”   của giải Nobel vật lư năm 1944-  

Câu chuyện diễn ra như thế này: vào đêm  trước ngày Giáng Sinh, Bà Meitner gặp với người cháu trai của bà TS Robert Frisch tại một ngôi làng gần Stockholm để thảo luận kết quả thí nghiệm của GS Haln. Dựa vào lư thuyết của Niels Bohr, bà  có thể cắt nghĩa thành công  cấu trúc của  nguyên tử urani phản ứng với bari dùng  mặt tuyết như bản phấn và đưa ra kết luận rằng  nơtron chậm của nguyên tử bari phản ứng với hạch của urani, gây ra  sư sự phân hạch.  Kết luận của bà căn cứ  trên dữ kiện là  trọng lượng của  vật chất mới tạo ra cân nhẹ hơn tổng số  trọng lương của những vật chất đầu vào , và một lượng năng lượng khổng lồ được phát sinh. Rồi bà  tính năng lượng phát sinh, và  năng lượng này  tuân  theo dự đoán trong phương tŕnh của Einstein  E= mc2.  Bà cũng có nhắc lại là bà cắt nghĩa điều bà mới khám phá  trong lần gặp mặt lần đầu với Albert Einstein  tại Salzburg năm 1909; lúc đó Einstein bảo bà là khối lượng (mass) bị mất trong phản ứng sẽ bằng khoảng 1/5 khối lượng proton của urani . Với sự kiện này, Meitner và Robert  Frisch đă chứng minh phản ứng  đầu tiên của phân hạch urani (uranium fission).  Bà Meitner và Frisch  gọi phản ứng này là phân hạch (fission), dựa vào sự phân chia của tế bào trong sinh học theo thành ngữ tiếng Anh. Meitner gửi cắt nghĩa t́m được  cho Otto Hahn và Fritz Strassmann, và  họ phát biểu ngay lập tức  như là công tŕnh khám phá riêng của họ vào 6 tháng giêng , 1939 mà không đề cập ǵ đến tên bà Meitner.  Meitner không vội vă trong việc  phát biểu , măi cho đến 5 tuần sau, vào 11 tháng 2 năm 1939 bà mới phát biểu trong cộng đồng khoa học , mặc dù quá trễ để có thể giữ được vị trí ưu tiên trong việc phát minh. H́nh 5 chụp  bà Meitner ngồi giữa Louis de Broglie và James Chadwick tại  Hội Nghị Solvay với những nhà khoa học đầu đàn trong ngành vật lư.

         

H́nh 3. (a) Lise Meitner in 1906  và (b) vào năm 1946 [3]

H́nh 4. Bà Lise Meitner với ông  Otto Hahn trong pḥng thí nghiệm của họ tại Đức [4].

H́nh 5. Hội nghị của những nhà khoa học đầu đàn  trong ngành vật lư hạt nhân (Solvay Congress, Brussels, 1933)

Hàng ngồi, từ bên trái: Erwin Schrödinger, Irène Joliot-Curie, Niels Bohr, Abram

Joffé, Marie Curie, Paul Langevin,Owen Richardson, Ernest Rutherford, Théophile de Donder, Maurice de Broglie, Louis de Broglie, Lise Meitner, và James Chadwick. Hàng đứng: E. Henriot, Francis Perrin, Frédéric Joliot, Werner

Heisenberg, Hendrik A. Kramers, E. Stahel, Enrico Fermi, Ernest Walton, Paul Dirac, Peter Debye, Nevill Mott, B. Cabrera, George Gamow, Walther

Bothe, Patrick M. S. Blackett, M. Rosenblum, J. Herrera, E. Bauer, Wolfgang

Pauli, M. Cosyns, J. Verschaffelt, E. Herzen, John D. Cockcroft, Charles D. Ellis, Rudolf Peierls, Auguste Piccard, Ernest O. Lawrence, Léon Rosenfeld.

(International Institute of Physics and Chemistry, Courtesy American Institute of Physics, Emilio Segrè Visual Archives).

4. Lời kết
Phát minh của GS  Meitner và GS Haln đă ảnh hưởng đến năng lượng và cục diện thế giới toàn cầu. TS  Meitner là một nhà khoa học chân chính, không màn danh lợi.  Bà đă tranh đấu không ngừng, vượt qua những rào cản về phụ nữ, về ky thị và đàn áp  chủng tộc để thực hiện đam mê về vật lư của bà. Trong bài viết tới, người viết sẽ giới thiệu những nguyên lư cơ bản của sự phân hạch nguyên tử và những đề tài liên quan khác.  

5. Tài liệu tham khảo

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Lise_Meitner

[2] Arthur Golden: Memoirs of a Geisha, published by Alfred A. Knopf, Inc. 1997.

[3] Robin Chaplin: Historical Background 2014, 2014 UNENE, University of Brunswick

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fission 

Minnesota, Mùa Giáng Sinh 2016

TTN