“Ngôi sao vật lý” Đàm Thanh Sơn

Sự kiện giáo sư Ngô Bảo Châu đoạt giải “Nobel toán học” Fields năm qua làm nức lòng giới khoa học. Như ngọn lửa hy vọng người Việt có thể và cần phải góp sức mình vào tài sản trí tuệ chung của nhân loại. Đang có một niềm hy vọng như vậy với tên tuổi Đàm Thanh Sơn trong lĩnh vực vật lý. Thành tựu của Ngô Bảo Châu, Đàm Thanh Sơn là một biểu tượng của công cuộc người Việt hội nhập vào thế giới.

Tháng 5/2010, tờ Physics Today (Mỹ) đăng ba bài liền ca ngợi kết quả của nhóm nghiên cứu Đàm Thanh Sơn. GS Phạm Xuân Yêm ở đại học Paris 6 lập tức nhận định kết quả ấy là “kỳ diệu”. GS Nguyễn Văn Liễn ở viện Vật lý Việt Nam đánh giá hết sức cao. Dù còn chưa thật rõ nét, nhiều nhà vật lý Việt Nam vẫn hy vọng Đàm Thanh Sơn sẽ đoạt giải thưởng Nobel.

Đàm Thanh Sơn sinh tại Hà Nội năm 1969 trong một gia đình trí thức yêu nước và thanh bạch. Bố là giáo sư dược học Đàm Trung Bảo, mẹ là phó giáo sư sinh hoá Nguyễn Thị Hảo, chú ruột là giáo sư vật lý Đàm Trung Đồn.

Từ bé, Sơn đã nổi tiếng “thần đồng”: mới học lớp 2 (tương đương lớp 3 hiện nay) đã giải được toán lớp 10 (tương đương lớp 12 hiện nay). Do vậy, sở Giáo dục Hà Nội đặc cách, riêng về môn toán, cho Sơn học “nhảy cóc” lên năm cuối cấp hai.

Lên cấp ba, Sơn thi đỗ vào khối phổ thông chuyên toán trường đại học Tổng hợp Hà Nội, nơi sau đó mấy năm, Ngô Bảo Châu cũng vào học.

Năm 1984, mới 15 tuổi, lần đầu dự Olympiad toán quốc tế ở Prague, Cộng hoà Czech, Sơn đoạt ngay huy chương vàng với số điểm tối đa 42/42 (năm 1988, Ngô Bảo Châu cũng đoạt huy chương vàng với số điểm 42/42 trong Olympiad toán quốc tế ở Canberra, Australia).

Rồi Sơn được gửi sang Moskva học vật lý tại đại học Lomonosov. Chịu ảnh hưởng của người chú ruột Đàm Trung Đồn, Sơn mơ trở thành một nhà vật lý lý thuyết lỗi lạc. Muốn thế, phải học thật giỏi toán. Được giữ lại trường, Sơn bảo vệ thành công luận án tiến sĩ năm 25 tuổi. Người hướng dẫn Sơn là GS Valery Rubakov, giám đốc viện Nghiên cứu hạt nhân Moskva, một nhà bác học nổi tiếng thế giới.

Nhưng, bỗng Liên Xô sụp đổ!

Yêu Sơn như con đẻ, thầy Rubakov khuyên anh nên sang Mỹ, nơi có điều kiện tốt hơn nước Nga thời Yeltsin khủng hoảng trầm trọng, để khỏi thui chột mất tài năng. Thế là Sơn bay sang New York, Mỹ, vào làm việc trong nhóm nghiên cứu của GS Lý Chính Đạo (Tsung-Dao Lee), người cùng chia sẻ giải thưởng Nobel năm 1957 với một nhà bác học khác, cũng người Mỹ gốc Hoa, là GS Dương Chấn Ninh (Chen Ning Yang), do khám phá hiện tượng không bảo toàn tính chẵn lẻ trong tương tác yếu. Đầu năm 1958, tại giảng đường trường đại học Tổng hợp Hà Nội, GS Tạ Quang Bửu giới thiệu phát minh của Lý và Dương, và bài giảng hôm ấy đã ảnh hưởng mạnh đến thiên hướng nghiên cứu của nhà vật lý trẻ tuổi Nguyễn Văn Hiệu.

Được làm việc bên cạnh GS Lý Chính Đạo là một niềm vinh dự lớn. Nhưng rồi, dần dần Sơn cảm thấy mình cần phải thoát khỏi “bóng rợp tư duy” của vòm “đại thụ vật lý” này, để tự kiến tạo cho mình một con đường riêng, mới mẻ, độc đáo.

Đầu năm 2005, P. K. Kovtun, D. T. Son và A. O. Starinets (về sau được goi là nhóm KSS) công bố một công trình mới về một mô hình lỗ đen lỏng (liquid black hole) trong không gian 10 chiều (10-dimensional space) trên tạp chí vật lý đỉnh cao thế giới Physical Review Letters (tập 91, trang 111601). Đàm Thanh Sơn là linh hồn của nhóm ấy, nhưng vì sắp xếp theo thứ tự chữ cái a, b, c nên tên anh mới xếp thứ hai trong nhóm.

Ngay lập tức, khám phá của nhóm KSS gây tiếng vang trong giới bác học chuyên sâu. Các tạp chí thông tin khoa học có ảnh hưởng rộng như New Scientist (tháng 4/2005), Physics Today (tháng 5/2005) đều đăng bài viết về công trình ấy, một phát minh lý thuyết nổi bật.

Tờ Physics World, một tờ tạp chí của cộng đồng vật lý quốc tế, trong số tháng 6/2005, mời Đàm Thanh Sơn (D. T. Son), một nhà vật lý hàng đầu, viết bài về vấn đề mới này. Đó là bài Liquid Universe Hints at Strings (Vũ trụ lỏng gặp các dây) mà ta có thể tìm đọc qua Internet.

Tờ New Scientist đăng bài của Jenny Hogan nhan đề Exotic Black Holes Spawn New Universal Law (Những lỗ đen ngoại lai dẫn tới quy luật mới phổ quát). Tác giả dùng từ exotic (ngoại lai) là vì đây chưa hẳn là lỗ đen có trong thực tại, mà chỉ là một “lỗ đen” được mô hình hoá bằng lý thuyết dây (string theory) trong không gian 10 chiều (nếu tính thêm một chiều của thời gian, thì sẽ là không - thời gian 11 chiều), nhằm mô tả một chất lỏng tương tác mạnh, chất lỏng quark-gluon, vẫn được coi là tồn tại trong không gian ba chiều (hay không - thời gian bốn chiều). 

Tháng 11/2005, trên tạp chí Scientific American, Juan Maldacena, nhà vật lý Mỹ rất nổi tiếng, cho in một bài tổng quan, trong đó, sau khi nhắc tới khám phá của nhà bác học Anh lừng danh Stephen W. Hawking về lỗ đen, liền nhắc đến phát minh của Đàm Thanh Sơn, nhà bác học người Việt Nam làm việc tại Mỹ, về thể lỏng của “vũ trụ sơ sinh”.

Ta còn có thể đọc bài Cỗ máy Big Bang của Tim Folger trên tờ Discover. Tác giả trực tiếp phỏng vấn Đàm Thanh Sơn, dành nhiều trang để thuật lại khám phá của anh, cũng như lời bình của nhiều nhà vật lý tài danh.

Đáng mừng, các tạp chí thông tin khoa học ở nước ta như Vật lý ngày nay, Hoạt động Khoa học... cũng đã kịp thời và trân trọng đưa tin về phát minh của Đàm Thanh Sơn.

Mấy năm gần đây, trung tâm Máy va chạm ion nặng tương đối tính (Relativistic Heavy Ion Collider/ RHIC) của phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven ở Upton, New York, đã tạo ra được vật chất ở nhiệt độ cao chưa từng có trên trái đất. Mục đích của thí nghiệm này là tái lập trạng thái từng tồn tại trong 10 micro giây đầu tiên sau Big Bang từ đó dần dần hình thành vũ trụ của chúng ta.

Sử dụng lý thuyết siêu dây (superstring theory) trong không - thời gian 11 chiều, nhóm KSS đã tính toán được chính xác rằng vật chất do RHIC tạo ra đúng là một chất lỏng, gần như lý tưởng, có tỷ số độ nhớt với mật độ entropy là một hằng số (constant) liên quan với các hằng số cơ bản trong thế giới lượng tử, như hằng số Planck, hằng số Boltzman.

Các kết quả của Brookhaven công bố tại hội nghị hội Vật lý Mỹ tháng 4/2005 ở Tampa, Florida, lưu ý về những tính toán tương thích của lý thuyết dây do nhóm Đàm Thanh Sơn thực hiện. Đây là lần đầu tiên lý thuyết dây được nhắc tới trong thông báo của một cuộc thí nghiệm lớn, kéo dài nhiều năm…

Mới đây, tháng 5/2010, tờPhysics Today, tờ tạp chí “ruột” của hội Vật lý Mỹ, đã in ba bài trong cùng một số tạp chí, ca ngợi công trình của nhóm KSS - đó là điều rất hiếm thấy. Những tính toán lý thuyết của GS Đàm Thanh Sơn và các cộng sự đã được kiểm chứng bằng hai thực nghiệm ở hai thái cực trái ngược nhau, một bên ở nhiệt độ cực lớn (hàng trăm triệu lần cao hơn nhiệt độ bề mặt mặt trời), một bên ở nhiệt độ cực nhỏ (một vài phần triệu độ Kelvin, tức là gần độ 0 tuyệt đối). Cả hai thực nghiệm ở hai đối cực đều quan sát được một dòng chảy gần như hoàn hảo và đo lường được độ nhớt của nó. Độ nhớt này chỉ phụ thuộc vào hai hằng số cơ bản là hằng số Planck và hằng số Boltzmann.

GS Phạm Xuân Yêm, nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng ở đại học Paris 6, đã viết một bài bình luận dài về sự kiện này dưới nhan đề “Một quy luật phổ quát trong vật lý?”, GS Yêm nhận định:

“Những thí nghiệm kiểm tra của RHIC và đại học Duke đã xác nhận sự đúng đắn của công trình lý thuyết của Đàm Thanh Sơn và hai cộng sự (nhóm KSS), một công trình phong phú, mang tính phổ quát, đáp ứng được nhiều hệ vật lý rất khác biệt. Nó đòi hỏi các tác giả phải có một kiến thức vừa sâu sắc vừa tổng thể, bao trùm nhiều ngành vật lý và thấu triệt nhiều phương pháp tiếp cận khác nhau để đặt đúng vấn đề và giải thích thoả đáng, cũng như tiên đoán những hiện tượng mới mẻ quan sát, đo lường được bởi thực nghiệm. Công trình của nhóm KSS mở đường cho một loạt nghiên cứu về những địa hạt tưởng chừng không chút liên hệ với nhau (thuỷ động lực học, vũ trụ học và thiên văn vật lý, siêu dây và hạt, siêu dẫn và vật lý chất đặc, chất hạt nhân) nhưng mang một đặc tính chung, phổ quát và cơ bản”.

GS Phạm Xuân Yêm coi kết quả mà nhóm KSS đạt được là “kỳ diệu”, và các tác giả của nó đã sử dụng một cách thuần thục lý thuyết siêu dây, nguyên lý toàn ảnh, và lý thuyết lỗ đen lượng tử.

GS Nguyễn Văn Liễn, tiến sĩ khoa học toán - lý ở viện Vật lý Việt Nam, cũng đánh giá rất cao kết quả của nhóm KSS. Theo ông, thành công cơ bản của nhóm này là đã đưa ra một hằng số mới, mà ngày nay giới vật lý tạm gọi là hằng số KSS, hằng số này chỉ phụ thuộc vào hai hằng số cơ bản là hằng số Planck và hằng số Boltzmann, nghĩa là rất tổng quát, không hề phụ thuộc vào bản chất của hệ khảo sát cũng như điều kiện đo.

GS TSKH Nguyễn Văn Liễn viết:

“Thế là một hệ thức tổng quát đã ra đời! Trong vật lý, mỗi khi xuất hiện một hệ thức mà vế phải chỉ phụ thuộc vào các hằng số cơ bản thì một điều kỳ diệu rất có thể xảy ra. Việc độ cao các bậc thang trong bức tranh Hall lượng tử chỉ phụ thuộc vào ba hằng số cơ bản (điện tích electron, hằng số Planck, và vận tốc ánh sáng) đã mang lại giải thưởng Nobel về vật lý cho GS Von Klitzing năm 1983. (…) Thành công của nhóm KSS là kết quả của sự kết hợp tài tình các phương pháp tính toán phức tạp trong lý thuyết trường lượng tử hiện đại. Ý nghĩa của thành công này không chỉ giới hạn ở một hệ thức - cho dù hệ thức đó rất đẹp, rất tổng quát và đã được thực nghiệm kiểm chứng - mà còn là rất lớn, rất sâu rộng. Nó trang bị cho ta một công cụ hữu hiệu để nghiên cứu một lớp rộng các hệ tương tác mạnh mà lý thuyết sắc động lực học lượng tử gặp khó khăn liên quan với các gần đúng nhiễu loạn, qua đó, làm cho ý tưởng của lý thuyết dây trừu tượng dường như không thể kiểm chứng được bằng thực nghiệm, nay trở nên thật sự có thể kiểm chứng”.

Vì những lý do nói trên, dù chưa thật rõ nét, nhiều nhà vật lý Việt Nam vẫn hy vọng GS Đàm Thanh Sơn sẽ đoạt giải thưởng Nobel.