LÚC ĐANG ĂN TỐI

SIR FRANCIS BACON

Bob Schriefer, người nhận chung giải Nobel Vật lý về lý thuyết siêu dẫn đã kể một câu chuyện như sau: người hướng dẫn luận văn tiến sĩ của ông là John Bardeen giành được giải Nobel đầu tiên của mình vì đã phát minh ra tranzito, và đúng vào lúc những ý tưởng chủ đạo của lý thuyết rất nổi tiếng hiện nay về siêu dẫn bắt đầu định hình thì ông phải lên đường tới Stockholm vào tháng Mười Hai năm 1956. Ông thấy bứt rứt khi được mời ngay vào thời điểm phấn khích đó, nhưng cũng phải đi thôi chứ biết làm sao. Khi quay về vào tháng Giêng, ông và Bob bắt đầu làm việc ngày đêm để tìm ra những chi tiết của lý thuyết và nhất là tìm cách kiểm tra lại lý thuyết đó bằng thực nghiệm. Đúng vào thời điểm quan trọng thì bà vợ Bardeen lại sắp xếp một bữa cơm khách. Bà mời một ông bạn người Thụy Điển, và chẳng nghi ngờ gì việc John, chồng bà, sẽ sẵn sàng vui vẻ tiếp chuyện. John thường rất kiệm lời lại có tiếng là nói chậm, ngay cả khi phải trả lời một câu hỏi thật đơn giản - có vẻ như ông phải suy đi nghĩ lại kỹ càng về những câu trả lời mà mình đưa ra để đáp lại những câu hỏi đại loại như “Ông vẫn khỏe chứ?” và về tất cả những hậu quả mà chúng có thể dẫn đến. Ấy vốn là chuyện bình thường khi ông đang không bận tâm phát minh ra một lý thuyết mới vĩ đại. Đâm ra hôm ấy là một bữa cơm khách nhớ đời. Trong bữa ăn, John hầu như không nói một lời. Hỏi chỉ ậm ừ, bản thân thì không hỏi han xã giao lấy một câu, đã thế cũng chẳng tỏ ra quan tâm gì đến vợ và ông khách, nói chung như một người mất hồn. Thế nào mà rồi bà Bardeen cũng xoay xở đâu vào đấy được hết cả buổi tối, tiễn khách ra về và đúng lúc bắt đầu rửa chén bát thì John lững thững bước vào với một nụ cười lạ hoắc và gật gù nói một cách bâng quơ: “Thế là mình giải được bài toán nhiệt dung rồi”. Khi bà vợ ông hỏi xem ông đang nói cái quái gì vậy thì ông đáp: “Tôi giải được lúc đang ăn tối ấy mà”.

Câu chuyện trên lúc nào cũng mang đến cho những người trong ngành chúng tôi những nụ cười nồng hậu, vì mọi người nhớ rằng ai lúc còn sinh viên cũng thuộc lòng công thức nhiệt dung nổi tiếng, và rồi ai cũng thừa biết rằng ít nhất trong một giới hẹp, John Bardeen được xem như là nhà vật lý lý thuyết lớn nhất xưa nay.[1] Và việc ông không rập khuôn như những người bình thường khác lại càng khiến sự việc trở nên tuyệt vời hơn. John chẳng hề có lấy một chút vị thế của những gương mặt được sùng bái như Albert Einstein, không hề có một chút dấu ấn gì về vũ khí hạt nhân như Robert Oppenheimer, hay đôi chút nét kiêu sang về mặt trí tuệ như Wolfgang Pauli. Thay vào đó, ông là một người gốc Bắc Mỹ dễ mến đã âm thầm trở thành người đầu tiên trong lịch sử hai lần đoạt giải Nobel về cùng một lĩnh vực - lần đầu do đã phát minh ra tranzito và lần sau là lý thuyết siêu dẫn.[2] Những đồng nghiệp bắt đầu làm việc trong ngành từ những năm 1960 nói với tôi rằng John mới thực sự là người đã đẻ ra ngành lý thuyết chất rắn hiện đại.[3] Ông đã dần tạo cho mình một phong cách riêng trong nghiên cứu về tranzito ở Bell Labs với việc luôn cần cù nghiền ngẫm những dữ liệu thực nghiệm, xem xét đi xem xét lại những thực kiện và cố hiểu chúng bằng cách đưa ra một lý thuyết đơn giản, sáng sủa. Khi ông thất bại trong những nỗ lực ban đầu nhằm tạo ra một chiếc tranzito hiệu ứng trường, thiết bị buộc phải có trong mọi công nghệ vi mạch hiện đại, John đã tập trung toàn bộ năng lực để cố hiểu được tại sao. Ông đã xác định được một cách chính xác rằng khúc mắc ở đây nằm ở những trạng thái bề mặt, một hiệu ứng liên quan đến các liên kết hóa học bị gẫy trên những bề mặt rắn, và thúc giục Walter Brattain hãy cố thử một cách tiếp cận khác. Kết quả là sự ra đời của tranzito tiếp xúc điểm, được công bố vào năm 1947,[4] bước khởi thủy để tiến vào kỷ nguyên chip siêu nhỏ, một kỷ nguyên rốt cuộc cũng được mở màn chỉ sau khi bài toán về trạng thái bề mặt được khắc phục nhiều năm sau tại công ty Fairchild Semiconductor, bằng một mẹo hóa học nhỏ.[5] Bất luận thế nào, việc phát minh ra chiếc tranzito nguyên thủy cũng đã đặt ra những chuẩn mực cho ngành nghiên cứu của chúng tôi, và nó vẫn khiến phần lớn chúng tôi xem thành tựu lớn nhất của khoa học chính là việc diễn giải được các thực kiện tới chân tơ kẽ tóc của chúng một cách có hiệu quả, sao cho từ đó có thể xuất hiện một số các phát minh thực tiễn. Chính từ John Bardeen mà quan niệm này đã trực tiếp ra đời.

Bardeen có lẽ gián tiếp mang nợ William Shockley cho giải Nobel thứ hai của mình. Shockley vốn là người hướng dẫn của ông ở Bell Labs, và là người cùng với Brattain giành giải Nobel cũng dành cho việc phát minh ra tranzito. Shockley có tính hay gây gổ và nổi tiếng kiêu căng. Ví dụ như khi được hỏi xem ông đã làm từ thiện cho các ngân hàng tinh trùng đang luôn nhắm tới các nhà khoa học và các gương mặt nổi tiếng khác hay chưa, thì nghe kể rằng ông ta đã trả lời, “Tất nhiên, phải cho chứ”, cứ như thể nếu từ chối là không chịu phục vụ nhân loại vậy. Bình thường trong trường hợp này thì phản ứng của mọi người thường là xua tay cười trừ, coi như lời nói đùa. Ai cũng biết ông coi các nhà khoa học (trái ngược với các kỹ sư) như những kẻ tài tử và xem thường họ là những kẻ non gan. Thái độ nồng hậu và thương người về sau bị ông phê phán trong lý thuyết nổi tiếng của mình về sự hèn kém mang tính chủng tộc và về thuyết ưu sinh.[6] Không có gì đáng ngạc nhiên khi ông nổi khùng lên về việc chính các nhà vật lý mới thực sự phát minh ra tranzito trong khi một kỹ sư như ông thì lại không. Ông tìm mọi cách bôi nhọ uy tín và khiến cho cuộc sống của những người phát minh trở nên khốn đốn. Người thực sự chế tạo ra chiếc tranzito đầu tiên là Barttain đã từ chối làm việc cho Schokley, và cũng tại ông mà Bardeen đã phải rời khỏi Bell Labs và chuyển đến Viện đại học Illinois, nơi ông làm việc cho tới tận những ngày cuối sự nghiệp của mình. Đó cũng là nơi mà Cooper, Schrieffer và ông đã giải quyết thành công bài toán siêu dẫn.

Tầm cỡ khoa học của John Bardeen lừng lững đến mức phần lớn chúng ta khó tưởng tượng được ông lại chỉ là một nhà tư tưởng thuần túy với những phút yếu lòng rất con người. Gần đây tôi có nghe một câu chuyện rất dễ thương về Bardeen do một trong những cộng sự gần gũi với ông từ những ngày xa xưa của hiện tượng siêu dẫn là Doug Scalapino kể lại. Rất lâu sau khi tranzito được phát minh và lý thuyết siêu dẫn đã được công nhận, hai người bọn họ chơi golf ở Santa Barbara. Khi chợt bàn đến vấn đề chính sách khoa học thì John, người thường xuyên gặp khó khăn trong việc quảng bá một số công trình mới nhất của mình, vô tư nhận xét “Doug này, giới Lãnh đạo khoa học họ đang cố mời tôi đấy”. Doug nhẹ nhàng đáp “John, thì chính anh là giới Lãnh đạo khoa học chứ còn gì nữa”[7].

Sau tranzito thì siêu dẫn là một thứ đáng để suy nghĩ. Tiềm năng ứng dụng của các chất siêu dẫn khác rất xa so với của các chất bán dẫn, nhưng vấn đề trọng tâm trong mỗi trường hợp lại là vì sao một số vật thì dẫn điện trong khi một số khác lại không. Trong một vật dẫn luôn có một số phần tử tự do đi lại, trong khi một số phần tử khác lại bị khóa cứng tại chỗ - cứ như thể là một cái điện thoại di động với một lô ốc vít bé tí bị lỏng ở bên trong và kêu lọc xọc mỗi khi bị lắc lắc. Trong trường hợp các chất bán dẫn thì những thứ ốc vít bị lỏng đó được xem như do nhiệt tạo ra, vì cứ hễ chất bán dẫn được làm lạnh là mấy thứ ốc vít lỏng này biết mất hoàn toàn. Ngược lại, trong kim loại thì chúng vẫn cứ tồn tại ngay cả khi nhiệt độ giảm dần tới 0 độ tuyệt đối, và do đó chúng cố hữu phải mang tính cơ học lượng tử. Hơn thế nữa, chúng có rất nhiều. Trong một chất bán dẫn điển hình như thứ bạn có trong máy tính cá nhân hay trong đồng hồ đeo tay thì nhiều nhất trong mười nghìn nguyên tử mới có một hạt tải điện (một electron hoặc một lỗ trống). Ấy vậy mà đối với kim loại, cứ mỗi một nguyên tử lại có một hạt như vậy. Những hạt này từ đâu đến, điều gì đã miễn cho chúng khỏi cần tạo ra liên kết hóa học, và tại sao khi nhiệt độ xuống đến cực thấp rồi mà chúng vẫn chuyển động, đó là những câu hỏi hoàn toàn bí ẩn. Hóa ra vấn đề trung tâm của tất cả những cái đó chính là hiện tượng siêu dẫn.

Bài toán siêu dẫn rất khó giải, một phần cũng vì nó đòi hỏi phải tấn công vào một tư tưởng khoa học lỗi thời nhưng đã ăn sâu bám rễ - biển các electron độc lập. Trong những ngày tháng đầu tiên của cơ học lượng tử, người ta đã khám phá ra rằng rất nhiều tính chất của kim loại trên thực tế có thể được cắt nghĩa bằng cách mặc nhiên công nhận là giữa các electron của chúng không hề có lực điện tác dụng. Không được rõ ràng lắm tại sao lại thế, nhưng những đặc tính của các electron lý tưởng hóa đó thì lại khá đơn giản tới mức có thể thừa sức tính toán được trên một mẩu giấy ăn trong giờ giải lao, và những tính toán đó hoàn toàn trùng khớp với thực nghiệm. Điều này hóa ra cực kỳ có ích trong kỹ thuật và cho phép người ta có thể dự đoán một cách đủ chính xác xem trong những tình huống mới thì hành trạng của kim loại sẽ như thế nào. Không may là việc này lại khiến người ta nghĩ rằng toàn bộ vật chất cũng đều phải xử sự đúng như vậy, và về căn bản đó là một ý tưởng sai lầm. Lực tác dụng giữa các electron trên thực tế là rất lớn, và việc chúng không quan yếu đối với các thí nghiệm này quả là điều đáng ngạc nhiên. Hành trạng của kim loại là một hiện tượng đột sinh mang tính tổ chức. Biển electron là giả thuyết hợp lý, là vì các pha kim loại được hình thành lên, chứ không phải ngược lại.

Bardeen, Cooper và Schrieffer đã lảng tránh bài toán đang tranh cãi về biển electron bằng một chiến thuật rất thông minh là làm cho trạng thái siêu dẫn trở thành lệ thuộc vào nó. Cũng giống như là Hiệp định lập hiến Hoa Kỳ buộc Tổng thống phải là công cụ của Quốc hội khi tuyên chiến. Thủ đoạn này đã xoa dịu những e ngại của các nghị sĩ về quyền tối cao của tổng thống và làm cho Hiến pháp được phê chuẩn một cách dễ dàng hơn, nhưng trong thực tế, thực quyền trong việc tuyên bố chiến tranh vẫn nằm trong tay Tổng thống.[8] Sự thật thì trạng thái siêu dẫn là cha đẻ của trạng thái kim loại bình thường, chứ không phải ngược lại. Các lý thuyết thường muốn đảo ngược vai trò này bằng việc công nhận sự tồn tại của biển electron và giải thích tính siêu dẫn như một hiệu ứng tinh tế xảy ra ở nhiệt độ thấp gây ra bởi những chuyển động của lõi nguyên tử mà xung quanh chúng là dòng chảy của các electron. Hiện tượng đó sẽ biến mất nếu các nguyên tử không chuyển động. Nhưng có một điều tinh tế là: Các nguyên tử kim loại luôn luôn chuyển động. Biển electron tuyệt đối không ổn định, có nghĩa rằng nó sẽ trở nên siêu dẫn ở một nhiệt độ đủ thấp nếu có bất kỳ một chuyển động nào của nguyên tử. Do đó việc cho rằng trạng thái siêu dẫn nom bề ngoài như một trạng thái phụ thực sự chỉ là một hư cấu toán học.

Đặc điểm chủ chốt của trạng thái siêu dẫn được lý thuyết tiên đoán, gọi là khe năng lượng. Khe năng lượng có thể được miêu tả một cách chính xác bằng toán học, nhưng sẽ dễ hình dung hơn thông qua cảnh Moses rẽ nước Hồng Hải trong bộ phim Mười Điều Răn của đạo diễn Cecil B DeMille: nước rút đi và tạo ra một đường hẻm với hai bên là hai bờ tường nước dựng đứng, không tuân theo những quy tắc thông thường của dòng chảy, để lộ ra mặt đất khô ráo dưới chân.[9] Con đường đất được tạo ra kiểu đó đã giúp cho dân Do Thái dễ dàng trốn thoát từ Ai Cập để đến sa mạc Sinai, và cũng được lượng tính bằng một phép màu sao cho khi tài tử điện ảnh Charlton Heston (trong vai Moses) và dòng người Do Thái vừa kịp đi từ bờ bên này của Hồng Hải sang bờ bên kia thì hai bức tường nước đổ ập xuống chặn đứng đám binh lính đang đuổi theo họ. Trong các vật siêu dẫn cũng vậy, bằng vào một phép màu, khe năng lượng được tính toán sao cho dòng điện có thể chạy qua một mẩu kim loại trong khi chuyển động thông thường của các electron thì bị chặn đứng. Thí nghiệm đo khe bao gồm hai mẩu chất siêu dẫn phân cách bởi một lớp cách điện mỏng - điển hình là hai màng chì mỏng được phân cách bởi một lớp oxit chì. Như có phép lạ, một dòng điện rất nhỏ chạy xuyên qua thiết bị này mà không cần có sự tác động của một hiệu điện thế nào - cứ như mọi chướng ngại đối với electron đều biến đâu mất - trong khi đó thì những dòng điện lớn thông thường lại chỉ có thể chạy qua khi điện áp vượt qua một giá trị ngưỡng nhất định. Ngưỡng đó gọi là khe năng lượng. Nếu thiết bị được làm nóng đủ để phá bỏ tính siêu dẫn thì lúc này cả hai biểu hiện kỳ lạ trên đều biến mất: biển electron lại được phục hồi, dòng điện siêu dẫn nhỏ dừng lại, và dòng điện thông thường lập tức chạy một khi có tác dụng của điện áp. Do đó việc biển electron không có khe năng lượng là một hiện tượng ở nhiệt độ cao nhưng do công nghệ làm lạnh chưa tương xứng nên được những công trình nghiên cứu ban đầu về kim loại xác định một cách nhầm lẫn như là một cái gì đó cơ bản. Trong phim Mười Điều Răn, vua Ai Cập Pharaon cũng đã xác định nhầm biển Hồng Hải là rào cản chính ngăn ngừa người Do Thái bỏ trốn. Cá nhân tôi nghĩ rằng thật đáng đời ông ta, vì tội đã tự cắt giảm ngân quỹ khoa học của mình.

Đột phá có tính then chốt trong việc mô tả khe năng lượng không phải của Bardeen mà là của Schrieffer. Vào mùa đông năm 1957 khi Bob mới 25 tuổi, ông đã kể lại chi tiết rằng lúc đó ông đang tham dự một cuộc hội thảo khoa học ở New York và ý tưởng này đã đến với ông khi đang đi trên xe điện ngầm.[10] Nếu không phải là quá tuyệt vời thì mọi người ai cũng dám bảo đấy là chuyện bịa, vì ai đã chui xuống đường xe điện ngầm vào chiều tối ở New York trong những năm tháng ấy (kể từ đó nó đã được nâng cấp) đều biết những ý nghĩ dưới đó hẳn cũng phải tối tăm lắm. Vỏ não của ông lẽ ra lúc đó phải được phơi ra chỗ nào đó chan hòa ánh nắng để nghiền ngẫm được bài toán ấy mới phải. Những gì hiện đến trong đầu ông là một phép mô tả toán học cực kỳ đơn giản về các trạng thái siêu dẫn mà bạn có thể giải thích nó trong mười lăm giây. Tất nhiên, đó không phải là sự mô tả chất siêu dẫn thực, mà là một phép trừu tượng được lý tưởng hóa chứa đựng những điều cơ bản - nhưng hóa ra lại đủ chi ly để cắt nghĩa cho những phát hiện thực nghiệm chủ chốt. Một phiên bản hiện đại phát minh của Schrieffer có lẽ là trò chơi điện tử Sim City, một mô hình đồ chơi của một thành phố thật mà bạn có thể chơi và điều khiển thế nào tùy thích, và nó có đủ những điểm chung với một thành phố thực đến mức nó dạy cho bạn biết các thành phố hoạt động theo những nguyên tắc nào. Tuy nhiên, lý thuyết siêu dẫn còn nghiêm túc hơn so với trò Sim City nhiều, vì nó có thể được kiểm sai và lại đẹp một cách tuyệt vời. Ở đây có vẻ như rất dễ bị nhầm lẫn. Khi dùng một dụng cụ kém nhạy như laser để đo, người ta không thể phân biệt được chất siêu dẫn với một biển electron độc lập, nhưng dùng một dụng cụ tinh vi hơn - ví dụ như một cặp dây dẫn hay một miếng nam châm để gần đó - để đo thì nó lại hành xử hoàn toàn ngược lại, giống như heli siêu chảy vậy. Điều đó giống như sự chuyển đổi từ một nền dân chủ tuyệt đối ở thang các cá nhân, với những quan điểm chính trị đa dạng một cách lộn xộn, sang một đảng chính trị chuyên chế ở thang các quốc gia, trong đó mọi dấu vết của tính cá nhân đều biến mất và bị thay thế bởi một thông điệp mạch lạc duy nhất. Nhưng bài toán hóa ra lại có một lời giải rất đơn giản về mặt chuyên môn mà Bob đã nghĩ ra khi đang ngồi trên xe điện ngầm. Ông nói rằng ông đã vật lộn cả buổi chiều để sắp xếp ý tưởng đâu ra đấy và rồi mãi đến tối khuya mới viết được nó ra - một sự thú nhận mang tính khám phá, đó là bởi vì vật lý lý thuyết đích thực trên thực tế giống với nghệ thuật hơn là với kỹ thuật, và cũng chẳng thể làm theo đơn đặt hàng được. Ý tưởng vật lý đến trước, rồi toán học mới đến sau, và việc viết nó ra giấy thành một phương trình đơn giản thì cũng không khác gì việc ghi một bài hát thành nốt nhạc hay một bài thơ thành câu chữ.

Sinh viên học về siêu dẫn thường rất bối rối với phương trình Schrieffer vì nó không phải là lời giải của một bài toán toán học cụ thể nào - khác với những lời giải đã được trù tính sau khi mọi chuyện đã xảy ra. Bài toán ở đây mang tính quan niệm chứ không mang tính kỹ thuật, và được xem như một nỗ lực nhằm mô tả những gì xảy ra trong tự nhiên một cách càng đơn giản càng tốt, hơn là một nỗ lực nhằm chinh phục thế giới bằng suy luận toán học. Những sinh viên tội nghiệp bỗng chốc bị buộc phải biến hình từ những nhà logic học thành những người dự thi chương trình trò chơi Thoát Hiểm lúc gần tới hồi kết, khi mà tất cả các chọn lựa dễ dàng đã hết, chỉ có một tùy chọn duy nhất còn lại là Những Bất Ngờ kiểu Hegel với phần thưởng là 500 đô la. Người dẫn chương trình Alex Trebek đọc một cách rành rọt tấm thẻ gợi ý của anh ta “lý thuyết siêu dẫn của… Bardeen - Cooper - Schrieffer” và cổ vũ những người dự thi tìm ra được câu hỏi tương ứng trước khi chuông reo.[11] Rất không may là không có cách nào tránh né được bài toán này. Việc suy ngẫm thấu đáo ý tưởng của Schrieffer đưa đến một chuỗi những sự kiện khiến cho đám sinh viên hoang mang phát hiện ra rằng, vật lý học đích thực gần như lúc nào cũng là môn học mang tính suy luận, nhưng không có một hiện tượng tập thể mang tính tổ chức nào - thậm chí, chẳng hạn, những thứ đơn giản như hiện tượng kết tinh và từ trường - lại được suy luận ra cả, và rằng cái lối nhìn ngược lại mà họ được học khi còn trẻ chẳng qua chỉ là một mẹo để buộc họ phải học mà thôi. Nắm bắt được hiện tượng siêu dẫn không phải điều gì đặc biệt khó khăn. Đó chẳng qua chỉ là trường hợp đầu tiên mà người ta phải đối mặt, trong đó thủ đoạn suy luận toán học bị lộ diện quá rõ ràng nên không thể tiếp tục duy trì được nữa. Sở dĩ ý tưởng của Schrieffer được coi là một chiến thắng lớn về mặt trí tuệ chính là vì lý do đó. Ông cũng từng bị nhồi sọ không khác gì tất cả chúng ta, nhưng bằng một cách nào đó ông đã tìm cách vượt qua được lối mà bản thân mình được đào tạo để rồi đi vào tận cốt lõi của sự việc. Thực vậy, do có một niềm tin sai lầm rằng hiện tượng siêu dẫn là một bài toán mang tính kỹ thuật cho nên trước đó chưa một ai đã giải được nó.

Cái cốt lõi trong ý tưởng của Schrieffer là việc làm giảm bớt số lượng hạt. Quan niệm này cũng có một sự tương tự đơn giản trong các thành phố. Giả dụ bạn cắt đứt hết các cây cầu và đường hầm dẫn đến quận Manhattan, không để cho ai ra vào nữa. Cuộc sống ít nhiều vẫn sẽ tiếp diễn như bình thường, mọi người vẫn đi lại và rồi người này vẫn gây khó chịu cho người kia (tôi yêu New York), vì hòn đảo cũng đủ rộng khiến cho một phần của nó hoạt động lại là nguồn cung cấp cho một phần khác. Điều này tương phản một cách rõ nét với một bữa tiệc chật ních ở văn phòng, nơi có một sự khác biệt vô cùng lớn giữa việc cửa ra vào để ngỏ hay bị đóng. Nếu tưởng tượng Manhattan là một miếng kim loại và mọi người ở đó là các electron, thì giải pháp Schrieffer đưa ra chỉ đơn giản là mở thông những cây cầu và đường hầm khiến số lượng electron có thể biến thiên. Nói cách khác, vì số lượng electron trong bất cứ một khu vực nào cũng có thể biến thiên mà không làm thay đổi những đặc tính của cái toàn thể, cho nên số lượng electron có trong toàn bộ các khu vực cũng có thể được phép biến thiên, dù cho trên thực tế, con số này là cố định. Việc cho phép những biến thiên như vậy vốn là một thủ thuật toán học chuẩn được dùng để đơn giản hóa việc mô tả các chất khí và chất lỏng thông thường ở nhiệt độ cao, nhưng việc sử dụng nó đối với các chất siêu dẫn là khá triệt để, vì các chất siêu dẫn luôn lạnh ở mức băng giá. Trong cuộc sống thực và nóng bỏng của Manhattan, số lượng người biến thiên từ thời điểm này qua thời điểm nọ, nhưng lại là cố định ở một thời điểm cụ thể. Manhattan đông lạnh của Schrieffer thì ngược lại, số lượng người là cái không xác định và hàm sóng lượng tử của thành phố sẽ phải là một sự trộn lẫn cứng nhắc và bất biến thiên theo thời gian của các trạng thái với những số lượng người khác nhau. Quả là một quan niệm tuyệt vời. Sự hiện diện đồng thời của những thứ không tương thích với nhau theo cách hiểu cổ điển - trong trường hợp này là những số lượng electron khác nhau - là điểm chung giữa chất siêu dẫn của Schrieffer với con mèo của Schrödinger.

Công cụ toán học cho phép số lượng electron trong mẫu có thể biến thiên hóa ra lại có nội dung vật lý quan trọng, dù ở thời điểm đó Schrieffer chưa nhận thấy. Ông chỉ đơn thuần cố gắng khái quát hóa một ý niệm mang tính kỹ thuật mà người đồng sự của ông là Leon Cooper đã có được về tính không bền vững của biển electron.

Giờ đây ta hiểu được rằng tình cờ mà ông đã bắt gặp được cách mô tả ngắn gọn về sự vung tóe mãnh liệt mang tính cơ học lượng tử của những electron từ một phần của mẫu đến phần khác vốn là những đặc trưng của trạng thái siêu dẫn. Người ta có thể mô tả hiệu ứng này mà không vi phạm số lượng hạt, nhưng kết quả chính xác thu được có một ý nghĩa lớn hơn nhiều so với sự mất đi tính rõ ràng, và hơn thế nữa là mất đi tính cốt yếu. Cũng giống như hiện tượng kết tinh, siêu dẫn là một hiện tương mang tính tổ chức, và khi mà số lượng electron quá nhỏ thì đó là một hiện tượng bất định. Sự thất bại của phép gần đúng của Schrieffer đối với một mẫu nhỏ chỉ đơn thuần mang một ý nghĩa vật lý là: hiện tượng siêu dẫn không thể xuất hiện ở những mẫu như vậy.

Sự bất định về số lượng đòi hỏi bởi ý tưởng của Schrieffer lại có một hiệu ứng phụ rất lạ lùng, ban đầu bị bưng bít nhưng sau đó người ta mới hiểu rằng nó mang tính then chốt: không phải chỉ có một cách duy nhất để mô tả trạng thái siêu dẫn. Có rất nhiều những lời giải tương đương - khoảng mười lũy thừa mười tám trên một centimet khối chì - mỗi lời giải đó đều hợp thức như bất cứ lời giải nào khác.[12] Ban đầu, việc có vô số các lời giải đã gây ra rất nhiều phiền toái, vì những quy tắc vi mô của cơ học lượng tử đòi hỏi hệ phải có một trạng thái duy nhất. Đó là một trong những lý do chính khiến người ta phải cần nhiều thời gian đến vậy để công nhận lý thuyết siêu dẫn. Nhưng hiệu ứng đó không quá khó hiểu nếu bạn xem xét nó một cách đúng đắn. Lịch sử Đế chế La Mã thì chỉ có một, nhưng có rất nhiều chi tiết vụn vặt thể như ai đã là người mua loại kính trang trí gì để lắp vào các ô cửa của tòa biệt thự nào lại là những chi tiết có thể bị thay đổi mà không ảnh hưởng gì đến một sự kiện lớn nào. Những pho sử hợp lý, đáng tin cậy và nói lên được những điều căn bản về Đế chế La Mã có một số lượng choáng ngợp. Lịch sử của các hệ lớn khác biệt với lịch sử các hệ nhỏ, vì đó là sự miêu tả các hiện tượng tập thể chứ không phải là sự miêu tả chi tiết nhỏ mọn. Hiệu ứng tranh đua trong lý thuyết siêu dẫn cũng giống như vậy. Đó là xu hướng các electron nắm chặt tay nhau cùng chuyển động như là một vật thể khổng lồ, không khác gì các nguyên tử khi bị kết tinh. Điều này thực sự giống hệt những gì xảy ra đối với hiện tượng kết tinh, ngoại trừ việc nó khó che giấu do nhảy qua sự mô tả phi lượng tử “hiển nhiên” ở đúng vào những thời điểm chủ chốt. Khi số lượng electron cực kỳ lớn, rất khó phân biệt được đâu là trạng thái cơ bản đích thực của chất siêu dẫn và đâu là những trạng thái kích thích nằm thấp đi kèm với chuyển động tập thể của toàn bộ khối kết tập. Do đó, cách mô tả của Schrieffer không phải là cách mô tả duy nhất đã là triệu chứng của một cái gì đó hết sức căn bản: sự đột sinh của ý nghĩa thông thường của vật thể lỏng - cái hiệu ứng tập thể đã chuyển đổi cơ học lượng tử thành những định luật của Newton. Thật thú vị khi thấy nhiều nhà vật lý vẫn đang tiếp tục nhầm lẫn về vấn đề này, và điều đó chứng tỏ rằng, về bản chất, việc bị bức hại về mặt trí tuệ không cứ nhất nhất chỉ xảy ra ở lớp trẻ.

Các chất siêu dẫn bộc lộ cho thấy một số lượng những hành trạng chính xác, mà sự chính xác của chúng lại bắt nguồn từ sự đa bội mang tính đột sinh của các trạng thái cơ bản do Schrieffer phát hiện ra. Hiệu ứng Meissner là hành trạng nổi tiếng nhất, đó là sự tự nâng lên của một mẩu nhỏ chất siêu dẫn đặt trên một cực nam châm. Quá trình tự nâng lên này có thể xuất hiện hoặc mất đi một cách thuận nghịch khi mẫu được nung nóng hay được làm lạnh trong suốt quá trình chuyển tiếp siêu dẫn và do đó rất thú vị để biểu diễn trên lớp học. Vốn từng được chứng kiến hàng trăm hiệu ứng điện ảnh đặc biệt, sinh viên ngày nay thường chẳng mấy cảm xúc đối với những phép màu vật lý, nhưng điều đó thay đổi vào thời khắc mà họ nhìn thấy sự tự nâng lên theo hiệu ứng Meissner. Hiệu ứng Josephson cũng khá ngoạn mục (trên thực tế có hai hiện tượng cùng mang tên Josephson). Hiệu ứng thứ nhất là khả năng dẫn điện của một chiếc bánh kẹp (sandwich) bằng chì siêu dẫn mà không cần một điện áp đặt vào. Hiệu ứng này là cơ sở vật lý của các bộ dò từ trường siêu nhạy có cái tên trìu mến là con mực ống[13], được sử dụng trong chiến tranh chống tàu ngầm, trong việc tạo ảnh cộng hưởng từ, và trong các máy điện não. Một hiệu ứng khác đó là sự phát ra các sóng vô tuyến đã được nhắc tới ở phần trên khi có một điện áp đặt vào chiếc bánh kẹp. Hằng số tỉ lệ giữa thời lượng của các sóng này và điện áp đặt vào là bất biến với sai số một phần tỉ trong nhiều lần làm thí nghiệm. Cũng giống như với hiệu ứng von Klitzing, người ta đã tiên đoán được hiệu ứng Josephson về mặt lý thuyết, nhưng tính tái lặp cực kỳ cao của nó thì chưa được tiên đoán. Hằng số Josephson cũng là một tổ hợp (mặc dù là một tổ hợp khác) của lượng tử điện tích cơ bản e, hằng số Planck h và vận tốc ánh sáng c, và rất có thể vì thế mà có thể kết hợp nó với hằng số von Klitzing cùng với một phép đo độc lập được thực hiện với vận tốc ánh sáng là ta có thể xác định được e và h. Thực vậy, hai hiệu ứng vĩ mô đó chính là định nghĩa thực tiễn hiện nay của những đại lượng nom bề ngoài có vẻ mang tính vi mô đó. Sự bất biến của hiệu ứng Meissner và hiệu ứng Josephson chung quy chỉ là phép chứng minh thực nghiệm cho thấy rằng trong các chất siêu dẫn có một nguyên lý tổ chức đang tác động, nguyên lý mà giờ đây chúng ta đồng nhất nó với sự đa bội Schrieffer và gọi là sự phá vỡ đối xứng siêu chảy.

Tính chính xác của những hiệu ứng nói trên đặt ra một vấn đề tri thức luận mà tốt nhất tôi xin minh họa bằng một câu chuyện. Một lần hồi còn nhỏ, tôi đã thua trong một cuộc thi vì bị ăn gian. Lúc đó tôi đang bơi với một người anh họ trong một hồ bơi rộng có nước lưu thông, giữa các rặng thông gần căn nhà gỗ của bà tôi trên núi ở Porterville, bang California. Đó là một vùng đồng quê có địa hình khá mấp mô, và con đường dẫn tới nhà bà tôi thì lại rất xa và ngoằn ngoèo vì nó phải đi vòng qua núi. Tuy nhiên nếu chịu khó đi chân đất thì có thể đi tắt rất tiện dọc theo mép sông. Giờ ăn tối sắp đến, và anh họ tôi, người đi chơi với tôi suốt ngày, thấy tôi bắt đầu chán muốn về theo đường ấy nên giở lý ra nói rằng đã chắc gì đường tắt thực sự ngắn hơn. Anh chàng là dân thành phố lớn, thạo đời, và ý kiến anh đưa ra thường được tôi đánh giá cao, thế nên tôi mắc mưu ngay và quyết sẽ chứng minh rằng anh ta sai là cái chắc. Anh khẳng định một cách tự tin rằng tôi chẳng biết gì mà chỉ nói bừa, rồi như thường lệ, chúng tôi giải quyết bài toán bằng cách anh ta đi theo con đường cái vòng qua núi còn tôi thì đi theo đường tắt xem ai về nhà trước. Nhưng con đường tắt men theo vệ sông lại rất dốc và đầy cuội lổn nhổn lẫn với rễ cây, khó đi dép nên không thể chạy được. Vì vậy chúng tôi thỏa thuận rằng cả hai sẽ phải cùng đi bộ chứ không chạy xem ai về nhanh hơn ai và không ai được ăn gian. Sau đó chúng tôi bắt đầu khởi hành. Tôi phải đương đầu với những đoạn đường dốc, với những đám rễ cây và những cành liễu đâm ngang to bằng cả thân người, bằng chứng là những ngón chân của tôi sưng phồng và trầy xước, nhưng khi hổn hển về được đến nơi thì đã thấy anh tôi ở đó với một bắp ngô gần hết và đã ăn hết non nửa suất bít tết của mình. Anh ấy bảo thế là anh ấy đã thắng, và lại còn bảo không khéo tôi còn bị mắng vì về trễ. Tôi cũng thấy ngượng khi phải nói rằng không biết bao nhiêu lâu sau đó tôi mới biết thì ra anh họ tôi đã chạy, có thế thôi. Các nhà khoa học thực sự là những kẻ hay cả tin, và tôi e rằng mình cũng đã coi cái nghiệp của mình là phải chấp nhận thất bại, đã cho rằng cách phán xét của mình là sai lầm, và rồi lật đi lật lại vấn đề nhiều lần để tìm xem mình sai ở đâu. Thật là khờ khạo.

Cũng giống như cuộc chạy thi của chúng tôi, sự thắng thua trong khoa học thường xuất phát từ những lý do sai lầm. Cuộc chiến về lý thuyết siêu dẫn là một trong những cuộc chiến kéo dài và nghiệt ngã nhất trong lịch sử khoa học, trước hết vì vấn đề trung tâm ở đây chủ yếu là vấn đề quan niệm. Cuối cùng thì lý thuyết đó cũng đã được công nhận dựa trên cơ sở là nó đã cắt nghĩa được khía cạnh “quang phổ” của bài toán - nhiệt dung (được Bardeen tính ra vào bữa ăn tối), hệ số truyền tải nhiệt, khe năng lượng, và mối quan hệ giữa khe năng lượng với nhiệt độ chuyển tiếp của trạng thái siêu dẫn, sự biến thiên của nhiệt độ này với khối lượng đồng vị, sự thay đổi tốc độ âm thanh xuất hiện tại điểm chuyển pha, và vân vân. Đáng buồn là bộ máy của khoa học lại không được thiết kế để xử lý các khái niệm mà chỉ để xử lý các thực kiện và các công nghệ. Do đó mà lý thuyết Bardeen-Cooper-Schriffer đã được sáp nhập vào khối khoa học không phải với tư cách một khái niệm mà là một công nghệ tính toán. Những ai am tường thì đều hiểu rằng tính chính xác của hiệu ứng Meissner và Josephson mới là điều cốt lõi, chứ điều cốt lõi không hẳn là việc đòi hỏi phần còn lại của lý thuyết phải đúng, nhưng các giáo trình lại vẫn tiếp tục trình bày câu chuyện thông qua khía cạnh quang phổ mà lý thuyết đó cắt nghĩa, và rồi sẽ cứ vậy mãi. Thế nên họ vẫn nói rằng siêu dẫn là sự biểu hiện của tính không ổn định của biển electron. Họ nói rằng lực hút giữa các electron gây ra siêu dẫn chính là nhờ chuyển động nguyên tử. Họ nói rằng trạng thái siêu dẫn có một khe năng lượng liên hệ một cách đơn giản với nhiệt độ chuyển pha. Vân vân và vân vân.

Thực ra thì không có cái gì là căn bản trong những cái vừa nêu trên. Nó chỉ là một ngẫu nhiên lịch sử trong đó các chất siêu dẫn lần đầu tiên được khám phá lại khớp với những chi tiết quang phổ của lý thuyết và vì vậy được dùng để biện minh cho lý thuyết đó mà thôi. Nhưng những hiệu ứng Meissner và Josephson thực sự lại biện minh cho linh hồn của lý thuyết, chứ không phải cho toàn bộ các chi tiết của nó. Điều này ngay từ đầu đã được một số các nhà vật lý xuất sắc người Nga hiểu một cách thấu đáo, nên không phải vô cớ mà cho đến giờ họ vẫn cảm thấy trong lý thuyết này họ đã không nhận được sự công bằng. Không may là cuộc sống đâu có mấy khi công bằng, nhất là khi dính dáng tới chuyện khái niệm. Bất cứ lúc nào sinh viên của tôi cảm thấy bức bối với hiện trạng công việc thì tôi chỉ việc nhắc họ nhớ tới lời của tiến sĩ Pangloss khi ông nằm chờ chết vì căn bệnh giang mai.[14] Khi được hỏi liệu có phải là do ma quỷ xui khiến không, ông đã trả lời rằng căn bệnh là không thể tránh khỏi trong cái Thế giới hoàn hảo nhất này, vì Columbus đã mang nó về châu Âu, nhưng cũng chính Columbus đã mang cả sô-cô-la và phẩm son về cơ mà.

Những thỏa hiệp về mặt tinh thần đòi hỏi để định nghĩa lý thuyết siêu dẫn như một thứ công nghệ đã dẫn đến một hiệu ứng phụ, đó là chúng đã làm phát sinh một sự nhầm lẫn sâu sắc xét trên bình diện văn hóa về tầm quan trọng tương đối của các sự vật. Trở lại những năm 1970, do bị ảnh hưởng của những định kiến đương thời về ngành của họ, hai nhà vật lý lý thuyết rất khả kính (sẽ không được nhắc đến tên) đã viết một bài báo để “chứng minh” rằng hiện tượng siêu dẫn không bao giờ có thể xuất hiện ở nhiệt độ cao hơn 30 độ Kelvin (30 độ cao hơn so với 0 độ tuyệt đối). Điều đó hoàn toàn nhất quán với những đặc tính của kim loại được biết đến vào thời điểm đó, và với những chi tiết của lý thuyết siêu dẫn khớp với những đặc tính như vậy. Điều này không phải không quan trọng, vì việc làm lạnh các vật xuống tới dưới 77 độ Kevin, điểm sôi của nitơ lỏng, vào thời đó là cực kỳ tốn kém và do đó đã là một trở ngại lớn về mặt công nghệ. Sau đó, ở một bước ngoặt thực sự đáng cảm động, Georg Bednorz và Alex Müller đã khám phá thấy tính siêu dẫn ở đúng 30 độ Kevin trong một thứ vật liệu thậm chí còn không hẳn là kim loại, đó là gốm[15], và rồi không lâu sau đó, Paul Chu đã lại phát hiện thấy một vật liệu tương tự bộc lộ tính siêu dẫn ở 90 độ Kevin. Những bước phát triển đột ngột và gây nhiều xáo trộn nói trên đã khiến mọi người điên cuồng thực hiện những cú đạp lui đầy sáng tạo, tương tự như cái khoảnh khắc trong phim hoạt hình Cuộc Đua Đường Trường khi Wile E. Coyote phát hiện thấy cỗ xe trượt lắp động cơ tên lửa Đỉnh Cao của mình bắn vọt xa hơn mỏm đá để rơi xuống vực. Người ta nghe thấy đủ loại những lời cáo lỗi kỳ quặc, bao gồm cả những gợi ý khiến mọi người nghĩ rằng những hiện tượng đó chẳng phải là siêu dẫn gì hết, mà chỉ là một loại hiệu ứng tập thể mới cơ bản nào đó mà thôi - một sự bào chữa tiện lợi để không nhất thiết phải tuân theo lý thuyết của Bardeen-Cooper-Schrieffer. Nhưng tất nhiên đâu phải vậy. Những thí nghiệm đó cuối cùng đã có thể được lặp lại nhiều lần và rõ ràng, và hiệu ứng Josephson đã được tạo ra với một chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao và ở nhiệt độ bình thường, nhờ vào kỹ thuật chuẩn bị bề mặt thông minh do Bob Dynes sáng chế, người hiện là hiệu trưởng trường Đại học California. Tấm màn bí mật đã được vén. Cái sai không phải ở bản chất cơ bản của trạng thái siêu dẫn - đó là trạng thái thông thường - mà là ở cái huyền thoại về biển electron mà dựa vào đó có vẻ như chính cái sai được tạo ra. Những vật liệu được nêu ra ở đây đơn giản là không chứa đựng biển electron.

Khía cạnh nhân bản của tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao là khía cạnh khá phức tạp, vì thường nó liên quan đến sự sụp đổ của những hệ ý niệm. Vẫn diễn ra những cuộc chiến dữ dội không khác gì những tranh cãi thời trung cổ xem có bao nhiêu thiên thần chui vừa vào lỗ trôn kim, và vẫn có những nỗ lực quả cảm tìm cách phát minh ra những kỹ thuật toán học hòng “giải thích” những chất siêu dẫn này theo cách mà lý thuyết nguyên thủy đã giải thích những chất siêu dẫn thông thường. Nhưng sự thật đáng buồn ở đây là, tự bản thân những thao tác toán học trong lý thuyết Bardeen-Cooper-Schrieffer lại không mấy quan trọng, chúng chỉ là một công cụ dùng để chứng minh sự tồn tại và bản chất của một trật tự mới. Giờ đây, một khi mà cái trật tự này đã được chứng tỏ là có tồn tại thực và những chất siêu dẫn mới đã được chứng tỏ bằng thực nghiệm là có bộc lộ trật tự đó, thì không còn một lý do nào đủ để thuyết phục người ta phải phát minh ra một công nghệ tính toán như vậy nữa - ngoại trừ vì những mục đích mang tính chuyên môn. Cũng vì lý do đó mà Lev Landau, một nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng người Nga, nhân vật hàng đầu phải gánh trọng trách trong việc đã mã hóa rõ ràng những đặc tính của biển electron, đã có lần phải nói rằng, bạn có thể tính toán những đặc tính của nước, nhưng sẽ hợp lý hơn nhiều nếu bạn đo đạc chúng.

Phản ứng của những người theo quy giản luận đối với tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao nhắc tôi nhớ tới chuyện mà tờ Thời Báo New York gần đây thuật lại xem như câu chuyện cười phổ biến nhất của thế giới[16]. Sherlock Holmes và bác sĩ Watson trong một chuyến đi cắm trại:

Holmes: Này Watson, bây giờ anh hãy nhìn những ngôi sao trên bầu trời kia đi! Xem rồi anh có suy ra được gì không?

Watson: Ồ, mỗi đốm sáng nhỏ bé kia là một mặt trời khổng lồ với nguồn năng lấy từ lửa của phản ứng tổng hợp hydro. Vệt mờ ở đằng kia là thiên hà Andromeda. Những kính thiên văn cực mạnh cho ta biết rằng Andromeda là một hòn đảo chứa hàng tỉ tỉ ngôi sao. Những cỗ kính thiên văn mạnh hơn nữa thì bảo cho ta biết rằng có hàng tỉ tỉ những thiên hà như vậy rải rác khắp rìa của vũ trụ. Nếu thậm chí một trong một triệu các mặt trời kia có các hành tinh, và thậm chí một trong số một triệu các hành tinh đó có oxy, và thậm chí một trong số một triệu hành tinh có oxy có sự sống, và thậm chí một trong số một triệu hành tinh có sự sống đó có con người và có các nền văn minh, thì chắc hẳn là ta không cô đơn trong vũ trụ này.

Holmes: Ôi Watson, sao anh ngốc thế! Có người vừa ăn cắp cái lều của chúng ta rồi.

Hệ tư tưởng quy giản luận có một cách thể hiện hấp dẫn khác đối với lý thuyết siêu dẫn mà tôi gọi là sự sùng bái lý thuyết trường lượng tử. Lý thuyết trường lượng tử là một bộ máy toán học được phát triển lên từ những nghiên cứu về các hạt cơ bản, thường được giảng dạy sau bộ môn cơ học lượng tử thông thường với tư cách một thứ ngôn ngữ đặc biệt dùng để làm việc với chủ đề này - và đồng thời với tư cách là một lối tư duy cao cấp. Thực sự thì đó không phải là một lối tư duy mới mà chỉ đơn giản là sự phát biểu lại cơ học lượng tử trong bối cảnh của những hạn chế và những điều kiện đặc biệt phù hợp với chân không của không gian. Những điều kiện đó khiến cho chủ nghĩa hình thức trở nên trang nhã và thú vị khi học nó - ít nhất là đối với những kẻ mê toán như tôi - nhưng chúng cũng lại khiến cho chủ nghĩa hình thức dễ bề che đậy bản chất của sự vật thông qua thao tác. Những động tác ảo thuật khéo léo có thể khiến cho một hành vi vật lý nào đó nom cứ như do từ lý thuyết trường suy ra, trong khi thực ra là do bản thân thao tác toán học gây ra. Không lâu sau khi lý thuyết Bardeen-Cooper-Schrieffer được đưa ra, người ta khám phá ra rằng ngôn ngữ trường lượng tử lại phù hợp một cách đặc biệt trong việc miêu tả những đặc tính quan trọng của các chất siêu dẫn - nhất là bản thân các dòng siêu dẫn, hiệu ứng Meisser, độ dẫn trên ngưỡng, và những chuyển động mang tính tập thể của electron mà người ta gọi là những dao động plasma - vì nó hoàn toàn cho phép người ta mặc nhiên tránh được những chi tiết rối rắm, không quan trọng, để nhanh chóng nắm được phần cốt lõi của vấn đề. Điều này cuối cùng dẫn tới việc sử dụng lý thuyết trường để giải thích tất cả những gì thuộc về tính siêu dẫn, và vì vậy gián tiếp dẫn đến quan niệm cho rằng chính các trường lượng tử là nguyên do gây ra hiện tượng siêu dẫn. Thậm chí đến giờ này người ta còn thấy không ít người vẫn ngấm ngầm tin vào điều này. Điều đó thật là nực cười - chẳng khác gì tin rằng giá bán ngô là nguyên nhân của thời tiết. Trên thực tế lý thuyết trường lượng tử vận hành suôn sẻ là do tính phổ quát đột sinh của hiện tượng siêu dẫn đã khiến lý thuyết đó được vận dụng, chứ không phải ngược lại. Những phương trình vi mô của cơ học lượng tử được mã hóa để sử dụng cho lý thuyết trường không hề giống với những phương trình mô tả vật liệu thực cho nên chúng không còn đúng nữa. Cách duy nhất để bắt đầu từ những phương trình sai mà vẫn thu được đáp án đúng là chỉ khi đặc tính mà người ta đang tính toán gần như không nhạy cảm gì với các chi tiết, có nghĩa là đó phải là một đặc tính đột sinh. Vậy là từ hiện tượng siêu dẫn ta thực sự rút được một bài học như sau: lý thuyết trường lượng tử thực sự không phải là một công nghệ tính toán siêu việt mà bản thân các trường lượng tử có thể đột sinh.

Sự không nhất quán về mặt logic của hai truyền thống nói trên đã phản ánh tính sâu rộng của cuộc khủng hoảng do lời giải của bài toán siêu dẫn đưa lại - một sự đối đầu đến nay vẫn chưa chấm dứt giữa những nguyên lý quy giản luận và những nguyên lý đột sinh - và đó là do bản chất lạ thường của bản thân lời giải đưa lại. Người ta nói rằng Cooper đã tìm ra cơ chế, Schrieffer đã tìm thấy lời giải còn Bardeen thì đã nhận ra được vì sao lời giải lại đúng. Trong ba việc đó, việc sau cùng hiển nhiên là có ý nghĩa hơn cả, và điều này đã giải thích vì sao John Bardeen lại được các nhà vật lý tôn vinh đến như vậy.

Trong thời đại này, mọi người thường coi Bill Gates, một doanh nhân giàu tri thức, là nhà công nghệ thượng đẳng, nhưng tôi cho nhân vật chính của kỷ nguyên điện tử phải là John Bardeen. Bardeen luôn đi máy bay hạng bình dân và không thích nghĩ về giải thưởng Nobel của mình. Một đồng nghiệp có lần đã kể lại việc anh ta khi còn là sinh viên đã đến thăm nhà Bardeen và câu chuyện xảy ra khi ai đó muốn xem chiếc huy chương của Bardeen về công trình tranzito. Chủ nhà ban đầu không thể nhớ được nó ở đâu, sau một hồi lục lọi loanh quanh mới tìm thấy nó nằm ở đáy ngăn kéo đựng bít tất. Người đã phát minh ra hầu hết những khía cạnh đẹp đẽ nhất của lý thuyết trường lượng tử là Richard Feynman đã thuật lại chuyện ông đang nghiên cứu hiện tượng siêu chảy và siêu dẫn như thế nào khi nhận được bài báo chuẩn bị đăng của Bardeen - Cooper - Schrieffer qua thư. Ông đã bỏ bức thư chưa đọc đó vào một ngăn kéo và nhiều tháng sau mới dám giở ra đọc.

Một lần được tiếp kiến John Bardeen và trong buổi tiếp kiến ấy tôi đã thành công trong việc chứng tỏ mình là một thanh niên đầy tự tin và hãnh tiến. Dù cũng chẳng đặc biệt tự hào gì về câu chuyện ấy, nhưng tôi cứ xin kể ra đây vì tôi biết chắc John hẳn chỉ coi sự nhiệt thành non dại của tôi hôm đó như một chuyện vui vui mà thôi.[17] Đó là một cuộc hội thảo về vật lý lượng tử nhiều hạt được tổ chức tại một lều săn vắng vẻ ở phía bắc Thụy Điển, xung quanh toàn các ngọn núi và những đầm lầy mọc đầy cây địa y. Trước đó tôi vừa dự một cuộc hội thảo khác ở Bắc Kinh và mới vừa dứt chứng đau dạ dày đáng sợ, vì vậy cứ hay vô tình bắt mọi người phải thức khi họ đã buồn ngủ. Tôi cứ ra ra vào vào về đêm, lại còn cái nạn ánh sáng cực kỳ phiền toái nữa, vì trời chỉ chịu chạng vạng vào hai giờ đêm để rồi lại sáng bệch vào bốn giờ sáng.[18] Trong thực đơn lại hơi nhiều thịt tuần lộc - thịt tuần lộc nướng, thịt tuần lộc băm viên, thịt tuần lộc muối, đủ kiểu - cơ mà người Thụy Điển lại khoái. Nhưng dù sao đến mục được ghi trong chương trình là “tiệc cocktail”, mục cuối cùng nằm trong những hoạt động của ngày thứ hai, thì mới là đỉnh điểm của câu chuyện. Có một tiếng ồn lớn bên ngoài, chúng tôi đổ xô ra và thấy hai chiếc trực thăng đậu trên bãi cỏ, do các phi công lão luyện của không lực Thụy Điển điều khiển. Những chiếc trực thăng đó đến để chở chúng tôi theo nhóm sáu người một đi vài cây số vào trong núi, đến bên bờ một hồ nước nhỏ ăn vào đá hoa cương do các dòng sông băng tạo ra. Ai đó đã dựng lên một túp lều nhỏ và một bếp lửa trại lớn trên đó đang hâm một thứ rượu vang mạnh có cái tên kiểu như là “nước đái chó sói” gì đấy. Thế là chúng tôi được đứng đó trong một đêm Bắc Cực sáng sủa, ngắm nhìn ngọn lửa đang vờn đùa trước những cơn gió nhẹ ở chốn tĩnh mịch, uống rượu mạnh và bàn tán về việc có lẽ không có cuộc hội thảo nào trước đó và cả sau này nữa có thể hơn được cuộc này. Trong lúc đó thì tôi càng lúc càng thấy thấm mệt. Thế rồi cũng đến lúc trực thăng phải quay về và sáu chúng tôi lên cùng một chiếc để trở lại nhà. Khi máy bay đáp đất, thấy mọi người vẫn ngồi lặng một lúc không nhúc nhích, tôi liền định chen ra cửa để xuống. Đồng nghiệp của tôi là Gerry Mahan ngồi đằng sau tóm áo giật phắt tôi lại cứ như thể tôi sắp phạm phải một tội tày trời. Một ông già điềm đạm ngồi ngay ghế trước tôi đang thò chân qua cửa từ từ leo xuống.

Đó chính là John Bardeen.

❀ ❀ ❀

[1] L. Hoddeson và V. Daitch, True Genius: The Life and Science of John Bardeen (Nxb Joshep Henry Press, Princeton, NJ 2002).

[2] Frederick Sanger cũng giành được giải Nobel hai lần trong cùng lĩnh vực - lần đầu năm 1958 cho nghiên cứu về cấu trúc protein và lần thứ hai cho DNA tái hợp. Linus Pauling giành giải Nobel hóa học năm 1954 cho công trình về bản chất liên kết hóa học, và lần thứ hai là giải Nobel hòa bình cho hoạt động phản đối vũ khí hạt nhân.

[3] Tôi đặc biệt lấy từ nguồn của J.C. Phil ips, C.N. Herring, và T. Gebal e.

[4] Một thông báo ngắn gọn về phát minh ra tranzito, xin xem W.F. Brinkman, “The Transitor: 50 Glorious Years and Where We’re Going”, http://www.lucent.com/minds/transitor/pdf/first50.pdf

[5] Xem M. Riordan và L. Hoddeson, Crystal Fire: The Birth of the Information Age (Nxb Norton, New York, 1997); F.M. Wanlass và C.T. Sah, “Nanowatt Logic Using Field -Effec t-Metal- Oxide -Semiconductor Transitors”, Tech. Dig. IEEE Int. Solid State Circuits Conf., 32-33, 1963.

[6] Wiliam Shockley có một sự nghiệp lừng danh và đa dạng. Ông chuyển đến California, nơi ông gieo mầm cho sự ra đời của Thung lũng Silicon. Ông cũng bị ám ảnh thái quá với ảnh hưởng của thuyết thừa kế trí tuệ. Xem W. Shockley và R. Pearson, Shockley on Eugenics and Race: The Application of Science to the Solution of Human Problems (Nxb Scott-Townsend Publishers, Washington, D.C, 1992).

[7] Tôi nghe chuyện này từ Scalapino trong một bữa dạ tiệc vào năm 2001.

[8] Khả năng gây chiến của ban điều hành là một vấn đề đặc biệt nhạy cảm tại thời điểm này, vì cuộc xung đột tại Iraq, nhưng người ta đã nói nhiều về nó rồi. Xem A.M. Schlesinger, Jr., The Imperial Presidency (Nxb Houghton Mifflin, New York, 1989); và A. Hamilton, J. Madison, và J. Jay, The Federalist Papers (Nxb Mento, New York, 1961).

[9] K. Orrison, Written in Stone: Making Cecil B. DeMil e’s Epic, The Ten Commandments (Nxb Vestal Press Ltd., Vestal, New York, 1999)

[10] Một bản tường thuật lý thú về câu chuyện này có thể xem trên trang web của Bob Schrieffer http://www.research.fsu.edu/researchr/ winter2002/schrieffer.html

[11] Tôi có được ý tưởng tuyệt vời này từ trang web có tên là Marxist Jeopardy. Xem http://www. anzwers.org/free/marx.

[12] Một quyntil ion là 1018 = 1.000.000.000.000. 000.000

[13] tiếng Anh là squyd, vừa có nghĩa là con mực ống lại vừa là cách viết tắt của cụm từ superconducting quantum interference devices - thiết bị giao thoa siêu dẫn lượng tử

[14] F.-M.A. Voltaire, Candide or Optimism: A Fresh Translation, Backgrounds, Criticism (Nxb W.W. Norton, New York, 1991).

[15] Tài liệu tham khảo nguyên thủy về sự phát hiện ra siêu dẫn ở nhiệt độ cao là của J.G. Bednorz và K.A. Mul er, Z. Phys. B 64, 189 (1986).

[16] T. Kuntz, “Word for Word-The World ‘Funniest’ Jokes: So this German Goes into a Bar with Dr. Watson and a Chicken”, New York Times, 27 tháng 1/2002.

[17] . Đây là một ví dụ tuyệt vời về câu cách ngôn của Nietzsche “Sự cuốn hút của tri thức sẽ chỉ là rất nhỏ bé nếu người ta không thể vượt qua được sự hổ thẹn trên đường tìm kiếm nó”. Xem F. Nietzsche, Beyond Good and Evil: Prelude to a Philosophy of Future, W. Kaufmann, ed. (Nxb Cambridge U. Press, London, 2001).

[18] Hiện tượng thời tiết này gọi là Đêm Trắng nước Nga. Đó là thời điểm đông chí, được coi là ngày quốc lễ của Thụy Điển.