Niels Bohr  (1885 – 1962) Nhà Bác  Học Đan Mạch Danh Tiếng Thế giớ, Nobel vật lý năm 1922,  nguyên tử số 107 có tên  “bohrium” (Bh) để vinh danh ông

           Đối với dân tộc Đan Mạch, các điều khiến cho họ hãnh diện nhất gồm có kỹ nghệ đóng tầu, sản phẩm bơ sữa và hai vĩ nhân Hans Christian Anderson và Niels Bohr.

            Niels Bohr chào đời vào ngày 07 tháng 8 năm 1885 trong lâu đài của Vua Georg, một dinh thự đẹp nhất của thủ đô Copenhagen, nước Đan Mạch. Niels Bohr là con của bà Ellen Adler, thuộc một gia đình Do Thái chủ ngân hàng giàu có, và ông Christian Bohr, giáo sư môn sinh lý học tại trường đại học Copenhagen. Vào thời kỳ còn là sinh viên, Niels đã nổi tiếng là xuất sắc về các môn toán, vật lý và túc cầu. Năm 22 tuổi, Niels Bohr đã đoạt được một huy chương vàng của Hàn Lâm Viện Hoàng Gia Đan Mạch (the Royal Danish Academy of Sciences and Letters) nhờ công trình khảo cứu về sức căng mặt ngoài (surface tension).

Tới năm 1911, sau khi đã đậu văn bằng Tiến Sĩ Khoa Học với luận án về lý thuyết điện tử của các kim loại (the electron theory of metals), Niels Bohr sang nước Anh để học hỏi tại Phòng Nghiên Cứu Cavendish ở Cambridge. Tại nơi này, Bohr được Sir Joseph John Thomson hướng dẫn. Nhà đại bác học này là người đã khảo cứu tính chất điện từ của tia âm cực nên đã được giới Khoa Học gọi là “cha đẻ của điện tử”. Tháng 3 năm 1912, Bohr đổi sang trường đại học Manchester và theo học nhà đại bác học Ernest Rutherford, nhờ vậy ông được làm quen với lý thuyết về cấu tạo nguyên tử.

Vào thời bấy giờ, Lord Rutherford đã cắt nghĩa nguyên tử bằng một hệ thống giống như thái dương hệ theo đó mọi nguyên tử có một nhân ở giữa mang điện dương và xoay quanh nhân này là các điện tử mang điện âm. Lý thuyết của Rutherford rất đúng nên nhờ đó, các nhà khoa học có thể cắt nghĩa được nhiều hiện tượng vật lý nhưng một trở ngại được nêu lên. Nếu có các điện tử xoay quanh nhân, thì chắc hẳn phải có sự phát ra ánh sáng và do đó, sinh ra sự co lại của các quỹ đạo khiến cho các điện tử này sẽ bị rơi vào nhân trong khi theo sự nhận xét, điều này đã không xẩy ra.

Các điều bí ẩn về nguyên tử đã khiến cho Niels Bohr suy nghĩ. Năm 1913, Bohr đi tới kết luận như sau: ông công nhận hình ảnh về nguyên tử của Rutherford nhưng ông đặt giả thuyết rằng các điện tử tuy xoay với vận tốc đều trên các quỹ đạo cố định chung quanh nhân, nhưng không phát ra ánh sáng và vì vậy, không bị kéo về phía nhân. Tại các quỹ đạo này, các điện tử ở trong tình trạng ổn định, nghĩa là năng lượng của chúng không bị thay đổi. Tuy nhiên, vì các hỗn loạn do bên ngoài gây nên, chẳng hạn như sự va chạm hay bức xạ, các điện tử sẽ bị dời chỗ tạm thời để rồi trở về quỹ đạo cũ bằng cách nhẩy vọt và mỗi lúc nhẩy vọt từ quỹ đạo ngoài vào quỹ đạo trong kế cận sẽ phát ra một quang tử và quang tử này tiêu biểu cho sự khác biệt về năng lượng giữa quỹ đạo bên ngoài vừa từ bỏ và quỹ đạo bên trong vừa chấp nhận. Như vậy ánh sáng chỉ được phát ra trong trường hợp này mà thôi.

Niels Bohr đã dùng kiểu mẫu nguyên tử của ông và lý thuyết về quang tử của Max Planck để tiên đoán về các màu sắc, về chiều dài làn sóng và về các loại ánh sáng do các vật chất khác nhau phát ra. Các quan niệm về nguyên tử của Bohr đã giải thích được nhiều điều thắc mắc và đã khiến cho công việc khảo cứu nguyên tử đi được các bước thật dài. Niels Bohr làm việc cùng với Lord Rutherford cho tới năm 1916 rồi ông trở về Copenhagen để nhận chân giáo sư môn vật lý lý thuyết.

Ngay sau khi Thế Chiến Thứ Nhất chấm dứt, Niels Bohr cho rằng công việc tìm kiếm, học hỏi về nguyên tử và nền vật lý hạch tâm (nuclear physics) cần tới một Viện nghiên cứu đặc biệt, không những có đầy đủ các dụng cụ, máy móc tối tân mà còn cần tập trung nhiều nhà vật lý trên khắp thế giới. Vì thế Bohr đã đề nghị kế hoạch này với trường đại học và chương trình được nồng nhiệt chấp thuận. Thành phố Copenhagen đã tặng cho Viện một khu đất rất rộng để xây dựng Viện Vật Lý Lý Thuyết (the Institute of Theoretical Physics) và Viện này đã được khánh thành vào ngày 15/9/1920.

Niels Bohr trở nên nhân vật đứng đầu của Viện Vật Lý Lý Thuyết, một cơ sở lừng danh trên thế giới về nghiên cứu nguyên tử. Trong thời gian này, Bohr đã khám phá được nhiều định luật chi phối thế giới nguyên tử trong đó có nguyên tắc tương ứng (principle of correspondence) và nguyên tắc bổ túc (principle of complementary). Dưới sự hướng dẫn của Niels Bohr, Viện Vật Lý Lý Thuyết đã lôi cuốn được rất nhiều nhà khoa học trẻ tuổi, xuất sắc, tới nghiên cứu, học hỏi, trong số này đầu tiên có Wolfgang Pauli từ nước Áo, H.A. Kramers từ Hòa Lan, Georg Charles von Hevesy từ Hungary, Oskar Klein từ Thụy Điển rồi hai năm sau, 1924, có Werner Heisenberg, John Slater và Paul Dirac cùng nhiều nhà vật lý khác. Trong thập niên 1920, trường phái Vật Lý Copenhagen đã tiến bộ rất đáng kể do các công trình nghiên cứu, chẳng hạn như lý thuyết về cơ học phương trận (matrix mechanics) của Heisenberg, cơ học làn sóng (wave mechanics) của Schroedinger, lý thuyết tương đương (demonstration of equivalence) bởi Max Born, Paul Dirac và P. Jordan, lý thuyết điện tử xoay tròn (theory of electron spin) của Wolfgang Pauli, lý thuyết làn sóng của vật chất (wave theory of matter) do Louis de Broglie..., tất cả đã được nghiên cứu và thảo luận sổi nổi tại Viện của Bohr. Cũng vì thế, nhiều nhà vật lý đã gọi thập niên này là thời kỳ hào hùng của nền vật lý hạt tử (quantum physics) vì đã có được sự cộng tác của cả một thế hệ các nhà khoa học lý thuyết tới từ nhiều quốc gia để nghiên cứu ngành cơ học hạt tử (quantum mechanics) và ngành điện từ học (electromagnetics).

Phần thưởng khoa học đầu tiên của Niels Bohr là huy chương Hughes do Hàn Lâm Viện Hoàng Gia Anh Quốc (the Royal Society) trao tặng vào năm 1921. Lý thuyết nguyên tử của Bohr đã được nhiều nhà bác học thời đó chấp nhận nhưng mặc dù lý thuyết này được ông đề cập tới 9 năm về trước, mãi tới năm 1922, Niels Bohr mới được trao tặng Giải Thưởng Nobel về Vật Lý. Dù sao, tính tới lúc bấy giờ, Niels Bohr vẫn là nhà bác học trẻ tuổi nhất lãnh giải thưởng cao quý đó. Nhà đại bác học Albert Einstein đã phải nói về Niels Bohr như sau: “Không có ông Bohr, không biết các kiến thức về nguyên tử của chúng ta sẽ ra sao. Về phương diện cá nhân, Niels Bohr là một trong các người cộng sự đáng quý nhất mà tôi đã gặp. Ông ta phát biểu các ý tưởng của mình như một người đi dò dẫm và không bao giờ cho rằng mình có sẵn chân lý tuyệt đối”.

Vào mùa xuân năm 1939, Lise Meitner và Otto Frisch khi đó đang làm việc tại Viện Vật Lý của Niels Bohr thì được đọc về các khám phá của vài nhà khoa học người Đức theo đó, người ta có thể phân tách nhân nguyên tử Uranium ra làm hai phần gần bằng nhau. Khi nhân nguyên tử bị chia tách như vậy, sẽ có một số năng lượng khủng khiếp thoát ra và điều này sẽ trở nên một hệ quả quan trọng về quân sự.

Trong chuyến du hành sang Hoa Kỳ, Niels Bohr đã bàn luận về năng lượng nguyên tử với Albert Einstein và với nhiều nhà bác học khác trong đó có cả Enrico Fermi, khi đó đang làm việc cho trường đại học Columbia. Vào thời bấy giờ, chưa có nhà bác học nào biết rằng giữa hai chất Uranium238 và Uranium235 với lượng rất ít, chất Uranium nào đã bị phân hạch tâm để phát ra năng lượng lớn lao. Bohr cùng tiến sĩ John A. Wheeler nghiên cứu vấn đề này trong vài ngày và đã đi đến kết luận rằng chỉ có chất U-235 bị chia tách. Sau đó, lý thuyết về nhân hỗn hợp (compound nucleus) của Bohr cũng đã là một đóng góp to lớn vào nền vật lý hạch tâm, nhờ đó các nhà vật lý đã cắt nghĩa được tính phóng xạ, sự phát ra neutron (neutron emission) và sự phân hạch tâm (fission).

Niels Bohr trở về Đan Mạch vào tháng 3 năm 1939 và làm việc tại Viện Vật Lý Copenhagen. Ngày 01 tháng 9 năm 1939, Hitler cho quân tiến vào đất Ba Lan và Thế Chiến Thứ Hai bùng nổ. Tới tháng 4 năm 1940, quân đội Đức tràn vào Đan Mạch và chiếm trọn xứ này trong vài giờ. Trong bốn năm liền, người Đức đã kêu gọi sự cộng tác của dân quân Đan Mạch nhưng không thành công. Các cuộc phá hoại và đột kích vẫn luôn xẩy ra cho đến tháng 9 năm 1944, Vua Đan Mạch bị bắt giam và quân đội Đan Mạch bị tước khí giới.

Khi chế độ Quốc Xã đi tới giai đoạn tiêu diệt thẳng tay các người Do Thái, nhóm dân lạc lõng này đã bị lùng bắt ở khắp nơi, nhưng nhờ sự giúp đỡ của dân Đan Mạch, 5,000 trong số 6,000 người Đan Mạch gốc Do Thái đã được đưa lén qua Thụy Điển bằng những con thuyền nhỏ. Nhà bác học Niels Bohr vì có mẹ gốc Do Thái, cũng phải chạy trốn. Ông cùng vợ con xuống một con tầu đánh cá có tên là Sea Star, lánh nạn qua Thụy Điển vào tháng 9 năm 1943. Từ đây, Niels Bohr sang nước Anh bằng một máy bay oanh tạc của đồng minh rồi sau đó, ông sang Hoa Kỳ và làm việc với nhóm các nhà bác học chế tạo bom nguyên tử (Manhattan Project). Chính tại Trung Tâm Nghiên Cứu Nguyên Tử Los Alamos thuộc tiểu bang New Mexico, Niels Bohr đã giữ chức vị cố vấn cao cấp nhất cho nhà bác học J. Robert Oppenheimer, giám đốc trung tâm.

Sau khi Thế Chiến Thứ Hai chấm dứt, Niels Bohr trở lại Đan Mạch và làm việc tại Viện Vật Lý cũ của ông. Ông là chủ tịch của Hàn Lâm Viện Khoa Học Hoàng Gia Đan Mạch (the Royal Danish Academy of Sciences) cho tới khi qua đời. Ngoài sở thích về Khoa Học, Niels Bohr còn quan tâm đến Hòa Bình. Trước khi hai trái bom nguyên tử thả xuống đất Nhật vào năm 1945 và đã gây nên cảnh tàn phá khủng khiếp, Niels Bohr đã kêu gọi sự kiểm soát quốc tế về võ khí và năng lượng nguyên tử nhưng không thành công.

Vào năm 1955, Hội Nghị Quốc Tế Nguyên Tử Phụng Sự Hòa Bình lần đầu tiên (the First International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy) được tổ chức tại Geneva. Niels Bohr vốn là chủ tịch của Ủy Ban Năng Lượng Nguyên Tử Đan Mạch (the Danish Atomic Energy Commission) đã được bầu làm chủ tịch của Hội Nghị kể trên. Ông cũng giúp công vào việc tạo nên Ủy Ban Nghiên Cứu Nguyên Tử của Châu Âu (CERN = the European Council for Nuclear Research). Tháng 8 năm 1957, Phần Thưởng Ford về Nguyên Tử Phụng Sự Hòa Bình (the first U.S. Atoms for Peace Award) với số tiền 75,000 Mỹ kim được trao về ông.

Khi đã ngoài 70 tuổi, Niels Bohr tự cảm thấy già nua trong việc sáng tạo nên ông chuyên tâm vào việc giảng huấn và cổ động cho hòa bình. Niels Bohr qua đời vào ngày 18 tháng 11 năm 1962 tại tư gia ở Copenhagen. Ông và Albert Einstein là hai nhà đại bác học gây nên ảnh hưởng lớn lao nhất đối với nền vật lý của thế kỷ 20.

Năm 1997, Hội Nghị Quốc Tế về Hóa Học Thuần Lý và Áp Dụng (the International Union of Pure and Applied Chemistry) đã công bố rằng nguyên tố hóa học với nguyên tử số 107 sẽ có tên chính thức là “bohrium” (Bh) để vinh danh nhà đại bác học Niels Bohr.

 Bài đọc thêm:

Gai thoại giải thưởng Nobel: Hai cha con cùng  lãnh giải Nobel

Giáo dục và tự do tư tưởng

Những nhà khoa học bị lãng quên: Lise Meitner

Tiểu sử Lise Meitner

Albert Einstein

© http://vietsciences.free.fr  Phạm Văn Tuấn