Phạm Đinh Liên

Albert Einstein, Nhà Bác Học Danh Tiếng Nhất Của Thế Kỷ Thứ 20

1. TIỂU SỬ

Albert Einstein, sinh ngày 14-03-1879 tại Ulm (Đức), tạ thế ngày 18-04-1955 tại Princeton, New Jersey (Mỹ),  thọ 76 tuổi. Từ thuở tho ấu, Einstein đa ua thích choi cái địa bàn lúc đuợc 5 tuổi, và thích nghiền ngẫm một quyển sách Hình học lúc 13 tuổi. Einstein học tiểu học và trung học ở Thụy Si, tốt nghiệp trung học ngày 30-09-1896 (17 tuổi). Ông ta có rất nhiều năng khiếu về toán học, nhung sau đó thi đậu vào kỳ hai truờng Bách khoa ở Zurich (Thụy Si) năm 1896, bị truợt kỳ đầu. Einstein đa suýt soát đủ điểm để tốt nghiệp truờng Bách khoa này năm 1900, ông ta tự công nhận rằng khi học truờng Bách khoa : “ ông ta không thể theo nổi phần lý thuyết, không thể ghi chép lời thầy giảng dạy để học với tính cách … nhà truờng !”. Tuy nhiên, trong thời gian 4 năm còn học ở truờng và từ 1900 trở đi, ông ta đă tự học lấy một mình (autodidacte) bằng cách đọc những sách của Boltzmann, Helmholtz, Hertz, Maxwell… Trong thời gian từ 1900 cho đến 1902, ông ta đa xin việc ở nhiều noi nhung đều bị từ chối! Từ năm 1902 trở đi, ông ta đuợc nhận vào làm việc ở “Sở xét cấp bằng” tại Berne (Thụy Si), và trong 7 năm sau đó, yên thân, Einstein đa để dành tất cả những buổi tối và những chủ nhật để nghiên cứu và phát minh những lý thuyết làm đảo điên  ngành Vật lý. Luận án Tiến si của ông về “Kích thuớc của phân tử” đa  đuợc trình năm 1905 và đuợc các nhà khoa học quốc tế công nhận những thành tích khoa học của ông.

Einstein, nhà Vật lý và Toán học Đức, đổi sang quốc tịch Thụy Si năm 1900, và sang quốc tịch Mỹ năm 1940. Ông ta có vợ đầu tên Mileva Maric và 3 con Lieserl (gái), Hans-Albert và Eduard (2 trai). Einstein ly dị bà vợ đầu để cuới bà vợ hai năm 1919 (3 tháng sau khi ly dị), một nguời bà con tên là Elsa Löwenthal, sinh truởng ở Berlin. Einstein chết vì đứt mạch máu đầu năm 1955, tro của ông ta đuợc rải rác trong một noi bí mật, tuy thế não và đôi mắt của ông vẫn đuợc ông bác si pháp y giữ gìn sau khi mổ xác.

Về mặt văn nghệ, Einstein đan violon rất hay và rất ua thích Bach và Mozart, đa trình diễn đan violon truớc quần chúng.

2. CÔNG TRÌNH KHOA HỌC.

Hai định đề về thuyết “Tuong đối thu hẹp” đa đua Einstein đến công thức E=mc², có nghia là năng luợng trọn vẹn của một số luợng vật chất bằng trọng luợng của nó nhân với bình phuong của tốc độ ánh sáng (c = 3 ´10 luy thừa 8  m/s). Hai định đề ấy muốn phát biểu :

1) Những định luật vật lý đều có cùng hình thức trong tất cả các hệ thống xác định vị trí bất động.

2) Tốc độ ánh sáng trong chân không có cùng một giá trị trong tất cả các hệ thống xác định vị trí bất động.

Nên nhắc là một hệ thống xác định vị trí gọi là bất động nếu tất cả mọi vật biệt lập (trên các vật đó không có lực nào tác động hết hoặc trên các vật đó hợp lực là số không) trong đó hoặc đều bất động hoặc đều có chuyển động tịnh tiến thẳng đều.

Albert Einstein đa chứng minh, năm 1905, lý thuyết về sự tuong đối E=mc² . Do đó sau này, có  những áp dụng mới mẻ của ngành vật lý hạt nhân nhu hỏa lò nguyên tử, bom nguyên tử v.v… vì công thức đó là nguồn gốc của sự phóng thích năng luợng hạt nhân. Năm 1916, Einstein đa phát minh thêm lý thuyết về tuong đối tổng quát, bàn đến sức hấp dẫn và những hiệu quả của nó trên quy mô lớn. Einstein đuợc giải Nobel về vật lý năm 1921 vì sự giải thích của ông về hiệu quả quang điện.

Hai khái niệm về thuyết tuong đối thu hẹp là :

- Sự giãn nở tuong đối của thời gian. Chúng ta hãy gọi R, hệ thống xác định vị trí (bất động và) cố định (thí dụ quả đất), R’ hệ thống xác định vị trí (bất động và) di chuyển (thí dụ cái hỏa tiển). Kết quả của sự giãn nở tuong đối của thời gian là nếu khoảng cách giữa 2 cái chớp đo trong R’ (hệ thống hỏa tiển) là 1 giây thì trong hệ thống quả đất R, khoảng cách đó bằng g giây với g > 1. Thời gian đó lớn hon 1 giây rất nhiều ! Đó là sự giãn nở của thời gian. Sau đây là một chuyện nguợc đời của một cặp sinh đôi : một nguời trong cặp sinh đôi, sau một cuộc hành trình trong vu trụ với một tốc độ gần bằng tốc độ của ánh sáng, tìm thấy lúc trở lại mặt đất kẻ sinh đôi với mình già hon mình nhiều!

- Sự co rút tuong đối của chiều dài. Chiều dài đo trong hệ thống di chuyển R’ lớn hon chiều dài đo trong hệ thống cố định R. Sau đây là một chuyện nguợc đời của một chiếc xe hoi : chiếc xe hoi chạy vào trong nhà để xe (garage) với một tốc độ thật nhanh đa thấy cái garage ngắn hon chiều dài của xe rất nhiều! Khái niệm về thời gian và kích thuớc vì thế chỉ là tuong đối! 

3. HẬU QUẢ CỦA SỰ TUONG ĐUONG TRỌNG LUỢNG VÀ NĂNG LUỢNG : BOM NGUYÊN TỬ

Ngày 7-12-1941, không quân Nhật bản đa tấn công bất thình lình quân đội Hoa kỳ tại căn cứ Pearl Harbor. Tiếp theo trận tấn công ấy, Hoa Kỳ đa chuyển huớng việc nghiên cứu vào một thứ khí giới vô cùng mới mẻ và kinh khủng … đa bắt buộc Nhật Bản phải đầu hàng không điều kiện và chấm dứt cuộc chiến tranh thế giới lần thứ hai. Chúng ta muốn nói đến bom nguyên tử!

Tất cả đều bắt đầu vào năm 1898, khi nhà vật lý học Rutherford giải thích sự phân rã của vài hạt nhân bởi tính phóng xạ. Tiếp theo đó, Einstein vào năm 1905 đa phát minh công thức nổi tiếng E=mc² về tuong đuong giữa trọng luợng và năng luợng. Trong một lá thu Einstein gửi cho Tổng thống Hoa Kỳ Roosevelt, nguời ta đuợc biết chuyện có thể chế tạo một thứ bom vô cùng hiệu lực dùng năng luợng hạt nhân. Lập tức, Tổng thống Roosevelt ban hành đề án Manhattan, năm 1942, chế tạo bom nguyên tử. Sự nổ của bom nguyên tử là do sự phân rã hạt nhân. Sự phân rã hạt nhân sinh ra bởi sự đụng của một neutron vào một hạt nhân Uranium 235, hay Plutonium 239 trong truờng hợp hai bom nguyên tử năm 1945. Phản ứng hạt nhân dùng cho bom nguyên tử “Littleboy” thả ở Hiroshima, ngày 6-09-1945, là

n  +  235U   →    141Ba  +   92Kr  +  3 n  +  Q  (1)

Những sản phẩm của sự phân rã 235U là Baryum Ba141, Krypton Kr92 và 3 neutron n.    Q là năng luợng phát ra trong phản ứng nói trên, Q = 200MeV

 (MeV: đon vị năng luợng dùng trong Vật lý hạt nhân). Trong sự phân rã hạt nhân, còn có sự phát ra nhiều neutron ngoài năng luợng Q duới dạng nhiệt năng. Những neutron này đuợc dùng để sản xuất sự phân rã của nhiều hạt nhân Uranium 235 khác và cứ thế tiếp tục, ta sẽ có một phản ứng hạt nhân theo dây chuyền, với kết quả là sự phát ra một số luợng nhiệt năng rất lớn. Bom nguyên tử này (235U) có một hiệu lực bằng 13.000 tấn TNT (Trinitrotoluène), còn bom cổ điển có hiệu lực nhất kể đến ngày nay chỉ có hiệu lực khoảng 40 tấn TNT, do đó bom nguyên tử thả ở Hiroshima mạnh hon 300 lần bom cổ điển.

Bom nguyên tử “Fat Man” thả ở Nagazaki ngày 9-09-1945, 3 ngày sau khi bom  “Littleboy” đã tàn phá Hiroshima, dùng sự phân rã của hạt nhân 239Pu, có một hiệu lực bằng 20.000 tấn TNT và đa san bằng thành phố Nagazaki. Bom nguyên tử có 3 hiệu lực tàn phá. Truớc hết, nhiệt năng đuợc tung ra trong không khí bằng một khối lửa có đuờng kính 1 km và nóng đến nhiều triệu độ. Ở trên mặt đất, nhiệt độ lên đến hàng nghìn độ ở điểm chạm đích. Trong một đuờng bán kính khoảng 1 km, tất cả mọi vật đều biến thành tro. Cho đến 4km chung quanh điểm chạm đích, nhà cửa và nguời ta đều cháy ngay tức khắc ; những nguời ở trong vòng bán kính 8 km bị cháy đến độ thứ 3. Sau nhiệt độ, đến phiên làn sóng va chạm tạo nên hiệu lực tàn phá nhu thử một bức tuờng đồ sộ tiến tới với tốc độ 1.000 cây số/giờ. Làn sóng va chạm biến thành tro bụi tất cả những gì ở trong một đuờng bán kính 2 cây số. Trong 90.000 ngôi nhà ở thành thị, 62.000 bị hoàn toàn phá hủy. Hiệu lực thứ ba là hiệu lực của sự nổ hạt nhân, đó là hiệu lực đặc thù nhất của bom nguyên tử và cung là hiệu lực gây chết chóc nhiều nhất. Nó gây ra những bệnh hoạn làm chết nguời từng ngày, từng tháng, từng năm … sau khi bom nổ (ung thu, quái thai …)! Hiệu lực thứ ba này là hậu quả do các chất phóng xạ gây nên, đó là chua kể đến những ảnh huởng trên thời tiết. Bom thả ở Hiroshima đa gây nên 221.000 tử thuong.

Nhiều năm về sau (1954), còn có loại bom gọi là bom H (bom Hydrogène) dựa trên các nguyên tắc : phân rã - phối hợp - phân rã của hạt nhân. Nguyên tắc phân rã nhu đa nói ở trên, xem phản ứng (1). Nguyên tắc phối hợp dùng sức nóng của phản ứng phân rã tạo ra để phối hợp 2 hạt nhân theo phản ứng :

d   +   T  →  4 He  +  n  +  17,6 MeV     (2)

d (hạt nhân của Deutérium), T (hạt nhân của Tritium) đều là những đồng vị với Hydrogène, He là phần tử alpha (hạt nhân của Hélium). Ta thấy trong phản ứng phối hợp d và T này (2), có sự sản xuất neutron với động năng 14 MeV và nhiệt luợng lớn 17,6 MeV. Những neutron này dùng để gây sự phân rã của hạt nhân     238U với sự sản xuất một nhiệt luợng rất lớn. Do đó, 3 nguyên tắc phân rã, phối hợp, phân rã đuợc dùng trong bom H để tạo nên một sức nóng kinh khủng (khối lửa có nhiệt độ cao hon 100 triệu độ). Bom H vô cùng hiệu lực hon bom nguyên tử, vì sức mạnh của nó là 57 Mt (mégatonnes) TNT, vị chi là 5.000 lần mạnh hon bom nguyên tử .

Công trình chế tạo bom nguyên tử ở Phòng Thí nghiệm Quốc gia Los Alamos ở Mỹ, viết tắt là LANL, do nhà Vật lý học Robert Oppenheimer cầm đầu với sự cộng tác của bốn giải thuởng Nobel về Vật lý : Bohr, Chadwick, Fermi và Rabi. Ngày 16-07-1945, thí nghiệm thành công của quả bom nguyên tử đầu tiên !

G.S.T.S. Phạm Đinh Liên

_______________            

Thu mục :

Albert Einstein, Science & Vie, Hors-série (2005)

La bombe atomique, G. Lapointe et Kim Roux

Paris, 9-03-2010