John Sulston – Người giải mã bộ gen người vừa qua đời

Một tin buồn với các nhà y-sinh học trong tuần vừa qua: John Sulston, nhà sinh học người Anh vừa qua đời ở tuổi 75 do bệnh ung thư dạ dày. John Sulston, người được trao giải Nobel Y, Sinh lý học năm 2002, và được biết đến như những nhà nghiên cứu tiên phong trong việc giải mã bộ gen người, và quyết liệt ủng hộ việc truy cập mở miễn phí toàn bộ dữ liệu bộ gen. John Sulston qua đời một cách đột ngột như gây sốc cộng đồng khoa học chỉ sau khoảng một tháng sau khi được chẩn đoán bị mắc ung thư dạ dày.

Giải mã bộ gen giun tròn

John Sulston, sinh ngày 27/3/1942 ở Fulmer, Buckinghamshire (Anh), là con của một mục sư. Sulston được mẹ dạy tại nhà cho đến 5 tuổi mới bắt đầu đến trường và sớm bộc lộ niềm say mê khoa học khi ngày ngày khám phá việc mổ xẻ các con vật và cắt lát các cây cỏ để quan sát cấu trúc. Vì thế, ngay từ khi còn niên thiếu, ông trở nên “trơ” với niềm tin tôn giáo đến từ cha mình, một mục sư Anh giáo (dù ông cũng là một người theo Kito giáo). Ông từng thuật lại cảm nhận của mình về những kiến thức khoa học mà ông đang tiếp nhận “như một sức mạnh áp đảo của bộ óc con người ập đến một cách bất ngờ”. Sulston tốt nghiệp cử nhân hóa ở Pembroke College (Cambridge) và sau đó tiếp tục làm nghiên cứu sinh tại Khoa Hóa học, Đại học Cambridge sau khi vượt qua cuộc phỏng vấn của Alexander R. Todd (nhà hóa học người Anh người từng được trao giải Nobel Hóa học năm 1957). Đề tài nghiên cứu sinh của Sulston tập trung vào cấu trúc của nucleotide và ông nhận bằng tiến sĩ hóa năm 1966.

Sau khi tốt nghiệp, John Sulston làm postdoc ở Mỹ (1966-1969) rồi trở lại Cambridge gia nhập Phòng thí nghiệm Sinh học Phân tử MRC (Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology – MRC LMB), viện nghiên cứu sinh học phân tử nổi tiếng tại Đại học Cambridge. Sếp của Sulston ở Mỹ là Leslie Eleazer Orgel (cũng là một nhà hóa học nổi tiếng người Anh) khi đó rất muốn giữ Sulston ở lại tiếp tục làm việc với mình, nhưng Sydney Brenner (một nhà sinh học người Anh, sau này đã cùng Sulston chia giải Nobel Sinh lý học 2002), giám đốc của MRC-LMB khi đó, đã cố gắng thuyết phục ông trở lại Cambridge làm việc trong đề tài nghiên cứu về cấu trúc thần kinh của giun tròn (Caenorhabditis elegans). Sulston đóng vai trò chủ chốt các nghiên cứu này để đi đến lời giải cho các cơ chế di truyền trong quá trình phát triển cơ phận con người và tử bào (programmed cell death, hay là apoptosis). Họ chọn giun làm đối tượng nghiên cứu vì: a) không dễ dàng dùng chính người làm đối tượng nghiên cứu, b) giun là sinh vật phức tạp hơn vi khuẩn, nhưng lại dễ dàng trở thành đối tượng dùng làm nghiên cứu (Brenner vốn là người tiên phong trong việc dùng giun cho nghiên cứu tử bào). Nhờ phát triển các kỹ thuật phân tích trình tự gen, họ đã tìm ra rằng quá trình chết (hay chính xác là “tự tử”) của tế bào được điều khiển bởi một số gien (được đặt tên là ced-3, ced-4, và ced-9). Quá trình sinh, tử của tế bào là cần thiết cho sự phát triển của con người.

Giải mã bộ gen người và đấu tranh cho việc mở thông tin

Những thành công trong việc giải trình tự gen của giun là kết quả tiền khả thi cho việc xây dựng các dự án giải trình tự gen ở cấp độ lớn hơn, là giải mã bộ gen con người. Thành công của Sulston đã thuyết phục được quỹ Welcome Trust tài trợ một số tiền lớn để thành lập Viện Nghiên cứu Wellcome Sanger (đặt theo tên nhà sinh hóa người Anh Frederick Sanger, người được trao giải Nobel Hóa học năm 1958 cho các nghiên cứu về nucleotide). John Sulston trở thành giám đốc đầu tien của Welcome Sanger Institute từ năm 1992 và lãnh đạo dự án giải mã bộ gen con người Human Genome Project (HGP). Dự án này của John Sulston được coi là cạnh tranh với một dự án tư nhân khác đang được phát triển ở Mỹ bởi nhà di truyền học Craig Venter (công ty Celera Genomics do chính Craig Venter là người thành lập). John Sulston theo đuổi một mục tiêu dựa trên cả đạo đức và nền tảng khoa học rằng các dữ liệu về bộ gen người cần được mở miễn phí, và nó trở thành đối thủ cạnh tranh của Venter, những người theo đổi dự án này cho mục đích thương mại hóa. Những tiếng nói mạnh mẽ từ Sulston đã thuyết phục được hai nhà tài trợ của dự án HGP là Quỹ Welcome Trust (Anh) và Viện Nghiên cứu Sức khỏe Quốc gia (Hoa Kỳ) tăng thêm ủng hộ thành một dự án quốc tế (International Human Genome Sequencing Consortium), mặc dù công ty của Venter khẳng định rằng họ có thể làm với chi phí rẻ hơn và nhanh hơn trong một nửa thời gian.

Cả hai nhóm đều công bố các kết quả thành công và đều tuyên bố chiến thắng (thực tế thì hai nhóm đi đến kết quả theo các phương pháp khác nhau), và sự tranh cãi nảy lửa giữa hai bên dẫn tới cuộc họp báo công bố bởi Tổng thống Mỹ Bill Clinton và Thủ tướng Anh Tony Blair (6/2000) đã phải tuyên bố một kết quả hòa cho cả hai bên, khi cả hai đều hoàn thành hai phần của “bản nháp trình tự”. Vào năm 2003, dự án quốc tế của John Sulston đã công bố toàn văn kết quả trình tự gen với chất lượng cao vào đúng ngày kỷ niệm 50 năm James Watson và Francis Crick phát hiện ra cấu trúc xoắn kép của DNA. Toàn bộ trình dự gen, đúng như tranh đấu của Sulston được mở hoàn toàn, trở thành tài liệu tham khảo cho các nhà khoa học tiếp tục đi tìm hiểu sâu hơn về sinh học người ở cấp độ phân tử.

Vinh danh và qua đời

John Sulston (cùng với Sydney Brenner và Howard Robert Horvitz) được trao giải Nobel Sinh lý học năm 2002 cho những đóng góp vĩ đại của họ cho nghiên cứu giải mã gen giun tròn để từ đó hiểu được cơ chế sinh học tế bào trong con người. John Sulston được biết đến như một nhà nghiên cứu tiên phong trong việc giải mã bộ gen con người, và đấu tranh cho việc truy cập mở đối với các dữ liệu khoa học. Năm 2008, Sulston đã cùng với John Harris thành lập Viện Khoa học, Đạo đức và Sáng tạo tại Đại học Manchester.

John Sulston được phong tước hiệp sĩ năm 2001 và là một trong số 65 người được Nữ hoàng Anh vinh danh năm 2017 cho những đóng góp vĩ đại cho khoa học và cộng đồng. Sulston từng băn khoăn khi mình được phong tước hiệp sĩ vì muốn giành những vinh danh đó cho toàn nhóm nghiên cứu về gen của ông ở Viện Sanger. Sulston là người sống rất giản dị với một chiếc áo thun quen thuộc và bữa trưa tự làm với bánh sandwich kẹp phô mai hàng ngày luôn là câu chuyện vui cho đồng nghiệp ở Viện Sanger. Ông thích đi bộ, làm vườn và giành buổi tối bên gia đình ở Stapleford (một ngôi làng nhỏ ở phía nam Cambridge), hoặc uống một vài ly bia với bạn bè, đồng thời rất ủng hộ và hay tham gia các hoạt động từ thiện, tình nguyện của cộng đồng. Tạp chí Guardian của Anh đã giành một lời kết để nói về John Sulston: “Sulston sống theo nguyên tắc của riêng mình – không bao giờ làm bất cứ điều gì vì tiền, và cho đi một cách lặng lẽ phần lớn những gì mà ông nhận được”.

(Bài viết được viết vội khi tác giả đọc tin buồn về John Sulston, và đã đăng trên Tia sáng, số ra ngày 13/3/2018)

Tham khảo

Bài viết được hoàn thành từ những tư liệu trên báo Guardian, Wikipedia và Vietscience:

https://www.theguardian.com/science/2018/mar/11/sir-john-sulston-obituary

https://www.theguardian.com/science/2002/oct/09/genetics.science

http://vietsciences.free.fr/nobel/medecine/nobelyhoc2002.htm

https://en.wikipedia.org/wiki/John_Sulston

Advertisements

Hồi ký Trường hè Khoa học Việt Nam (kỳ 2)

Lựa chọn học viên

Sự ra mắt của VSSS’01 (2013) đã thành công vượt ngoài mong đợi của chúng tôi. Trước khi khởi động, tôi và Hưng đã dự kiến với nhau rằng thu hút được khoảng 50 học viên đã là một thành công, nhưng con số thực tế còn hơn nhiều so với mong đợi. Chỉ trong có 5 ngày thông báo khóa học (hoàn toàn trên facebook), đã có hơn 100 người nộp CV đăng ký tham dự, và khi đóng cửa hồ sơ (hơn 2 tuần thông báo), chúng tôi đã có tới 180 hồ sơ đăng ký. Ba chúng tôi cùng bàn bạc và đi tới quyết định sẽ chọn 80 hồ sơ tốt nhất để mời tham dự lớp học. Lý do chọn 80 hồ sơ vì:

  • Chúng tôi thích một lớp học vừa đủ để giảng viên có thể tự do giảng bài mà không cần đến các công cụ hỗ trợ kiểu như micro. Nó sẽ cho phép giảng viên thoải mái hơn, không giống như các lớp học tập huấn trong các hội trường lớn;
  • Một số lượng vừa đủ cũng sẽ khiến cho việc tương tác thầy – trò trở nên dễ dàng hơn vì chúng tôi muốn một lớp học mà trò với thầy sẽ có những tranh luận nảy lửa;
  • Nếu số lượng quá nhỏ sẽ khiến chúng tôi khó lựa chọn, đồng thời sẽ khó tạo ra effect lớn cho cộng đồng.
  • 80 là một con số vừa đủ với một phòng hội thảo ở nhà T1 của Đại học Khoa học Tự nhiên ở Thanh Xuân, với sức chứa tối đa tới hơn 90 người

Ba chúng tôi phải cùng đọc và duyệt 180 hồ sơ này, sau đó ngồi chốt lại với nhau để đi tới lựa chọn cuối cùng. Việc này diễn ra trong một đêm trên Skype meeting, hoàn thành sau hơn 6h làm việc liên tục. Danh sách 80 học viên cuối cùng được chọn ra lúc hơn 3h đêm sau vô số tranh cãi rằng bạn X là rất có tiềm năng nên chọn, bạn Y thì không thật sự chứng tỏ thích thú nghiên cứu dù CV rất pro,… Việc này sau này luôn trở thành quen thuộc với Ban Chương trình của VSSS: làm việc online để chốt lại việc chọn danh sách, thâu đêm cãi cọ để lựa chọn những người xứng đáng và chốt lại danh sách lúc gần sáng (Hưng luôn là người phải thức thâu đêm trong suốt 5 năm qua cho những cuộc họp kiểu này).

Việc chọn lựa học viên luôn là thứ gây tranh cãi nhiều nhất trong nội bộ những người tổ chức Trường hè. Lựa chọn một người có hồ sơ xuất sắc (một CV chuẩn bị rất đẹp với nhiều thành tích nổi bật, năng nổ trong các hoạt động,..), hay một người có tiềm năng trở thành nhà nghiên cứu, hay một người thể hiện sự say mê theo con đường nghiên cứu,.. Chúng tôi thống nhất với nhau lựa chọn theo hình thức chấm điểm thông qua các tiêu chí:

  • Sự chuẩn bị CV + cover letter,..
  • Sự thể hiện lòng yêu thích con đường nghiên cứu khoa học
  • Tiềm năng có thể theo đuổi con đường nghiên cứu trong tương lai
  • Các thành tích học tập nghiên cứu thể hiện trong CV

Mỗi ứng viên sẽ được chấm điểm bởi tất cả các thành viên ban Chương trình theo các tiêu chí trên và cộng tổng điểm, rồi xếp theo thứ tự từ cao đến thấp. Trong các tiêu chí này, tiêu chí (1) và (4) tương đối dễ đánh giá, nhưng các tiêu chí (2) và (3) là không dễ dàng. Nhưng cuộc sống là vậy, chẳng điều gì có thể tuyệt đối khách quan, và đã là so sánh, lựa chọn thì khó tránh khỏi những đánh giá chủ quan.  Từ kỳ VSSS’02 trở đi, sau khi công bố kết quả lựa chọn, chúng tôi vẫn luôn nhận được rất nhiều “khiếu nại” từ những người nộp hồ sơ, ví dụ như:

  • Hồ sơ của em rất pro, tại sao em không được chọn? –> thực tế là ứng viên có hồ sơ quá xuất sắc và chúng tôi cho rằng khóa học này quá nhỏ với bạn, vì những CV của bạn đã cho thấy tất cả những kỹ năng dạy ở Trường hè này bạn đều đã học thuần thục, và chúng tôi cho rằng bạn nên nhường cho các bạn có hồ sơ kém hơn chút, nhưng cần các kỹ năng này;
  • Hồ sơ cũng rất tốt, tại sao,..? –> Có không ít các bạn từng du học đại học, master ở các nước phương Tây tham gia ứng tuyển, và chúng tôi đã loại không ít các ứng viên này vì cho rằng họ đã được đào tạo rất bài bản ở trường học những kỹ năng mà chúng tôi sẽ dạy
  • Hồ sơ của em rất tốt,.. tại sao..? –> Có một nhóm không nhỏ các hồ sơ chuẩn bị rất tốt, nhưng những lời bộc bạch lại không bày tỏ việc có ý định theo đuổi nghiên cứu trong tương lai (ví dụ như nhiều bạn bày tỏ mong muốn sẽ trở thành những nhà kinh doanh tài xuất sắc,..)

Và từ năm thứ hai trở đi, số lượng hồ sơ đăng ký bùng nổ đột biến, luôn vượt con số 300-500 người đăng ký và việc xét duyệt hồ sơ luôn là một việc chẳng dễ dàng gì.

Có một chuyện rất thú vị là từ hồ sơ đăng ký làm học viên, chúng tôi thậm chí tìm ra thêm giảng viên cho Trường hè, đó là Trường hợp của Tô Mai Hương và Nguyễn Thu Hường (VSSS’03 – 2015). Hai nữ nhà khoa học này dù đều có bằng PhD ở nước ngoài mới về Việt Nam, và đã nộp hồ sơ đăng ký tham dự VSSS vì cho rằng họ rất thiếu những kỹ năng mà chúng tôi đang giảng dạy. Chúng tôi đã trực tiếp phỏng vấn hai bạn, và quyết định mời cả hai tham dự VSSS’03 với vai trò trợ giảng cho lớp học, và sau đó họ đã cùng tham gia giảng dạy và tổ chức các kỳ VSSS tiếp theo.

(Còn nữa…)

Hồi ký Trường hè Khoa học Việt Nam (kỳ 1)

Đây là những dòng tự thuật của bản thân tôi về một hoạt động giáo dục mà tôi là một trong những người sáng lập và điều hành: Trường hè Khoa học (Vietnam Summer School of Science, VSSS) với mong muốn sẽ có thêm nhiều nhà khoa học Việt Nam hiểu hơn về nó, cùng chung tay với chúng tôi phát triển nó vì tương lai khoa học Việt Nam. Nghe cụm từ “vì tương lai khoa học Việt Nam” có thể quá cao cả và xa vời, nhưng có thể hiểu đơn giản hơn chút, cùng truyền cảm hứng khoa học cho giới trẻ.

VSSS ra đời như thế nào

Tháng 7/2013, tôi kết thúc hợp đồng với Đại học Quốc gia Singapore (NUS) và có một kỳ nghỉ 3 tháng ở Hà Nội trước khi bắt đầu công việc mới ở Đan Mạch. Kỳ nghỉ này có lẽ là dài nhất và cũng nhiều sóng gió nhất đối với tôi kể từ khi bắt đầu bước chân vào con đường khoa học. Nhân dịp này, tôi có thăm lại cơ quan cũ (nơi tôi bắt đầu sự nghiệp nghiên cứu của mình) và một số trung tâm nghiên cứu ở Hà Nội. Tôi đã gặp lại nhiều đồng nghiệp cũ và nhiều nhà khoa học, giảng viên đại học trẻ (mới tốt nghiệp đại học). Tôi cứ ngỡ không khí khoa học và học thuật ở các trung tâm nghiên cứu giờ phải chuyên nghiệp lắm khi đọc những bài báo về các tấm gương khoa học ở Việt Nam, nhưng hóa ra tình trạng vẫn chẳng khác gì cách đó hơn 3 năm khi tôi mới tốt nghiệp từ Anh trở về Việt Nam: không khí chơi game online thật sôi động trong các văn phòng, kinh doanh bất động sản vẫn luôn là chủ đề thảo luận sôi nổi thay cho các vấn đề học thuật chán ngắt,.. Các cán bộ khoa học trẻ, những người tôi cứ nghĩ rất năng động và đang sôi nổi trong các vấn đề khoa học thì có vẻ như vẫn rất tích cực học hỏi từ các đàn anh trong các vấn đề sôi nổi đó. Một câu hỏi cá nhân (mà tôi khá dị ứng) mà tôi rất hay được hỏi: làm ở nước ngoài lương bao nhiêu? (và tiếp sau câu trả lời của tôi sẽ là những câu quảng cáo còn khiếp hơn: “oài, có vài ngàn đô, về đi buôn đất còn giàu hơn”; hay là “giờ làm khoa học ở nhà tiền nhiều lắm, có khi còn hơn nước ngoài, về đi em!!”,..vv.. ). Những sinh viên đang học đại học lại cho tôi thấy sự tích cực hơn bằng nhiều câu hỏi và băn khoăn liên quan tới vấn đề nghiên cứu khoa học và vấn đề sự nghiệp tương lai. Những hình ảnh về các sinh viên, các đồng nghiệp trẻ cứ vấn vương mãi trong đầu tôi.

Thật may mắn lúc đó tôi gặp Lưu Quang Hưng, một người bạn học cùng khóa thời đại học (Hưng học khoa Toán, tôi học khoa Lý), và đang là đồng nghiệp của tôi ở NUS, cũng đang về nghỉ hè ở Hà Nội. Hưng chia sẻ cùng tôi những thực tế mà tôi vừa gặp và hỏi tôi: “Có cách gì thay đổi thực tế này không nhỉ?” Trong một vài phút ngắn ngủi, cả hai đứa cùng nảy ra một khóa học truyền cảm hứng bằng cách kỹ năng nghiên cứu và định hướng nghề nghiên cứu. Chúng tôi bàn luận sôi nổi về chuyện khóa học này sẽ như thế nào, giành cho ai,.. thế nhưng chỉ có hai thằng với hai bàn tay trắng thì làm được gì không. Hưng hỏi tôi: “Liệu hai thằng mình có làm được gì không nhỉ?” Tôi quả quyết: “Phải làm Hưng ạ, nếu giờ không làm, vài năm nữa chúng ta sẽ hối tiếc vì sẽ qua đi tuổi thanh xuân đang tràn đây sức lực.” Thế là hai chúng tôi đi đến quyết định sẽ bắt đầu kế hoạch này. Trường hè Khoa học có thể coi như được phôi thai từ cuộc nói chuyện này. Tôi và Hưng bàn chuyện này cùng anh Giáp Văn Dương, người từng là đồng nghiệp với chúng tôi ở NUS gần 1 năm trước đó. Lúc này anh Dương đã trở lại Việt Nam và bắt đầu khởi nghiệp bằng Giapschool, vẫn còn đang ngổn ngang bao khó khăn. Anh Dương ủng hộ chúng tôi ngay lập tức và trở thành người thứ ba sáng lập ra VSSS. Nhưng ban đầu cả ba chúng tôi cũng khó mà làm được gì nếu như không có sự ủng hộ từ một số cán bộ Đại học Quốc gia Hà Nội.

Ban đầu, chúng tôi dự định làm một lớp học độc lập, miễn phí và chả cần một cơ quan nào host. Nhưng rồi chúng tôi nhận thấy sẽ vướng phải các vấn đề pháp lý trong việc tổ chức các hội thảo,.. nên nghĩ đến việc tìm một trường đại học để host khóa học này. Tôi và Hưng nghĩ ngay đến trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, nơi chúng tôi từng học (thú thật là đây là “tư lợi cá nhân”, luôn muốn trường cũ của mình hưởng lợi trước). Hưng tìm đến chị Trịnh Thị Thúy Giang, lúc đó là Trưởng phòng Tổ chức Cán bộ. Khi đọc bản kế hoạch và nội dung Trường hè, chị Giang ủng hộ ngay lập tức: “Những nội dung hay như thế này thì phải ủng hộ ngay, nhà trường rất muốn đào tạo những kỹ năng này cho sinh viên và cán bộ trẻ mà chưa làm được!” Chị Giang ngay lập tức cùng anh Nguyễn Thanh Bình, tân trưởng phòng Chính trị và Công tác Sinh viên, người thứ hai ở ĐHKHTN ủng hộ chúng tôi, chuẩn bị tất cả những thứ để chúng tôi có thể bắt đầu trường hè từ con số 0: một giảng đường rộng ấm cúng chứa được 100 sinh viên cùng các thiết bị giảng dạy cần thiết (máy chiếu, máy tính,..), và những thứ phụ mà không kém phần quan trọng cho các lớp học: trà, cà phê, bánh ngọt cho các buổi giải lao của Trường hè. Một khởi đầu không thể tốt hơn cho lớp học của chúng tôi.

Trường hè dạy những gì?

Với những sự ủng hộ ban đầu không thể tốt hơn, tất cả chúng tôi cần làm là chuẩn bị nội dung giảng dạy, giảng viên và tuyển sinh. Tôi và Hưng đã cùng thống nhất tên gọi đầu tiên của Trường hè là “Hành trang khoa học” (các tên gọi sau này của Trường hè đều do Hưng đề xuất và tôi thấy rất hợp lý), với những nội dung chính như sau:

  • Hành trang khoa học: bao gồm những tư duy cơ bản nhất về phương pháp khoa học và tự do học thuật, những kiến thức cơ bản về nghiên cứu khoa học và môi trường khoa học ở bậc cao (đại học, viện nghiên cứu,..);
  • Kỹ năng khoa học: các kỹ năng mềm cho nghiên cứu khoa học, các kỹ năng trình bày khoa học và viết bài báo khoa học, tiếng Anh cho học thuật;
  • Đạo đức khoa học và vấn đề đạo văn, trích dẫn;
  • Du học nước ngoài và học bổng du học;

Bây giờ là việc tìm kiếm những người dạy Trường hè. Trên thực tế thì kiếm một người dạy không hề khó, nhưng những người dạy thực sự tạo nên sự khác biệt không hề dễ dàng. Ba chúng tôi muốn một lớp học khác hoàn toàn với những lớp học truyền thống ở Việt Nam, và có dáng dấp hiện đại như những khóa học “summer school” mà chúng tôi từng theo học ở nước ngoài. Đó là một lớp học truyền cảm hứng thực sự, không phải là lớp học thầy đọc trò chép, hay trò ngồi im ngoan ngoãn uống từng lời của thầy giáo, mà là một lớp học đầy ắp không khí thảo luận, đầy ắp sự nghi ngờ, đầy ắp sự tìm tòi và khám phá. Vì thế, người dạy phải là những người có khả năng truyền cảm hứng thật sự, vừa trẻ trung và phải đã từng làm khoa học đích thực. Mảng tiếng Anh cho học thuật, tôi may mắn mời được cô Hồ Huyền, cô giáo cũ của tôi ở ĐHKHTN, ngoài ra Hưng mời thêm hai nhân vật trẻ khác là Phạm Thái Sơn và Ngô Đức Thành. Vậy là có tất cả 6 giảng viên của Trường hè kỳ đầu tiên cùng truyền cảm hứng cho sinh viên và cùng làm nên thành công ngoài mong đợi.

(Còn nữa)

Magnetic Skyrmion: Cấu trúc từ mới cho các linh kiện spintronics

Giải Nobel Vật lý 2016 được trao cho ba nhà vật lý học người Anh (J. Michael Kosterlitz, Duncan Haldane, và David J. Thouless) cho các nghiên cứu về chuyển pha topo trong vật lý chất rắn. Người ta kỳ vọng các nghiên cứu về chuyển pha topo có thể giúp hiểu các quá trình vật lý ở các hệ thấp chiều, cho các ứng dụng trong các thế hệ linh kiện điện tử kiểu mới, mà điển hình là spintronics (hãy tìm đọc các bài viết trước của tôi về spintronics). Một hướng nghiên cứu mới nổi gần đây hứa hẹn những đột phá mới trong spintronics là sự hình thành và điều khiển các cấu trúc từ skyrmion, một dạng sai hỏng topo cấu trúc từ.

Skyrmion là gì?

Skyrmion là một dạng giả hạt (quasiparticle) được tạo thành từ các momen từ. Sự hình thành của các Skyrmion được dự đoán trong mô hình lý thuyết của nhà vật lý học người Anh Tony Skyrme (1922 – 1987) trong bài báo của ông vào năm 1962 [1].  Skyrme dự đoán về một loại giả hạt tồn tại trong các vật liệu từ dưới dạng một sai hỏng topo mà cấu trúc từ của nó bền vững hơn rất nhiều so với cấu trúc từ khác là đơn đômen do sự bố trí hợp lý của các momen từ. Thực chất thì bài báo của Skyrme ban đầu chỉ dự đoán về hành vi của các giả hạt này trong các meson và baryon (mà cụ thể là neutron và proton) – vì Skyrme là một nhà vật lý hạt nhân –  nhưng sau này nó được mở rộng dự đoán trong các vật liệu rắn. Vào năm 1982, khái niệm này được chính thức gọi là Skyrmion và đem lại Huy chương Vật lý Hughes danh giá của Royal Society trao tặng cho Skyrme.

Cấu trúc từ trong các Skyrmions tồn tại trong màng siêu mỏng MnSi (S. Mühlbauer et al. Science 323, 915-919 (2009).)
Hình 1. Cấu trúc từ trong các Skyrmions tồn tại trong màng siêu mỏng MnSi (S. Mühlbauer et al. Science 323, 915-919 (2009).)

Skyrmion được thực nghiệm quan sát trong các cấu trúc từ vào năm 2009 trong công trình đăng trên Science của nhóm Christian Pfleiderer ở TU Munich (Đức) [2]. Nhóm của Pfleiderer đã lần đầu tiên khẳng định sự tồn tại của cấu trúc Skyrmion trong các màng siêu mỏng làm từ vật liệu MnSi ở nhiệt độ 29.5 K. Cấu trúc này được xác định nhờ những đo đạc cấu trúc từ chính xác bằng phân tích tán xạ neutron (hình 1). Kết quả này đã ngay lập tức hút các nhà vật lý đổ xô vào nghiên cứu về sự hình thành cấu trúc Skyrmion và tìm các ứng dụng mới cho dạng cấu trúc từ này.

Skyrmion và ứng dụng

Quay trở lại với cấu trúc từ, bạn có thể đã biết một vật liệu từ phân bố các momen từ của mình theo dạng các đômen từ mà trong mỗi đômen từ độ hướng song song theo một chiều nhất định. Sự phân bố này nhằm cực tiểu hóa năng lượng vi từ để tạo sự bền vững cấu trúc từ. Một vật từ có thể bao gồm nhiều đômen – và ta sẽ có cấu trúc đa đômen. Hoặc khi kích thước nó giảm xuống đến mức tới hạn, toàn vật từ sẽ chỉ là một đômen đơn nhất – bạn sẽ có cấu trúc đơn đômen. Đa đômen thực chất dễ tồn tại hơn trong khi đơn đômen về mặt năng lượng thường tỏ ra kém bền vững hơn. Một khi kích thước tăng lên, nó sẽ đe dọa sự tồn tại của đơn đômen. Còn ở cấu trúc đa đômen, bạn sẽ có các sai hỏng ngăn cách giữa các đômen gọi là vách đômen mà ở đó momen từ sẽ từ từ thay đổi từ chiều của đômen này sang chiều của đômen khác. Skyrmion cũng là một trong các dạng sai hỏng đó, nhưng nó hiếm gặp hơn nhiều. Momen từ trong Skyrmion sẽ thay đổi theo dạng các xoáy từ trong kích thước rất nhỏ (gọi là các vortex) mà qua đó, năng lượng vi từ sẽ được cực tiểu hóa tới mức rất bền vững (hình 2) nên nó tuân theo các quá trình chuyển pha topo.

Hình 2. Sự phân bố các momen từ trong hai kiểu Skyrmion (ảnh từ wikipedia.org).
Hình 2. Sự phân bố các momen từ trong hai kiểu Skyrmion (ảnh từ wikipedia.org).

Sự bền vững của cấu trúc Skyrmion được đặc biệt yêu thích vì nó tồn tại ở các kích thước rất nhỏ, sẽ là một nơi tuyệt vời để lưu trữ các bit thông tin. Người ta cũng tìm ra cách điều khiển các Skyrmion bằng dòng spin với mật độ rất thấp [3] do đó nó trở thành một cấu trúc tuyệt vời cho các linh kiện lưu trữ thông tin mật độ cao, tiêu tốn ít năng lượng trong công nghệ spintronics tương lai [4].

Trên đây chỉ là những tóm tắt rất đơn sơ về Skyrmion, một hướng nghiên cứu mới trong từ học và spintronics. Bạn có thể đọc nhiều bài báo khoa học về các nghiên cứu mới về Skyrmion đăng trên một số báo đặc biệt của tạp chí New Journal of Physics (IOP Publishing) [5].  Số báo này được mở miễn phí hoàn toàn cho mọi độc giả nên bạn có thể đọc toàn văn của tất cả các bài trong số báo này.

Tài liệu tham khảo

[1] T.H.R. Skyrme, A unified field theory of mesons and baryons, Nuc. Phys. 31, 556-569 (1962).

[2] S. Mühlbauer, B. Binz, F. Jonietz, C. Pfleiderer, A. Rosch, A. Neubauer, R. Georgii, P. Böni, Skyrmion Lattice in a Chiral Magnet, Science 323, 915-919 (2009).

[3] J. Iwasaki, M. Mochizuki,  N. Nagaosa, Current-induced skyrmion dynamics in constricted geometries, Nature Nanotech. 8, 742-747 (2013).

[4] G. Finocchio, F. Büttner, R. Tomasello, M. Carpentieri, and M. Kläui, Magnetic skyrmions: from fundamental to applications, J. Phys. D: Appl. Phys. 49, 423001 (2016).

[5] New Journal of Physics (2016): Focus on Magnetic Skyrmions.

Giải Nobel Vật lý cho các nghiên cứu về chuyển pha topo

Ba nhà vật lý người Anh – Mỹ, David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane và J. Michael Kosterlitz vừa được trao giải thưởng Nobel Vật lý năm 2016 cho các khám phá lý thuyết của họ về các trạng thái pha topo và chuyển pha topo trong vật lý chất rắn (“for theoretical discoveries of topological phase transitions and topological phases of matter” – như tóm lược của Ủy ban Nobel). David Thouless sẽ nhận một nửa giải, trong khi nửa còn lại được chia đều cho Haldane và Kosterlitz. Giải thưởng này được trao cho những nghiên cứu lý thuyết của ba nhà vật lý học, được bắt đầu từ những năm 70-80 khi họ còn làm việc ở Anh trước khi chuyển sang làm việc ở Mỹ.

David Thouless (1934) sinh ra ở thị trấn Bearsden (Greater Glasgow, Scotland), tốt nghiệp Đại học Cambridge (Anh), làm postdoc ở Đại học California, Berkeley (Mỹ) và nhận bằng tiến sĩ ở Đại học Cornell (Mỹ) trước khi trở thành giáo sư toán lý ở Đại học Birmingham (Anh) vào năm 1965. Ông bắt đầu nghiên cứu về lý thuyết chuyển pha siêu dẫn dựa trên topo lượng tử từ năm 1965. Duncan Haldane (1951) sinh ra ở thủ đô London (Anh), tốt nghiệp Đại học Cambridge (cử nhân và tiến sĩ) trước khi sang Mỹ làm nghiên cứu ở Bell Labs và trở thành giáo sư vật lý lý thuyết ở Đại học Princeton (Mỹ). Haldane theo đuổi các nghiên cứu lý thuyết về siêu lỏng và hiệu ứng Hall lượng tử phân số (Fractional quantum Hall effect). John Michael Kosterlitz (1942) sinh ra ở thành phố Aberdeen (Scotland), học đại học ở Đại học Cambridge và tốt nghiệp tiến sĩ ở Đại học Oxford (Anh). Kosterlitz từng làm postdoc với Thouless ở Birmingham trước khi được bổ nhiệm làm giảng viên, và sau đó là phó giáo sư (Reader) ở Birmingham, và hiện nay đang là giáo sư ở Đại học Brown (Mỹ). Ông đã cùng Thouless hợp tác phát triển lý thuyết chuyển pha topo trong siêu dẫn, các hiện tượng thủy tinh spin,..

Một ví dụ về chuyển pha topo của các xoáy vortex trong lớp mỏng (hình từ Physicsworld) trong các nghiên cứu của Thouless và Kosterlitz
Một ví dụ về chuyển pha topo của các xoáy vortex trong lớp mỏng (hình từ Physicsworld) trong các nghiên cứu của Thouless và Kosterlitz

Kosterlitz và Thouless được đặt tên trong hiện tượng chuyển pha topo lượng tử (The Kosterlitz–Thouless transition) – một chuyển pha trong không gian 2 chiều ở nhiệt độ rất thấp mà ở đó một cặp liên kết xoáy thuận (vortex) và xoáy nghịch (antivortex) của các spin điện tử sẽ bị phá vỡ thành các cặp vortex và antivortex không kết cặp khi chuyển pha nhiệt độ tới hạn. Một trong những công trình tiêu biểu của lý thuyết này là bài báo của hai ông đăng trên tạp chí Journal of Physics C: Solid State Physics (http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0022-3719/6/7/010/meta), đến nay được gần 6000 lần trích dẫn. Lý thuyết của Thouless và Kosterlitz dựa trên sự chuyển pha ở các lớp mỏng hai chiều mà ở đó các sai hỏng topo đóng vai trò chính. Lý thuyết này rất quan trọng cho các nghiên cứu về siêu dẫn nhiệt độ cao. Thouless còn phát triển lý thuyết chuyển pha topo hai chiều trong các màng mỏng dẫn điện để giải thích hiệu ứng Hall lượng tử phân số như các chất lỏng topo lượng tử.

Khoảng thời gian đó, Haldane nghiên cứu về tính chất chuỗi của các nguyên tử từ tính trong sự đóng có mặt của đối xứng không gian. Ông đã chỉ ra rằng các chuỗi từ tính có các tính chất cơ bản khác nhau phụ thuộc vào spin của các nguyên tử. Ông đã chỉ ra rằng các chuỗi chẵn (có spin nguyen) là định xứ topo (và đối xứng điểm không bị phá vỡ) trong khi các cuỗi lẻ (spin bán nguyên) không phải là định xứ topo (và đối xứng điểm bị phá vỡ). Nghiên cứu của Haldane cực kỳ quan trọng cho các hiện tượng về spin điện tử trong các chuyển pha topo ở các lớp mỏng 2D hay cả khối 3D như ở các chất cách điện, siêu dẫn hay kim loại.

Nếu như các nghiên cứu của Haldane hầu hết làm ở Mỹ (ông chỉ làm việc ở Anh đến hết bậc nghiên cứu sinh ở Cambridge), thì Kosterlitz và Thouless đã thành danh ở Anh (họ là các giáo sư ở Birmingham với các nghiên cứu về chuyển pha Kosterlitz–Thouless) trước khi sang “làm giàu” ở mảnh đất Mỹ màu mỡ. Nước Mỹ giàu có vẫn luôn là nơi hút các nhân tài của Anh sang sống và làm việc. Trường hợp của Kosterlitz và Thouless cũng tương tự như một người Anh khác nhận giải Nobel Hóa học sau đó một ngày, Sir James Fraser Stoddart (1942), cũng đang là giáo sư ở Mỹ (Đại học Northwestern). Stoddart cũng là nhà hóa học thành danh ở Anh (ông học đại học và tiến sĩ ở Đại học Edinburgh, Scotland; làm nghiên cứu sau tiến sĩ và giảng viên ở Đại học Sheffield, rồi làm giáo sư, giữ ghế giáo sư hóa hữu cơ ở Birmingham trước khi sang Mỹ tiếp tục làm giáo sư).

Ngoài ra, một điều khá thú vị là rất nhiều bài báo quan trọng trong các nghiên cứu của ba nhà vật lý học người Anh đều được đăng ở tạp chí Journal of Physics C, một tạp chí có chỉ số ảnh hưởng (impact factor) không có gì làm cao lắm (2.2). Điều này cho thấy đánh giá một công trình nghiên cứu không thể chỉ nhìn vào chỉ số IF của tạp chí.

Dưới đây là một số bài báo quan trọng trong nghiên cứu của ba nhà vật lý có thể download miễn phí

Khơi gợi và nuôi dưỡng tình yêu khoa học trong giới trẻ

TS. Ngô Đức Thế và TS. Lưu Quang Hưng, hai nhà nghiên cứu Việt Nam ở nước ngoài, đã chia sẻ với Tạp chí Tia Sáng những suy nghĩ và mục tiêu mà họ hướng đến khi thành lập Trường hè Khoa học, một khóa học diễn ra vỏn vẹn vài ngày mỗi năm nhưng bước đầu đã thực hiện được điều họ mong đợi: góp phần khơi gợi và nuôi dưỡng tình yêu khoa học trong các bạn trẻ.

Những ngày đầu gian nan

Khi còn cùng làm việc tại Đại học Quốc gia Singapore (NUS), ba nhà khoa học trẻ Ngô Đức Thế, Lưu Quang Hưng và Giáp Văn Dương luôn băn khoăn về sự thờ ơ của giới trẻ với khoa học và nghề nghiên cứu. Những câu hỏi ấy vẫn luôn được gợi lên trong những cuộc thảo luận về khoa học của họ với nhóm các đồng nghiệp người Việt ở NUS. Làm gì để cổ vũ giới trẻ có thêm dũng khí theo đuổi con đường nghiên cứu đầy chông gai mà chính bản thân họ cũng đang phải đối mặt?

Khi chia tay nhau ở Hà Nội để chuẩn bị mỗi người tới một phương trời mới, cả ba cùng tìm thấy câu trả lời cho băn khoăn này, đó là tổ chức một lớp học dành cho những sinh viên yêu thích khoa học nhằm trang bị những kỹ năng và hành trang cơ bản từ những trải của những người đi trước. Xa hơn, trường hè còn có thể truyền thêm nhiệt huyết và nuôi dưỡng tình yêu dành cho khoa học của các bạn trẻ. Trường hè Khoa học Việt Nam (Vietnam Summer School of Science, VSSS) đã ra đời vào tháng 8 năm 2013 trong hoàn cảnh đó.

Trong quá trình chuẩn bị tổ chức, hàng loạt những vấn đề đã lần lượt nảy sinh: để thu hút các em quan tâm hơn đến khoa học thì cần những nội dung bài giảng gì; thời lượng bao nhiêu là phù hợp cho khóa học; lấy ở đâu ra kinh phí (dự kiến hàng chục triệu) để mở lớp khi chẳng ai sẵn lòng tài trợ cho ý tưởng họ chưa nhìn thấy, thậm chí là lĩnh vực chẳng mang lại tác dụng quảng bá gì với doanh nghiệp; liệu các bạn trẻ sẽ đón nhận ra nó sao, có sinh viên nào thật sự quan tâm đến lớp học như vậy không khi luôn có hàng trăm hoạt động khác hấp dẫn hơn? Tìm đâu ra sinh viên chỉ trong vòng có vài tuần trong bối cảnh các em đang đều về quê nghỉ hè? Rất nhiều những câu hỏi khác những người tổ chức phải tự đặt ra cho mình và loay hoay tìm giải pháp.

Thật may, ý tưởng của nhóm đã nhận được sự ủng hộ nhiệt thành của lãnh đạo trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội, đặc biệt là của TS. Trịnh Thị Thúy Giang. TS. Giang là người đã giúp kết nối với lãnh đạo nhà trường nhằm hỗ trợ cơ sở vật chất, đồng thời bảo lãnh về nội dung để Trường hè có thể đi vào hoạt động từ con số 0 tròn trĩnh.

Trường hè khoa học đầu tiên đã diễn ra trong hai ngày, mùng 5 và 6 tháng 8 năm 2013. Một lớp học ấm cúng với 80 học viên ưu tú nhất được chọn từ hơn 180 hồ sơ nộp trực tuyến. Sáu giảng viên trẻ (nhóm ba người đầu tiên cùng với ba giảng viên đại học trẻ khác, PGS.TS. Ngô Đức Thành, TS. Phạm Thái Sơn và ThS. Hồ Huyền) thay nhau giảng 6 bài. Số lượng các bạn trẻ đăng ký học vượt xa mong đợi ban đầu của họ, góp phần tạo nên một không khí lớp học sôi nổi chưa từng có. Suốt hai ngày liên tiếp, các bài giảng diễn ra từ 8h sáng tới 7h tối nhưng không học viên nào bỏ về giữa chừng, thậm chí đa phần còn nán lại với nhiều câu hỏi và thảo luận cùng các giảng viên.

Nuôi dưỡng tình yêu khoa học trong giới trẻ

Luôn coi trường hè là nơi những nhà khoa học trẻ đi trước thể hiện trách nhiệm dìu dắt những thế hệ tiếp theo, VSSS đã tập hợp được một bộ khung chương trình giảng dạy với sự tham gia của những nhà khoa học trẻ có chuyên môn tốt và giàu nhiệt huyết. Lối giảng dạy tươi mới, cởi mở, đa chiều và phong phú về nội dung là những ưu điểm của Trường hè và may mắn luôn được các học viên đón nhận. Điều bất ngờ là các giảng viên đều tham gia tự nguyện tham gia, không đòi hỏi bất kỳ một khoản thù lao nào, chỉ với một mục đích là nỗ lực nuôi dưỡng tình yêu khoa học trong các bạn trẻ.

Thành công ở lần tổ chức đầu tiên đã thắp lên niềm tin cho nhóm sáng lập tiếp tục duy trì và phát triển Trường hè. Ngay sau khi chương trình kết thúc, Ban tổ chức đã nhận được những phản hồi tích cực của cộng đồng bạn trẻ yêu thích nghiên cứu về mục tiêu, nội dung cũng như phương pháp giảng dạy. Với sự ủng hộ nhiệt thành này, các kỳ trường hè tiếp theo chứng kiến sự mở rộng quy mô học viên và sự ủng hộ của nhiều nhà khoa học trẻ đang làm việc trong nước bằng việc cùng tham gia tổ chức giảng dạy như TS. Nguyễn Đức Dũng (Đại học Bách khoa Hà Nội), TS. Đặng Văn Sơn (Đại học Quốc gia Hà Nội)… Các kết quả tích cực giúp Trường hè nhận được sự ủng hộ của một số tổ chức khác như Viện VEPR (Đại học Quốc gia Hà Nội), Trung tâm DEPOCEN, Công ty Trung Nguyên, Công ty AlphaSchool, Công ty AlphaBooks.

Cho đến năm 2016, Trường hè Khoa học đã qua bốn kỳ tổ chức liên tiếp. Số lượng sinh viên quan tâm các chương trình học của Trường hè ngày một tăng. Mặc dù quy mô lớp học mỗi năm đã được tăng lên gần gấp ba (trên 200 người) nhưng số lượng hồ sơ nộp hàng năm luôn ở mức trên dưới 500. Đồng thời, Ban tổ chức cũng nhận được những phàn hồi rất tích cực từ các bạn học viên về sự thú vị và những điều bất ngờ mà chương trình mang lại.

Vì vậy từ chỗ chỉ gói gọn trong các nội dung về khoa học tự nhiên và kỹ thuật, các bài giảng của Trường hè đã được mở rộng ra nhiều nội dung về khoa học xã hội, kinh tế, nghệ thuật nhờ sự tham gia tích cực của nhiều giảng viên mới ở các lĩnh vực này như TS. Nguyễn Ngọc Anh (DEPOCEN), TS. Nguyễn Tô Lan, TS. Trần Trọng Dương (Viện Nghiên cứu Hán Nôm, Viện Hàn lâm KHXH Việt Nam), TS. Nguyễn Đức Thành, TS. Phạm Sỹ Thành (Viện nghiên cứu kinh tế VEPR, đại học Quốc gia HN),.. và nhiều nhiều nhà khoa học khác đang làm việc tại Việt Nam.

Ảnh hưởng của trường hè

Qua bốn lần tổ chức, nội dung khung của trường hè đã được định hình rõ nét. Nội dung chính bao gồm các bài giảng về: phương pháp luận khoa học, tư duy phản biện, tư duy nghiên cứu, kỹ năng công bố công trình khoa học, đạo đức của người làm khoa học và cách trích dẫn, các kinh nghiệm hữu ích nhằm chuẩn bị theo đuổi sự nghiệp nghiên cứu, chuẩn bị hồ sơ xin việc trong lĩnh vực học thuật, cách tìm kiếm học bổng du học. Bên cạnh dàn bài khung đó, mỗi năm sẽ có những bài giảng “mềm” mới về khoa học ứng dụng và nghệ thuật.

Kể từ trường hè lần thứ ba (2015), một nội dung mới được đưa vào là tương tác, nhằm rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm và các tình huống khoa học giả định, bất ngờ trở thành nội dung sôi nổi nhất của kỳ trường hè các năm sau đó. Qua khảo sát sau chương trình, hơn 80% học viên đã đánh giá các bài tập nhóm và tương tác ở mức độ “rất hữu ích”.

Sau bốn kỳ tổ chức, VSSS đã bắt đầu cho thấy những tác động tích cực của nó lên giới trẻ qua những phản hồi của các cựu học viên. Gần 80% cựu học viên trả lời rằng tình yêu của họ đối với khoa học và nghiên cứu khoa học tăng lên rõ rệt, trong đó có gần 25% người đã thể hiện quyết tâm chuyển sang theo đuổi con đường nghiên cứu khoa học lâu dài sau khi học Trường hè. Ở góc nhìn khác, bài giảng chia sẻ kinh nghiệm xin học bổng và du học nước ngoài giúp các bạn có thêm cơ hội du học ở nước ngoài. Qua khảo sát chưa đầy đủ, ít nhất 10% cựu học viên phản hồi rằng họ đã kiếm được học bổng du học nước ngoài sau khi tham gia học trường hè. Hơn 60% trong số này khẳng định học bổng họ nhận được có đóng góp đáng kể từ các bài học thực tế tại trường hè. Như vậy, đến nay, trường hè đã giúp ít nhất 50 bạn theo đuổi ước mơ du học của mình.

Trường cũng thay đổi góc nhìn khác của các em về mặt đạo đức khoa học. Một ví dụ vui gần đây được dùng như một minh chứng cho sự thay đổi rõ rệt về tư duy của học viên về vấn đề đạo văn. Rất nhiều học viên sau khi tham dự trường hè viết kèm các trích dẫn nguồn cẩn thận khi viết các vấn đề xã hội trên facebook của họ. Tất nhiên đây chỉ là một thông tin vui, có thể nói, tư duy phản biện của các em sau trường hè trở nên rõ nét. Có em đã chia sẻ về quyết tâm theo đuổi con đường khoa học “Trước khi tới với trường hè, định hướng cho tương lai của mình còn khá đơn giản, mình định tìm 1 công việc thu nhập cao, có tiền phụ giúp gia đình và đi đây đi đó. Mình từng là người yêu khoa học, yêu nghiên cứu nhưng không định hướng đó là hướng đi cho mình sau khi ra trường. Đến trường hè, khi ở giữa môi trường xung quanh toàn người giỏi, toàn con người của khoa học, tình yêu nghiên cứu chưa bao giờ trỗi dậy trong lòng mình mạnh đến thế. Trước kia mình chưa bao giờ nghĩ đến việc này, nhưng hôm nay mình đã có thể nói nó ra, cố gắng phấn đấu vì nó, mình muốn theo đuổi niềm đam mê trong lĩnh vực của mình”. Có bạn còn tâm sự: “Ba ngày ở đây, nghe những điều chưa-từng-được-nghe, thấy những điều chưa-từng-được-thấy và học những điều chưa-bao-giờ-học. Ba ngày ở đây là ba ngày được thỏa mãn khát khao tìm hiểu, được đặt ra những câu hỏi, nhận những câu trả lời và ôm về một mớ khác nhiều hơn… Đi học Trường hè thực sự là một trong những trải nghiệm đáng nhớ nhất của đời sinh viên. Không chỉ là khai sáng tri thức, mở mang đầu óc và nhìn thế giới bằng những góc nhìn khác nhau, Trường hè còn là nơi cho tôi thấy những người trẻ đã và đang sống như thế nào.” Đọc hàng trăm những cảm  nhận tích cực khác của các em về trường hè không khiến giảng viên bồi hồi xúc động, như “Có thể em chưa thấm được 100% các bài giảng nhưng cái em thấy em nhận được là năng lượng tích cực lan tỏa từ những trái tim các thầy cô. Trong khoảnh khắc bế mạc, các thầy cô đứng trên sân khấu, em lại có thêm được quyết tâm rằng 7 năm nữa, em sẽ là người đứng trên đó, nối tiếp con đường của các thầy cô”.

Trường hè đi về đâu?

Dù mang trong mình rất nhiều nhiệt huyết của những bạn trẻ với khát khao nuôi dưỡng tình yêu khoa học cho thế hệ sau, trường hè phải đối mặt với rất nhiều thách thức nan giản. Có thể nói, tài chính vẫn luôn là vấn đề đau đầu với những người tổ chức ngay từ ngày đầu thành lập. Là một sự kiện tự phát từ những cá nhân, Trường hè được bắt đầu từ con số 0 với những đóng góp cá nhân của chính những người tổ chức. Sự phát triển về quy mô của Trường hè cũng đi kèm với đòi hỏi sự tiêu tốn thêm nhiều nguồn tài chính khác đề hỗ trợ các bạn học viên. Dù đã được Đại học Quốc gia Hà Nội hỗ trợ nhưng các thành viên ban tổ chức Trường hè cũng đã phải tự nỗ lực rất nhiều để duy trì trường hè suốt 4 năm qua.

Một tin vui đáng khích lệ cũng đến với Trường hè. Năm 2016, lần đầu tiên Quỹ Rencontres du Vietnam mà đại diện là GS. Jean Trần Thanh Vân tài trợ một khoản tài chính đáng kể (30.000.000 đồng), cùng với đó là sự đóng góp của nhiều trí thức người Việt đang sống và làm việc ở nước ngoài như GS. Trần Văn Thọ (Nhật Bản), GS. Phạm Xuân Yêm (Pháp), PGS. Vũ Minh Khương (Singapore) cũng giúp san sẻ bớt gánh nặng tài chính, qua đó giúp cho nhiều học viên ở xa Hà Nội (chủ yếu là ở các tỉnh miền Trung và miền Nam) được hỗ trợ một phần chi phí đi lại, đồng thời đem lại phần thưởng nho nhỏ cho cuộc thi nghiên cứu khoa học trong khuôn khổ trường hè.

Qua 4 lần tổ chức, Trường hè đã ghi nhận những tác động tích cực tới lòng yêu khoa học và quyết tâm theo đuổi con đường nghiên cứu của giới trẻ. Tuy nhiên xét về hiệu quả thì con số 700 học viên đã tham dự trường hè vẫn còn quá khiêm tốn. Vì vậy để phát huy được những mặt tích cực của nó, trong những năm tiếp theo, mô hình Trường hè Khoa học vẫn cần được hoàn thiện và cần có sự hỗ trợ nhiều hơn nữa từ xã hội.

James Clerk Maxwell – Einstein của Scotland

Nếu như hỏi người dân Anh và phần đông nhân loại rằng ai là nhà vật lý người Anh vĩ đại nhất thì chắc hẳn phần đông sẽ trả lời là Isaac Newton. Nếu hỏi tiếp rằng sau Newton là ai? Có thể sẽ là Stephen Hawking, Michael Faraday,… Vương quốc Anh là một cái nôi khoa học kỹ thuật của nhân loại, nơi đã sản sinh ra nhiều nhà vật lý học vĩ đại mà tên tuổi của họ được ghi vào sách giáo khoa và được số đông nhân loại biết đến, mà điển hình như Isaac Newton, Michael Faraday, hay Stephen Hawking được nhắc ở trên. Nhưng cũng có những nhà vật lý vĩ đại với những đóng góp có thể sánh ngang với Newton, Einstein nhưng tên tuổi của họ lại không được nhiều công chúng biết đến. James Clerk Maxwell là một nhà khoa học như thế. Công trình của ông về lý thuyết trường điện từ ra đời cách đây hơn 150 năm có tầm vóc sánh ngang với Lý thuyết Tương đối của Albert Einstein, hay các định luật cơ học của Newton và đến nay vẫn là một trụ cột của vật lý học hiện đại. Nhưng Maxwell không được nhiều công chúng nhắc tới như Einstein, Newton.

1. Tuổi thơ đầy sóng gió

James Clerk Maxwell chào đời cách đây đúng 185 năm, vào ngày 13 tháng 6 năm 1831 trong căn nhà số 14, phố India ở thành phố Edinburgh, thủ phủ xứ Scotland trong Vương quốc Liên hiệp Anh và Bắc Ailen. Cha của ông, là John Clerk, đã thêm họ Maxwell để đáp ứng một số điều kiện pháp lý cho phép ông được thừa hưởng một mảnh đất ở vùng nông thôn Middlebie, Galloway (Tây nam Scotland). John Clerk Maxwell là một người nhạy cảm, và thận trọng. Ông kết hôn với bà Frances Cay, người mà tính cách cũng như ông, nhưng kiên quyết và thẳng thắn hơn. Tính cách của họ là bổ sung cho nhau, và James, người con trai duy nhất của họ đã may mắn được thừa hưởng một số điểm tốt của cả cha lẫn mẹ.  Họ xây dựng một trang trại nhỏ ở Middlebie và gọi tên là Glenlair (trong tiếng địa phương Scotland có nghĩa là “thung lũng Lair”). Maxwell thực sự yêu mến căn nhà này vì nó là nơi ông giành toàn bộ tuổi thơ cũng như cuộc sống “ẩn dật tự do” sau này. Khi Maxwell lên 8 tuổi, cuộc sống bình dị của gia đình ông tại Glenlair bị phá vỡ bởi cái chết đau đớn của mẹ ông ở tuổi 48 do ung thư dạ dày mà sau này chính Maxell cũng mắc phải khiến ông cũng mất ở khi còn trẻ ở độ tuổi tương tự. Thái độ của ông trước nỗi đau này khác hẳn với những mất mát to lớn trong lòng của ông “ Tôi vui vì giờ đây mẹ tôi sẽ không còn phải chịu thêm cơn đau nào nữa”.[1]

Glenlair, nơi gia đình James Clerk Maxwell từng sinh sống (ảnh chụp từ Wikipedia.org).

John Clerk Maxwell là một người cha yêu con, nhưng cái chết của người vợ dường như khiến ông đau buồn đến độ quên hết những việc cần làm để dạy con trai mình. Ông giao hết việc dạy dỗ cậu bé James cho một gia sư có lối giáo dục cứng rắn và tẻ nhạt. Lewis Campbell, người viết tiểu sử của Maxwell từng mô tả là lối giáo dục khắc nghiệt của vị gia sư này cũng có một phần tích cực đối với Maxwell khi nó rèn luyện cho ông một tâm lý “không ngại đắng cay”. Cuộc đời của cậu bé James chỉ thay đổi khi dì ruột của ông, bà Jan Cay chứng kiến việc dạy dỗ của vị gia sư khắc nghiệt, và thuyết phục được ông bố thay đổi ý định, gửi James tới sống cùng gia đình bà ở Edinburgh, và theo học Học viện Edinburgh.[2]

 2. Học viện Edinburgh và công trình toán học đầu tiên

Những trải nghiệm đầu tiên của Jame ở học viện không mấy vui vẻ đối với James. Cậu bé James luôn xuất hiện với một bộ đồ cũ có dáng dấp thôn quê kèm với giọng nói vùng Gallovidian đã làm ông trở thành tầm ngắm cho những nhóm bạn hay trêu trọc ở trường học. Những cậu bạn tinh nghịch hay chọc phá ông đã đặt cho ông một biệt danh mới là “Drafty” có nghĩa là “kì quặc đến mức ngớ ngẩn” hay là “kẻ lập dị’’ theo ngôn ngữ hiện đại ngày nay. Học viện đã làm chút ít cho việc chinh phục tâm hồn và cỗ vũ cho những việc làm sáng tạo của ông. Ông đã kết thân với một số người trong đó có Lewis Campbell người sau này viết tiểu sử của ông và Peter Guthrie Tait người sau này là giáo sư triết học tự nhiên của Viện Đại học Edinburgh.

Học viện Edinburgh, ngôi trường Maxwell theo học khi còn nhỏ (ảnh từ Wikipedia.org).

Vào thời đại của Maxwell, Scotland có một thần đồng là William Thomson, người được biết đến sau này là Huân tước Kelvin nhờ nhứng đóng góp vĩ đại cho vật lý học và phát triển kỹ thuật ở Scotland. Khác với Thomson, Maxwell không phải là một thần đồng, cũng không có dấu hiệu sớm nào của một thiên tài toán học. Nhưng người ta tin rằng Maxwell có một người cha nhạy bén là John Clerk Maxwell, người luôn nhiệt tình khuyến khích con mình các vấn đề của khoa học và kỹ thuật là điểm tốt cho sự phát triển tài năng của con trai mình. Hai cha con Maxwell thường tham dự các cuộc họp của Hiệp hội Nghệ thuật Edinburgh và Hội Hoàng gia Edinburgh.[3] Ở tuổi 14, với những ý tưởng hình học xuất hiện trong đầu, Maxwell đã viết một bài báo mô tả phương pháp để xây dựng hình ellipse. John Cleck Maxwell đã nhìn thấy công trình của con trai mình giống với chủ đề mà Jame Forbes – một giáo sư triết học tự nhiên ở Edinburgh đang theo đuổi và đã nói chuyện với Forbes. Forber cho rằng phương pháp “rất đáng chú ý trong nhiều năm qua” và thông báo bài báo cho Hội Hoàng gia Edinburgh. Và đây là chìa khóa khai mở sự nghiệp khoa học của cậu bé James. Jame Forbes đã mời Maxwell cùng tham gia nghiên cứu với mình ở Đại học Edinburgh, cùng với cả một giáo sư khác là William Hamilton. Hamilton và Forbes là hai đối thủ trong các cuộc tranh luận khoa học nảy lửa, nhưng đều có chung một quan điểm rằng rằng James là một đứa trẻ xứng đáng đặc biệt quan tâm. Forbes đã giúp ông trong phòng thí nghiệm còn Hamilton giúp về toán học và ảnh hưởng của họ đối với Maxwell là rất lớn cho đến mãi sau này.

3. Sinh viên xuất sắc và lập dị ở Cambridge

Năm 1850, Maxwell tới Cambridge và theo học ở Trinity College dưới sự hướng dẫn của William Hopkins. Ở Cambridge, Maxwell vẫn bị coi là người có tính cách lập dị, nhưng dường như đó lại là một lợi thế cho ông. Campbell viết:

Ông đã thử một số thí nghiệm kỳ quặc trong việc sắp xếp thời gian làm việc và ngủ. Từ 2 giờ đến 2 rưỡi sáng, ông dậy tập thể dục bằng cách chạy dọc hành làng, xuống cầu thang, đi dọc hành lang dưới, đi lên thang và tiếp tục như vậy cho đến khi những người sống cùng dãy hành lang tỉnh dậy, nấp sau cánh cửa để ném cho ông một loạt nào giày, bàn chải tóc,… mỗi khi ông chạy qua”.

James Clerk Maxwell khi theo học ở Trinity College, Cambridge (ảnh từ Wikipedia.org).

Tais thì viết về những trò hài hước khác của Maxwell:

“Ông ta từng đứng trên những giá gỗ trong nhà tắm chung, buông người rơi sấp trong bồn nước, lặn ngang bể để sang giá gỗ bên kia, đổ ngửa cả người xuống nước. Ông nói rằng nó kích thích tuần hoàn máu”.

Với nỗ lực tuyệt vời và tài năng toán học, James đã vị trí Wrangler hạng hai trong kỳ tốt nghiệp truyền thống ở Cambridge vào năm 1854.[4] Hopkins nói về cậu học trò Maxwell của mình rằng “anh ta là một người đàn ông phi thường chẳng có gì phải nghi ngờ, trong suốt cuộc đời dạy học của tôi”.

4. Nhà nghiên cứu xuất sắc và một giáo viên tồi

Thành tích xuất sắc của Maxwell ở kỳ thi tốt nghiệp đã đem lại cho ông học bổng và một vị trí nghiên cứu tại Trinity College. Trong suốt thời gian thanh bình này, ông bắt đầu các nghiên cứu về điện từ và yêu cô em họ tuổi teen Elizabeth Cay, “một thiếu nữ xinh đẹp và thông minh tuyệt vời” như theo lời mô tả của Everitt. Tuy nhiên sự lãng mạn không kéo dài bởi vì những quan ngại của gia đình về việc “những hiểm họa của quan hệ cận huyết trong một dòng họ thuần chủng”. Trong hai năm đó, Maxwell đã xây dựng phương pháp chụp ảnh màu đầu tiên bằng cách sử dụng các màu sắc cơ bản. Hai năm sau, ông nhận vị trí giáo sư triết học tự nhiên ở Marischal College,[5] Aberdeen, Scotland vì mong muốn được sống gần cha ông khi mà sức khỏe của ông John Clerk Maxwell ngày càng tệ. Nhưng khi James nhận được thông báo bổ nhiệm vị trí giáo sư (năm 1856) cũng là lúc cha ông, ngài John Clerk Maxwell qua đời.

Trái ngược với phong cách của một nhà khoa học xuất chúng, Maxwell lại không phải là một thầy giáo giỏi. Dù chuẩn bị bài giảng một cách cực kỳ tỉ mỉ, nhưng giờ học của Maxwell lại luôn vô cùng tẻ nhạt và không mấy thu hút sinh viên vì lối giảng vòng vo, rối rắm và khó hiểu. David Gill, một nhà thiên văn học tài năng của Scotland, người từng là sinh viên của Maxwell ở Marischal College, vẫn luôn ấn tượng về Maxwell:

Các bài giảng của Maxwell, như thường lệ, hầu hết được viết và sắp xếp một cách rất cẩn thận và tỉ mỉ trong một mẫu vừa với các bản in và thường được phép sao chép thoải mái. Trong khi giảng bài ông lại thường bắt đầu bằng việc đọc bản thảo, nhưng sau đó năm phút thì hết hoặc là dừng lại và chú thích: “Có lẽ tôi nên giải thích chỗ này”, và sau đó ông lòng vòng với những ý tưởng vừa hiện lên trong đầu, hay vừa nghĩ ra khi mà ông vừa viết kín cả bảng với những hình vẽ, biểu tượng, hay những nội dung vượt qua khả năng hiểu biết của chúng tôi. Rồi ông lại trở lại với bản thảo, thì lúc này giờ giảng cũng gần như hết và người nhắc giờ xuất hiện, hoặc là phải tiếp tục vào ngày hôm khác. Thỉnh thoảng cũng có một số minh họa thí nghiệm, nhưng chúng thường thất bại, cho thấy rằng Clerk Maxwell không phải là một giáo sư giỏi. Nhưng Maxwell cực kỳ cao hứng  với những người chỉ cần nắm bắt được một vài ý tưởng mà ông vạch ra trên bảng trong các bài giảng, hoặc khi chuyện phiếm với ông sau bài giảng.”

Ảnh mầu đầu tiên trên thế giới được tạo ra bởi Maxwell (ảnh Wikipedia.org).

Có lẽ vì lý do này mà Marischal College không mấy mặn mà trong việc tiếp tục hợp đồng với Maxwell mặc dù ông từng được trao giải thưởng Adam Prize năm 1859 cho công trình nghiên cứu về vành đai của sao Thổ. Maxwell đã chứng minh bằng lý thuyết vành đai tuyệt đẹp bao quanh sao Thổ là các thiên thạch và phải rất lâu sau nhân loại với chứng minh được dự đoán này của ông. Nhưng có lé những nghiên cứu xuất sắc của ông không thuyết phục được lãnh đạo Marischal College tiếp tục hợp đồng với ông, và hợp đồng của ông với Marischal College chấm dứt khi trường này sáp nhập với King College để trở thành Viện Đại học Aberdeen vào năm 1860.

5. London và lý thuyết trường điện từ

Thế nhưng lãnh đại của King College London lại có cách nhìn khác đối với Maxwell. Họ đã mời Maxwell một vị trí giáo sư mà không đặt gánh nặng giảng dạy cho Maxwell và đây có lẽ là quyết định tuyệt vời nhất của lãnh đạo nhà trường. Năm năm ở London của Maxwell là những năm tuyệt vời và sáng tạo nhất trong suốt cuộc đời ông Tại đây, Maxwell tiếp tục các nghiên cứu về điện từ, và năm 1861 đã lần đầu tiên trình diễn phương pháp tạo ảnh màu ngay trong bài giảng “On the Theory of Colour Vision” trước công chúng của Royal Institution.[6] Công trình này của ông được ghi nhận bằng Huy chương Rumford được trao bởi Hiệp hội Hoàng gia London,[7] và ông được chính thức bầu làm Viện sĩ của Hiệp hội này. Tuyệt vời hơn, chỉ trong vòng năm năm làm việc tại đây, Maxwell đã hoàn thành lý thuyết về trường điện từ, đóng góp vĩ đại nhất của ông cho nhân loại.

Công trình này của Maxwell được truyền cảm hứng từ những nghiên cứu thực nghiệm về các hiện tượng điện từ của Michael Faraday, William Thomson, John Kerr. Năm 1855, ông xuất bản công trình đầu tiên về lý thuyết các đường sức từ trên tạp chí khoa học của Viện Đại học Cambridge khi còn làm việc ở Trinity College. Khi tới London, ông đã tiếp tục hoàn thiện công trình này và xuất bản công trình hoàn thiện mang tên “On physical lines of forces” (Về các đường sức vật lý) xuất bản trên tạp chí Philosophical Magazine vào năm 1861.[8] Công trình này nêu lên mối quan hệ giữa từ trường xoáy và dòng điện dịch xuất hiện, giúp cho việc giải thích các hiện tượng cảm ứng điện từ một cách bản chất nhất. Bài báo nổi tiếng nhất của Maxwell được xuất bản vào năm 1865,[9] mang tên “A dynamical theory of electromagnetic field” (Lý thuyết động học của trường điện từ) mô tả toàn bộ quan hệ giữa các thành phần từ trường, điện trường của trường điện từ, cũng như sự hình thành các sóng điện từ và đưa ra cách tính tốc độ truyền sóng điện từ mà sau này thực nghiệm đã chứng minh tính đúng đắn của nó. Có thể nói rằng các công trình của Maxwell, mà ngày nay nhân loại tổng kết thành 4 phương trình Maxwell mô tả toàn bộ mối quan hệ giữa điện từ trường, trường điện từ, sóng điện tử và là nền tảng cho vật lý học ngày nay. Lý thuyết của Maxwell lần đầu tiên được kiểm chứng hơn 20 năm sau khi Maxwell công bố (1887) bởi nhà vật lý học trẻ yểu mệnh người Đức, Heinrich Hertz,[10] bằng thí nghiệm mô tả sự hình thành và ghi nhận sóng điện từ. Các phương trình của Maxwell được Albert Einstein sử dụng như những nền tảng cho lý thuyết tương đối của ông. Nhà vật lý học Richard Feynman đã nói về Maxwell rằng: “Nhìn vào lịch sử loài người thì có lẽ 10 ngàn năm nữa cũng không có gì phải nghi ngờ rằng phát hiện của Maxwell về lý thuyết điện từ là sự kiện quan trọng nhất thế kỷ 19”. Các nhà vật lý đều nhìn nhận tầm quan trọng của công trình của Maxwell có thể sánh ngang với lý thuyết tương đối của Einstein hay các công trình cơ học của Newton. Nó không chỉ làm nền tảng cho công nghệ truyền thông bằng sóng điện từ mà còn là một trụ cột không thể thiếu của vật lý hiện đại.

6. Một nhà bác học tự do và ẩn dật

Maxwell là một con người có tâm hồn tự do và thích cuộc sống bình dị. Sau khi công bố lý thuyết trường điện từ, ông cho rằng để tiếp tục công việc nghiên cứu của mình (vốn dựa nhiều vào tính toán lý thuyết), ông cũng chẳng cần đến một vị trí khoa bảng nào như những công việc chẳng hợp với ông chút nào mà ông vẫn phải làm. Ông có những suy nghĩ hết sức độc lập một cách thoải mái và có tất cả những mối liên hệ trong giới học thuật mà ông cần đến để có thể trao đổi những phát kiến mà ông tìm được trong thế giới khoa học. Tất cả những gì ông cần đến là thời gian và sự tự do như ở Glenlair, “để được đi dạo trên những cánh đồng và kết bạn với những chú ếch nhỏ hay những con chuột nước già” như ông đã làm trước đây. Vì thế, năm 1865, ông đã xin từ chức vụ giáo sư ở King College và trở về sống là Glenlair. Campell đã mô tả những tháng ngày vui vẻ của Maxwell ở Glenlair:

Kể từ lúc đó và về sau, bài thể dục mà ông và vợ ông yêu thích nhất là cưỡi ngựa bởi ông có khả năng nhất trong môn này. Một người hàng xóm có nhớ lại là vào năm 1874, trên lưng một chú ngựa đen tên là Dizzy, nỗi thất vọng lớn của những người chủ trước, ông đã điều khiển chú chạy vòng tròn trong sự thích thú của bọn trẻ ở Kilquhanity, ném qua và bắt lại cái roi da, nhảy qua các rào,..

Phần đáng kể của những buổi tối là giành cho Chaucer, Spenser, Milton hay một vở kịch của Shakespears mà ông đọc to cho vợ mình nghe. Vào ngày chủ nhật, sau khi ở nhà thờ về, ông sẽ giam mình trong công việc của một con chiên già. Đối với thần học, sự đồng cảm của ông phần lớn đã đi qua trong quá khứ giống như văn học. Ông có quan hệ rất tốt với láng giềng và đặc biệt là bọn trẻ. Ông giành nhiều thời gian thăm hỏi những người bệnh trong làng, đọc kinh và cầu nguyện cùng với họ trong những lúc họ cần sự cứu giúp. Những người tới thăm Glenlair giữa thời gian từ 1865 tới 1869 đặc biệt quen thuộc với những lời cầu nguyện được tiến hành bởi người chủ nhà. Lời cầu nguyện dường như ngay lập tức gây ấn tượng mạnh bởi ý nghĩa của chúng. Maxwell giờ là một điền chủ, vai trò mà ông rất thích.

James Clerk Maxwell và vợ, bà Katherine Maxwell khi ở Glenlair năm 1869 (ảnh từ Wikipedia.org).

7. Những năm cuối đời ở Cambridge

Nhưng rồi cuộc sống ẩn dật của Maxwell cũng không kéo dài được lâu khi Viện Đại học Cambridge thành lập Phòng thí nghiệm Cavendish và sẽ bổ nhiệm một vị trí giáo sư thực nghiệm mang tên “Giáo sư Cavendish”.[11] Cambridge đã nhận ra khá chậm rằng họ đã đi sau các trường đại học ở Scotland và Đức, và thậm chí cả Oxford, trong đào tạo khoa học nên cần khẩn cấp xây dựng các phòng thí nghiệm cho sinh viên và các nhà nghiên cứu. Hiệu trưởng danh dự của trường, công tước vùng Devonshire, William Cavendish, đã hào phóng hiến tặng cho trường một khoản để mở một phòng thí nghiệm mới. William Cavendish, chính là hậu duệ của nhà vật lý, hóa học quý tộc ẩn dật ở thế kỷ 18, Henry Cavendish, người đã tiến hành những thí nghiệm tiên phong về điện và lực hấp dẫn. Ban đầu người ta mời William Thomson vào vị trí này, nhưng Thomson đã giành tâm huyết ở Đại học Glasgow và không nghĩ đến chuyện rời khỏi đó. Thomson liền được nhờ đánh tiếng với Helmholtz nhưng cũng thất bại, Helmholtz vừa được bổ nhiệm làm giáo sư vật lý ở Berlin và giám đốc viện vật lý mới thành lập. Và sự lựa chọn thứ 3 là Maxwell, một nhà nghiên cứu tự do và ẩn dật ở Glenlair. Maxwell không thể từ chối nổi trách nhiệm này nhưng chấp nhận ngồi vào ghế giáo sư Cavendish với điều kiện ông có thể đổi ý vào cuối năm đầu tiên, và ông bắt đầu công việc ở Cambridge từ năm 1871.

Lúc này Maxwell lại chứng tỏ vai trò của một nhà vật lý thực nghiệm xuất sắc khi ông đặt những viên gạch đầu tiên để Cavendish trở thành một trung tâm nghiên cứu vật lý đứng đầu thế giới với việc thiết lập các phòng thí nghiệm, hoàn thiện các nghiên cứu về chất khí, về phép đo trọng lực, và phát triển nghiên cứu về thống kê phân tử khí. Maxwell giờ đây đã có các nghiên cứu sinh và nhóm nghiên cứu, nhưng phong cách của ông không phải là cố ép họ vào một nhóm bình thường. Một trong những sinh viên đầu tiên của Cavendish, Arthur Schuster, đã mô tả lại quan điểm của Maxwell là: “tốt nhất cho cả sự phát triển của khoa học và đào tạo những bộ óc của sinh viên, là mỗi người nên theo đuổi con đường riêng của mình…Tôi chẳng bao giờ cố gắng ngăn một chàng trai thử làm một thí nghiệm nếu như anh ta chưa tìm thấy những gì mà anh ấy muốn, và anh ấy có thể tìm thấy một thứ gì trong đó”. Tuy nhiên, Maxwell vẫn chẳng có chút cải thiện về khả năng giảng dạy khi các bài giảng của ông vẫn không thu hút được mấy sinh viên theo học. Cùng với Newton và một số nhà khoa học vĩ đại khác ở Cambridge, Maxwell được xếp vào nhóm “giáo sư của bốn bức tường” vì lớp học của họ vắng tanh.

Nhưng số phận không quá ưu ái với nhà vật lý vĩ đại. Mới 48 tuổi, Maxwell cũng mắc căn bệnh ung thư dạ dày giống mẹ ông và qua đời vào năm 1879 (ngày 5 tháng 11) khi vẫn đang nỗ lực đặt những viên gạch đầu tiên phát triển Phòng thí nghiệm Cavendish ở Cambridge. Maxwell ra đi một cách thanh thản với một lời để lại cho các đồng nghiệp Cambridge: “Tôi đã suy nghĩ một cách nhẹ nhàng về những gì tôi luôn gặp phải. Tôi cũng chưa từng làm điều gì mãnh liệt trong cả cuộc đời. Mong muốn duy nhất của tôi là có thể được như David để phục vụ mọi người theo ý nguyện của Thiên Chúa và rồi yên nghỉ.” Maxwell được chôn cất ở Parton Kirk, gần với Glenlair nơi ông đã lớn nên. Ra đi khi còn trẻ cộng với bản tính tự do, khiêm tốn, không thích ồn ào khiến những đóng góp vĩ đại của ông ít được công chúng ngoài ngành biết đến. Nhưng điều đó không hề giảm đi sự vĩ đại của James Clerk Maxwell, người được mệnh danh là Einstein của Scotland.

[1] Bài viết này sử dụng tư liệu được trích từ cuốn “Great Physicists, The Life and Times of leading physicists from Galieo to Hawking” của tác giả William H. Gropper (NXB Viện Đại học Oxford, 2001)

[2] Edinburgh Academy, một học viện tư thục dạy trẻ từ 2 đến 18 tuổi được thành lập năm 1824 ở thành phố Edinburgh

[3] Royal Society of Edinburgh, Hàn lâm Viện Quốc gia Scotland, được thành lập từ năm 1783.

[4] Wrangler là danh hiệu giành cho những sinh viên tốt nghiệp đại học (First class Honour) xuất sắc nhất về toán học ở Viện Đại học Cambridge. Đây là một truyền thống có từ năm 1740, người đứng đầu gọi là Senior Wrangler, thứ hai là Second Wrangler. Ví dụ như Thủ tướng Singapore, ông Lý Hiển Long từng giành danh hiệu này năm 1973.

[5] Ngôi trường này sau này được sáp nhập vào Viện Đại học Aberdeen.

[6] Royal Institution of Great Britain, một học viện phát triển khoa học và giáo dục ở London, được thành lập năm 1799, là nơi nổi tiếng với các bài giảng khoa học đại chúng và các phòng thí nghiệm hóa học.

[7] Royal Society (thành lập năm 1660), Hiệp hội tương đương với Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia của Vương quốc Anh, và là viện hàn lâm khoa học đầu tiên trên thế giới.

[8] J. C. Maxwell, “On physical lines of force”, Philosophical Magazine (Taylor & Francis) 90, 11–23 (1861).

[9] J. C. Maxwell, “A dynamical theory of the electromagnetic field”, Philosophical Transactions of the Royal Society of London 155, 459–512 (1865).

[10] Heinrich Herzt, một giáo sư vật lý ở Đại học Karlsruhe (nay là Học viện Công nghệ Karlsruhe, Đức), sinh năm 1857, mất khi mới chỉ 36 tuổi do bị ung thư máu. Ông chứng minh lý thuyết Maxwell năm 1887 bằng thí nghiệm tạo và ghi nhận sóng điện từ. Cuộc đời của Hertz là một cuộc đời ngắn ngủi nhưng đầy oanh liệt trong khoa học.

[11] Xem bài viết “Joseph John Thomson và những di sản khoa học ở Phòng thí nghiệm Cavendish” của cùng tác giả đăng trên Tia sáng, số ra ngày 27/1/2014 http://tiasang.com.vn/Default.aspx?tabid=111&CategoryID=2&News=7193