Hôm nay, ngày 23-4, là ngày kỷ niệm sinh nhật  thứ 150 của nhà vật lý học vĩ đại Max Planck. Đây là một sự kiện có ý nghĩa thế giới. Khám phá lượng tử của ông năm 1900 đã làm đảo lộn nhận thức của con người  về vũ trụ vi mô chưa từng có, và tác động không ngừng vào sự thay đổi bộ mặt của xã hội  đến nay và tiếp đến. Hai chữ "lượng tử" ngày nay đồng nghĩa với "high-tech".

Vật lý học hiện đại tựa trên hai cột trụ kiên cố là thuyết lượng tử của Max Planck và thuyết tương đối của Albert Einstein. Những tiến bộ công nghiệp  và khoa học, sự phồn vinh xã hội  mà ngày nay mọi người trong chúng ta được thừa hưởng phần rất lớn có nguồn gốc từ thuyết lượng tử, và những ứng dụng  của nó trong thế kỷ  21 được chờ đợi càng mạnh mẽ hơn, vũ bão hơn.

Đập bỏ tín điều

Trong sự phát triển của vật lý học có những khám phá vượt ra khỏi lĩnh vực khoa học  và trở thành nhân tố quyết định  cho định mệnh của nhân loại. Không phải chỉ vì đó là sự khám phá những hiện tượng tự nhiên  hay những lực mới để ứng dụng  vào kỹ thuật  làm tăng lên sức mạnh của con người  đối với thiên nhiên, đem lại sự phồn vinh cho nhân loại, mà còn vì tính chất cách mạng  bao trùm về ý tưởng trong cách diễn giải thế giới  tự nhiên, tính chất triết học chứa đựng trong đó liên quan đến thế giới  quan của con người. Lý thuyết cơ học Newton là một thí dụ điển hình như thế.

Cuối thế kỷ  19 lối suy nghĩ của giai cấp tư sản cũng như của giới khoa học  ở châu Âu  là bảo thủ. Sau một thời gian  xây dựng  vũ bão ở thế kỷ  19, người ta tin vào sự trường tồn của hiện trạng. Cả trật tự nhà nước  lẫn khoa học  được xem như bền vững. Thế giới  quan của Planck đã hình thành trong không khí tư duy bảo thủ đó mà sau này ông đã phải chiến đấu nội tâm dữ dội và một nỗ lực lớn lao để vượt qua chính mình và xét lại những "tín điều" đã có. Những kinh nghiệm  đau đớn đã dạy ông rằng không phải tòa nhà khoa học  lẫn tòa nhà nhà nước  hiện hữu được phép xem như bất khả xâm phạm.

Khai sinh của thuyết lượng tử

Trong thế kỷ  20, thuyết lượng tử của Max Planck là một thí dụ cho một cuộc cách mạng  của tư duy vật lý như thế. Ngày 9-10-1900, Max Planck khám phá "định luật phát xạ nhiệt", cắt nghĩa được hiện tượng phát xạ của "vật thể đen" (không phải "lỗ đen") mà thế giới  đang nhức đầu vì không cắt nghĩa được nó bằng tính toán dựa trên những lý thuyết hiện hành mà họ cho rằng bất di bất dịch.

Planck (trái) trao Einstein huy chương  Max Planck ngày 28-6-1929 (Ảnh: physik.uni-frankfurt.de)

Ông khám phá rằng sự hấp thu hay phát xạ năng lượng của một vật thể đen (kim loại được đun nóng lên đến một nhiệt độ nào đó) không diễn ra liên tục như người ta nghĩ, mà chỉ diễn ra ở dạng các gói rời rạc (discrete packages), và các "chùm" năng lượng này được gọi là lượng tử (quantum). Giống như bia, không phải được phân phối bằng một cái vòi chảy liên tục mà là dưới dạng các lon bia, chai bia hay thùng bia, kích cỡ khác nhau, nghĩa là dạng "các gói rời rạc". Nếu E là năng lượng được trao đổi đó, thì Planck đưa ra công thức E = hv bất tử đi vào lịch sử, trong đó h là hằng số, sau này được gọi là hằng số Planck, và v là tần số của ánh sáng.

Ngày 14-11-1900 Planck trình bày kết quả của ông tại buổi họp của Hội Vật lý Berlin, dưới cái tên "Định luật phân bố nhiệt trong quang phổ chuẩn" (Gesetz der Energieverteilung im Normalsprektrum), dài chín trang in. Nó đánh dấu chính thức sinh nhật  lịch sử  của thuyết lượng tử.

Planck không biết  rằng công thức ε =h.v là một định luật "tuyệt đối" mà trong vô thức Planck đã ngưỡng mộ và tìm kiếm, là chiếc chìa khóa để bước vào thế giới  vi mô. Ông chưa hiểu hết tầm quan trọng  và cũng không tin công thức này là một cuộc cách mạng  vĩ đại, là một thời kỳ mới trong nhận thức thiên nhiên.

Bản thân Planck chỉ tin rằng đó là cái "mẹo toán" nhất thời. "Nói tóm tắt, tôi có thể gọi cả việc làm  của tôi là một hành động  của sự tuyệt vọng. Bởi vì từ bản chất, tôi là người hiền hòa và có khuynh hướng lánh xa các hành động  mạo hiểm đáng nghi ngờ…". Những năm tiếp theo, vẫn không có mấy ai để ý đến. Người ta xem ý tưởng lượng tử như một giả thuyết  phụ trợ để hoạt động, để giải quyết được bài toán trong lĩnh vực bức xạ, nhưng còn lại không có ý nghĩa gì mới đối với khoa học, và người ta chờ đợi nó nhanh chóng sẽ được thay thế bằng một cái gì từ nền vật lý cổ điển.

Lịch sử thành công  của khái niệm lượng tử của Planck lắm gian nan. Cần một bà mụ để vỗ lớn vị "hoàng tử nhỏ” chưa được thừa nhận nguồn gốc ấy. Công việc  này được giao cho không ai khác hơn là Albert Einstein.

Năm 1905, Einstein đã chứng minh rằng quan niệm lượng tử rời rạc của Planck là có cơ sở rộng lớn và sâu sắc trong thiên nhiên, không phải chỉ là cái "mẹo toán học". Nhưng Planck cũng không tin. Einstein phải chiến đấu một mình 20 năm liền để thay đổi miếng đất hoang dã bảo thủ này trong giới khoa học  bấy giờ, để thuyết phục giới khoa học  rằng quan niệm lượng tử là có thật trong thiên nhiên  cấp vĩ mô.

Vào năm 1926 khi một loạt các nhà khoa học  trẻ như Heisenberg, Born, Jordan, Pauli, xây dựng  cơ học lượng tử với những ứng dụng  cực kỳ chính xác  trong khoa học, lúc đó người ta mới chấm dứt mọi hoài nghi. Bohr trước đó (1913) đã đưa ra mô hình nguyên tử dựa trên quan niệm "các bước nhảy rời rạc" của Planck và Einstein rất thuyết phục tuy chưa hoàn chỉnh, và bản thân  Bohr vẫn chưa tin quan niệm photon của Einstein. Khoảng năm 1927 có thể nói quan niệm lượng tử của Planck với sự hỗ trợ đắc lực của Einstein được xem như hoàn toàn chiến thắng.

Vật lý lượng tử từ đó phát triển như vũ bão, đã làm hai cuộc cách mạng  vĩ đại trong lịch sử  với biết bao ứng dụng  làm thay đổi hẳn bộ mặt thế giới  trong công nghệ  và đời sống.

Max Planck sinh ngày 23-4-1858 tại Kiel (Bắc Đức), học vật lý ở Munich và Berlin. Gia đình  ông là những người có tiếng tăm, đáng tin cậy, thẳng thắn, trung thực, lý tưởng và thanh lịch. Ông xong trung học lúc 16 tuổi, tốt nghiệp tiến sĩ năm 1879 tại Munich lúc 21 tuổi (năm Einstein mới ra đời), khá trẻ, và là privatdozent (giáo sư chưa có ghế) tại đây từ 1880-1885, sau đó là giáo sư ngoại ngạch ngành vật lý lý thuyết tại Kiel, và từ 1889 là người kế tục chiếc ghế giáo sư của người thầy khả kính của mình là Kirchhoff tại Berlin.