Chương trình chế tạo bom nguyên tử của Hitler

Phạm Việt Hưng

Ngày 09-05-2005, toàn thế giới đã đổ về Moskva để kỷ niệm tròn 60 năm chiến thắng chủ nghĩa phát xít. Trong khi theo dõi lễ kỷ niệm long trọng này qua màn ảnh nhỏ, tâm trí tôi bỗng trở về với một sự thật lịch sử ít được biết –  Chương trình nghiên cứu chế tạo bom nguyên tử của Hitler! Cần biết rằng không phải ai khác, mà chính Đức quốc xã đã là kẻ đi tiên phong trong chương trình nghiên cứu chế tạo loại vũ khí có sức huỷ diệt khổng lồ này, và càng phải biết rõ hơn rằng chúng đã thành công trong thí nghiệm phân hạch uranium – thí nghiệm căn bản dẫn tới việc chế tạo bom nguyên tử! Không thể tưởng tượng hết thảm hoạ đối với nhân loại sẽ khủng khiếp đến nhường nào nếu Hitler có trong tay bom nguyên tử. Nhưng lạy Chúa, cuối cùng thì chương trình nghiên cứu của chúng đã thất bại! Tại sao một cường quốc số 1 về khoa học trong nửa đầu thế kỷ 20 như nước Đức của Hitler lại phải chịu thất bại trong một chương trình nghiên cứu quan trọng đối với sự sống còn của chúng như thế?

Câu trả lời sẽ là cả một truyện dài về lịch sử gồm nhiều chương mục, từ chuyện chạy đua trên đỉnh tháp khoa học đến chuyện sử dụng tình báo triệt hạ đối phương, từ chuyện khoa học vô vị lợi đến chuyện khoa học bất chấp lương tri, v.v… Nhưng vì câu chuyện của chúng ta xoay quanh việc chế tạo bom nguyên tử nên mọi điều sẽ không thể hiểu rõ nếu không đề cập đến một vài khái niệm cơ sở của khoa học nguyên tử – công thức E = mc2 do Albert Einstein nêu lên năm 1905.

Gần đây, một tạp chí điện ảnh Mỹ đã phỏng vấn Cameron Diaz, một ngôi sao điện ảnh Hollywood rất nổi tiếng từng thủ vai cô gái xinh đẹp và duyên dáng trong phim The Mask. Cuối buổi phỏng vấn, phóng viên hỏi:

-Chị còn điều gì muốn nói với đọc giả không?

-Tôi muốn biết thực ra thì E = mc2 có ý nghĩa gì, Diaz trả lời.

Cả hai cùng phá lên cười, cuộc phỏng vấn kết thúc trong khi Diaz lầm bầm rằng thực ra thì chị cũng biết công thức đó nói gì rồi. Không rõ Diaz có biết thật không, nhưng nghe cô nói, một lần nữa tôi thấy E = mc2 là một phương trình quá nổi tiếng, và có lẽ “nổi tiếng nhất thế giới”[2].

Cái gì làm cho nó nổi tiếng đến như thế? Có hai lý do: Một, ý nghĩa triết học sâu xa của nó; Hai, ứng dụng quá to lớn của nó.

Thật vậy, nếu E là năng lượng (Energy), m là khối lượng (mass), c là vận tốc ánh sáng (celeritas), thì đẳng thức E = mc2 nói với chúng ta rằng:

● Năng lượng và khối lượng thực chất là một. Chúng chỉ là hai dạng biểu hiện (hai dạng tồn tại) khác nhau của cùng một bản thể được gọi chung là vật chất, giống như “hai mặt của một đồng xu”.

● Khối lượng có thể biến thành năng lượng và ngược lại. Nói một cách hình tượng, khối lượng chẳng qua là năng lượng được “cô đặc” lại, hoặc “nén chặt” lại; ngược lại, năng lượng chẳng qua là khối lượng tồn tại dưới dạng “vô hình”.

● Trong sự chuyển hoá đó vật chất luôn luôn được bảo toàn – tổng lượng vật chất trước và sau chuyển hoá phải bằng nhau (vật chất không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi, vật chất chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác).

Nói cách khác, E = mc2 chính là định luật bảo toàn vật chất dưới dạng tổng quát nhất – nó tổng quát hoá đồng thời định luật bảo toàn khối lượng của Antoine Lavoisier trong thế kỷ 18 và nguyên lý bảo toàn năng lượng trong các chuyển hoá điện-từ mà Michael Faraday đã tổng kết trong thế kỷ 19.

Lavoisier được ca ngợi là một người vĩ đại bởi lẽ ông là người đầu tiên gợi ý cho thấy vạn vật trong thế giới tuy bề ngoài tồn tại độc lập, riêng rẽ, nhưng thực ra tất cả đều liên quan với nhau, đều nằm trong một cái chung tổng thể không thay đổi. Vật này có thể biến thành vật khác, nhưng tổng vật chất trong vũ trụ không đổi.

Faraday cũng là một người vĩ đại, bởi lẽ ông đã tái khám phá ra định luật của Lavoisier đối với năng lượng – một dạng vật chất vô hình tồn tại rộng khắp trong vũ trụ chẳng khác gì vật chất hữu hình (khối lượng).

Chú ý rằng nếu không coi năng lượng là vật chất thì định luật bảo toàn khối lượng của Lavoisier sẽ bị vi phạm trong các phản ứng nguyên tử (chẳng hạn khi một quả bom nguyên tử bùng nổ), bởi vì trong đó, một phần vật chất có khối lượng bị biến mất để chuyển hoá thành năng lượng. Ngược lại, nếu coi năng lượng là vật chất, thì khi đó định luật bảo toàn vật chất của Einstein, tức công thức E = mc2, sẽ có mặt đúng lúc để giải thích hiện tượng khối lượng mất tích này.

Đến đây có thể thấy Einstein đã làm công việc của một “người khổng lồ đứng trên vai những người khổng lồ” – Ông đã kế thừa, phát triển và tổng kết các tư tưởng vĩ đại của các bậc tiền bối dưới dạng một công thức toán học đơn giản và chính xác đến kỳ lạ.

Dẫu biết vậy, rằng E = mc2 không phải là một sáng tạo “từ trên trời rơi xuống”,  nhưng có lẽ vẫn khó tưởng tượng được làm sao chỉ với giấy và bút, không cần cân đong đo đếm, không cần thực nghiệm (Lavoisier và Faraday là những nhà thực nghiệm), Einstein có thể đi đến một công thức quá ư gọn đẹp như thế nhưng lại có sức thâu tóm vật chất ở tầm bao quát đến như thế. Tầm bao quát ấy làm cho E = mc2 có dáng dấp của một trong những nguyên lý phổ quát nhất của triết học tự nhiên. Có lẽ vì thế lúc sinh thời, Einstein không thích người đời gọi ông là một nhà vật lý. Bản thân ông tự coi mình là một nhà tư tưởng nhiều hơn.

Tư tưởng vĩ đại xuyên suốt cuộc đời ông là tư tưởng thống nhất vật lý – tất cả là một, một là tất cả.

E = mc2 là sự thống nhất khối lượng với năng lượng.

Thuyết Tương Đối Tổng Quát của ông ra đời năm 1916 là sự thống nhất Thuyết Tương Đối Hẹp của chính ông với Thuyết Hấp Dẫn của Newton.

Năm 1955, Einstein ra đi, để lại “bản giao hưởng bỏ dở”[3] – “Lý thuyết trường thống nhất” (Theory of Unified Field) mà khát vọng của nó là thống nhất trường hấp dẫn với trường điện từ. Lý thuyết này hiện đang được hậu thế tiếp tục dưới tên gọi “Lý thuyết về mọi thứ” (Theory of Everything).

Tuy nhiên, lý do chính để E = mc2 nổi tiếng là ở ứng dụng vô cùng to lớn của nó trong thực tế: E = mc2 là cơ sở để dự đoán, giải thích và tính toán một cách chính xác năng lượng được giải phóng trong các phản ứng nguyên tử – phản ứng phân rã hạt nhân hoặc phản ứng phân hạch uranium, trong đó hạt nhân nguyên tử uranium bị tan vỡ và năng lượng được giải phóng.

Phản ứng phân rã hạt nhân là hiện tượng cơ bản diễn ra trong bom nguyên tử (công cụ chiến tranh vô cùng nguy hiểm) và lò phản ứng nguyên tử (công cụ hoà bình vô cùng ích lợi). Vì thế bất cứ một nhà hoạch định chính sách nào, một nhà chiến lược quân sự nào, một nhà kinh tế nào, thậm chí bất cứ một người dân bình thường nào quan tâm đến chiến tranh và hoà bình, đến số phận và hạnh phúc của con người, cũng đều ít nhiều phải quan tâm đến ý nghĩa thực sự của phương trình Einstein. Đó là điều chúng ta có thể đồng cảm và chia sẻ sâu sắc với Diaz.

Ngày nay, một nước nghèo như Pakistan hay Bắc Triều Tiên cũng đã làm chủ được kỹ thuật phân hạch uranium. Nhưng vào năm 1938, đó là một đỉnh tháp của khoa học – kết quả của một cuộc chạy đua ráo riết giữa những tài năng bậc nhất của nhân loại nhằm chinh phục thế giới vô cùng bé – thế giới bên trong nguyên tử.

2* CUỘC CHẠY ĐUA TỚI ĐỈNH THÁP

Ngày nay bất cứ một thầy giáo dạy vật lý nào cũng biết khi một quả bom nguyên tử phát nổ, một phản ứng dây chuyền sẽ diễn ra trong lòng vật chất uranium – hàng tỷ hạt nhân uranium liên tiếp bị phá vỡ, giải phóng một năng lượng khổng lồ. Cơ chế chuyển hoá khối lượng thành năng lượng đã được mô tả chính xác trong phương trình bất hủ E = mc2. Tuy nhiên, khi Einstein công bố phương trình này vào năm 1905, hay thậm chí trước đó vài năm, khi Marie Curie nghiên cứu tính phóng xạ uranium để đi đến một tiên đoán cách mạng cho rằng nguyên tử không phải là thành phần nhỏ nhất của vật chất, thì cho tới lúc đó các nhà khoa học vẫn không biết nguyên tử cấu tạo ra sao và bởi cái gì.

● Mãi cho đến năm 1911 mới xuất hiện một mô hình nguyên tử đầu tiên – mẫu hành tinh nguyên tử Rutherford do Ernest Rutherford, nhà vật lý xuất chúng người Anh, đề xuất. Trong mô hình này, mỗi nguyên tử có cấu trúc giống như Hệ mặt trời: một hạt nhân nguyên tử nằm ở lõi (giống như mặt trời nằm ở trung tâm Hệ mặt trời), các electron quay xung quanh (giống như các hành tinh quay xung quanh mặt trời), hạt nhân lại bao gồm proton và neutron, trong đó neutron là những thành phần không tích điện.

Mặc dù năm 1913, Niels Bohr, nhà bác học thiên tài người Đan-Mạch, đưa ra một mô hình mới, tiến bộ hơn, giải thích được nhiều hiện tượng lượng tử mà mô hình Rutherford không giải thích được, nhưng về cơ bản, mô hình của Bohr vẫn bao gồm hạt nhân ở lõi và lớp vỏ electron bao quanh.

Vì thế Rutherford vẫn là người đặt nền móng cho lý thuyết về cấu trúc nguyên tử. Cần biết rằng chính ông chứ không phải ai khác đã khám phá ra proton vào năm 1909, và rằng trực giác vô cùng sắc sảo của ông đã giúp ông “nhìn thấy” nhiều điều kỳ diệu của thế giới bên trong nguyên tử mà trước ông không ai thấy.

Kỳ diệu nhất là việc ông “nhìn thấy” kích thước của electron và hạt nhân quá nhỏ bé so với kích thước của nguyên tử. Nói cách khác, thay vì coi nguyên tử là một hạt vật chất đặc cứng như trước đây người ta quan niệm, ông lại  mô  tả  nó như một quả cầu trống rỗng – không gian trống rỗng bên trong nguyên tử rộng “mênh mông” so với các thành phần của nó. Giả sử có một sinh vật nhỏ bé vô cùng – bé như các thành phần của nguyên tử – bỗng nhiên chui lọt vào cái không gian “mênh mông” ấy của nguyên tử. Khi đó nó sẽ nhìn ngắm các thành phần của nguyên tử giống như chúng ta ngước nhìn lên bầu trời sao và thấy các ngôi sao chỉ là những cái chấm nhỏ li ti không đáng kể so với cái không gian bao la vĩ đại giữa chúng. Nhận định này đóng một vai trò rất quan trọng trong những thí nghiệm bắn phá hạt nhân nguyên tử uranium sau này.

Tuy nhiên, Rutherford cũng có sai lầm, mặc dù sai lầm của ông lại kích thích những nhà khoa học khác khám phá ra những sự thật mới.

Sai lầm lớn nhất của ông là giả thuyết về neutron.

Để giải thích vì sao neutron trung hoà điện, ông cho rằng neutron thực ra là một cặp proton-electron dính vào nhau. Nhưng phải đợi mãi đến năm 1932 mới có một người bác bỏ được giả thuyết đó. Người ấy chính là James Chadwick, một học trò xuất sắc của Rutherford.

● Chadwick đã chứng minh rằng neutron bản thân nó là một hạt độc lập không tích điện! Ngay lập tức, khám phá này chỉ ra rằng neutron chính là một công cụ lý tưởng để thăm dò hạt nhân nguyên tử!

Vì nếu neutron là một hạt không tích điện, nó có thể dễ dàng đi xuyên qua lớp vỏ điện tử mà không sợ bị electron “quấy rầy níu kéo”, để rồi dễ dàng xâm nhập, luồn lách vào bên trong hạt nhân mà không sợ bị proton “gây phiền nhiễu, cản trở”. Nếu các nhà vật lý vẫn hằng ao ước có trong tay những “điệp viên tài giỏi” có khả năng đột nhập vào vương quốc nằm sâu tít bên trong hạt nhân nguyên tử để do thám thì nay họ đã có. May mắn hơn nữa, những “điệp viên” này lại sẵn có trong tự nhiên: neutron tự do được giải phóng trong quá trình phóng xạ của nhiều chất phóng xạ tự nhiên!

Không chờ đợi gì nữa, các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới hồi đó đều lao vào sử dụng neutron như những viên đạn để bắn phá hạt nhân nguyên tử của một số nguyên tố khác nhau. Họ muốn biết rõ cấu trúc của hạt nhân nguyên tử và xem xem điều gì sẽ xẩy ra nếu hạt nhân nguyên tử tan vỡ. Nhưng than ôi, sau một thời gian dài tích cực bắn phá, bắn phá với công suất mạnh hết mức có thể, hạt nhân nguyên tử “vẫn trơ gan cùng tuế nguyệt” … Tuy nhiên,  mọi nỗ lực rồi cũng sẽ đến lúc được đền đáp.

● Năm 1934, Enrico Fermi, người được coi là dẫn đầu vật lý Âu châu mãi cho đến những năm 1930, cuối cùng đã tìm ra chìa khoá để giải bài toán: Fermi đã vạch rõ sai lầm của các nhà nghiên cứu khác ở chỗ tưởng rằng cứ bắn phá càng mạnh thì sẽ càng dễ làm cho neutron xâm nhập vào hạt nhân nguyên tử. Theo ông, sự thật hoàn toàn ngược lại, neutron chuyển động càng nhanh càng khó gặp hạt nhân! Ông giải thích: Khi neutron chuyển động nhanh thì phần lớn neutron sẽ đi xuyên thẳng qua phần không gian trống rỗng của nguyên tử để rồi ra khỏi nguyên tử mà không đụng chạm gì vào hạt nhân của nguyên tử cả. 

Xác suất để một neutron gặp gỡ hạt nhân rất nhỏ, vì kích thước hạt nhân quá nhỏ bé so với phần không gian bên trong nguyên tử, như Rutherford đã nói. Chỉ khi nào neutron được làm chậm lại sao cho chúng có thể đi “la cà lêu lổng”, “lang thang” trải rộng ra trên đường bay thì khi đó chúng mới có nhiều cơ hội gặp gỡ hạt nhân nguyên tử hơn. Thậm chí, theo Fermi, nếu phần chính của chùm neutron vẫn bay thẳng thì chỉ cần một tỷ lệ nhất định neutron trải rộng ra trong không gian bên trong nguyên tử cũng đã đủ để cho chúng dễ gặp gỡ hạt nhân hơn rất nhiều. Nhưng làm thế nào để có neutron chậm? Chính Fermi lại đưa ra câu trả lời.

Chuyện kể rằng ngay chiều hôm Fermi có ý tưởng làm chậm neutron thì một cộng sự của ông xách đến cho ông mấy xô nước múc từ một bể cá vàng trên mặt đất ngay  trong viện nghiên cứu của ông. Fermi liền thử bắn chùm neutron lấy từ một nguồn phóng xạ vào nước. Kết quả thật tuyệt vời: chùm neutron từ nước đi ra có tốc độ chậm hơn so với trước khi đi vào nước! Fermi giải thích: Các phân tử nước có kích thước đủ để làm cho các hạt neutron bị bật đi bật lại nhiều lần sao cho khi ra khỏi nước chúng sẽ chuyển động chậm hơn. Theo Jeremy Bernstein, tác giả cuốn “Albert Einstein & những lĩnh vực vật lý”[4], thì công nghệ làm chậm neutron nói trên là một khám phá ngẫu nhiên nhưng cực kỳ quan trọng.

Năm 1935, Fermi cùng các cộng sự của ông thực hiện một cuộc bắn phá hạt nhân uranium bằng những chùm neutron chậm. Trong thí nghiệm, để tránh những luồng phóng xạ không mong muốn, ông đã dùng một tấm nhôm để che chắn. Nhưng tiếc thay, thí nghiệm đã không thành công. Cũng theo Bernstein (đã dẫn), nếu không dùng tấm nhôm che chắn thì chắc chắn Fermi đã tạo nên một bước ngoặt lịch sử – khám phá ra hiện tượng phân rã hạt nhân.

● Bước ngoặt khám phá ra hiện tượng phân rã hạt nhân xẩy ra vào năm 1938 do công của Otto Hahn, một nhà hoá học người Đức, và Lise Meitner, một nữ bác học vật lý xuất sắc người Áo gốc Do Thái, người mà Einstein thường gọi bằng một danh hiệu vừa thân mật vừa kính trọng là “Bà Curie của chúng ta”.

Lịch sử trên giấy trắng mực đen đã ghi nhận Otto Hahn là người có công khám phá ra hiện tượng phân rã hạt nhân (nhờ đó Hahn đoạt giải Nobel hoá học năm 1944) và Lise Meitner là người có công giải thích cơ chế vật lý của hiện tượng này. Nhưng lịch sử trên giấy không phải lúc nào cũng đúng. Những ai biết rõ câu chuyện về Hahn và Meitner sẽ thấy một sự thật khác: Người có công lớn nhất trong khám phá này chính là “Bà Curie của chúng ta”!

3* “BÀ CURIE CỦA CHÚNG TA”

Như đọc giả đã biết, Einstein thường gọi Lise Meitner một cách thân mật và trân trọng bằng danh hiệu “Bà Curie của chúng ta”. Nhưng than ôi, nếu bà Curie may mắn trong tình yêu và vinh quang tột bậc trong khoa học thì cuộc đời của Meitner lại giống như một truyện phim buồn kết thúc bằng sự phản bội trong tình bạn và sự nhìn nhận bất công của lịch sử khoa học!

Năm 1907, cô gái người Áo gốc Do Thái 29 tuổi Lise Meitner một mình đến Đức lập nghiệp từ hai bàn tay trắng cả về địa vị lẫn tiền tài. Trong hồi ký bà viết: “Tại đây, tôi chẳng có một địa vị gì để xưng hô. Bạn hãy cố tưởng tượng xem cuộc đời sẽ thế nào nếu bạn không có nhà cửa, phải ở nhờ trong một căn phòng ở nơi làm việc, không một ai giúp đỡ, không một chút quyền hành …”.

Nhưng Meitner đã cố gắng sống cởi mở, chân thành với mọi người, và nhanh chóng kết bạn với một nhà khoa học trẻ tên là Otto Hahn, kém Meitner 1 tuổi, diện mạo rất dễ coi. Họ cùng làm việc với nhau trong một phòng thí nghiệm tại Viện Kaiser Wilhelm ở Berlin. Chẳng bao lâu sau họ bắt đầu nổi lên ở Đức như một nhóm nghiên cứu có tiếng tăm với những công trình về nguyên tử được đánh giá cao.

Về tình cảm, chúng ta không có đủ bằng chứng để khẳng định Meitner yêu Hahn, nhưng có đủ bằng chứng để thấy bà luôn luôn dành cho Hahn một cái gì đó còn hơn cả sự quý hoá nâng niu. Trong thư từ gửi cho Hahn, bà luôn mở đầu trang trọng: “Dear Herr Hahn” (Ông Hahn quý mến). Trong một công trình riêng của bà về việc điền một nguyên tố vào một ô trống ở cuối Bảng Tuần Hoàn gửi đến tạp chí Physikalische Zeitschrift, bà đã ghi tên tác giả bao gồm cả hai người, thậm chí còn đề nghị tạp chí đặt tên của Hahn lên trên, mặc dù Hahn không hề đóng góp gì trong công trình này. Kể từ khi Hahn lấy vợ năm 1912 về sau, Meitner không bao giờ có một cuộc hẹn chính thức nào với Hahn nữa, nhưng cũng không có một cuộc hẹn nào với bất kỳ ai khác. Trong thời gian xa cách nhau vì cuộc Đại Chiến I, Meitner vẫn thường xuyên viết cho Hahn, và đôi khi nài nỉ Hahn viết cho mình: “Ông Hahn quý mến, … Nhớ giữ gìn sức khoẻ, và hãy viết cho tôi, ít nhất về chuyện nghiên cứu phóng xạ ra sao. Tôi nhớ đã lâu trước đây cứ thỉnh thoảng ông lại viết cho tôi một dòng, thậm chí chẳng liên quan gì đến chuyện phóng xạ cả”.

Đến giữa những năm 1920, Meitner đã trở thành chủ nhiệm khoa vật lý lý thuyết thuộc Viện Hoá Học Kaiser Wilhelm. Thái độ tự tin trong học thuật của bà lộ rõ trong các buổi hội thảo chuyên đề. Tại đó bà thường ngồi ngay ở hàng ghế đầu bên cạnh những nhân vật “khổng lồ” như Einstein hay Max Planck, v.v.

Năm 1934, sau khi biết phương pháp làm chậm neutron của Fermi, Meitner lập tức triển khai một chương trình nghiên cứu bắn phá hạt nhân uranium của riêng bà. Hahn lại được mời cộng tác, ngoài ra có thêm Fritz Strassmann, một người vừa hoàn thành luận án tiến sĩ. Nhưng đến năm 1938, làn sóng bài Do Thái dấy mạnh lên ở Đức buộc bà phải rời khỏi đất nước này để lánh nạn tại Stockholm, Thuỵ Điển. Tại đây, với khả năng tư duy lý thuyết và trí tưởng tượng sắc sảo, bà vẫn tiếp tục lãnh đạo nhóm nghiên cứu của mình tại Berlin thông qua thư từ. Vì thư từ đi lại giữa Stockholm và Berlin rất nhanh nên thậm chí bà có thể hướng dẫn các cộng sự của mình từng bước một trong tiến trình nghiên cứu.

Srassmann cho biết: “Ý kiến và sự phán xét của Meitner có trọng lượng rất lớn đối với chúng tôi tại Berlin … Meitner là người lãnh đạo trí tuệ của nhóm chúng tôi”.

Thậm chí cả những máy móc và phương tiện thí nghiệm như nguồn neutron chất lượng cao, máy đếm, máy khuếch đại, … cũng đều do chính Meitner đã chuẩn bị lắp đặt sẵn sàng tại phòng thí nghiệm ở Berlin trước khi bà rời khỏi nơi đây. Các cộng sự của bà chỉ việc sử dụng và tiến hành thí nghiệm theo chương trình do bà vạch ra.

Một lần, trực giác mách bảo Meitner lưu ý Hahn phải chú ý đến những biến thể của radium có thể xuất hiện trong quá trình bắn phá hạt nhân uranium, vì bà biết rằng radium và uranium thường xuất hiện bên cạnh nhau trong các hầm mỏ, chúng có hạt nhân nguyên tử nặng gần như nhau, … Sau khi làm lại thí nghiệm, thấy quả thật đã xẩy ra những điều giống như Meitner đã tiên đoán, Hahn vội báo tin cho bà:

“Lise thân mến! … Có một cái gì đó có vẻ như “những đồng vị của radium” rất đáng chú ý mà lúc này chúng tôi chỉ nói với bà thôi … Có lẽ bà nên có một sự giải thích đặc biệt … Nếu có bất cứ điều gì bà thấy có thể công bố, thì bà nên công bố trên tinh thần đó là công việc của cả 3 chúng ta!”.

Lá thư nói trên cùng một lúc vừa cho thấy vai trò hướng dẫn của Meitner quan trọng như thế nào, vừa cho thấy Hahn là một người rất nhậy cảm đối với việc giành giật vinh quang cho bản thân ra sao.

Gần tới dịp Giáng Sinh năm 1938, Robert Frisch, một nhà vật lý tại Viện Niels Bohr, đồng thời là cháu ruột của Meitner, đã từ Copenhagen đến gặp Meitner tại Thuỵ Điển để cùng tham gia nghiên cứu. Chính Frisch đã chứng kiến những giây phút quyết định nhất vào đêm Giáng Sinh dẫn tới việc khám phá ra hiện tượng phân rã hạt nhân. Đó là thời điểm Meitner đưa ra những phân tích, tính toán, dự liệu những sự kiện có thể sẽ xẩy ra, như sau này Frisch kể lại trong cuốn “What Little I Remember”:

“Rất may là cô tôi nhớ rõ cách làm thế nào để tính toán khối lượng của hạt nhân, và nhờ đó bà đã đi đến một kết quả cho thấy 2 hạt nhân mới hình thành do sự phân chia 1 hạt nhân uranium sẽ nhẹ hơn hạt nhân uranium ban đầu khoảng 1/5 khối lượng của 1 proton. Theo công thức E = mc2 của Einstein, khi khối lượng biến mất thì đó là lúc năng lượng được tạo ra…”

Thật vậy, theo Meitner, muốn phá vỡ hạt nhân uranium thì điều quan trọng nhất lúc này là phải có đủ số lượng neutron cần thiết. Tại sao vậy?

Meitner giải thích bằng cách đặt vấn đề: Tại sao hạt nhân nguyên tử có thể bền vững trong khi các hạt proton chứa trong đó luôn luôn đẩy lẫn nhau vì tích điện cùng dấu? Câu trả lời: Lực đẩy điện tích giữa các proton quá nhỏ so với lực hạt nhân mạnh (strong force) giữ chúng lại với nhau. Vậymuốn phá vỡ hạt nhân, phải “bẻ gẫy” lực hạt nhân mạnh, Meitner suy nghĩ, và bà bắt đầu hình dung ra những viên đạn neutron bắn trúng hạt nhân, làm cho hạt nhân rung lên, chao đảo, lung lay, …

Kể chuyện đến đây, tôi chợt tưởng tượng ra Mike Tyson và Holyfield đang tỉ thí trên võ đài. Holyfield bỗng tung ra một chưởng trúng mặt Tyson. Võ sĩ thép này choáng váng, loạng choạng, lảo đảo… Holyfield chộp ngay lấy cơ hội để đấm tiếp, bồi tiếp những cú đấm sấm sét, không để cho Tyson kịp trấn tĩnh, hồi phục, đấm cho đến khi nào Tyson mất sức chống đỡ, “thép cũng phải nhũn ra”, rồi “nốc ao” …

Tương tự như thế, để “hạ gục” hạt nhân nguyên tử, cần phải duy trì sự bắn phá sao cho đến một lúc nào đó lực hạt nhân mạnh bị “suy xụp”, “đứt tung ra”, và hạt nhân sẽ tan vỡ. Muốn thế, phải có đủ số lượng neutron cần thiết.

Meitner thông báo với các cộng sự tại Berlin những việc cần làm, và mọi điều diễn ra sau đó như thế nào thì mọi người đã rõ. Hahn và Strassmann đã trở thành những người đầu tiên khám phá ra hịên tượng hạt nhân uranium bị vỡ làm đôi do bị bắn phá bởi neutron và năng lượng được giải phóng!

Như Frisch đã nói, bằng cách so sánh tổng khối lượng các thành phần của hạt nhân uranium trước và sau khi hạt nhân tan vỡ, Meitner đã xác định được phần khối lượng biến mất. Theo nguyên lý bảo toàn vật chất mà công thức E = mc2 của Einstein đã chỉ rõ, khối lượng “mất tích” ấy ắt phải biến thành năng lượng. Đó là lý do vì sao năng lượng được giải phóng trong quá trình phân rã hạt nhân. Chính Meitner chứ không phải ai khác đã đưa ra những giải thích này. Tuy nhiên, người đứng ra công bố khám phá này tại Berlin lại là Otto Hahn, và nhờ đó, Hahn lập tức trở nên nổi tiếng và năm 1944 đã được trao tặng giải Nobel hoá học!

Meitner không hề được hội đồng trao giải Nobel nhắc tới, đơn giản vì công trình khám phá do Hahn công bố hầu như không nhắc gì đến đóng góp của bà! Thậm chí trong suốt gần một phần tư thế kỷ sau đó, Hahn đã cố chứng minh rằng tất cả mọi kết quả khám phá là của riêng ông. Trớ trêu thay, trong khi Hahn phớt lờ người có công lớn nhất là Meitner thì lại không thể phớt lờ Strassmann. Hahn định “bố thí” cho Strassmann 10% tiền giải thưởng, nhưng Strassmann khảng khái từ chối. Ông vô cùng  thất vọng với con người của Hahn, coi việc Hahn làm là một trò hề. Ông đã viết thư cho Meitner để mời bà trở lại Đức, nhưng Meitner từ chối.

Làm sao Meitner có thể nhận lời trong khi bà cảm thấy bị tổn thương vì những gì mà một cộng sự lâu năm, một người bạn thân mà bà hằng quý mến trân trọng, đã cư xử với bà? Nhưng Meitner đã quyết định dẹp bỏ nỗi buồn, quên đi mọi kỷ niệm trong quá khứ ở Đức. Bà rời Stockholm để sang Anh sống những năm cuối đời như một bà già ẩn dật, cô đơn, suốt ngày chỉ lục lọi sách ở các hiệu sách. Bà mất tháng 11 năm 1968 trong sự lặng lẽ không mấy ai biết. Trong những năm 1970, các học giả nữ trên thế giới đã lên tiếng đòi lấy lại vinh quang cho bà. Năm 1982, lịch sử khoa học dường như hối hận và muốn sửa chữa lỗi lầm bằng cách lấy tên bà để đặt cho nguyên tố thứ 109 trong Bảng Tuần Hoàn Mendeleev – nguyên tốMeitnerium.

Câu chuyện Hahn-Meitner thật đáng buồn. Nhưng đáng buồn nhất là khám phá của họ lập tức được áp dụng cho dự án chế tạo bom nguyên tử của Đức quốc xã! Dự án này đặc biệt đáng lo ngại vì nó được trao vào tay  một người mà tài năng được coi là “khổng lồ” trong khoa học, chỉ sau Einstein mà thôi: Werner Heisenberg!

4* KHI NGƯỜI “KHỔNG LỒ” NHẬP CUỘC

Khám phá của Hahn-Meitner năm 1938 về phản ứng phân rã hạt nhân đã đem lại niềm hy vọng tràn trề cho các lãnh tụ Đức quốc xã về một thứ vũ khí có thể giúp họ thống trị thế giới. Nhật ký của Joseph Goebbels, cánh tay phải của Hitler về tuyên truyền và chính trị, biểu lộ rõ niềm hy vọng đó: “Tôi nhận được một báo cáo về những thành tựu mới nhất của khoa học Đức. Nghiên cứu trong lĩnh vực bắn phá nguyên tử đã đi tới kết luận rằng chỉ cần một cố gắng tối thiểu cũng có thể tạo ra một cuộc huỷ diệt khổng lồ … Vấn đề mấu chốt là chúng ta sẽ đứng đầu thế giới…”. Những dòng này được viết vào tháng 02-1942, sau khi Goebbles cùng nhiều sĩ quan quốc xã khác được nghe một nhà khoa học thuyết giảng rằng lúc này khả năng chế tạo một quả bom có sức huỷ diệt khổng lồ đã trở nên hết sức dễ dàng!

Thưa độc giả, nhà khoa học đó chính là Werner Heisenberg – cha đẻ của Cơ Học Ma Trận và Nguyên Lý Bất Định nổi tiếng!

Ai cũng biết Heisenberg là một nhà khoa học “khổng lồ” chỉ đứng sau Einstein mà thôi, nhưng ít người biết Heisenberg cũng chính là tác giả kiêm tổng chỉ huy dự án nghiên cứu chế tạo bom nguyên tử của quân đội quốc xã!

Với “thành tích” đó, sau Thế Chiến II Heisenberg đã bị phe đồng minh giam giữ tại Anh một thời gian. Khi bị chất vấn, ông khai rằng ông đã cố tình lái chương trình nghiên cứu đi chệch hướng để vũ khí nguyên tử không rơi vào tay Đức quốc xã. Nhưng gần đây, khoảng nửa thế kỷ kể từ khi ông bị bắt, những cuốn băng ghi trộm để theo dõi Heisenberg ở nơi ông bị giam giữ đã được công khai hoá. Qua đó người ta thấy rõ ông đã cố gắng che giấu sự thật.

Vậy sự thật như thế nào?

Tháng 9 năm 1939, khi Văn Phòng Vũ Khí của quân đội quốc xã chính thức hoạt động thì Heisenberg đã sẵn sàng nhập cuộc, tự nguyện làm bất cứ việc gì nhà nước Đức cần đến. Ông hăng hái đến nỗi ngay tháng 12-1939 đã đệ trình lên nhà nước Đức một kế hoạch đầy đủ và rõ ràng về việc làm thế nào để chế tạo một quả bom nguyên tử. Lập tức kế hoạch của ông được chấp thuận. Tháng 02-1940, hai trung tâm nghiên cứu phản ứng nguyên tử của Đức ra đời, một tại Đại học Leipzig, một tại Berlin. Heisenberg lãnh đạo cả hai. Để che mắt thiên hạ, trung tâm Berlin được đặt tên là “The Virus House” (Cơ quan nghiên cứu virus), còn trung tâm Leipzig thì giống như một phòng thí nghiệm của trường đại học.

Mục tiêu đầu tiên của Heisenberg là tạo ra một phản ứng dây chuyền.

Khi một hạt nhân bị tan vỡ, neutron trong hạt nhân này sẽ được giải phóng và trở thành neutron tự do; neutron tự do lại phá vỡ các hạt nhân bên cạnh, …; cứ như thế quá trình diễn ra liên tục, nối tiếp nhau theo dây chuyền. Khi hạt nhân tan vỡ, một năng lượng được giải phóng, cái mà công thức E = mc2 đã tiên đoán. Trong phản ứng dây chuyền có hàng tỷ tỷ hạt nhân bị tan vỡ, do đó toả ra một năng lượng khổng lồ!

Như ta đã biết, chìa khoá của vấn đề là neutron chậm. Nhưng khi áp dụng phương pháp của Fermi, dùng nước thường để làm chậm neutron, Heisenberg thấy chỉ có một vài phản ứng xẩy ra ở lõi của mẫu uranium. Tại đó chỉ có vài nguyên tử bị tan vỡ và neutron tự do bay ra vẫn còn quá nhanh, không đủ chậm để tạo ra phản ứng dây chuyền. Phải tìm cách làm chậm neutron một cách hiệu quả hơn, Heisenberg suy nghĩ, và ông đã biết cách: Sử dụng nước nặng!

Cuộc sống có những ngẫu nhiên kỳ lạ: Khi Fermi mầy mò tìm cách làm chậm neutron bằng nước thường thì nhà hoá học Mỹ Harold Urey phát hiện ra rằng nước ở các đại dương, sông hồ, hoá ra không chỉ bao gồm phân tử H2O, mà còn bao gồm những biến thể – những phân tử nặng hơn: Thay vì chứa hydrogen ở lõi, biến thể này lại chứa deuterium, một đồng vị của hydrogen nhưng nặng gấp đôi, vì thế loại nước bao gồm những biến thể này được gọi là nước nặng. Nước nặng chiếm tỷ lệ 1/10.000 trong nước thông thường. Một bể bơi rộng chỉ có thể gạn lọc ra một cốc nước nặng, nhưng đó là một cốc nước vô cùng quý giá đối với Heisenberg, vì nước nặng làm chậm neutron hiệu quả hơn gấp bội so với nước thường! Khi neutron đi qua nước nặng, thay vì gặp hydrogen, chúng lại gặp deuterium nặng hơn, va đập mạnh hơn để sau hàng chục lần va đập như thế chúng sẽ đi ra khỏi nước nặng với tốc độ chậm hơn rất nhiều so với lúc đi vào.

Tháng 02-1941, dưới sự lãnh đạo của Heisenberg, thí nghiệm tạo phản ứng dây chuyền đầu tiên diễn ra dưới một tầng hầm của Đại học Leipzig, với sự chứng kiến của nhiều quan chức đầu não của nhà nước quốc xã, mặt ngẩng cao, ngực lấp lánh những chiếc phù hiệu “swastika” (chữ thập ngoặc).

Heisenberg ra lệnh bắt đầu, một trợ lý đưa máy dò vào bên trong lò phản ứng, những neutron đầu tiên bắt đầu xâm nhập vào bên trong uranium, các chuyên gia dán mắt theo dõi diễn biến để ghi chép kết quả. Nhưng ………

Chẳng có gì xẩy ra cả. Thí nghiệm thất bại !

Heisenberg không hề bối rối. Ông quả quyết chỉ vì thiếu uranium, và đơn giản là ông hối thúc công ty Berlin Auer phải nhanh chóng cung cấp đủ số lượng uranium cần thiết, đến nỗi công ty này đã phải bí mật mua “nô lệ” – nữ tù nhân trong trại tập trung Sachsenhausen – để có đủ nhân công sản xuất kịp ô-xít uranium cho dự án của Heisenberg.

Đến mùa thu năm 1941, tình hình tiến triển tốt hơn, và cuối cùng, vào mùa xuân năm 1942, một đột phá đã xẩy ra. Lò phản ứng đã giải phóng một số lượng neutron tự do đáng kể: 13% nhiều hơn so với số lượng neutron được đưa vào lúc ban đầu, và một năng lượng rõ rệt, đáng kể, đã được giải phóng.

Heisenberg đã thắng lợi! Ông đã chứng minh cho nhà nước quốc xã thấy niềm tin đặt nơi ông là hoàn toàn chính xác. Không còn gì để nghi ngờ nữa, một quả bom nguyên tử thật sự đã nằm trong tầm với của Heisenberg. Mộng phục thù và bá chủ của Hitler có cơ may thành công (!).

Nhưng than ôi, lịch sử đã diễn biến hoàn toàn khác. Quân đội quốc xã đã đầu hàng đồng minh trước khi có một quả bom nguyên tử “Made in Germany”. Phải chăng Heisenberg đã thực sự lái chương trình nghiên cứu đi chệch hướng như ông đã khai báo khi bị giam giữ ở Anh?

Không! Không hề có chuyện đó. Người Đức đã thực sự thất bại trong chương trình nguyên tử. Có 2 nguyên nhân dẫn tới thất bại đó. Nguyên nhân thứ nhất thuộc về chính bản thân Heisenberg.

Nếu Heisenberg là một nhà bác học vĩ đại về lý thuyết thì ông không được đánh giá cao trong những hiểu biết về công nghệ. Nhưng để chế tạo một quả bom nguyên tử, ngoài những nguyên lý vật lý và hoá học cơ bản còn phải có những thủ thuật công nghệ khôn ngoan và thích hợp. Chẳng hạn, các mẫu uranium nên có hình dạng như thế nào là tốt nhất để đưa vào lò phản ứng. Các chuyên gia ngày nay biết rõ hình dạng có hiệu quả nhất là hình cầu (viên bi). Với mẫu uranium hình cầu, số neutron vào được tới tâm sẽ đạt mức tối đa. Nếu việc cắt gọt uranium thành hình cầu khó đạt được độ chính xác thì người ta chấp nhận một hình dạng kém hiệu quả hơn một chút, đó là hình oval (hình quả trứng). Kém hơn chút nữa là hình trụ (xy-lanh), rồi đến hình lập phương, và cuối cùng, kém nhất là những tấm phẳng. Tiếc thay, Heisenberg lại ưa thích những tấm phẳng. Lý do đơn giản vì những tấm phẳng rất thuận lợi cho những tính toán lý thuyết.

Nhưng bên cạnh Heisenberg còn có rất nhiều kỹ sư tài ba khác, vậy cớ gì họ không tìm ra những phương án tối ưu về công nghệ?

Đúng vậy. Quả thật là đã có nhiều ý kiến đóng góp với Heisenberg, nhưng ông tin vào chính bản thân ông hơn là tin vào ai khác. Một căn bệnh khá nặng ở các giáo sư Đức trước Thế Chiến II là căn bệnh tự phụ. Họ cho rằng nền khoa học Đức là nhất thế giới. Kẻ khác phải học họ thay vì họ phải học thiên hạ. Heisenberg cũng không tránh được tâm lý đó. Nhiều tài liệu kể rằng ông không chịu nghe góp ý của các chuyên viên dưới quyền, thậm chí nhiều lần ông nổi cáu không để cho họ bộc lộ ý kiến. Trong khi nhiều nhà khoa học trẻ đã chỉ ra nhiều sai lầm của Heisenberg về chi tiết kỹ thuật.

Tuy nhiên, những sai lầm công nghệ của Heisenberg không thể chặn đứng chương trình nguyên tử của Đức, nó chỉ làm chương trình này tiến triển chậm một chút thôi. Nếu thời gian ủng hộ Heisenberg thì chắc chắn cuối cùng ông cũng sẽ đạt tới đích. Nhưng thời gian không ủng hộ ông, lương tri của nhân loại không ủng hộ ông. Phe đồng minh đã đánh hơi được việc ông làm. Họ biết rõ đó là một mối đe doạ tiềm tàng, và họ đã hạ quyết tâm: “Dự án của Heisenberg phải bị phá huỷ!”.

5* “DỰ ÁN HEISENBERG PHẢI BỊ PHÁ HUỶ”!

Cơ quan tình báo Anh đã theo dõi dự án nguyên tử của Heisenberg ngay từ đầu và hạ quyết tâm: “Dự án của Heisenberg phải bị phá huỷ!”.

“Con cáo già tình báo” này nhận thấy một điểm yếu của dự án: Đó không phải là vấn đề uranium, vì Đức lúc ấy đã chiếm cả Bỉ lẫn Tiệp, mà Bỉ thì có thừa uranium khai thác từ thuộc địa Congo, còn Tiệp thì có mỏ uranium. Cũng không phải vấn đề sinh mạng cá nhân Heisenberg, vì rất khó tiếp cận nhân vật quan trọng này, quanh ông lúc nào cũng dày đặc bảo vệ. Mục tiêu dễ bị tổn thương nhất, thực ra, là trung tâm sản xuất nước nặng, nằm trên một khe núi tại Vemork thuộc Na-Uy, cách thủ đô Oslo 90 dặm theo một con đường liên tỉnh ngoằn nghèo.

Tại sao lại là NaUy, thay vì một địa điểm trên đất Đức?

Thật vậy, trong khi một số trợ lý đề nghị nên xây dựng một nhà máy sản xuất nước nặng trên đất Đức để đảm bảo an toàn, thì Heisenberg, được các sĩ quan quân đội ủng hộ, lại quyết định nên tận dụng một nhà máy sản xuất nước nặng sẵn có đang hoạt động rất tốt trên đất Na-Uy, bất chấp Na-Uy là một quốc gia trung lập!

Thoạt nghe, ai cũng thấy đó là một quyết định kỳ quặc. Nhưng nếu hiểu rõ con người xã hội và chính trị của Heisenberg, độc giả sẽ không ngạc nhiên.

1-Vemork, sự lựa chọn của Heisenberg:

Nếu trong khoa học Heisenberg là một người sớm đạt tới vinh quang