ALBERT ABRAHAM MICHELSON
(1852 - 1931)
“… Đó là kết quả “âm” vĩ đại nhất trong tất cả những kết quả “âm” trong lịch sử khoa học…”
Gặp Tổng thống xin… dành cho chỗ học
Năm 1952, Hội vật lý thành phố Cleveland bang Ohaio tổ chức lễ kỷ niệm 100 năm ngày sinh nhà vật lý Mỹ vĩ đại Albert Abraham Michelson. Tại ranh giới địa hạt Học viện Case và trường Đại học “Westem Reserve'' ở Cleyeland, người ta dựng một tấm bia kỷ niệm trên đó khắc:
Cách nơi đây không xa, vào tháng 7 năm 1887, Tiến sĩ A.A.Michelson, Giáo sư học viện Case và Tiến sĩ E.W.Morley đã tiến hành thí nghiệm Michelson Morley nổi tiếng, một thành tựu khoa học xuất sắc thế kỷ XIX - hòn đá tảng của vật lý học hiện đại. Tấm bia này đã được hai trường Đại học nói trên dựng vào ngày 9 - 12 - 1952, nhân dịp 100 năm ngày sinh Tiến sĩ Michelson.
Thí nghiệm Michelson giờ đây đã trở thành một thí nghiệm kinh điển được mô tả trong các giáo khoa vật lý các nước. Có thể nói, hầu như cả cuộc đời Michelson chỉ làm đi làm lại duy nhất mỗi thí nghiệm này. Với ý nghĩa vật lý then chốt của nó, thí nghiệm Michelson chính là xuất phát điểm, là cái thực trên khoa học của thời đại, đã giúp cho A.Einstein, với khả năng tư duy trừu tượng hiếm có của mình, bước tới đỉnh cao của thiên tài.
Tuy nhiên, để đạt được thành công hiếm có ấy, Michelson đã phải vượt qua bao nỗi đắng cay của số phận.
Ông sinh ra lại một thị trấn nhỏ ở Ba Lan, Cha ông cũng như nhiều đồng bào ông thời ấy, đã đi tìm hạnh phúc ở bên kia đại dương. Lúc ấy Albert mới vừa tròn hai tuổi.
Mới đầu gia đình ông lập nghiệp ở California, nhưng công việc làm ăn không phát đạt, họ lại thu xếp chuyển đến Virginia.
Ở trường, Albert học khá, đặc biệt là các môn toán lý. Khi bàn đến tương lai của cậu con trai. Ông bố thường yên lặng: Học ở trường Đại học thì phải trả tiền, mà tiền thì lấy đâu ra, ở nơi gạo châu củi quế này, gia đình tám miệng ăn đâu phải chuyện thường!
Cuối cùng, Albert chọn Học viện Hải quân chỉ vì Học viện này có cho sinh viên học bổng, đồng thời mở ra cho cậu con đường đi vào khoa học. Nhưng Michelson đạt được nguyện vọng đó không phải dễ dàng. Ở bang Nevada, nơi gia đình Michelson cư trú, Học viện Hải quân chỉ được dành cho một chỗ và người được chọn vào chắc chắn không phải là Albert. Cậu buồn lắm! Cậu phải hành động. Một ý nghĩ lóe lên trong đầu óc chàng trai 17 tuổi...
Cậu thu xếp hành trang, một mình tìm đến Washington với ý nghĩ táo bạo: trực tiếp đề nghị Tổng thống U.S.Grant tạo điều kiện cho cậu được vào Học viện. Cậu biết rất rõ, cứ sáng sớm, vào giờ nhất định. Tổng thống thường đi dạo với con chó của mình. Cậu đứng đợi ở cổng Nhà Trắng. Vừa thấy Tổng thống xuất hiện, cậu lấy hết can đảm bước đến trước mặt ông. Lúc đã về già, Michelson mỉm cười nhớ lại lúc ấy đã hứa với Tổng thống rằng ông có thể tự hào vì cậu, nếu cậu được vào Học viện. Điều đáng ngạc nhiên không phải là Tổng thống đã chú ý lắng nghe cậu, dành cho cậu một trong những chỗ còn để trống do đích thân ông phân phối; mà là ở chỗ, cậu thiếu niên này đã giữ đúng lời hứa của mình. Cậu đã trở thành nhà vật lý thực nghiệm kiệt xuất, cậu đã trở thành người Mỹ đầu tiên được giải thưởng Nobel năm 1907, cậu đã trở thành niềm tự hào và vinh quang của nước Mỹ...
Săn lùng ''Gió ête''…
Lúc mới vào, Học viện có 86 sinh viên, nhưng khi tốt nghiệp chỉ còn cả thảy 29 người trong số đó có Albert.
Mới đầu, anh làm việc hai năm trên một con tàu quân sự với cấp bậc thiếu úy và khi hết nghĩa vụ, được gọi về Học Viện làm việc tại khoa vật lý và hóa học.
Lúc này, kỹ thuật thực nghiệm trong vật lý học cuối thế kỷ XIX đã cho phép đo được vận tốc ánh sáng một cách chính xác và khẳng định thuyết điện từ về ánh sáng. Để xây dựng mô hình cơ học về sự truyền sóng ánh sáng, người ta thừa nhận một môi trường giả định là ête Vũ trụ, có mặt ở khắp nơi trong Vũ trụ và đứng yên trong không gian tuyệt đối.
Do đó các nhà vật lý hy vọng rằng, nếu như các thí nghiệm cơ học không cho phép phát hiện không gian tuyệt đối, thì các thí nghiệm quang học có thể cho phép làm việc đó.
Năm 1878, một năm trước khi qua đời, J.C.Maxwell đã nêu lên một thí nghiệm tưởng tượng cho phép phát hiện chuyển động của Trái đất trong ête. Song tiếc thay, ông không kịp thực hiện thí nghiệm tưởng tượng đó trên thực tế.
Năm 1881, Michelson đã tìm ra một biện pháp tài tình để biến thí nghiệm tưởng tượng của Maxwell thành thí nghiệm thực hiện được. Michelson lập luận: Trái đất chuyển động trên quỹ đạo quanh Mặt trời với vận tốc xấp xỉ 30km/s.
Nếu như không gian chứa đầy ête Vũ trụ đứng yên tại chỗ, khi Trái đất chuyển động ắt phải có một luồng “gió ete” thổi ngược lại, giống, như một người đi xe ôtô lúc trời lặng gió vẫn thấy có luồng gió thổi ngược. Michelson chuẩn bị thí nghiệm tỷ mỷ, công phu. Ông phát minh ra một dụng cụ vô cùng tinh vi mà giờ đây được gọi là ''Giao thoa kế Michelson''. Thí nghiệm bắt đầu, nhà vật lý theo dõi dụng cụ một cách căng thẳng. Ngày này qua ngày khác, ông cần mẫn quay giao thoa kế nhích dần theo mọi phương và quan sát kỹ các vân giao thoa. Kết quả thật bất ngờ: Không thấy có dấu hiệu gì chứng tỏ có “gió ête”. Vậy thì ête, ''mi'' ở đâu? Hay có thể, vì Trái đất khi quay theo quỹ đạo quanh Mặt trời đã cuốn ête theo mình, do vậy mà giao thoa kế không phát hiện thấy sự thay đổi về vận tốc ánh sáng chăng.
Và ông lại thí nghiệm, thí nghiệm tiếp...
Các kết quả lại vẫn như cũ.
Ông công bố kết quả và phát biểu giả định của mình. Có thể là Trái đất đã cuốn theo khi nó chuyển động là như vậy, phần ête bao quanh Trái đất là đứng yên so với trái đất; đó là nguyên nhân gây ra kết quả phủ định, kết quả “âm” của thí nghiệm? Nhưng nhiều nhà vật lý học không công nhận giả thuyết đó. Để giải thích nhiều hiện tượng vật lý khác, có người cho rằng ête không bị Trái đất kéo theo, có người cho rằng nó bị kéo theo một phần thôi. Kết quả '''âm'' lại vẫn là một điều bí hiểm!
Về sau, Michelson gặp Giáo sư hóa học E.W.Morley. Ông này cũng là người chuộng chính xác. Trong các đo đạc của mình, Morley thường theo đuổi đến độ chính xác hầu như tuyệt đối. Michelson chừng như nhìn thấy chính bản thân mình trong Morley. Với con người ấy, Michelson có thể hoàn toàn tin cậy.
Giờ đây, cả hai cùng hợp sức cải tiến giao thoa kế cho tinh vi hơn. Các dụng cụ được chế tạo hết sức cẩn thận để loại trừ tất cả những nhiễu loạn có thể xảy ra trong thời gian thí nghiệm.
Thế rồi, năm 1887 thí nghiệm được tiến hành lại. Và cũng giống như trước, kết quả y hệt như Michelson đã từng nhận được. Michelson chắc mẩm, lần này với giao thoa kế ''siêu'' chính xác mới của ông và Morley, may ra có thể phát hiện thấy sự thay đổi về vận tốc ánh sáng... ấy thế mà lại cũng vẫn kết quả ấy!
Ông lại cho công bố kết quả ''âm'' của mình, lần đầu tiên chứng minh với độ chính xác cao rằng, vận tốc ánh sáng không phụ thuộc vào chuyển động của trái đất, rằng đại lượng đó là một hằng số.
Michelson không tìm được cái mà ông đã đeo đuổi suốt mấy chục năm ròng. Những thí nghiệm tinh vi của ông đã đưa tới kết quả ''âm''. Song theo cách diễn tả của J.D.Bernal, nhà vật lý kiêm triết học xuất sắc thế kỷ XX, thì... Đó là kết quả ''âm" vĩ đại nhất trong tất cả những kết quả ''âm'' của lịch sử khoa học. ''Kết quả này như là bản khai tử cho giả thuyết về đại dương ête bất động!''.
- Sau này, trên cái nền mà Michelson đã chuẩn bị sẵn Einstein với tư duy sắc nhạy hiếm có đã xây dựng thuyết tương đối của mình. Còn Michelson khi kể về thí nghiệm này, ông khiêm nhường nói: ''Theo tôi thí nghiệm này đã không đến nỗi tốn công vô ích, bởi vì việc tìm kiếm cách giải quyết vấn đề đặt ra đã dẫn tới việc phát minh ra giao thoa kế”.
Thế đấy! Chỉ có giao thoa kế, còn ngoài ra không có gì nữa cả!
Trên giường bệnh vẫn ''chỉ huy'' thí nghiệm.
Có thể nói, đối với Michelson, việc đo vận tốc ánh sáng có một cái gì đó đại loại như chuyện ''ma ám''.
Tới năm 70 tuổi, ông lại trở về với vấn đề lúc ban đầu. Ông đi California... Tại đây, trên ngọn San - Antonio, ông đặt một thiết bị khác trên ngọn Wilson, cách nhau khoảng 35km. Nhiều đêm liên tục, một chùm tia sáng hẹp, sau khi phản xạ từ hệ gương đặt trên Núi San - Antonio, xuyên qua đêm tối và đập vào gương parabol ở trên núi Wilson. Ba năm trời, bắt đầu từ năm 1924 đến cuối năm 1927, hầu như tối nào cũng vậy; thí nghiệm nọ nối tiếp thí nghiệm kia... Cuối cùng, ông thu được kết quả trung bình của vận tốc ánh sáng là 299798 km/s.
Lúc này tuổi đã cao, tóc bạc da mồi, Michelson có quyền lắng mình nhìn lại cuộc đời và tự thấy chính ông đã sống như ông hằng mong muốn.
Nhưng không, Michelson vẫn chưa thật hài lòng với kết quả đã đạt được. Ông lại nghĩ về một thí nghiệm mới, ông muốn làm khoảng cách giữa hai gương dài xa hơn nữa...
Trong thời gian làm thí nghiệm cuối cùng, mây mù và khói ở California đã gây khó khăn không ít cho ông. Để loại bỏ tất cả những chướng ngại gây rối đó, nhà vật lý cho tia sáng đi qua chân không.
Phải chế tạo một cái ống rất lớn, rồi rút hết không khí ra khỏi ống: chỉ mỗi công việc này cũng mất hàng tuần.
Trước kia, chưa từng bao giờ đo vận tốc ánh sáng trong chân không gần như hoàn toàn.
Một năm rưỡi trời, hàng trăm phép tính...
Lúc này, ngoài hiện trường, nơi tiến hành thí nghiệm, bỗng dưng người ta thấy vắng bóng nhà Bác học già. Ông bất thình lình bị chảy máu não. Tuy vậy, nằm trên giường bệnh, ông vẫn gắng gượng dồn hết hơi sức ''chỉ huy'' thí nghiệm, góp ý giải quyết những vấn đề nảy sinh trong quá trình thí nghiệm...
Kết quả tìm thấy là vận tốc ánh sáng bằng 2997764km/s.
Thành công này làm ông phấn chấn. Độ chính xác vừa đạt được chừng như đưa lại sinh khí cho ông, ông cảm thấy dễ chịu hơn, ông đi lại được; thậm chí còn nhờ người dìu tới tham dự một hội nghị khoa học có mặt Eisntein và nhiều nhà khoa học lớn từ nhiều nước trên thế giới.
Trong bữa tiệc chúc mừng mình, Eisntein đứng lên, kính cẩn hướng về phía ông già đang ngồi một cách khiêm tốn giữa những người khác và nói: ''Thưa ngài Michelson vô cùng kính mến! Chính ngài đã bắt đầu công trình nghiên cứu của mình khi tôi còn là một đứa trẻ. Ngài đã mở ra cho các nhà vật lý những con đường mới và bằng những thí nghiệm tuyệt vời của mình, Ngài đã khai phá con đường đi tới thuyết tương đối. Nếu không có các công trình nghiên cứu của Ngài, lý thuyết ấy ngay ngày nay cũng vẫn chỉ là một giả thuyết lý thú''.
Những ai nhìn thấy Michelson vào giây phút ấy đã nói lại rằng, nhà Bác học già vô cùng xúc động. Ông đứng dậy, ôm chặt Einstein, tay ông run run, đôi mắt ông hoe đỏ. Cả phòng khách như lắng xuống...
Ông muốn quay trở lại làm việc, nhưng ngày 1 tháng 3 ông nằm liệt giường sức khỏe ông giảm sút rất nhanh. Ngày 9 - 5 - 1931, Michelson trút hơi thở cuối cùng!
Biết tin ông qua đời, Einstein đã lặng đi trong giây lát và thốt lên: ''Michelson là nghệ sĩ vĩ đại nhất trong thế giới thí nghiệm khoa học!”
Thi hài ông, theo di chúc, được hỏa táng và tro được thả bay theo gió...
Nhà nghiên cứu THẾ TRƯỜNG
