1

John Wheeler và nghiên cứu về hạt cơ bản, hạt nhân và vũ khí

Kenneth W. Ford

Có một thời, Wheeler đã xem vật lí hạt nhân là phương thức tốt nhất để “chiến đấu với tự

nhiên”. Nhưng sau đó ông đã bị thu hút bởi tính đơn giản của muon, loại hạt miễn trừ lực hạt

nhân mạnh. Tuy nhiên, bản thân ông không thể thoát khỏi sự phân chia thế lực trong một thế

giới đang có chiến tranh.

John Wheeler mất tại nhà riêng của

ông ở gần Princeton, New Jersey, vào hôm 13

tháng 4 năm 2008, ở tuổi 96. Mười năm

trước, ông đã cho xuất bản một quyển tự

truyện với tựa đề rất hợp “A Life in Physics”

(Một đời dành cho Vật lí học).1 Ông đã có

một cuộc hôn nhân hạnh phúc kéo dài 72 năm

và ông rất tự hào với ba người con và những

thành tích của họ. Nhưng cuộc đời của ông và

sự nghiệp vật lí của ông thật ra không thể

phân biệt rạch ròi được. Từ khi ông là đồng

tác giả của bài báo đầu tiên của ông cùng với

William Meggers2 lúc ông 19 tuổi cho đến

khi ông viết xong đề mục cuối cùng của mình

trong sổ tay3 lúc ông 95 tuổi, ông chưa một

lúc nào ngừng suy nghĩ về vật lí học – hay,

như ông đã bày tỏ, là “chiến đấu với tự

nhiên”.

Wheeler thích nói rằng cuộc đời của

ông được phân chia thành ba thời kì. Thứ

nhất là thời kì “mọi thứ đều là hạt”, kéo dài

từ đầu thập niên 1930 đến đầu thập niên

1950, trong thời gian đó ông tập trung làm

việc với electron, positron, photon, muon, và

hạt nhân nguyên tử, với thời gian dành cho

nghiên cứu vũ khí. Sau đó là thời kì “mọi thứ

là trường”, từ 1952 đến cuối thập niên 1970,

khi sự hấp dẫn nằm ở chủ điểm quan tâm của

ông – với vấn đề quốc phòng cũng được ông

quan tâm. Thời kì đó hòa mình vào thời kì

“mọi thứ là thông tin” của những năm tháng

sau này của đời ông, khi ông khảo sát các cơ

sở của sự đo lường lượng tử và đưa ra những

ý tưởng ví dụ như tính hay thay đổi của định

luật vật lí và cái ông mô tả là “từ bit mà ra”.

2

Trong bài báo này, tôi mô tả một số thành tựu chủ yếu của John Wheeler trong giai đoạn

đầu của sự nghiệp khoa học của ông. Bài báo tiếp theo ở trang 40 [Physics Today, số tháng

4/2009] của Charles Misner, Kip Thorne, và Wojciech Zurek sẽ tiếp tục câu chuyện, điểm lại

những thành tựu quan trọng trong những năm tháng sau này của cuộc đời ông.

Tôi phải nhận xét ngay từ đầu rằng sự nghiệp vật lí của Wheeler không thể tách rời với sự

nghiệp giảng dạy và học thuật của ông. Ông đã từng phát biểu quả quyết: “Nếu anh muốn học cái

gì thì tôi dạy cái nấy!”. Có trên một trăm nhà vật lí đã hàm ơn ông, tình yêu vật lí của họ, và có

lẽ rất nhiều thành tựu khoa học của họ là nhờ sự chỉ dẫn trực tiếp của ông lúc họ mới vào nghề.

Tôi là một trong số những đó, cả Misner, Thorne và Zurek cũng vậy. Và ngoài những cá nhân

đó, còn có hàng nghìn người hay nhiều hơn, theo năm tháng, đã được truyền cảm ứng từ những

lớp học do ông giảng dạy.

Trong phần sau nay, tôi đã ám chỉ đâu đó đến công trình hợp tác quan trọng mà ông đã

thực hiện cùng với học trò của ông hoặc với những đồng nghiệp trẻ. Nhưng tôi để việc đó lại cho

Terry Christensen, một nhà lịch sử khoa học, sẽ trình bày về sự thông thái của Wheeler một cách

cụ thể hơn trong một phần khác của số báo này (trang 55).

“Mọi thứ đều là hạt” Khi Wheeler lấy bằng tiến sĩ từ trường Đại học Johns Hopkins năm 1933, ông vẫn chưa

tròn 22 tuổi. Trong luận án của ông, do Karl Herzfeld hướng dẫn, ông đã sử dụng cơ học lượng

tử hãy còn tương đối mới mẻ để nghiên cứu sự tán xạ và hấp thụ ánh sáng bởi nguyên tử helium.

Trong quá trình đó, ông đã có được cảm giác yêu thích lâu dài đối với các quan hệ tán sắc.

Với một suất học bổng của Hội đồng Nghiên cứu quốc gia (NRC) trong tay, ông đã xem

xét, nhưng rồi từ chối, thực hiện một năm hậu tiến sĩ với J. Robert Oppenheimer lúc ấy 30 tuổi.

Có cái gì đó về Oppenheimer khiến Wheeler lo ngại – điều đó được khắc phục bởi những tiếp

xúc thường xuyên của họ trong những thập niên sau này. Như Wheeler sau này đã đưa nó vào

trong quyển tự truyện của ông: “Ông ấy không mang vẻ khiêm tố hay cảm giác phi thường hoặc

khó hiểu”.1

Thay vì thế, Wheeler đã chọn làm việc với Gregory Breit 33 tuổi tại Đại học New York.

“Giống như tôi’, Wheeler sau này viết về Breit, “ông ta thường hoang mang và không e ngại thể

hiện sự hoang mang đó ra bên ngoài”1. Cùng với Breit, Wheeler đã học được cái sau này gọi là

“lí thuyết cặp” (lí thuyết lượng tử của electron, positron và photon), và cùng nhau họ đã tính

được tiết diện cho sự tán xạ ánh sáng bởi ánh sáng, một quá trình chưa rõ trong vật lí cổ điển.4

Mãi đến năm 1997, với sự có mặt của laser công suất cao, quá trình đó mới được người ta quan

sát thấy5. Thật may mắn cho sự truyền thông không dây lan tỏa khắp nơi hiện nay là các photon

phần lớn bỏ qua nhau.

Với một suất học bổng NRC mới, Wheeler quyết định trải qua năm nghiên cứu hậu tiến sĩ

thứ hai của mình với Niels Bohr ở Copenhagen. Đó dường như là một năm chủ yếu học tập và

củng cố dành cho ông. Wheeler, như ở hình 1, và một nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ khác, Milton

3

Plesset, đã cùng đứng tên ba bài báo trong năm đó, viết về những khía cạnh khác về các tương

tác của tia gamma với nguyên tử nặng. Một trong những bài báo đó vẫn nằm trên giá, mãi mãi

như nó như thế, vì Bohr thấy nó đơn thuần chỉ là “lí thú”. Một bài báo khác bị gạt ra rìa vì nó đòi

hỏi nhiều phép tính hơn những gì mà các giả của nó có thể hoàn thiện. Bài báo thứ ba, về sự tạo

cặp bởi sự tán xạ phi đàn hồi của các tia gamma, thì được xuất bản thật sự.6

Sự phủ quyết triệt để của Bohr không hề làm giảm đi chút nào lòng thán phục và sự ảnh

hưởng to lớn mà Wheeler dành cho Bohr. Wheeler tiếp tục xem ông là một trong những vị tiền

bối đáng kính nhất. Thậm chí còn có một số bằng chứng cho rằng, trong những năm sau này,

phản ứng im lặng của Wheeler trước việc người học trò của ông, Hugh Everett, đưa ra cái sau

này gọi là cách hiểu “đa thế giới” của cơ học lượng tử, đã được định hình bởi mối quan tâm của

ông về cái mà Bohr đã nghĩ tới. Trong những năm tháng sau này của Wheeler tại Đại học

Princeton, ông đã trưng bày chân dung của đúng hai con người trên tường phòng làm việc của

ông, Bohr và Johannes Kepler. Trước đấy, tại Đại học Texas, Charles Darwin và Abraham

Licoln đã có vị trí trang trọng trong phòng làm việc của ông.

Ngay sau khi từ Copenhagen trở về, tháng 6 năm 1935, Wheeler đã cưới Janette Hegner,

người ông đã đính hôn một năm trước đó. Họ chuyển đến Chapel Hill, nơi Wheeler là giảng viên

của trường Đại học Bắc Carolina trong ba năm tiếp theo. Hai người con đầu tiên của họ, Letitia

và James, ra đời ở Bắc Carolina năm 1936 và 1938.

Hình 2. Trích từ bài báo 1939 của John Wheeler

và Niels Bohr về lí thuyết phân hạch hạt nhân9,

biểu đồ này ngụ ý một kết luận quan trọng mà các

tác giả đã không nêu ra. Trục thẳng đứng đánh dấu

năng lượng ngưỡng ước tính Ef mà một neutron bị

bắt phải cung cấp để gây ra sự phân hạch. Trục

nằm ngang biểu diễn x là bình phương của điện

tích hạt nhân Z chia cho số khối A (tính luôn

neutron bị bắt), chia cho giới hạn bền của thương

số đó. Đối với hạt nhân giả thuyết khi ấy 239

94,

ngày nay gọi là plutonium, x bằng 0,770, lớn hơn

thấy rõ so với giá trị đối với uranium-235. Cho

nên năng lượng ngưỡng phân hạch của nó ngụ ý

bởi đường cong lí thuyết trong hình bên sẽ nhỏ

hơn năng lượng ngưỡng phân hạch của 235

U, đồng

vị hiếm mà các tác giả quy cho sự phân hạch quan

sát thấy gần đấy.

Sở thích của Wheeler lúc ấy là tập trung vào các lực hạt nhân và cấu trúc hạt nhân, đơn

giản vì ông xem những đề tài ấy là trọng tâm của vật lí học cơ bản thời kì đó. Có lẽ bài báo nổi

tiếng nhất của ông tại Bắc Carolina là nói về cái ông gọi là cấu trúc nhóm cộng hưởng trong hạt

nhân,7 tiền thân của nghiên cứu sau này hợp nhất các mặt hạt đơn và chung của cấu trúc hạt

4

nhân. Chính trong bài báo này ông đã đưa ra ma trận S (S là viết tắt của “scaterring” – tán xạ).

Thật thú vị, nghiên cứu sinh đầu tiên của Wheeler là một phụ nữ, Katharine Way, người đã tiếp

tục một sự nghiệp quan trọng trong ngành vật lí hạt nhân.

Trong thời kì đó, Wheeler hợp tác với Edward Teller, khi ấy tại Đại học George

Washington, viết một bài báo về các trạng thái quay của hạt nhân, có lẽ là nghiên cứu đầu tiên

được xuất bản về đề tài đó.8 Chuyển động quay hạt nhân sau này trở thành một phần quan trọng

của mô hình “tập thể” của hạt nhân. Wheeler đã gặp Teller ở Copenhagen (ai mà chẳng ở

Copenhagen?) và họ đã kết giao một tình bằng hữu lâu dài. Như người ta biết, họ có chung quan

điểm về các vấn đề quốc phòng và ranh giới giữa chính trị và khoa học. Họ viết chung những bài

báo không riêng trong lĩnh vực vật lí thuần túy, mà còn hợp tác trong những nghiên cứu khác

liên quan đến nghiên cứu quốc phòng.

Princeton và sự phân hạch Năm 1938, Wheeler chuyển đến Princeton, nơi là ngôi nhà của ông trong chừng 50 đến

70 năm sau đó. Ông thật sự chỉ rời Princeton trong những khoảng thời gian ngắn: cho Dự án

Manhattan trong Thế chiến thứ hai, cho nghiên cứu về bom H vào đầu thập niên 1950, cho

những chuyến viếng thăm những trường đại học khác nhau ở Mĩ, châu Âu, và Nhật Bản, và năm

1976 cho một chức vụ bổ nhiệm 10 năm làm giáo sư vật lí tại trường Đại học Texas ở Austin.

Ông gọi toàn bộ nghiên cứu của ông về vật lí học thuần túy sau thời Bắc Carolina và trước

Texas, bất kể ông đã thực hiện nó ở đâu, là “nền vật lí Princeton” của ông.

Thật tình cờ, Wheeler là người đầu tiên ở nước Mĩ nghe nói về sự phân hạch hạt nhân

(xem hồi kí của Wheeler, in lại ở trang 35). Bohr chẳng nói gì về nó khi Wheeler gặp ông tại bến

tàu ở New York vào hôm 16/01/1939, mặc dù rõ ràng ông đã có chút ít nghĩ tới nó trong chuyến

băng Đại Tây Dương. Bohr muốn giữ bí mật thông tin cho đến khi Otto Frisch và Lise Meitner

có thời gian chuẩn bị và công bố một bài báo cung cấp cách giải thích của họ cho các kết quả

tháng 12/1938 của Otto Hahn và Fritz Strassman ở Berlin. Nhưng Leon Rosenfeld, người đi cùng

với Bohr, không biết về “lệnh cấm vận” này, nên ông ta đã hào hứng mô tả sự phân hạch cho

Wheeler khi hai người họ ngồi xe lửa đến Princeton trong chiều hôm ấy. Bohr không ở trên xe

cùng với họ. Ông và người con trai Erik ở lại New York gặp gỡ Enrico Fermi trước khi tiếp tục

đi Princeton. Tối hôm ấy, các nhà vật lí ở Princeton đã biết. Ngày hôm sau, những người ở New

York đã biết. Trong vòng hai tuần lễ, cả thế giới đã biết.

Khi Bohr đến Princeton, ông đã đề nghị Wheeler tham gia cùng với ông trong việc đưa ra

một lí thuyết của sự phân hạch hạt nhân. Chắc chắn đó không phải là mục đích dự định ban đầu

của chuyến viếng thăm của ông. Sự hợp tác kéo dài hơn 5 tháng, nửa thời gian đầu Bohr vẫn ở

Princeton nên họ làm việc trực tiếp với nhau, nửa thời gian còn lại, họ trao đổi thư từ sau khi

Bohr trở về Đan Mạch. Từ đó đã xuất hiện bài báo ngày nay nổi tiếng “Cơ chế của Sự phân hạch

hạt nhân”9 đăng ngày 01/09/1939, sát kề ngày nước Đức tấn công Ba Lan, mở màn Thế chiến

thứ hai.

5

Thật là một sự kì thú của lịch sử khi mà bài báo Bohr-Wheeler chẳng hề đề cập rõ ràng

chút nào đến nguyên tố 94, ngày nay gọi là plutonium, mặc dù hiển hiện từ một hình vẽ và

những con số trong bài báo ấy rằng đồng vị của nguyên tố đó với số khối 239 sẽ, giống như

uranium-235, có khả năng phân hạch bởi neutron chậm (xem hình 2). Wheeler từng nói với tôi

rằng ông và Bohr nhận thức được rằng 239

94 sẽ có khả năng sẵn sàng phân hạch, nhưng họ đã

chọn không nhắc đến nó vì họ không nghĩ ra được khả năng sản xuất đồng vị chuyển tiếp đó với

số lượng lớn.

Vấn đề đó để lại cho Louis Turner tại Princeton vào mùa xuân 1940 chỉ ra rằng không

những đồng vị chưa được tạo ra này có khả năng phân hạch mà, quan trọng hơn, nó còn có thể

sản xuất trong các lò phản ứng (chưa được chế tạo) – khối lượng hàng kilogram sẽ thích hợp cho

vũ khí hạt nhân. Như người ta biết, nhiệm vụ chính của Wheeler trong Dự án Manhattan là góp

phần thiết kế và điều hành các lò phản ứng sản xuất plutonium ở Hanford, Washington.

Trong khoảng giữa công trình của ông về lí thuyết phân hạch năm 1939 và sự tham gia

của ông trong Dự án Manhattan đầu năm 1942, những đóng góp nổi trội nhất của Wheeler có

mặt trong công trình hợp tác với người nghiên cứu sinh tiến sĩ của ông, Richard Feynman, người

hoàn thành luận án tiến sĩ vào năm 1942. Theo Wheeler thuật lại trong quyển tự truyện của ông,

trong năm 1940 hoặc 1941 ông đã nghĩ ra ý tưởng rằng một positron có thể xem là một electron

đang chuyển động ngược lại đồng thời. Ông thật sự bị kích thích bởi ý tưởng đó, ông viết, nên

mỗi khi nó đến với ông tại nhà, ông đã đánh thức Feynman dậy ở khu nội trú, nơi Feynman ở.

“Dick”, ông nói, “tôi biết tại sao toàn bộ electron và toàn bộ positron đều có cùng khối lượng và

điện tích. Chúng là cùng một hạt!”1 Trong bài thuyết trình nhận giải Nobel năm 1965 của ông,

Feynman đã ghi nhận Wheeler với ý tưởng là chìa khóa cho những thành tựu của riêng ông trong

lĩnh vực sắc động lực học lượng tử.

Wheeler và Feynman còn theo đuổi nghiên cứu về điện động lực học cổ điển, bao gồm

việc đưa ra một lí thuyết trường tự do của tác dụng xa – trong đó, thật vậy, “mọi thứ đều là hạt”.

Công trình đó bị gián đoạn bởi cuộc tấn công ngày 07/12/1941 của Nhật Bản vào Trân Châu

Cảng. Nhưng Wheeler và Feynman có thể tiếp tục phát triển nó trong những cuộc gặp mặt thỉnh

thoảng của họ ở Los Alamos trong thời chiến. Kết quả là hai bài báo quan trọng, một bài năm

1945 về phản ứng bức xạ và một bài năm 1949 về tác dụng xa.10

Cũng trong những năm tháng chiến tranh, Wheeler đã hưởng ứng một cuộc thi của Viện

Hàn lâm Khoa học New York và gởi một bài báo nhan đề “Polyelectron”11

, bài báo giành giải

thưởng và công bố năm 1946. Trong bài báo đó, ông đã đưa ra lí thuyết positronium và còn tính

ra những tính chất của một ion positronium (hai electron và một positron), một thực thể cuối

cùng đã được phát hiện năm 1981 bởi Allen Mills, người cách đây chừng 20 năm đã hoàn thành

bài báo khoa học và luận án tốt nghiệp tại Princeton dưới sự hướng dẫn của Wheeler. Bài báo

polyelectron, Wheeler thú nhận, khiêm tốn hơn nhiều so với tầm nhìn to lớn mà ông hằng ấp ủ

trong nhiều năm rằng có lẽ vũ trụ trong tổng thể của nó chỉ cấu thành từ electron, positron và

photon.

6

Thời hậu chiến Không bao lâu sau chiến tranh, Wheeler tiếp tục nghiên cứu về vật lí hạt nhân, lĩnh vực

đã thu hút ông nhiều nhất trong thập niên 1930. Mùa thu năm 1952, ông và David Hill đã viết

một bài báo dài về sự phân hạch và mô hình tập thể.12

Và tại cuộc gặp mặt tháng 1 năm 1953 của

Hội Vật lí Hoa Kì, Wheeler đã có một bài nói chuyện về chủ đề đó. Nhưng dần dần ông đi đến

cảm thấy rằng vật lí hạt nhân không phải là lĩnh vực dẫn tới những kiến thức sâu sắc cơ bản về tự

nhiên.

Hình 3. “Tam giác Tiomno”, trích từ bài báo

năm 1949 của John Wheeler và Jayme Timono,

minh họa cho đề xuất của họ rằng một tương

tác yếu phổ quát của hằng số ghép cặp g chi

phối không chỉ phân rã beta hạt nhân (cạnh bên

phải của tam giác) mà còn cả phân rã muon

(cạnh dưới) và sự bắt muon hạt nhân (cạnh bên

trái). Kí hiệu 0 chỉ neutrino muon, các tác giả

giả sử là khác với , hạt giả định là neutrino

phân rã beta. Công trình nghiên cứu cùng thời

của Giampietro Puppi đã khái quát tính phổ

quát của tương tác yếu để bao gộp cả phân rã

pion.15

Đặc biệt, Wheeler vẫn ở ngoài ngành vật lí pion, hay cái ông gọi là “ngành công nghiệp

pion”. Ông bị kích động nhiều hơn bởi việc nhận ra “electron nặng” (muon) vào năm 1947 trong

tia vũ trụ. Giống electron nhưng không giống pion, muon chẳng có tương tác hạt nhân mạnh.

Điều đó mang lại cho nó, cho Wheeler, loại tính đơn giản mà ông cảm thấy cuốn hút. Ông cũng

nhận ra rằng các muon âm, bởi thực tế nó nặng hơn electron 200 lần, có thể là một đối tượng

khảo sát rất có ích của hạt nhân, và ông bắt tay vào nghiên cứu các nguyên tử muon tính vào năm

1953.13

Trước đấy 4 năm, Wheeler và cậu sinh viên chưa tốt nghiệp Jayme Tiomno của ông đã

đưa ra tương tác Fermi yếu phổ quát14

và trình làng một biểu đồ, mà Wheeler thích gọi là tam

giác Tiomno, để minh họa cho tính phổ quát đó (xem hình 3). Nhưng một phiên bản khác của

biểu đồ, dựa trên công trình tương tự của Giampietro Puppi ở Italy, trở nên nổi tiếng hơn là tam

giác Puppi. Ấn phẩm đầu tiên của Puppi về tương tác Fermi phổ quát đề ngày tháng sớm hơn bài

báo Wheeler-Tiomno chừng một tháng, nhưng cả nó lẫn mô tả sau này của Puppi về ý tưởng của

ông về chủ đề đó đều không có một biểu đồ như vậy.15

Ngay trong những năm tháng đầu tiên của ông với tư cách nhà nghiên cứu trong thập

niên 1930, Wheeler đã có thể thấy rằng tia vũ trụ mang lại một nguồn hạt giàu năng lượng tính

hơn nhiều so với cái có thể hình dung ra từ bất cứ cỗ máy gia tốc nào khi ấy. Ngay sau chiến

7

tranh, ông đã xúc tiến và đạt được một phòng thí nghiệm tia vũ trụ tại Princeton. “Tôi thật vội

vàng”, ông viết, “và tôi muốn thấy nghiên cứu hạt cơ bản bước vào bậc cửa nhà tôi”.

Còn có một câu chuyện nữa để kể từ thời kì “mọi thứ đều hạt” của Wheeler. Hè năm

1949, có trong tay một vé mời Guggemheium, ông và gia đình, với cậu sinh viên chưa tốt nghiệp

John Toll đi cùng, đã sang châu Âu. Wheeler dự định phân chia thời gian của ông giữa một số ý

tưởng rất xa vời (một thế giới điện từ thuần túy và một thế giới không có không-thời gian) và nền

vật lí thế tục hơn về cấu trúc hạt nhân. Ông chọn ở Paris, từ đó ông có thể đi về Copenhagen lúc

nào cũng được. Như ông viết sau này, “Tôi không muốn quay lại hoàn toàn với nền văn hóa đàm

thoại của viện [Bohr]”.1

Mùa xuân năm ấy, ông gởi một bản thảo đến Bohr, đề nghị nó được đứng tên đồng tác

giả bởi Bohr, Wheeler và Hill. Bohr đồng ý, và trong một lá thư đã nói “Tôi muốn suy nghĩ vài

ngày xem tôi có đổi ý hay đề xuất thêm bớt gì hay không”1. Ba năm sau, Bohr, vẫn không hài

lòng hoàn toàn với bài báo, đề nghị nó được công bố chỉ bởi Wheeler và Hill thôi, như cuối cùng

nó như vậy.12

Mùa thu 1949, ngay trong thời gian gián đoạn ấy, Wheeler đã đi đến một cách giải

thích cho những biến dạng lớn quan sát thấy ở một số hạt nhân. Ông chuyển ý tưởng ấy đến Bohr

với hi vọng nó sẽ được đưa vào bài báo chung của họ. Bohr bỏ qua ý tưởng đó và một năm sau

Wheeler nhận được một bản thảo từ James Rainwater đưa ra chính ý tưởng đó.16

Với công trình

đó, Rainwater cùng chia sẻ giải thưởng Nobel vật lí năm 1975. Vậy Wheeler có bực bội chút nào

với Bohr không? Chẳng phải là không có, như tôi có thể xác minh. Cùng lắm là Wheeler nói

“Tôi đã học được một bài học. Khi một người phát hiện ra cái gì đó quan trọng, tốt nhất là hãy

công bố nó ngay và đừng chờ việc đưa nó vào chung với một kế hoạch có phần to lớn hơn. Việc

chờ đợi thu thập tất cả các mảnh có thể thích hợp cho một nhà triết học, nhưng nó không sáng

suốt đối với một nhà vật lí”.1

Nghiên cứu vũ khí Đa số các nhà vật lí quá tuổi vị thành niên vào năm 1941, cho dù chỉ hơn một chút, đều

tham gia vào công cuộc chiến tranh. Tháng 1 năm 1942, một tháng sau sự kiện Trân Châu Cảng,

Wheeler tham gia “Phòng thí nghiệm luyện kim” của Arthur Compton tại Đại học Chicago, ban

đầu để vợ và hai con của ông ở lại Baltimore, nơi cuối năm đó người con thứ ba của ông, Alison,

chào đời. Với phong cách tiêu biểu, Wheeler nhìn xa hơn lò phản ứng (hay “cột”) đầu tiên mà

trên đó Fermi và một số đồng nghiệp của ông đang nghiên cứu. Ông bắt đầu nghĩ tới những lò

phản ứng sản xuất plutonium cỡ lớn theo sau đó.

Sau khi được Compton phân công làm nhà khoa học liên lạc chính của phòng thí nghiệm

với DuPont, công ti tham gia thiết kế và chế tạo các lò phản ứng mới, năm 1943, Wheeler đến trụ

sở của công ti ở Wilmington, Delaware. Ông nhận ra khả năng một số mảnh vỡ phân hạch khi ấy

chưa biết có thể có tiết diện hấp thụ neutron lớn bất thường và do đó có thể gây tổn hại cho phản

ứng dây chuyền. Vì thế, ông ủng hộ việc thiết kế lại các lò phản ứng – thứ công việc mà các kĩ

sư bảo thủ của DuPont chẳng hề muốn làm.

8

Hình 4. Dự án Dây thừng, đội B và lực lượng ủng hộ ở Đại học Princeton năm 1952. Đội B, do John

Wheeler đứng đầu, dành nỗ lực của mình cho vũ khí nhiệt hạch. Đa phần các nhà khoa học của đội ở trong

độ tuổi đôi mươi của mình. Từ trái sang phải, hàng đầu tiên: Margaret Fellows, Peggy Muray, Dorothea

Reiffel, Audrey Ojala, Christine Shack, Roberta Casey. Hàng thứ hai: Walter Aron (với các cuộn dây thừng

đúng như tên gọi của dự án), William Glendenin, Solomon Bochner, John Toll, Wheeler, Kenneth Ford.

Hàng thứ ba và thứ tư: David Layzer, Lawrence Wilets, David Carter, Edward Rieman, Jay Berger, John

McIntosh, Ralph Pennington, người chưa nhận ra, Robert Goerss (Ảnh: Howard Schrader, Lawrence

Wilets)

Cảnh báo của Wheeler đã được trả giá. Ngày 27/09/1944, lò phản ứng Hanford đầu tiên,

trong vòng hàng giờ tăng công suất lên trạng thái bình ổn ban đầu của nó là 9 MW, bắt đầu xì

xèo và tắt ngấm. Sau khi ngừng chạy và “yên nghỉ” cả đêm, lò phản ứng bắt đầu hoạt động trở

lại, mang lại sự lo lắng về sự chết dần từ từ. Wheeler, phân tích sự lên xuống hành trạng của lò

phản ứng trong hai ngày đầu tiên của nó, kết luận rằng thủ phạm là một đồng vị có chu kì bán rã

chưa tới 11 giờ, bản thân nó là con của một đồng vị phóng xạ khác. Ông chỉ mất vài phút đứng

trước biểu đồ hạt nhân trên tường phía ngoài văn phòng Hanford của ông để kết luận rằng đồng

vị thủ phạm đó là xenon-135, có chu kì bán rã 9,2 giờ, là con của iodine-135. Kết luận đó tỏ ra

9

chính xác và vấn đề được giải quyết bằng cách thêm các thỏi uranium trong các ống rỗng đã

được cấp trong lò phản ứng cho những sự kiện bất ngờ như thế. Nhưng hoạt động sau đó của lò

phản ứng đòi hỏi điều khiển thận trọng hơn các thỏi điều khiển đó, vì trong thực tế, lò phản ứng

có hai mode hoạt động: một mode không độc khi khởi động ở công suất thấp và một mode nhiều

chất độc khi hoạt động ở công suất cao.

Bốn năm sau khi chiến tranh kết thúc bất ngờ với việc nổ bom nguyên tử ở Hiroshima và

Nagasaki, tiếng nổ của vụ thử hạt nhân do Liên Xô thực hiện mùa hè năm 1949 đã đưa Wheeler

trở lại nghiên cứu vũ khí. Chú ý tới lời kêu gọi của Teller, ông đã bở dỡ một năm Guggenheim

của mình ở Paris để cùng Teller và những người khác ở Los Alamos nghiên cứu nhắm tới bom

khinh khí. Một năm sau, sau một ý tưởng thiết kế quan trọng được Teller và Stanislaw Ulam

giúp đỡ có khả năng sẽ thành công, Wheeler được phê chuẩn thiết lập một tổ chức vệ tinh ở

Princeton, tổ chức đi vào hoạt động cuối xuân 1951.

Gọi tên là Dự án Dây thừng, tổ chức Princeton có hai bộ phận. Bộ phận A, như tôi nhớ

như vậy, đứng đầu là Lyman Spitzer và dành cho năng lượng nhiệt hạch điều khiển được. Một số

người nói với tôi nó được gọi là bộ phận S, theo tên gọi Stellarator của Spitzer. Gọi như thế nào

cũng vậy, bộ phận đó còn tồn tại cho đến ngày nay với tên gọi là Phòng thí nghiệm vật lí plasma

Princeton. Bộ phận B, do Wheeler đứng đầu, dành cho nghiên cứu bom. Đa phần nhân sự ít ỏi

của Wheeler là các sinh viên chưa tốt nghiệp và nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ mới tinh (xem hình

4). Việc thuyết phục các nhà khoa học lớn tham dự án, cho dù là với tư cách hàn lâm của

Princeton, tỏ ra thật khó như việc mang họ trở lại Los Alamos.

Tuy vậy, Wheeler và lực lượng nhân sự trẻ của ông đã có những đóng góp quan trọng cho

thiết kế dụng cụ thử nghiệm nhiệt hạch đầu tiên và, với một thành tựu điện toán, đã tiên đoán

thành công kết quả của nó trong vòng 30%. Đóng góp cá nhân của Wheeler cho nỗ lực đó là làm

giảm cái đã biết hay đã dự đoán về tốc độ phản ứng và tính chất của vật chất lúc sắp phân hủy

với một hệ phương trình vi phân kép đơn giản có thể giải được bằng số trên một máy tính có sẵn

khi ấy – máy SEAC của Cục Tiêu chuẩn quốc gia – với tổng dung lượng bộ nhớ chưa tới 3

kilobyte.

Dây thừng B ngừng hoạt động năm 1953, sau đó Wheeler chuyển hướng sự nghiệp mới

của ông sang thuyết tương đối và sự hấp dẫn, đó là đề tài của bài báo của Misner, Thorne và

Zurik.

HiepKhachQuay dịch (theo Physics Today, tháng 4/2009)

10

Tài liệu tham khảo