Albert Einstein

Albert Einstein (14 tháng 3 năm 1879 – 18 tháng 4 năm 1955) là một nhà vật lý lý thuyết sinh ra tại Đức, được nhìn nhận rộng rãi là một trong những nhà khoa học có ảnh hưởng lớn nhất trong lịch sử và là một trong những nhà vật lý vĩ đại nhất mọi thời đại. Ông đã xây dựng thuyết tương đối, mà đã tạo ra cuộc cách mạng trong nhận thức của nhân loại về không gian, thời gian, trọng lực và vũ trụ, đồng thời có những đóng góp nền tảng cho sự phát triển của lý thuyết lượng tử. Einstein nhận Giải Nobel Vật lý năm 1921 nhờ công trình giải thích hiệu ứng quang điện — một kết quả có ý định then chốt trong việc khẳng định bản chất lượng tử của ánh sáng. Ngoài những thành tựu khoa học, ông còn trở thành một trí thức công chúng mang tầm cỡ toàn cầu, nổi tiếng với việc cổ vũ chủ nghĩa hòa bình, quyền dân sự và chủ nghĩa Phục quốc Do Thái, cũng như với vai trò cảnh báo Hoa Kỳ về tiềm năng của vũ khí hạt nhân trong Chiến tranh thế giới thứ hai.

Tiểu sử và giáo dục đầu đời

Albert Einstein sinh ngày 14 tháng 3 năm 1879 tại Ulm, thuộc Vương quốc Württemberg của Đế quốc Đức, trong gia đình của Hermann Einstein — một kỹ sư kiêm người bán hàng — và Pauline Koch. Gia đình chuyển đến München vào năm sau đó, nơi cha và cậu của ông cùng sáng lập một công ty sản xuất thiết bị điện. Theo lời kể phổ biến, ngay từ thuở nhỏ Einstein đã thể hiện sự say mê với các hiện tượng tự nhiên; giai thoại nổi tiếng cho rằng chiếc la bàn được tặng khi ông năm tuổi đã khơi dậy niềm tò mò về những lực vô hình.

Việc học chính thức của Einstein bắt đầu tại München, song ông không chịu nổi nền giáo dục Đức với lối giảng dạy cứng nhắc và độc đoán. Năm 1894, khi gia đình chuyển sang Ý sau thất bại trong kinh doanh của cha, Einstein bỏ học tại Luitpold Gymnasium mà không hoàn thành chương trình và đến Pavia sum họp với họ. Năm 1895, ở tuổi mười sáu, ông tìm cách thi thẳng vào Học viện Bách khoa Liên bang Thụy Sĩ (nay là ETH Zurich) nhưng trượt kỳ thi tuyển chung, mặc dù đạt kết quả xuất sắc ở hai môn toán học và vật lý. Theo lời khuyên của hiệu trưởng Học viện, ông hoàn tất chương trình trung học tại Aarau, Thụy Sĩ, và nhập học Học viện Bách khoa năm 1896 theo ngành đào tạo giáo viên toán học và vật lý.

Einstein tốt nghiệp năm 1900 với tấm bằng Diploma nhưng không tìm được vị trí giảng dạy tại đại học. Năm 1902, với sự giúp đỡ của cha một người bạn, ông nhận chức vụ thanh tra kỹ thuật tại Cục Sáng chế Thụy Sĩ ở Bern. Vị trí này — mà ông sau đó mô tả là "chốn tu viện trần thế nơi tôi ấp ủ những ý tưởng đẹp nhất của mình" — mang lại cho ông sự ổn định tài chính và, trên hết, là quỹ thời gian dồi dào để theo đuổi vật lý lý thuyết. Ông nhận học vị tiến sĩ tại Đại học Zurich vào năm 1905.

Năm thần kỳ 1905

Năm 1905, thường được gọi là annus mirabilis hay "năm thần kỳ" của Einstein, chứng kiến việc công bố bốn bài báo trên tạp chí Annalen der Physik, mỗi bài đều làm thay đổi căn bản tiến trình của vật lý học:

• Về một quan điểm suy đoán liên quan đến sự sinh ra và biến đổi của ánh sáng đề xuất rằng ánh sáng bao gồm các lượng năng lượng rời rạc (sau này gọi là photon), đưa ra lời giải thích lý thuyết cho hiệu ứng quang điện và thách thức thuyết sóng chiếm ưu thế lúc bấy giờ về bản chất ánh sáng. Công trình này trở thành một trong những nền móng của lý thuyết lượng tử và là căn cứ chính để ông được trao Giải Nobel.
• Về chuyển động của các hạt nhỏ lơ lửng trong chất lỏng đứng yên đưa ra mô tả lý thuyết về chuyển động Brown, chứng minh rằng chuyển động ngẫu nhiên của các hạt vi mô trong chất lỏng có thể được giải thích bằng tác động thống kê của các phân tử. Việc thí nghiệm xác nhận công trình này sau đó bởi Jean Perrin đã góp phần khẳng định thực tại vật lý của nguyên tử.
• Về điện động lực học của các vật thể chuyển động trình bày thuyết tương đối hẹp, khẳng định rằng các định luật vật lý là như nhau đối với mọi người quan sát trong chuyển động đều, và tốc độ ánh sáng trong chân không là hằng số bất kể chuyển động của nguồn phát. Thuyết này loại bỏ nhu cầu về "ête" mang sáng và chỉ ra rằng các phép đo không gian và thời gian phụ thuộc vào hệ quy chiếu của người quan sát.
• Khối quán tính của một vật có phụ thuộc vào năng lượng chứa trong nó không? suy ra phương trình nổi tiếng nhất thế giới, E = mc², thiết lập tính tương đương giữa khối lượng và năng lượng.

Sự nghiệp học thuật và thuyết tương đối rộng

Sau khi những công trình đầu đời được công nhận, Einstein giành được các vị trí học thuật: giảng viên tại Đại học Bern năm 1908, giáo sư tại Đại học Zurich năm 1909, sau đó giữ ghế giáo sư tại Đại học Karl-Ferdinand Đức ở Praha (1911) và ETH Zurich (1912). Năm 1914, ông được bổ nhiệm làm giám đốc Viện Vật lý Kaiser Wilhelm và giáo sư tại Đại học Berlin, những chức vụ ông giữ cho đến năm 1933.

Từ khoảng năm 1907 đến 1915, Einstein theo đuổi việc mở rộng thuyết tương đối sang các chuyển động không đều và có gia tốc. Nỗ lực này đạt đỉnh điểm ở thuyết tương đối rộng, hoàn thành vào tháng 11 năm 1915, diễn giải lại trọng lực không phải là một lực mà là độ cong của không-thời gian sinh ra do sự hiện diện của khối lượng và năng lượng. Thuyết lý giải được một dị thường chưa rõ nguyên nhân trong quỹ đạo của Sao Thủy và tiên đoán nhiều hiện tượng như độ cong của tia sáng trong trường hấp dẫn của các vật thể khối lượng lớn, giãn nở thời gian hấp dẫn và sóng hấp dẫn.

Thuyết tương đối rộng mang lại danh tiếng quốc tế cho Einstein vào năm 1919, khi nhà thiên văn người Anh Arthur Eddington dẫn dắt các đoàn thám hiểm quan sát nhật thực và công bố rằng ánh sáng sao đi qua gần Mặt Trời bị lệch với độ xấp xỉ đúng như Einstein đã tiên đoán. Các tít báo trên toàn thế giới tường thuật về sự xác nhận này, và Einstein trở thành người nổi tiếng chỉ sau một đêm — nhà khoa học đầu tiên đạt được địa vị nhân vật công chúng toàn cầu thuần túy nhờ công trình lý thuyết.

Đóng góp cho lý thuyết lượng tử

Mặc dù được nhớ đến nhiều nhất với thuyết tương đối, Einstein là một nhân vật trung tâm trong giai đoạn phát triển sơ khai của cơ học lượng tử. Giả thuyết lượng ánh sáng năm 1905 của ông đã mở rộng ý tưởng năng lượng lượng tử hóa của Max Planck sang chính bức xạ điện từ. Trong các năm 1916–1917, ông xây dựng lý thuyết về bức xạ kích thích — nguyên lý vật lý nền tảng của laser — và các công trình của ông về bức xạ tự phát và kích thích đã góp phần vào lý thuyết lượng tử về ánh sáng. Năm 1924, dựa trên công trình của nhà vật lý Ấn Độ Satyendra Nath Bose, ông tiên đoán sự ngưng tụ Bose–Einstein, một trạng thái vật chất mới ở nhiệt độ cực thấp mà đến năm 1995 mới được tạo ra trong phòng thí nghiệm.

Dù vậy, Einstein vẫn luôn cảm thấy bất an sâu sắc trước hàm ý của lý thuyết lượng tử trưởng thành trong thập niên 1920, đặc biệt là cách diễn giải xác suất và hiện tượng rối lượng tử. Nhận định nổi tiếng của ông rằng Chúa "không chơi xí ngầu với vũ trụ" đã phản ánh sự không thoải mái mang tính triết học đó. Năm 1935, cùng với Boris Podolsky và Nathan Rosen, ông công bố nghịch lý EPR, lập luận rằng cơ học lượng tử không thể là một mô tả đầy đủ về thực tại vật lý. Cuộc tranh luận mà ông khởi xướng đã báo trước những công trình lý thuyết và thực nghiệm về sau, trong đó có các bất đẳng thức của John Bell, vốn cuối cùng xác nhận những tiên đo phản trực giác của cơ học lượng tử, đồng thời khẳng định tầm quan trọng vật lý của những câu hỏi mà Einstein đặt ra.

Di cư và những năm ở Hoa Kỳ

Sự trỗi dậy của chủ nghĩa Quốc xã tại Đức biến Einstein — một người Do Thái theo chủ nghĩa tự do và chủ nghĩa hòa bình, nổi tiếng quốc tế — thành mục tiêu bị chú ý đặc biệt. Khi Hitler lên nắm quyền vào tháng 1 năm 1933, Einstein đang thăm viếng Hoa Kỳ; ông không bao giờ quay trở về Đức. Ông từ chức khỏi Viện Hàn lâm Khoa học Phổ, tài sản bị tịch thu, và sách của ông nằm trong số những cuốn bị chính quyền Quốc xã đốt bỏ. Tháng 10 năm 1933, ông nhận chức tại Viện Nghiên cứu Cao cấp ở Princeton, bang New Jersey, nơi ông sinh sống và làm việc trong suốt hai mươi hai năm cuối đời, và nhập quốc tịch Hoa Kỳ năm 1940.

Tháng 8 năm 1939, theo sự thúc đẩy của nhà vật lý Leo Szilard, Einstein ký một bức thư gửi Tổng thống Franklin D. Roosevelt, cảnh báo rằng Đức Quốc xã có thể phát triển vũ khí nguyên tử và đề nghị Hoa Kỳ bắt đầu chương trình nghiên cứu riêng. Bức thư này thường được coi là góp phần khởi động chương trình nghiên cứu uranium của Hoa Kỳ, về sau trở thành Dự án Manhattan. Bản thân Einstein, bị giữ bên ngoài chương trình vì tiếng tăm theo chủ nghĩa hòa bình, không tham gia chế tạo bom; sau vụ nổ bom nguyên tử xuống Hiroshima và Nagasaki năm 1945, ông bày tỏ sự day dứt sâu sắc, từng nói nổi tiếng: "Nếu tôi biết người Đức sẽ không chế tạo được bom nguyên tử, tôi đã không làm gì cả." Trong những năm hậu chiến, ông là một tiếng nói prominent cho giải trừ hạt nhân và chính phủ thế giới, ký Tuyên ngôn Russell–Einstein vào năm 1955, ít lâu trước khi qua đời.

Công trình khoa học thời kỳ sau

Trong những năm ở Princeton, Einstein dành phần lớn công trình nghiên cứu cho việc theo đuổi thuyết trường thống nhất — một nỗ lực suy ra điện từ học và trọng lực từ một khung hình học duy nhất. Ông không thành công, và thuyết thống nhất vẫn né tránh ông cho đến cuối đời. Các thế hệ sau nhìn chung đánh giá rằng cuộc truy tìm này là còn sớm, bởi các lực hạt nhân mạnh và yếu khi ấy chưa được đưa vào vật lý học, dù rằng mục tiêu rộng lớn hơn về sự thống nhất vẫn là khát vọng trung tâm của vật lý lý thuyết. Trong những thập niên cuối, Einstein phần nào tách rời khỏi dòng chính của giới vật lý — vốn đã chuyển sang lý thuyết lượng tử mà ông thấy chưa thỏa đáng — nhưng ông vẫn tiếp tục công bố, trong đó có những công trình quan trọng về sóng hấp dẫn và các "cầu Einstein–Rosen", vốn báo trước nghiên cứu hiện đại về lỗ trùng.

Đời tư

Einstein kết hôn với Mileva Marić, người bạn cùng học vật lý thời Zurich, vào năm 1903; hai người có hai con trai, Hans Albert và Eduard, và có thể còn một con gái tên Lieserl, whose số phận đến nay vẫn còn mờ nhạt. Cuộc hôn nhân xấu đi và hai người ly hôn năm 1919, với thỏa thuận phân chia tài sản nổi tiếng là đã tính trước khoản tiền Giải Nobel mà Einstein dự kiến sẽ nhận được. Cuối năm đó, ông kết hôn với người em họ Elsa Löwenthal, người qua đời năm 1936. Ông có một em gái ruột là Maja và hai con gái riêng qua cuộc hôn nhân thứ hai.

Nổi tiếng với mái tóc rối, phong cách ăn mặc xuề xòa và óc hài hước kiệm lời, Einstein xây dựng một hình tượng hiền giả đãng trí, và hình ảnh của ông trở thành một trong những gương mặt được nhận diện nhất thế giới. Ông chơi vĩ cầm suốt đời và thường nhắc đến âm nhạc như một nguồn cảm hứng cho tư duy. Tại Hoa Kỳ, ông lên tiếng chống lại sự phân biệt chủng tộc, gọi chủ nghĩa phân biệt chủng tộc là "một căn bệnh của người da trắng", và năm 1946 đồng chủ trì Phong trào Thánh chiến Mỹ chấm dứt hành hình tư hình. Năm 1952, ông được đề nghị giữ chức Tổng thống Israel sau khi Chaim Weizmann qua đời nhưng đã từ chối, viện dẫn việc mình thiếu năng khiếu để giao thiệp với con người và thi hành các chức vụ chính thức.

Cái chết và di sản

Einstein qua đời vì chứng phình động mạch chủ bụng bị vỡ tại Bệnh viện Princeton vào ngày 18 tháng 4 năm 1955, hưởng thọ 76 tuổi. Ông đã từ chối phẫu thuật, nói rằng: "Kéo dài sự sống một cách nhân tạo là điều vị kỷ. Tôi đã làm xong phần việc của mình; đã đến lúc ra đi." Theo ý nguyện của ông, thi thể được hỏa táng và tro cát rải tại một địa điểm không được tiết lộ, song não bộ của ông đã được lấy ra trong quá trình giải phẫu mà không có sự cho phép, và sau đó được nghiên cứu trong hàng thập kỷ nhằm tìm kiếm những cơ sở giải phẫu học cho thiên tài của ông.

Di sản khoa học của Einstein khó có thể định lượng quá mức. Thuyết tương đối hẹp và rộng là nền tảng của vật lý hiện đại, từ thiết kế máy gia tốc hạt và vận hành hệ thống định vị vệ tinh đến nghiên cứu về hố đen, vũ trụ học và sóng hấp dẫn — loại sóng cuối cùng được phát hiện trực tiếp vào năm 2015, một thế kỷ sau khi ông tiên đoán. Tính tương đương khối lượng–năng lượng tương đối tính là nền tảng của vật lý hạt nhân và năng lượng hạt nhân. Lời giải thích hiệu ứng quang điện của ông mở đường cho cơ học lượng tử, và cuộc thảo luận EPR báo trước lĩnh vực khoa học thông tin lượng tử hiện đại. Nguyên tố einsteinium, được phát hiện năm 1952, cùng rất nhiều tổ chức, giải thưởng và khái niệm khoa học đều mang tên ông.

Không kém phần quan trọng là di sản văn hóa và đạo đức của ông. Einstein trở thành biểu tượng lâu bền cho thiên tài trí tuệ và cho lương tri của khoa học. Sự phản đối của ông đối với chủ nghĩa dân tộc, chủ nghĩa quân phiệt và vũ khí hủy diệt hàng loạt, cùng việc ông kiên trì bênh vực hòa bình, quyền con người và phẩm giá của lý trí, đã định hình hình ảnh nhà khoa học - công dân thế giới cho các thế hệ sau. Từ chân dung trở thành biểu tượng đại chúng cho trí tuệ cho đến những câu ngạn ngữ gắn liền với tên tuổi ông, Einstein vẫn là một trong những nhân vật được nhắc đến, nghiên cứu và ngưỡng mộ nhiều nhất trong lịch sử nhân loại.