Chương 197: Người khai phá, hay kẻ bảo thủ lạc hậu?

Cùng lúc ấy, trong một phòng họp của Khoa Hóa học thuộc Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ tại Zurich, một cuộc họp khẩn đang diễn ra. Nói khẩn có lẽ hơi quá, bởi đây đâu phải là báo động cháy hay tai nạn y tế, nhưng trong giới hóa học, bài báo này gây ra chấn động chẳng kém gì một trận động đất nhỏ.

Tiêu đề bài báo là: "Mô tả cấu trúc điện tử trong hệ phân tử bằng hình học: một khung toán học thống nhất."

Tác giả: Tiêu Túc.

Người dẫn đầu cuộc họp là giáo sư Hans Weber, năm nay đã năm mươi tám tuổi, đã nghiên cứu hóa học lý thuyết hơn ba mươi năm, có thể nói là một trong những trụ cột của giới lý thuyết hóa học châu Âu. Lĩnh vực nghiên cứu của ông là lý thuyết cấu trúc điện tử, nói thẳng ra là tìm cách sử dụng cơ học lượng tử để tính toán sự phân bố đám mây điện tử của phân tử. Tầm quan trọng của vấn đề này trong hóa học, có lẽ tương đương với phương trình Navier-Stokes trong cơ học chất lỏng—ai cũng biết nó ở đâu, nhưng chẳng ai thật sự có thể tính toán nó một cách chính xác.

Weber là người đầu tiên đọc xong bài báo của Tiêu Túc. Ông gập bản in lại, nhìn quanh phòng họp, rồi mở lời bằng tiếng Đức:

"Ai có thể nói cho tôi biết, trong bài báo này có bao nhiêu thứ chúng ta chưa từng biết?"

Phòng họp im lặng trong ba giây.

Ngồi đối diện ông là một nữ giáo sư giơ tay lên.

Bà tên là Ingrid Bergman, người Thụy Điển, bốn mươi ba tuổi, được mệnh danh là một trong những bộ óc trẻ xuất sắc nhất trong giới lý thuyết hóa học châu Âu. Hướng nghiên cứu của bà là lý thuyết phiếm hàm mật độ. DFT—đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong hóa học tính toán hiện nay. Nhưng DFT có một nhược điểm ai cũng biết, đó là nó không xử lý được các hệ tương quan mạnh. Nói cách khác, khi tương tác giữa các điện tử quá mạnh, kết quả tính toán từ DFT sẽ không chính xác, đôi khi lệch lạc đến mức khó tin.

"Tôi đã đếm rồi," Bergman nói, mở sổ ghi chép của mình ra. "Trong bài báo này, ông ấy đã giới thiệu bốn cấu trúc toán học mới."

Bà dùng ngón trỏ chỉ vào danh sách trên sổ.

"Thứ nhất, ông ấy đã tái diễn giải cấu trúc điện tử của hệ phân tử thành một liên kết trên một dải chính. Mật độ điện tử trở thành độ cong của liên kết, còn tương quan giữa các điện tử trở thành độ hài hòa của liên kết. Bản thân sự tương tự này đã đủ gây kinh ngạc, nhưng điều đáng kinh ngạc hơn là nó không chỉ là tương tự—nó là tương đương chính xác. Ông ấy đã đưa ra một ánh xạ tường minh từ phương trình Schrödinger sang liên kết trên dải chính."

"Thứ hai, ông ấy đã biểu diễn hiệu ứng trao đổi tương quan giữa các điện tử thành một loại độ hài hòa nào đó trên dải chính ấy. Nói cách khác, các điện tử không tồn tại độc lập, chúng tương tác thông qua độ hài hòa. Sự tương tác này không phải là xấp xỉ, mà là chính xác."

"Thứ ba, ông ấy đã chứng minh rằng cấu hình hình học của phân tử—tức là vị trí của các hạt nhân—có thể được giải thích như là tọa độ trên đa tạp đáy của dải chính ấy. Tính đối xứng của phân tử chính là phép biến đổi đẳng cự trên đa tạp đáy."

"Thứ tư, ông ấy sử dụng khung lý thuyết này để tái diễn giải mức năng lượng điện tử của phân tử. Công thức thu được, trong xấp xỉ bậc thấp, suy biến thành DFT và HF hiện có—tức là phương pháp Hartree-Fock—nhưng trong các hạng tử bậc cao, lại chứa đựng những thứ hoàn toàn mới mẻ mà lý thuyết hiện tại không hề có."

Bà gập sổ ghi chép lại.

"Vì vậy, trong bài báo này, có bốn thứ chúng ta chưa từng biết. Và bốn thứ ấy liên kết với nhau, tạo thành một khung lý thuyết hoàn chỉnh."

Không khí trong phòng họp trở nên khó tả.

Weber hắng giọng, giọng điệu trở nên nghiêm trọng.

"Các vị, chúng ta cần bàn luận nghiêm túc một vấn đề. Giá trị của bài báo này, tôi không cần nhắc lại nữa. Nó không phải là một thành tựu học thuật thông thường, mà là một sự chuyển giao mô hình. Vì vậy, vấn đề chúng ta cần bàn là: tiếp theo phải làm gì?"

Câu hỏi vừa thốt ra, không khí trong phòng họp ngay lập tức chuyển từ kinh ngạc sang thực tế.

Những người làm học thuật đều biết, khi một sự chuyển giao mô hình xảy ra, điều quan trọng nhất là không được đứng sai phe. Đứng đúng, bạn sẽ trở thành người tiên phong trong lĩnh vực mới. Đứng sai, bạn sẽ chỉ là kẻ thừa của thời đại cũ.

"Tôi đề nghị," Dubois nói, "chúng ta nên lập tức tổ chức một nhóm đọc sách, xem kỹ bài báo này từ đầu đến cuối. Mỗi người phụ trách một phần, trước thứ Hai tuần sau phải nộp báo cáo phân tích chi tiết."

"Được," Weber nói, "nhưng chỉ đọc thôi thì chưa đủ, điều chúng ta cần làm là xác minh."

"Xác minh cái gì?"

"Xác minh khung lý thuyết của ông ấy có thể thực sự dùng để tính toán hay không. Trong bài báo, ông ấy chỉ đưa ra khung lý thuyết và vài ví dụ đơn giản, như nguyên tử hydro, nguyên tử heli, phân tử hydro. Những ví dụ này quá đơn giản, bất kỳ lý thuyết nào cũng có thể tính đúng. Điều chúng ta cần biết là khung lý thuyết của ông ấy có thể xử lý được những phân tử phức tạp hay không."

Bergmann gật đầu.

"Tôi đồng ý, nếu khung lý thuyết của ông ấy có thể xử lý những phân tử phức tạp như hợp chất phối hợp kim loại hữu cơ hay oxit kim loại chuyển tiếp, thì các phương pháp hóa học tính toán hiện có sẽ phải viết lại toàn bộ."

"Và," Weber bổ sung, "nếu khung lý thuyết của ông ấy thực sự có thể thực hiện những phép tính chính xác, thì giải Nobel Hóa học—"

Ông ấy không nói hết câu, nhưng mọi người trong phòng đều hiểu.

Căn phòng im lặng trong chốc lát.

Rồi tất cả mọi người cùng lúc bắt đầu nói.

"Chúng ta cần..."

"Tôi đề nghị..."

"Có thể liên hệ..."

Những giọng nói chồng chéo nhau, giống như nồi cháo đang sôi sùng sục.

Weber gõ bàn một cái, khiến mọi người im lặng.

"Mỗi người nói một lượt."

Bergmann là người mở đầu.

"Tôi đề nghị, chúng ta nên bắt đầu từ vấn đề đơn giản nhất. Cấu trúc quan trọng nhất trong khung lý thuyết của ông ấy là entanglement. Chúng ta cần biết, trong tính toán thực tế, entanglement được tính như thế nào. Bài báo đưa ra một phép khai triển chuỗi, nhưng tốc độ hội tụ của chuỗi đó như thế nào? Cần cắt bỏ đến bậc mấy mới đạt được độ chính xác hóa học? Những vấn đề này không giải quyết được, khung lý thuyết của ông ấy chỉ có thể dừng lại trên giấy."

Dubois tiếp lời.

"Còn một vấn đề nữa là độ phức tạp tính toán. Các phương pháp DFT hiện có, khối lượng tính toán tăng theo số electron là cấp O(N³)."

Anh ấy tính toán khung lý thuyết tốn bao nhiêu tài nguyên? Nếu là cấp số mũ thì dù lý thuyết có đẹp đến đâu cũng vô dụng.” Giáo sư người Đức Thomas Schneider, chuyên nghiên cứu động lực học phân tử, bổ sung thêm: “Còn yếu tố thời gian nữa. Khung lý thuyết của anh ấy là tĩnh, chỉ xử lý cấu trúc điện tử trạng thái cơ bản. Nhưng phản ứng hóa học là động, electron sẽ tái sắp xếp trong suốt quá trình phản ứng. Khung lý thuyết ấy có thể mở rộng cho trường hợp phụ thuộc thời gian không?”

Câu hỏi cứ thế tuôn ra như thác, không khí trong phòng họp trở nên nóng bức.

Weber nghe một lúc rồi đột nhiên cười.

“Các anh có nhận ra không,” anh nói, “tất cả những vấn đề chúng ta vừa bàn luận, toàn bộ đều không phải về lý thuyết của anh ấy có đúng hay không, mà là về cách sử dụng lý thuyết ấy?”

Phòng họp im lặng trong khoảnh khắc.

Mọi người đều nhận ra điều đó.

Không ai nghi ngờ khung lý thuyết của Tiêu Túc có sai hay không.

Không ai nói phép suy luận của anh ấy có thể có lỗ hổng.

Không ai nói giả thuyết ấy có thể không vững.

Tất cả mọi câu hỏi đều xoay quanh: Làm thế nào để sử dụng công cụ ấy?

Làm thế nào để thực hiện tính toán thực tế với nó?

Làm thế nào biến nó từ bài báo thành phần mềm?

Làm thế nào biến nó từ lý thuyết thành sức sản xuất?

Không một ai nghi ngờ lý thuyết ấy là sai.

Điều đó có nghĩa, tất cả mọi người trong phòng đều mặc nhiên công nhận khung lý thuyết của Tiêu Túc là đúng.

Sự mặc nhiên ấy không phải niềm tin mù quáng, mà là phán quyết bắt buộc sau khi bị thuyết phục bởi tính logic và chặt chẽ trong bài báo.

Bergman dựa lưng vào ghế, nói một câu khiến mọi người im lặng.

“Tôi nghĩ, điều chúng ta cần quan tâm lúc này không phải là làm thế nào sử dụng khung lý thuyết của anh ấy.”

“Vậy là gì?” Mọi người hỏi.

“Chúng ta cần quan tâm,” Bergman nói, “là khi nào anh ấy nhận giải Nobel.”

Phòng họp im lặng ba giây.

Rồi tất cả mọi người đều cười.

“Nếu khung lý thuyết ấy thực sự có thể ứng dụng vào tính toán thực tế,” Schneider nói, “thì giải Nobel Hóa học chắc chắn sẽ thuộc về anh ấy. Không phải có thể, mà là chắc chắn.”

“Và sẽ không quá muộn,” Bergman nói, “anh ấy mới mười sáu tuổi. Ngay cả đợi hai mươi năm nữa, anh ấy cũng chỉ ba mươi sáu tuổi. Giải Nobel dành cho người ba mươi sáu tuổi…”

“Thế là anh ấy đã vượt qua anh rồi, Hans,” Dubuois cười nói, “anh năm mươi tám tuổi mà vẫn chưa nhận được.”

Weber giả vờ tức giận liếc anh ta một cái.

“Tôi còn chưa từng được đề cử nữa, đừng chọc chỗ đau của tôi.”

Phòng họp bật lên một tràng cười.

Cười xong, Weber đứng dậy, bước đến trước bảng trắng, cầm lấy một cây bút đánh dấu.

"Được rồi, đừng đùa nữa. Chúng ta hãy nghiêm túc thảo luận xem nên tiến hành thế nào."

Anh viết lên bảng vài chữ: "Ứng dụng của khung Xiao Su."

Rồi phía dưới, anh vẽ một bảng chia thành ba cột: ngắn hạn, trung hạn, dài hạn.

"Mục tiêu ngắn hạn là nắm vững bài luận văn này. Mỗi người phải tự mình đi hết toàn bộ quá trình suy luận, đảm bảo không bỏ sót bất kỳ chi tiết nào. Trước thứ Tư tuần sau, mỗi người nộp một báo cáo phân tích."

"Mục tiêu trung hạn là chọn một phân tử có độ phức tạp vừa phải, sử dụng khung của anh ấy để tính toán số trị. Chúng ta cần biết khung của anh ấy hoạt động thế nào trong hệ thống thực tế. Công việc này có thể mất nửa năm đến một năm."

"Mục tiêu dài hạn..." Anh dừng lại một chút, "...Nếu khung của anh ấy thực sự hoạt động, chúng ta sẽ phải suy nghĩ lại toàn bộ hệ thống giảng dạy hóa học lý thuyết. Từ nay trở đi, việc giảng dạy lý thuyết cấu trúc điện tử có thể sẽ bắt đầu từ khung của anh ấy, chứ không phải từ hàm sóng nữa."

Anh viết thật mạnh mẽ mấy chữ: "Tái thiết hệ thống giảng dạy hóa học lý thuyết."

Rồi anh quay lại, nhìn những đồng nghiệp đang ngồi đó.

"Các vị, chúng ta đang đứng trước ngưỡng cửa của một kỷ nguyên mới. Liệu chúng ta có thể bước qua ngưỡng cửa này hay không, phụ thuộc vào công việc sắp tới của chúng ta."

Anh dừng lại, rồi nói thêm:

"À, ai có thông tin liên lạc của Xiao Su? Tôi muốn gửi cho anh ấy một email, mời anh ấy đến Zurich thuyết trình."

Bergman giơ tay: "Tôi biết email của Giáo sư Cố Thanh Dần, tôi có thể thử liên lạc."

"Tốt," Weber nói, "càng sớm càng tốt."