Otto Hahn: Nhà hóa học mở ra kỷ nguyên hạt nhân

Otto Hahn là một nhà khoa học tạo nên dấu ấn của kỷ nguyên hạt nhân ở thế kỷ XX. Ông giữ vai trò quan trọng trong việc phát hiện phản ứng phân hạch hạt nhân, công trình giúp ông nhận được Giải Nobel Hóa học năm 1944. Khám phá phân hạch hạt nhân mở ra một kỷ nguyên mới trong nghiên cứu cấu trúc vật chất, đặt nền móng cho những biến đổi sâu sắc trong khoa học, công nghệ và đời sống.

Nhưng song hành với bước tiến của tri thức là những hệ quả nặng nề khi khoa học bị cuốn vào vòng xoáy của chiến tranh. Tiêu biểu là việc Hoa Kỳ đã ứng dụng và ném hai quả bom nguyên tử xuống hai thành phố Hiroshima và Nagasaki của Nhật Bản trong Thế chiến thứ hai. Sự kiện đã gây ra những tổn thất nặng nề, để lại nỗi đau kéo dài qua nhiều thế hệ, khiến toàn nhân loại bàng hoàng trước sức tàn phá của vũ khí hạt nhân. 

Dù khởi nguồn của các cuộc nghiên cứu xuất phát từ niềm đam mê thuần túy, tuy nhiên công trình về phân hạch hạt nhân của Otto Hahn cùng các cộng sự đã kéo theo những hệ quả đau thương khi bị kiến thức khoa học bị khai thác vào mục đích chiến tranh.

Bài viết hôm nay mời bạn cùng mình tìm hiểu về hành trình của nhà khoa học Otto Hahn, một nhà khoa học tài năng góp phần tạo nên kỷ nguyên hạt nhân trong xã hội hiện đại. 

Câu chuyện về hành trình khoa học của Otto Hahn có nhiều điểm đáng ngưỡng mộ, nhưng cũng để lại nhiều tranh cãi về cách hành xử của ông trong việc nhìn nhận và đón nhận giải thưởng về công trình nghiên cứu của mình.

Otto Hahn sinh ngày 8 tháng 3 năm 1879 tại Frankfurt am Main, Đức. Trong một gia đình có cha là thợ làm kính. Ban đầu, cha mẹ mong muốn ông theo đuổi ngành kiến trúc nhưng Otto Hahn đã lựa chọn con đường khoa học và theo học hóa học tại trường Đại học Marburg. 

Trong thời gian học tập, Otto Hahn thể hiện niềm say mê đặc biệt với hóa học, nghệ thuật và triết học nhưng lại ít chú trọng đến các môn như vật lý và toán học. Bằng tất cả sự nỗ lực vào năm 1901, ông tốt nghiệp và nhận bằng tiến sĩ hóa học. 

Ngay khi nhận bằng tiến sĩ hóa học, Otto Hahn đã thực hiện nghĩa vụ quân sự bắt buộc theo quy định của thể chế của nước Đức lúc bấy giờ. Ngay sau một năm hoàn thành nghĩa vụ, Otto Hahn quay trở lại trường với vai trò trợ giảng môn hóa học với dự định ban đầu là tìm kiếm cơ hội làm việc trong ngành công nghiệp. 

Otto Hahn là một nhà hóa học tài năng. Vào năm 1904, ông được cử sang Luân Đôn để học tiếng Anh và làm việc tại trường Đại Học London dưới sự hướng dẫn của William Ramsaym, một quý ngài rất quan tâm đến phóng xạ. Tại đây, Otto Hahn bắt đầu nghiên cứu về phóng xạ và phát hiện ra một chất phóng xạ mới liên quan đến Thorium (là một kim loại phóng xạ yếu, màu bạc, dồi dào hơn uranium trong tự nhiên và là nhiên liệu hạt nhân thế hệ mới đầy tiềm năng), đánh dấu thành công khoa học đầu tiên của ông. Quý ngài William Ramsaym rất quý mến Otto Hahn nên đã khích lệ ông theo đuổi nghiên cứu khoa học. Nhận được sự ủng hộ cùng niềm vui trong quá trình nghiên cứu, Otto Hahn quyết định sẽ từ bỏ ý định làm việc trong công nghiệp và chuyển hướng sang theo đuổi nghiên cứu khoa học.

Dưới sự hỗ trợ tận tâm của quý ngài William Ramsaym, Otto Hahn tiếp tục con đường nghiên cứu khi đến làm việc tại trường Đại Học Berlin. Trước khi chính thức có một vị trí chính thức, Otto Hahn đã dành thời gian tại thành phố Montreal để học hỏi và tích lũy thêm kiến thức về phóng xạ dưới sự hướng dẫn của Ernest Rutherford, một trong những nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực này.

Năm 1906, ngay sau khi trở về Đức, Otto Hahn bắt đầu hợp tác với Lise Meitner, một nhà vật lý người Áo. Mối quan hệ cộng tác khoa học giữa hai người kéo dài nhiều năm. Hai người bắt đầu hợp tác tại Berlin từ khoảng năm 1907 và cùng chuyển đến làm việc tại Viện Hóa học Kaiser Wilhelm ở Berlin vào năm 1913, đánh dấu khởi đầu cho nhiều khám phá quan trọng trong lĩnh vực phóng xạ. Tại đây, Otto Hahn trở thành người đứng đầu một bộ phận nghiên cứu hóa phóng xạ nhỏ và độc lập, từng bước khẳng định vị trí trong giới khoa học châu Âu.

Để ổn định hơn về tương lai, Otto Hahn chọn kết hôn với Edith Junghans, con gái Chủ tịch Hội đồng thành phố Stettin vào năm 1913. Thế nhưng chỉ một năm sau, Chiến tranh thế giới thứ nhất bùng nổ. Ông bị điều vào quân đội và từ năm 1915 làm việc trong lĩnh vực chiến tranh hóa học, phục vụ ở nhiều mặt trận tại châu Âu.

Sau chiến tranh, Otto Hahn quay lại nghiên cứu khoa học. Cùng với nữ vật lý Lise Meitner, ông đã cô lập được protactinium-231, một đồng vị của nguyên tố Protactinium 

Trong những năm sau đó, hầu hết các nguyên tố phóng xạ tự nhiên đã được tìm ra, ông dành nhiều thời gian để nghiên cứu cách dùng phương pháp phóng xạ trong hóa học để từng bước đạt đến thành tựu khoa học lớn nhất cuộc đời ông: Phản ứng phân hạch hạt nhân.

Trước Otto Hahn, đã có không ít nhà khoa học theo đuổi việc tìm hiểu cấu trúc hạt nhân, tuy nhiên phần lớn các hiện tượng chỉ mới quan sát được chứ chưa có lời giải thích rõ ràng. Một bước tiến quan trọng diễn ra vào năm 1932, khi nhà vật lý James Chadwick phát hiện ra neutron, hạt không mang điện, có khả năng xuyên sâu vào hạt nhân nguyên tử.

Ngay sau đó, nhà vật lý Enrico Fermi và các cộng sự cũng tiến hành sử dụng neutron để bắn phá nhiều nguyên tố, đặc biệt là urani. Họ quan sát thấy sự xuất hiện của các chất phóng xạ mới và cho rằng đó là những nguyên tố nặng hơn urani (gọi là “siêu urani”). Tuy nhiên, vào thời điểm đó, Fermi không thể giải thích bản chất của các kết quả thu được, khiến các cuộc nghiên cứu trở nên mơ hồ và bỏ ngỏ.

Chỉ đến năm 1934, khi Otto Hahn đặc biệt quan tâm đến các nghiên cứu còn dang dở của Enrico Fermi, ông đã cùng các cộng sự là Lise Meitner và Fritz Strassmann tiếp tục đào sâu nghiên cứu hiện tượng này.

Họ sử dụng neutron để bắn phá urani, tương tự như cách Fermi đã thực hiện. Tuy nhiên, thay vì chỉ quan sát hiện tượng phóng xạ, Otto Hahn và Fritz Strassmann tập trung vào phân tích hóa học các sản phẩm tạo thành, tách riêng từng chất và so sánh với các nguyên tố đã biết để xác định bản chất của chúng.

Ban đầu, kết quả dường như ủng hộ giả thuyết rằng phản ứng tạo ra các nguyên tố nặng hơn urani. Thế nhưng càng phân tích kỹ, họ càng nhận ra những điểm bất hợp lý: Một số kết quả thu được lại mang đặc tính của các nguyên tố nhẹ hơn. Đến cuối năm 1938, Hahn và Strassmann đi đến một kết luận gây bất ngờ. Trong các sản phẩm thu được có bari, một nguyên tố nhẹ hơn urani rất nhiều. Tuy nhiên, phát hiện này lại khiến họ bối rối, bởi vào thời điểm đó, ý tưởng một hạt nhân lớn như urani có thể “tách đôi” thành các phần nhỏ hơn gần như không thể chấp nhận.

Vì không thể tìm được một lời giải thích thỏa đáng, Otto Hahn đã liên hệ với Lise Meitner; thời điểm bà đã rời khỏi Đức để tránh sự đàn áp của chế độ Đức Quốc xã. Lise Meitner có vai trò cực kỳ quan trọng trong việc lý giải các lý thuyết từ các công trình hóa học của Otto Hahn. Dù cách xa về mặt địa lý, hai người vẫn duy trì trao đổi qua thư từ.

Sau khi nhận được lá thư từ Otto Hahn, Lise Meitner nhanh chóng cùng cháu mình là Otto Frisch cố gắng lý giải, cuối cùng họ đưa ra một lời giải thích mang tính đột phá cho công trình nghiên cứu: Có thể thấy khi tiến hành cuộc thử nghiệm, hạt nhân urani hấp thụ một neutron, cấu trúc của nó trở nên không ổn định. Sự mất ổn định đã khiến cho hạt nhân bị phân tách thành hai hạt nhân nhỏ hơn và giải phóng năng lượng lớn.

Theo cách giải thích của Lise Meitner và Otto Frisch, trong quá trình hạt nhân urani bị tách ra, tổng khối lượng của các hạt sau khi phân tách thực tế nhỏ hơn một chút so với khối lượng ban đầu. Phần khối lượng “thiếu hụt” này không biến mất, mà được chuyển hóa thành năng lượng dựa theo công thức nổi tiếng của Albert Einstein.

Công thức đó là:

E=mc2E = mc^2E=mc2

Trong đó:

- E là năng lượng

- m là khối lượng

- c là tốc độ ánh sáng trong chân không

Dù lượng khối lượng bị chuyển đổi là vô cùng nhỏ, nhưng khi nhân với bình phương tốc độ ánh sáng, một đại lượng cực kỳ lớn, đã tạo ra một nguồn năng lượng khổng lồ. Điều này giải thích vì sao một phản ứng xảy ra ở cấp độ hạt nhân lại có thể giải phóng năng lượng mạnh đến như vậy.

Từ cách lý giải trên, họ đã đặt tên cho hiện tượng thu nhận được là “phân hạch hạt nhân”. Một cái tên khá mới mẻ nhưng đã làm sáng tỏ hoàn toàn những kết quả thí nghiệm từ nhiều năm về trước vẫn còn bỏ ngỏ.

Sau khi có lời giải thích xác đáng, công trình của Otto Hahn cùng các cộng sự đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng: Những kết quả thực nghiệm từng khó lý giải đã được làm sáng tỏ. Khám phá về phân hạch hạt nhân mở ra hướng tiếp cận mới về cấu trúc vật chất. Công trình cũng góp phần đưa tên tuổi Otto Hahn đến cộng đồng khoa học, mang về cho ông Giải Nobel Hóa học năm 1944, tên tuổi của ông gắn liền với những thành tựu khoa học quan trọng nhất của thế kỷ XX. 

Sau khi phát hiện về phân hạch hạt nhân được công bố, Otto Hahn tiếp tục làm việc tại Đức trong một giai đoạn đầy biến động. Lúc này, Đức Quốc Xã đang kiểm soát đất nước, chiến tranh Thế giới thứ hai cận kề. Các công trình nghiên cứu khoa học, đặc biệt là nghiên cứu hạt nhân bắt đầu được chú ý rộng rãi vì tiềm năng ứng dụng trong quân sự.

Trong bối cảnh đó, Otto Hahn vẫn tiếp tục theo đuổi các nghiên cứu, chủ yếu trong lĩnh vực hóa học phóng xạ. Dù không trực tiếp tham gia vào việc phát triển vũ khí và từ chối các lời mời nghiên cứu cho vũ khí từ nhiều quốc gia, công trình của ông vẫn là tiền đề cho dòng chảy chung của khoa học thời chiến.

Chỉ vài năm sau, các nghiên cứu liên quan đến phân hạch được nhiều quốc gia để mắt vì nhận ra tiềm năng của năng lượng hạt nhân. Trong bối cảnh Chiến tranh thế giới thứ hai bùng nổ, ứng dụng của phân hạch đã bắt đầu được triển khai, tiêu biểu là việc Hoa Kỳ ném hai quả bom nguyên tử xuống Nhật Bản, gây ra những tổn thất nặng nề trước sự bàng hoàng của toàn nhân loại. 

Dù không trực tiếp tham gia vào việc chế tạo vũ khí, Otto Hahn vẫn nhận thức rõ hệ quả từ chính công trình của mình. Khi biết tin về việc Hoa Kỳ sử dụng bom nguyên tử, ông rơi vào trạng thái suy sụp về mặt tinh thần. Trong không khí tang thương và chết chóc, nhiều đồng nghiệp lo sợ rằng Otto Hahn sẽ tự tử. Thế nhưng Otto Hahn đã không làm vậy, ông chọn ở lại, chọn đối diện với thực tế và bản thân ông có ý thức về trách nhiệm của một nhà khoa học đối với những phát hiện của mình.

Sau chiến tranh, Otto Hahn trở thành Chủ tịch của Hiệp hội Max Planck, ông giữ vai trò quan trọng trong việc khôi phục và định hướng lại nền khoa học Đức. Ông trở thành tiếng nói tích cực kêu gọi kiểm soát vũ khí hạt nhân và nhấn mạnh việc sử dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình. Tuy nhiên tiếng nói bé nhỏ của một cá nhân không thể làm lu mờ sức tàn phá sức tàn phá của những cuộc chiến.

Chú thích: Hiệp hội Max Planck là một tổ chức nghiên cứu khoa học hàng đầu của Đức, quy tụ nhiều viện nghiên cứu trong các lĩnh vực như vật lý, hóa học, sinh học và khoa học xã hội 

Dẫu không thể tạo ra tầm ảnh hưởng lớn mạnh trong làn sóng chiến tranh ngày một lan rộng, nhưng những đóng góp của Otto Hahn cũng góp phần thể hiện được trách nhiệm của một nhà khoa học dám đứng lên bảo vệ lẽ phải, hướng đến hòa bình, có ý thức trách nhiệm với công trình nghiên cứu của mình.

Otto Hahn là một nhà hóa học có nhiều đóng góp quan trọng trong lĩnh vực hóa học phóng xạ, từ việc phát hiện các đồng vị mới đến nghiên cứu về sự biến đổi của các nguyên tố. Nổi bật nhất vẫn là công trình về phản ứng phân hạch hạt nhân, một thành tựu mang tính bước ngoặt và đưa tên tuổi ông đến với cộng động khoa học và mở đường cho năng lượng hạt nhân trên toàn thế giới.

Tuy nhiên, khi nhắc đến Otto Hahn, người ta không chỉ nhớ đến những đóng góp khoa học của ông mà còn nhớ tới những tranh cãi kéo dài, đặc biệt liên quan đến giải thưởng Nobel Hóa học. Việc ông là người duy nhất được vinh danh và việc ông tránh đề cập đến vai trò của nhà vật lý Lise Meitner, người cộng sự có đóng góp trong công trình phân hạch hạt nhân, khiến nhiều cá nhân trong cộng đồng khoa học có nhiều phản ứng. Người thấu hiểu, người chỉ trích. (Đa phần chỉ trích)

Bởi đối với thành công của công trình phân hạch hạt nhân, Lise Meitner không phải là một nhân vật ngoài cuộc. Bà đã làm việc trực tiếp cùng Otto Hahn trong nhiều năm và giữ vai trò quan trọng trong việc lý giải kết quả nghiên cứu. Đặc biệt, chính bà đã cùng cháu mình là Otto Frisch đã đưa ra lời giải thích mang tính quyết định cho hiện tượng phân hạch hạt nhân. Nếu chỉ dừng lại ở kết quả thí nghiệm mà thiếu đi bước lý giải, phát hiện về công trình phân hạch hạt nhân sẽ không thể đạt đến ý nghĩa khoa học trọn vẹn và khó có thể đi đến kết luận cuối cùng. Vậy nên việc chỉ mình Otto Hahn nhận giải Nobel là một phán quyết thiếu sự công bằng.

Theo một số nguồn tư liệu, sau khi giải thưởng Nobel Hóa Học được công khai trao cho mình Otto Hahn, Lise Meitner đã bày tỏ thái độ vô cùng thất vọng khi vai trò của mình không được ghi nhận xứng đáng. Tuy nhiên, bà không công khai chỉ trích Otto Hahn, ngược lại bà còn giữ một thái độ điềm tĩnh và duy trì mối quan hệ đồng nghiệp tương đối chừng mực với ông, hiếm khi nhắc lại vấn đề này trong các trao đổi khoa học sau đó.

Về phía Otto Hahn, một số ý kiến cho rằng việc ông không nhấn mạnh vai trò của Lise Meitner có thể do chịu ảnh hưởng và áp lực từ bối cảnh chính trị và môi trường khoa học.

Thời đại của Otto Hahn làm việc là giai đoạn Đức Quốc Xã đang kiểm soát nghiêm ngặt với các chính sách bài trừ người Do Thái mạnh mẽ. Dưới thời Đức Quốc Xã, các nhà khoa học gốc Do Thái như Lise Meitner buộc phải trốn chạy khỏi nước Đức, bị bài trừ ra khỏi hệ thống nghiên cứu chính thống và gần như không còn vị trí trong công trình khoa học. Ngoài ra, chiến tranh và các yếu tố chính trị cũng tác động mạnh đến cách các công trình khoa học được công bố và đánh giá. Trong một môi trường mà khoa học chịu sự chi phối của quyền lực và chính trị, việc ghi nhận đầy đủ công lao của các cộng sự sẽ bị xem xét cẩn thận.

Trong bối cảnh ấy, nếu công khai ghi nhận những đóng góp của Lise Meitner, một nhà khoa học gốc Do Thái trong công trình sẽ trở nên vô cùng nhạy cảm.

Tuy nhiên, lý do này không đủ sức thuyết phục đối với cộng đồng khoa học. Nhiều ý kiến cho rằng cách ứng xử của Otto Hahn khó có thể chấp nhận, khi ông phủ nhận và không đề cập đến vai trò của một cộng sự quan trọng như Lise Meitner trong công trình phân hạch hạt nhân, dù bối cảnh lịch sử và chính trị có ra sao đi nữa. Bởi  ghi nhận vai trò người cộng sự là trách nhiệm và đạo đức nền tảng của một nhà khoa học.

Cuối cùng thì giải thưởng vẫn thuộc về Otto Hahn, tên tuổi của ông được gắn liền với bước mở đầu cho năng lượng hạt nhân. Còn về phía Lise Meitner, dù bà không có tên không danh sách nhận giải Nobel, nhưng cộng đồng khoa học vẫn âm thầm ghi nhận đóng góp quan trọng của bà trong sự ra đời phân hạch hạt nhân.

Khi nhìn lại toàn bộ hành trình khoa học của nhà hóa học Otto Hahn, ta sẽ thấy bối cảnh và những biến động của thời đại luôn tác động đến mỗi cá nhân, dù có thể theo nhiều chiều hướng khác nhau. Một người dù nhiều tài năng vẫn có thể mang trong mình những giới hạn trong cách nhìn nhận và sự lựa chọn.

Tạm gác lại những tranh cãi xoay quanh cách lý giải và ghi nhận công trình khoa học, thì tài năng và những đóng góp của nhà hóa học Otto Hahn là điều không thể chối bỏ. Thành công về nghiên cứu phân hạch hạt nhân mở ra một kỷ nguyên mới cho khoa học năng lượng của nhân loại. 

Tuy nhiên, hành trình khoa học của Otto Hahn cũng là lời nhắc cho nhân loại về ý nghĩa của di sản khoa học rằng các thành tựu khoa học hiếm khi có thể tách rời khỏi bối cảnh xã hội. Những thành tựu lớn lao luôn đi kèm với trách nhiệm và ý thức về mục đích sử dụng. Ta có thể thấy được điều đó ngay trong cả bối cảnh xã hội ngày nay.