LUẬN VĂN TIẾN SĨ CỦA

ALBERT EINSTEIN

(1906)

 

Mỗi sở hữu đều là một cục đá ở dưới chân. Không có gì tôi không từ bỏ được, bất cứ lúc nào.

— Albert Einstein, Thế giới như tôi thấy

Ở đâu mà thế giới thôi là sân khấu của hy vọng, mong ước và ham muốn cá nhân, ở đâu chúng ta đối diện với thế giới với tư cách là những con người tự do của tạo hoá để chiêm ngưỡng, tìm hiểu, và quan sát, ở đó chúng ta bước vào vương quốc của nghệ thuật và khoa học.

— Albert Einstein, Einstein, Mặt nhân bản

 

Einstein, Mileva và con trai đầu lòng Hans Albert (1904) trong căn hộ tại số 49 đường Kramgasse lịch sử.

Lời nói đầu

Ngày 14 tháng 3 vừa qua là ngày sinh nhật thứ 147 của Albert Einstein. Tôi xin đăng bài dưới đây, gọi là để nhớ đến ông, một tấm gương con người rất đặc biệt được thể hiện trong giai đoạn thanh niên, giai đoạn có lẽ quan trọng nhất trong sự phát triển con người, những năm hình thành, “formative”, có rất nhiều điều để suy ngẫm và đối với tuổi trẻ để học hỏi. Trong lần tái bản tới, tôi hy vọng trong năm nay, những năm hình thành này sẽ được trình bày chi tiết và hệ thống hơn, bao gồm triết lý giáo dục của ông được thể hiện qua chính bản thân ông.

Mời đọc thêm Albert Einstein, Từ những năm sau của đời tôi:

Buổi giới thiệu sách Einstein “Từ những năm sau của đời tôi”

Nguyễn Xuân Xanh

Từ Đại học đến … thất nghiệp; từ thất nghiệp … đến cách mạng khoa học, và cất cánh

Trong Năm thần kỳ, annus mirabilis, 1905, Albert Einstein công bố bốn (hay năm tùy cách tính) bài báo tại tạp chí Đức Annalen der Physik. Bài đầu tiên về giả thuyết photon của ánh sáng, là bài sau này giúp ông đạt Giải Nobel năm 1921. Bài thứ hai về chuyển động Brown và chứng minh sự tồn tại của nguyên tử, trong nhiều thứ khác. Đây là bài mà sau đó Einstein nộp vào tại Đại học Zurich để xin cấp bằng tiến sĩ. Bài thứ ba là thuyết tương đối hẹp. v.v. Và năm 1906, ông thực sự được công nhận chính thức trở thành tiến sĩ!

Ảnh tòa nhà chính của ETH Zurich  về đêm, Wikipedia

Tượng bán thân Einstein của nhà điêu khắc và tạo hình người Thụy Sỹ Hermann Hubacher thực hiện năm 1957 được đặt tại tòa nhà giảng đường chính của Khoa Vật lý của ETH hai năm sau khi Einstein mất, để làm cho sự hiện diện của Einstein tại trường này vĩnh cữu.

Albert Einstein từng là giáo sư tại hai cơ sở giáo dục khác nhau ở Zurich trong hai giai đoạn: với tư cách là Giáo sư ngoại ngạch (extraordinary) tại UZH (1909–1911) và sau đó là Giáo sư thực thụ về Vật lý lý thuyết tại ETH Zurich (1912–1914). Sau mười hai năm ông trở về trường cũ với tư cách khác. Năm 1913, ông chính thức trở thành thành viên của Hàn lâm viện Khoa học Phổ, và năm 1914, ông chuyển về Berlin.

Tượng bán thân Einstein của nhà điêu khắc và tạo hình người Thụy Sỹ Hermann Hubacher thực hiện năm 1957 được đặt tại tòa nhà giảng đường chính của Khoa Vật lý của ETH hai năm sau khi Einstein mất, để làm cho sự hiện diện của Einstein tại trường này vĩnh cữu

Albert Einstein từng là giáo sư tại hai cơ sở giáo dục khác nhau ở Zurich trong hai giai đoạn: với tư cách là Giáo sư ngoại ngạch (extraordinary) tại UZH (1909–1911) và sau đó là Giáo sư thực thụ về Vật lý lý thuyết tại ETH Zurich (1912–1914).

Đây là quán cà phê Odeon ở thành phố Zürich, Limmatquai 2, nơi Einstein trong những năm học đại học cũng như những năm làm giáo sư thích đến đây. Nhưng nó cũng nổi tiếng là cà phê được ưa thích bởi những danh nhân khác như Lênin, Mata Hari …. Chủ quán có thể chỉ cho khách biết Einstein từng thích ngồi ở đâu.

Đây là quán cà phê Odeon ở thành phố Zürich, Limmatquai 2, nơi Einstein trong những năm học đại học cũng như những năm làm giáo sư thích đến đây. Nhưng nó cũng nổi tiếng là cà phê được ưa thích bởi những danh nhân khác như Lênin, Mata Hari, các nhà văn như Stefan Zweig, Frank Wedekind và Karl Kraus, tác giả của cuốn “Ngọn đuốc”, và Erich Maria Remarque, tác giả của tiểu thuyết phản chiến “Không có gì mới ở phương Tây”. Ngoài ra còn có Kurt Tucholsky, Ernst Rowohlt, Klaus Mann và Alfred Kerr. Nhà văn người Ireland James Joyce đã sống gần 5 năm ở Zurich, dành vô số giờ tại rạp ODEON. Trong các tác phẩm của ông, tên các con phố và quảng trường ở Zurich, các quán rượu hoặc người dân địa phương xuất hiện lặp đi lặp lại dưới dạng mã hóa. Chủ quán có thể chỉ cho khách biết Einstein từng thích ngồi ở đâu. Trong Tự truyện, Einstein gọi đó là Quán cà phê « Metropol» (khác với khách sạn nhà hàng Metropol khai trương năm 1914, nằm ở đường khác. Ông viết:

Trong những năm tháng đại học, tôi đã xây dựng được một tình bạn chân thành với người bạn cùng lớp, Marcel Großmann. Mỗi tuần, tôi đều cùng anh ấy đến quán cà phê Metropol trên Limmatquai để gặp gỡ vui vẻ, và chúng tôi không chỉ nói về việc học hành mà còn về tất cả những điều mà những người trẻ tuổi có tầm nhìn rộng có thể quan tâm. Anh ấy không phải là kiểu người Vagabund hay Eigenbrödler lập dị như tôi, mà là một người gắn bó chặt chẽ với xã hội Thụy Sĩ mà vẫn giữ được sự độc lập nội tâm. Hơn nữa, anh ấy sở hữu dư dả những phẩm chất mà tôi thiếu: khả năng nắm bắt nhanh và sự ngăn nắp trong mọi việc. Anh ấy không chỉ tham dự tất cả các bài giảng liên quan đến chúng tôi mà còn làm bài tập rất xuất sắc đến nỗi các bài luận của anh ấy hoàn toàn có thể được xuất bản. Anh ấy cho tôi mượn những cuốn vở này để chuẩn bị cho kỳ thi; chúng là cứu phao cứu hộ của tôi. Tôi không dám nghĩ đến chuyện gì sẽ xảy ra với mình nếu không có chúng.

(Tự truyện, xem chú thích ở dưới)

Sinh viên Albert Einstein ở trường Bách khoa, 1898 (Hình minh họa: Oculus Illustration / Thư viện ETH Zurich, Kho lưu trữ hình ảnh)

Sau khi ra trường năm 1900 với bằng cử nhân (Diplom) ở Bách khoa Zurich, ông bị các giáo sư cho thất nghiệp, như một sự tẩy chay có hệ thống. Einstein “thình lình bị mọi người bỏ lại, đứng bơ vơ trước cuộc đời”, như ông nói. Ông phải kiếm sống một thời gian bằng dạy kèm. Ông giống như một “misfit” trong xã hội. Lý do có nhiều, nhưng có lẽ điều quan trọng nhất là tính cách độc lập của Einstein khiến các giáo sư không thích, rồi tiếng đồn lan xa. Họ luôn muốn có những sinh viên “ngoan”. Ông có thể bỏ những bài giảng của thầy, như của thầy toán Hermann Minkowski của mình, để theo đuổi việc học riêng những gì ông cho rằng quan trọng và thu hút hơn. Nhưng cuối cùng may mắn thay, người bạn đồng học Marcel Groβmann, thông qua bố, đã giúp ông có một vị trí làm giám định tại Sở sáng chế liên bang đóng tại Bern giống như chiếc phao cứu hộ!

Einstein bắt đầu được nhận làm chuyên viên cấp III tại Sở cấp bằng sáng chế liên bang tại Bern khiến cuộc sống dễ thở hơn. Năm 1902, Einstein dọn về sống ở thành phố Bern, thủ đô của Thụy Sĩ. Ông làm việc kiếm tiền lo cho gia đình, vừa làm khoa học trong những thời giờ còn lại, và vừa phải chăm sóc cho gia đình, chăm sóc con nhỏ, một tay ru con, một tay viết phương trình. Vậy mà chỉ trong vài năm thôi, tài năng ông bùng nỗ không ai ngờ tới! So với Newton, Einstein có lẽ cực hơn nhiều. Với những bài báo năm 1905, ông đã bước ra khỏi bóng tối.

Năm thần kỳ 1905, khi Einstein công bố những bài báo thay đổi bộ mặt vật lý thế giới, lúc đó ông chưa có bằng tiến sĩ, càng lại chưa có học vị habilitation, và venia legendi, để chứng nhận rằng ông đủ khả năng nghiên cứu, giảng dạy và hướng dẫn nghiên cứu để trở thành giáo sư.

Tháng 11, năm 1911, Henri Poincaré, nhà toán học, vật lý, bác học của Pháp, đã gửi cho lãnh đạo của Đại học ETH nhận định của ông về tài năng của Einstein theo yêu cầu của ETH để quyết định bổ nhiệm ghế giáo sư cho Einstein như sau:

Ông Einstein là một trong những bộ óc độc đáo nhất mà tôi từng biết; dù còn trẻ nhưng ông đã được xếp hạng rất cao trong số những học giả đầu tiên ở thời đại của mình. Điều chúng ta phải đặc biệt ngưỡng mộ ở ông ấy là sự dễ dàng thích nghi của ông ấy với những quan niệm mới và biết cách rút ra mọi hệ quả từ đó. Ông ta không còn bám víu vào các nguyên lý cổ điển, và khi gặp một vấn đề vật lý, ông ta nhanh chóng xem xét mọi khả năng. Điều này ngay lập tức chuyển trong tâm trí ông ta thành dự đoán về các hiện tượng mới, có khả năng sẽ được kiểm chứng bằng kinh nghiệm vào một ngày nào đó. Tôi không muốn nói rằng tất cả những dự đoán này sẽ thất bại trước sự kiểm tra của kinh nghiệm vào ngày sự kiểm tra này trở nên khả thi. Khi ông ấy tìm kiếm mọi hướng, chúng ta ngược lại phải chờ đợi rằng hầu hết các con đường anh ta đi đều là ngõ cụt, nhưng đồng thời chúng ta phải hy vọng rằng một trong những hướng đi mà ông chỉ ra là đúng đắn; và thế là đủ. Đây chính xác là cách chúng ta nên tiến hành. Vai trò của vật lý toán học là đặt ra các câu hỏi một cách chính xác; chỉ có thực nghiệm mới có thể giải quyết được chúng.

Tương lai sẽ ngày càng chứng tỏ giá trị của ông Einstein, và trường đại học nào biết cách thu hút vị thầy trẻ tuổi này chắc chắn sẽ nhận được nhiều vinh dự từ đó. Cảm ơn bạn rất nhiều vì đã gửi tác phẩm của Ritz; ông cũng là người đã cống hiến rất nhiều cho Khoa học và là người có thể được mong đợi nhiều hơn nữa nếu cái chết không cướp đi ông quá sớm.[1]

Chiếc ghế sẽ dành cho Einstein cũng chính là chiếc ghế của Minkowski, từng là thầy Einstein, vốn vẫn trống từ năm 1902 khi ông đi về Göttingen. Minkowski kinh ngạc trước bài báo Thuyết tương đối hẹp của Einstein, không ngờ cậu sinh viên lười biếng vô kỹ luật ngày nào lại có một công trình tuyệt vời mà giới hàn lâm, trong đó có chính ông, dày công tìm kiếm nhưng thất bại. Trước vẻ đẹp thu hút của thuyết tương đối hẹp, Minkowski đã đưa nó lên canvas hình học bốn chiều, gọi là không-thời gian. Năm 1908, Minkowski trình bày kết quả trước “Hội nghị các nhà khoa học và bác sĩ Đức” tại Köln, mở đầu bằng những dòng bất hủ:

Thư Quý Ngài! Các quan niệm về không gian và thời gian mà tôi muốn trình bày với Quý Ngài là phát triển từ miếng đất vật lý thực nghiệm. Sức mạnh của chúng là ở chỗ đó. Khuynh hướng chúng là triệt để. Từ giờ phút này trở đi, không gian xét riêng và thời gian xét riêng chỉ còn là cái bóng, và chỉ có một thể liên kết của cả hai mới giữ vững được tính độc lập.

(Xem trong sách Thuyết tương đối hẹp và rộng của Albert Einstein viết cho đại chúng. Nguyễn Xuân Xanh dịch và sưu tầm. Dẫn nhập, xiv)

Hai năm sau, Einstein được chính thức kết nạp vào Hàn lâm viện Khoa học Phổ. Và năm sau ông dọn nhà hẳn về Berlin, thủ đô của khoa học.

[1] Xem trang mạng https://rosetta.vn/nguyenxuanxanh/henri-poincare-noi-ve-albert-einstein/

Hermann Minkowski (1864-1909, 44t) (Wiki)

Tại sao cách mạng?

Đến đây, người ta có thể được gợi ý, tại sao những công trình của Einstein đều có tính cách mạng. Câu hỏi ít người đặt ra, hầu như không ai. Vào những thập niên cuối thế kỷ XIX có hai dòng tư tưởng mới cuốn hút. Một, người có nhiều ảnh hưởng tư tưởng, đặc biệt đối với Einstein, là Thorstein Veblen (1857 – 1929), nhà kinh tế và xã hội học cấp tiến Mỹ. Einstein bị thu hút bởi chủ nghĩa tương đối lịch sử của Veblen, quan điểm cho rằng mọi giai đoạn tiến hóa xã hội đều có các quy luật xã hội cụ thể của riêng nó, rằng các quy luật kinh tế không phải là phổ quát cho tất cả các hệ thống mà luôn luôn tương đối với một số hệ thống cụ thể nhất định. Veblen cho rằng loài người đang ở giai đoạn “săn mồi” (the predatory phase) của chủ nghĩa tư bản cần phải được khắc phục. Thứ hai, thế giới vật lý đang ở trong tình trạng bế tắc, có những mâu thuẫn không giải quyết được, và đứng trước một cuộc cách mạng đang có nhu cầu phát triển để thay thế thế giới quan cơ học. Nhưng không ai dám khẳng định, kể cả Michelson, Millikan, trừ Poincaré, người đã tiên đoán cần phải có một loại cơ học mới thay thế. Einstein là người âm thầm đi những bước cách mạng phá vở thế giới quan cơ học cổ điển, và làm lộ ra thế giới mới có cấu trúc phong phú hơn.

Thay đổi một nề nếp vật lý đã ăn sâu hàng nhiều thế kỷ vào tấm thảm văn hóa học thuật không phải dễ. Những thập niên cuối của thế kỷ XX, Zurich và Bern có một văn hóa đặc biệt được gọi là văn hóa đối lập, counterculture, bao gồm tính chất khoan dung, tự do, cởi mở, “khác người”, nơi hội tụ những luồng tư tưởng mới và lý tưởng, và là nơi gặp gỡ của những người trẻ muốn thay đổi thế giới, về chính trị, cũng như khoa học. Lenin, và Rosa Luxemburg là hai trong nhiều người đã từng đến vùng này. Trong khi đó, Einstein sẽ là người sẽ thay đổi cách nhìn vũ trụ, kết thúc thế giới quan cổ điển. Sau hai thế kỷ rưởi thành công của cơ học cổ điển, Einstein viết:

Chúng ta không nên ngạc nhiên khi có thể nói rằng tất cả các nhà vật lý của thế kỷ trước đều coi cơ học cổ điển là nền tảng vững chắc và chung cuộc của mọi ngành vật lý, thậm chí của mọi khoa học tự nhiên, và họ không bao giờ mệt mỏi khi cố gắng xây dựng lý thuyết điện từ của Maxwell, vốn hiện đang dần được chấp nhận, dựa trên cơ học. Ngay cả Maxwell và H. Hertz, những người khi nhìn lại đúng là những người đã làm lung lay niềm tin vào cơ học như là nền tảng cuối cùng của mọi tư duy vật lý, trong suy nghĩ có ý thức của họ, chắc chắn vẫn coi cơ học là nền tảng vững chắc của vật lý.

Năm 1905, Einstein đã làm hiển lộ ra: Thế giới không phải như ta thấy, mà nằm khuất sâu thẳm hơn nhiều.

Điều đặc biệt và lạ lùng là văn hóa đối lập vùng Zurich-Bern có những nét tương đồng với văn hóa đối lập một trăm năm sau ở Thung lũng Silicon! Nơi đây, giới thanh niên có hoài bão muốn thay đổi thế giới, bằng công nghệ, để gián tiếp thay đổi chính trị, đặc biệt bằng những chiếc máy tính cá nhân để làm con người tự chủ, kết nối với nhau và tự do hơn.

Đại học UZH Zurich. Wikipedia

Ngoài việc học vật lý chính trong trường với thầy Weber từ 1897-1900, Einstein còn thực hiện thêm việc tự học để bổ sung cho những gì ông thấy khiếm khuyết ở trường. Phần bổ sung này bao gồm việc tự học các tác phẩm của các bậc thầy vật lý lý thuyết đương đại—trên hết là Hermann von Helmholtz, Gustav Robert Kirchhoff, Heinrich Hertz, Ludwig Boltzmann, Ernst Mach, và thông qua các tác phẩm của Paul Drude hoặc August Foppl, James Clerk Maxwell. Mối quan hệ ban đầu của Einstein với Weber, sự nhiệt tình ban đầu và sau đó là sự thất vọng của ông đối với Weber với tư cách là một người thầy, và cuối cùng là niềm vui khi làm việc trong phòng thí nghiệm của Weber. Rõ ràng Weber và viện nghiên cứu của ông đã ảnh hưởng đến Einstein ở một mức độ và ý nghĩa nào đó. Ngoài ra, ảnh hưởng của Hermann Helmholtz lên Weber và Pernet là rất lớn, về ý tưởng nghiên cứu, cho nên điều đó cũng sẽ ảnh hưởng tích cục lên Einstein. Thông qua Karl Kappeler, người từng là hiệu trưởng trường Bách khoa Zurich từ năm 1857 đến năm 1888, và dưới ảnh hưởng của Helmholtz mà Weber được mời làm giáo sự vật lý toán và kỹ thuật tại trường Bách khoa Zurich và bắt đầu dạy năm 1875. Lúc đó ông 68 tuổi.

Dưới sự dẫn dắt của Helmholtz, Weber có vài chục công trình về nhiều đề tài ứng dụng, như nhiệt dung riêng của cacbon, boron và silic ở các nhiệt độ khác nhau. Được làm việc trong phòng thí nghiệm Berlin của Helmholtz, Weber đã đo nhiệt dung riêng của ba nguyên tố này và chỉ ra rằng chúng nhỏ hơn đáng kể ở nhiệt độ thấp so với dự đoán của định luật Dulong–Petit; hơn nữa, ông nhận thấy rằng, khi nhiệt độ tăng, nhiệt dung riêng của chúng tăng lên cực kỳ nhanh chóng. Chỉ khi ông tăng nhiệt độ lên trên 1.000 độ C thì nhiệt dung riêng mới lại tuân theo dự đoán của Dulong và Petit. Trong gần ba mươi năm, những phát hiện thực nghiệm của Weber vẫn là một điều bất thường cho đến khi một trong những học trò của ông đưa ra một lời giải thích mới.

Weber rất nổi tiếng. Nhưng từ 1888 trở đi, Weber về cơ bản đã ngừng nghiên cứu khoa học. Trong những năm Einstein học tại trường Bách khoa, Weber chỉ xuất bản một bài báo khoa học duy nhất, và bài báo đó về một chủ đề có liên quan mật thiết đến các vấn đề kỹ thuật điện: dòng điện xoay chiều.

Weber đã tham gia các hội nghị về điện tại Vienna (1883), Paris (1889), Frankfurt am Main (1891), Paris (1900) và London (1908). Có thể nói, ông trở thành đại diện cho ngành đo lường điện của Thụy Sĩ, giống như Thomson đại diện cho Anh và Helmholtz đại diện cho Đức. Có thể nói, Weber thuộc về thế hệ hàng đầu của ngành vật lý, sắp đi vào quá khứ. Và Einstein là biểu tượng của ngành vật lý mới chịu phần nào ành hưởng của ông.

Triết học tự nhiên là “bà mẹ” của các khoa học

Nếu ai đặt câu hỏi, quốc gia hay thế giới có thể có một Einstein thứ hai không, cần hiểu cá tính của Einstein, lối sống và cách làm việc của ông. Về mặt nhân sinh quan, Einstein là người không có thiện cảm mấy đối với cuộc sống quy ước của đời thường. Ông thuộc loại người không theo lề thói. Einstein sống hướng nội và muốn có sự độc lập, ít lệ thuộc vào vật chất. “Những người [như tôi] sống một cuộc sống mà trong đó những trải nghiệm bên ngoài, bao gồm cả những cuộc tiếp xúc với người khác, thường chỉ có tầm quan trọng thứ yếu. Mối quan hệ nghề nghiệp và cá nhân thường có tác dụng ức chế và gây mất tập trung thay vì có tác động tích cực lên những cuộc đời như thế, trong khi trải nghiệm quyết định diễn ra bên trong như thể được nuôi dưỡng bởi một nguồn vô hình nào đó.” Có lẽ đó là lý do ông đã yêu Maric. Những người có nhân sinh quan giống nhau dễ gần gũi với nhau. Giống như Thomas Jefferson và người phụ nữ nô lệ Sally Hemings.

Ông không phải là thiên tài, không có tham vọng lớn lao, hay tinh thần cạnh tranh hơn thua. Ông là con người bình dị, nhưng kiên quyết trong học tập và tư tưởng. Có lẽ ông gặp may mắn được vũ trụ hé lộ để ông thấy một cấu trúc mới. Thế giới hàn lâm lặng lẽ trôi theo sự tự mãn của của cơ học cổ điển, trong khi con thuyền Einstein đi ngược dòng chảy lúc bấy giờ, với những bước tư tin từ những nghiên cứu riêng của mình. Ông kết hợp bốn tính chất: lý tính, triết học tự nhiên, trực quan, và năng lực toán học, để đi đến những khám phá mới. Những tính chất này đã được giới học giả từ thời Trung cổ áp dụng sôi nổi. Einstein từng nói:

Triết học giống như một bà mẹ đã sinh ra và trang bị tất cả các ngành khoa học còn lại. Người ta vì thế không nên đánh giá thấp bà mẹ ấy trong sự nghèo khổ và trần trụi, mà phải hy vọng rằng cũng vẫn còn chút lý tưởng Don-Quichote hiện thân trong lũ con của bà để chúng không trở thành những kẻ nhỏ nhen.

Hơn ai hết trong thế kỷ XX, ông là nhà triết học tự nhiên, có thể nói là người thừa hưởng và tiếp nối truyền thống triết học tự nhiên của Hy Lạp và châu Âu thời Trung cổ. Thời đại học, ông nghiên cứu Hume, Kant và Mach, bên cạnh nhiều tác phẩm khác Boltzmann, Helmholtz, Kirchhoff, and Hertz, để định hình quan điểm triết học tự nhiên có tính dẫn dắt khám phá. Ở Bern, nhóm “Olympia Academy” gồm ông và hai người bạn Maurice Solovine và Conrad Habicht được thành lập năm 1902 gồm ba người thực tế đã đọc một lượng sách rất lớn mà có lẽ không ai trong giới hàn lâm làm. Họ “đọc và thảo luận thường xuyên”, đóng vai trò rất quan trọng trong việc định hướng “vật lý mới”. Theo Solovine, “Cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 là thời kỳ huy hoàng của nghiên cứu về nền tảng và nguyên tắc của khoa học, và đây cũng là mối quan tâm thường trực của chúng tôi.” Solovine đã đưa ra một danh sách dài các tài liệu đọc làm cơ sở cho các cuộc thảo luận của họ. Các buổi đọc sách sôi nổi đã diễn ra tại nhà của Einstein. Ông và Einstein bắt đầu đọc cuốn Ngữ pháp Khoa học của Karl Pearson (1900). Họ đọc và thảo luận về: “Analyse der Empfindungen” (Phân tích cảm xúc) và “Mechanik” của Mach, “Logic” của Mill, “A Treatise of Human Nature” của Hume, “Ethica” của Spinoza (1677), “hồi ký và bài giảng không xác định của Helmholtz”, một số chương của “Essai sur la philosophie des sciences” của Ampère (1834), “Über die Hypothesen, welche der Geometrie zu Grunde liegen” của Riemann, nói về Không gian phi-Euclid (1854), một số chương của “Kritik der reinen Erfahrung” của Avenarius (1888, 1890), cuốn On the Nature of Things-in-Themselves của Clifford, cuốn Was sind und was sollen die Zahlen? (Các con số là gì và mục đích của chúng là gì?) của Dedekind (1893), và cuốn La science et l’hypothése (Khoa học và Giả thuyết) của Poincaré (1902). Solovine mô tả cuốn sách của Poincaré “đã gây ấn tượng sâu sắc với chúng tôi và khiến chúng tôi nín thở trong nhiều tuần”, và một số tài liệu tham khảo về Poincaré trong các tác phẩm sau này của Einstein cho thấy ảnh hưởng của việc đọc kỹ lưỡng này.

Về Mach, Einstein đọc hai tác phẩm chính Mechanik (Cơ học) và Wärmelehre (Nhiệt học), theo gợi ý của người bạn Michele Besso. Năm 1909, Einstein viết thư cho Mach:

Đương nhiên tôi biết khá rõ các tác phẩm chính của ông, trong đó tôi đặc biệt ngưỡng mộ cuốn Cơ học. Ông đã có ảnh hưởng lớn đến quan điểm nhận thức luận của thế hệ các nhà vật lý trẻ, đến nỗi ngay cả những đối thủ hiện tại của ông, chẳng hạn như Planck, chắc chắn sẽ bị một trong những nhà vật lý đó, như họ đã từng cách đây vài thập kỷ, coi là ‘người theo Mach’ (Machian).

(Einstein gửi Ernst Mach, ngày 9 tháng 8 năm 1909)

Thời nay, chúng ta có thể không khỏi ngạc nhiên khi nghe Galen (xứ Pergamon,129–khoảng 216 CN, một bác sĩ, nhà phẫu thuật và triết gia nổi tiếng người Hy Lạp trong Đế chế La Mã) quan niệm rằng, một bác sĩ giỏi là một nhà triết học.

Những người đánh giá luận văn tiến sĩ

Người đánh giá luận văn tiến sĩ của Einstein là Alfred Kleiner, giáo sư vật lý thực nghiệm của Đại học Zurich, và người thứ hai là Heinrich Burkhardt, giáo sư Toán học cùng trường.  Cho đến năm 1909, ETH không được phép cấp bằng tiến sĩ, vì vậy một thỏa thuận đặc biệt cho phép sinh viên ETH nhận bằng tiến sĩ từ Đại học Zurich. Vào thời điểm đó, hầu hết các luận án vật lý của sinh viên ETH đều được thực hiện dưới sự hướng dẫn của giáo sư Heinrich Friedrich Weber. Ông nguyên là học trò và trợ lý (assistant) có trình độ của nhà vật lý đầu đàn Đức Hermann von Helmholtz. Dưới sự hướng dẫn của Helmholtz, Weber có nhiều kết quả nghiên cứu rất tốt, và có uy tín cao.

Về chuyên môn, Einstein khen ngợi các bài giảng của giáo sự Weber. Ông từng viết cho người vợ tương lai của mình, Mileva Marić: “Weber đã giảng bài về nhiệt (nhiệt độ, lượng nhiệt, chuyển động nhiệt, lý thuyết động lực học của khí) rất thành thạo. Hết bài giảng này đến bài giảng khác của ông làm anh thích thú.” Nửa thế kỷ sau, Einstein còn viết cho một người bạn: “Tôi đánh giá cao Weber như một người thầy rất tài năng, người đã trình bày được những điều cốt lõi của sự việc và biết giới hạn tính đa dạng một cách tối thiểu.” Nhưng chưa phải tất cả. “Tuy rất tuyệt vời, nhưng với tư cách là một đại diện tiêu biểu của vật lý cổ điển, ông đơn giản bỏ đi mọi thứ đến sau Helmholtz. Sau khi kết thúc việc học, người ta biết được quá khứ của vật lý, nhưng không biết được hiện tại và tương lai của nó. Do đó, chúng tôi phải tự nghiên cứu lấy các tư liệu mới.” như một người bạn của Einstein nhận xét. Einstein cũng từng nhận xét rằng các bài giảng của Weber đã lỗi thời 50 năm, không chứa các phương trình Maxwell là vấn đề Einstein rất quan tâm.

Mặc dù ở các môn của Weber, Einstein đạt được điểm thi rất tốt, nhưng quan hệ giữa Weber và Einstein không tốt theo, mà khác hẳn. Einstein là người có cá tính mạnh, ông ăn theo sự đòi hỏi của bao tử ông chứ không theo thức ăn bày ra cho ông và mọi người. Ông hay bỏ học giờ này, giờ kia, cả giờ của Minkowski và Weber, nếu thấy đó không quan trọng lắm, sau này có thể chép lại ở bạn, để theo đuổi những công việc bổ ích hơn, trong đó có việc hay xuống phòng thí nghiệm hiện đại của Weber mà ông rất thích. Weber từng mắng ông: “Ông là thanh niên rất thông minh, nhưng làm một lỗi lớn: Ông không để ai nói bất cứ điều gì”, vì cá tính mạnh và bướng bỉnh của ông. Ông gọi “Ông Weber”, chứ không phải “Ngài Giáo sư Weber”. Ông không để các quyền uy thay đổi ý kiến của ông, bất cứ người đó là ai. Hơn nữa, Einstein mang thân phận của một di dân, ông được quốc tịch Thụy Sĩ năm 1901, và gốc Do Thái. Câu nói “Sự lớn lao trong khoa học thực chất chỉ là một vấn đề cá tính (character)” phản ảnh chính xác con người ông. Cá tính, tính cách, đối với Einstein, đó là dấu ấn của mỗi con người. Cá tính thể hiện luôn trong nhân sinh quan, lối sống, và đạo đức. Khi Einstein tốt nghiệp, dưới ảnh hưởng của Weber, không ai nhận Einstein làm trợ lý để có cơ hội làm nghiên cứu tiếp trong bộ máy hàn lâm. Ông bị văng ra, thất nghiệp, phải đi kèm trẻ để sống qua ngày. May mắn ông được người bạn học ở ETH, Marcel Groβmann, nói với bố mình giới thiệu Einstein thi vào Sở sáng chế để thoát thân. Ở đó ông tiếp tục nghiên cứu những vấn đề vật lý. Luận văn tiến sĩ được Einstein ghi dành tặng cho Marcel Marcel Groβmann. Chính vì sự căn thẳng mà Einstein đã chuyển từ Weber sang Kleiner làm người đánh giá luận văn ông.

Quan hệ Weber-Einstein

Sự căng thẳng trong quan hệ Weber-Einstein là đề tài nghiên cứu của các sử gia. Thật ra, gặp Weber là sự may mắn nhất mà Einstein có được, tuy có những khiếm khuyết của Weber. Khi Einstein từ bỏ Đức để qua Thụy Sĩ và thi nhập học Trường Bách khoa Liên bang, ông mới 16 tuổi, hai năm trẻ hơn tuổi nhập học thông thường. Mặc dù đạt kết quả rất tốt ở các môn toán-khoa học tự nhiên, chỉ có môn tiếng Pháp và lịch sử là chưa đủ tiêu chuẩn nên ông bị đánh trượt kỳ thi. Hiệu trưởng của Bách khoa, Albin Herzog, vì thế đã khuyên Einstein nên học thêm một năm tại trường bang Aargau tại thành phố Aarau để có bằng tú tài, sau đó sẽ có đủ tư cách để đăng ký vào Trường Bách khoa. Weber đã nhận thấy phần thi khoa học của cậu rất xuất sắc nên đã khuyến khích Einstein tham dự các bài giảng của mình; ông đã nhận ra tài năng của Einstein trẻ tuổi và động viên cậu. Nhưng Einstein chọn tiếp tục học trung học cho năm cuối cùng tại trường Aargau Kantons-schule, như vị hiệu trưởng Herzog đã khuyên, nơi có một phòng thí nghiệm xuất sắc với hiệu trưởng là nhà vật lý August Tuchschmid, một trong những trợ lý cũ của Weber tại trường Bách khoa. Sau một năm ở Aarau, Einstein có đầy đủ điều kiện để vào trường Bách khoa.

ETH-Heinrich Weber, (1842-1913). (Wiki)

Trong phần lớn ba năm học dưới sự hướng dẫn của Weber (1897-1900), Einstein dường như có mối quan hệ tốt với ông. Điểm số của ông dưới sự hướng dẫn của Weber luôn cao và ông rất thích làm việc trong phòng thí nghiệm của Weber. Vậy căng thẳng giữa hai người bắt đầu từ khi nào và nguồn gốc từ đâu? Có phải chúng bắt nguồn từ sự thất vọng của Einstein trước việc Weber không giảng dạy lý thuyết Maxwell và các phần khác của vật lý đương đại? Hay, ở mức độ cá nhân hơn, chúng bắt nguồn từ việc Einstein thường gọi Weber là “Herr Weber” thay vì “Herr Professor Weber” (Carl Seelig)? Hay cả vì ông không đi học đều? Với cách đối xử độc đoán của Weber đối với đồng nghiệp Johannes Pernet, thật dễ dàng để hình dung ông ta có thể đã không khoan dung với một sinh viên có vẻ thiếu tôn trọng, lại là người nước ngoài, Einstein có quốc tịch Thũy Sĩ năm 1901, và là người Do Thái. Dù sao, Einstein đã làm luận văn tốt nghiệp (Diplomarbeit) dưới sự hướng dẫn của Weber, mặc dù đề tài thí nghiệm về dẫn nhiệt mà ông không mấy quan tâm.

Einstein tốt nghiệp trường Bách khoa vào tháng 7 năm 1900, nhận bằng tốt nghiệp cho phép ông dạy toán và vật lý ở trường trung học. Tuy nhiên, khi Einstein và những người bạn của ông là Jakob Ehrat, Marcel Grossmann và Louis Kollros nhận bằng tốt nghiệp, chỉ có Einstein là không nhận được lời mời làm trợ lý như ông hằng mong đợi. Hơn nữa, thay vì nhận Einstein, Weber đã nhận hai kỹ sư cơ khí. Kollros tin rằng Einstein “chắc chắn bị Weber coi là quá độc lập”. Đây là vết thương rất nặng không quên đối với ông. Ký ức về trải nghiệm cay đắng với Weber vẫn luôn ám ảnh Einstein: Năm 1934, ông nhớ lại rằng các giáo sư của mình “không thích tôi vì tính độc lập của tôi, [và] tránh mặt tôi khi họ cần trợ lý”; và mãi đến năm 1952, hai năm trước khi qua đời, ông vẫn nhớ rằng “‘vào phút cuối cùng, tôi không được nhận làm trợ lý’” (The Collected Papers of Albert Einstein. Vol. 1, The Early Years, 1879-1902. John Stachel, et al., eds. Princeton: Princeton University Press. Trang 44)

Einstein tự học để bù đắp sự thiếu hụt từ giáo dục

Ông tận dụng thất bại của Weber bằng cách chuyển sang tự học, cụ thể là nghiên cứu các tác phẩm của Helmholtz, Maxwell, Kirchhoff, Hertz, Boltzmann, và các sách giáo khoa gần đây của August Foppl hoặc Paul Drude.

Đối với Einstein, Weber có lẽ còn mắc phải một thiếu sót lớn hơn cả việc không dạy Maxwell: Ông không dạy những nền tảng của vật lý, cũng như vật lý lý thuyết hay vật lý toán học. Để học những khía cạnh này của vật lý, cũng như để học lý thuyết của Maxwell, Einstein chỉ có thể dựa vào khả năng tự học bẩm sinh của mình. Cụ thể ông nghiên cứu các tác phẩm của Helmholtz, Maxwell, Kirchhoff, Hertz, Boltzmann, và các sách giáo khoa gần đây của August Foppl hoặc Paul Drude. Ngoài những nhận xét thỉnh thoảng của Weber về lý thuyết trong các bài giảng, Einstein không được đào tạo về vật lý lý thuyết tại trường Bách khoa. Nhìn chung, hầu như không có khóa học nào về vật lý lý thuyết được giảng dạy trong hai năm cuối của ông tại trường Bách khoa. Tuy nhiên, điều đáng chú ý là trong kỳ thi tốt nghiệp [tháng 7 năm 1900], Einstein đã đạt điểm “10” [trên thang điểm “12”] ở môn “Vật lý lý thuyết” cũng như “10” ở môn “Vật lý thực hành”)

Các khóa học vật lý toán của ông, đặc biệt là các khóa cơ học với Albin Herzog, và lý thuyết thế năng và cơ học giải tích với Minkowski, là những khóa học gần nhất mà ông được tiếp cận với việc học chính quy về vật lý lý. Sau một bài giảng về hiện tượng mao dẫn của Minkowski trong học kỳ cuối cùng của Einstein tại trường Bách khoa, ông đã nói với Kollros: “Đó là bài giảng đầu tiên về vật lý toán học mà chúng ta được nghe ở trường Bách khoa”. Tuy nhiên, dường như ông đã tận dụng được điều đó, bởi vì hiện tượng mao dẫn là chủ đề của bài báo vật lý đầu tiên được Einstein công bố, gửi đến tạp chí Annalen der Physik vào tháng 12 năm 1900, chưa đầy năm tháng sau khi nhận bằng tốt nghiệp. Hơn nữa, thái độ ban đầu (trước năm 1907) của Einstein đối với vai trò của toán học trong vật lý có thể cũng chịu ảnh hưởng ít nhiều từ Weber, người mà như đã đề cập, có khả năng toán học hạn chế. Như Einstein sau này đã viết: “Khi còn là sinh viên, tôi không hiểu rõ rằng việc tiếp cận kiến ​​thức sâu sắc hơn về các nguyên tắc cơ bản của vật lý lại gắn liền với những phương pháp toán học phức tạp nhất. Điều này chỉ dần dần hiện ra trong đầu tôi sau nhiều năm làm việc khoa học độc lập.”

Tuy nhiên, nếu Weber không thành công trong việc giảng dạy vật lý lý thuyết và toán học, thì ít nhất ông và viện của mình đã giúp Einstein nhận thức rõ hơn tầm quan trọng của việc đo lường để kiểm chứng lý thuyết và tìm ra sự phù hợp tốt nhất giữa lý thuyết và thực nghiệm. Ít nhất, Weber đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng cẩn thận các thiết bị đo chính xác trong vật lý, và ông đã cung cấp cho Einstein những thiết bị cần thiết, thậm chí là xuất sắc, trong các phòng thí nghiệm sang trọng của trường Bách khoa.

Ảnh hưởng lớn của Hermann von Helmholtz

Bác sĩ, nhà vật lý Helmholtz mất hai năm trước khi Einstein vào học ở Bách khoa Zurich, nhưng ảnh hưởng vô hình của ông lên Einstein là rất lớn. Helmholtz là người nhận thức sâu sắc về tầm quan trọng của đa tạp Riemann được người học trò này của C.F. Gauss đưa ra trong luận án habilitation năm 1868. Việc Helmholtz suy nghĩ lại về nền tảng của hình học như phép đo thực nghiệm của không gian vật lý đa chiều và quan điểm của ông về mối liên hệ mật thiết giữa hình học và vật lý do đó đã giúp đặt nền tảng cho sự phát triển thuyết tương đối tổng quát của Einstein (1907–15). Sau năm 1870 hình học đã trở thành thành một công cụ trung tâm để hiểu không gian vật lý.

Eintein đã biết học hỏi từ các công trình và quan điểm khoa học tổng quát của Helmholtz. Khi Einstein mới mười sáu tuổi, ông đã tự mình nghiên cứu một cách độc lập và chuyên sâu cuốn Lehrbuch der Physik (Sách giáo khoa Vật lý) của Jules Violle, gạch chân và ghi chú vào văn bản. Nghiên cứu sách giáo khoa của Violle đã phần nào chịu ảnh hưởng từ Helmholtz, bởi vì cuốn Lehrbuch đã được nhiều người dịch sang tiếng Đức vào năm 1892-93, tất cả đều đang làm việc tại Viện Physikalisch-Technische Reichsanstalt Berlin, nơi họ phục vụ Helmholtz. Trong thời gian học tại trường Bách khoa, Einstein thường không tham dự các lớp giảng (có lẽ là các lớp toán học), mà thay vào đó “tự học ở nhà, với lòng nhiệt thành thiêng liêng, các bậc thầy về vật lý lý thuyết” như ông nói. Trong số đó, ông kể lại, có “các tác phẩm của Kirchhoff, Helmholtz, Hertz, v.v.”. Thật vậy, ngay cả khi không được tiếp cận với các thư viện ở Zurich, ông vẫn không bị ngăn cản việc đọc Helmholtz. Trong một chuyến thăm cha mẹ ở Milan vào tháng 9 năm 1899, ông đã lên kế hoạch đến thư viện thành phố để mượn sách của Helmholtz (cũng như của Boltzmann và Mach) và hứa với người yêu Marić rằng họ sẽ cùng nhau xem lại mọi thứ khi ông trở về Zurich.

Như quyển sách cho thấy, Helmholtz đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp của Weber và Pernet, từ việc cung cấp cho họ phòng thí nghiệm, đến việc tạo cơ hội giảng dạy cho họ tại viện của mình, đến việc tiến hành nghiên cứu về nhiệt dung riêng và đo lường chính xác nói chung, và đến việc giúp Weber có được vị trí tại Đại học Bách khoa và Pernet tại Viện Nghiên cứu Khoa học Quốc gia (Reichsanstalt) và chắc chắn là cả tại Đại học Bách khoa nữa. Cả hai người đều coi Helmholtz như một éminence grise, người bảo trợ và lãnh đạo trí tuệ; ông là một nhân vật có tầm ảnh hưởng ngầm tại viện vật lý của Đại học Bách khoa, và có vẻ hợp lý khi cho rằng họ đã nhấn mạnh tên tuổi và công trình của ông đối với các sinh viên của mình.

Ngoài ra, Einstein còn có một nguồn khác mà từ đó ông có thể đã học được Helmholtz. Einstein thường xuyên đến thăm nhà của Alfred Stern, giáo sư lịch sử tại trường Bách khoa; Stern trở thành một người bạn thân thiết và cố vấn của Einstein. Stern, con trai của nhà toán học Moritz Stern ở Göttingen, rất có thể đã kể cho Einstein nghe về việc khi còn là sinh viên luật và lịch sử tại Đại học Heidelberg, ông đã tham dự các khóa học khoa học do Kirchhoff và Helmholtz giảng dạy. Đặc biệt, tại Heidelberg vào khoảng năm 1865, ông đã tham dự các bài giảng của Helmholtz về “Những kết quả tổng quát của khoa học tự nhiên”, dành cho sinh viên thuộc mọi chuyên ngành. Stern đã viết rằng

Những giờ phút mà Helmholtz, trong những bài giảng không chính thức nhưng cũng đầy kích thích và thú vị về mặt trí tuệ, đã đề cập đến nhiều chủ đề khác nhau—cảm nhận về âm thanh, cấu tạo của mắt người, phân tích quang phổ, hộp sọ của người Neanderthal—đã để lại ấn tượng không phai trong tôi suốt cuộc đời. (Stern 1932, tr. 5)

Stern, người cũng là bạn của Aaron Bernstein, tác giả của bộ sách khoa học cho đại chúng Naturwissenschaftliche Volksbücher, một tác phẩm mà Einstein đã nghiên cứu khi còn trẻ “với sự chú tâm không ngừng”, rất có thể đã truyền đạt cảm nhận về Helmholtz cho Einstein. Rất kỳ lạ, vòng tròn đã khép lại!

Ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp của Helmholtz đối với Einstein cũng có thể được thấy trong một số lĩnh vực và vấn đề vật lý quan trọng đã chiếm ưu thế trong sự nghiệp của Helmholtz và sau này là trong tâm trí của Einstein trẻ tuổi: hiểu các định luật nhiệt động lực học và điện động lực học, làm rõ nền tảng cơ học của nhiệt động lực học, và tái cấu trúc, thông qua việc cải cách cơ học, nền tảng của vật lý nói chung. Einstein đã viết thư cho Marić vào tháng 8 năm 1899:

Anh đã trả lại cuốn sách của Helmholtz và hiện đang nghiên cứu lại rất kỹ lưỡng tác phẩm “Sự truyền của lực điện” của Hertz. Lý do là vì anh không hiểu luận thuyết của Helmholtz về nguyên lý tác dụng tối thiểu trong điện động lực học. Anh ngày càng tin chắc rằng điện động lực học của các vật thể chuyển động, như hiện đang được trình bày [tức là trong một bài báo của Hertz], không tương ứng với thực tế và thay vào đó có thể được trình bày đơn giản hơn. Việc đưa thuật ngữ “ether” vào các lý thuyết điện đã dẫn đến ý tưởng về một môi trường mà người ta có thể nói về sự chuyển động của nó, nhưng theo anh, không thể gắn một ý nghĩa vật lý nào vào cách diễn đạt này.

Như vậy sự quan tâm cụ thể của Einstein về bài toán Điện động lực học của các vật thể chuyển động, tức thuyết tương đối hẹp, rõ ràng bắt đầu trễ lắm tháng 8, 1899, sáu năm trước khi ông công bố kết quả thuyết tương đối hẹp. Sáu năm sau, tất nhiên, Einstein sẽ công khai trình bày một phiên bản đầy đủ và chặt chẽ hơn về niềm tin này—cung cấp một lý thuyết đơn giản hơn, phù hợp hơn với thực tế và không cần viện dẫn đến ether. Tuy nhiên, bức thư gửi Marić chỉ là lần đầu tiên Einstein liên kết tên của Helmholtz với các vấn đề phát sinh từ điện động lực học. Viết thư một tháng sau (cuối tháng 9 năm 1899) từ nhà bố mẹ ở Milan, ông bảo cô nên chuẩn bị đọc Helmholtz cùng ông khi ông trở về Zurich: “Chúng ta hãy bắt đầu với Lý thuyết Điện từ về Ánh sáng của Helmholtz,” ông viết, “mà anh vẫn chưa đọc 1) do lo lắng và 2) vì anh không có nó.” Khoảng hai tuần sau (tháng 10 năm 1899), trong khi vẫn đang đến thăm cha mẹ ở Milan, ông lại dặn dò Marić: “Trong lúc này, nhất định phải tìm đọc lý thuyết điện từ về ánh sáng của Helmholtz! Anh thực sự rất muốn đọc nó.” Trong thời gian đó, ông đã thỏa mãn cơn khát kiến ​​thức của mình bằng cách nghiên cứu các tác phẩm của Helmholtz về chuyển động khí quyển. Đầu tháng 8 năm 1899, ông viết thư cho Marić: “Anh… cũng đã nghiên cứu được một điều rất hay trong các tác phẩm của Helmholtz về chuyển động khí quyển”, và lưu ý rằng ông muốn thảo luận thêm về toàn bộ chủ đề này khi Marić trở về Zurich. Ông nói thêm: “Khi đọc Helmholtz lần đầu tiên, anh hoàn toàn không thể hiểu tại sao em lại không ngồi cạnh anh, và bây giờ anh cũng không khá hơn. Anh thấy việc làm việc cùng nhau rất tốt và bổ ích, hơn nữa, đỡ khô khan hơn.” Khi yêu nhau thì người ta luôn luôn thích làm việc chung cho lãng mạn! Nhưng qua những trình bày trên, người ta thấy rõ con đường mà Einstein đã đi đến bài điện động lực học của các vật thể chuyển động, thông qua những nghiên cứu rất hăm hở của Einstein.

Ngay cả ngôn ngữ của Einstein cũng có vẻ chịu ảnh hưởng của Helmholtz. Như Martin Klein đã viết khi nói về bài báo năm 1902 của Einstein về lý thuyết động học về cân bằng nhiệt và định luật thứ hai của nhiệt động lực học: “Ngôn ngữ của Einstein, khi ông đề cập đến sự biểu diễn cơ học của một hệ vật lý hoặc đến bức tranh thế giới cơ học, là ngôn ngữ của thế hệ trước, của Hermann von Helmholtz và Heinrich Hertz, của J.J. Thomson và J. Willard Gibbs. Cần lưu ý rằng, ngôn ngữ của Hertz phần lớn cũng giống với ngôn ngữ của Helmholtz. Sự tương đồng về ngôn ngữ, khái niệm, lựa chọn lĩnh vực nghiên cứu và triết lý khoa học nói chung giữa Helmholtz và Einstein khiến người ta không ngạc nhiên khi nghe Einstein báo cáo với Mari¢ vào năm 1899: “Anh càng ngày càng ngưỡng mộ nhà tư tưởng độc lập, sáng tạo Helmholtz”. Helmholtz đã mất tháng 9, 1894, tại Berlin, hai năm trước khi Einstein vào Bách Khoa Zurich. Người ảnh hưởng của mọi ảnh hưởng lên Einstein, có thể nói, là Helmholtz.

Hermann von Helmholtz (1821- 1894, 73t). (Wiki)

Hermann von Helmholtz (1821 –1894), bác sĩ và nhà vật lý Đức, được mệnh danh là chancellor of physics của Đức. Ông cũng là người cùng với nhà công nghiệp Werner von Siemens thành lập Viện Vật lý Kỹ thuật Quốc gia (Physikalisch-Technische Reichsanstalt – PTR) năm 1887 tại Berlin nhờ sáng kiến ​​và tầm nhìn chung của Werner von Siemens và Hermann von Helmholtz. Siemens cung cấp đất đai và kinh phí, trong khi Helmholtz giữ chức chủ tịch đầu tiên để thành lập viện tiên phong do nhà nước tài trợ về đo lường chính xác và nghiên cứu.

Chính tại phòng thí nghiệm quang học của Viện Vật lý-Kỹ thuật Quốc gia Berlin này, sự phân bố phổ của cường độ ánh sáng đã được đo trên một dải tần số rộng. Dữ liệu mới này không thể được giải thích bằng các mô hình hiện có. Từ tháng 10 đến tháng 12 năm 1900, Max Planck đã đi đến định luật bức xạ nổi tiếng của mình dựa trên biểu thức entropy xác suất của Boltzmann. Để giải thích định luật đó, Planck đã đưa ra khái niệm lượng tử hóa năng lượng bức xạ theo các gói năng lượng rời rạc hν, với hằng số phổ quát h được mang tên hằng số Planck. Đó là giờ phút khái niệm lượng tử được khai sinh.

Tháng 5 năm 1887, nhà vật lý Heinrich Hertz (sinh năm 1857, mất năm1894, 36t) báo cáo với Helmholtz rằng ông đã phát hiện ra những kết quả thực nghiệm quan trọng liên quan đến ảnh hưởng của tia cực tím lên sự phóng điện. Helmholtz ngay sau đó quyết định đưa nó vào số tiếp theo của tờ Sitzungsberichte danh tiếng của Hàn lâm viện Phổ, để đảm bảo thông tin về kết quả được truyền đạt nhanh chóng đến tất cả mọi người. Hertz cũng được biết là người phát hiện về hiệu ứng quang điện. Đó là khám phá lớn về hiện tượng quang điện mà phải chờ cho đến Einstein giải thích nó vào năm 1905 bằng lượng tử hóa của ánh sáng.

Helmholtz cũng đã bày tỏ quan điểm bi quan hơn về triết học với nhà sử học Wilhelm Oncken: “Ở Đức, tất cả triết học hiện đang tự nhồi nhét cho mình môn lịch sử triết học; một số ít triết gia cố gắng theo đuổi điều gì đó khác, nhưng không có ảnh hưởng và bị cô lập (ngoại trừ siêu hình học tâng bốc của Schopenhauer và Hartmann do thời đại yếu kém).”

Trong ba thập kỷ sau khi ông qua đời, quan điểm nhận thức luận của Helmholtz, những giải thích của ông về bảo toàn năng lượng và các ý tưởng khoa học khác vẫn tiếp tục là nguồn hứng thú và tranh cãi giữa các nhà triết học và học giả khác. Các nghiên cứu về sự hiểu biết và mối quan hệ của ông với Kant đã xuất hiện; đôi khi, như trong tác phẩm của Ludwig Goldschmidt, người ta cho rằng trong quan điểm nhận thức luận của mình, Helmholtz hoàn toàn không phải là người theo chủ nghĩa Kant. Ernst Haeckel tuyên bố rằng định luật bảo toàn năng lượng của Helmholtz là một phần nền tảng cho hệ thống nhất nguyên luận của riêng ông, và rằng Helmholtz là một người theo chủ nghĩa tự do; ông đã trích dẫn ông ở nhiều điểm trong tác phẩm bán chạy nhất quốc tế Die Welträthsel (1895–1899; tiếng Anh: The Riddles of the Universe, 1900); và những nơi khác. Ngay cả Mach, người có triết lý khoa học khác biệt hoàn toàn so với Helmholtz, cũng ca ngợi một số phần trong tác phẩm của Helmholtz và nói chung là nói về “sự sáng tỏ có tính phê phán hoàn hảo” của Helmholtz (“consummate critical lucidity.”)

Bộ sách quý Vorträge und Reden I, II, của Helmholtz, NXB Braunschweig, được xuất bản lần đầu tiên năm 1884. Trong những năm 1980 ở Berlin tôi mua được bộ sách này lần xuất bản 1903. Việc đọc truyền cảm hứng mạnh mẽ cho tôi. Có bài Tự do hàn lâm tại các đại học Đức trong đó, mời xem sắp tới. Đây là diễn từ nhậm chức của ông với tư cách hiệu trưởng Đại học Frederick William Berlin, nay là Đại học Humboldt, vào ngày 15 tháng 10 năm 1877. Những dòng cuối của bài đó:

“Do đó, hỡi các đồng nghiệp quý mến, xin đừng quên rằng các ngài đang đứng ở một vị trí đầy trách nhiệm. Di sản cao cao quý mà tôi đã đề cập trước là điều các bạn phải gìn giữ, không chỉ cho dân tộc mình, mà còn như tấm gương cho toàn nhân loại. Các ngài phải chứng minh rằng ngay cả những người trẻ tuổi cũng có thể được truyền cảm hứng bởi niềm tin vào sự độc lập và biết cách nỗ lực lao động cho điều đó. Tôi nói là nỗ lực lao động; bởi vì niềm tin độc lập không phải là sự chấp nhận dễ dãi những giả thuyết chưa được kiểm chứng, mà chỉ có thể đạt được như là kết quả của sự nghiên cứu kỹ lưỡng và nỗ lực kiên định. Quý ngài phải cho thấy rằng niềm tin giành được là một hạt giống màu mỡ hơn cho những nhận thức mới, và là kim chỉ nam tốt hơn cho hành động so với ngay cả sự hướng dẫn tốt nhất từ ​​phía quyền uy. Nước Đức, quốc gia trong thế kỷ XVI đầu tiên đứng lên bảo vệ quyền có được niềm tin như vậy, và đã hy sinh như một kẻ tử vì đạo, vẫn đang giữ vị trí hàng đầu trong cuộc đấu tranh này. Một nhiệm vụ cao cả trong lịch sử thế giới đã được giao cho đất nước này, và giờ đây các bạn được kêu gọi đóng góp vào đó.”

Ở Ấn Độ xa xôi, C. V. Raman, khi còn là một cậu bé mười hai tuổi học trung học, đã đọc Bài giảng đại chúng về các chủ đề khoa học của Helmholtz; ông đánh giá Helmholtz là “nhân vật tối cao” (supremest figure) trong thế giới hiện đại. Bản thân Raman đã trở thành một chuyên gia hàng đầu trong quang học hiện đại, và ông đã giành giải Nobel Vật lý năm 1930 cho Ấn độ, và cũng là một sinh viên đam mê nhạc cụ. Ông đã nghiên cứu cẩn thận về Cảm giác âm thanh: “Nó ảnh hưởng sâu sắc đến quan điểm trí tuệ của tôi”, ông tuyên bố. Tương tự như vậy, Max Laue mười bảy tuổi cũng đã đọc Vorträge und Reden (Các bài diễn văn và phát biểu có tính đại chúng, là các bài diễn thuyết khoa học phổ biến, trong đó ông giải thích các chủ đề khoa học phức tạp (như quang học, định luật bảo toàn năng lượng hoặc sinh lý học cảm giác) cho một công chúng rộng rãi và có trình độ học vấn cao) gồm hai tập của Helmholtz với sự nhiệt tình lớn. Bộ sách đó đã cung cấp cho ông nhiều yếu tố đầu tiên trong quá trình giáo dục vật lý của mình và trong nhiều thập kỷ, ông tiếp tục nghiên cứu các bài tiểu luận triết học và các bài tiểu luận khác của Helmholtz. Giống như Einstein và Raman, sau này Laue cũng đoạt giải Nobel Vật lý (1914).

Tình yêu mạnh mẽ đối với khoa học

Tại sao chúng ta lại phát minh ra các lý thuyết vậy? Câu trả lời là đơn giản: rằng bởi vì chúng ta thích thú sự hiểu biết … Có một sự đam mê về hiểu biết, cũng như có một sự đam mê về âm nhạc.

– Albert Einstein

Chốn lưu đầy (Exil) của con người là ngu dốt (Unwissenheit); Quê hương của họ là khoa học (Wissenschaft).

– Honorius xứ Autun, nhà thần học Kitô giáo đầu thể kỷ XII

Ảnh Einstein năm 1904 trong lúc làm việc tại Sở cấp bằng sáng chế. (Lucien Chavan)

“Einstein làm việc tại Văn phòng Sáng chế hơn một năm (thỏa thuận tạm thời). Là công chức thứ 42, ông chịu sự giám sát chặt chẽ và được yêu cầu hoàn thành nhiệm vụ một cách tận tâm. Ông phải học cách đọc bản vẽ kỹ thuật và nhập số liệu. Nhờ khả năng tiếp thu nhanh chóng và dễ dàng, công việc tại Văn phòng không khó đối với Einstein, và ông thường giải quyết được những vấn đề khó khăn. Einstein hài lòng với mức lương cố định và đều đặn của mình. Qua cách cư xử của mình, người công chức bề ngoài có vẻ khiêm tốn này ngày càng nhận được sự đánh giá cao từ cấp trên và sự tôn trọng từ đồng nghiệp. Cựu Giám đốc Văn phòng Sáng chế, Friedrich Haller, người rất nghiêm khắc, cũng đánh giá cao công việc của ông.

Mặc dù luôn lịch sự và nhã nhặn, đúng mực với mọi người và không hề kiêu căng, Einstein vẫn giữ được ý chí tự do và khiếu hài hước tuyệt vời của mình tại Văn phòng Sáng chế. Là chuyên gia về Lý thuyết Maxwell, Einstein chủ yếu phụ trách các bằng sáng chế liên quan đến thiết bị điện.”

(Nguồn: “Albert Einsteins Berner Jahre”, A. Meichle)

Khi tự ý rời trường trung học Luitpold Munich ở tuổi 15, Einstein không hề rời xa sự học. Lúc ở Ý với bố mẹ, ông đã viết một bài tiểu luận vật lý có tiêu đề “Về nghiên cứu trạng thái ether trong Không gian từ” (Über die Untersuchung des Aetherzusatandes im Magnetischen Raum) và gửi cho ông cậu thân thiết Caesar Koch. Einstein đã tỏ ra rất quan tâm đến hiện tượng điện từ và chất ether trong không gian làm môi trường truyền của sóng điện từ, là những vấn đề rất thời sự và rất thách thức lúc bấy giờ trong giới vật lý. Khoảng mười năm trước khi Einstein vào trường Bách khoa, Hertz đã khám phá sóng điện từ, xác nhận thuyết của Maxwell, gây tiếng vang rất lớn. Công ty gia đình bố mẹ ông cũng làm về kỹ thuật điện từ năm 1882. Einstein viết cho ông cậu: “Đây là một đề tài rất chuyên biệt, và thêm vào đấy, cháu là một thanh niên còn rất ngây thơ và non nớt. Nếu cậu không đọc thứ này, con cũng không giận cậu đâu.”  Trong luận văn này, chưa thấy dấu hiệu gì của một thiên tài cả, nhưng thấy sự quan tâm đến những vấn đề lớn liên quan đền thuyết tương đối vài năm tới. Có thể nói, cho đến khi nổi tiếng với năm bài báo năm 1905, ông luôn luôn tự học, tự tìm tòi là chính. Ông hoàn toàn tự lập, triết lý trường Aarau cũng nhắm làm cho học sinh tự lập như thế.

Dù buộc phải ra khỏi bộ máy hàn lâm mà đáng lẽ ông xứng đáng có vị tri, Einstein cũng không rời xa khoa học, vẫn tiếp tục nghiên cứu và sáng tạo lần lược các bài báo mới. Vật lý như không gian sống của ông để lớn lên. Công việc trong Sở sáng chế giúp ông ổn định cuộc sống gia đình, giải phóng khỏi những lo toan, để ông tập trung vào nghiên cứu. Khám phá là chân trời ông muốn vươn tới, không phải bằng lòng với cuộc sống thường nhật trước mắt.

Tự nhận mình là con người năng lực khiêm tốn

Khi vào bộ máy đại học, ông tự nhận xét mình một cách thành thật về năng lực như sau:

Tôi sớm nhận ra rằng tôi phải bằng lòng làm một sinh viên hạng trung. Để làm một sinh viên giỏi, người ta phải có một khả năng nhận thức dễ dàng; có ý chí tập trung sức lực của mình vào tất cả những điều được giảng dạy; tình yêu trật tự, để ghi lại tất cả những điều được giảng dạy trong lớp học, và sau đó làm việc siêng năng. Tất cả những tính chất này đều thiếu căn bản ở tôi, điều tôi lấy làm đáng tiếc phải nhìn nhận. Vì thế, dần dần tôi phải học sống chung hòa bình với một lương tâm ít nhiều cắn rứt, và tổ chức việc học sao cho phù hợp với cái bao tử trí thức và các mối quan tâm của tôi. Một vài bài giảng tôi theo dõi với mối quan tâm sinh động. Còn lại tôi đã “cúp cua” rất nhiều và tự học ở nhà các bậc thầy vật lý lý thuyết với lòng nhiệt thành thánh thiện. Điều này tự nó là tốt và cũng có tác dụng xoa dịu hiệu quả lương tâm đang bị cắn rứt để cho sự cân bằng tinh thần không bị xáo trộn cách nào đó. Sự tự học mở rộng ra này đơn giản là sự tiếp nối của thói quen trước đây; tham gia những buổi học này có người nữ sinh viên serbia, Mileva Maric, người sau này tôi cưới làm vợ.

Nhưng tôi đã làm việc với lòng nhiệt thành và đam mê trong phòng thí nghiệm vật lý của Giáo sư H. F. Weber. Tôi cũng bị cuốn hút bởi những bài giảng của Giáo sư Geiser về hình học vi phân, đó là những kiệt tác thực sự của nghệ thuật sư phạm và sau này đã giúp tôi rất nhiều trong cuộc vật lộn với thuyết tương đối rộng. Tuy nhiên, còn lại, tôi rất ít quan tâm đến toán học cao trong những năm sinh viên của mình. Đối với tôi, một cách sai lầm, dường như đây là một lãnh vực phân nhánh đến mức người ta có thể dễ dàng lãng phí tất cả năng lượng của mình ở một tỉnh lẻ hẻo lánh. Tôi cũng ngây thơ nghĩ rằng nhà vật lý chỉ cần nắm bắt rõ ràng và sẵn sàng sử dụng các khái niệm toán học sơ đẳng là đủ, và phần còn lại bao gồm những điều tinh tế vô ích đối với nhà vật lý – một sai lầm mà sau này tôi hối hận nhận ra. Năng khiếu toán học của tôi rõ ràng là không đủ để giúp tôi có thể phân biệt được cái gì là trung tâm và cơ bản với cái gì là ngoại vi và về cơ bản không quan trọng.

Đối với những người cùng loại như tôi với sở thích trầm tư, việc học đại học không nhất thiết là điều phúc lành. Bị ép buộc ăn quá nhiều thứ ngon, người ta có thể làm hỏng sự thèm ăn và dạ dày của mình một cách lâu dài, ánh sáng nhỏ của sự tò mò thánh thiện có thể tắt đi mãi mãi. May mắn thay cho tôi, chứng trầm cảm về trí tuệ này chỉ kéo dài một năm sau khi tôi hoàn thành tốt việc học.

(Tự truyện, Autobiographische Skizze, được Carl Seelig xuất bản năm 1956 trong tập sách Dunkle Zeit-Helle Zeit, khác với Tự truyện (Autobiographical Notes) năm 1949 trong tác phẩm nhiều tác giả  Albert Einstein: Philosopher-Scientist do Paul Arthur Schilpp làm chủ biên mừng sinh nhật thứ 70 của Einstein.)

Rõ ràng, Einstein cảm nhận thành thật mình không tài giỏi gì đặc biệt, không có gì là sáng chói, không thuộc vào lớp các sinh viên làm việc nghiêm túc và có năng lực. Cho nên, ông rút lui, và bằng lòng với cách làm riêng của mình, làm theo “cái bao tử trí thức” riêng của ông, và chưa biết tương lai mình sẽ ra sao. Luôn luôn cố gắng hết sức, nhưng tới đâu hay tới đó. Ông tham vọng, nên không lo lắng. Ông sống rất thành thật, trung thực với chính mình. Đó là đặc điểm của con người luôn luôn khiêm tốn trong cuộc sống, không yêu sách vật chất, nhưng đầu óc luôn luôn đầy ý tưởng và không ngừng ham học.

∗∗∗

Về nội dung bài báo, đến năm 1905, một số phương pháp xác định kích thước phân tử đã được phát triển. Những phương pháp đáng tin cậy nhất dựa trên lý thuyết động học chất khí. Một ví dụ quan trọng ban đầu là công trình của Loschmidt từ năm 1865. Qua những lời giới thiệu sau đây trong luận văn, Einstein cho thấy ông bổ sung thêm ý tưởng mới của ông:

“Những xác định sớm nhất về kích thước thực của các phân tử có thể thực hiện được nhờ lý thuyết động học chất khí, trong khi các hiện tượng vật lý quan sát được trong chất lỏng cho đến nay vẫn chưa được sử dụng để xác định kích thước phân tử. Điều này chắc chắn là do vẫn chưa thể vượt qua những trở ngại cản trở sự phát triển của một lý thuyết động học phân tử chi tiết về chất lỏng. Bài báo này sẽ chỉ ra rằng kích thước của các phân tử chất hòa tan trong dung dịch loãng chưa phân ly có thể được xác định từ ma sát nội tại của dung dịch và dung môi nguyên chất, và từ sự khuếch tán của chất hòa tan trong dung môi. (…)”

Có thể xem thêm bài viết này chi tiết hơn về khoa học: On Einstein’s Doctoral Thesis· May 2005. By Norbert Straumann University of Zurich:

https://www.researchgate.net/publication/2172866

Cảm ơn những lời comments và gợi ý bổ ích của TS. Nguyễn Trọng Hiền, CalTech.

Nguyễn Xuân Xanh

Trang đầu của luận văn: “Một cách xác định mới kích thước nguyên tử”

Toàn văn luận án bằng tiếng Đức:

Einstein Luận văn Tiến sĩ 1906 tại ĐH Zurich

Bản dịch tiếng Anh:

Einstein Dissertation_English