Marie Skłodowska-Curie (1867–1934) là người đầu tiên nhận hai giải Nobel và đến nay vẫn là người duy nhất nhận Nobel ở hai ngành khoa học khác nhau: Vật lý năm 1903 (cùng Pierre Curie và Henri Becquerel) và Hoá học năm 1911. Đóng góp cốt lõi của bà là chứng minh phóng xạ là thuộc tính của nguyên tử, và tìm ra hai nguyên tố mới là polonium và radium năm 1898.
Điều làm nên công trình này không phải sự chăm chỉ chung chung mà là một phương pháp đo định lượng chính xác kết hợp với một giả thuyết dám đi xa hơn dữ liệu, rồi hàng năm trời lao động hoá học nặng nhọc để kiểm chứng giả thuyết đó. Sau năm 1906, khi Pierre mất, bà còn xây dựng cả một viện nghiên cứu và tổ chức chiếu chụp X quang ngoài chiến trường.
Bài này tập trung vào cách bà làm việc, những quyết định có tư liệu, và cái giá về sức khoẻ, thay vì kể lại lịch sử ngành phóng xạ.
Một nhà khoa học được đào tạo trong điều kiện khó khăn
Maria Skłodowska lớn lên ở Warsaw khi vùng này thuộc quyền kiểm soát của Đế quốc Nga, nơi phụ nữ không được vào đại học. Bà học trong các lớp không chính thức, thường được gọi là “đại học bay”, và đi làm gia sư nhiều năm để tích tiền. Năm 1891 bà tới Paris học tại Sorbonne, lấy bằng vật lý năm 1893 và toán năm 1894. Năm 1895 bà kết hôn với Pierre Curie, nhà vật lý đã cùng anh trai Jacques nghiên cứu hiện tượng áp điện ở tinh thể thạch anh.
Chi tiết này quan trọng cho câu chuyện phương pháp. Khi bà chọn đề tài luận án cuối năm 1897, nhà Curie có trong tay một công cụ mà ít phòng thí nghiệm nào có: một điện kế kết hợp tinh thể thạch anh áp điện, cho phép đo những dòng điện cực nhỏ một cách định lượng. Đề tài bà chọn là các tia do muối urani phát ra mà Henri Becquerel đã phát hiện năm 1896 nhưng chưa ai đo kỹ. Đó là một lựa chọn thông minh: một hiện tượng mới, ít người tranh, và bà có công cụ đo tốt hơn.
Cách đo cũng quyết định cách nghĩ. Trước nhà Curie, các nhà nghiên cứu thường đánh giá bức xạ bằng độ đen của phim ảnh, một phép đo bán định lượng khó so sánh giữa các mẫu. Điện kế cho ra một con số lặp lại được, và chính con số lặp lại được mới cho phép phát hiện những chênh lệch nhỏ dẫn tới khám phá về sau.
Nói cách khác, lợi thế ban đầu của Marie Curie là sự khớp giữa câu hỏi và công cụ. Đây là bài học chiến lược mà mọi nghiên cứu sinh đều nên cân nhắc: chọn vấn đề mà phương pháp trong tay mình cho phép trả lời tốt hơn người khác.
Từ con số đo đến hai nguyên tố mới: lập luận từng bước
Logic của công trình năm 1898 đáng được trình bày chậm, vì nó là ví dụ mẫu về suy luận khoa học:
- Đo nhiều chất một cách có hệ thống. Bà đo khả năng làm không khí dẫn điện của nhiều hợp chất và khoáng vật. Cường độ bức xạ của các hợp chất urani tỉ lệ với lượng urani, bất kể dạng hoá học. Từ đó bà đề xuất rằng bức xạ là thuộc tính của chính nguyên tử, không phải của phản ứng hoá học. Bà cũng phát hiện thori phát bức xạ tương tự; nhà vật lý Đức Gerhard Schmidt công bố điều này độc lập cùng năm.
- Nhận ra một dị thường. Quặng uraninit (pitchblende) phát bức xạ mạnh hơn mức lượng urani trong nó có thể giải thích.
- Đặt giả thuyết dám đi xa. Thay vì nghi thiết bị sai, bà đề xuất quặng chứa một nguyên tố chưa biết, hoạt tính mạnh hơn urani rất nhiều.
- Dùng chính phép đo làm công cụ tách. Cùng Pierre, bà tách quặng thành các phân đoạn hoá học, đo hoạt tính từng phần, giữ lại phần mạnh nhất và tách tiếp. Phép đo phóng xạ trở thành một phương pháp phân tích hoá học mới.
- Công bố khi có bằng chứng đủ mạnh. Tháng 7 năm 1898 họ công bố polonium, đặt theo tên Ba Lan; tháng 12 cùng năm công bố radium, với sự tham gia của Gustave Bémont.
- Chấp nhận yêu cầu khắt khe của giới hoá học. Các nhà hoá học muốn thấy nguyên tố được cô lập và cân được nguyên tử khối. Marie dành gần bốn năm xử lý nhiều tấn bã quặng trong một nhà kho thông gió kém tại Trường Vật lý và Hoá học Công nghiệp Paris, để năm 1902 thu được khoảng một phần mười gam radi clorua và xác định nguyên tử khối gần đúng.
Ít người nhắc rằng bước 6 mới là phần thuyết phục cộng đồng. Một giả thuyết hay chỉ trở thành tri thức khi đáp ứng được tiêu chuẩn chứng minh của ngành mình, kể cả khi tiêu chuẩn đó đòi hỏi hàng năm lao động không hấp dẫn.
Quyết định không đăng ký bằng sáng chế quy trình tách radi
Khi radium trở nên có giá trị y học và công nghiệp, nhà Curie có thể đăng ký bằng sáng chế cho quy trình tách. Họ chọn công bố chi tiết và để mọi người tự do sử dụng. Marie giải thích lựa chọn này trong cuốn sách bà viết về Pierre, xuất bản năm 1923: theo quan điểm của hai người, radium thuộc về khoa học và nhân loại, không nên dùng để làm giàu cá nhân.
Lựa chọn đó có hệ quả thực tế. Ngành công nghiệp radi phát triển nhanh ở Pháp và Mỹ, giá radi lên rất cao, trong khi phòng thí nghiệm của bà nhiều năm thiếu chính nguyên liệu để nghiên cứu. Năm 1921, một chiến dịch quyên góp do nhà báo Mỹ Marie Mattingly Meloney tổ chức đã tặng bà một gam radi, được trao tại Nhà Trắng. Câu chuyện thường được kể như một nghĩa cử đẹp, nhưng nó cũng cho thấy cái giá của việc không giữ quyền đối với công nghệ do chính mình tạo ra.
Hôm nay cuộc tranh luận này vẫn còn nguyên: nghiên cứu từ ngân sách công có nên được cấp bằng không, hay nên mở hoàn toàn. Các luật như Bayh–Dole năm 1980 ở Mỹ chọn hướng cho phép trường đại học giữ bằng để khuyến khích thương mại hoá. Trường hợp Curie là một điểm tham chiếu kinh điển cho phía ủng hộ khoa học mở, đồng thời là bằng chứng rằng khoa học mở cần nguồn tài trợ khác để duy trì.
Sau năm 1906: từ nhà nghiên cứu thành người xây dựng tổ chức
Pierre Curie mất tháng 4 năm 1906 trong một tai nạn xe ngựa trên phố Paris. Những gì Marie làm trong ba thập niên tiếp theo cho thấy một mặt ít được kể của bà:
- Tiếp nhận ghế giảng dạy của Pierre và trở thành nữ giáo sư đầu tiên của Sorbonne.
- Cùng André Debierne cô lập radi kim loại năm 1910, hoàn tất chuỗi chứng minh hoá học.
- Thiết lập chuẩn đo radi quốc tế, chuẩn được dùng để hiệu chỉnh phép đo trên khắp thế giới.
- Xây Viện Radium ở Paris, hoàn thành năm 1914, với một bộ phận vật lý–hoá học do bà phụ trách và một bộ phận sinh học–y học.
- Tổ chức chiếu chụp X quang thời chiến: trong Thế chiến thứ nhất, bà vận động trang bị các xe X quang lưu động, thường được gọi là petites Curies, cùng hàng trăm trạm cố định, và đào tạo nhiều phụ nữ làm kỹ thuật viên; con gái bà là Irène Curie tham gia cùng.
- Đào tạo thế hệ sau: Irène và chồng là Frédéric Joliot nhận giải Nobel Hoá học năm 1935 cho phóng xạ nhân tạo, công trình làm tại chính Viện Radium.
Danh sách này thay đổi cách nhìn về bà: không chỉ là người làm thí nghiệm kiên trì, Marie Curie còn là nhà quản lý khoa học, người gây quỹ và người đặt chuẩn đo lường cho cả một ngành mới.
Định kiến giới: những gì có tư liệu
Đề cử Nobel 1903. Tư liệu từ kho lưu trữ Nobel cho thấy đề cử ban đầu chỉ có tên Pierre Curie và Henri Becquerel. Nhà toán học Thuỵ Điển Gösta Mittag-Leffler báo cho Pierre biết, và Pierre đề nghị tên Marie phải có mặt. Giải cuối cùng được trao cho cả ba.
Viện Hàn lâm Khoa học Pháp. Năm 1911 bà ứng cử vào Viện Hàn lâm Khoa học Pháp và thua sít sao; viện này phải đến năm 1962 mới bầu một phụ nữ làm thành viên chính thức, là Marguerite Perey, từng là trợ lý của chính bà.
Vụ báo chí năm 1911. Cùng năm nhận giải Nobel thứ hai, báo chí Pháp công kích dữ dội đời tư của bà quanh quan hệ với nhà vật lý Paul Langevin. Svante Arrhenius, thành viên uỷ ban Nobel, viết thư gợi ý bà không nên tới nhận giải; bà trả lời rằng giải được trao cho công trình khoa học, không liên quan đến đời tư, và vẫn tới Stockholm.
Ý nghĩa với hôm nay. Hiện tượng công trình của phụ nữ bị ghi công cho đồng nghiệp nam được nhà sử học Margaret Rossiter gọi là hiệu ứng Matilda (1993). Trường hợp Curie là ngoại lệ thành công một phần vì có người trong cuộc lên tiếng đúng lúc.
Cái giá sức khoẻ và bài học về an toàn
Thời đó, tác hại của bức xạ ion hoá chưa được hiểu đầy đủ. Marie và Pierre làm việc với chế phẩm phóng xạ không có che chắn, Pierre từng thử đặt radi lên da tay để quan sát vết bỏng. Marie bị tổn thương ở tay, đục thuỷ tinh thể và suy giảm sức khoẻ kéo dài. Bà mất năm 1934 tại một viện điều dưỡng ở Pháp; chẩn đoán được ghi là thiếu máu bất sản, một bệnh có liên quan với phơi nhiễm phóng xạ kéo dài. Phơi nhiễm tia X không che chắn khi làm việc ở các trạm chiến trường có thể cũng góp phần.
Nhiều sổ ghi chép và đồ dùng của bà vẫn còn nhiễm phóng xạ và được bảo quản trong điều kiện đặc biệt tại Thư viện Quốc gia Pháp; người muốn xem phải tuân thủ quy định an toàn. Năm 1995, hài cốt của bà và Pierre được chuyển vào điện Panthéon ở Paris.
Bài học không phải là sự hy sinh anh hùng nên được noi theo, mà ngược lại: quy tắc an toàn được viết ra từ chính những thiệt hại thời tiên phong. Với phòng thí nghiệm hiện đại ở Việt Nam, điều đó có nghĩa là liều kế cá nhân, che chắn, và văn hoá báo cáo sự cố không bị coi là thủ tục rườm rà. Sự tận tuỵ của một nhà khoa học không nên được đo bằng mức độ tự làm hại mình.
Câu hỏi thường gặp
Marie Curie có tìm ra phóng xạ không?
Không hẳn. Henri Becquerel phát hiện bức xạ từ muối urani năm 1896. Marie Curie đặt ra thuật ngữ phóng xạ, chứng minh đó là thuộc tính của nguyên tử, đo nó một cách định lượng, phát hiện thori cũng phóng xạ và tìm ra hai nguyên tố mới. Vì thế giải Nobel Vật lý 1903 được trao chung cho Becquerel và vợ chồng Curie.
Vì sao Marie Curie nhận giải Nobel Hoá học năm 1911 khi đã có giải Vật lý?
Giải năm 1903 ghi nhận nghiên cứu về hiện tượng bức xạ. Giải năm 1911 ghi nhận riêng phần hoá học: phát hiện polonium và radium, cô lập radium và nghiên cứu bản chất cùng hợp chất của nó. Đây là hai đóng góp khác nhau, dù có liên quan; thời điểm năm 1911 cũng là lúc radi kim loại vừa được cô lập.
Điện kế áp điện của nhà Curie hoạt động thế nào?
Thiết bị đo lượng điện tích nhỏ mà không khí bị ion hoá bởi bức xạ dẫn đi. Thay vì đọc độ lệch kim đầy sai số, người đo bù lượng điện tích đó bằng điện tích sinh ra khi kéo căng một tinh thể thạch anh với tải trọng biết trước. Nhờ hiện tượng áp điện, phép đo trở thành đọc khối lượng và thời gian, chính xác hơn nhiều.
Polonium được đặt tên như vậy có ý nghĩa gì?
Polonium được đặt theo tên Ba Lan, quê hương của Marie, khi đó không tồn tại như một quốc gia độc lập vì bị chia cắt giữa các đế quốc. Việc đặt tên là một cử chỉ có chủ đích nhằm gây chú ý tới hoàn cảnh của đất nước bà, điều chính bà và các nhà viết tiểu sử đều ghi nhận.
Có thể xem sổ ghi chép của Marie Curie hôm nay không?
Có, nhưng với điều kiện. Một phần tư liệu của bà được lưu tại Thư viện Quốc gia Pháp và được bảo quản trong hộp che chắn vì vẫn còn nhiễm radi, vốn có chu kỳ bán rã khoảng 1.600 năm. Người đọc thường phải ký cam kết và dùng đồ bảo hộ. Nhiều trang cũng đã được số hoá để tra cứu từ xa.
Bài học nào từ Marie Curie áp dụng được cho nghiên cứu sinh?
Bài học rõ nhất là chọn câu hỏi phù hợp với lợi thế công cụ của mình, đo lường cẩn thận trước khi diễn giải, và chấp nhận đáp ứng tiêu chuẩn chứng minh khắt khe của ngành dù tốn công. Bài học thứ hai là quản lý an toàn và sức khoẻ, vì sự tận tuỵ không cần đi kèm tự làm hại mình.