Harold Urey: Nhà hóa học đi từ bom nguyên tử đến nguồn gốc sự sống

Sau Hiroshima và Nagasaki, Harold Urey công khai nỗi sợ trước sức hủy diệt của bom nguyên tử. Nhà hóa học từng phụ trách chương trình tách đồng vị uranium tại Columbia University hiểu rằng tri thức của mình đã góp phần tạo nên một năng lực có thể đe dọa cả nền văn minh. Từ đó, cuộc đời ông bị chi phối bởi một câu hỏi: nhà khoa học phải chịu trách nhiệm thế nào khi phát hiện của họ có thể vừa mở rộng hiểu biết, vừa phục vụ chiến tranh? [1]

Urey không tìm được một câu trả lời bất biến. Ông lần lượt vận động thành lập một chính phủ thế giới kiểm soát việc tiếp tục phát triển vũ khí nguyên tử, ủng hộ ưu thế hạt nhân của Mỹ trong bối cảnh Chiến tranh Lạnh, rồi trở lại phòng thí nghiệm để nghiên cứu lịch sử Trái Đất, Hệ Mặt Trời và nguồn gốc sự sống. Những bước chuyển ấy cho thấy trách nhiệm khoa học không chỉ nằm trong một phát minh, mà còn trong cách con người phản ứng trước hậu quả của nó. [1]

Vì sao Urey bị ám ảnh bởi bom nguyên tử?

Trước Thế chiến II, Urey đã là một nhà khoa học nổi tiếng. Việc phát hiện deuteri, đồng vị nặng của hydro, mang lại cho ông Nobel Hóa học năm 1934. Trong chiến tranh, ông chỉ đạo chương trình tách đồng vị uranium thuộc Dự án Manhattan tại Columbia University. Công việc gồm những bài toán kỹ thuật quy mô lớn, thời hạn gấp gáp và xung đột với bộ máy quản lý quân sự. Áp lực từng đẩy ông đến gần suy sụp thần kinh trước cả khi quả bom đầu tiên được sử dụng. [1]

Bởi vậy, nỗi sợ sau chiến tranh không đơn thuần là phản ứng trước hình ảnh tàn phá. Urey đã trực tiếp trải qua quá trình một lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu được huy động thành công cụ quân sự. Trường hợp của ông làm lộ ra giới hạn quan trọng: phương pháp khoa học có thể xác định một kỹ thuật có hoạt động hay không, nhưng không tự trả lời việc sử dụng kỹ thuật ấy có đúng hay không. Quyết định cuối cùng luôn gắn với chính trị, đạo đức và trách nhiệm xã hội. [1]

Vì sao quan điểm chính trị của ông thay đổi?

Sau chiến tranh, Urey tạm gác nghiên cứu để tham gia Emergency Committee of Atomic Scientists cùng Albert Einstein và các nhà khoa học khác. Tổ chức này cảnh báo công chúng về vũ khí nguyên tử, đồng thời ủng hộ những ứng dụng hòa bình của nghiên cứu hạt nhân. Urey ban đầu cho rằng cần thành lập một chính phủ thế giới để giám sát và kiểm soát việc tiếp tục phát triển vũ khí nguyên tử, bởi một quốc gia riêng lẻ khó có thể bảo đảm an toàn lâu dài cho tất cả. [1]

Lập trường ấy suy yếu khi đàm phán Mỹ - Liên Xô về kiểm soát nguyên tử thất bại và bầu không khí chống cộng gia tăng. Khoảng đầu năm 1947, Urey chuyển sang ủng hộ việc Mỹ duy trì ưu thế hạt nhân để răn đe Liên Xô. Ông đồng thời chịu sự công kích của Ủy ban Hạ viện về các hoạt động chống Mỹ và bị FBI điều tra. Sự đổi hướng không xóa nỗi sợ ban đầu; nó phản ánh cách cùng một nguy cơ có thể dẫn đến những lựa chọn đối nghịch khi hoàn cảnh chính trị thay đổi. [1]

Các đồng vị đã trở thành “nhiệt kế” ra sao?

Khi trở lại nghiên cứu, Urey muốn rời xa công việc tách uranium. Ông chú ý đến tỷ lệ đồng vị oxy trong lớp vỏ canxi cacbonat của sinh vật biển. Phần lớn oxy tự nhiên là oxy-16, nhưng khi nước lạnh hơn, tỷ lệ oxy-18 so với oxy-16 lưu lại trong vỏ tăng lên một lượng nhỏ. Nếu đo được chênh lệch này và hiểu điều kiện tạo vỏ, nhà nghiên cứu có thể ước tính nhiệt độ vùng biển cổ nơi sinh vật từng sống. [1]

Có thể hình dung lớp vỏ hóa thạch như một nhiệt kế đã ngừng hoạt động nhưng vẫn giữ dấu vết hóa học của môi trường. Để đọc dấu vết rất nhỏ ấy, nhóm Urey phải chế tạo máy khối phổ có độ chính xác phù hợp. Đến tháng 2/1949, phòng thí nghiệm đã có hai thiết bị hoạt động cho chương trình “nhiệt kế oxy”. Kỹ thuật từng gắn với dự án quân sự nhờ đó trở thành phương tiện khảo sát khí hậu xa xưa và góp phần định hình địa hóa học đồng vị. [1]

Urey đã mở đường cho thí nghiệm Miller như thế nào?

Đầu thập niên 1950, Urey chuyển sự chú ý sang hóa học vũ trụ, tức nghiên cứu thành phần và quá trình hóa học của Trái Đất cùng các thiên thể. Ông đề xuất rằng khí quyển Trái Đất sơ khai có ít oxy tự do và chứa hydro, amoniac, metan cùng nước. Theo giả thuyết này, những tia phóng điện tương tự sét có thể thúc đẩy sự hình thành các hợp chất chứa cacbon trong môi trường trước khi sự sống xuất hiện. [1]

Trong một buổi chuyên đề, Urey nêu khả năng trộn các chất trên với nước rồi phóng điện để xem sản phẩm nào hình thành. Nghiên cứu sinh Stanley Miller xin thực hiện ý tưởng, dù Urey ban đầu lo dự án sẽ không cho kết quả. Thí nghiệm tạo ra các hợp chất hữu cơ, gồm axit amin và đường; kết quả được gửi tới tạp chí Science đầu năm 1953 với Miller là tác giả duy nhất. Việc Urey không đứng tên cũng phù hợp với cách ông thường để học trò nhận đầy đủ công lao cho phần việc của họ. [1]

Thí nghiệm Miller - Urey không chứng minh sự sống đã hình thành đúng theo kịch bản đó. Nó cho thấy một số hợp chất hữu cơ có thể xuất hiện trong tập hợp điều kiện được lựa chọn từ giả thuyết khí quyển ban đầu. Từ hợp chất hữu cơ đến một hệ sống có khả năng duy trì và sinh sản vẫn là khoảng cách lớn. Giá trị của công trình nằm ở chỗ biến câu hỏi về nguồn gốc sự sống thành một vấn đề hóa học có thể kiểm tra trong phòng thí nghiệm. [1]

Ông nhìn thấy giới hạn nào của khoa học?

Trong bài nói “The Intellectual Revolution”, trình bày lần đầu năm 1953, Urey cho rằng tốc độ sản xuất tri thức đã vượt quá khả năng thích nghi của xã hội. Trước chiến tranh, ông từng tin khoa học sẽ giúp giảm lao động nặng nhọc, thiếu thốn và bất tiện. Đến thời đại nguyên tử, ông không còn tin tiến bộ kỹ thuật tự mang theo một la bàn đạo đức. Một cộng đồng có thể hiểu tự nhiên ngày càng sâu mà vẫn sử dụng hiểu biết ấy theo cách nguy hiểm. [1]

Urey lớn lên trong một gia đình có truyền thống mục sư nhưng dần xa tôn giáo theo nghĩa thông thường. Ông chấp nhận bằng chứng tiến hóa, không tin có đời sau và tìm thấy cảm giác kinh ngạc ngay trong quy mô của vũ trụ. Dù vậy, ông cho rằng khoa học cần những con người trung thực và có trách nhiệm, còn các phẩm chất ấy được nuôi dưỡng bởi đời sống đạo đức của cộng đồng chứ không tự xuất hiện từ kỹ năng nghiên cứu. [1]

Về cuối sự nghiệp, Urey tham gia chương trình nghiên cứu Mặt Trăng của NASA và phân tích đá do các phi hành gia Apollo mang về. Ông từng hy vọng Mặt Trăng, như một hóa thạch hóa học của Hệ Mặt Trời sơ khai, sẽ giúp dựng lại lịch sử hình thành các hành tinh. Kết quả không đem lại bức tranh đơn giản như ông mong đợi, và khi ông qua đời năm 1981, nguồn gốc Mặt Trăng vẫn chưa có đồng thuận. Cuộc đời Urey vì thế không kết thúc bằng một lời giải trọn vẹn, mà bằng nhận thức rằng tri thức càng lớn, trách nhiệm lựa chọn cách sử dụng nó càng khó né tránh. [1]