Những thí nghiệm khoa học làm thay đổi diện mạo thế giới

Khoa học thời hiện đại phát triển mạnh mẽ ở rất nhiều lĩnh vực với nhiều thành tựu ở các ngành vật lý, hóa học, địa lý, thiên văn học, sinh học, y học, công nghệ gen, sinh thái học và các ngành khoa học xã hội.

Cùng điểm lại những thí nghiệm khoa học trong vòng hai thế kỷ trở lại đây có ảnh hưởng mạnh mẽ và làm thay đổi diện mạo toàn thế giới.

Các phát hiện về ánh sáng

Ánh sáng là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường.

Môn học nghiên cứu sự lan truyền và các tính chất của ánh sáng trong và giữa các môi trường khác nhau gọi là quang học. Cho đến thế kỷ thứ 19, ánh sáng và bản chất của nó vẫn còn là một bí mật chưa có lời giải đối với các nhà khoa học.

Năm 1878, Albert Michelson và Edward Morley đã cùng thực hiện một thí nghiệm nổi tiếng được gọi là “thí nghiệm Michelson-Morley”. Đây là một thí nghiệm quan trọng trong lịch sử vật lý học và được coi là thí nghiệm đầu tiên phủ định giả thuyết bức xạ điện từ truyền trong môi trường giả định ê-te, đồng thời gây dựng bằng chứng thực nghiệm cho một tiên đề của thuyết tương đối hẹp của Albert Einstein và cho ra số liệu đo đạc chính xác về tốc độ ánh sáng. Phát hiện của hai ông về hiện tượng tốc độ ánh sáng trong chân không là không đổi và không phụ thuộc vào hệ quy chiếu đã làm thay đổi nhiều quan điểm về cơ học cổ điển của Isaac Newton và thúc đẩy Albert Einstein tìm ra lý thuyết tương đối.

Phát hiện ra tính phóng xạ của các chất phóng xạ

Năm 1896, Marie Curie cùng với chồng là Pierre và nhà vật lý người Pháp Henri Becquerel đã phát hiện ra rằng các hợp chất của uranium có khả năng tự phát ra những tia không không nhìn thấy được, có thể xuyên qua những vật mà tia sáng thường không đi qua được gọi là các tia phóng xạ.

Những nghiên cứu về bản chất của các hiện tượng phóng xạ chứng tỏ rằng hạt nhân của các nguyên tử phóng xạ không bền, tự phân hủy và phóng ra các hạt vật chất khác nhau như hạt anpha, beta kèm theo bức xạ điện từ như tia gamma. Đồng thời với hiện tượng phóng xạ tự nhiên, người ta cũng phát hiện một số loại nguyên tử của một số nguyên tố nhân tạo cũng có khả năng phóng xạ.

Năm 1903, cả ba nhà khoa học trên đã được nhận giải Nobel Vật lý cho các nghiên cứu về bức xạ nói trên, và Marie Curie là người phụ nữ đầu tiên nhận giải này. 8 năm sau, bà nhận giải Nobel hóa học (năm 1911) cho việc khám phá ra hai nguyên tố hóa học radium và polonium trong quá trình nghiên cứu các chất phóng xạ trước đó.

Ivan Pavlov và định luật “phản xạ có điều kiện”

Ivan Petrovich Pavlov là một nhà sinh lý học, tâm lý học và thầy thuốc người Nga, viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Peterburg. Ông là người đã giành giải Nobel Sinh lý và Y Khoa năm 1904 cho công trình nghiên cứu liên quan đến hệ thống tiêu hóa.

Vào thập niên 1890, Pavlov nghiên cứu chức năng dạ dày của loài chó bằng cách quan sát sự tiết dịch vị của chúng. Ông để ý rằng chó thường tiết dịch vị khi phát hiện ra các tín hiệu báo hiệu sự xuất hiện của thức ăn (như tiếng bước chân của người thường đưa thức ăn cho chúng, hay bất cứ một kích thích nào có liên quan đến thức ăn mà chúng được tiếp xúc lâu ngày như tiếng chuông, tiếng huýt sáo…).

Sau này Pavlov đã xây dựng lên định luật cơ bản mà ông gọi là “phản xạ có điều kiện” dựa trên hàng loạt thí nghiệm mà ông tiến hành trước đó. Vào năm 1904, ông đã được trao giải Nobel Sinh lý và Y Khoa cho công trình nghiên cứu này.

Darwin và những bông hoa

Darwin được coi là người đầu tiên nhận ra sự quan trọng của loài thực vật có hoa (hay còn gọi là cây hạt kín). Chúng chiếm phần lớn trong tổng số các loài thực vật có mặt trên trái đất. Chúng chi phối hệ sinh thái và là nguồn cung cấp lương thực chủ yếu cho con người dưới dạng hạt như: ngũ cốc, gạo hay lúa mỳ.

Mặc dù là người tìm ra “Thuyết tiến hóa” – một trong những phát minh vĩ đại nhất trong lịch sử loài người nhưng chính Darwin đã có lúc phải thốt lên rằng, sự tiến hóa của các loài hoa là một điều bí ẩn đến khó chịu.

Công trình khoa học “Thuyết tiến hóa” của ông ra đời bắt đầu từ chuyến đi thám hiểm và khảo sát trên con tàu HMS Beagle, kéo dài 5 năm vòng quanh thế giới từ Anh, đến Nam Mỹ, Thái Bình Dương, Australia, Ấn Độ Dương, Nam Phi và cuối cùng trở về Anh. Sau khi trở về Anh, ông đã thực hiện nhiều quan sát và nghiên cứu tập trung trên các loài hoa lan.

Khi trồng và tiến hành nghiên cứu một số loài hoa lan bản địa, Darwin nhận thấy hình dáng phức tạp của chúng là một sự thích nghi cho phép chúng thu hút các loài côn trùng giúp chúng mang phấn hoa sang các bông hoa bên cạnh.

Darwin đã dùng những dữ liệu thu thập được khi quan sát các loài hoa lan và những loài côn trùng thụ phấn tương ứng để củng cố cho thuyết chọn lọc tự nhiên của ông. Ba năm sau đó ông mô tả hiện tượng chọn lọc tự nhiên lần đầu tiên trong tác phẩm “Nguồn gốc các loài”. Như vậy, có thể nói ông đã đặt nền móng cho việc nghiên cứu quá trình tiến hóa của các loài sinh vật trên trái đất chỉ thông qua một vài thí nghiệm về các loài hoa.

Món “súp nguyên thủy” của Oparia

Ngành khoa học sinh vật hiện đại đang đương đầu với một câu hỏi: sự sống bắt nguồn từ đâu? Pasteur đã chứng minh rằng, những sinh vật bậc cao không thể phát sinh một cách tự nhiên. Lý thuyết về tiến hóa của Charles Darwin đã đưa ra một cơ chế để giải thích điều này: sinh vật phải mất hàng ngàn năm để tiến hóa từ những dạng cơ bản, nhưng nó sẽ không mang những đặc điểm như lúc trước nữa, nhưng những sinh vật cơ bản ấy sẽ từ đâu ra?

Câu trả lời cho câu hỏi của Darwin vẫn nằm ngoài tầm hiểu biết của khoa học hiện đại, và hầu như không có một tiến bộ nào trong lĩnh vực này vào thế kỉ 19. Năm 1936, Aleksandr Ivanovich Oparin, trong cuốn sách nổi tiếng của mình “The Origin of Life on Earth” (Nguồn gốc của sự sống trên Trái Đất), đã cho thấy rằng sự hiện diện của không khí chứa ôxy và những hình thái sống phức tạp đã ngăn cản những chuỗi phản ứng có thể tạo nên sự sống. Oparia còn cho rằng, một “món súp nguyên thủy” với những hợp chất hữu cơ chỉ có thể tạo thành ở những nơi thiếu ôxy, qua ánh sáng mặt trời.

Sau đó, ông nhận định chính những hợp chất hữu cơ cao phân tử hòa tan trong nước thành các dung dịch keo, các dung dịch keo này có thể hòa tan vào nhau tạo thành những giọt rất nhỏ gọi là coacervate. Những giọt này có thể lớn lên nhờ hấp thụ các giọt khác, có thể sinh sản khi có những tác động cơ giới chia nó ra làm các hạt nhỏ hơn, do đó nó có các tính chất cơ bản của một tế bào nguyên thủy.

Tất cả những học thuyết hiện đại về vấn đề này đều bắt nguồn từ những luận điểm của Oparia.

Giải mã cấu trúc phân tử ADN

Mặc dù James Watson và Francis Crick được vinh danh với công trình đồng khám phá ra cấu trúc của phân tử ADN, nhưng công trình nghiên cứu của họ dựa phần lớn trên các nghiên cứu trước đó của Alfred Hershey và Martha Chase. Vào năm 1952, Alfred và Chase đã thực hiện một thí nghiệm nổi tiếng, các kết quả thu được từ thí nghiệm này cho thấy chính phân tử ADN mới là cấu trúc mang thông tin di truyền (chứ không phải protein).

Sau phát hiện này, các nhà khoa học khác bắt đầu các nghiên cứu tập trung vào phân tử ADN và việc giải mã cấu trúc của nó. Rosalind Franklin đã dùng kỹ thuật nhiễu xạ tia X để nghiên cứu phân tử ADN và phát hiện ra cấu tạo hình chữ X xoắn; công trình của Franklin xác nhận về câu trúc xoắn kép và còn ghi nhận về tính đối xứng của phân tử, đặc biệt là cho rằng hai mạch chạy theo hướng ngược nhau dạng đối song.

Watson và Crick được hỗ trợ rất nhiều nhờ những phát hiện này; sau đó, Watson đề nghị Franklin hợp tác để thắng một nhóm nghiên cứu khác trong cuộc chạy đua tìm ra cấu trúc của phân tử ADN, nhưng bà từ chối. Sau đó, với sự giúp đỡ của các đồng nghiệp khác, hai ông nhanh chóng hoàn thành mô hình cấu trúc phân tử ADN và công bố nó trước khi Franklin xuất bản bất kỳ công trình nào của bà.

Tiêm chủng

Việc điều chế ra loại vắc-xin đầu tiên trên thế giới gắn với tên tuổi của Edward Jenner, một bác sĩ người Anh. Năm 1796, khi châu Âu đang có dịch đậu mùa, Jenner đã thực hiện thành công thử nghiệm vắc-xin ngừa căn bệnh này. Vào thời điểm đó, kinh nghiệm dân gian cho thấy những nông dân vắt sữa bò có thể bị lây bệnh đậu bò, nhưng sau khi khỏi bệnh, họ trở nên miễn nhiễm đối với bệnh đậu mùa.

Dựa vào đó, bác sĩ Jenner chiết lấy dịch từ các vết đậu bò trên cánh tay của cô bệnh nhân Sarah Nelmes rồi cấy dịch này vào cánh tay của cậu bé 8 tuổi khỏe mạnh cùng làng tên là James Phipps. Phipps sau đó đã có những triệu chứng của bệnh đậu bò. 48 ngày sau, Phipps khỏi hẳn bệnh đậu bò, Jenner liền tiêm chất có chứa mầm bệnh đậu mùa cho Phipps, nhưng Phipps lại không bị mắc căn bệnh này nữa. Cách làm của Jenner xét theo các tiêu chuẩn y đức ngày nay thật không ổn, nhưng rõ ràng đó là một hành động có tính khai phá: đứa trẻ được chủng ngừa đã đề kháng được bệnh.

80 năm sau, Louis Pasteur đã thực hiện một số thí nghiệm trên đàn gà và xác nhận các giả thuyết của Jenner, từ đó mở đường cho khoa miễn dịch học hiện đại.

Việc chủng ngừa đã đẩy lùi nhiều căn bệnh nguy hiểm: triệt tiêu bệnh đậu mùa trên toàn cầu, thanh toán gần như hoàn toàn bệnh bại liệt, giảm đáng kể các bệnh sởi, bạch hầu, ho gà, bệnh ban đào, thủy đậu, quai bị, thương hàn và uốn ván, … Người ta còn hướng tới triển vọng dùng vắc-xin để điều trị một số bệnh nan y như ung thư, AIDS,…

Phát hiện ra hạt nhân nguyên tử

Ernest Rutherford là một nhà vật lý người New Zealand hoạt động trong lĩnh vực phóng xạ và cấu tạo nguyên tử, ông được coi là “cha đẻ” của ngành vật lý hạt nhân. Ông đã khám phá ra rằng nguyên tử có điện tích dương tập trung trong hạt nhân nguyên tử, từ đó đặt nền móng để ông phát triển mô hình hành tinh nguyên tử. Nhờ phát hiện này, cộng với việc làm sáng tỏ hiện tượng tán xạ Rutherford trong thí nghiệm với lá vàng mà ông được giải Nobel hóa học vào năm 1908.

Mô hình nguyên tử của Rutherford là mô hình đầu tiên đề xuất một hạt nhân nhỏ bé nằm tại tâm của nguyên tử, có thể coi là sự khai sinh cho khái niệm hạt nhân nguyên tử. Sau khám phá này, việc nghiên cứu về nguyên tử được tách ra làm hai nhánh, vật lý hạt nhân nghiên cứu về hạt nhân nguyên tử, và vật lý nguyên tử nghiên cứu cấu trúc của các electron bay quanh.

Tuy nhiên, mô hình Rutherford có cách nhìn cổ điển về các hạt electron bay trên quỹ đạo như các hành tinh bay quanh Mặt Trời; không thể giải thích được cấu trúc quỹ đạo của electron liên quan đến các quá trình hóa học; đặc biệt không giải thích được tại sao nguyên tử tồn tại cân bằng bền và electron không bị rơi vào trong hạt nhân. Mô hình này sau đó được thay thế bằng mô hình bán cổ điển của Neils Bohr vào năm 1913 và mô hình lượng tử về nguyên tử.

Dù cho nó không chính xác, mô hình nguyên tử Rutherford thường được dùng trong các minh họa trong các phương tiện thông tin đại chúng như là biểu tượng cho nguyên tử. Ví dụ như mô hình này được vẽ trên cờ của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế.

Ngành Tinh thể học tia X

Mặc dù kim cương và than chì giống nhau về thành phần hóa học (cấu tạo hoàn toàn từ carbon) nhưng tinh thể học tia X cho thấy sự sắp xếp các nguyên tử khác nhau dẫn đến sự khác nhau về tính chất giữa chúng.

Trong kim cương, các nguyên tử cácbon được sắp xếp theo khối tứ diện và được giữ với nhau bằng liên kết cộng hóa trị đơn, tạo cho nó kết nối mạnh theo mọi hướng. Ngược lại, than chì cấu tạo bơi các lớp chồng lên nhau, trong đó nguyên tử cacbon liên kết lục giác bằng các liên kết đơn và đôi, không có liên kết cộng hóa trị giữa các lớp.

Tinh thể học tia X là ngành khoa học xác định sự sắp xếp của các nguyên tử bên trong một tinh thể dựa vào dữ liệu về sự phân tán của các tia X sau khi chiếu vào các electron của tinh thể.

Phía trên chúng ta có nhắc đến kỹ thuật nhiễu xạ tia X mà Rosalind Franklin dùng để nghiên cứu cấu tạo của phân tử ADN; và người đi tiên phong trong việc sử dụng kỹ thuật này là Dorothy Crowfoot Hodgkin, một trong 3 người phụ nữ từng thắng giải Nobel Hóa học.

Bằng cách chiếu tia X lên tinh thể để lưu lại trên phim những điểm nhiễu xạ do sự giao thoa giữa các nguyên tử của tinh thể gây ra, rồi sử dụng các phép toán để tính khoảng cách và vị trí của các điểm xác định, từ đó tìm ra cấu trúc phân tử của tinh thể, Dorothy đã đưa những nghiên cứu tinh thể đi đến những kết quả mà giới khoa học trông đợi.

Bắt đầu bằng nghiên cứu về cấu trúc của pepsin, một enzim có trong tuyến nước bọt, Dorothy đã lần lượt giải mã thành công cấu trúc của cholesterol, lactoglobulin, ferritin, cấu trúc của virus gây bệnh khảm thuốc lá. Năm 1946, bà đã công bố cấu trúc phức tạp của thuốc kháng sinh penicillin. 10 năm sau, bà lại giải mã thành công cấu trúc của vitamin B12. Năm 1969 nhờ có nghiên cứu của bà mà insulin không còn là một chất khiến các nhà khoa học đau đầu.

Khó có thể nói đóng góp nào của Dorothy quan trọng hơn đóng góp nào. Nếu như việc làm sáng tỏ cấu trúc B12 đã mang lại cho bà giải Nobel hóa học bởi B12 là loại vitamin tối cần thiết giúp ngăn ngừa các bệnh thiếu máu ác tính, thì thành công trong việc phát hiện cấu trúc của penicillin lại mở ra cho các hãng dược phẩm khả năng sản xuất penicillin bán nhân tạo giúp giải quyết tình hình khan hiếm thuốc kháng sinh thời bấy giờ. Còn việc tìm ra cấu trúc ba chiều của insulin, nội tiết tố không thể thiếu trong quá trình chuyển hóa đường của cơ thể, đã góp phần duy trì cuộc sống của hàng chục triệu người mắc bệnh tiểu đường trên thế giới.

Thí nghiệm của Stanley Milgram về “lương tâm của con người”

Thí nghiệm của Stanley cho thấy con người có thể bỏ qua lương tâm của mình để thực hiện hành vi tội ác khi được cấp trên yêu cầu.

Từ bao đời nay, con người luôn hỏi nhau giữa “Nhân chi sơ tính bổn thiện” (Mạnh Tử) và “Nhân chi sơ tính bổn ác” (Tuân Tử) thì quan niệm nào đúng.

Còn nhớ năm ngoái, Douch – một quan chức Khmer Đỏ, giám đốc trại cải tạo S21 đã bị xử 30 năm tù vì tội tra tấn và sát hại hơn 15.000 người.

Sự kiện Douch, một con người có thể gọi là bình thường, trở thành một kẻ sát nhân hành hạ tra tấn người khác một cách ghê rợn, là một vấn nạn từng được đặt ra dưới nhiều khía cạnh. Người ta còn nhớ quan điểm bất ngờ của triết gia Do Thái Hannah Arendt khi tường trình vụ Eichmann – một lãnh đạo của Đức Quốc xã, kẻ chịu trách nhiệm chính trong kế hoạch thủ tiêu người Do Thái ở Châu Âu: Bà không nhìn nhận Eichmann như một tên quỷ dữ, xấu xa từ bản chất, mà coi hắn như một người bình thường, được đặt trong một hoàn cảnh đặc biệt.

Tuy nhiên, đó chỉ là quan điểm triết học chủ quan, cần được kiểm chứng bằng những nghiên cứu khách quan hơn. Và điều này đã được Stanley Milgram thuộc Đại học Yale kiểm chứng bằng thực nghiệm.

Tháng 7/1961, nhà tâm lý học Stanley Milgram thực hiện một loạt thí nghiệm gây nhiều tranh cãi nhằm đo lường mức độ “ác” của các cá nhân khi họ được yêu cầu thực thi những mệnh lệnh trái với lương tâm mình.

Trong thí nghiệm của ông, có một người hỏi và một người trả lời. Những người đặt câu hỏi là những người tình nguyện được ông lựa chọn. Họ là những người hoàn toàn bình thường, sống vui vẻ, hòa nhã với những người xung quanh. Người hỏi và người đáp được cách ly, không để nhìn thấy nhau.

Milgram nói với người hỏi rằng ông đang kiểm tra tác dụng của việc sử dụng hình phạt với việc tiếp thu kiến thức. Người hỏi được trao một dụng cụ tạo ra sốc điện và một bảng câu hỏi. Nếu người trả lời đáp sai, người hỏi sẽ dần dần tăng điện áp như một hình phạt.

Trong suốt cuộc thí nghiệm, các nhà khoa học khiến cho những người hỏi tin rằng những người đáp thực sự đang bị trừng phạt bằng điện giật, nhưng thực ra những tiếng rên đau chỉ là âm thanh phát từ máy ghi âm và được lập trình để phát ra khi điện áp đạt đến một mức định sẵn.

Trong băng ghi âm, tới một mức điện áp, người đáp sẽ kêu lên rằng mình có bệnh tim và xin được dừng thí nghiệm. Hầu như tất cả người tình nguyện đều hỏi ý các nhà khoa học rằng mình có nên dừng lại không. Nhưng khi được trấn an rằng họ sẽ không phải chịu trách nhiệm nếu bất trắc xảy ra thì hầu hết họ đều tiếp tục sử dụng hình phạt này.

Các nhà khoa học chỉ đồng ý dừng thí nghiệm nếu người hỏi thật sự và quyết tâm dừng, biểu hiện là họ yêu cầu dừng 5 lần liên tục (người hỏi không được biết trước quy định này). Nếu họ không dừng hoặc không thật sự quyết tâm dừng, điện áp sẽ được đẩy đến mức tối đa: 450 Volt.

Kết quả là, 65% người tình nguyện đều tiếp tục sử dụng hình phạt, tăng điện áp đến mức tối đa, dù vẫn nghe tiếng rên la và nài nỉ của người hỏi (thật ra là băng ghi âm).

Milgram kết luận, dưới áp lực của mệnh lệnh và khi không phải chịu trách nhiệm cá nhân, những người bình thường cũng có thể thực hiện việc làm gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe và tính mạng người khác.

Gần đây, Đài Truyền hình France 2 đã đưa lên màn ảnh một chương trình lập lại thí nghiệm này. Và kết quả là, 70% tham dự viên đã cười ít nhất một lần khi nạn nhân rên xiết. Phản ứng cười được coi như một phương cách để giảm bớt sự căng thẳng tâm lý. 70% cất tiếng nói trong lúc nạn nhân kêu đau, như để biện minh cho một hành vi độc ác, nhân danh một mệnh lệnh “chính đáng”. 17% dùng những thay đổi giọng nói để giúp nạn nhân chọn câu trả lời chính xác. Đó là một hình thức bất tuân lệnh kín đáo, như để trấn an lương tâm.

Chìm trong làn sóng những người sẵn sàng đàn áp lương tâm của mình để làm vừa lòng một nhóm lãnh đạo (chẳng hạn như ông chủ, chính quyền …), hay một tập thể (như gia đình, cộng đồng, xã hội), hay một quy luật trừu tượng (như tôn giáo, chủ thuyết…), có rất ít người “dám” đi theo hướng ngược lại – phản kháng mệnh lệnh – để nghe theo tiếng gọi của lương tâm, của tình người.

Theo VIETNAMNET 

Tags: ,