08/10/2026 · VietTechies · Biên tập
Trong một buổi thực hành thời sinh viên tại trường Gonville and Caius College thuộc Đại học Cambridge vào đầu những năm 1960, một ống nghiệm chứa chất lỏng không xác định bất ngờ đổi màu rồi phát nổ. Đối với J. Michael Kosterlitz — người sinh ra tại Aberdeen vào ngày 22 tháng 6 năm 1943 sau khi cha mẹ ông là Hans Walter và Johanna Maria Kosterlitz chạy trốn khỏi Đức Quốc xã vào năm 1934 — sự cố phòng thí nghiệm này đã đưa ra phán quyết mang tính quyết định. Kết hợp với chứng mù màu đỏ – xanh lá khiến việc đọc kết quả ống nghiệm trở nên bất khả thi, ông đã quyết định từ bỏ hoàn toàn ngành hóa học để chuyển sang vật lý.
Ống nghiệm phát nổ và những vách đá cuối tuần
Những năm tháng đại học của Kosterlitz từ năm 1961 đến 1965 không ghi dấu ấn nhiều ở giảng đường mà gắn liền với những vách đá dựng đứng hiểm trở. Sau khi gia nhập Câu lạc bộ Leo núi Cambridge (Cambridge Climbing Club), ông dành các kỳ nghỉ cuối tuần lái xe tốc độ cao đến North Wales, Glencoe và Ben Nevis. Vì quá say mê những thử thách trên độ cao, ông thường xuyên ngủ quên trong các buổi học sáng thứ Hai. Không có vở ghi chép riêng, Kosterlitz phải mượn tài liệu của bạn bè ngay trước kỳ thi tốt nghiệp, và ông hoàn thành bằng đại học vào năm 1965 với bằng ưu hạng hai (upper second-class honors), thay vì tấm bằng xuất sắc hạng nhất mà người ta kỳ vọng ở một sinh viên nhận học bổng lớn.
Tuyến đường Val d'Orco và hạn nộp bị bỏ lỡ
Sau khi nhận bằng tiến sĩ tại Oxford vào năm 1969 với luận án về vật lý tương tác mạnh, Kosterlitz giành được học bổng sau tiến sĩ của Hội Hoàng gia Anh (Royal Society) tại Ý. Ông chọn Viện Vật lý Lý thuyết (Istituto di Fisica Teorica) ở Turin một phần vì muốn làm việc gần nhà vật lý lý thuyết Sergio Fubini, nhưng lý do chính là vị trí này rất gần dãy Alps. Trên các vách đá hoa cương ở Val d'Orco, ông đã khai phá một tuyến leo đường nứt vô cùng khắc nghiệt và nổi tiếng có tên là Fessura Kosterlitz — một thử thách suốt một thập kỷ không ai lặp lại được. Tuy nhiên, con đường học thuật của ông lại gặp phải trục trặc thủ tục. Kosterlitz đã bỏ lỡ hạn nộp hồ sơ cho vị trí nghiên cứu sau tiến sĩ tại CERN, khiến ông đứng trước nguy cơ thất nghiệp cho đến khi chấp nhận học bổng nghiên cứu ba năm tại Đại học Birmingham bắt đầu từ năm 1970.
Ba lần bị nẫng tay trên và căn phòng ở Birmingham
Tại Birmingham, Kosterlitz thực hiện các tính toán năng lượng cao về mô hình cộng hưởng kép, một tiền thân của lý thuyết dây. Tuy nhiên, tiến trình nghiên cứu của ông liên tục bị cản trở. Trong ba lần liên tiếp, ngay khi ông chuẩn bị xuất bản các tính toán dài hơi của mình, một nhóm nghiên cứu tại Đại học California, Berkeley lại công bố các bản thảo trước in (preprint) chứa chính xác những kết quả đó. Thất vọng vì bị nẫng tay trên ba lần liên tiếp, Kosterlitz từ bỏ đề tài vật lý năng lượng cao và đi gõ cửa từng phòng làm việc trong tòa nhà vật lý toán để tìm kiếm một bài toán lý thuyết mới. Cuộc tìm kiếm kết thúc tại phòng làm việc của David Thouless, người đã giới thiệu cho ông về hiện tượng chuyển pha hai chiều, khiếm khuyết tô-pô, các xoáy trong màng mỏng heli-4 và sai hỏng tinh thể.
Sáu tháng biệt lập và bước đột phá tô-pô
Dù cơ học thống kê không thuộc chuyên môn chính của Kosterlitz, lời mô tả của Thouless về hiện tượng chuyển pha do khiếm khuyết chi phối đã đem lại một cơ chế vật lý đầy thuyết phục. Để xây dựng bộ khung lý thuyết cần thiết, Kosterlitz đã dành sáu tháng nghiên cứu bài báo của Phil Anderson về bài toán Kondo nhằm làm chủ phương pháp nhóm tái chuẩn hóa. Vào năm 1974, ông công bố bài báo cột mốc về mô hình rotor phẳng hai chiều của chất siêu lỏng heli-4, chứng minh cách các cặp xoáy tích điện trái dấu liên kết bị tách ra ở nhiệt độ tới hạn để làm thay đổi trạng thái của vật chất.
Công trình lý thuyết này đã đảo ngược quan niệm tồn tại từ lâu cho rằng hiện tượng chuyển pha không thể xảy ra trong các hệ hai chiều. Bằng việc chỉ ra cách các khiếm khuyết tô-pô chi phối sự thay đổi pha trong các màng mỏng, Kosterlitz đã đặt nền móng cho vật lý tô-pô hiện đại — công trình cuối cùng đã mang về cho ông và Thouless Giải Nobel Vật lý vào năm 2016.
Ảnh đầu bài: minh họa do AI tạo, không phải ảnh tư liệu.
Nguồn: Nobel Prize
J. Michael Kosterlitz