07/10/2026 · VietTechies · Biên tập
Tại Ottawa vào khoảng năm 1948, nhà hóa học vật lý Rudolph Marcus thường xuyên làm vỡ các dụng cụ chân không bằng thủy tinh tinh xảo trong phòng thí nghiệm—sự cố mà ông tự nhận là do tính hấp tấp của bản thân. Marcus đã nhận bằng Tiến sĩ tại Đại học McGill vào năm 1946 dưới sự hướng dẫn của nhà nghiên cứu tốc độ phản ứng Carl A. Winkler, người thuộc dòng dõi học thuật của nhà động hóa học Cyril Hinshelwood tại Oxford. Sau khi hoàn thành luận án tiến sĩ, Marcus gia nhập Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Canada (NRC) tại Ottawa với tư cách là Cán bộ Nghiên cứu Sơ cấp dưới quyền E.W.R. Steacie, nghiên cứu về tốc độ phản ứng gốc tự do trong pha khí. Công việc này hoàn toàn mang tính thực nghiệm, bởi hóa học lý thuyết khi đó chưa hề có chỗ đứng tại Canada.
Với mong muốn hiểu rõ cơ chế vật lý đằng sau các phép đo của mình, vào năm 1948, Marcus cùng nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Walter Trost đã thành lập một nhóm thảo luận lý thuyết không chính thức chỉ gồm hai người. Họ gặp nhau thường xuyên tại NRC để phân tích các bài báo về hóa học lý thuyết, nhằm giải thích tốt hơn các dữ liệu thu được từ phòng thí nghiệm.
Bước ngoặt tại Chapel Hill
Quyết tâm có được sự đào tạo bài bản về hóa học lý thuyết, vào năm 1948, Marcus đã gửi đơn đăng ký nghiên cứu sau tiến sĩ tới sáu nhà lý thuyết nổi tiếng tại Mỹ. Chỉ duy nhất Oscar K. Rice tại Đại học North Carolina phản hồi tích cực, với điều kiện việc tiếp nhận phải dựa trên khoản kinh phí xin được từ Cơ quan Nghiên cứu Hải quân Mỹ. Khi khoản tài trợ được thông qua, Marcus đã lên tàu đến Chapel Hill vào tháng 2 năm 1949 để bắt đầu thời gian học tập về lý thuyết.
Tại Chapel Hill, Marcus dành ba tháng đầu tiên để đọc các tài liệu nền tảng, bao gồm cơ học lượng tử và các lý thuyết phản ứng sớm. Được định hướng qua các buổi thảo luận hàng tuần với Rice, ông bắt đầu mô hình hóa hành vi của các phân tử ở pha khí. Bằng cách kết hợp các nguyên lý thống kê của lý thuyết RRK (Rice-Ramsperger-Kassel) từ những năm 1920 với lý thuyết trạng thái chuyển tiếp năm 1935, Marcus đã xây dựng nên lý thuyết sau này gọi là lý thuyết RRKM, đồng thời xuất bản công trình đầu tiên về các phản ứng đơn phân tử vào năm 1951.
Tĩnh điện học và con đường dẫn đến sự truyền electron
Nhằm tìm kiếm một vị trí giảng dạy lâu dài tại đại học vào năm 1951, Marcus đã nộp 35 đơn ứng tuyển trên khắp Bắc Mỹ. Ông đã giành được một vị trí giảng viên tại Viện Bách khoa Brooklyn sau khi gặp Trưởng khoa Raymond Kirk tại một hội nghị của Hội Hóa học Mỹ ở Cleveland. Tại Bách khoa Brooklyn, Marcus duy trì song song hai hướng đi: vừa tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm về phản ứng pha khí, vừa tiếp tục các công trình lý thuyết.
Con đường nghiên cứu lý thuyết của ông có một bước ngoặt bất ngờ khi một sinh viên trong lớp cơ học thống kê đặt câu hỏi về hành vi của chất điện phân polyme. Marcus dồn hết tâm trí vào việc nghiên cứu tĩnh điện học, xuất bản hai bài báo về chủ đề này vào năm 1954 và 1955. Nền tảng toán học về tương tác tĩnh điện này đã đóng vai trò quyết định: vào năm 1955, Marcus sử dụng nó để xây dựng lý thuyết cột mốc về các phản ứng truyền electron trong dung dịch.
Rời bỏ phòng thí nghiệm vì động lực học lý thuyết
Đến khoảng năm 1960, phạm vi ngày càng mở rộng của các dự án lý thuyết đã buộc ông phải đưa ra quyết định chiến lược. Marcus bắt đầu từng bước thu hẹp và đóng cửa phòng thí nghiệm thực nghiệm tại Bách khoa Brooklyn để tập trung hoàn toàn vào động lực học phản ứng. Để củng cố công cụ toán học của mình, ông dự thính các khóa học nâng cao tại Viện Khoa học Toán học Courant thuộc Đại học New York trong suốt năm 1960 và 1961. Khi gia nhập đội ngũ giảng viên của Đại học Illinois vào năm 1964, ông chia tay vĩnh viễn các thí nghiệm thực tế trên bàn máy.
Sau này, Marcus chia sẻ rằng những năm tháng làm vỡ dụng cụ thủy tinh và đo đạc tốc độ phản ứng đã tạo nên đặc trưng cốt lõi cho các công trình lý thuyết của ông. Thay vì xây dựng các cấu trúc toán học trừu tượng, các mô hình của ông được thiết kế để giải thích những câu đố vật lý cụ thể quan sát được từ thí nghiệm thực tế. Khung định lượng của ông về sự truyền electron đã làm thay đổi cách các nhà khoa học tính toán động lực học phản ứng, chứng minh rằng kinh nghiệm thực nghiệm thực tế có thể nhào nặn nên những đột phá lý thuyết trường tồn.
Ảnh đầu bài: minh họa do AI tạo, không phải ảnh tư liệu.
Nguồn: Nobel Prize
Rudolph A. Marcus