Thông điệp từ những đề thi Olympic Vật lý Quốc tế 2008

Đề lý thuyết thứ nhất đề cập đến chiếc cối giã gạo bên bờ suối ở vùng núi phía bắc Việt Nam, đề thứ hai về đầu dò các hạt năng lượng cao theo hiệu ứng Cherenkov có mặt bên cạnh một số máy gia tốc lớn trên thế giới, đề thứ ba về chuyển động của không khí theo chiều thẳng đứng trong khí quyển, từ đó đánh giá ô nhiễm khí thải phát ra từ xe máy trong giờ cao điểm giao thông ở Hà Nội. Trong hai đề thi thực hành, thí sinh dùng phương pháp nhiệt vi sai và đi ốt bán dẫn để đo nhiệt độ nóng chảy của những mẫu vật nhỏ, và đo hiệu suất pin mặt trời.

Trả lời báo chí sau khi kết thúc phần thi lý thuyết, nhiều thí sinh nhận xét đề thi khó, dài, nhưng hấp dẫn. Quả là khó, nhưng không phải vì quá nhiều tính toán rối rắm mà cần có tư duy và nhạy cảm vật lý để nhanh chóng nắm bắt những loại hình chuyển động đa dạng trong tự nhiên. Đương nhiên, thí sinh chỉ sử dụng những kiến thức vật lý ở bậc trung học phổ thông.

Được ghi tên mình vào danh sách IPhO, thí sinh chẳng những giỏi vật lý trong nhà trường mà phải thử sức qua hàng trăm đề thi mẫu quốc tế hoặc các lò luyện. Song nếu những kinh nghiệm đó không đọng lại thành một thứ trực giác hay nhạy cảm để tư duy theo bản chất vật lý, thì chỉ với những thành thạo trong biến đổi toán học sẽ không giúp thí sinh đủ sức xử lý trọn vẹn các đề thi lý thuyết IPhO 2008. Vả lại, đề thi kỳ này ít giống những mẫu đề sẵn có. Yêu cầu này không thể xem là quá cao đối với những tinh hoa trẻ trên khắp hành tinh, những người mà khoảng mười lăm năm sau có thể trở thành những ngọn đuốc vật lý nếu các em giữ mãi hoài bão và được sống trong môi trường văn hóa, khoa học tiên tiến.

Ba trong số năm đề thi lý thuyết và thực nghiệm IPhO 2008 đã đề cập đến vấn đề nóng bỏng và sống còn nhất của loài người hiện nay: năng lượng và môi trường. Chính vật lý học đã khởi đầu cuộc cách mạng công nghiệp từ vài thế kỷ trước đây bằng những phát minh về năng lượng thay thế cho lao động cơ bắp, sức nước, sức gió và ánh sáng mặt trời dưới dạng thô sơ nhất. Nhưng rồi con người đã quá lạm dụng nhiên liệu hóa thạch để công nghiệp hóa gây nên thảm họa môi trường và biến đổi khí hậu như hiện nay.

Nước Anh, xứ sở sương mù và quê hương của cách mạng công nghiệp đã thấm đòn sau khi hàng nghìn người dân Luân Đôn chết năm 1954 do khí thải từ ống khói nhà máy tích tụ lại bởi hiện tượng nghịch nhiệt kéo dài hàng tuần lễ trong lớp khí quyển sát mặt đất. Ngày nay do yêu cầu tăng trưởng kinh tế các nước đang phát triển vẫn phải đốt than đá, dầu mỏ bất chấp môi trường bị chất thải gây ô nhiễm nặng nề.

Tăng trưởng kinh tế mà hủy hoại môi trường sống mang lại hạnh phúc cho ai?
Vật lý học giờ đây lại phải đi đầu trong việc bảo vệ môi trường, tiết kiệm và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, đặc biệt là chinh phục nguồn năng lượng tái tạo vô tận mà Tạo hóa đã ban cho loài người.

Hiện nay quá hai phần ba điện năng trên toàn thế giới lấy từ nhiên liệu hóa thạch, tiếp theo là thủy điện công suất lớn (15%) và điện hạt nhân. (14%). Năng lượng tái tạo chỉ chiếm 3,4%. Nhưng trước yêu cầu cắt giảm mạnh nhiên liệu hóa thạch trong vài thập kỷ tới để tránh thảm họa biến đổi khí hậu toàn cầu do khí CO2 gây ra, trong khi thủy điện hầu như đã cạn kiệt, thì nguồn năng lượng tái tạo chắc chắn phải là giải pháp chung cuộc.

Điện hạt nhân (lại một phát minh nữa của vật lý học trong thế kỷ XX) trì trệ trong nhiều năm qua giờ đây dường như sắp cất cánh trở lại. Song vấn đề chôn cất bã thải, nguy cơ mất an toàn và khả năng lan truyền vũ khí hạt nhân vẫn còn đó, sẽ không dễ gì giúp điện hạt nhân phát triển yên ổn khả dĩ thay thế cho nhiên liệu hóa thạch trên quy mô lớn. Nhất là khi điện hạt nhân được phát triển ồ ạt ở các nước có trình độ khoa học và quản lý công nghiệp thấp. Nhân loại vẫn còn một hy vọng nữa, đó là trong vài ba thập kỷ tới có đột phá về năng lượng nhiệt hạch, một mũi nhọn nữa của vật lý học hiện đại.

Về năng lượng tái tạo, các nước Đức, Mỹ, Tây Ban Nha, Trung Quốc, Nhật hiện đang dẫn đầu thế giới. Tổng vốn đầu tư trên toàn thế giới tăng nhanh từ 40 tỷ đô la Mỹ năm 2005 lên 55 tỷ năm 2006 và 71 tỷ năm 2007. Năng lượng gió đang dẫn đầu, tiếp theo là năng lượng mặt trời, trong đó phần lớn là công nghệ chuyển hóa ánh sáng thành điện năng (photovoltaic - PV) nhờ những tấm panel dưới dạng tinh thể hoặc màng mỏng.

Tuy nhiên giá thành năng lượng tái tạo vẫn còn khá cao. Bởi nó phải “ngoi” lên từ một môi trường cạnh tranh thiếu lành mạnh. Nếu những thiệt hại về môi trường và tài nguyên thiên nhiên được tính sòng phẳng trong giá thành năng lượng, chắc chắn năng lượng tái tạo sẽ lên ngôi. Phải đánh thuế phát thải các nhà máy điện chạy than hoặc dầu để năng lượng tái tạo thân thiện môi trường được khuyến khích. Hoặc, nếu giá dầu mỏ cứ tăng gấp đôi hàng năm như trong hai năm qua, thì một ngày không xa, người ta sẽ lắp các panel mặt trời trên mái nhà hơn là đấu vào lưới điện của “nhà đèn”.

Chậm chân về năng lượng tái tạo chính là thiếu tầm nhìn rất tai hại trong thời buổi khủng hoảng năng lượng hiện nay.

Với tấm pin mặt trời trên bàn thí nghiệm IPho 2008, chỉ có 5% ánh sáng từ ngọn đèn dây tóc đốt nóng được chuyển hóa thành điện năng. Nhưng hiện nay, hiệu suất các tấm panel PV thương mại đã đạt đến 15%, công suất điện lớn nhất từ một nhà máy là 20 MW (ở Tây Ban Nha), sắp đến sẽ có nhà máy 200 MW theo công nghệ Israel đặt tại California. Nâng cao hơn nữa hiệu suất và công suất các nhà máy, để điện mặt trời rẻ hơn điện phát ra từ các tua bin chắc chắn sẽ là buổi bình minh của loài người trong một tương lai không xa. Như một chân trời đang vẫy gọi các nhà vật lý trẻ.  

• GS Phạm Duy Hiển (Vietnamnet)