Yakov Zeldovich

Yakov Borisovich Zeldovich  (, ; 8 tháng 3 năm 1914 – 2 tháng 12 năm 1987), còn được gọi là YaB, là một nhà vật lý Liên Xô hàng đầu có nguồn gốc Belarus, nổi tiếng với những đóng góp đồ sộ trong vũ trụ học vật lý, vật lý các phản ứng nhiệt hạch, quá trình cháy và các hiện tượng thủy động lực học.

Từ năm 1943, Zeldovich, một nhà vật lý tự học, bắt đầu sự nghiệp bằng việc đóng vai trò then chốt trong quá trình phát triển chương trình vũ khí hạt nhân của Liên Xô trước đây. Năm 1963, ông trở lại giới học thuật để thực hiện các đóng góp mang tính tiên phong trong việc hiểu biết cơ bản về nhiệt động lực học của hố đen và mở rộng phạm vi của vũ trụ học vật lý.

Biography

Thời niên thiếu và học vấn

Yakov Borisovich Zeldovich sinh ra trong một gia đình Do Thái gốc Belarus tại nhà của ông ngoại ở Minsk. Tuy nhiên, vào giữa năm 1914, gia đình Zeldovich chuyển đến Saint Petersburg. Họ sinh sống tại đây cho đến tháng 8 năm 1941, khi cả gia đình được sơ tán cùng với đội ngũ của Viện Vật lý Hóa học đến Kazan để tránh cuộc xâm lược của phe Trục vào Liên Xô. Họ ở lại Kazan cho đến mùa hè năm 1943, khi Zeldovich chuyển đến Moskva.

Cha của ông, Boris Naumovich Zeldovich, là một luật sư; mẹ ông, Anna Petrovna Zeldovich (nhũ danh Kiveliovich), là một dịch giả từ tiếng Pháp sang tiếng Nga, đồng thời là thành viên của Hội Nhà văn. Mặc dù sinh ra trong một gia đình Do Thái sùng đạo, Zeldovich lại là một “người vô thần tuyệt đối”.

Zeldovich là một người tự học. Ông được đánh giá là có trí tuệ cực kỳ đa dạng, và trong suốt cuộc đời mình đã khám phá cũng như có những đóng góp quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học. Từ một cơ hội vào tháng 5 năm 1931, ông được bổ nhiệm làm trợ lý phòng thí nghiệm tại Viện Vật lý Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô, và gắn bó với viện này trong suốt phần đời còn lại. Với vai trò trợ lý phòng thí nghiệm, ông nhận được những hướng dẫn ban đầu về các chủ đề trong hóa lý và xây dựng danh tiếng của mình đối với các cấp trên tại Viện Vật lý Hóa học.

Từ năm 1932 đến 1934, Zeldovich theo học các khóa đại học về vật lý và toán học tại Đại học Quốc gia Leningrad (nay là Đại học Quốc gia Saint Petersburg), và sau đó tham dự các bài giảng kỹ thuật về vật lý nhập môn tại Viện Bách khoa Leningrad (nay là Đại học Bách khoa Saint Petersburg Đại đế Pyotr).

Năm 1936, ông thành công trong việc đạt học vị Phó Tiến sĩ Khoa học (tương đương Tiến sĩ), sau khi bảo vệ thành công luận án với chủ đề “sự hấp phụ và xúc tác trên các bề mặt không đồng nhất”. Trọng tâm của luận án tập trung vào nghiên cứu đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich (hay cổ điển), và Zeldovich đã phát hiện nền tảng lý thuyết của hiện tượng thực nghiệm này.

Năm 1939, Zeldovich hoàn thành luận án dựa trên lý thuyết toán học về cách diễn giải vật lý của quá trình oxy hóa nitơ, và được trao học vị Tiến sĩ Khoa học trong vật lý toán sau khi được Alexander Frumkin thẩm định. Ông đã phát hiện ra cơ chế của quá trình này, được biết đến trong hóa lý học với tên gọi là cơ chế NOx nhiệt (thermal NOx mechanism) hay cơ chế Zeldovich.

Dự án vũ khí hạt nhân của Liên Xô

Zeldovich được xem là một nhân vật chủ chốt bí mật của dự án vũ khí hạt nhân Liên Xô; các chuyến đi ra nước ngoài của ông bị hạn chế nghiêm ngặt, chỉ trong phạm vi Đông Âu và dưới sự giám sát chặt chẽ của an ninh Liên Xô. Ngay sau khi phát hiện ra hiện tượng phân hạch hạt nhân (bởi nhà hóa học người Đức Otto Hahn vào năm 1939), các nhà vật lý Nga đã bắt đầu nghiên cứu phạm vi của vật lý phân hạch hạt nhân và tổ chức các hội thảo về chủ đề này; Igor Kurchatov và Yulii Khariton đã tham gia từ năm 1940.

Tháng 5 năm 1941, Zeldovich hợp tác với Khariton xây dựng một lý thuyết về động học của các phản ứng hạt nhân trong điều kiện tới hạn. Công trình của Khariton và Zeldovich sau đó được mở rộng thành các lý thuyết về đánh lửa, cháy và nổ; những lý thuyết này giải thích các đặc điểm mà trước đó chưa được dự đoán, quan sát hoặc lý giải chính xác. Lý thuyết nổ hiện đại vì vậy được gọi là lý thuyết Zeldovich–von Neumann–Dohring (ZND), và quá trình phát triển của nó liên quan đến các tính toán neutron nhanh phức tạp; công trình này đã bị trì hoãn do cuộc xâm lược Liên Xô của Đức, làm cản trở việc công bố các kết quả dự kiến được giải mật vào tháng 6 năm 1941. Năm 1942, Zeldovich được chuyển đến Kazan và được Ủy ban Nhân dân về Vũ khí giao nhiệm vụ nghiên cứu thuốc phóng thông thường để cung cấp cho Hồng quân, trong khi Khariton được yêu cầu thiết kế các loại vũ khí thông thường mới.

Năm 1943, Joseph Stalin quyết định triển khai chương trình phát triển vũ khí hạt nhân, do Kurchatov phụ trách; ông này đã đề nghị Stalin điều chuyển Zeldovich và Khariton về Moskva tham gia chương trình. Zeldovich gia nhập nhóm nhỏ của Kurchatov tại phòng thí nghiệm bí mật ở Moskva để bắt đầu nghiên cứu lý thuyết cháy hạt nhân, và trở thành trưởng bộ phận lý thuyết tại Arzamas-16 vào năm 1946.

Cùng với Isai Gurevich, Isaak Pomeranchuk, và Khariton, Zeldovich đã chuẩn bị một báo cáo khoa học về tính khả thi của việc giải phóng năng lượng thông qua phản ứng nhiệt hạch được kích hoạt bởi một vụ nổ nguyên tử, và trình bày cho Kurchatov. Zeldovich cũng được hưởng lợi từ các kiến thức vật lý và kỹ thuật do nhà vật lý người Đức Klaus Fuchs và nhà vật lý người Mỹ Theodore Hall cung cấp, những người từng tham gia Dự án Manhattan của Hoa Kỳ để phát triển vũ khí hạt nhân.

Năm 1949, Zeldovich lãnh đạo một nhóm các nhà vật lý tiến hành vụ thử hạt nhân đầu tiên RDS-1, dựa phần nào trên thiết kế của Mỹ thu được thông qua các điệp viên nguyên tử tại Hoa Kỳ, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cơ bản về lý thuyết chất nổ. Sau đó, ông bắt đầu làm việc nhằm hiện đại hóa các thiết kế vũ khí hạt nhân tiếp theo và là người đầu tiên nêu ra ý tưởng về bom khinh khí cho Andrei Sakharov và những người khác. Trong quá trình nghiên cứu vũ khí hạt nhân, Zeldovich đã thực hiện các công trình đột phá về thủy động lực học bức xạ và vật lý của vật chất ở áp suất cao.

Trong giai đoạn 1950–1953, Zeldovich thực hiện các phép tính cần thiết để đánh giá tính khả thi của bom khinh khí, và các kết quả này đã được Sakharov kiểm chứng, mặc dù hai nhóm làm việc song song trong việc phát triển phản ứng nhiệt hạch. Tuy nhiên, chính Sakharov đã thay đổi căn bản cách tiếp cận đối với nhiệt hạch, với sự hỗ trợ của Vitaly Ginzburg vào năm 1952. Ông tiếp tục tham gia chương trình thử nghiệm hạt nhân đồng thời đứng đầu các phòng thí nghiệm thực nghiệm tại Arzamas-16 cho đến tháng 10 năm 1963, khi rời bỏ để quay lại môi trường học thuật. 

Vào tháng 10 năm 1973, trong thời điểm cao trào của Chiến tranh Yom Kippur, và khi nghe tin đồn về một cuộc tấn công hạt nhân sắp xảy ra của Liên Xô nhằm vào Israel, ông đã để lại một bức thư cho nhà vật lý Do Thái Liên Xô Ilya Lifshitz phòng trường hợp cuộc tấn công diễn ra, trong đó ông dự định sẽ tự sát.

Học thuật và vũ trụ học

Năm 1952, Yakov Borisovich Zeldovich bắt đầu nghiên cứu trong lĩnh vực các hạt cơ bản và các biến đổi của chúng. Ông dự đoán sự phân rã beta của мезон pi. Cùng với Semyon Gershtein, ông nhận ra sự tương đồng giữa tương tác yếu và tương tác điện từ, và vào năm 1960, ông dự đoán hiện tượng xúc tác muon (chính xác hơn là phản ứng nhiệt hạch dt được xúc tác bởi hạt muon). Năm 1977, Zeldovich cùng với Fyodor Shapiro được trao Huân chương Kurchatov, giải thưởng cao nhất trong vật lý hạt nhân của Liên Xô. Lý do trao giải là “dự đoán các đặc tính của neutron siêu lạnh, phát hiện và nghiên cứu chúng”. Ông được bầu làm viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô vào ngày 20 tháng 6 năm 1958. Ông giữ chức trưởng bộ phận tại Viện Toán học Ứng dụng thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô từ năm 1965 đến tháng 1 năm 1983.

Đầu những năm 1960, Zeldovich bắt đầu làm việc trong lĩnh vực vật lý thiên văn và vũ trụ học vật lý. Năm 1964, ông và độc lập với Edwin Salpeter là những người đầu tiên đề xuất rằng các đĩa bồi tụ quanh các hố đen khối lượng lớn chịu trách nhiệm cho lượng năng lượng khổng lồ phát ra từ các quasar. Từ năm 1965, ông là giáo sư tại Khoa Vật lý của Đại học Quốc gia Moskva và là trưởng bộ phận Vật lý Thiên văn Tương đối tính tại Viện Thiên văn Sternberg. Năm 1966, ông cùng Igor Novikov lần đầu tiên đề xuất tìm kiếm các ứng viên hố đen trong các hệ sao đôi, trong đó một sao sáng về quang học nhưng tối về tia X và sao còn lại tối về quang học nhưng sáng về tia X (ứng viên hố đen).

Zeldovich nghiên cứu lý thuyết về sự tiến hóa của vũ trụ nóng, các tính chất của bức xạ nền vi sóng vũ trụ, cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ và lý thuyết hố đen. Ông dự đoán, cùng với Rashid Sunyaev, rằng bức xạ nền vi sóng vũ trụ sẽ trải qua quá trình tán xạ Compton nghịch. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Sunyaev–Zeldovich, và các phép đo bằng kính thiên văn như Atacama Cosmology Telescope và South Pole Telescope đã xác lập nó như một trong những phương pháp quan sát then chốt của vũ trụ học cụm thiên hà. Zeldovich đã đóng góp những nhận định sắc bén về bản chất của cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ, đặc biệt thông qua việc sử dụng lý thuyết nhiễu loạn Lagrange (xấp xỉ Zeldovich) và việc áp dụng phương trình Burgers thông qua xấp xỉ kết dính.

Năm 1974, trong hợp tác với A. G. Polnarev, ông đề xuất sự tồn tại của hiệu ứng “ký ức hấp dẫn”, theo đó một hệ các hạt rơi tự do ban đầu đứng yên tương đối sẽ bị dịch chuyển sau khi một xung bức xạ hấp dẫn đi qua.

Nhiệt động lực học hố đen

đóng vai trò then chốt trong việc phát triển lý thuyết về sự bay hơi của hố đen do bức xạ Hawking. Zeldovich và Charles W. Misner đồng thời dự đoán khả năng tạo ra hạt bởi các hố đen Kerr quay vào các năm 1971 và 1972. Trước đó, vào năm 1965, Zeldovich đã dự đoán rằng các hố đen Kerr sẽ làm tách các vạch phát xạ của photon tương tự như hiệu ứng Zeeman.

Trong chuyến thăm Moskva của Stephen Hawkingnăm 1973, các nhà khoa học Liên Xô Zeldovich và Alexei Starobinsky đã chỉ ra với Hawking rằng, theo nguyên lý bất định cơ học lượng tử, các hố đen quay phải tạo ra và phát xạ các hạt.

Gia đình
Cùng với vợ là Varvara Pavlovna Konstantinova, Yakov Borisovich Zeldovich có một con trai và hai con gái, tất cả đều là nhà vật lý: con trai – Boris Zeldovich; các con gái – Olga Yakovlevna Zeldovich và Marina Yakovlevna Zeldovich.

Zeldovich cũng có một con gái tên Annushka với O.K. Shiryaeva.

Ông có thêm một con gái vào năm 1945, Alexandra Varkovitskaya, với nhà ngôn ngữ học và nhà nghiên cứu văn hóa dân gian Ludmila Varkovitskaya.

Zeldovich có thêm một con trai khác với Nina Nikolaevna Agapova vào năm 1958, tên là Leonid Yakovlevich Agapov; ông này qua đời năm 2016 ở tuổi 58.

Xuất bản sách

Sách

Giải thưởng

Igor Kurchatov gọi ông là một “thiên tài”, còn Andrei Sakharov mô tả ông là “một con người có những mối quan tâm khoa học phổ quát”. Sau lần gặp đầu tiên tại Moskva, Stephen W. Hawking đã viết cho Yakov Borisovich Zeldovich: “giờ đây tôi biết rằng ông là một con người thực sự chứ không phải là một nhóm các nhà khoa học như Bourbaki." Ông là thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học và Nghệ thuật Hoa Kỳ (1975), Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (1979) và Hội Triết học Hoa Kỳ (1979).

Huy chương Dirac (1985)
Huy chương Bruce (1983)
Huy chương Vàng của Hội Thiên văn Hoàng gia (1984).
Huy chương Kurchatov (1977)
Ba lần Anh hùng Lao động Xã hội Chủ nghĩa (1949, 1953, 1957)
Giải thưởng Stalin (1943, 1949, 1951, 1953)
Giải thương Lenin (1957)
Ba Huân chương Lenin (1949, 1962, 1974)
Hai Huân chương Cờ đỏ Lao động (1945,1964)
Huân chương Cách mạng Tháng Mười (1962)
Một tiểu hành tinh mang số hiệu 11438 Zeldovich được đặt theo tên ông vào năm 2001.

Tham khảo

Đọc thêm
 Overbye, D. Lonely Hearts of the Cosmos: The Scientific Quest for the Secret of the Universe. New York: HarperCollins, 1991.
 Annotated Bibliography for Yakov Borisovich Zel'dovich from the Alsos Digital Library for Nuclear Issues
 Yakov Borisovich Zel'dovich – page at the Moscow State University dedicated to Zeldovich
 Theory of combustion of unmixed gases – Zeldovich 1949, translated 1974

Liên kết ngoài
 

1914 births
1987 deaths
Scientists from Minsk
Foreign associates of the National Academy of Sciences
Foreign members of the Royal Society
Full Members of the USSR Academy of Sciences
Academic staff of Moscow State University
Nuclear weapons program of the Soviet Union people
Heroes of Socialist Labour
Recipients of the Stalin Prize
Recipients of the Lenin Prize
Recipients of the Bruce Medal
Recipients of the Gold Medal of the Royal Astronomical Society
Recipients of the Order of Lenin
Recipients of the Order of the Red Banner of Labour
Belarusian atheists
Belarusian secular Jews
Soviet astronomers
Belarusian astronomers
Soviet cosmologists
Fluid dynamicists
Jewish atheists
Particle physicists
Soviet inventors
Belarusian inventors
Jewish Soviet physicists
Members of the American Philosophical Society