Chương 8 Từ vật lý đến sinh học

Glenn Seaborg và Al Ghiorso đã đưa việc săn lùng các nguyên tố chưa biết lên một cấp độ mới tinh vi hơn. Nhưng không phải chỉ mình họ ghi dấu vào những vùng đất mới trên bảng tuần hoàn. Trên thực tế, khi tạp chí Time trao danh hiệu “Nhân vật của năm” cho 15 nhà khoa học Mỹ vào năm 1960, họ không chọn Seaborg hay Ghiorso để vinh danh, mà là “nghệ nhân nguyên tố” vĩ đại nhất của thời đại trước. Ông là người tìm ra nguyên tố khó nắm bắt nhất trên bảng tuần hoàn khi mà Seaborg còn đang học sau đại học: Emilio Segrè.

Để thể hiện sự tân tiến, người ta đã thiết kế bìa của cuốn tạp chí với một hạt nhân nguyên tử nhỏ màu đỏ bị “bao vây” bởi 15 tấm chân dung khô cứng và nghiêm trang giống như ảnh của các giáo viên đã từng khiến ta bật cười khúc khích khi lật xem cuốn kỷ yếu của trường. Đội hình này gồm các nhà di truyền học, thiên văn học, nghiên cứu ung thư, tiên phong về laser và còn có cả William Shockley. Nhà khoa học transistor kiêm ưu sinh học tương lai xấu tính này diễn giải về thuyết thượng đẳng chủng tộc của mình ngay trong số báo ấy. Dù giống như ảnh kỷ yếu, nhưng đó lại là những tên tuổi lừng lẫy mà Time bầu chọn nhằm phản ánh sự vượt trội của nền khoa học Mỹ. Tới năm 1940 (bốn thập kỷ đầu tiên của giải Nobel), giới khoa học Mỹ đã giành 15 giải. Trong hai thập kỷ sau đó, họ có được 42 giải.*

Ở tuổi 55, Segrè là một trong những “lão làng” của 15 nhà khoa học được vinh danh. Ông là người Do Thái nhập cư, và điều này phản ánh tầm quan trọng của cộng đồng tị nạn trong Thế Chiến II đối với sự thống trị khoa học bất ngờ của Mỹ. Ông xuất hiện ở phía trên bên trái của một nhà khoa học thậm chí còn lớn tuổi hơn nữa: Linus Pauling (59 tuổi) ở giữa hàng dưới cùng. Họ đã góp phần cải biến bảng tuần hoàn; đã trò chuyện, trao đổi thư từ về các mối quan tâm chung dù không phải bạn bè thân thiết. Segrè từng viết cho Pauling để xin lời khuyên về các thí nghiệm với đồng vị phóng xạ của beri. Pauling sau đó đã hỏi Segrè về tên dự kiến của nguyên tố thứ 87 (franci) mà Segrè là một trong những người góp công tìm ra, và muốn đề cập đến nó trong một bài viết về bảng tuần hoàn trong Encyclopaedia Britannica.

Họ có lẽ đã dễ dàng – và lẽ ra đã – trở thành đồng nghiệp. Năm 1922, Pauling còn là một sinh viên chuyên ngành hóa học mới tốt nghiệp nổi tiếng ở Oregon. Ông đã viết thư cho Gilbert Lewis (nhà hóa học lừng danh nhưng chưa từng đoạt giải Nobel được nhắc tới ở chương 1) ở Đại học California tại Berkeley để hỏi về khóa học sau đại học ở đó. Kỳ lạ thay, Lewis không buồn trả lời; vậy nên Pauling đã đăng ký vào Viện Công nghệ California (CalTech), nơi ông trở thành một sinh viên và giảng viên cho đến năm 1981. Mãi về sau trường Berkeley mới nhận ra họ đã làm thất lạc lá thư của Pauling. Nếu nhận được thư, chắc chắn Lewis đã nhận Pauling và sẽ “ràng buộc” Pauling với Berkeley suốt đời, đúng như chính sách giữ các sinh viên hàng đầu ở lại làm giảng viên của ông.

Nếu câu chuyện đi theo hướng này, Segrè hẳn đã gặp được Pauling ở đó. Năm 1938, Segrè từ châu Âu tới Mỹ tị nạn sau khi Benito Mussolini cúi đầu trước Hitler và sa thải tất cả giáo sư Do Thái ở Ý. Họa vô đơn chí, việc bổ nhiệm Segrè tại Berkeley cũng không kém phần hổ thẹn. Đúng vào lúc mất việc ở Ý, Segrè đang nghỉ phép để nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm bức xạ Berkeley, người anh em nổi tiếng của khoa hóa học. Đột nhiên lâm vào cảnh tiến thoái lưỡng nan là vô gia cư và không có thu nhập, Segrè đã phải năn nỉ người lãnh đạo của Phòng thí nghiệm bức xạ Berkeley để xin một công việc toàn thời gian. Người đó đáp ứng, nhưng tất nhiên là mức lương cho Segrè phải thấp hơn. Ông ta dự đoán đúng rằng Segrè không còn lựa chọn nào khác và ép ông phải chấp nhận cắt giảm hơn 60% lương (từ 300 đô la Mỹ xuống còn 116 đô la Mỹ một tháng). Segrè cúi đầu chấp nhận rồi gửi cho gia đình ở Ý, không biết phải lo cho họ như thế nào.

Bất chấp việc bị coi rẻ, chỉ sau vài thập kỷ, Segrè và Pauling (đặc biệt là Pauling) đã trở thành huyền thoại trong lĩnh vực của mình. Ngày nay, họ vẫn là hai trong số những nhà khoa học vĩ đại nhất mà hầu hết công chúng chưa từng nghe nói đến. Giữa họ có một mối liên kết lớn mà Time đã không đề cập đến: Pauling và Segrè sẽ mãi mãi bị gắn kết trong nỗi ô nhục vì đã phạm phải hai sai lầm lớn nhất trong lịch sử khoa học.

Thực ra, những sai lầm trong khoa học không phải lúc nào cũng dẫn đến kết quả tồi tệ. Cao su lưu hóa, teflon và penicillin đều ra đời từ những sai sót. Camillo Golgi phát hiện ra kỹ thuật nhuộm osimi giúp nhìn thấy các chi tiết của các neuron sau khi làm đổ nguyên tố đó lên mô não. Học giả và nhà hóa học sơ khai thế kỷ 16 Paracelsus cho rằng thủy ngân, muối và lưu huỳnh là những nguyên tử cơ bản của vũ trụ; và dù hoàn toàn sai lầm thì nó cũng đã kéo các nhà giả kim ra khỏi cuộc tìm kiếm vàng mù quáng để bắt đầu với hóa học thực sự. Sự vụng về ngẫu nhiên cũng như những nhận định sai lầm đã thúc đẩy khoa học tiến bộ trong suốt chiều dài lịch sử.

Nhưng sai lầm của Pauling và Segrè không nằm trong số đó. Chúng là những sai lầm cần phải giấu giếm. Phải nói đỡ rằng hai người đã tiến hành các dự án vô cùng phức tạp. Tuy lấy tính chất hóa học của các nguyên tử đơn lẻ làm cơ sở, nhưng các dự án này lại “nhảy cóc” sang việc giải thích tính chất của các hệ nguyên tử. Dĩ nhiên họ sẽ tránh được sai lầm nếu nghiên cứu cẩn thận hơn với chính bảng tuần hoàn mà mình đã góp phần làm sáng tỏ.

* * *

Nói về sai lầm thì không nguyên tố nào được phát hiện “lần đầu tiên” nhiều hơn là nguyên tố thứ 43. Nó là “quái vật Loch Ness” của bảng tuần hoàn.

Năm 1828, một nhà hóa học người Đức tuyên bố phát hiện ra nguyên tố mới “polini” và “plurani”, và cho rằng một trong hai là nguyên tố thứ 43. Cả hai hóa ra lại là iridi không tinh khiết. Năm 1846, một người Đức khác phát hiện ra “ilmeni” (thực ra là niobi). Một năm sau, một người khác phát hiện ra “pelopi” (vẫn là niobi). Các môn đồ của nguyên tố thứ 43 cuối cùng cũng nhận được tin tốt vào năm 1869, khi Mendeleev xây dựng bảng tuần hoàn của mình và để lại một ô trống trêu ngươi giữa nguyên tố 42 và 44. Dù có giá trị khoa học rất lớn nhưng công trình này của Mendeleev lại khuyến khích rất nhiều ý tưởng sai lầm, vì nó thuyết phục mọi người tìm kiếm thứ mà họ muốn thấy. Tám năm sau, một người Nga đồng hương với ông đã điền “davyi” vào ô thứ 43 trên bảng tuần hoàn, dù nó nặng hơn dự đoán tới 50% và sau đó được xác định là hỗn hợp của ba nguyên tố. Nguyên tố cuối cùng của thế kỷ 19 là “luci” (được phát hiện năm 1896) cũng bị loại bỏ vì đó là thực ra là ytri.

Thế kỷ 20 còn tàn khốc hơn nữa. Năm 1909, Masataka Ogawa phát hiện ra “nipponi” và đặt theo tên đất nước mình (“Nippon” nghĩa là “Nhật Bản” trong tiếng Nhật). Tất cả các nguyên tố 43 được phát hiện sai trước đó đều là mẫu nhiễm tạp chất hoặc nguyên tố vi lượng được phát hiện trước đó. Ogawa đã thực sự phát hiện ra một nguyên tố mới, dù nó không phải là nguyên tố mà ông tuyên bố. Vì vội vã muốn có được nguyên tố thứ 43 mà ông đã bỏ qua những ô trống khác trong bảng tuần hoàn, rồi phải muối mặt rút lại kết quả khi không có ai chứng thực được. Đến năm 2004, một người đồng hương kiểm tra lại dữ liệu của Ogawa và xác nhận ông đã phân lập được nguyên tố thứ 75: reni (reni chưa được phát hiện vào thời điểm mà Ogawa đưa ra tuyên bố của mình) mà không hề hay biết. Ogawa dưới suối vàng có biết hẳn sẽ mãn nguyện khi biết mình thực sự đã phát hiện ra một nguyên tố mới, hoặc sẽ còn đau khổ hơn về sai lầm của bản thân. Điều này tùy vào cách nhìn nhận của mỗi người, giống như câu chuyện về cốc nước đầy một nửa hay vơi một nửa vậy.

Nguyên tố thứ 75 được phát hiện chính thức vào năm 1925 bởi ba nhà hóa học người Đức là Otto Berg cùng cặp vợ chồng Walter và Ida Noddack. Họ đặt tên cho nguyên tố này là “reni” theo tên sông Rhine. Họ cũng đồng thời tuyên bố tìm ra nguyên tố thứ 43 và đặt tên là “masuri” theo tên một vùng đất của Phổ. Vì chính chủ nghĩa dân tộc của Đức đã hủy diệt châu Âu một thập kỷ trước đó, nên các nhà khoa học của những quốc gia khác không mấy hài lòng với những cái tên sặc mùi Đức và còn mang vẻ hiếu chiến này (sông Rhine và Masuria đều là nơi Đức đã chiến thắng trong Thế Chiến I). Các nước châu Âu khác đã cùng lên kế hoạch để hạ uy tín của Đức. Dữ liệu về nguyên tố reni khá chắc chắn, nên họ đã chuyển hướng tập trung mổ xẻ công trình kém rõ ràng hơn về “masuri”. Theo một số học giả hiện đại, có thể ba nhà khoa học người Đức này đã thực sự phát hiện ra nguyên tố thứ 43, nhưng bài báo của họ lại phạm phải những sai lầm cẩu thả (như phóng bút quá tay lượng “masuri” mà họ phân lập được hàng ngàn lần so với thực tế). Vốn sẵn nghi ngờ về việc tìm ra nguyên tố thứ 43 nên các nhà khoa học đã phủ nhận kết quả này.

Mãi đến năm 1937, hai nhà khoa học người Ý mới phân lập được nguyên tố này. Để làm như vậy, Emilio Segrè và Carlo Perrier đã tận dụng các nghiên cứu mới trong vật lý hạt nhân. Nguyên nhân khiến nguyên tố thứ 43 khó tìm là do hầu hết nguyên tử của nó trong vỏ Trái Đất đã phân rã thành molypden (nguyên tố thứ 42) từ hàng triệu năm trước. Do đó, thay vì sàng lọc hàng tấn quặng để có được vài microgram kiểu nghiệp dư như Berg và vợ chồng Noddack đã làm, hai người Ý này đã tận dụng phát minh của một người đồng nghiệp Mỹ (nguyên tố thứ 43 đã xuất hiện trong thiết bị này từ trước, nhưng chủ nhân của nó lúc đó lại không hề hay biết).

Vài năm trước đó, người Mỹ ấy – Ernest Lawrence (từng gọi tuyên bố của Berg và vợ chồng Noddack về nguyên tố thứ 43 là “ảo tưởng”) – đã phát minh ra máy gia tốc Cyclotron để sản xuất hàng loạt nguyên tố phóng xạ. Lawrence hứng thú với việc tạo ra đồng vị của các nguyên tố đã biết hơn là tạo ra nguyên tố mới. Khi tình cờ đến thăm phòng thí nghiệm của ông ở Mỹ năm 1937 và nghe nói Cyclotron sử dụng các bộ phận bằng molypden có thể thay thế – nguyên nhân khiến máy đếm Geiger của Lawrence kêu inh ỏi – Segrè ý nhị đề nghị được xem chúng và Lawrence vui vẻ đồng ý. Vài tuần sau, một số thanh molypden đã qua sử dụng được Lawrence cho vào phong bì gửi đến Ý đúng như yêu cầu của Segrè. Linh cảm của Segrè đã đúng: ông và Perrier tìm thấy dấu vết của nguyên tố thứ 43 trên những thanh này. Họ đã lấp đầy được ô trống khó chịu nhất trên bảng tuần hoàn.

Đương nhiên bộ ba nhà hóa học Đức không chịu từ bỏ tuyên bố của họ với nguyên tố “masuri”. Walter Noddack thậm chí còn tự mình đến văn phòng của Segrè tại Ý trong bộ quân phục “giả cầy” với các chữ thập ngoặc đầy hăm dọa để cãi nhau tay đôi với ông. Điều này không tạo được chút hảo cảm nào với Segrè thấp bé và thất thường, vốn cũng đang phải đối mặt với một áp lực khác. Giới chức Đại học Palermo (nơi Segrè làm việc) thúc ép ông đặt tên cho nguyên tố mới là “panormi” theo tên tiếng Latin của Palermo. Có lẽ vì muốn tránh sự tranh cãi về chủ nghĩa dân tộc như với “masuri”, Segrè và Perrier đã chọn cái tên “tecneti” – tiếng Hy Lạp nghĩa là “nhân tạo”. Đây là một cái tên rất phù hợp (dù không thú vị) vì tecneti là nguyên tố nhân tạo đầu tiên, nhưng nó lại không thể giúp Segrè trở nên nổi tiếng. Vào năm 1938, ông đã xin nghỉ phép để sang Mỹ nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm bức xạ Berkeley dưới quyền Lawrence.

Không có bằng chứng nào cho thấy Lawrence có ác cảm với Segrè vì những thanh molypden, nhưng chính ông là người đã ép Segrè phải chấp nhận cắt giảm lương vào cuối năm đó (đã được nói tới ở trên). Lawrence đã tiết lộ – mà không hề để tâm đến cảm xúc của nhà khoa học Ý – rằng ông vui thế nào khi tiết kiệm được 184 đô la Mỹ mỗi tháng để chi tiêu cho thiết bị (như cho Cyclotron quý giá của mình). Đây là bằng chứng cho thấy Lawrence mặc dù rất giỏi trong việc đảm bảo kinh phí và chỉ đạo nghiên cứu, nhưng lại không được lòng người. Mỗi khi Lawrence tuyển được một nhà khoa học lỗi lạc thì phong thái độc đoán của ông lại khiến một người khác phải ra đi. Ngay cả người ủng hộ ông là Glenn Seaborg cũng từng nói rằng phòng thí nghiệm phóng xạ nổi tiếng thế giới và khiến được nhiều người ganh tỵ của Lawrence đáng lẽ phải phát hiện ra nguyên tố phóng xạ nhân tạo và phản ứng phân hạch hạt nhân (những khám phá khoa học quan trọng nhất thời bấy giờ) chứ không phải những người châu Âu. Seaborg tiếc nuối cho rằng để lỡ cả hai thành tựu trên là “một thất bại đầy tai tiếng”.

Tuy nhiên, Segrè hẳn sẽ đồng cảm với Lawrence về vấn đề này. Segrè từng là trợ lý hàng đầu của nhà vật lý huyền thoại người Ý Enrico Fermi vào năm 1934 khi Fermi tuyên bố rằng mình đã phát hiện ra nguyên tố thứ 93 và các nguyên tố siêu urani khác (nhận định này sau đó hóa ra là sai) khi bắn phá urani bằng neutron. Fermi từ lâu đã nổi tiếng là người có trực giác khoa học nhạy bén nhất, nhưng lần này nó đã đánh lừa ông. Trên thực tế, khám phá mà Fermi bỏ lỡ còn lớn hơn nhiều so với các nguyên tố siêu urani: ông đã tạo ra phản ứng phân hạch urani trước bất kỳ ai nhưng lại không nhận ra điều đó. Khi hai nhà khoa học Đức bác bỏ các kết quả của Fermi vào năm 1939, toàn bộ phòng thí nghiệm của ông đều choáng váng (vì chính phát hiện này mang lại cho ông giải Nobel Vật lý năm 1938). Segrè vô cùng thất vọng vì chính nhóm của ông đã chịu trách nhiệm phân tích và xác định các nguyên tố mới. Tồi tệ hơn nữa, ông (cùng những người khác) chợt nhớ lại đã từng đọc một bài báo về tính khả thi của phản ứng phân hạch vào năm 1934 và bác bỏ nó như một điều vớ vẩn và vô căn cứ. Đó là bài báo của Ida Noddack – người may mắn nhất trong những người may mắn. *

Segrè – sau này trở thành một sử gia khoa học nổi tiếng (và cũng vô tình trở thành người săn lùng nấm hoang dã nổi tiếng) – viết về sai lầm này trong hai cuốn sách hết sức ngắn gọn như sau: “Phản ứng phân hạch... đã chạy thoát khỏi chúng tôi, dù Ida Noddack đã rất cố gắng khiến chúng tôi chú ý đến nó khi gửi tới một bài báo rất tường tận về tính khả thi của phản ứng phân hạch... Thật khó hiểu cho sự mù quáng của chúng tôi.” * (Ông cũng có thể chỉ ra sự tình cờ: hai người tiến gần phản ứng phân hạch nhất là Noddack và Irène Joliot-Curie – con gái Marie Curie – cùng người thực sự đã khám phá ra nó, Lise Meitner, đều là phụ nữ.)

Thật không may, bản thân Segrè cũng đã học được bài học về sự vắng mặt của các nguyên tố siêu urani theo đúng nghĩa đen và ông sớm thất bại trong vụ bê bối của riêng mình. Khoảng năm 1940, các nhà khoa học cho rằng các nguyên tố ngay trước và sau urani là kim loại chuyển tiếp. Theo tính toán, nguyên tố thứ 90 sẽ nằm ở cột thứ tư và nguyên tố thứ 93 (nguyên tố đầu tiên không xuất hiện trong tự nhiên) sẽ ở cột thứ bảy, bên dưới tecneti. Nhưng đúng như bảng tuần hoàn hiện đại cho thấy, các nguyên tố nằm gần urani không phải là kim loại chuyển tiếp; mà chúng nằm dưới nguyên tố đất hiếm ở dưới phần chính của bảng tuần hoàn, tính chất hóa học cũng giống nguyên tố đất hiếm chứ không giống tecneti. Lý do cho sự mù mờ của các nhà hóa học hồi đó đã rõ. Bất chấp sự sùng kính dành cho bảng tuần hoàn, họ đã không thực sự nghiêm túc khi cân nhắc về tính tuần hoàn của các nguyên tố. Với họ, nguyên tố đất hiếm là những ngoại lệ kỳ lạ (với tính chất hóa học cũng kỳ lạ không kém) sẽ không bao giờ lặp lại. Nhưng nó đã thực sự lặp lại: urani và những nguyên tố cùng hàng cũng giấu electron ở lớp f tương tự như đất hiếm. Do đó, chúng phải nhảy khỏi bảng tuần hoàn tại cùng một điểm và hoạt động hóa học giống các nguyên tố đất hiếm 1 . Vấn đề hết sức đơn giản, ít nhất là khi nhìn lại từ góc nhìn hiện nay. Một năm sau khi phát hiện kinh thiên động địa về phản ứng phân hạch được biết đến, một đồng nghiệp của Segrè quyết định thử lại để tìm nguyên tố thứ 93 nên đã bắn phá một số mẫu urani trong Cyclotron. Tin rằng nguyên tố mới này sẽ hoạt động hóa học giống như tecneti (vì những lý do đã nêu ra ở trên), ông đã nhờ Segrè giúp (vì Segrè đã phát hiện ra tecneti và hiểu rõ tính chất hóa học của nó hơn bất kỳ ai). Vốn là một “thợ săn nguyên tố” nhiệt thành, Segrè đã tiến hành thí nghiệm với các mẫu. Giống như người sếp Fermi nhanh nhạy, ông tuyên bố rằng các nguyên tố này hoạt động hóa học như nguyên tố đất hiếm, chứ không phải là những nguyên tố nặng hơn và gần gũi với tecneti về mặt hóa học. Segrè tuyên bố: Lại thêm sự phân hạch hạt nhân buồn tẻ, và viết vội một bài báo với tiêu đề ngán ngẩm “Đi tìm nguyên tố siêu urani bất thành”.

1 . Nguyên tố đất hiếm gồm họ lantan cùng scandi và ytri. Các nguyên tố trước và sau urani thuộc họ actini. Trừ scandi và ytri, hai họ này đều nằm dưới đáy bảng tuần hoàn. (BTV)

Segrè bỏ cuộc nhưng người đồng nghiệp Edwin McMillan thì không. Mọi nguyên tố đều có đặc tính phóng xạ độc nhất vô nhị, và “các nguyên tố đất hiếm” của Segrè lúc đó khác với các nguyên tố đất hiếm đã được phát hiện: điều này không hợp lý chút nào. Sau khi suy luận cẩn thận, McMillan nhận thấy rằng các mẫu này hoạt động giống đất hiếm vì chúng là họ hàng của đất hiếm và cũng tách khỏi phần chính của bảng tuần hoàn tương tự như các nguyên tố đất hiếm. Ông cùng một đồng nghiệp khác làm lại các quá trình bắn phá urani và phản ứng hóa học mà không có sự tham gia của Segrè, và họ lập tức phát hiện nguyên tố siêu urani bị bỏ quên đầu tiên: neptuni. Quả là trớ trêu. Dưới thời Fermi, Segrè đã nhầm các sản phẩm của phản ứng phân hạch hạt nhân là nguyên tố siêu urani. Lần này thì hoàn toàn ngược lại: ông đã nhầm neptuni – một nguyên tố siêu urani – với sản phẩm của phản ứng phân hạch. Glenn Seaborg nhớ lại “Segrè lần nữa không nhận ra rằng sự thận trọng là rất cần thiết khi tiến hành các thí nghiệm hóa học, điều mà đáng lẽ ông phải học được sau sai lầm lần trước.”

Ở cương vị nhà khoa học, chắc chắn Segrè không thể tha thứ cho sai lầm của bản thân; nhưng với tư cách một sử gia khoa học thì Segrè hẳn sẽ đánh giá cao những gì xảy ra sau đó. McMillan giành giải Nobel Hóa học năm 1951 cho công trình này. Nhưng Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển đã trót trao giải cho Fermi vì khám phá ra các nguyên tố siêu urani trước đó. Bướng bỉnh không muốn thừa nhận sai lầm, nên họ đã trao giải cho McMillan vì nghiên cứu về “ tính chất hóa học của các nguyên tố siêu urani” (đặc biệt nhấn mạnh phần in nghiêng). Nhưng vì các thí nghiệm hóa học cẩn trọng và không lầm lẫn đã giúp McMillan tìm ra sự thật nên đây không hẳn là một sự xem thường.

Nhưng nếu nói về mức độ tự phụ thì Segrè vẫn chẳng là gì so với thiên tài sống ở cuối đường I-5, miền nam California: Linus Pauling.

Sau khi lấy được bằng tiến sĩ năm 1925, Pauling nhận học bổng 18 tháng ở Đức – trung tâm khoa học của thế giới thời bấy giờ. (Lúc đó ngôn ngữ phổ biến trong khoa học là tiếng Đức, cũng giống như tiếng Anh ngày nay.) Những gì Pauling học về cơ học lượng tử tại châu Âu nhanh chóng giúp nền hóa học Mỹ vượt qua Đức và đưa cả bản thân ông lên trang bìa của tạp chí Time .

Nói ngắn gọn thì Pauling đã tìm ra cách cơ học lượng tử chi phối các liên kết hóa học giữa những nguyên tử: cường độ liên kết, chiều dài liên kết, góc liên kết, gần như là mọi thứ. Ông là Leonardo Da Vinci của hóa học. Cũng giống như cách Leonardo có được cái nhìn chi tiết về mặt giải phẫu của một người ngay từ lần vẽ đầu tiên, Pauling là người đầu tiên “giải phẫu” hóa học thành công. Nền tảng của hóa học là nghiên cứu cách thức hình thành và phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử, nên phát hiện của Pauling đã hiện đại hóa lĩnh vực buồn ngủ này. Ông hoàn toàn xứng đáng với lời ngợi ca bay bổng nhất trong lịch sử khoa học của một người đồng nghiệp, rằng Pauling đã chứng minh được “hóa học thật sự có thể hiểu được chứ không chỉ đơn thuần là học thuộc lòng” (đặc biệt nhấn mạnh phần in nghiêng).

Sau thắng lợi đó, Pauling tiếp tục mày mò hóa học cơ bản. Ông sớm tìm ra lý do tại sao những bông tuyết có sáu cạnh: là do cấu trúc hình lục giác của băng. Pauling cũng rất nóng lòng muốn vượt khỏi ngành hóa lý đơn thuần. Một trong những dự án của ông đã xác định được nguyên nhân gây tử vong của bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm: do huyết sắc tố mang hình dạng bất thường trong tế bào hồng cầu không thể giữ được oxy. Công trình về huyết sắc tố này là nghiên cứu đầu tiên tìm ra mối liên kết giữa bệnh và một phân tử bất thường*, nhờ đó thay đổi tư duy y học của các bác sĩ. Năm 1948, khi đang nằm bẹp vì bệnh cúm, Pauling đã quyết định cách mạng hóa ngành sinh học phân tử bằng cách chỉ ra cách thức protein có thể hình thành các phân tử hình trụ dài là chuỗi xoắn alpha. Chức năng protein phụ thuộc rất lớn vào hình dạng của nó, và Pauling là người đầu tiên tìm hiểu các phần riêng lẻ trong protein “quyết định” hình dạng phù hợp của chúng ra sao.

Trong tất cả những nghiên cứu ấy, mối quan tâm thực sự của Pauling (bên cạnh những lợi ích rõ ràng cho y học) là các tính chất mới xuất hiện khi các nguyên tử bé nhỏ vô tri tự tổ hợp thành cấu trúc lớn hơn (điều này gần như là một phép màu). Điều thú vị là bộ phận thường không tiết lộ tổng thể. Nếu không thấy tận mắt, bạn khó mà tin được phân tử thiết yếu như amino axit lại cấu thành từ các nguyên tử cacbon, oxy và nitơ đơn lẻ; lại càng không thể tin các amino axit có thể tự “gấp” thành mọi protein trong một sinh vật sống. Công trình nghiên cứu về “hệ sinh thái nguyên tử” này là một bước tiến đột phá, thậm chí còn vĩ đại hơn việc tạo ra các nguyên tố mới. Nhưng bước tiến này cũng dẫn đến nhiều cách giải thích sai lầm. Thành công dễ dàng của Pauling với các chuỗi xoắn alpha cũng là một điều khá trớ trêu. Nếu không mắc sai lầm ngớ ngẩn với một phân tử xoắn khác – ADN – ông hẳn đã được coi là một trong năm nhà khoa học vĩ đại nhất từ trước đến nay.

Trước năm 1952, Pauling và hầu hết giới khoa học không quan tâm đến ADN, dù nhà sinh học Thụy Sĩ Friedrich Miescher đã phát hiện ra nó từ năm 1869. Miescher làm điều đó bằng cách đổ rượu và dịch dạ dày lợn lên băng gạc dính mủ (mà các nhà thương địa phương rất sẵn lòng cung cấp) cho đến khi chỉ còn lại một cụm chất dính màu xám. Sau khi kiểm tra, Miescher lập tức tự tuyên bố rằng axit deoxyribonucleic (hay ADN) rồi sẽ chứng minh tầm quan trọng của nó trong sinh học. Không may là phép phân tích hóa học cho thấy nó có hàm lượng photpho cao. Vào thời điểm đó, protein được coi là thứ duy nhất thú vị của hóa sinh; và vì protein không chứa photpho nên ADN chỉ được coi là một phân tử thừa thãi.*

Chỉ một thí nghiệm bước ngoặt trên virus năm 1952 mới đập tan định kiến đó. Virus chiếm quyền điều khiển tế bào bằng cách ký sinh rồi tiêm thông tin di truyền giả mạo. Nhưng không ai biết thông tin giả ấy nằm trên ADN hay protein. Vì vậy, hai nhà di truyền học đã dùng các chất đánh dấu phóng xạ để đánh dấu cả photpho trong ADN giàu photpho và lưu huỳnh trong protein giàu lưu huỳnh. Khi kiểm tra một số tế bào bị virus tấn công, họ phát hiện chúng chứa photpho phóng xạ và không có lưu huỳnh. Vật mang thông tin di truyền không thể là protein mà chính là ADN.*

Nhưng ADN là gì? Các nhà khoa học biết rất ít về nó. Nó có dạng mạch dài và mỗi mạch có một “xương sống” đường-photphat, và cả axit nucleic nhô ra như các u. Nhưng hình dạng các mạch và cách chúng liên kết với nhau vẫn còn là bí ẩn. Như Pauling đã chỉ ra với huyết sắc tố và chuỗi xoắn alpha, hình dạng liên quan mật thiết đến cách hoạt động của các phân tử. Chẳng mấy chốc, hình dạng ADN đã trở thành câu hỏi hóc búa của sinh học phân tử.

Và như nhiều nhà khoa học khác, Pauling cho rằng chỉ có mình mới đủ thông minh để trả lời câu hỏi này. Điều này không phải là kiêu ngạo, mà chỉ đơn giản là vì ông chưa từng thất bại (ít nhất là cho tới lúc đó). Năm 1952, Pauling đã tìm cách “giải mã” ADN chỉ với bút chì, thước loga và những dữ liệu cũ kỹ tại phòng làm việc của mình ở California. Kết luận đầu tiên mà ông đưa ra là: các axit nucleic cồng kềnh nằm ở bên ngoài mỗi mạch (điều này là sai). Nếu không phải vậy thì ông không tài nào hiểu được phân tử khớp với nhau ra sao. Vì thế nên ông đã xoay khung đường-photphat hướng về phía lõi phân tử. Pauling cũng lập luận rằng ADN là chuỗi xoắn ba, vì những dữ liệu sai lệch mà ông phân tích được lấy từ ADN đã khô – có cách cuộn khác với ADN còn ướt. Chúng khiến phân tử ADN dường như xoắn hơn và do ba mạch cuộn lại mà thành. Điều này dường như là đúng, ít nhất là trên giấy.

Mọi thứ cứ êm đềm như thế cho đến khi Pauling yêu cầu một học viên cao học kiểm tra tính toán của mình. Cậu học viên này đã kiểm tra và vì cho rằng tính toán của Pauling là đúng còn mình sai, nên anh đã tự mua dây buộc mình khi cố gắng tìm ra lỗi sai của chính bản thân. Tuy nhiên, vào phút chót, anh cuối cùng cũng chỉ ra được rằng có vẻ các phân tử photphat không khớp vì một lý do hết sức cơ bản. Dù các tiết hóa học luôn luôn nhấn mạnh rằng nguyên tử và phân tử trung hòa về điện, nhưng các nhà hóa học lại không nghĩ về nguyên tố như vậy. Trong tự nhiên (đặc biệt là sinh học), nguyên tử của nhiều nguyên tố chỉ tồn tại dưới dạng ion tích điện. Thật vậy, theo các định luật mà chính Pauling đã góp phần đưa ra, nguyên tử photpho tồn tại trong ADN dưới dạng các nhóm photphat tích điện âm và luôn đẩy nhau. Ông không thể gói ba nhóm photphat vào lõi ADN mà không làm vỡ tung thứ chết tiệt đó.

Học viên nọ đã giải thích điều này, và chính Pauling đã lịch sự lờ đi một cách “rất Pauling”. Không rõ vì sao Pauling lại nhờ người kiểm tra các tính toán của bản thân nếu không muốn lắng nghe ý kiến từ người đó về công trình của mình, nhưng lý do ông phớt lờ cậu học viên thì rất rõ ràng. Ông muốn có được sự độc tôn trong khoa học, muốn mọi ý tưởng khác về ADN đều được coi là sự sao chép ý tưởng của mình. Vì vậy, trái ngược với sự tỉ mỉ thông thường, Pauling cho rằng các chi tiết của phân tử ADN sẽ tự ăn khớp với nhau và vội vã công bố mô hình ADN gồm ba chuỗi xoắn của mình vào đầu năm 1953.

Trong khi đó, bên kia Đại Tây Dương, hai học viên sau đại học tại Đại học Cambridge đã nghiên cứu kỹ lưỡng bài báo của Pauling. Peter (con trai Linus Pauling) làm cùng phòng thí nghiệm với James Watson, Francis Crick* và đã lịch sự cung cấp bài báo cho họ. Các học viên vô danh này khao khát tạo dựng sự nghiệp bằng cách giải quyết bài toán về ADN. Và bài báo của Pauling khiến họ điếng người: họ từng xây dựng một mô hình tương tự một năm trước đó, và xấu hổ gạt đi khi một đồng nghiệp chỉ ra rằng ý tưởng về chuỗi xoắn ba thật vớ vẩn.

Trong lúc bị khiển trách nặng nề, họ đã được người đồng nghiệp Rosalind Franklin tiết lộ cho một bí mật. Franklin chuyên về tinh thể học tia X – kỹ thuật cho biết hình dạng của phân tử. Đầu năm đó, bà đã kiểm tra ADN còn ướt từ tinh trùng mực và tính toán rằng ADN gồm hai mạch. Khi còn học ở Đức, Pauling cũng nghiên cứu về tinh thể học, và hẳn ông sẽ giải được bài toán ADN ngay lập tức nếu có dữ liệu tốt như của Franklin. (Chính dữ liệu ADN đã khô của ông cũng được phân tích bằng tinh thể học tia X.) Là một người không biết kiêng dè, Pauling đã bị những người theo chủ nghĩa McCarthy của Bộ Ngoại giao Mỹ thu hồi hộ chiếu và không thể tới Anh năm 1952 để dự một hội nghị quan trọng, nơi ông hẳn sẽ được nghe về Franklin và kết quả nghiên cứu của bà. Và không như Franklin, Watson và Crick không bao giờ chia sẻ dữ liệu với đối thủ. Họ đã dẹp bỏ sĩ diện để lợi dụng Franklin và tiến hành nghiên cứu dựa trên những ý tưởng của bà. Không lâu sau, Watson và Crick đã thấy tất cả các lỗi trước đó của họ tái hiện trong bài báo của Pauling.

Rũ bỏ hết nghi ngờ, họ vội vàng đến gặp cố vấn William Bragg của mình. Bragg giành được giải Nobel từ nhiều thập kỷ trước nhưng gần đây đã trở nên bất đắc chí khi để tuột mất những khám phá quan trọng (như hình dạng chuỗi xoắn alpha) về tay Pauling – đối thủ “hiếu chiến và háo danh” (như một sử gia ghi lại). Bragg đã cấm Watson và Crick nghiên cứu ADN sau kết quả chuỗi xoắn ba đáng xấu hổ của họ. Nhưng khi họ chỉ ra những sai lầm của Pauling và thừa nhận đã tiếp tục làm việc trong bí mật, Bragg đã yêu cầu họ quay lại với nghiên cứu về ADN vì ông cho rằng đây là cơ hội để đánh bại Pauling.

Đầu tiên, Crick tung hỏa mù cho Pauling bằng cách viết một lá thư để hỏi về nguyên nhân tại sao lõi photphat còn nguyên vẹn, vì chính các lý thuyết của Pauling nói rằng điều đó là không thể. Điều này khiến Pauling phân tâm và lao đầu vào các tính toán vô bổ. Ngay cả khi Peter Pauling cảnh báo ông rằng hai sinh viên này cũng nghiên cứu về ADN, Linus Pauling vẫn khăng khăng rằng mô hình ADN ba mạch của mình là chính xác, và rằng mình đã sắp thành công. Biết rằng Pauling chỉ cố chấp chứ không ngốc và sẽ sớm nhận ra sai lầm của mình, Watson và Crick lùng sục mọi ý tưởng. Họ chưa từng tự làm thí nghiệm mà chỉ giỏi diễn giải dữ liệu của người khác. Năm 1953, cuối cùng họ cũng có được manh mối còn thiếu từ một nhà khoa học khác.

Người đó nói với họ rằng bốn nucleotit trong ADN (A, T, G, C) luôn có tỷ lệ giống nhau theo từng cặp. Nếu một mẫu ADN có 36% A thì nó cũng sẽ có 36% T. Luôn luôn là vậy. C và G cũng tương tự. Từ đó, Watson và Crick nhận ra rằng: trong ADN, A phải liên kết với T và C phải liên kết với G. (Trớ trêu thay, nhà khoa học đó cũng nói với Pauling điều tương tự từ nhiều năm trước trên một chiếc du thuyền. Nhưng do bực bội vì kỳ nghỉ bị người đồng nghiệp ồn ào này làm gián đoạn, Pauling đã bỏ ngoài tai.) Một phép màu kỳ diệu nữa là hai cặp nucleotit đó lại ghép vào nhau vừa như in, hệt như những mảnh ghép của bộ xếp hình. Điều này giải thích tại sao các mạch đơn của ADN liên kết với nhau rất chặt chẽ, lý do chính khiến ý tưởng chuyển nhóm photphat vào trong của Pauling không đúng. Trong khi Pauling đang vật lộn với mô hình của mình, Watson và Crick đã xoay mô hình từ trong ra ngoài, nên các ion PO 4 3- sẽ không chạm vào nhau. Điều này mang lại cho họ một cấu trúc giống như thang xoắn, chính là chuỗi xoắn kép lừng danh. Mọi thứ đều được kiểm tra rất chính xác; và trước khi Pauling kịp nhận ra*, họ đã công bố mô hình này trên tạp chí Nature số ra ngày 25 tháng 4 năm 1953.

Đây như một gáo nước lạnh tạt thẳng vào mô hình ADN ba chuỗi xoắn và photphat ngược. Vậy Pauling đã phản ứng ra sao? Và cả thái độ của ông trước thành công vĩ đại trong lĩnh vực sinh học của đối thủ là phòng thí nghiệm Bragg? Bằng sự cao thượng đáng ngưỡng mộ mà tất cả chúng ta đều hy vọng mình sẽ có khi ở hoàn cảnh tương tự. Pauling thừa nhận sai lầm cùng thất bại của mình, và còn ủng hộ Watson và Crick bằng cách mời họ tham dự một hội nghị do ông tổ chức vào cuối năm 1953. Việc ủng hộ chuỗi xoắn kép đã nhanh chóng chứng minh sự cao thượng của Pauling.

Từ năm 1953 trở đi, mọi việc tốt đẹp hơn nhiều cho cả Pauling và Segrè. Năm 1955, Segrè và Owen Chamberlain (một nhà khoa học khác của Berkeley) đã phát hiện ra phản proton – phản hạt của proton thông thường. Chúng có điện tích âm, có thể đi ngược thời gian và đáng sợ nhất là tiêu diệt mọi vật chất “chuẩn” (như bạn hoặc tôi) khi tiếp xúc. Sau khi sự tồn tại của phản vật chất được dự đoán vào năm 1928, chỉ có duy nhất phản electron (positron) là được phát hiện nhanh chóng và dễ dàng vào năm 1932. Nhưng phản proton thì không dễ như vậy, nó là “nguyên tố tecneti” mãi lảng tránh của giới vật lý hạt. Segrè vẫn miệt mài theo dấu nó sau nhiều năm thất bại. Sự kiên định đó đã được tưởng thưởng xứng đáng khi ông giành giải Nobel Vật lý bốn năm sau đó*, và chẳng còn ai nhớ tới những sai lầm của ông nữa. Thật thú vị, Segrè đã mượn bộ vest trắng của Edwin McMillan để mặc trong buổi lễ nhận giải.

Sau thất bại với ADN, Pauling đã nhận được một giải “khuyến khích”: giải Nobel Hóa học có phần muộn màng năm 1954. Pauling tiếp tục mở đường cho các lĩnh vực mới, đúng như phong cách từ trước tới nay. Phát bực vì bệnh cảm lạnh mãn tính của bản thân, Pauling đã tự mình thử nghiệm phương pháp uống vitamin liều cao. Không ai rõ vì sao nhưng cách này dường như hữu hiệu với ông, và ông hào hứng nói với người khác. Sự bảo chứng của Pauling – một người giành giải Nobel – đã tạo đà cho cơn sốt chất bổ sung dinh dưỡng vẫn còn mạnh mẽ cho đến ngày nay, gồm cả quan niệm mơ hồ về khoa học rằng vitamin C có thể chữa cảm lạnh. (Xin cáo lỗi với những ai ủng hộ ý tưởng này.) Ngoài ra, Pauling còn từ chối làm việc cho Dự án Manhattan và trở thành nhà hoạt động phản đối vũ khí hạt nhân hàng đầu thế giới. Ông tham gia các cuộc biểu tình và chấp bút những tựa sách như No More War! (Hãy chấm dứt chiến tranh!) Ông thậm chí còn giành được giải Nobel thứ hai (ngoài dự kiến) vào năm 1962 – Nobel Hòa bình – và trở thành người duy nhất giành trọn hai giải Nobel mà không phải chia sẻ với ai. Tuy nhiên, ông đã chia sẻ sân khấu ở Stockholm năm đó với hai người đoạt giải Nobel Y-Sinh: James Watson và Francis Crick.