Vai trò của khoa học cơ bản?
        
Cập nhật ngày: (20/05/2011)

Tia Sáng - Hơn 200 năm trước, vào đầu năm 1782, nhà vật lý và triết học người Đức-Christof Lichtenberg đã viết trong nhật kí của mình:
“Việc tìm ra một phương thuốc công hiệu tức thời cho những cơn đau răng có thể có giá trị chẳng kém, thậm chí còn nhiều hơn so với việc tìm ra một hành tinh mới…nhưng tôi không thể tìm thấy cách nào để bắt đầu nhật ký năm nay tốt hơn là tin tức về một hành tinh mới.”
Hành tinh được đề cập ở đây chính là Sao Thiên Vương, phát hiện ra vào năm 1781. Vấn đề mà Lichtenberg ngụ ý là sự so sánh tương quan về mức độ quan trọng giữa việc tìm kiếm các giải pháp kĩ thuật cho các vấn đề cụ thể so với việc tìm tòi kiến thức cơ bản mới. Ngày nay, nhu cầu đặt ra và xem xét vấn đề ấy thậm chí còn cấp thiết hơn cả 200 năm về trước.


1. Nghiên cứu cơ bản đối lập với nghiên cứu ứng dụng
Trong công nghiệp, thuật ngữ “nghiên cứu” thường dùng để chỉ những cải tiến với kĩ thuật đang tồn tại, tuy nhiên việc này với các nhà khoa học hàn lâm đơn thuần chỉ được coi là sự phát triển mới. Khác biệt trong quan niệm về thuật ngữ “nghiên cứu” có thể dẫn đến nhiều hiểu lầm. Trong bài này tôi dùng từ đó theo cách hiểu của các nhà khoa học hàn lâm.
Hiểu lầm cũng xuất phát từ những giả thuyết thường gặp có tính thúc đẩy cho lợi ích mà nghiên cứu cơ bản mang lại dựa theo “mô hình tuyến tính”, trong đó nghiên cứu cơ bản kéo theo nghiên cứu ứng dụng, để rồi giúp công nghiệp phát triển và cuối cùng là sản phẩm mới. Tiến trình này đã xảy ra trong nhiều trường hợp, nhưng cũng có thể dễ dàng tìm được các trường hợp, trong đó sự tiến bộ của công nghệ lại là cái dẫn đến những tiến bộ trong nghiên cứu cơ bản, như là George Porter (nhận giải thưởng Nobel Hóa học) – người đã chỉ ra rằng “nhiệt động lực học mắc nợ động cơ hơi nước hơn cả động cơ hơi nước mắc nợ khoa học.”

 

 

C.H. Llewellyn Smith

Đáng tiếc là, những trường hợp như vậy khiến một số người ủng hộ một mô hình phản tuyến tính. Ví dụ như Terence Kealey vừa mới viết một cuốn sách1 biện luận rằng sự phát triển kinh tế không chịu ảnh hưởng bất cứ thứ gì từ nghiên cứu cơ bản - và vì vậy nên không cần phải nhận được sự hỗ trợ từ Chính phủ. Ông ta chỉ ra một cách xác thực rằng sự phát triển của năng lượng hơi nước, kĩ thuật luyện kim và nhà máy dệt, các yếu tố nền tảng thúc đẩy sự khởi đầu cuộc cách mạng công nghiệp ở Anh, đều là kết quả của tri thức khoa học và các nguyên tắc cơ khí từ thời trước thế kỷ 17, và chẳng hề chịu ảnh hưởng từ bất kì điều gì đến cuộc cách mạng khoa học thế kỉ 17 (cơ học Newton, tích phân, v.v ). Điều này đúng nhưng nó không đúng với nhiều bước phát triển của công nghiệp sau này, mà tôi hi vọng là những ví dụ tôi đưa ra sau đây sẽ chứng minh được.
Vậy nên, mối liên hệ giữa khoa học và công nghệ không phải là tuyến tính mà cũng không phải là phản tuyến tính, mà thực tế là rất phi tuyến tính, và người ta đã từng khẳng định rằng2: “nghiên cứu lịch sử những mô hình thành công đã nhiều lần chỉ ra mật độ các tác động tương hỗ giữa các ngành khoa học cơ bản (vốn ban đầu không liên quan tới nhau), công nghệ, và sản phẩm, tấp nập tới mức không thể tách rời và phân biệt, chúng là tất cả các thành phần đan quện chặt chẽ trong cùng một thực thể”. Tuy vậy có thể khẳng định một sự phân biệt trên diện rộng giữa khoa học (tri thức) và công nghệ (cái được ứng dụng từ tri thức) và giữa các hình thức khác nhau của khoa học.
Tôi không thích thuật ngữ khoa học cơ bản và khoa học ứng dụng: xét cho cùng ai có thể nói trước cái gì là sẽ ứng dụng được? Tuy nhiên, những thuật ngữ này có thể hữu dụng nếu chúng được định nghĩa dựa trên động cơ thúc đẩy:
   Khoa học cơ bản – được thúc đẩy bằng sự ham hiểu biết.
   Khoa học ứng dụng – dành để trả lời cho những câu hỏi cụ thể.
Từ định nghĩa này, về sau tôi sẽ biện luận rằng Chính phủ có một trách nhiệm đặc biệt để hỗ trợ cho nghiên cứu cơ bản, trong khi việc đầu tư nghiên cứu ứng dụng nhìn chung có thể nhường lại cho các doanh nghiệp.
Tất nhiên, sự phân biệt đó luôn luôn không rõ ràng và thuật ngữ “nghiên cứu chiến lược” thỉnh thoảng được sử dụng để nói về khoa học như một phạm trù trung gian – cái tạo ra cơ hội cao trong việc tạo ra ứng dụng, cho dù có thể nó được thực hiện thuần túy chỉ để thỏa mãn sự tò mò và qua đó dẫn đến những hiểu biết nền tảng mới. Việc nghiên cứu những đặc tính của chất bán dẫn hai chiều là một ví dụ.   

2. Lợi ích của khoa học cơ bản
Có thể phân biệt ra bốn nhóm lợi ích, được đề cập lần lượt như sau:
Những đóng góp cho văn hóa.
Tiềm năng tạo ra những phát hiện có giá trị kinh tế to lớn và quan trọng trong đời sống thực tiễn.
Những phát hiện ngoài dự kiến (spin-offs) và tác động kích thích nền công nghiệp.
Giáo dục.
2.1. Những đóng góp cho văn hóa.
Bob Wilson (giám đốc đầu tiên của Fermilab, một phòng thí nghiệm lớn gần Chicago dành cho vật lý hạt/máy gia tốc) khi được một Ủy ban Quốc hội hỏi rằng “Phòng thí nghiệm của anh sẽ đóng góp gì để bảo vệ nước Mỹ?”. Câu trả lời là: “Không gì cả, nhưng nó sẽ làm cho nước Mỹ đáng được bảo vệ”. Tuy nhiên, nhìn chung các nhà khoa học thường e ngại trong những cuộc tranh luận về sự đóng góp của họ đối với văn hóa, xã hội. Hiện tượng này thực ra có từ rất cổ xưa như trong đoạn đối thoại dưới đây trong cuốn Cộng hòa của Plato:
Socrates: Chúng ta có nên coi thiên văn học là một chủ đề đáng nghiên cứu?
Glaucon: Tôi cho là nên, hiểu biết về mùa màng, về tháng và năm, sẽ hữu ích cho mục đích quân sự, cũng như trong nông nghiệp và hàng hải.
Socrates: Tôi thấy thú vị khi thấy ông e ngại như thế nào, vì sợ rằng mọi người sẽ kết tội ông đã đề nghị nghiên cứu những thứ không có ích lợi gì.
Tôi cho rằng các nhà khoa học phải đưa ra các luận điểm có sức thuyết phục về sự đóng góp của khoa học trong thúc đẩy văn hóa. Cụ thể như những kiến thức về hệ Mặt trời, mã di truyền, Mặt trời làm việc như thế nào, tại sao bầu trời lại có màu xanh và sự mở rộng của Vũ trụ làm cách nhìn của chúng ta thay đổi, cuộc sống của chúng ta phong phú lên. Chúng ta cần làm cho mọi người thấy việc phổ cập hóa vật lý hạt cơ bản là có ích không chỉ về kinh tế mà còn về văn hóa, từ đó thuyết phục mọi người rằng nên tiếp tục khám phá biên giới này của tri thức.
2.2 Tiềm năng tạo ra những phát hiện có giá trị kinh tế to lớn và quan trọng trong đời sống thực tiễn.
Không quá khó để chỉ ra rằng chi phí cho khoa học cơ bản thường dẫn đến những phát hiện có giá trị kinh tế to lớn và quan trọng trong đời sống thực tiễn, có khả năng sinh lợi cao và có thể dễ dàng bồi hoàn chi phí đầu tư. Casimir - nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng, cựu Giám đốc Nghiên cứu của Philips đã đưa ra một danh sách các ví dụ tuyệt vời3:
“Tôi đã được nghe nói rằng vai trò của nghiên cứu hàn lâm trong các cải tiến kỹ thuật là rất ít. Đây là luận điểm ngớ ngẩn nhất trong những điều vô nghĩa nhất mà tôi được biết. Chắc chắn một ai đó suy đoán vẩn vơ rằng liệu tranzito có phải do những  người không được đào tạo và không đóng góp gì cho cơ học sóng hay thuyết lượng tử chất rắn tìm thấy. Sự thật là những người phát hiện ra tranzito đều nghiên cứu sâu và có nhiều đóng góp tới thuyết lượng tử chất rắn.
Một ai đó có thể hỏi liệu rằng các mạch cơ bản trong máy tính có phải được tìm thấy bởi những người chủ tâm muốn xây dựng máy tính. Đúng là như vậy, chúng đã được phát kiến vào những năm 30 bởi những nhà vật lý muốn đếm các hạt cơ bản bởi vì họ quan tâm đến vật lý hạt nhân.
Một ai đó có thể hỏi rằng liệu năng lượng hạt nhân được khám phá bởi vì có những người muốn một nguồn năng lượng mới, hay sự thôi thúc có năng lượng mới đã dẫn đến việc tìm ra hạt nhân. Có thể - nhưng nó đã không xảy ra như vậy.
Một ai đó hỏi rằng liệu ngành công nghiệp điện tử có thể tồn tại mà không có những khám phá về electron của những người như Thomson và H.A. Lorentz. Một lần nữa, nó đã không xảy ra như vậy.
Tôi nghĩ thật hầu như không có một ví dụ nào của những cải tiến trong thế kỷ 20 mà không mắc nợ khoa học cơ bản.”
Những ví dụ của Casimir có một số đặc điểm chung :
Những ứng dụng của kiến thức mới có lợi nhuận cao.
Những ứng dụng hoàn toàn không được nhìn thấy khi các phát hiện nền tảng được khám phá.
Có một khoảng thời gian dài giữa những khám phá nền tảng và những ứng dụng.
Nhìn chung các nhà phát minh trong khoa học cơ bản không trở nên giàu có.
Đã có một số cố gắng nhằm lượng hóa lợi ích to lớn từ các nghiên cứu nền tảng. Tôi sẽ đề cập 2 ví dụ:
1. Một nghiên cứu gần đây của Tổ chức Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ cho thấy rằng 73% các bài báo trích dẫn trong các bằng sáng chế công nghiệp là các nghiên cứu được công bố một cách công cộng, mà phần đông là những bài báo nghiên cứu cơ bản được thực hiện bởi những trường đại học hàng đầu và các phòng thí nghiệm của Chính phủ.  2. Một nghiên cứu có nhiều trích dẫn  bởi Mansfield5 vào năm 1991 đã chỉ ra rằng đầu tư của cộng đồng vào khoa học cơ bản có tỉ lệ lợi nhuận là 28%. Con số của Mansfield được lấy ra từ 75 hãng lớn nhất ở Mỹ trong 7 ngành công nghiệp (xử lý thông tin, thiết bị điện, hóa học, dụng cụ, dược phẩm, kim loại và dầu mỏ). Từ ban điều hành nghiên cứu và phát triển của các công ty, Mansfield đã thu thập được thông tin về những sản phẩm mới, sản phẩm được thương mại hóa trong giai đoạn 1975- 1985, mà theo các ban điều hành cho biết thì các sản phẩm này đã không thể ra đời (hoặc chậm hơn rất nhiều) nếu không có các nghiên cứu hàn lâm được thực hiện trong khoảng 15 năm trước khi sáng kiến đầu tiên được công bố.
2.3. Những phát hiện ngoài dự kiến (spin-offs) và tác động kích thích nền công nghiệp
Với khái niệm những phát hiện ngoài dự kiến, tôi muốn nói về các thiết bị và kĩ thuật được phát triển để tiến hành các nghiên cưu cơ bản nhưng sau này người ta nhận ra cả những lợi ích khác nữa. Tôi đưa ra vài ví dụ từ vật lý hạt cơ bản (nhiều trong chúng có sự đóng góp từ vật lý hạt nhân):
Máy gia tốc ( ngày nay có khoảng 10000 máy gia tốc trên thế giới, chỉ có 100 cái trong số đó sử dụng cho mục đích nghiên cứu ban đầu trong vật lý hạt nhân và vật lý hạt cơ bản).
- Ngành công nghiệp bán dẫn.     
- Thức ăn tiệt trùng, y tế, rác thải.
- Xử lý bức xạ.                             
- Liệu pháp điều trị ung thư.  
- Tiêu hủy rác thải hạt nhân.        
- Thí nghiệm không phá mẫu.     
- Sản xuất năng lượng (máy khuếch đại năng lượng)
- Nguồn cho bức xạ synchrotron (sinh học, vật lý chất ngưng tụ…)
- Nguồn cho của Notron ( sinh học, vật lý chất ngưng tụ…)
Máy dò hạt.
- Máy dò tinh thể
(Tinh thể phát triển cho những thí nghiệm ở máy va đập LEP tại CERN mà bây giờ được dùng cho ảnh y tế ở hàng trăm bệnh viện, những tinh thể sẽ thay thế chúng với những đặc tính ưu việt hơn hiện thời vẫn đang được phát triển cho máy LHC tại CERN)
- Ảnh y tế
- An ninh
- Thí nghiệm không phá mẫu
- Phục vụ nghiên cứu
- Ổ tỉ lệ đa đường dây
- Kiểm tra container
- Phục vụ nghiên cứu
- Máy dò chất bán dẫn
- Rất nhiều ứng dụng trong giai đoạn phát triển.
Khoa học thông tin
+WWW( Một nhóm ở Anh mới đây đã nhận định rằng Web tạo ra 5% doanh thu của các công ty lớn và sẽ tăng lên đến 20% vào cuối thập niên)
+ Chương trình mô phỏng
+ Phát hiện lỗi
+ Hệ điều hành
 + Kích thích tính toán song song.
- Chất siêu dẫn
Ảnh cộng hưởng từ hạt nhân
Những ứng dụng khác ( kỹ thuật làm lạnh, chân không, kĩ thuật điện, trắc địa…)
Có lúc dường như mọi người nghĩ rằng có một danh sách dài các phát kiến từ vật lý hạt cơ bản đủ để chứng minh chi phí cho vật lý cơ bản. Song chứng minh được không phải điều dễ dàng. Tuy nhiên, chắc chắn có thể khẳng định rằng giá trị của những ứng dụng ngoài dự kiến phải được tính tới khi cân nhắc các khoản chi phí cho khoa học cơ bản, và có lẽ đúng là những nhu cầu đặc biệt của ngành vật lý hạt cơ bản, đòi hỏi thiết bị vô cùng tối tân, đã khiến nó sản xuất ra nhiều ứng dụng ngoài dự kiến. Trong thực tế, nhìn chung các nhà kinh tế học ngày càng nhận ra tầm quan trọng của các ứng dụng ngoài dự kiến, đặc biệt là dưới dạng các công cụ được chế ra nhằm phục vụ các nghiên cứu nền tảng. Đa số các thiết bị trong một nhà máy điện tử hiện đại vốn được sinh ra từ những phòng thí nghiệm trong các trường đại học, và có rất nhiều ví dụ tương tự với các công cụ vốn sinh ra để phục vụ trong nghiên cứu vật lý, hóa học, dược học, y tế.
Nhìn chung các nhà khoa học cơ bản đều ưu tiên công việc cho phục vụ công bố và đưa ra công khai kết quả mà họ thực hiện, trong khi các nhà khoa học ứng dụng làm việc trong ngành công nghiệp lại thúc đẩy bởi mong muốn bảo vệ, giấu kín và lấy bằng sáng chế. Như vậy có thể xảy ra nghịch lý là có nhiều ứng dụng ngoài dự kiến từ các nghiên cứu cơ bản hơn là từ nghiên cứu ứng dụng. Thậm chí trừu tượng và bí hiểm như thuyết tương đối rộng (lý thuyết của Einstein về lực hấp dẫn) cũng có tạo ra một ứng dụng ngoài dự kiến. Đó là phép lạ phục vụ việc định vị được biết đến với tên gọi là hệ thống định vị toàn cầu (GPS), nó có thể ngay lập tức tự động chỉ cho chúng ta biết vị trí và độ cao chính xác trong phạm vi 10 mét ở tất cả mọi nơi trên Trái đất. Hơn 160 nhà sản xuất khắp thế giới đang phát triển các hệ thống dựa trên công nghệ GPS trong một thị trường nhiều tỉ USD. Các hệ thống này làm việc bằng cách so sánh tín hiệu thời gian nhận được từ các vệ tinh khác nhau. Đồng hồ trong các vệ tinh là những chiếc đồng hồ nguyên tử, vốn xưa kia được tạo ra chỉ để phục vụ nghiên cứu về thuyết tương đối rộng, cụ thể là để kiểm chứng dự đoán của Einstein rằng các đồng hồ sẽ chạy khác nhau trong các trường trọng lực khác nhau.
2.4. Giáo dục
Làm việc nghiên cứu khoa học cơ bản là một quá trình đào tạo tuyệt vời cho những người muốn sau này làm nghiên cứu ứng dụng hoặc phát triển trong công nghiệp. Hơn nữa, điều này còn tạo ra một mạng lưới liên kết giữa các nhà nghiên cứu trong các ngành công nghiệp khác nhau và trong giới hàn lâm, vốn sẽ không thể tồn tại nếu tất cả sự đào tạo diễn ra bên trong các ngành công nghiệp. Giá trị của mạng lưới ấy ngày càng được các nhà kinh tế học thừa nhận như một lợi ích xã hội đầu tư cho nghiên cứu cơ bản.
Cụ thể như với công việc làm thí nghiệm vật lý hạt cơ bản, người ta đánh giá rằng có khoảng 300 bằng tiến sĩ được trao trên toàn thế giới mỗi năm dựa vào công việc làm ở CERN (tính tổng trong toàn bộ lĩnh vực thì có lẽ gấp 2 lần con số này), và ít nhất có một nửa số tiến sĩ đó cuối cùng sẽ làm việc trong công nghiệp hay thương mại, nơi kinh nghiệm của họ đã làm trong các dự án công nghệ cao của các nhóm đa quốc gia tại CERN sẽ trở nên vô cùng cần thiết.
Thêm vào đó, có căn cứ cho thấy khoa học cơ bản (ví dụ như trong vật lý, cụ thể là thiên văn học và vật lý hạt cơ bản, với những từ rất quen tai như lỗ đen và hạt quark) đóng một vai trò quan trọng trong việc thu hút sự hứng thú và quan tâm của thế hệ trẻ đến khoa học và công nghệ. Điều này cực kỳ quan trọng mặc dù tác dụng sẽ rất khó được lượng hóa.
--------------------------
1. The Economic Laws of Scientific Research, T. Kealey, Macmillan Press, London, 1996.
2. G. Holton, H. Chang và E. Jarkowitz, American Scientists 84, 364, 1996.
3. Trích dẫn trang 198 cuốn “The Life of Sir J.J. Thomson”, Lord Rayleigh, Cambridge University Press, 1942.
H.G.B. Casimir, Contribution to Symposium on Technology and World Trade, US Department of Commerce, 16 November 1966.
4. Academic Research and Industrial Innovation, E. Mansfield, Research Policy 20, 1, 1991.

 

(N.M.H st)