Tôi có lẽ là một trong những người có thể bàn về đề tài này một cách công bằng. R. Penrose có hai cuốn sách hay nói về AI (Trí tuệ nhân tạo) và nhanh chóng trở thành nhà vật lý bị các nhà CNTT thù ghét nhất. Họ cho rằng ông không công bằng, vì nhìn CNTT từ ngoài vào. Tôi đã từng đổ mồ hôi code, thiết kế các hệ thống CNTT, làm phần mềm nhúng, phân tích ứng dụng, nghiên cứu cách dùng dữ liệu lớn để xử lý ngôn ngữ. Có lẽ sẽ công bằng hơn chăng.

Vật lý và công nghệ thông tin làm nên cuộc cách mạng công nghiệp mới
Nền tảng vật lý của công nghệ tương lai

Đối với tôi Vật lý đại diện cho toàn bộ Khoa học (khoa học hình thức duy nhất), CNTT là đại diện cho toàn bộ Công nghệ (công nghệ duy nhất có ảnh hưởng tới mọi lĩnh vực của đời sống và tới tất cả các công nghệ khác). Vì vậy, tuy có thể nói về vấn đề này theo nhiều khía cạnh, nhưng tôi sẽ nói về mối quan hệ của chúng với tư cách là quan hệ giữa Khoa học và Công nghệ.

Không có Vật lý sẽ không có CNTT: Trước hết là không có Máy tính. Các thành tựu của Vật lý cho phép thực hiện các ý tưởng của Pascal, Turing, Neuman. Trước hết các phép toán, sau đó là các kiến trúc được thực hiện bởi các Cổng logic là các mạch điện thô sơ. Sau đó là bởi các Đèn điện tử (hai chân, ba chân và nhiều chân). Đèn điện tử cho phép giảm kích thước của thiết bị tính toán và hơn thế nữa tăng tốc độ điều khiển đầu vào. Bộ nhớ được triển khai là các đĩa từ có đường kính hơn 1m, có khả năng lưu trữ bằng 1 phần triệu một USB thông thường bằng đầu móng tay hiện nay. Như vậy mạng tính toán thô sơ gồm đầu vào, đầu ra, mạch xử lý và bộ nhớ. Máy tính đầu tiên của IBM được xây dựng dựa trên công nghệ Đèn điện tử. Máy tính này cồng kềnh nên chưa có thể sử dụng đại trà.

Vật lý phát minh ra chất bán dẫn khiến CNTT có thể biến máy tính cá nhân thành hiện thực. Thời gian đầu, các nhà công nghệ hàng đầu đều đánh giá sai về thị trường này. Thomas Watson của IBM tuyên bố “Thị trường toàn thế giới cho máy tính cá nhân là 5 chiếc”. Nhận định này làm IBM mất vị thế hàng đầu trong lĩnh vực máy tính. Bill Gates tuyên bố “64kB là đủ bộ nhớ cho máy tính cá nhân”. Các laptop ngày nay cũng có bộ nhớ hàng triệu lần hơn thế”. Các thành tựu vật lý mới cho ra đời các công nghệ chế tạo bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ, các linh kiện ngoại vi vào ra, vi mạch bus, với mật độ ngày càng lớn, tốc độ xử lý ngày càng cao, tiết kiệm năng lượng, cho phép máy tính ngày càng nhỏ, năng lực ngày càng lớn. Sự phát triển của máy tính tăng theo định luật Moore, trong 18 tháng giá thành giảm 1/2, năng lực tăng gấp đôi.

Nói đi cũng phải nói lại, Khoa học tạo ra Công nghệ mới, nhưng ngành Khoa học nào mất liên hệ trực tiếp với Công nghệ, sẽ mất động lực phát triển. Phân công khoa học chuyên môn hóa cao độ nên đôi khi người ta không nhận ra mối liên hệ đó, và dứt khoát không thể nhìn nhận vấn đề ứng dụng thiển cận như ứng dụng của hạt Higgs không thể tư duy theo cách ứng dụng của vôi vữa sắt thép. Chú ý rằng hạt Higgs không chỉ sinh khối lượng cho các hạt ở vùng năng lượng 100 GeV mà còn giúp chúng ta hiểu về hiện tượng siêu dẫn điện. Tuy vậy, một trong những lý do công nghiệp mất cảm hứng ở Vật lý, có lẽ là vì từ lâu các thế hệ Vật lý không còn có tư duy về thiết bị như thời của Neuman, Fermi, Bardeen,… Thầy của bạn dù là ai, có danh hiệu và giải thưởng nào, nếu nói các nhà vật lý đàn anh (hay đàn ông) này đã lạc hậu, thì đã đến lúc bạn phải xét lại quan điểm của ông ấy. Thế hệ con xét lại thế hệ cha để bênh vực quan điểm của thế hệ ông là chuyện thường. Nếu các nhà Vật lý có tư duy thiết kế thiết bị dựa trên các hiệu ứng vật lý, họ sẽ trở lại dẫn dắt công nghiệp thay vì đi theo đuôi Toán học mà không có mục đích.

Nói như vậy, CNTT cũng đặt ra các bài toán mới cho Vật lý, mà dường như Vật lý chưa đủ năng lực hoặc chưa đủ nhận thức để phát triển. Có lẽ năng lực và nhận thức này có cội rễ trong chương trình đào tạo vật lý đã bị lạc hậu về cách nhìn hàng chục năm, khiến các thế hệ vật lý càng về sau càng có một cách nhìn phiến diện về vai trò, sứ mệnh của vật lý, theo hai hướng trái ngược: một là thiển cận hay là vu khoát.

Khoa học vật liệu cũng đã đóng góp quan trọng cho việc hình thành các thiết bị, đặc biệt ở các linh kiện điều khiển, bộ nhớ và linh kiện vào ra (I/O). Ngày nay, các vật liệu từ, với các hiệu ứng topo, đang có những thành tựu lớn, cho phép ra đời một ngành công nghệ mới là spintronics (spin tử ???) có khả năng thay thế, nâng cấp ngành Điện tử (electronics) bằng các khai thác tính chất từ của vật chất ở mức độ nguyên tử, phân tử để tạo ra các vật liệu và linh kiện thông minh. Ngày nay, người ta không chỉ nghiên cứu những vật chất có thể tìm trong thiên nhiên hoặc tình cờ phát hiện trong phòng thí nghiệm mà còn CHỦ ĐỘNG THIẾT KẾ ra các vật chất mới và nghiên cứu sử dụng chúng. Tiêu chí của các vật liệu mới đối với ứng dụng CNTT là: a) Tính chất chuyển đổi (quang-từ-điện-cơ-năng lượng) b) Tốc độ tính toán điều khiển c) Các hiệu ứng mới d) Mật độ các phép toán logic trên thể tích e) Tiết kiệm năng lượng. Trong tương lai có thể có những tính chất mới có thể so sánh với não người hoặc hơn thế nữa. Nhà vật lý vật liệu cần có một cái nhìn tổng thể về Công nghệ và thiết bị để thiết kế tạo ra các vật liệu mới theo định hướng, chứ không phải mò mẫm trộn các chất với nhau một cách ngẫu nhiên với hy vọng phát kiến may rủi mơ hồ.

Năng lượng là một vấn đề quan trọng mà Vật lý đem lại cho loài người. Trước hết là việc chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng đã tạo ra máy hơi nước và công nghiệp cơ khí. Nhờ đó thay vì lưu trữ cơ năng, người ta tích lũy nhiên liệu và chiến thắng mọi sức mạnh cơ bắp trên mặt đất, và quan trọng hơn là giải phóng con người khỏi kiếp nô lệ, và xóa sạch động cơ chiếm hữu nô lệ của con người. Chuyển đổi cơ năng thành điện năng và truyền đi bằng dây dẫn, cho phép truyền năng lượng tức thời đến chỗ cần thiết. Giống như David đánh bại Goliath nhờ tập trung sức mạnh ở điểm cần thiết điện khí hóa biến loài người thành quyền năng siêu việt. Điện tử hóa cho phép truyền thông tin điều khiển, cho phép tập trung sức mạnh tinh tế, thông minh, tốc độ hơn. Về nguồn năng lượng, từ nguồn lực cơ bắt, tới máy móc, khai thác nhiên liệu hóa thạch tự nhiên, rồi tới năng lượng nguyên tử là một bước tiến dài. Tuy vậy, hiện nay năng lượng hóa thạch vẫn là khống chế. Vật lý có vẻ dậm chân tại điểm này. Đối với CNTT, việc sử dụng các linh kiện mọi chỗ đòi hỏi các công nghệ sử dụng năng lượng tiết kiệm và tái tạo. Có lẽ chương trình vật lý cũng cần nhấn mạnh vào tư duy mới về nguồn năng lượng.

Lý thuyết thông tin ra đời dựa trên các khái niệm của Vật lý trong Nhiệt động học và Vật lý thống kê như entropy, trật tự, thông tin. Có lẽ các thành tựu của CNTT và Vật lý đã đủ để Con người có thể nghiên cứu sâu hơn về Hệ tri thức dựa trên Thiết bị mới, Vật liệu mới và Năng lượng mới để từ đó tìm hiểu về cấu trúc và cơ chế của Ý thức, có lẽ là bài toán ở đường chân trời của Trí tuệ mà hiện nay tư duy loài người cho phép hình dung được. Theo ý tôi đây sẽ là điểm đột phá của Khoa học-Công nghệ mới, thậm chí là của tư duy nhân loại. Đây sẽ là điểm xuất phát cho thế hệ Vật lý yêu phát kiến lớn, có tham vọng và khả năng châm ngòi cho một cuộc cách mạng mới về tư duy. Cố nhiên thế hệ này phải có tư duy và nắm vững công cụ CNTT.

CNTT là nơi Vật lý dễ tiếp cận nhất và cũng là cửa ngõ đi ra thế giới ứng dụng do CNTT ngày nay có ứng dụng phổ quát. Vật lý có trở lại thời kỳ hoàng kim của những người khổng lồ như Neuman, Fermi, Bardeen,… hay không chính là ở cửa ngõ này. Bên cạnh đó tất nhiên CNTT cũng phải nhận thức được tầm quan trọng của Vật lý đối với bản thân mình. Điều này lại phụ thuộc vào Vật lý, đào tạo và phổ cập Vật lý và thành tựu phát triển hướng công nghệ của vật lý một cách có ý thức, có hoạch định. Nghe có vẻ bất công, nhưng đó là sứ mệnh đặc biệt của Khoa học: phát kiến và làm cho xã hội hiểu phát kiến. Các nhà Vật lý hàng đầu như Galilei, Newton, Einstein, Rutherfod, Bohr, Heisenberg, Schrodinger, Neuman, Hawking,… đều đã bỏ phần lớn cuộc đời mình để các tri thức vật lý trở thành phổ biến và sâu sắc hơn. Huống hồ là vật lý ngày nay.

Tác giả: Nguyễn Ái Việt