10 câu hỏi mà nhiều người đã từng thắc mắc từ khi còn là một đứa trẻ - nhưng liệu tất cả chúng ta đều đã biết câu trả lời?

Chính phủ Mỹ dành ra khoảng 60 tỷ đô trong ngân sách mỗi năm để đầu tư vào các dự án nghiên cứu và phát triển khoa học. Giáo dục trong các trường đại học tốt đến mức, đây là điểm đến mơ ước cho rất nhiều bạn trẻ trên thế giới, đồng thời cũng là nơi quy tụ những tài năng lỗi lạc bậc nhất. Đứng đầu về cả cơ sở hạ tầng lẫn nguồn nhân lực, hẳn bạn sẽ nghĩ rằng dân Mỹ ai cũng nắm rõ khoa học như lòng bàn tay?

Bạn đã sai. Những hiểu biết về khoa học cơ bản của người dân Mỹ là một sự xấu hổ cho khoản tiền khổng lồ mà họ bỏ ra hàng năm. Đây là kết quả của một đánh giá sơ bộ được tiến hành vào năm 2009: Chỉ 53% số người tham gia biết rằng Trái đất cần 1 năm để quay xung quanh mặt trời, 59% biết được khủng long và con người không hề sống cùng thời đại như trong phim hoạt hình “Flintstone”. Chỉ 47% khẳng định rằng 70% bề mặt trái đất bao phủ bởi nước, và chỉ 20% trả lời đúng cả 3 câu hỏi trên.

Chưa rõ những thống kê trên sẽ thay đổi như thế nào nếu tiến hành ở Việt Nam. Khoa học là một con đường dài bất tận với hàng nghìn lối rẽ, rõ ràng, bạn không thể trở thành một nhà khoa học chỉ trong một vài ngày. Nhưng nếu bạn cảm thấy vô cùng chán nản mỗi khi nhìn thấy những lỗ đen, hạt Higgs, thuyết tiến hóa, những hidro, oxy xuất hiện trên chương trình “Ai là triệu phú” hay trong cuộc chuyện phiếm thường nhật ở quán trà đá trước cổng trường – hãy đọc tiếp. Chúng tôi sẽ giúp bạn có được cái nhìn khái quát thông qua 10 câu hỏi cơ bản mà ai cũng phải biết cách trả lời.

10. Tại sao bầu trời có màu xanh?

Câu hỏi được lặp đi lặp lại quá thường xuyên từ những đứa trẻ, nhưng không phải ai cũng biết câu trả lời. Nếu bạn cũng không biết, xin đừng vội trút giận lên đầu chúng.

Bầu trời có màu xanh bởi một hiệu ứng vật lý rất quen thuộc - sự tán xạ. Ánh sáng mặt trời phải đi qua bầu khí quyển của Trái đất, nơi có rất nhiều tầng khí và vật chất, đóng vai trò như một bộ lọc và giúp “rải” ánh sáng đi nhiều nơi.

Nếu đã từng nhìn thấy một viên kim cương lấp lánh nhiều màu, hẳn bạn cũng sẽ biết rằng ánh sáng, thực chất được tạo nên từ rất nhiều màu khác nhau, mỗi màu có một bước sóng khác nhau. Trong khi đó, ánh sáng xanh có bước sóng ngắn hơn, do đó, nó có thể đi qua “bộ lọc” dễ dàng hơn, và từ đó được tán xạ rộng hơn mỗi khi đi qua bầu khí quyển.

Mỗi khi hoàng hôn và bình minh, ánh sáng mặt trời sẽ phải chu du qua một chặng đường dài hơn để đến được mắt bạn – điều này đã loại bỏ hoàn toàn lợi thế của ánh sáng xanh, và cho phép chúng ta nhìn thấy những màu khác, đây là lý do tại sao bạn nhìn thấy những màu đỏ, vàng, cam.

9. Trái đất bao nhiêu tuổi?

Sự tồn tại của Trái đất đã được đem ra tranh cãi từ rất lâu. Từ năm 1654, một học giả có tên John Lightfoot, dựa trên Kinh Cựu ước, đã cho rằng, Trái đất ra đời chính xác vào thời điểm 9h sáng ngày 26 tháng 10 năm 4004 trước Công nguyên (theo múi giờ vùng Lưỡng Hà). Sau đó khoảng nửa thế kỷ, một nhà khoa học có tên Comte de Buffon, dựa vào thí nghiệm đun nóng một bản sao nhỏ của Trái đất (một mô hình do ông tự thiết kế), từ những tính toán về tốc độ tự làm mát, ông đã ước tính tuổi thọ Trái đất là vào khoảng 75.000 năm. Đến thế kỷ 19, nhà vật lý học Lord Kelvin sử dụng các phương pháp tính toán khác để cho ra con số từ 20 đến 40 triệu năm.

Chỉ đến cuối những năm cuối thế kỷ 19, khi vật lý phóng xạ ra đời, những giả thuyết trên mới hoàn toàn bị bác bỏ. Bằng những kiến thức mới về tốc độ phân rã của vật chất, bằng cách phân tích những mẫu đá trên Trái đất và so sánh với những mẫu đá trên mặt trăng, cuối cùng, giới khoa học đã tìm ra phương thức xác định tuổi thọ Trái đất. Dựa vào tình trạng phân rã của các đồng vị phóng xạ trên các mẫu đá, họ so sánh chúng với một thang chuẩn cho phép xác định sự thay đổi của đồng phân đó trong từng khoảng thời gian. Từ đó, họ khẳng định chắc chắn rằng Trái đất đã được hình thành vào khoảng 4.54 tỷ năm trước đây, với sai lệch nhỏ hơn 1%.

8. Chọn lọc tự nhiên là gì?

Sự ra đời của thuyết tiến hóa của Darwin vào khoảng giữa thế kỷ 19 thực sự là một cơn địa chấn mạnh, không chỉ tác động lên khoa học. Không nhiều người vào thời điểm đó, đặc biệt là các tín đồ của nhà thờ chịu chấp nhận 1 giả thuyết cho rằng, loài người chẳng qua chỉ là hậu duệ của những loài vật thấp kém.

Trung tâm của thuyết tiến hóa chính là quan điểm chọn lọc tự nhiên. Thực sự nó không hề khó hiểu như bạn nghĩ (nếu chẳng may bạn có những ký ức tệ hại về môn Sinh học thời phổ thông). Trong tự nhiên, đột biến, một thay đổi trong bộ máy di truyền, chính là điểm làm loài vật có những đặc điểm khác với tổ tiên của chúng. Con người không nằm ngoài quy luật này. Những đột biến này chính là nguyên nhân làm mọi sinh vật biến đổi qua một quãng thời gian dài vô tận.

Thức ăn, bạn tình, chỗ ở - đây chính là những yếu tố “chọn lọc” ra những loài vật thích hợp. Chỉ khi nào bạn khỏe hơn, nhanh hơn, sinh sản tốt hơn, bạn mới có cơ may vượt lên trên những đối thủ khác để sống sót và duy trì nòi giống của mình.
Lấy ví dụ, một con sâu vốn có màu xanh, nhưng một đột biến làm nó thay đổi thành màu nâu. Màu này, ngẫu nhiên, lại làm nó ẩn mình tốt hơn so với những đồng loại màu xanh, do đó, giúp nó tránh khỏi tai họa từ các loài chim. Loài sâu đột biến này, cùng với những hậu duệ của nó, sẽ có khả năng tồn tại tốt hơn, và qua nhiều thế hệ, chúng sẽ trở nên phổ biến.

Đây chỉ đơn thuần là một ví dụ. Trên thực tế, chọn lọc tự nhiên được tiến hành trên cả một quần thể rộng chứ không đơn thuần là chỉ một cá thể hay một loài sinh vật nào đó. Và nó cũng không hề đơn giản, êm đềm và trật tự như ví dụ nêu trên.

7. Mặt trời có bao giờ ngừng chiếu sáng?

Trong single ra đời vào năm 1962, ca sỹ Skeeter Davis đã luôn thắc mắc rằng, tại sao mặt trời luôn chiếu sáng sau khi bị người tình đá bay một cách không thương tiếc. Câu trả lời có lẽ không được lãng mạn như vậy.

Mặt trời, giống như bất kỳ một lò nung nào khác, sẽ tắt lịm khi “hết xăng”. Nguồn năng lượng chính của nó là lượng hydro khổng lồ tồn tại ở tâm mặt trời, và khi nguồn năng lượng này cạn kiệt, nó sẽ sử dụng đến lượng hydro ở lớp bề mặt. Đó cũng chính là lúc mặt trời không còn đáng yêu như bài hát ở trên nữa. Nó sẽ trở thành một ngôi sao lùn trắng lớn dần và nuốt chửng tất cả các hành tinh trong hệ Mặt Trời tất nhiên, Trái đất cũng không phải là ngoại lệ.

6. Nam châm hoạt động như thế nào?

Thêm một câu hỏi mà rất nhiều bạn đọc hẳn đã từng thắc mắc khi còn là một đứa trẻ. Bạn vô tình nhặt được một cục nam châm, hoặc bạn từng chứng kiến cảnh giáo sư Magneto bộc lộ quyền năng vô tận của mình trong bộ phim X-men, nhưng liệu bạn đã tìm thấy câu trả lời?

Đó chính là từ trường, một khái niệm quen thuộc trong vật lý. Nó thực chất là một đám electron quay theo cùng một hướng. Electron luôn thích đi cùng nhau thành một cặp, do đó, hãy hình dung từ trường như một tập hợp những gã FA luôn khao khát có ngày thoát ế, trong khi đó, sắt lại chứa rất nhiều các em gái electron còn đang cô độc. Dễ hiểu tại sao chúng lại có sức hút với nhau đến vậy.

Nam châm có đã tồn tại từ rất lâu trong lịch sử loài người. Bạn cũng đã vài lần chứng kiến sự có mặt của chúng thông qua chiếc la bàn trên tay những tên hải tặc khét tiếng trong series “Pirates of Caribean”. Và bạn cũng có thể tự tạo ra cho mình một chiếc nam châm, đơn giản chỉ bằng cách cuộn 1 cuộn dây dẫn xung quanh một mảnh thép, sau đó nối 2 đầu dây vào 2 điện cực của một chiếc ắc-quy.

Cùng đi tìm câu trả lời cho những vấn đề rất thường gặp quanh ta.

5. Cầu vồng được tạo thành như thế nào?

Đây là nguồn cảm hứng bất tận cho trí tưởng tượng của loài người. Trong Kinh Cựu ước, Chúa đã tạo ra cầu vồng sau trận Đại hồng thủy và nói với Noah rằng, “Đây chính là sự liên hệ của ta với Trái đất”. Người Hy Lạp cổ đại thậm chí còn đi xa hơn, họ cho rằng cầu vồng chính là một nữ thần mang tên Iris. Qua nhiều thế kỷ, rất nhiều bộ óc lỗi lạc, từ Aristotle cho đến Descarte đều tìm cách lý giải nguyên nhân của hiện tượng này.

Về cơ bản, cầu vồng được tạo ra bởi các giọt nước treo lơ lửng trên bầu khí quyển sau một trận mưa. Những giọt nước này có tỷ trọng khác biệt so với lớp không khí xung quanh chúng, do đó, khi ánh sáng mặt trời chiếu đến, chúng trở thành các lăng kính mini, “bẻ cong” ánh sáng và biến nó thành nhiều bước sóng khác nhau, và cuối cùng, phản chiếu tất cả về mắt của chúng ta.

Kết quả của hiện tượng trên là một cánh cung huyền ảo với đủ mọi màu sắc. Và bởi những giọt nước PHẢN CHIẾU ánh sáng mặt trời, nên để nhìn thấy cầu vồng, chúng ta phải QUAY LƯNG về phía mặt trời. Chúng ta cũng cần quan sát với một góc độ chính xác vào khoảng 40 độ - góc mà các giọt nước bẻ cong ánh sáng. Nếu bạn có may mắn được quan sát hiện tượng này từ trên cao (ví dụ như trên máy bay), bạn sẽ thấy nó có dạng gần như chiếc đĩa hơn là một hình cầu.

4. Thuyết tương đối là gì?

Khi một ai đó nhắc đến thuyết tương đối, thực chất họ đang nhắc đến 2 thuyết riêng biệt: Thuyết tương đối rộng và thuyết tương đối hẹp. Einstein và công trình đồ sộ của ông đã trở nên quá nổi tiếng, nhưng không phải ai cũng biết về nội dung của những lý thuyết này. Einstein đã lý giải chúng qua một ví dụ khá hóm hỉnh: “Khi bạn ngồi cùng một cô gái xinh đẹp trong một giờ đồng hồ, nó trôi qua chỉ như một phút. Nhưng khi bạn ngồi trên một đống than nóng rực trong một phút, nó sẽ lâu hơn cả vài giờ. Đó chính là thuyết tương đối.”

Câu trích dẫn trên đã tóm lược mọi thứ một cách khá hoàn hảo, tuy nhiên, chi tiết có vẻ sẽ rắc rối hơn 1 chút. Trước thời Einstein, mọi người đều tin rằng thời gian và không gian là những yếu tố bất biến – chúng không bao giờ thay đổi, bởi vì đó là cách chúng ta nhìn không gian và thời gian từ góc nhìn cố định trên Trái đất. Nhưng Einstein, bằng các phương pháp toán học, đã chứng minh rằng quan niệm trên là hoàn toàn sai lầm. Thay vào đó, ông cho rằng không gian và thời gian đều có sự thay đổi – không gian có thể co lại, giãn nở, bị uốn cong; thời gian có thể chậm lại hoặc trôi nhanh hơn.

Việc thời gian và không gian thay đổi ra sao hoàn toàn phụ thuộc vào góc nhìn của chúng ta. Nếu bạn đeo một chiếc đồng hồ, nhảy lên 1 chiếc máy bay và bay 1 vòng quanh Trái đất với tốc độ siêu âm, bạn sẽ quan sát thấy kim đồng hồ quay chậm hơn rất nhiều so với khi bạn đứng yên trên mặt đất. Đó là hiện tượng có tên gọi “giãn nở thời gian”. Thời gian và không gian, thực chất là một thực thể thống nhất, nó hoàn toàn có thể bị “làm nhiễu” bởi các lực mạnh như lực hấp dẫn hay gia tốc. Bởi vậy, khi một vật, hoặc di chuyển rất nhanh, hoặc bị tác động bởi lực hấp dẫn vô cùng lớn, thời gian tương đối đối với vật đó sẽ chậm lại.
Hệ thống định vị toàn cầu – GPS, là một minh chứng sống động của thuyết tương đối. Các vệ tinh của chúng quay xung quanh trái đất với tốc độ 14.000 km/h, và nếu các kỹ sư không chỉnh đồng hồ của họ theo các nguyên lý của thuyết tương đối, trong một ngày, Google Map trên chiếc Smart Phone của bạn sẽ bị sai lệch vị trí khoảng 10km.

3. Tại sao bong bóng có hình tròn?

Thực ra, bong bóng không phải lúc nào cũng có hình tròn. Bạn có thể tạo ra đủ mọi hình dạng với chúng – nhưng chúng sẽ luôn CÓ XU HƯỚNG quay trở lại dạng hình tròn. Điều này xảy ra bởi các bong bóng, thực chất là các lớp chất lỏng mỏng, chứa những phân tử luôn gắn kết với nhau – một hiện tượng với tên gọi là sự liên kết. Chính điều này đã tạo ra sức căng bề mặt – một hàng rào ngăn cản các vật thể cố gắng vượt qua nó.

Bên trong hàng rào này, không khí bị “nhốt” lại và không thể thoát ra ngoài, mặc dù vậy, chúng vẫn luôn tạo ra một lực đẩy lên các lớp chất lỏng. Nhưng đó không phải là lực duy nhất tác dụng lên hàng rào này. Ở bên ngoài, thậm chí còn nhiều không khí hơn đẩy ngược hàng rào vào trong. Cách tốt nhất để các lớp chất lỏng kháng cự lại các lực trên là tạo ra một hình dạng chắc chắn nhất – đó chính là hình tròn, trên quan điểm tuân theo tỷ lệ thể tích/diện tích bề mặt.

2. Mây sinh ra từ đâu?

Không phải suối tóc bồng bềnh của một nữ thần, càng không phải bóng dáng của một lâu đài kem trên bầu trời. Mây là một khối hữu hình chứa các giọt nước, hoặc các tinh thể băng, hoặc pha trộn cả hai, được hình thành ở bên trên bề mặt Trái đất. Mây được tạo ra khi khí nóng bốc lên. Càng lên cao, chúng sẽ càng được làm mát, và khi đã lên đủ cao, nước từ dạng hơi sẽ được ngưng tụ trở về dạng giọt hoặc dạng băng, tùy vào việc nó được làm mát đến đâu. Các dạng tinh thể và dạng giọt này sẽ dính lấy nhau trên quan điểm của thuyết liên kết (đã được nói đến ở trên) – và đó là cách mây ra đời. Một vài đám mây trông có vẻ dày hơn số khác, đó là bởi chúng có tỷ trọng cao hơn, tập trung nhiều giọt/tinh thể nước hơn.

Mây là một phần quan trọng trong vòng tuần hoàn nước trên Trái đất, trong đó, nước liên tục qua lại giữa bề mặt và bầu khí quyển, liên tục chuyển từ dạng hơi sang dạng lỏng (và đôi khi là cả dạng rắn). Nếu một ngày bạn không còn nhìn thấy chúng trên bầu trời, rất có thể đó cũng là lúc loài người, cùng vô số loài vật khác, sắp đi đến hồi tuyệt chủng.

1. Tại sao nước bay hơi ở nhiệt độ phòng?

Chúng ta luôn thích nghĩ về những sự vật trong thực tế theo cách đơn giản nhất và đỡ đau đầu nhất – mọi việc luôn ở nguyên một chỗ, trừ khi ta muốn nó biến đi cho khuất mắt. Nhưng ở mức độ phân tử, mọi chuyện diễn ra sôi động hơn nhiều. Các phân tử nước, như một bầy…phân tử hung hãn, luôn thích chen chúc giành giật chỗ ngồi. Khi có nhiều nước bốc hơi lên, chúng sẽ luôn có xu hướng đâm sầm vào các bề mặt và dính vào đó – đây là lý do tại sao có nhiều giọt chất lỏng trên thành ly bia lạnh của bạn.

Ngược lại, khi không khí trở nên khô hơn, các phân tử nước sẽ nhảy khỏi bề mặt để bay vào không khí, liên kết cùng các phân tử khác đang lềnh phềnh trôi nổi quanh đó. Quá trình này chính là sự bốc hơi. Nếu không khí đủ khô, sẽ có nhiều hơn các phân tử nhảy vào góp vui, cốc nước của bạn sẽ mất dần các phân tử nước, và cuối cùng, bạn chỉ còn lại một chiếc cốc trống trơn.
Khả năng di chuyển vị trí từ cốc nước vào không khí kể trên được ước tính thông qua áp suất hơi. Mỗi chất lỏng có một áp suất hơi khác nhau. Acetone – một loại chất tẩy sơn móng tay, có áp suất hơi rất cao, điều này đồng nghĩa với việc nó bốc hơi rất dễ dàng. Dầu ôliu, ngược lại, có áp suất hơi rất thấp, do đó, khả năng nó bay hơi ở nhiệt độ phòng là gần như bằng không.