Nguyên tử phi thường

Trong khi Einstein và Hubble chỉ rõ cấu trúc vũ trụ trên quy mô lớn, thì những nhà khoa học khác cũng đang miệt mài tìm hiểu một khái niểm tưởng như rất gần mà cũng rất xa: chính là những nguyên tử nhỏ bé và bí ẩn.

Nhà vật lý Richard Feynman của Đại học Caltech đã từng phát biểu: “Nếu bạn muốn thu gọn lịch sử vật lý chỉ trong một câu, thì đó là: Mọi vật chất đều được tạo thành từ nguyên tử.” Chúng có mặt ở khắp mọi nơi và cấu thành mọi thứ. Hãy nhìn xung quanh bạn, tất cả đều là nguyên tử, không chỉ trong những bức tường rắn hay ghế sopha, mà còn tồn tại trong cả không khí mà bạn hít thở và những vật thậm chí bạn không thể nhận thức được.

Nguyên tử sẽ tạo thành phân tử [molecule] (trong tiếng Latin có nghĩa là “một lượng rất nhỏ”). Một phân tử có cấu tạo đơn giản từ hai hay nhiều nguyên tử kết hợp với nhau trong một cơ chế ổn định. Khi sắp xếp hai nguyên tử hidro và một nguyên tử ôxy, ta có một phân tử nước.

Vũ trụ thật kỳ diệu khi tất cả vạn vật đều tái sinh. Ảnh: Soul Compass.

Những nhà hoá học thường tư duy từ góc độ phân tử hơn là các nguyên tố, cũng giống như những nhà văn thích từ ngữ hơn là các chữ cái đơn lẻ, vì vậy họ thường đo đếm bằng số phân tử, một con số thực sự rất ấn tượng. Trong điều kiện mặt biển, ở nhiệt độ 0 độ C, 1cm khối không khí (có thể tích bằng một viên đường) chứa tới 45 tỷ tỷ phân tử. Bây giờ, hãy nhìn ra ngoài ô cửa sổ và nghĩ xem bạn cần bao nhiêu viên đường như vậy để lấp đầy không gian trước mắt và sau đó là cả vũ trụ. Bạn sẽ thấy số lượng các nguyên tử nhiều không kể xiết.

Độ bền của chúng cũng thật tuyệt vời. Vì các nguyên tử có vòng đời rất dài nên chúng chuyển từ vật này sang vật khác. Mỗi nguyên tử cấu thành bạn chắc chắn đã đi qua vài ngôi sao và từng là một phần của hàng triệu sinh vật. Mỗi người chúng ta đều là một tập hợp nguyên tử khổng lồ, và chúng được chuyển hoá triệt để khi vật chủ lìa đời đến nỗi phần lớn trong chúng ta - khoảng một tỷ nguyên tử - rất có thể đã từng thuộc về Shakespeare. Một tỷ khác đến từ Đức Phật, Beethoven, Thành Cát Tư Hãn hay bất cứ nhân vật lịch sử nào (nhưng bạn phải trừ Elvis Presley ra, vì các nguyên tử phải mất nhiều thập kỷ trước khi có thể tái phân bố một cách triệt để).

Vậy là tất cả chúng ta đều là sự tái sinh, dù chỉ để sống một đời ngắn ngủi. Đến khi ta chết, các nguyên tử sẽ tách ra và đi tìm một vật chủ mới, ví dụ như một chiếc lá, một cơ thể sống hoặc một hạt sương. Bản thân các nguyên tử sẽ chu du mãi mãi trong vũ trụ này. Không ai biết một nguyên tử tồn tại được bao lâu, nhưng theo Martin Rees thì có thể là 10³⁵ - con số lớn đến nỗi chính bản thân tác giả cuốn sách này cũng phải biểu thị nó dưới dạng toán học.

Các nguyên tử rất nhỏ - cực kỳ nhỏ. Một sợi tóc của con người cũng có thể chứa đến cả nửa triệu nguyên tử. Ở mức đó rõ ràng ta khó mà tưởng tượng được một nguyên tử đơn lẻ nhỏ đến thế nào, nhưng tất nhiên chúng ta nên thử.

Hãy bắt đầu với 1mm, nó sẽ có độ dài như dấu gạch này: -. Bây giờ chia dấu gạch này thành 1.000 phần bằng nhau, ta có kích cỡ một vi sinh vật khoảng một micron. Một con trùng đế giày bình thường chỉ cỡ 2 micron, tức là 0,002mm. Nếu bằng mắt thường, bạn muốn thấy sinh vật đơn bào này sẽ bơi trong một giọt nước, bạn sẽ phải phóng đại giọt nước cho đến khi nó dài 12m. Tuy nhiên, nếu muốn nhìn thấy một nguyên tử trong cùng giọt nước đó, bạn phải phóng nó lên thành 24 km.

Nói cách khác, nguyên tử tồn tại ở quy mô một phần mười triệu milimet, nhỏ đến nỗi bạn phải phóng đại mỗi micron lên 10.000 lần mới phát hiện được. Nếu bạn vẫn thấy khó tưởng tượng, thì tỷ lệ của một nguyên tử so với vạch milimet ở phía trên chỉ bằng với tỷ lệ độ dày của một tờ giấy so với toà nhà Empire State.