Các trạng thái của vật chất (rắn, lỏng, khí)

Hãy tưởng tượng một thế giới nơi mọi thứ có thể thay đổi hình dạng trong chớp mắt. Đó chính là thế giới của ta. Đôi khi, ta cứng rắn và vững chãi, không thể lay chuyển. Hãy nghĩ về một tảng băng trôi lừng lững trên đại dương, hay chiếc ghế gỗ sồi chắc nịch mà bạn đang ngồi. Trong những khoảnh khắc đó, ta có một hình dạng nhất định và không hề thay đổi. Các phần tử nhỏ bé tạo nên ta được xếp ngay ngắn, gần như đứng yên, chỉ khẽ rung động như một đám đông đang thì thầm một bí mật. Ta là bức tường bảo vệ, là viên kim cương lấp lánh, là ngọn núi sừng sững trước gió. Ta là sự ổn định và bền bỉ. Nhưng đó chỉ là một trong những gương mặt của ta.

Khi có một chút năng lượng, ta trở nên linh hoạt và hay thay đổi. Ta có thể chảy và tung tóe, len lỏi vào mọi ngóc ngách. Giống như dòng sông uốn lượn qua những thung lũng, hay ly nước cam mát lạnh trong một ngày hè oi ả, ta luôn có thể thay đổi để phù hợp với nơi chứa đựng mình. Các hạt nhỏ bé bên trong ta không còn đứng yên nữa, chúng bắt đầu trượt lên nhau, nhảy múa và xoay tròn như những vũ công trong một điệu valse duyên dáng. Ta không còn cứng nhắc, mà trở nên mềm mại và uyển chuyển. Ta là cơn mưa gột rửa phố phường, là đại dương mênh mông ẩn chứa bao điều kỳ diệu, là giọt nước mắt lăn dài trên má. Ta là sự chuyển động và thích nghi. Và rồi, ta còn có một bộ mặt khác, một bộ mặt hoàn toàn tự do. Ta có thể trở nên vô hình, nhẹ bẫng và bay bổng khắp nơi. Giống như không khí bạn hít thở mỗi ngày, hay khí heli làm quả bóng bay vút lên trời cao. Các hạt tí hon của ta lúc này giống như những đứa trẻ hiếu động trong sân chơi khổng lồ, chúng bay nhảy với tốc độ chóng mặt, cách xa nhau và lấp đầy bất kỳ không gian nào chúng đặt chân đến. Ta không có hình dạng cố định, không có giới hạn. Ta là cơn gió nô đùa trên cánh đồng, là hơi thở ấm áp trong mùa đông giá lạnh. Vậy ta là ai, mà có thể vừa cứng như đá, vừa mềm như nước, lại vừa tự do như không khí?

Suốt hàng ngàn năm, con người đã luôn tò mò về bí mật của ta. Họ nhìn thấy ta thay đổi hình dạng và tự hỏi điều gì đang thực sự diễn ra. Ở Hy Lạp cổ đại, khoảng hơn hai ngàn năm trước, có một nhà tư tưởng thông thái tên là Democritus. Ông không có kính hiển vi hay phòng thí nghiệm hiện đại, nhưng ông có một trí tưởng tượng vô cùng phong phú. Ông hình dung rằng nếu bạn cứ lấy một vật bất kỳ và chia nó nhỏ dần, nhỏ dần, cuối cùng bạn sẽ đến một lúc không thể chia được nữa. Ông gọi những mẩu vật chất nhỏ bé, không thể phân chia đó là 'atomos', có nghĩa là 'không thể cắt được'. Democritus tin rằng mọi thứ, từ hòn đá đến giọt nước, đều được tạo thành từ những hạt nguyên tử nhỏ xíu này, chỉ khác nhau về cách chúng kết hợp. Đó là một ý tưởng thiên tài, nhưng lúc bấy giờ nó chỉ là một phỏng đoán.

Phải mất một thời gian rất dài, cho đến những năm 1780, một nhà khoa học người Pháp tên là Antoine Lavoisier mới thực sự bắt đầu vén bức màn bí ẩn bằng các thí nghiệm khoa học. Ông là một người cực kỳ cẩn thận và tỉ mỉ. Ông làm thí nghiệm trong các bình kín, đo lường mọi thứ một cách chính xác trước và sau khi ta thay đổi. Ví dụ, ông đun sôi nước trong một chiếc bình kín và nhận ra rằng mặc dù nước lỏng đã biến thành hơi nước vô hình, tổng trọng lượng của chiếc bình không hề thay đổi. Điều này chứng tỏ rằng ta không hề biến mất khi thay đổi trạng thái, ta chỉ đơn giản là biến đổi hình dạng. Lavoisier đã giúp mọi người hiểu ra một quy luật cơ bản: ta được bảo toàn. Từ đó, các nhà khoa học đã khám phá ra bí mật lớn nhất: hành vi của những hạt nhỏ bé quyết định hình dạng của ta. Khi ở thể rắn, chúng bị khóa chặt, chỉ rung rinh. Khi ở thể lỏng, chúng có đủ năng lượng để trượt qua nhau. Và khi ở thể khí, chúng có quá nhiều năng lượng đến nỗi chúng bay tứ tung một cách hỗn loạn. Câu đố hàng thiên niên kỷ cuối cùng đã có lời giải đáp.

Nhưng câu chuyện của ta không dừng lại ở đó. Hãy chuẩn bị cho một bất ngờ nhé. Ta có một người anh em họ, một người còn năng lượng hơn, nóng bỏng hơn và rực rỡ hơn cả trạng thái khí. Người ta gọi đó là trạng thái thứ tư của ta: plasma. Hãy tưởng tượng bạn tiếp tục đun nóng một chất khí, cung cấp cho nó ngày càng nhiều năng lượng hơn. Nóng hơn, nóng hơn nữa, cho đến khi nó nóng đến mức không tưởng. Các hạt nguyên tử tí hon sẽ không chịu nổi sức nóng đó. Chúng sẽ bị vỡ ra, các electron sẽ bị tách khỏi hạt nhân, tạo thành một hỗn hợp khí bị ion hóa, phát sáng rực rỡ và dẫn điện. Đó chính là plasma. Nó không chỉ là một chất khí nóng, nó là một trạng thái hoàn toàn khác biệt, tràn đầy năng lượng.

Bạn có thể nghĩ rằng plasma là một thứ gì đó hiếm hoi, chỉ có trong phòng thí nghiệm. Nhưng sự thật thì ngược lại. Plasma chính là trạng thái phổ biến nhất trong toàn vũ trụ. Những ngôi sao lấp lánh trên bầu trời đêm, bao gồm cả Mặt Trời của chúng ta, thực chất là những quả cầu plasma khổng lồ. Tia sét xé toạc bầu trời trong cơn giông bão? Đó chính là plasma. Ánh sáng rực rỡ nhiều màu sắc của đèn neon trong các biển hiệu quảng cáo? Cũng là plasma. Thậm chí cả hiện tượng cực quang kỳ ảo nhảy múa ở hai cực của Trái Đất cũng được tạo ra bởi plasma. Một nhà khoa học người Anh tên là Sir William Crookes là một trong những người đầu tiên nhận ra và nghiên cứu trạng thái đặc biệt này vào cuối những năm 1800. Ông đã mở ra một cánh cửa mới để con người hiểu về ta, một phiên bản mạnh mẽ và tỏa sáng nhất.

Bây giờ bạn đã biết những bí mật của ta rồi đấy. Từ trạng thái rắn chắc, lỏng linh hoạt, khí tự do cho đến plasma rực rỡ, ta ở khắp mọi nơi và trong mọi thứ. Việc hiểu về các trạng thái của ta không chỉ là một bài học khoa học thú vị, nó còn là chìa khóa cho vô số phát minh đã thay đổi thế giới. Động cơ hơi nước, thứ đã khởi đầu cho các cuộc cách mạng công nghiệp, hoạt động bằng cách biến ta từ dạng lỏng sang dạng khí để tạo ra năng lượng. Tên lửa bay vào không gian sử dụng nhiên liệu ở cả dạng rắn và lỏng. Tủ lạnh trong nhà bạn làm mát thức ăn bằng cách liên tục thay đổi trạng thái của ta. Tên của ta là Vật Chất. Ta là chiếc bàn bạn đang ngồi, là quyển sách bạn đang đọc, là không khí bạn đang hít thở, và là những vì sao xa xôi trên trời. Bí mật của ta rất vĩ đại, nhưng chúng không phải là điều không thể khám phá. Bằng cách luôn tò mò, đặt câu hỏi và tìm kiếm câu trả lời, bạn không chỉ hiểu thêm về ta, mà còn có thể khám phá ra những cách mới để sử dụng ta, để tạo ra những điều tuyệt vời giúp ích cho con người. Thế giới của ta luôn rộng mở chờ bạn khám phá.