hỗn độn và hài hòa: phần 2

CHƯƠNG<br /> NĂM<br /> <br /> NHỮNG ĐIỀU<br /> KỲ LẠ<br /> TRONG THẾ<br /> GIỚI CÁC<br /> NGUYÊN TỬ<br /> <br /> M<br /> <br /> ột thế giới màu sắc<br /> Chúng ta sống trong một thế giới đầy màu sắc: màu xanh<br /> lơ của da trời, màu hồng tinh tế của một bông hoa, màu xanh mát<br /> của một chiếc lá hoặc màu đỏ rực của cảnh hoàng hôn. Những<br /> màu sắc đó đem lại sự tươi mát cho tâm hồn chúng ta, làm cho<br /> cuộc sống của chúng ta đáng yêu biết bao. Nhờ đâu mà chúng ta<br /> được hưởng một lễ hội những sắc màu rực rỡ và đa dạng như thế?<br /> Cho đến đầu thế kỷ XX, chúng ta vẫn còn chưa biết gì về điều đó.<br /> Và chỉ khi phát hiện ra cấu trúc của các nguyên tử, bấy giờ chúng<br /> ta mới có câu trả lời.<br /> Ý tưởng cho rằng vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử, ngày<br /> nay ai cũng thấy đó là chuyện đương nhiên. Tuy vậy, sự đương<br /> nhiên ấy phải mất rất nhiều thời gian mới khẳng định được. Ý<br /> tưởng cho rằng tất cả mọi hiện tượng tự nhiên đều có thể giải<br /> thích được, xuất phát từ một thành tố cơ bản, đã ra đời cùng với<br /> biết bao ý tưởng khác, bắt nguồn từ nền văn minh phương Tây tại<br /> Hy Lạp. Ở thành phố Milet, Ionie, vào thế kỷ thứ VI trước CN,<br /> <br /> 356 Hỗn độn và hài hòa<br /> <br /> Thales (625-547 trước CN) đã cho rằng chất cơ bản là nước, trong<br /> khi Anaximenes (thế kỷ VI trước CN) lại cho rằng đó là không khí.<br /> Cả hai bậc tiền bối này đều xa sự thật. Một thế kỷ sau, Democritus<br /> (460-370 trước CN) và Leucippus (460-370 trước CN) đã đưa ra<br /> một ý tưởng cách mạng cho rằng mọi vật chất đều cấu thành bởi<br /> các hạt không thể phân chia được nữa và vĩnh cửu, mà các ông<br /> gọi là nguyên tử (tiếng Hy Lạp nguyên tử là atomos - có nghĩa là<br /> không thể phân chia được nữa). Vì không có các bằng chứng thực<br /> nghiệm, nên mọi chuyện vẫn chỉ dừng lại ở đó trong suốt 21 thế<br /> kỷ tiếp theo. Ý tưởng về nguyên tử bị che lấp dần, rồi nhường chỗ<br /> cho ý tưởng về bốn yếu tố cơ bản của Aristoteles (384-322 trước<br /> CN), đó là nước, không khí, đất và lửa. Rồi biết bao biến cố đã xảy<br /> ra sau đó: Hy Lạp bị sáp nhập vào đế quốc La Mã; sự suy tàn của<br /> văn minh Hy Lạp; những cuộc xâm lược liên tiếp của các tộc dã<br /> man, Goths và Huns; sự suy yếu của đế quốc La Mã, và song song<br /> với các biến cố đó là sự cất cánh của đế quốc Ả Rập. Đế quốc này<br /> đã giành lấy bó đuốc văn minh và khoa học để rồi lại phải chuyển<br /> bó đuốc đó cho Châu Âu Phục Hưng.<br /> Cho mãi đến năm 1600 ý tưởng về nguyên tử mới lại nổi lên.<br /> Được khích lệ từ tác phẩm Về bản chất sự vật của nhà thơ Latin<br /> Lucrece (98-55 trước CN), qua đó trình bày những ý tưởng của<br /> Leucippus và của Democritus về nguyên tử, triết gia Pháp Pierre<br /> Gasenti (1592-1655) đã kêu gọi sự cần thiết phải làm thí nghiệm<br /> để kiểm chứng giả thuyết về nguyên tử. Và lời kêu gọi của ông đã<br /> được hưởng ứng. Nhà vật lý và hóa học người Ailen Robert Boule<br /> (1627-1691), vào năm 1662, đã đưa ra kết luận rằng định luật về<br /> tính chịu nén của khí chỉ có thể hiểu được nếu khí được cấu thành<br /> từ các nguyên tử. Nhà hóa học Pháp Antoine de Lavoisier (17431794) đã đạt được một bước tiến mới trong việc chứng minh sự<br /> Những điều kỳ lạ trong thế giới các nguyên tử<br /> <br /> 357<br /> <br /> tồn tại của nguyên tử. Ông đã phá thủng bức màn bí mật về cấu<br /> tạo của không khí và nước, và từ đó chứng minh được rằng chúng<br /> được cấu tạo bởi những nguyên tố hóa học được kết hợp với nhau<br /> theo một tỷ lệ luôn luôn không đổi (thật bất hạnh thay, những<br /> công trình xuất sắc của ông trong hóa học đã không cứu nổi ông<br /> thoát khỏi lưỡi dao máy chém, vì ông còn là nghị sĩ). Vào năm<br /> 1808, nhà hóa học Anh John Dalton (1766-1844) đã đưa ra kết<br /> luận rằng hành trạng của các nguyên tố hóa học chỉ có thể hiểu<br /> được nếu mỗi nguyên tố đó được tạo nên bởi một loại nguyên tử<br /> duy nhất, được đặc trưng bởi một “trọng lượng nguyên tử” riêng<br /> có của nó.<br /> <br /> Về thứ tự trong các nguyên tố hóa học hay bảng tuần hoàn<br /> Năm 1869, nhà hóa học Nga Dmitri Mendeleev (1834-1907) đã<br /> thành công trong việc sắp xếp thứ tự trong tập hợp các nguyên<br /> tố hóa học với số lượng dường như ngày một tăng thêm và nhân<br /> lên. Ông sắp xếp chúng theo thứ tự trọng lượng nguyên tử. Như<br /> có phép thần, các nguyên tố có cùng những tính chất hóa học đều<br /> hợp lại thành nhóm gồm bảy nguyên tố xếp trong cùng một cột.<br /> Sự xếp thành cột này chỉ có thể hiểu được nếu mỗi nguyên tố hóa<br /> học được tạo nên bởi chỉ một loại nguyên tử. Tập hợp các cột này<br /> tạo thành cái mà ngày nay người ta gọi là “bảng tuần hoàn” các<br /> nguyên tố hóa học, thường vẫn được treo trên tường các lớp học<br /> của các trường trung học. Khi Mendeleev lập bảng liệt kê, người<br /> ta mới chỉ biết có 63 nguyên tố. Như vậy là hồi đó còn có những<br /> ô phải bỏ trống. Song Mendeleev đã tin vào phương pháp sắp xếp<br /> thứ tự các nguyên tố của ông tới mức ông đã không ngần ngại<br /> tuyên bố rằng nếu tất cả các ô chưa được lấp đầy thì không phải<br /> <br /> 358 Hỗn độn và hài hòa<br /> <br /> là tự nhiên không ưa thích một số nguyên tố hóa học nào đó, mà<br /> chẳng qua là vì con người chưa phát hiện ra chúng đấy thôi. Và<br /> ông đã có lý: cùng với sự khám phá ra những nguyên tố mới, các<br /> ô bỏ trống dần dần cũng đã được lấp đầy. Điều này đã làm cho<br /> Mendeleev trở nên nổi tiếng khắp thế giới, trừ nước Nga, vì Nga<br /> hoàng đánh giá không cao những quan điểm chính trị quá tự do<br /> của ông...<br /> Trong khi đó, những dấu hiệu vẫn tiếp tục được tích tụ, có lợi<br /> cho sự tồn tại của các nguyên tử.<br /> Trước hết, vào nửa cuối thế kỷ XIX, nhà vật lý Anh James Maxwell<br /> (1831-1879) và ít lâu sau đó là nhà vật lý Áo Ludwig Boltzmann<br /> (1844-1906) cùng nhà vật lý Mỹ Willard Gibbs (1839-1903) những người chuyên nghiên cứu nhiệt động lực học, tức khoa học<br /> về nhiệt - đã chứng minh được rằng tính chất của các chất khí, đặc<br /> biệt là nhiệt độ của chúng, có thể hiểu được nếu chúng được cấu<br /> tạo bởi các nguyên tử. Thực vậy, nhiệt được gây bởi chuyển động<br /> của các nguyên tử: trong không khí nóng, các nguyên tử chuyển<br /> động với vận tốc lớn và chúng sẽ chuyển động chậm chạp đi rất<br /> nhiều, nếu không khí bị lạnh đi. Chẳng hạn, không khí nóng của sa<br /> mạc Sahara làm cháy da bạn, đó là bởi vì các phân tử không khí bị<br /> đốt nóng bởi ánh nắng chói chang ở đó đã đập vào da bạn với tốc<br /> độ cao. Trái lại, các nguyên tử trong gió mát sẽ làm lạnh da bạn, vì<br /> chúng chuyển động chậm chạp hơn. Theo cách nhìn đó thì vật chất<br /> không thể lạnh xuống dưới không độ tuyệt đối (-273oC), bởi vì ở<br /> nhiệt độ đó chuyển động của các nguyên tử đều bị đông cứng lại.<br /> Sau nữa, việc các nguyên tố hóa học được sắp xếp thứ tự theo<br /> trọng lượng nguyên tử trong bảng tuần hoàn Mendeleev cho thấy<br /> rằng các nguyên tử có mức độ phức tạp khác nhau, các nguyên tử<br /> Những điều kỳ lạ trong thế giới các nguyên tử<br /> <br /> 359<br /> <br />