Con người liệu có khám phá được phương pháp tàng hình trong tương lai không?

TÀNG HÌNH

Không thể dựa vào đôi mắt khi trí tưởng tượng đã vượt xa tầm nhìn. - MARK TWAIN

Trong bộ phim Star Trek IV: Hành trình về nhà, phi hành đoàn của tàu Enterprise đã đánh cắp một chiến hạm của các Klingon. Không giống như các tàu thuộc Hạm đội Liên đoàn Các hành tinh, tàu của Đế quốc Klingon có một “tấm áo phản quang”, giúp chúng trở nên vô hình trước ánh sáng và sóng radar, cho phép chúng tiếp cận và tấn công các tàu của Liên đoàn mà không bị phát hiện. Tấm áo phản quang này là một lợi thế chiến lược của Đế quốc Klingon so với Liên đoàn Các hành tinh.

Một thiết bị như vậy có thể thực hiện được không? Tàng hình từ lâu đã là một trong những ấn phẩm của khoa học viễn tưởng và truyện hư cấu, từ những trang tiểu thuyết The Invisible Man của H. G. Wells, đến áo choàng tàng hình trong loạt truyện Harry Potter, hay chiếc nhẫn trong The Lord of the Rings. Thế nhưng, trong ít nhất một thế kỷ, các nhà vật lý vẫn chối bỏ khả năng tạo ra những thứ như vậy, cho rằng chúng là không thể: chúng vi phạm các định luật quang học và không phù hợp với những tính chất đã biết của vật chất.

Tuy nhiên, ngày nay, những điều không thể đó có thể trở thành hiện thực. Các tiến bộ mới về “siêu vật liệu” đang thúc đẩy sự thay đổi gần như toàn bộ hệ thống sách giáo khoa về quang học. Các mẫu thử nghiệm của loại vật liệu này đang được chế tạo trong phòng thí nghiệm và thu hút sự chú ý ngày càng lớn từ truyền thông, các ngành công nghiệp và cả quân đội trong việc biến những thứ nhìn thấy được thành vô hình.

SỰ TÀNG HÌNH TRONG TIẾN TRÌNH LỊCH SỬ

Tàng hình có thể là một trong những khái niệm cổ xưa nhất trong thần thoại. Lịch sử từ những thời xa xưa nhất cũng đã ghi nhận việc những người phải ở một mình trong đêm tối sợ hãi linh hồn vô hình của người quá cố hay những hồn ma lang thang lẩn khuất trong màn đêm. Người anh hùng Hy Lạp Perseus tiêu diệt nữ quỷ Medusa nhờ đội chiếc mũ tàng hình. Các vị tướng ước mơ có được chiếc áo tàng hình. Khi vô hình, ta có thể dễ dàng xuyên qua phòng tuyến để bất ngờ bắt giữ kẻ thù. Tội phạm có thể sử dụng khả năng tàng hình để thực hiện những phi vụ trộm cướp ngoạn mục.

Sự tàng hình đóng vai trò quan trọng trong triết lý của Plato về đạo lý và đức hạnh. Trong tác phẩm triết học Cộng hòa, Plato đã đề cập đến thần thoại về chiếc nhẫn của Gyges. Chàng chăn cừu nghèo nhưng tốt bụng Gyges lạc vào một hang động bí ẩn và tìm thấy một ngôi mộ chứa bộ xương đeo một chiếc nhẫn vàng. Gyges phát hiện ra chiếc nhẫn này mang sức mạnh ma thuật có thể giúp anh tàng hình. Chẳng mấy chốc, chàng chăn cừu nghèo bị đầu độc trở nên mê mẩn trước quyền năng của chiếc nhẫn. Sau khi lẻn vào lâu đài của vua, Gyges sử dụng ma lực của chiếc nhẫn để quyến rũ hoàng hậu, rồi với sự giúp đỡ của nàng, anh giết nhà vua và lên ngôi vua xứ Lydia.

Trong xã hội, đạo đức thường được coi là một chuẩn mực quan trọng. Tuy nhiên, đôi khi, khi có quyền lực, con người có thể bị cuốn theo cám dỗ và sử dụng nó một cách không đạo đức.

Việc trở nên vô hình không chỉ là một chủ đề trong truyền thuyết mà còn thường xuất hiện trong khoa học viễn tưởng. Nhưng không phải lúc nào cũng là điều tốt khi có khả năng này.

Trong tác phẩm văn học kinh điển, sức mạnh tàng hình thường được sử dụng để tạo ra những câu chuyện ly kỳ. Tuy nhiên, việc sử dụng nó không luôn mang lại hậu quả tốt đẹp.

James Clerk Maxwell, một nhà vật lý vĩ đại, đã có những đóng góp quan trọng trong việc hiểu sâu hơn về ánh sáng. Sự kết hợp giữa thực nghiệm và toán học đã giúp ông tiến xa trên con đường nghiên cứu vật lý.

Trường Cambridge đã sản sinh ra không ít những nhà khoa học vĩ đại. James Clerk Maxwell, với kiến thức uyên bác về toán và vật lý, đã để lại dấu ấn sâu đậm trong lịch sử khoa học.

Giải tích toán học của Newton đã mở ra cánh cửa cho việc hiểu sâu hơn về thế giới xung quanh chúng ta, từ chuyển động của sóng biển đến cách mà đạn pháo di chuyển trong không gian và thời gian.

Maxwell đã tạo ra một hệ phương trình quan trọng trong vật lý hiện đại, mô tả về trường điện từ và từ trường. Việc hiểu sâu hơn về hệ phương trình này đòi hỏi sự nỗ lực và kiên nhẫn của các nhà khoa học.

Một trong những phát hiện quan trọng nhất của Maxwell là việc xác định tốc độ truyền của ánh sáng và liên kết nó với các trường điện từ. Điều này đã mở ra cánh cửa cho việc hiểu sâu hơn về bản chất của ánh sáng.

Phát hiện của Maxwell về các trường điện từ đã giải mã bí mật của ánh sáng và mở ra một thế giới mới của vật lý. Từ đó, con người có thể áp dụng kiến thức này vào nhiều lĩnh vực khác nhau, từ công nghệ đến y học.

Einstein đã từng nói rằng hệ phương trình Maxwell là “tinh túy nhất và phổ quát nhất mà vật lý đạt được kể từ thời Newton.”

Thật bi đát, Maxwell, một trong những nhà vật lý vĩ đại nhất thế kỷ 19, qua đời ở tuổi 48 vì ung thư dạ dày, căn bệnh cũng đã cướp đi mẹ của ông. Maxwell đã dùng những phương trình này để biểu diễn các khám phá mang tính cách mạng và các trường lực của Faraday.

Maxwell đã bắt đầu từ phát hiện của Faraday về việc điện trường có thể chuyển đổi thành từ trường và ngược lại. Từ các mô tả của Faraday, ông đã chuyển chúng thành ngôn ngữ chính xác của phương trình vi phân, tạo ra hệ phương trình quan trọng nhất của khoa học hiện đại. Đây là hệ gồm tám phương trình vi phân mà các nhà vật lý và kỹ sư trên thế giới phải nỗ lực học tập để hiểu lý thuyết trường điện từ tại trường đại học.

Maxwell tự hỏi: nếu từ trường có thể chuyển thành điện trường và ngược lại, điều gì sẽ xảy ra nếu quá trình này lặp lại vô hạn? Ông nhận thấy rằng các trường điện-từ tạo ra một loại sóng giống như sóng biển. Thật bất ngờ, ông tính toán được tốc độ truyền của loại sóng này bằng với tốc độ ánh sáng! Năm 1864, từ phát hiện này, ông tiên đoán: “Tốc độ này gần bằng tốc độ ánh sáng, nên chúng ta có lý do chắc chắn để kết luận rằng ánh sáng chính là những dao động của điện từ trường.”

Đây có thể là một trong những phát hiện vĩ đại nhất của nhân loại. Lần đầu tiên bí mật của ánh sáng đã được hé mở. Maxwell nhận ra rằng mọi thứ, từ ánh bình minh, ánh hoàng hôn, sắc màu của cầu vồng đến ánh sáng của bầu trời sao, đều có thể được mô tả qua các sóng mà ông đang viết lên giấy. Ngày nay, chúng ta biết rằng toàn bộ phổ của sóng điện từ - từ radar, tivi, ánh sáng hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, ánh sáng tử ngoại, tia X, vi ba và tia gamma - đều là sóng Maxwell, được tạo thành từ dao động của các trường lực Faraday.

Einstein đã nhấn mạnh rằng hệ phương trình Maxwell là “tinh túy nhất và phổ quát nhất mà vật lý đạt được kể từ thời Newton.”

Thật bi đát, Maxwell, một trong những nhà vật lý vĩ đại nhất thế kỷ 19, đã qua đời ở tuổi 48 do ung thư dạ dày, căn bệnh đã giết chết mẹ ông ở cùng độ tuổi. Nếu sống lâu hơn, ông có thể đã khám phá ra rằng các phương trình của mình cho phép không-thời gian dao động, điều này dẫn trực tiếp đến thuyết tương đối của Einstein. Thật khó tin rằng thuyết tương đối đã có thể được phát hiện ngay từ thời Nội chiến Mỹ.

Thuyết ánh sáng của Maxwell cùng thuyết nguyên tử đã mang lại cách lý giải đơn giản về quang học và khả năng tàng hình. Trong chất rắn, các nguyên tử gắn kết chặt chẽ, còn trong chất lỏng hay khí, các phân tử lại cách xa nhau. Hầu hết chất rắn đều chắn sáng vì tia sáng không thể xuyên qua ma trận nguyên tử dày đặc – giống như một bức tường gạch. Ngược lại, nhiều chất lỏng và khí trong suốt vì ánh sáng có thể dễ dàng đi qua các khoảng trống giữa các nguyên tử – lớn hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng khả kiến. Ví dụ, nước, cồn, amoniac, axetôn, nước sát trùng, khí đốt và nhiều chất khác đều truyền sáng, cũng như các khí như ôxi, hiđrô, nitơ, cacbonic, mêtan…

Nguyên tắc này có một vài ngoại lệ quan trọng. Nhiều loại tinh thể dạng rắn nhưng lại truyền sáng. Các nguyên tử của tinh thể sắp xếp theo cấu trúc lưới, nằm trên các hàng xếp đều nhau với khoảng cách không đổi. Do đó, có nhiều con đường cho tia sáng đi qua mạng tinh thể. Dù tinh thể gồm các nguyên tử xếp chặt như chất rắn khác nhưng ánh sáng vẫn truyền được qua.

Trong một số điều kiện nhất định, một vật rắn có thể trở nên trong suốt nếu các nguyên tử của nó sắp xếp ngẫu nhiên. Điều này thực hiện bằng cách nung nóng vật đến nhiệt độ cao rồi làm lạnh nhanh. Ví dụ, thủy tinh là chất rắn nhưng mang nhiều tính chất của chất lỏng vì các nguyên tử của nó sắp xếp ngẫu nhiên. Một số loại kẹo cũng trở nên trong suốt bằng phương pháp tương tự.

Rõ ràng, tàng hình là một tính chất xuất hiện ở cấp độ nguyên tử theo hệ phương trình Maxwell, nên việc áp dụng vào khoảng cách thông thường là rất khó khăn, nếu không muốn nói là bất khả thi. Để khiến Harry Potter vô hình, ta phải hóa lỏng cậu, đun sôi để biến cậu thành hơi, chờ cậu hóa rắn rồi nung nóng và làm lạnh lại – quá khó, ngay cả với một phù thủy.

Dù không thể tạo ra máy bay tàng hình hoàn toàn, quân đội đã thử một phương án thực tiễn hơn: sử dụng công nghệ ẩn mình để làm máy bay vô hình trước radar. Công nghệ này dựa vào hệ phương trình Maxwell để tạo ra một loạt các thủ thuật. Một chiến đấu cơ phản lực có thể dễ dàng nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng trên màn hình radar của địch, nó chỉ nhỏ như một con chim lớn. (Công nghệ ẩn mình là sự kết hợp của nhiều thủ thuật. Thay đổi chất liệu chế tạo máy bay, giảm thiểu các cấu kiện sắt để thay bằng nhựa và chất dẻo, thay đổi các góc cạnh ở thân máy bay, bố trí lại các ống xả khói…, làm cho chùm tia radar bị phân tán theo mọi hướng, không quay lại màn hình radar của địch. Tuy nhiên, công nghệ này không làm máy bay tàng hình mà chỉ lệch hướng và phân tán sóng radar nhiều nhất có thể.)

Đoạn trích bạn vừa đọc thuộc cuốn sách Vật lý của những điều tưởng chừng bất khả của Michio Kaku. Trong cuốn sách này, tác giả xếp tàng hình vào bất khả thi loại I: Những công nghệ hiện chưa thực hiện được nhưng không vi phạm các định luật vật lý đã biết, có thể khả thi trong thế kỷ này hoặc xa hơn, trong hình thái thay đổi. Các công nghệ này bao gồm viễn tải, động cơ phản vật chất, một số hình thức ngoại cảm, viễn di và tàng hình.