Buzz
Gần đây, một người dùng trên Reddit đã đặt ra một câu hỏi khoa học thú vị: Nếu khí heli nhẹ hơn không khí khiến bóng bay có thể bay lên, vậy thì liệu một quả bóng chứa chân không có thể bay cao hơn không?
Để giải thích câu hỏi này, trước tiên ta cần hiểu tại sao một quả bóng bay chứa khí heli lại có thể lơ lửng trong không khí. Nguyên lý đằng sau hiện tượng này chính là lực đẩy Archimedes, hay còn gọi là lực nổi. Mỗi vật thể khi đặt trong chất lỏng hoặc khí đều chịu một lực đẩy hướng lên, do áp suất ở đáy vật thể lớn hơn áp suất ở phía trên. Nếu lực đẩy này đủ lớn để vượt qua trọng lượng của vật thể, nó sẽ nổi lên.
Khí heli có mật độ thấp hơn không khí xung quanh, tạo ra một sự chênh lệch áp suất giữa phần dưới và phần trên của quả bóng, giúp nó bay lên. Cách thức này cũng tương tự như trong khinh khí cầu, nơi không khí nóng bên trong giảm mật độ, khiến khinh khí cầu nhẹ hơn môi trường xung quanh và có thể bay lên.
Không gian chân không, nơi không tồn tại bất kỳ vật chất nào, sẽ nhẹ hơn cả khí heli vì không có phân tử nào trong đó. Về lý thuyết, nếu ta có thể tạo ra một quả bóng chứa chân không hoàn hảo, nó sẽ nhẹ hơn tất cả các khí trong khí quyển Trái Đất và có thể bay cao hơn cả bóng bay chứa khí heli, thậm chí là khí hydro.
Tuy nhiên, vấn đề lớn nằm ở vật liệu chế tạo quả bóng. Các quả bóng chứa heli thường được làm từ cao su hoặc màng nhựa mỏng, chỉ cần một lớp mỏng để giữ khí bên trong. Nhưng nếu thay thế khí heli bằng chân không, vật liệu của quả bóng sẽ phải có độ bền rất cao để chống lại áp suất lớn từ khí quyển bên ngoài. Nếu không đủ mạnh, quả bóng sẽ bị ép vỡ ngay lập tức.
Ý tưởng về các khí cầu chứa chân không không phải là mới. Vào năm 1690, nhà toán học và linh mục Francesco Lana-Terzi đã đưa ra ý tưởng về một con tàu bay dựa trên nguyên lý này. Ông tưởng tượng một con tàu có các quả bóng chân không khổng lồ để giúp nó lơ lửng trong không trung. Tuy nhiên, dù công nghệ hiện đại ngày nay đã phát triển, việc chế tạo một cấu trúc đủ nhẹ mà vẫn có thể chịu được áp suất bên ngoài để duy trì chân không vẫn là một thách thức lớn.
Hiện nay, vật liệu chưa đủ bền để chế tạo một quả bóng chân không có thể giữ được hình dạng mà không bị vỡ. Tuy nhiên, nếu các nhà khoa học vật liệu có thể phát triển một lớp vỏ vừa cứng vừa nhẹ, có thể trong tương lai chúng ta sẽ có những phương tiện di chuyển bay lượn trong khí quyển dựa vào nguyên lý chân không, thay vì phải phụ thuộc vào các loại khí nhẹ như heli hay hydro.
