Chúng ta sống ở một cấp độ tồn tại, nhưng còn những cấp độ khác.
Những chiều không gian thực tế ẩn này có ở khắp mọi nơi.
Từ rất xa, cách hàng năm ánh sáng...
đến ngay dưới chân chúng ta...
Và cả bên trong bạn và tôi nữa.
Chúng ta được cấu thành từ các nguyên tử.
Số lượng nguyên tử có trong mắt bạn
còn nhiều hơn số sao và tất cả các thiên hà trong vũ trụ biết được.
Điều tương tự cũng đúng với mọi vật thể rắn
lớn hơn đầu ngón tay bạn.
Tôi là một tập hợp của ba tỷ tỷ tỷ
các nguyên tử được sắp xếp tinh vi có tên Neil Degrasse Tyson.
Bạn cũng là một tập hợp tương tự với một cái tên khác.
Chúng ta thường không nghĩ về mình theo cách như vậy
vì cấp độ thực tế đó vượt quá các giác quan của chúng ta.
Nhưng chúng ta sẽ không để chuyện đó cản đường.
Chúng ta vẫn có thể đi sâu hơn vào điều kỳ diệu.
Các nguyên tử giúp vật chất làm được những việc thú vị.
Để hiểu được nước, bạn cần biết được các nguyên tử của nó đang làm gì.
Mỗi phân tử nước được cấu thành từ
hai nguyên tử hydro tí hon
gắn với một nguyên tử oxy lớn hơn.
Đó là lý do ta gọi nó là H20.
Chỉ cần không quá nóng hoặc không quá lạnh,
các phân tử có thể trượt qua và xô đẩy lên nhau được.
Vẫn có một chút kết dính giữa các phân tử,
nhưng không đủ mạnh để khóa chặt chúng thành dạng chất rắn.
Đó là thứ khiến một chất có dạng lỏng.
Mặt trời làm ấm nước.
Và với nhiều năng lượng hơn,
các phân tử cũng chuyển động nhanh hơn.
Nhiệt độ cũng chỉ có thế thôi.
Những phân tử đó đang chuyển động đủ nhanh
đễ bẻ gãy được kết nối yếu ớt giữa chúng và hàng xóm của chúng.
Đó là sự bay hơi.
Không khí chúng ta thở được cấu thành
từ các phân tử nitơ và oxy
với một chút hơi nước và khí cacbonic.
Đang tới đấy!
Đó là sự ngưng tụ.
Một giọt sương là một chiến thắng tạm thời
khi sự ngưng tụ áp đảo sự bay hơi.
Và trong khi nó còn tồn tại,
nó là một vũ trụ nhỏ với những thế giới của riêng nó...
với những sinh vật, những kịch tính.
Để khám phá vũ trụ xa xôi
của giọt sương này,
chúng ta sẽ cần một con tàu
Một con tàu với hai động cơ...
Khoa học và Trí tưởng tượng.
Đó là trùng đế giày đơn bào,
một trong vô số những thợ săn-chiến binh thiện nghệ
thống trị thế giới hạt sương.
Nhưng cả chúng nữa cũng là những con mồi.
Trùng cỏ Dileptus, kẻ tử thù của trùng đế giày.
Con trùng đế giày có thể may mắn và đánh được một cú trực diện.
Kể cả nếu nó có trượt,
thì phản lực từ cú đánh cũng giúp tạo được chút khoảng cách
giữa con trùng đế giày và kẻ tấn công.
Tôi có thể nói gì chứ?
Đó là cuộc sống trong giọt sương.
Anh bạn nhỏ bé kia là một con tardigrade,
một loài động vật bé hơn cả một đầu kim.
Đừng coi thường chúng.
Loài tardigrade đã sống trên hành tinh này
lâu hơn chúng ta nhiều.
Khoảng 500 triệu năm.
Cứ mỗi người chúng ta
thì có khoảng 1 tỷ chúng.
Chúng có thể sống sót ở bất kỳ đâu trên Trái Đất.
Trên đỉnh cao lạnh lẽo của những ngọn núi cao nhất,
trong lòng những miệng núi lửa đang phun trào,
và dưới những đáy vực sâu nhất trong lòng đại dương.
Loài tardigrade gan lỳ đến nỗi
chúng có thể tồn tại trần trụi
trong chân không vũ trụ.
Chúng đã sống sót qua cả 5
cuộc đại tuyệt chủng gần đây nhất của hành tinh.
Một vị khách từ một thế giới khác cũng có thể được tha thứ
khi nghĩ Trái Đất là hành tinh của loài tardigrade.
Nếu chúng ta muốn xuống tới đáy cùng của giọt sương này,
thì nên nhanh đi tiếp thôi.
Mỗi chiếc lá và một cọng rêu nhỏ
đều có hàng trăm ngàn
lổ hổng siêu nhỏ có tên Khí khổng.
Cây cối thở qua chúng,
hút vào khí cacbon dioxit
và thở ra khí oxy mà chúng ta cần.
Thực vật có thể tồn tại mà không cần chúng ta.
Nhưng chúng ta và các loài động vật khác...
sẽ tuyệt diệt nếu không có chúng.
Thực vật có thể tạo ra thức ăn nhờ năng lượng mặt trời.
Động vật chúng ta không thể làm thế.
Để xem chúng làm điều đó như thế nào,
chúng ta phải đi sâu hơn nữa,
biến chúng ta thành 1000 lần nhỏ hơn thế này,
để đột nhập vào căn phòng kho báu
nơi chúng giữ những đồ quý nhất...
chất diệp lục
Đó là phân tử
giúp chuyển ánh sáng mặt trời thành năng lượng.
Mỗi một hình chữ nhật kia là một tế bào thực vật.
Và những phương tiện màu xanh nhỏ nhỏ đó...
là những nhà máy năng lượng của nó.
Nếu chúng ta có để đánh cắp bí mật kinh doanh của chúng,
nó sẽ châm ngòi cho một cuộc cách mạng công nghệ mới.
Nhưng để rình trộm được chúng,
ta sẽ phải đi sâu hơn nữa.
Thế giới kỳ lạ nào mà Con tàu của Trí Tưởng Tượng
đã đưa ta đến lần này đây?
Nó chính là vũ trụ...
chứa trong một giọt sương.
Chúng ta đang trong một nhiệm vụ gián điệp kinh doanh.
Nếu chúng ta có thể đánh cắp bí mật công nghệ của chúng
của quy trình sản xuất bên trong lục lạp đó,
cứ nói ngắn gọn là cả thế giới của chúng ta sẽ thay đổi hoàn toàn.
Tế bào lục lạp này đang dùng ánh sáng Mặt trời
để bẻ gãy các phân tử nước
thành các nguyên tử hydro và oxy.
Rồi nó kết hợp hydro và cacbon dioxit
để làm thành đường,
và giải phóng khí oxy như một sản phẩm thừa.
Để xem chúng làm như thế nào, chúng ta cần xuống sâu hơn nữa,
thu nhỏ lại hơn nữa.
Tới cấp độ nguyên tử.
Đây rồi.
Quần thể này nằm ở đúng trung tâm
của khu công nghiệp phân tử.
Ở cấp độ phân tử,
mọi thứ diễn ra quá nhanh với chúng ta.
Nên chúng ta cần làm chậm chúng lại
khoảng một tỷ lần.
Các phân tử lớn này là cacbon dioxit.
Mỗi phân tử được làm từ
Một nguyên tử cacbon và hai nguyên tử oxy.
Khi ánh sáng Mặt trời chiếu vào các phân tử diệp lục,
nó kích hoạt một chuỗi các phản ứng hóa học,
tách rời các phân tử nước
và giải phóng các electron mang năng lượng.
Và đó mới chỉ là ca làm ban ngày
khi ánh sáng Mặt trời vẫn cung cấp dòng năng lượng.
Còn một ca làm việc nữa hoạt động cả ngày lẫn đêm.
sử dụng năng lượng Mặt trời đã được dự trữ.
Năng lượng của các electron được giải phóng bắt đầu được sử dụng,
kết hợp cacbon dioxit và hydro từ nước.
Sản phẩm cuối cùng là đướng, thứ chứa năng lượng từ Mặt trời.
Tế bào lục lạp là một cỗ máy thu thập năng lượng
ba tỷ năm tuổi.
Chiếc pin mặt trời cấp độ hạ phân tử này
là thứ cung cấp năng lượng cho các khu rừng và các cánh đồng
và những sinh vật phù du ở biển.
Và cả các loài động vật,
trong đó có chúng ta.
Cả hệ sinh quyển chạy bằng năng lượng mặt trời này
thu thập và xử lý lượng năng lượng nhiều gấp 6 lần
của cả nền văn minh của chúng ta
Chúng ta hiểu cách quang hợp hoạt động
ở cấp độ hóa học.
Chúng ta có thể tái tạo lại quá trình đó trong phòng thí nghiệm.
Nhưng chúng ta không thể làm chúng tốt bằng các loài thực vật.
Và chuyện đó cũng không có gì đáng ngạc nhiên,
vì thiên nhiên đã làm nó từ hàng tỷ năm nay rồi,
còn chúng ta thì mới chỉ bắt đầu.
Nhưng nếu chúng ta có thể tìm ra
bí mật kinh doanh của quá trình quang hợp,
tất cả mọi loại năng lượng chính
mà chúng ta phụ thuộc vào ngày nay...
than, dầu mỏ, khí tự nhiên...
đều sẽ trở thành lỗi thời.
Quang hợp là dạng năng lượng xanh tối thượng.
Nó không làm ô nhiễm không khí
và không làm thay đổi lượng CO2 trên Trái Đất.
Quang hợp nhân tạo, trên một quy mô đủ lớn,
có thể làm giảm hiệu ứng nhà kính
đang làm biến đổi khí hậu theo chiều hướng xấu.
Chết rồi, chỗ này đang sắp bay hơi.
Đến lúc ra khỏi đây rồi.
Cuộc sống trong một giọt sương mới ngắn ngủi biết bao.
Nó ngưng tụ từ không khí trong đêm lạnh
chỉ để bốc hơi vào ban ngày khi nhiệt độ tăng lên.
Vậy còn những thần dân của nó, loài tardigrade thì sao?
Chúng sẽ ổn thôi.
Chúng có thể sống không cần nước hàng năm trời.
Có thể khó tưởng tượng,
nhưng cây cối đã bao phủ bề mặt của Trái Đất
trong suốt hàng trăm triệu năm
trước khi chúng nở bông hoa đầu tiên.
Đó là vào khoảng 100 triệu năm trước,
không lâu trước khi loài khủng long bị tuyệt diệt.
Thế giới của chúng ta khi ấy hẳn phải rất buồn tẻ,
hầu như chỉ có hai sắc màu nâu và xanh.
Đúng, có những loài cây khổng lồ, dương xỉ và các loại thực vật khác
nhưng không có màu tím của loài hoa diên vĩ.
hay màu đỏ thắm của một đóa hồng nhung.
Phong lan là một trong những loài thực vật có hoa đầu tiên
xuất hiện trên Trái Đất, và chúng là loại đa dạng nhất.
Darwin đã đặc biệt dành sự chú ý
tới loài phong lan sao chổi ở Madagascar,
một bông hoa mà phấn hoa được giấu ở tận dưới cùng
của một cuống hoa rất, rất dài.
Không có cách kiểm tra một ý tưởng nào tốt hơn
là xem khả năng dự đoán của nó.
Dựa trên cơ sở thuyết tiến hóa của mình
thông qua chọn lọc tự nhiên,
Darwin tiên đoán rằng ở đâu đó
trên hòn đảo Madagascar, phải có một loại côn trùng biết bay
với chiếc lưỡi cực dài
đủ dài để chạm được vào phấn hoa này.
Chưa ai từng thấy một loài vật như thế trước đây,
nhưng Darwin kiên quyết rằng
một loài động vật giống như thế buộc phải tồn tại.
Rất ít người lúc đó tin ông.
Phải cho đến tận 50 năm sau
Darwin mới được chứng minh là đã đúng.
Vào năm 1903, một giống bướm diều hâu khổng lồ, có tên Morgan's sphinx
được phát hiện ở Madagascar.
Bị thu hút bởi hương thơm của loài phong lan sao chổi,
con bướm liếm phấn hoa bằng cái lưỡi hết sức dài của mình
đúng như Darwin đã dự đoán.
Việc phát hiện ra loài Morgan's sphinx còn kỳ diệu hơn nữa
khi bạn biết rằng hơn 90% diện tích
rừng mưa ở Madagascar đã bị hủy diệt.
Trong khoảng thời gian từ khi Darwin đưa ra tiên đoán của mình,
loài bướm này đã có thể dễ dàng bị tuyệt chủng
cùng với tất cả những loài khác.
mỗi loài trong chúng đều là một dòng độc nhất trong bài thơ của sự sống,
viết bởi các phân tử, qua hàng nghìn năm tiến hóa.
A, hương thơm của hoa tử đinh hương.
Đó là một trong những mùi hương
kích thích hàng loạt các liên kết trong não bộ.
Tất cả những tháng Sáu hồi xa xưa ấy.
Nhưng chuyện này xảy ra như thế nào?
Làm thế nào một mùi hương lại cho chạy được một bộ phim trong tâm trí bạn?
Nó không phải là thứ ta có thể thấy.
Liệu nó có thể là một dạng sóng năng lượng không, như ánh sáng?
Hay nó là một dạng hạt siêu nhỏ?
Thực ra nó là một phân tử.
Mọi thứ mùi chúng ta cảm nhận được, bất kể là từ chiếc bánh nướng cháy.
dầu hỏa, cho đến một cánh đồng hoa tử đinh hương...
đều là một đám mây các phân tử.
Các phân tử này có những hình thù cụ thể.
Khi tôi hít vào chúng
chúng kích thích một loạt các thụ thể tiếp nhận cụ thể trong mũi tôi.
Một tín hiệu điện sau đó được truyền tiếp tới não tôi,
nơi nhận ra đó là mùi hoa tử đinh hương.
Các mùi khác nhau thì được mang đi bởi các phân tử khác nhau,
với những hình thù khác nhau.
Nhưng khi tôi ngửi một đóa hoa hay làn khói từ một đám lửa trại
hay mùi dầu từ một động cơ xe,
tôi thường thấy ký ức và kỷ niệm cứ ùa về.
Tại sao mà một thứ chỉ đơn giản như mùi thơm của một bông hoa
có thể khơi dậy những ký ức mạnh mẽ?
Nó có liên quan tới cách não chúng ta phát triển.
Cảm nhận về mùi của ta xuất hiện
khi dây thần kinh khứu giác trong não chúng ta được kích thích.
Dây thần kinh đó nắm ở rất gần thùy hạnh nhân,
một bộ phận rất quan trọng gắn với trải nghiệm cảm xúc của chúng ta.
Nó cũng ở rất gần hồi hải mã,
bộ phận giúp chúng ta tạo ra các ký ức.
Mạng lưới các neuron vận chuyển mùi hương này
từ mũi tôi tới não tôi đã được điều chỉnh rất cân đối
qua hàng trăm triệu năm tiến hóa.
Nó là một cơ chế sinh tồn, cảnh báo chúng ta
với các nguy hiểm và dẫn chúng ta tới nơi an toàn.
Nếu bạn có thế phát hiện ra thú ăn thịt
trước khi nó tới đủ gần để tấn công bạn,
hoặc trước khi ngọn lửa nhốt bạn trong cánh rừng,
bạn sẽ có cơ hội sống sót cao hơn nhiều
và rồi truyền lại gen đó cho các thế hệ sau.
Mùi hương tuyệt vời đó từ cánh đồng hoa này
kích hoạt một tổ hợp các dây thần kinh đặc biệt trong não tôi.
Chỉ có cụm tổ hợp chính xác đó mới có thể mở được chiếc két sắt
nơi ký ức về hoa tử đinh hương được lưu trong não tôi.
Không biết chúng là để cho ai.
Có lẽ chúng ta sẽ tìm hiểu sau.
Nhưng trước hết, còn một vũ trụ ẩn nữa đang đợi chúng ta.
Cây cối đều đang nhẹ nhàng hít thở.
Chúng hít vào các phân tử cacbon dioxit
và thở ra các phân tử oxy.
Và tôi thì đang làm điều ngược lại.
Không giống như tinh thể tuyết hay vân tay,
các nguyên tử của cùng một loại phân tử
là hoàn toàn giống nhau.
Với mỗi hơi chúng ta thở.
chúng ta hít vào số lượng phân tử nhiều bằng số sao
trong mọi thiên hà trong vũ trụ nhìn thấy được.
Và mỗi hơi chúng ta thở ra được tuần hoàn trong không khí,
và dần hòa lại làm một giữa các lục địa.
Nó lại trở thành không khí cho những người khác thở.
Hãy thở với tôi nào.
Chúng ta cùng vừa hít vào khoảng 100 triệu phân tử
mà đã từng đi qua phổi của tất cả những ai
đã từng sống trước chúng ta.
Nghĩ mà xem... sự chuyển kiếp của các nguyên tử này
là một sợi dây kết nối ta với các tổ tiên xa xôi.
kể cả những người đầu tiên đã giúp đưa ta tới cuộc khám phá
các vũ trụ chưa được nhìn thấy.
Các vũ trụ này cũng thật như tôi và bạn vậy
và chúng ở khắp quanh chúng ta.
Có một khoảnh khắc khi chúng ta nhận ra
có một cách nghĩ và cách nhìn khác.
Nó xảy ra vào khoảng 2.500 năm trước đây
trên một hòn đảo Hy Lạp, nằm ở
giữa các vương quốc của phương đông và phương tây.
Tại đó các thương gia, lữ khách và thủy thủ thoải mái gặp gỡ,
trao đổi những câu chuyện về các vị vua và các vị thần.
Các thành phố và thị trấn vùng Ionian như Miletus, mà bây giờ là Thổ Nhĩ Kỳ,
những nguyên tố cơ bản nhất
của cuộc sống của chúng ta lần đầu xuất hiện.
Ở đây, lần đầu tiên, những vở kịch diễn lại các mặt của cuộc sống
được tạo ra và thực hiện bởi những người chuyên nghiệp
với kỳ vọng chạm được tới thứ gì đó sâu sắc
trong trái tim khán giả,
hoặc chỉ đơn giản là làm họ cười...
Những vở kịch đầu tiên, bi kịch và hài kịch, được biểu diễn.
Ở đây cũng là nơi sinh ra một ý tưởng cực kỳ cấp tiến...
Quyền lãnh đạo bởi người dân.
Dấu hiệu đầu tiên của thứ, mà trước giờ vẫn không hoàn hảo, có tên: dân chủ.
và của ý tưởng rằng một người dân bình thường
cũng có những quyền nhất định,
đã đến với chúng ta từ lúc này, tại nơi này.
Nhưng theo tôi, thứ có tính cách mạng nhất
đã đến với chúng ta từ thế giới cổ đại này là ý tưởng
rằng các hiện tượng tự nhiên không phải là sự trừng phạt, cũng không phải phần thưởng
từ các vị thần linh có tính khí thất thường.
Sự hoạt động của tự nhiên có thể được giải thích
mà không cần đến những sự siêu nhiên.
Người đầu tiên trình bày những ý tưởng đó
là một người đàn ông tên Thales.
Khi sấm nổ hoặc mặt đất rung chuyển,
đó không phải vì bạn đã làm điều gì đó gây phật ý
một vị thần khó tính..
Không, đó là kết quả của các hiện tượng tự nhiên
mà chúng ta có thể hiểu được.
Dù cho không cuốn sách nào ông từng viết còn tồn tại đến giờ,
Thales đã khơi dậy một ngọn lửa vẫn còn cháy tới ngày nay:
Chính ý tưởng về vũ trụ sinh ra từ sự hỗn loạn
một vũ trụ vận hành bởi mệnh lệnh từ các định luật của tự nhiên
mà chúng ta có thể thực sự hiểu được.
Đây là cuộc thám hiểm vĩ đại đã bắt đầu từ tâm trí của Thales.
Chỉ một thế kỷ sau cái chết của Thales,
một thiên tài khác xuất hiện.
Và ông, hơn bất cứ ai khác,
là người đầu tiên phát hiện ra sự tồn tại
của những vũ trụ ẩn xung quanh chúng ta.
Democritus của vùng Abdera là một nhà khoa học thực sự,
một người với niềm đam mê mãnh liệt được thấu hiểu vũ trụ
và được vui vẻ.
Đây là người đã từng nói: "Một cuộc sống mà không có tiệc tùng
sẽ như là một con đường vô tận không có điểm kết thúc".
Ý ông là chỉ có thể thôi ư?
Tất cả chỉ có thế?
Chỉ là một đống nguyên tử trong chân không?
Đúng.
Thử nghĩ về nó mà xem.
Thế giới phải được làm
từ vô số hạt không thể phân chia được trong chân không.
Nếu không, không gì có thể lớn lên, chia tách hay thay đổi được.
Nếu không có các nguyên tử
và không gian trống cho chúng di chuyển,
Cả thế giới sẽ rắn, tĩnh và chết.
Vậy nên đừng buồn, bạn của tôi.
Cứ nghĩ về vô tận những khả năng
có thể có từ sự sắp xếp khác nhau của các nguyên tử đó.
Cùng nâng ly vì các nguyên tử nào,
trong chiếc cốc này, và trong cả chỗ rượu này.
Và cho cả những tiếng cười chúng đem đến nữa.
Trải khắp lớp đất sét của chiếc cốc này
là những hạt khoáng thạch kích thước siêu nhỏ,
những loại tinh thể khác nhau,
mỗi cái với một kết cấu nguyên tử riêng của nó.
Những kết cấu khoáng thạch là cực kỳ đẹp,
nhưng chúng cũng chỉ đa dạng đến một mức độ nhất định thôi.
Một hạt thạch anh là một mắt lưới làm từ ba nguyên tử
cứ lặp lại, không có sự thay đổi, liên tục và liên tục.
Kể cả một mạng lưới tinh thể khá phức tạp như của topaz,
gồm khoảng 10 nguyên tử,
cũng chỉ có thể lặp lại cùng 1 cấu trúc nguyên tử
lặp đi lặp lại.
Để nâng vật chất lên một chiều không gian khác,
Để giải phóng chúng khỏi những mắt lưới cứ liên tục lặp lại,
bạn cần một nguyên tử có thể kết nối theo mọi hướng,
với các nguyên tử khác giống nó
và với các phân tử khác loại.
Hãy chiêm ngưỡng nguyên tử cacbon...
nguyên tố tối quan trọng của sự sống trên Trái Đất.
Tại sao?
Cacbon rất đặc biệt, vì nó có thể kết nối với
đến bốn nguyên tử khác cùng một lúc.
Nó có thể kết nối với rất nhiều loại nguyên tử khác nhau
cũng như với các nguyên tử cacbon khác.
Nó có thể cuộn thành vòng tròn
và móc lại với nhau thành những chuỗi xích,
xây dựng được những phân tử phức tạp hơn bất cứ tinh thể nào.
Không nguyên tử nào khác có độ linh hoạt cao như thế.
Kể cả các nguyên tử có tính chất hóa học tương tự
như silicon,
cũng không thể tạo ra vô số dạng phân tử đa dạng
như cacbon.
Loại phân tử nền-cacbon mà chúng ta gọi là protein,
phân tử của sự sống,
chứa đến hàng trăm ngàn nguyên tử.
Nguyên tử cacbon là xương sống cho những phân tử
làm nên mọi sinh vật sống trên Trái Đất,
bao gồm cả chúng ta.
Đó là sự khác biệt giữa đá và sinh vật sống.
Sự sống có thể tạo ra những phân tử khổng lồ
với kích cỡ và độ phức tạp đáng kinh ngạc
cho phép vật chất thoải mái sáng tạo,
tiến hóa,
và thậm chí là yêu.
Cứ bình tĩnh đi, ông bố.
Cậu bé không hề thực sự chạm vào cô bé đâu.
Trong thế giới hàng ngày của chúng ta,
ở mức độ nguyên tử,
các vật thể không bao giờ thực sự chạm nhau.
Mỗi nguyên tử có một hạt nhân tí hon ở chính giữa
bao quanh bởi một đám mây electron của các đường lực.
Khi các nguyên tử tới gần nhau,
khi đám mây electron của cậu bé
đẩy đám mây electron của cô bé.
Hơn 99,9% lượng vật chất của bất kỳ nguyên tử nào
đều được tập trung ở hạt nhân của nó.
Hạt nhân được bao bọc bởi một đám mây electron
thứ tạo ra một trường lực vô hình,
và đóng vai trò như một tấm chắn lực.
Cấu hình của các đám mây electron
quyết định tính chất của một nguyên tố.
Trong cuộc sống hàng ngày trên Trái Đất,
các hạt nhân không bao giờ chạm nhau.
Chúng ta có cảm giác chạm nhau,
nhưng thực ra chỉ có các trường lực vô hình của ta
chồng lấn và xô đẩy lẫn nhau thôi.
Hạt nhân là rất nhỏ
nếu so sánh với những phần còn lại của nguyên tử.
Nếu một nguyên tử có kích cỡ bằng nhà thờ này,
thì hạt nhân của nó sẽ bằng kích cỡ của hạt bụi kia.
Một nguyên tử gồm chủ yếu là không gian trống không.
Để hiểu rõ bản chất của vật chất,
Chúng ta sẽ phải đí sâu hơn nữa,
tới một cấp độ nhỏ hơn nguyên tử 100.000 lần.
Hạt nhân của nó.
Nguyên tử đơn giản và có nhiều nhất
trong vũ trụ là hydro.
Hạt nhân của nó là một proton duy nhất,
khiến cho nguyên tố hydro là nguyên tố số 1.
Đám mây bao quanh nó
là nơi electron duy nhất của nguyên tử
được phép tung hoành.
Sẽ thế nào khi bạn có một hạt nhân với hai proton?
Các proton đẩy lẫn nhau.
Để giữ chúng lại với nhau trong một hạt nhân,
bạn cần các hạt khác có tên neutron.
Việc của chúng là giữ cho các proton
không đi quá giới hạn.
Chúng áp đảo các proton
với lực hút hạt nhân mạnh mẽ của chúng.
Một hạt nhân với hai proton là nguyên tố số hai
còn được gọi là heli.
Một hạt nhân với sáu proton là nguyên tố số 6,
chính là cacbon,
vật liệu cơ bản của sự sống.
Hạt nhân của nguyên tử vàng có 79 proton.
Chúng thu hút 79 electron
trong những đám mây xung quanh chúng.
Cách ánh sáng tương tác với các electron đó
là thứ khiến cho vàng lấp lánh.
Môi proton thêm vào hạt nhân
cần thêm đủ số neutron để giữ chúng lại với nhau.
Đến một mức độ nhất định.
Có một giới hạn cho số lượng neutron
bạn có thể nhét vào trong một hạt nhân
trước khi nó trở nên không ổn định.
Tôi biết một nơi
mà các hạt nhân các nguyên tử
thực sự có chạm vào nhau.
Mặt Trời trông giống như một vật nguyên khối
nhưng không phải vậy.
Nó nóng đến nỗi tất cả các nguyên tử của nó
luôn luôn ở dạng khí.
Lực hút giúp kết nối các nguyên tử
thành thể rắn và lỏng trên Trái Đất
không đủ mạnh để chịu được
nhiệt lượng của Mặt Trời rực lửa.
Những dòng khí sáng rực
làm lu mờ cả Trái Đất kia
được dẫn đường bởi những đường lực từ tính
đi ra từ bên dưới bề mặt Mặt Trời.
Tại sao Mặt Trời lại nóng đến vậy?
Bởi vì trọng lực kinh khủng của nó
ép các nguyên tử lại với nhau.
Năng lượng của trọng lực được chuyển hóa thành
năng lượng của các nguyên tử chuyển động.
Đó chính là nhiệt năng.
Chúng ta càng đi sâu vào Mặt Trời,
lực nén ép càng mạnh
và nhiệt độ càng cao.
Ở trung tâm của Mặt Trời,
các nguyên tử chuyển động nhanh đến nỗi
khi chúng va chạm với nhau, chúng nhập làm một.
Các hạt nhân của chúng chạm nhau.
Mặt Trời là một lò phản ứng hạt nhân,
được giữ lại với nhau bằng chính trọng lực của nó.
Nó cân bằng giữa lực hút hướng tâm của trọng lực
và lực đẩy hướng ra ngoài của khí nóng.
Sự cân bằng này đã tồn tại hàng tỷ năm,
cung cấp sự ổn định để tạo ra
sự tiến hóa sự sống trên Trái Đất.
Ở tâm Mặt Trời,
các nguyên tử hydro kết hợp để trở thành heli
giải phóng ra năng lượng hạt nhân dưới dạng photon.
Những hạt ánh sáng này
chậm chạp tìm đường tới bề mặt
nơi chúng trở thành ánh sáng mặt trời.
Heli là tro bụi còn lại sau phản ứng hợp hạch của Mặt Trời.
Mặt Trời là một ngôi sao có kích cỡ trung bình
Lõi của nó chỉ âm ấm khoảng 10 triệu độ,
đủ nóng để kết hợp các nguyên tử hydro,
nhưng quá lạnh để kết hợp các nguyên tử heli.
Có rất nhiều ngôi sao trong thiên hà
còn nóng hơn nhiều,
bởi vì chúng to lớn hơn
và có trọng lực mạnh hơn.
Những ngôi sao như thế kết hợp heli lại thành các nguyên tố nặng hơn
như cacbon hoặc oxy.
Vào thời kỳ xa xưa,
chúng nhẹ nhàng giải phóng các nguyên tố này ra vũ trụ.
Các ngôi sao khác, còn to lớn hơn nữa,
sống nhanh và chết sớm
trong những vụ nổ siêu tân tinh khổng lồ
Trong thiên hà chúng ta, các ngôi sao nổ thành siêu tân tinh
khoảng một lần mỗi thế kỷ.
Những vụ nổ này nóng hơn tâm mặt trời rất nhiều lần
đủ nóng để chuyển hóa các nguyên tố như sắt
thành tất cả những nguyên tố nặng hơn
và phóng chúng vào vũ trụ.
Đám mây Magellan lớn
là một thiên hà hàng xóm của Ngân Hà.
Nó có thể được nhìn thấy trên bầu trời Nam bán cầu.
Khi một siêu tân tinh bùng nổ,
độ sáng của nó sánh ngang được với
độ sáng của toàn bộ thiên hà của nó.
Nhưng tất cả những ánh sáng đó chỉ là khoảng 1%
toàn lượng năng lượng được giải phóng từ vụ nổ.
Phần năng lượng còn lại được đưa đi bằng thứ hạt phổ biến nhất
và bí ẩn nhất trong toàn vũ trụ.
có hàng triệu triệu chúng đang đi xuyên qua bạn ngay lúc này
vậy nhưng theo dấu được một trong số chúng thôi
sẽ đưa chúng ta tới một trong những nơi kỳ lạ nhất trên Trái Đất.
Theo dõi hạt neutrino
là loại môn thể thao hiếm gặp nhất.
Quãng đường một người phải đi để bắt được một hạt như thế
là cực kỳ đáng kinh ngạc.
Chào mừng đến với Super Kamiokande,
căn phòng tìm neutrino ngầm dưới mặt đất của Nhật Bản.
Chúng ta giờ đang ở hơn 800 mét dưới mặt đất.
Bạn có lẽ sẽ thắc mắc: "Ai tỉnh táo lại đi
chôn một đài quan sát thiên văn sâu đến thế dưới lòng đất?
Chính là những người đi săn con mồi khó bắt nhất trong toàn vũ trụ:
Các hạt neutrino.
Số lượng khổng lồ những máy dò tìm ánh sáng ở đây
được bao quanh bởi 50.000 tấn nước cất
là một cái bẫy thiết kế ra để bắt chỉ neutrino mà thôi.
Các chùm hạt khác, như bức xạ vũ trụ,
gồm phần lớn là proton và electron rơi xuống từ vũ trụ...
không thể đi xuyên qua lớp đất đá phía trên chúng ta.
Nhưng vật chất không làm cản trở gì neutrino.
Neutrino có thể đi xuyên qua lớp thép dày 100 năm ánh sáng
mà thậm chí không hề chậm lại.
Các chùm neutrino gần như không tương tác với vật chất nào hết.
Đó là lý do bạn cần nhiều chúng đến thế
chỉ để bắt được một hạt của nó.
Vào những dịp hiếm hoi khi một neutrino
thực sự có va chạm với một hạt của vật chất bình thường,
nó tạo ra một vòng ánh sáng mờ mờ, nháy lên một chớp.
Chúng ta đang nằm rình
bắt một loại hạt nặng gần như bằng không.
Kể cả một electron nhỏ nhất
cũng nặng hơn nó gấp một triệu lần.
Kia rồi!
Khi một siêu tân tinh trong Đám mây Magellan lớn
phát nổ năm 1987,
khi ấy ở đây trông sẽ giống như thế này:
Giờ, hãy nhớ rằng Đám mây Magellan lớn
nằm ở phía Nam bán cầu.
vây nên chùm neutrino không phải đã xuyên qua
800 mét đất đá phía trên chúng ta
chúng thực ra đã đi qua hàng nghìn km
của đá và sắt bên dưới chúng ta để đến được những máy cảm biến này.
Nhưng điều tuyệt vời nhất là các neutrino
chạm đến Trái Đất ba giờ trước khi
ánh sáng từ vụ nổ siêu tân tinh tới nơi.
Nếu không gì có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng,
thì làm sao chuyện này có thể?
Đây là một ngôi sao đang chết dần.
Trông nó có thể bình thường, nhưng sâu bên trong nó,
một điều khổng lồ đang diễn ra.
Ngôi sao xanh khổng lồ này
đã bắt đầu nổ từ bên trong rồi.
Như những con chuột bỏ chạy khỏi chiếc tàu sắp chìm, các neutrino
sản sinh ra từ tâm của ngôi sao đang nổ
lao ra ngoài với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng
qua vô số vật chất cản đường
trong chỉ một vài giây.
Nhưng sóng chấn động từ vụ nổ
thì chậm chạp bò ra từ tâm của ngôi sao
ở vận tốc 1/10.000 vận tốc ánh sáng
cho tới khi chúng cuối cùng cũng chạm tới
bề mặt ngôi sao,
biến nó thành siêu tân tinh 1987a.
Phải mất hàng giờ để vụ nổ
chạm đến bề mặt ngôi sao và thổi tung nó ra
làm lộ ra tâm sao siêu nóng bên trong.
Các neutrino được cho chạy trước một quãng vô cùng xa.
Đó là lý do tại sao chùm ánh sáng
lại đến chậm hơn chùm neutrino nhiều đến vậy.
Trước khi bất cứ ai từng bẫy được một neutrino thực sự,
nó đã tồn tại trong tâm trí của một nhà vật lý lý thuyết.
Cũng hệt như Charles Darwin biết
hẳn phải có một loài sinh vật với mũi cực dài
bay qua lại đâu đó ở Madagascar,
một nhà vật lý thế kỷ 20 có tên Wolfgang Pauli...
đang nỗ lực hết sức để tìm kiếm một loại hạt mới
nhằm cứu lấy một trong những cột chống nền tảng của vật lý hiện đại.
Định luật bảo toàn năng lượng.
Tại sao tôi không né?
Bởi vì các định luật khoa học hoạt động khác hẳn
cố gắng của con người.
Để một ý tưởng trở thành một định luật khoa học,
nó phải không thể bị phá vỡ.
Đó là lý do tôi sẵn sàng đem mặt mình ra cược
vào định luật bảo toàn năng lượng.
Giờ, nếu bạn thử làm việc này ở nhà
hãy đảm bảo cẩn thận là bạn không đẩy quả bóng.
Đó là thêm năng lượng,
và quả bóng chắc chắn sẽ bật về và làm bạn bị thương.
Bạn chỉ cần thả nó ra, như thế này.
Bằng cách đưa quả bóng lên,
bạn cho nó thế năng.
tức là khả năng có thể rơi và tăng tốc.
Quả bóng sẽ đi nhanh nhất
khi nó ở điểm thấp nhất của vòng cung.
Và vào thời điểm đó,
nó chuyển toàn bộ thế năng của nó
thành động năng.
Khi nó rơi, quả bóng liên tục thay đổi
qua lại giữa hai dạng năng lượng này,
nhưng tổng năng lượng thì luôn không đổi.
Đó là một ví dụ của định luật bảo toàn năng lượng.
Một khi quả bóng được thả ra,
nó không thể có thêm chút năng lượng nào hơn mức ban đầu nó có.
Nó không có cách nào có thể bay lên cao hơn và làm vỡ mũi tôi.
Cuốn sổ chi tiêu của năng lượng luôn được giữ cân bằng.
Không có cách nào có thể gian lận được.
Vậy nên vào thế kỷ 20
khi các nhà vật lý lần đầu tiên tính ra chính xác mức năng lượng của nguyên tử,
họ đã giật mình khi phát hiện ra
một trường hợp dường như là vi phạm định luật này.
Họ phát hiện ra rằng trong vài nguyên tử hạt nhân,
hạt nhân có thể bất thình lình giải phóng một electron.
Điều này chuyển hóa nguyên tử thành một nguyên tố khác.
Các nhà vật lý đâm ra lúng túng.
Năng lượng của electron chạy thoát kia
cộng thêm năng lượng của nguyên tố mới
vẫn không bằng tổng năng lượng của hạt nhân ban đầu.
Nhưng định luật đã nói:
"Ngươi không thể diệt đi hoặc tạo ra thêm năng lượng".
Vậy lượng năng lượng còn thiếu đi đâu mất?
Vào năm 1930...
Wolfgang Pauli dự đoán rằng
hẵn phải có một loại hạt chưa được phát hiện
một hạt mang theo lượng năng lượng còn thiếu.
Vào thời điểm đó, Pauli than phiền rằng
một thứ hạt vô hình như thế hẳn phải rất nhỏ,
nhanh và khó bắt dược
vậy nên luôn chạy thoát được máy dò tìm.
Nhưng đó là một lần hiếm hoi ông tưởng tượng sai,
bởi vì khoa học luôn luôn tìm kiếm cách
để đi sâu hơn nữa.
Một thế hệ sau,
Các hạt neutrino của Pauli lần đầu tiên được phát hiện
trong bức xạ từ một lò phản ứng hạt nhân.
Và chúng ta vẫn tìm được chúng, một cách khó khăn, từ đó tới giờ.
Có các nhà khoa học ngày nay
đang tìm cách để cưỡi các neutrino này
ngược về tận điểm khởi đầu của thời gian.
Chúng ta sẽ đi đến điểm xa nhất họ đã đi
đế tới tận Bức tường của Sự vĩnh viễn.
Bức tường của Sự vĩnh viễn không phải điều gì đó mới
Các tổ tiên của chúng ta đã tới được nó
gần như ngay sau khi họ lần đầu tiên tưởng tượng ra nó.
Rất lâu trước đây, vào thế kỷ 13 trước Công Nguyên,
Người Ai Cập xây đền thờ này tại Abu Simbel
để vinh danh vị Pharaoh Ramses II,
được thể hiện ở đây qua bốn bức tượng khổng lồ
Ngự trị phía trên cả vị vua vĩ đại
là vị thần đầu chim ưng Ra-Harakhti,
Thần Mặt Trời.
Ngôi đền được thiết kế
để ánh sáng từ mặt trời mọc
chỉ có thể xâm nhập vào thánh điện hai ngày trong một năm.
Khi ánh sáng chiếu tới ngôi đền
Chúng chiếu rọi các bức tượng của những vị thân
với ánh sáng vàng của chúng
trước khi xâm nhập vào thánh điện.
Kể cả khi đó, vẫn có một vị thần ẩn mình trong bóng tối
Ptah, chúa tể của sự sáng tạo.
như thể nguồn gốc của vũ trụ
phải vĩnh viễn bị che giấu.
Hãy cảm nhận ánh Mặt trời chiếu rọi trên mặt bạn.
Dòng năng lượng đang làm ấm bạn
đã bắt đầu hành trình của nó từ khoảng 10 triệu năm trước
trong tâm của Mặt Trời.
Không giống như các neutrino,
các photon cần nhiều thời gian đến thế
để tìm được đường từ tâm tới bề mặt.
Tại sao?
Bởi vì chúng va chạm đến hàng tỷ lần một giây
với những nguyên tử của Mặt Trời, mỗi cú va chạm
lại đẩy chúng đi theo một hướng ngẫu nhiên.
Nhưng một khi chúng đã chạm được tới bề mặt
chúng được tự do
để lao đi không ngừng nghỉ, với vận tốc ánh sáng,
trong chỉ khoảng 8 phút 20 giây
để từ Mặt trời đến chỗ bạn.
Ánh sáng mười triệu năm tuổi chiếu trên mặt bạn.
Điều gì đang xảy ra ở nhà
khi ánh sáng đó rời khỏi tâm Mặt trời?
Lịch vũ trụ nén lại
toàn bộ lịch sử 13,8 tỷ năm
của vũ trụ vào một năm duy nhất.
Mỗi một tháng đại diện cho khoảng 1 tỷ năm.
Mỗi ngày, khoảng 40 triệu năm.
Vũ trụ nhiều tuổi đến nỗi, trên lịch vũ trụ,
mười triệu năm trước chỉ đưa chúng ta xa đến mức
sáu giờ chiều, vào buổi tối cuối cùng
trong ngày cuối cùng của năm.
Vậy còn chúng ta thì sao?
Con người khi đó còn chưa tiến hóa.
10 triệu năm trước,
các tổ tiên chúng ta vẫn là vượn người
chuyền qua chuyền lại trên các cành cây ở Châu Phi.
Với chúng ta, mười triệu năm có vẻ dài,
nhưng nó chỉ bằng tầm độ dài một buổi chiều
trên quy mô thời gian của vũ trụ.
Mặt trời bắt đầu kết hợp hydro
khoảng 4.500 triệu năm trước đây.
Ngày 31 tháng Tám trên lịch vũ trụ.
Ngân Hà của chúng ta
được vào khoảng 10.000 triệu năm tuổi
Các thiên hà đầu tiên hình thành vào khoảng vài tỷ năm trước.
Và có cái gì đó cản tôi không thể nhìn ngược xa hơn nữa về quá khứ.
Cái gì thế nhỉ?
Đó chính là bản chất của ánh sáng và thời gian.
Bởi ánh sáng di chuyển với một tốc độ hữu hạn,
khi nhìn xuyên qua không gian
cũng chính là nhìn ngược lại thời gian.
Vậy nên chúng ta càng nhìn ra xa
ánh sáng càng cổ.
Đây là thời điểm ngược lại xa nhất trong lịch sử vũ trụ
mà chúng ta thấy được qua ánh sáng.
Nó là một tấm ảnh từ thời vũ trụ còn sơ sinh,
khi nó mới chỉ 380.000 năm tuổi.
Đó là 15 phút đầu tiên của ngày 1 tháng 1
trên lịch vũ trụ.
Nếu chúng ta nhìn ra xa nhất theo mọi hướng
sử dụng kính viễn vọng viba,
đây là thứ chúng ta sẽ thấy:
quầng sáng còn sót lại từ thời Big Bang.
Cứ tưởng tượng xem, tất cả mọi vật chất và năng lượng
của toàn bộ Vũ trụ quan sát được
đều tập trung lại trong một thứ
chỉ lớn thế này.
Đó là kích cỡ của toàn vũ trụ
khi nó mới 1 phần 1 tỷ của 1 tỷ của 1 tỷ
của 1 tỷ của một giây tuổi.
Tất cả mọi vật chất và năng lượng của hàng trăm tỷ thiên hà
giờ đang rải rác cách xa hàng trăm tỷ năm ánh sáng
đã từng bị dồn lại
trong một thứ chỉ lớn bằng một viên bi.
Bạn có thể tưởng tượng viên bi đó
phải bị nhồi chặt thế nào không?
quá đặc để bất cứ thứ ánh sáng nào có thể đi xuyên qua nó
nhưng không hề là trở ngại gì đối với các neutrino.
Vụ Big Bang hẳn đã phải tạo ra vô số các neutrino
và chúng đã bay không bị gì cản trở
qua sự nén ép vật chất không tưởng đó.
Chính thứ khiến chúng gần như không thể phát hiện ra được
lại cũng là thứ cho phép neutrino bay xuyên qua bức màn
che giấu điểm khởi đầu của thời gian.
Bây giờ chúng ở đâu?
Chúng ở đây, ở đó,
ở tất cả mọi nơi trên khắp vũ trụ.
Các neutrino từ buổi đầu Tạo hóa đang ở trong chính bạn.
Từ một viên vi...
tới cả vũ trụ.
Đây là con đường Thales và Democritus đã đưa chúng ta đi
gần 2.500 năm trước đây.
Một con đường của việc liên tục tìm kiếm
một cuộc săn tìm có hệ thống, không ngừng nghỉ các thế giới mới
và một hiểu biết ngày một sâu sắc hơn về tự nhiên.
Ai trong số các bạn sẽ cầm tiếp ngọn đuốc đó
và đưa chúng ta đi tới đoạn tiếp theo của con đường này?