Đây là 10 câu hỏi mà trẻ nhỏ thậm chí là người lớn đã từng thắc mắc nhưng liệu tất cả chúng ta đều đã biết câu trả lời?
Người Mỹ, vốn đầu tư mỗi năm cho nghiên cứu khoa học đến 60 tỷ USD, cảm thấy xấu hổ khi không thể trả lời được các câu hỏi về các kiến thức khoa học cơ bản.
Một cuộc khảo sát năm 2009 mang tên Harris Interactive cho thấy chỉ có 53% người Mỹ được khảo sát trả lời đúng "trái đất mất một năm để quay quanh mặt trời", và chỉ có 59% người biết loài người đầu tiên và khủng long xuất hiện cùng một niên đại. 47% trả lời chính xác 70% bề mặt trái đất được bao bọc bởi nước. Và chỉ có 1/5 người trưởng thành ở Mỹ được khảo sát là có thể trả lời đúng tất cả các câu hỏi trên.
Một nghiên cứu của trường đại học Michigan năm 2011 cho thấy chỉ có 28% người Mỹ độ tuổi trưởng thành ở Mỹ có đủ kiến thức khoa học để có thể đọc và hiểu được chuyên mục "khoa học ngày thứ ba" trên New York Times, tăng so với con số 10% theo khảo sát năm 1988.
Chưa rõ những thống kê trên sẽ thay đổi như thế nào nếu tiến hành ở Việt Nam. Khoa học là một con đường dài bất tận với hàng nghìn lối rẽ, rõ ràng, bạn không thể trở thành một nhà khoa học chỉ trong một vài ngày.
Chúng tôi sẽ giúp bạn có được cái nhìn khái quát thông qua 10 câu hỏi cơ bản mà ai cũng phải biết cách trả lời.
1. Tại sao bầu trời lại có màu xanh?
Nguyên nhân khiến bầu trời có màu xanh là do một hiện tượng mà chúng ta gọi là phân tán. Ánh sáng mặt trời khi đi qua lớp khí quyển trái đất bị cản lại, phản xạ ánh sáng đến mọi nơi. Nếu bạn đã từng quan sát ánh sáng đi qua lăng kính, bạn sẽ thấy ánh sáng phát ra từ mặt trời bao gồm nhiều màu sắc, mỗi màu lại có một bước sóng khác nhau. Ánh sáng màu xanh lam có bước sóng tương đối ngắn, nên các phân tử trong không khí phân tán nó đi xung quanh, làm nhuộm cả bầu trời thành màu xanh dương. Trong khi đó ánh sáng đỏ có bước sóng dài hơn, vì thế hoạt động mạnh hơn và không bị phân tán đi nhiều như thế. Điều này giải thích vào những buổi trong ngày khi mặt trời lên cao, ta thấy bầu trời luôn có màu xanh trong.
Vào buổi bình minh và hoàng hôn, ánh sáng mặt trời không chiếu thẳng mà phải đi một đường xa hơn để tới được mắt người. Lúc đó ánh sáng có bước sóng ngắn bị tán xạ đi và mắt người chỉ còn nhìn thấy ánh sáng có bước sóng dài, đó là lí do tại sao vào lúc hoàng hôn và bình minh ta thường thấy bầu trời có màu đỏ, cam và vàng.
2. Trái đất của chúng ta bao nhiêu tuổi?
Tuổi thọ của trái đất là một vấn đề gây tranh cãi qua nhiều thế kỷ. Trở lại năm 1654, một học giả tên là John Lightfoot, tác giả của các tính toán dựa trên "sách Kinh Thánh Sáng Thế", đã tuyên bố rằng trái đất được tạo vào lúc 9 giờ sáng (giờ Lưỡng Hà), ngày 26/10/4004 Trước Công nguyên. Cuối những năm 1700, nhà khoa học tên Comte de Buffo, từ thực nghiệm về sự nguội đi của địa cầu, ước tính trái đất khoảng 75.000 năm tuổi. Vào thế kỷ XIX, nhà vật lý học Lord Kelvin sử dụng các phương trình khác nhau để tính tuổi của trái đất là 20-40 triệu năm.
Nhưng trội hơn là các giả thiết vào những năm cuối thế kỷ XIX, đầu thế kỷ XX, bằng việc phát hiện tán xạ. Các nhà khoa học trái đất đã sử dụng các kiến thức đó để xác định tuổi của các tảng đá trên trái đất, cũng như các mẫu thiên thạch và đá được các phi hành gia mang về từ mặt trăng. Từ đó, các nhà khoa học có thể xác định được rằng trái đất đã hình thành khoảng 4,54 tỷ năm trước với 1% không chắc chắn.
3. Chọn lọc tự nhiên diễn ra như thế nào?
Cũng giống các giả thiết về tuổi thọ của trái đất, thuyết tiến hóa - đầu tiên do nhà sinh vật học Charles Darwin phát triển vào giữa thế kỷ XIX - cũng là một chủ đề khác gây tranh cãi. Trong bộ phim cổ điển tên "Inherit the Wind", một giáo viên phụ trách môn sinh học tên là John Scopes đã bị buộc tội vì vi phạm đạo luật "Tennessee" (một đạo luật cấm bất kỳ ai dám nói rằng con người có nguồn gốc từ động vật bậc thấp). Trong những năm gần đây, xuất hiện những nhóm người đấu tranh với tòa án để yêu cầu nên đưa các bộ môn khoa học, đồng thời thuyết tiến hóa vào môi trường giáo dục cho trẻ em.
Chọn lọc tự nhiên của Darwin không hẳn là một ý tưởng khó hiểu. Trong tự nhiên, đột biến là khái niệm chỉ khả năng làm phát triển các khả năng khác từ tổ tiên xuất hiện một cách ngẫu nhiên. Tuy vậy, tiến hóa là một quá trình lâu dài mà ở đó động vật và thực vật thay đổi qua nhiều thế hệ. Thay vào đó, những thay đổi trong các sinh vật có xu hướng trở nên phổ biến hơn theo thời gian nếu sự thay đổi giúp các sinh vật sinh tồn và sinh sản tốt hơn.
Ví dụ, một số loài bộ cánh cứng có màu xanh, sau đó đột biến giúp loài có màu nâu. Bọ cánh cứng màu nâu dễ ngụy trang hơn trong thiên nhiên so với loài bọ cánh cứng màu xanh. Chúng sẽ tiếp tục sinh tồn và sản sinh ra các con bọ cánh cứng màu nâu và sau đó, vượt qua sự thay đổi di truyền mà con cái chúng sẽ có màu nâu.
Trong thực tế, chọn lọc tự nhiên dựa trên các mức độ trung bình, chứ không phải một cá nhân cụ thể và không hẳn diễn ra thuận lợi hay theo một trật tự quy định.
4. Mặt trời có khi nào ngừng chiếu sáng?
Câu hỏi nhắc chúng ta liên tưởng đến bài hát "The End of The World" của Skeeter Davis. Trong lời bài hát nữ ca sỹ tự hỏi tại sao mặt trời vẫn còn chiếu sáng khi người cô yêu dường như đã rời bỏ cô. Ca từ trong bài hát là thực tại xung quanh chúng ta: cho dù mặt trời vẫn chiếu sáng hoặc chim vẫn hót trên cành cây - tất cả đều bền chặt hơn cảm xúc mong manh trong mỗi con người. Cho dù cô gái thất tình trong bài hát cảm thấy bất hạnh khi được sinh ra quá sớm - khoảng 5,5 tỷ năm - đều nhận được hay mất đi một vài thứ trong đời. Đó là thời điểm khi mặt trời, cũng như bao ngôi sao khác, là một lò phản ứng nhiệt hạch khổng lồ, sẽ bị cạn kiệt khí hydro trong lõi đến nỗi bốc cháy như nhiên liệu để tạo ra ánh sáng mặt trời và bắt đầu đốt cháy hydro ở các lớp xung quanh nó.
Đó là sự khởi đầu của cái chết của mặt trời mà ở đó lõi của mặt trời sẽ bị co lại và các lớp bên ngoài của nó sẽ nới ra khủng khiếp, biến mặt trời thành một hành tinh đỏ khổng lồ. Ở vụ nổ cuối cùng, mặt trời sẽ "quay chín" hệ mặt trời bằng một vụ nổ nhiệt, biến ngay cả những vùng băng giá thường xuyên nhất của sao Diêm Vương và vành đai Kuiper (tên gọi trước đây là Neptune) thành một lò tắm hơi. Có khả năng các hành tinh trong hệ mặt trời (bao gồm cả trái đất) cũng sẽ bị cuốn vào hành tinh rực lửa này hoặc bị biến thành tro.
Trừ khi con người tìm được hành tinh khác để ẩn náu, không ai muốn ở lại để trải nghiệm địa ngục cuối cùng này. Mặt trời ở khoảng nửa tuổi thọ dự kiến của mình đã dần dần nóng lên, và một triệu năm sau tính từ thời điểm hiện tại, mặt trời sẽ sáng hơn bây giờ khoảng 10%. Sự gia tăng bức xạ mặt trời đó đủ đun sôi tất cả các đại dương trên hành tinh của chúng ta.
5. Nam châm hoạt động như thế nào?
Nam châm là các vật có khả năng hút và đẩy vật bằng sắt hay thép non. Trong Từ học, nam châm là một vật có khả năng sinh một lực dùng để hút hay đẩy một từ vật hay một vật có độ cảm từ cao khi nằm gần nam châm. Lực phát sinh từ nam châm gọi là từ lực.
Nam châm là một nguồn từ có hai cực: Bắc và Nam, và một từ trường tạo từ các đường sức đi từ cực Bắc đến cực Nam.
Bên trong một cục nam châm luôn có những hạt kim loại nhiễm từ nhỏ xíu. Mỗi hạt trong số chúng hoạt động như một nam châm cá thể. Trong một cục nam châm công nghiệp, những hạt này xếp thẳng hàng. Chính vì thế nếu cắt một cục nam châm ra làm đôi, ta có được hai cục nam châm riêng lẻ, và cứ thế mãi.
Một vật liệu kim loại có chất nền bằng sắt luôn chứa bên trong những hạt nhiễm từ (gọi là nam châm hóa) song chúng lại có định hướng khác nhau. Do vậy, từ tính chung bị triệt tiêu. Nếu ta sắp thẳng hàng những hạt này với một nam châm, sau một thời gian vật liệu đó sẽ bị nhiễm từ.
6. Tại sao lại có cầu vồng
Cầu vồng là hiện tượng thiên nhiên tuyệt đẹp. Khi khoa học chưa phát triển, cầu vồng cũng đã khiến cho con người tin rằng khi cầu vồng xuất hiện ẩn chứa điều kỳ diệu và huyền bí. Trong sách Kinh Thánh Sáng Thế của Thiên Chúa Giáo có ghi chép lại rằng Thiên Chúa đặt cầu vồng trên bầu trời sau trận Đại Hồng Thủy và nói với ông Noah rằng "đây là dấu hiệu của một giao ước mới giữa Thiên Chúa và Trái Đất". Còn đối với người Hy Lạp cổ đại, họ cho rằng cầu vồng chính là nữ thần Iris. Và qua nhiều thế kỷ, các tư tưởng khoa học vĩ đại khác nhau từ Aristotle đến Rene Descartes đều tìm cách để lý giải cho hiện tượng cầu vồng tuyệt đẹp này.
Về cơ bản, cầu vồng được tạo ra bởi những giọt nước lơ lửng trong không khí sau một trận mưa. Các giọt nước có mật độ lớn hơn mật độ của các phân tử không khí xung quanh, chúng ta biết rằng ánh sáng mặt trời đi thẳng nhưng sẽ bị lệch khi đi qua ranh giới các chất có mật độ khác nhau vì vậy khi ánh sáng mặt trời chiếu qua chúng, chúng giống như các lăng kính nhỏ, uốn cong ánh sáng. Đó là hiện tượng khúc xạ. Như vậy những giọt nước ở trong không khí có thể làm khúc xạ tia sáng Mặt trời, nhưng với điều kiện tia nắng phải bắt gặp giọt nước dưới một góc tương đối nhỏ, gọi là góc lệch của cầu vồng (khoảng 40 độ so với mặt đất).
Điều đó giải thích tại sao ta lại nhìn thấy cầu vòng vào buổi sáng hoặc buổi chiều, chứ không bao giờ vào buổi trưa. Thật thú vị khi bạn nhìn thấy cầu vồng khi đang trên máy bay, bạn sẽ thấy nó có hình chiếc đĩa hơn là hình vòng cung.
7. Thuyết tương đối là gì?
Thuyết tương đối của Albert Einstein bao gồm 2 lý thuyết vật lý là thuyết tương đối hẹp và thuyết tương đối rộng. Einstein đưa ra một ví dụ rất thông minh để giải thích lý thuyết này: "Khi một người đàn ông ngồi cạnh một phụ nữ xinh đẹp trong 1 giờ đồng hồ thì cũng chẳng khác gì so với một phút. Nhưng để anh ta ngồi cạnh một đống lửa cháy lớn thì một phút đối với anh ta dài hơn bao giờ hết". Đó là thuyết tương đối.
Trước Einstein, con người đều tin rằng thời gian và không gian là cố định, không thể thay đổi vì đó là cách họ nhìn con người từ vị trí thuận lợi của con người trên mặt đất. Nhưng Einstein đã sử dụng toán học để chứng minh rằng các điểm tuyệt đối đều hoàn toàn là ảo giác. Ông giải thích, không gian và thời gian đều có thể trải qua những sự biến đổi: không gian có thể co lại, giãn ra hay bị uốn cong, và tỷ lệ mà tại đó thời gian trôi đi có thể thay đổi cũng như nếu có một đối tượng chịu tác động của một trường hấp dẫn mạnh hoặc đối tượng bị chuyển động rất nhanh.
Hệ thống định vị toàn cầu GPS có vệ tinh phụ thuộc vào sự đo lường chính xác thời gian để cung cấp vị trí bản đồ trên trái đất là một minh chứng. Các vệ tinh đang chuyển động rất nhanh quanh trái đất với vận tốc khoảng 14.000km/giờ và nếu các kỹ sư không gian không điều chỉnh giờ của chúng để bù lại khoảng tương đối thì trong vòng một ngày, Google Maps trên điện thoại sẽ đưa cho chúng ta các vị trí cách vị trí thực sự 9,86km.
8. Tại sao bọt bong bóng lại có hình cầu?
Thực tế, nếu bạn đã từng chơi trò thổi bong bóng xà phòng, thì bạn sẽ thấy bọt bong bóng không phải lúc nào cũng có hình tròn. Khi bắt đầu được thổi, bọt bong bóng có hình dạng dài dài, và để có hình cầu, các bọt bong bóng phải tự định hình lại. Đó là vì các bọt bong bóng có lớp chất lỏng mỏng mà ở đó các phân tử dính lại với nhau bởi lực hút, hiện tượng này gọi là gắn kết.
Điều này tạo nên lớp màng mỏng mà chúng ta gọi là sức căng bề mặt, tạo thành rào cản chống lại các phần tử cố gắng đi qua nó. Bên trong lớp màng mỏng, các phân tử không khí bị mắc kẹt không thể di chuyển ra bên ngoài, ngay cả khi chúng cố đẩy các phần tử nước ra. Nhưng không phải chỉ có các phân tử nước hoạt động trên bề mặt đó. Bên ngoài, các phân tử không khí khác cũng đang cố đi xuyên qua lớp màng. Cách hiệu quả nhất để lớp màng mỏng này chống trọi được với sự xuyên thủng của các phân tử không khí là tự định hình thành thành hình cầu nhỏ gọn nhất có thể.
Thật thú vị khi các nhà khoa học đã tìm ra cách làm cho bọt bong bóng có hình dạng khác hình cầu, giúp nghiên cứu hình học của bề mặt. Họ có thể tạo ra bong bóng có hình lập phương, thậm chí cả hình chữ nhật, bằng cách treo một lớp chất lỏng mỏng trên một khung dây được đúc thành hình dạng mong muốn.
9. Mây được tạo thành từ gì?
Đám mây là một mảng lớn các giọt nước, tinh thể băng, hay hỗn hợp cả hai thành phần này khi chúng lơ lửng bên trên bề mặt trái đất tập hợp thành.
Mây được hình thành khi độ ẩm và áp khí trong không khí tăng. Khi nó lên cao, đạt đến một nhiệt độ mát hơn, độ ẩm không khí giảm xuống, hơi nước ngưng tụ thành các giọt nhỏ, hay thành các tinh thể băng, tùy thuộc vào nhiệt độ mà chúng gặp phải. Các giọt nước và các tinh thể băng này tập hợp lại với nhau theo nguyên lý gắn kết. Kết quả là tạo ra các đám mây. Một số đám mây có hình dạng to hơn so với các đám mây khác là vì chúng hình thành ở khu vực có mật độ các giọt nước cao hơn.
Mây chính là một thành phần quan trọng trong chu trình thủy học trên hành tinh của chúng ta, ở đó nước liên tục di chuyển giữa bề mặt và khí quyển, những chuyển hóa từ dạng lỏng sang dạng hơi, rồi thành dạng lỏng, đôi khi là dạng rắn. Nếu không có các đám mây cho chu trình này, sẽ không có sự sống trên hành tinh của chúng ta.
10.Tại sao nước bốc hơi ở nhiệt độ phòng?
Trong thực tế, khi bạn nhìn thấy nước ở dạng phân tử, hoạt động của chúng giống như một bầy chó con đang chen chúc trong ổ của mình. Các phân tử nước cũng vậy, chúng cố va chạm, giành vị trí của nhau. Khi có nhiều hơi nước trong không khí, các phân tử nước ở bề mặt sẽ bay lên và dính vào chúng, điều này giải thích cho hiện tượng ngưng tụ bên ngoài của một thức uống lạnh vào một ngày ẩm ướt.
Ngược lại, nếu không khí khô hơn, các phân tử nước trong một ly nước có thể bị va đập vào không khí và bị dính vào các phân tử khác đang lơ lửng ở xung quanh. Quá trình này gọi là bốc hơi nước. Nếu không khí đủ khô, thêm nhiều phân tử nước sẽ bốc hơi khỏi ly nước. Qua một thời gian, ly nước sẽ mất dần đi các phân tử nước và kết thúc với một ly nước bị cạn.
Khả năng của các phân tử từ dạng lỏng bị đẩy vào không khí và dính vào được gọi là áp suất hơi, vì các phân tử bốc hơi khỏi tác dụng một lục như một loại khí hay một chất rắn. các chất lỏng khác nhau có áp suất hơi khác nhau. Dạng chất lỏng như acetone mà phụ nữ vẫn hay dùng để tẩy sơn móng tay có một áo suất hơi rất cao, có nghĩa nó dễ dang bốc hơi và đi vào không khí. Ngược lại, dầu oliu có áp suất hơi vô cùng thấp, nên hầu như nó không có khả năng bay hơi ở nhiệt độ phòng.