Một thế giới lộn ngược rất phản trực giác, nhưng nó có phản khoa học hay không?
Trong một nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Nature, các nhà khoa học Pháp tại Đại học Paris Sciences et Lettres đã trình diễn một thí nghiệm phản trực giác hết sức ấn tượng. Họ đã có thể khiến một con thuyền nổi ở trạng thái lộn ngược, bên dưới một lớp chất lỏng cũng đang lơ lửng trong không khí.
Hình ảnh này có thể khiến bạn hình dung ra một Paris lộn ngược trên bầu trời với xe cộ vẫn đang chạy bình thường trên đó – một thành phố trong mơ mà Christopher Nolan đã dùng để xây dựng lên thế giới của Inception 10 năm về trước.
Nhưng bây giờ, các nhà khoa học Pháp cho biết họ có thể đạt được hiệu ứng thị giác tương tự mà không cần phá vỡ bất kỳ định luật vật lý nào. Vậy tại sao họ có thể làm được?
Thí nghiệm phản trực giác này đã tạo ra một thế giới lộn ngược giống trong Inception
Chúng ta biết khi một vật nổi trên mặt nước, nó phải đạt tới điểm cân bằng của hai lực ngược hướng: Một là lực đẩy Archimedes hướng từ dưới lên trên của chất lỏng, hai là trọng lực hướng từ trên xuống dưới.
Và bằng cách chống lại lực hấp dẫn do trọng lượng riêng của vật thể, lực nổi sẽ làm cho bất kỳ một vật nào ít đặc hơn, hay có khối lượng riêng lớn hơn chất lỏng nổi trên bề mặt của nó. Ngược lại, những vật đặc hơn, có khối lượng riêng lớn hơn sẽ phải chìm xuống.
Điều này có nghĩa là bong bóng khí sẽ luôn nổi lên mặt nước. Không bao giờ có chuyện nước có thể nổi lên trên không khí. Nhưng có thực sự như vậy không?
Năm 1951, nhà khoa học đoạt giải Nobel Vật lý người Nga Pyotr Kapitsa đã chứng minh rằng sự rung động của không khí theo chiều thẳng đứng có thể giữ một con lắc trong trạng thái lơ lửng để chống lại trọng lực. Và nếu nó có thể giữ được một vật rắn, các rung động này cũng có thể giữ được các chất lỏng như nước bay lơ lửng trên không trung.
Một loạt các thí nghiệm sau đó đã chứng minh những hiện tượng phản trực giác hoàn toàn có thể xảy ra trong thế giới thực, chẳng hạn như bong bóng khí chìm xuống đáy cột nước lơ lửng còn các vật nặng hơn nước thì lại nổi lên trên.
Emmanuel Fort, một nhà vật lý tại Đại học Paris Sciences et Lettres bây giờ đã tiến thêm một bước khi cho thấy các rung động ở tần số thích hợp thậm chí có thể đảo ngược các quy luật của lực nổi mà chúng ta vẫn thường thấy.
Và phát hiện này được thực hiện một cách rất tình cờ, trong khi Emmanuel Fort cố gắng lặp lại thí nghiệm của nhà vật lý người Nga Pyotr Kapitsa, nhưng trong môi trường chất lỏng.
"Nó rất phản trực giác", Vladislav Sorokin, một kỹ sư tại Đại học Auckland, cho biết. "Tôi cũng đã làm việc trong lĩnh vực này một thời gian, nhưng tôi không hề mong đợi sẽ phát hiện ra bất cứ điều gì như thế này trước đây".
Một thế giới lộn ngược giống trong Inception là rất phản trực giác, nhưng nó có phản khoa học hay không?
Các thí nghiệm trước đây đã chỉ ra các chất lỏng nhớt có thể bay lơ lửng trong một bình rung có tần số phù hợp. Đó là bởi vì các dao động theo chiều thẳng đứng của không khí ngăn chặn việc hình thành giọt nhỏ xuống.
Khi chất lỏng không thể tạo giọt, nó sẽ không thể rơi xuống, do toàn bộ lớp không khí dưới bình đã bị bẫy lại, tạo ra một áp suất đẩy ngược nó lên trên.
Nhưng Emmanuel Fort thực ra không hề biết đến những thí nghiệm đó. Làm việc trong một phòng thí nghiệm quang học và hình ảnh, ông và các đồng nghiệp của mình chỉ muốn lặp lại thí nghiệm của Pyotr Kapitsa nhưng là trong môi trường chất lỏng.
Điều đó có nghĩa là ông ấy sẽ đổ đầy bình thủy tinh với chất lỏng glycerol, và cố gắng rung glycerol để khiến một con lắc lơ lửng bên trong môi trường đó không chìm xuống. Thí nghiệm được thực hiện thành công, nhưng Emmanuel Fort sau đó đã nảy ra một ý.
Ông ấy bơm không khí vào phía dưới của bình rung và quan sát thấy bây giờ cả chất lỏng cũng bị nâng lên lơ lửng trong không khí. Và nếu điều này xảy ra, Emmanuel Fort tự hỏi liệu một vật có thể nổi ngược trên lớp chất lỏng này không?
Để kiểm tra, Emmanuel Fort đã thả vào bên trong một quả bóng và một mô hình thuyền nặng khoảng 6 gram. Kết quả cho thấy chúng đều có thể nổi ngược trên bề mặt phía dưới của chất lỏng đang lơ lửng.
"Đó là điều hoàn toàn bất ngờ", Emmanuel Fort nói. Và để giải thích cho hiện tượng này, ông và nhóm nghiên cứu của mình phải xây dựng một mô hình toán với các lực vật lý tác động lên con thuyền trong trạng thái này.
Một lần nữa, các số liệu từ mô hình toán cho thấy Emmanuel Fort không phải đang mơ. Một chiếc thuyền như vậy hoàn toàn có thể nổi ngược trên một bề mặt chất lỏng lơ lửng mà không phá vỡ bất kỳ định luật vật lý nào, chỉ cần nó đạt tới các thông số toán học hợp lý như độ rung, độ nhớt của chất lỏng, trọng lượng con thuyền, điểm chìm cân bằng của nó…
Một thí nghiệm phản trực giác nhưng không hề phản khoa học.
Hơn thế nữa, Emmanuel Fort nhận thấy "thế giới đảo ngược" này khá tương đồng với thế giới phía trên, nơi có một con thuyền khác cũng đang nổi trên bề mặt chất lỏng. Cụ thể, con thuyền nổi ngược cũng đạt được tới một điểm cân bằng, để khi nó bị đẩy đi hoặc nhấn xuống, nó vẫn nổi về được vị trí ban đầu.
Trong bài báo trên Nature, Emmanuel Fort gọi đó là một "điểm cân bằng hoàn hảo". Nhưng rất tiếc, ông cho biết điểm cân bằng này chưa thể đạt được trong môi trường chất lỏng có độ nhớt thấp như nước.
Vì vậy, trừ khi bạn cảm thấy hạnh phúc khi ngâm mình trong một bể bơi ngập đầy chất nhớt như nước rửa tay khô, ước mơ có thể được lướt sóng trên một mặt biển lộn ngược trên bầu trời có vẻ vẫn chỉ tồn tại trong thế giới Inception của Christopher Nolan mà thôi.