Giọt sương trên cánh hồng “Raindrops on roses”

“God made solids, but surfaces were made by devils”
Wolfgang Pauli (Nobel Laureate in Physics, 1945)

Trong cuốn sách ưa thích trên kệ của tôi với tựa đề “The Pleasure of Finding Things Out” của Richard Feynman [1].

Vẻ đẹp của một bông hoa
Tôi có một anh bạn là nghệ sĩ. Đôi khi anh ấy có những nhận định mà tôi không mấy đồng tình. Một lần, khi cầm tay một bông hoa, anh ấy nói: “Xem này, bông hoa mới đẹp làm sao!”. Trong thâm tâm tôi cũng có cảm nhận như vậy. Nhưng rồi anh ấy lại nói tiếp: “Cậu xem này, là một nghệ sĩ, mình nhận thấy bông hoa này mới đẹp làm sao. Còn cậu, vì là một nhà khoa học nên cứ thích mổ sẻ mọi thứ và làm cho nó trở nên xấu xí đi”. Tôi thấy bạn mình hơi thển cận là vì trước hết, tôi tin rằng ai cũng có thể cảm nhận được vẻ đẹp của bông hoa như anh ấy, kể cả tôi mặc dù có thể không có óc thẩm mỹ như anh ấy. Không những vậy, tôi còn cảm nhận được nhiều hơn những gì anh ấy có thể cảm nhận được. Tôi hình dung ra các tế bào hay những phản ứng phức tạp bên trong bông hoa với vẻ đẹp của riêng nó. Tôi muốn nói rằng ngoài vẻ đẹp ở kích thước cỡ một xentimét mà ta thường thấy, nó còn ẩn chứa một vẻ đẹp bên trong cấu trúc nội tại với kích thước nhỏ hơn nhiều lần. Tương tự quá trình tạo nên màu sắc của bông hoa để hút côn trùng đến thụ phấn cũng rất thú vị. Điều đó có nghĩa là côn trùng cũng có thể nhận biết màu sắc. Việc này làm nảy sinh câu hỏi: Liệu khả năng cảm thụ thẩm mỹ này có tồn tại ở những loài cấp thấp hơn không? Nếu có thì vì sao? Tất cả những câu hỏi thú vị đó nói lên rằng tri thức khoa học là chất xúc tác để gia tăng sự kích thích và trí tò mò hay những thắc mắc về bông hoa. Nó có tác dụng làm tăng thêm chứ tôi chẳng thể lý giải được tại sao mà khoa học lại có thể có tác dụng ngược lại.

Đọc đoạn trích trên thì ai chưa biết về Feynman sẽ thấy về con người ông ở một khía cạch nhỏ nào đó. Đối với tôi, ông là nhà khoa học vĩ đại, ông đã đặt nền móng tư tưởng cho khoa học nano ngày nay. Tôi rất thích nói nhiều về Feynman vì có thể một ngày không xa người ta sẽ nhắc đến ông nhiều hơn bất cứ nhà khoa học nào khác… Lý thuyết của ông bao trùm cả thuyết tương đối của Einstein và thuyết lượng tử của Bohr. Nhưng tôi sẽ phải quay lại đề tài của ngày hôm nay đó là về “hoa hồng” không chúng ta sẽ đi lạc chủ đề mất🙂.

Phía sau vè đẹp tự nhiên của một nụ hoa hồng trong màn sương bao phủ là bí ẩn trong nhiều thập kỷ qua: Tại sao các hạt sương li ti không bị rơi xuống ngay cả khi đảo lộn lại bông hoa?

Hình 1: Giọt sương trên cánh hồng

Khi cô gái hỏi tôi tại sao?, tôi sẽ trả lời là đó tình cảm trong anh giữa những hạt sương lại để hoa hồng nhìn đẹp hơn. Nhưng đó chỉ là câu chuyện lãng mạn trong tình cảm, sự thật về giọt sương trên cánh hoa bồng hiện nay đã được các nhà khoa học làm rõ và tái tạo lại trong một vật liệu nhân tạo [2]. Hiện tượng những giọt sương lăn trên các vật liệu tự nhiên như lá sen đã được thảo luận trong bài trước. Hiện tượng này được gọi là tự làm sạch, do các giọt nước lăn trên các “lông tơ” của bề mặt lá sen, trên mỗi “lông tơ” này được bao phủ bởi các vật liệu sáp có kích thước nano. Đối với bề mặt hoa hồng thì có chút khác biệt trong cấu trúc. Chúng có khoảng cách giữa các lông tơ rộng và trên đầu các lông tơ này cũng được bao phủ các cấu trúc có kích thước nano nhưng phải cấu tạo từ vật liệu sáp. Phát hiện này đã được Lin Feng và các cộng sự tại Đại học Thanh hoa, Bắc kinh công bố trên công bố trên tạp chí nổi tiếng chuyên về bề mặt, Langmuir [3]. Lần đầu tiên cơ cấu bám dính của trên cánh hoa hồng hay là “hiệu ứng cánh hoa” (petal effect) được khảo sát và giải thích.

Hình 2: Sự khác nhau trong sự tiếp xúc của giọt nước trên cách hồng (màu đỏ) và lá sen (màu xanh)

Hình 2 cho thấy cách tiếp xúc của giọt trên bề mặt lá sen và hoa hồng hoàn toàn khác nhau. Trong khi giọt nước trên lá sen hoàn toàn nằm trên các đỉnh của “lông tơ”, thì đối cánh hoa hồng giọt nước lại lọt vào được các khe giữa các lông tơ nhưng không lọt được vào khe của các cấu trúc nano trên lông tơ. Do đó các cấu trúc nano này tạo ra góc tiếp xúc khoảng 152° với giọt nước, và làm giọt nước bị vo tròn trên cánh hoa hồng. Tuy nhiên sự tiếp xúc giữa giọt nước với các khe của các lông tơ đã tạo ra lực van der Waals đủ lớn để giữa giọt nước kể cả khi cánh hoa bị nghiên. Cơ chế giữ giọt nước này của hoa hồng giống như bàn chân chú tắc kè như đã thảo luận ở bài trước. Chúng ta có thể thường gặp được hiện tượng này trong tự nhiên, trên nhiều loài hoa khác nhau. Đối với các loài hoa, hiệu ứng này là quan trọng do làm cho giọt nước lấp lánh dưới ánh mặt trời và thu hút côn trùng đến thụ phấn (tôi cá rằng ít có nghệ sĩ nào biết được điều này, mặc dù họ vẫn khen điều đó là đẹp :)). Trong công nhiệp và cuộc sống chúng ta, hiệu ứng này có tiềm năng rất lớn trong việc sử lý ô nhiễm hoặc rác thải kích thước nano.

[1]  http://en.wikipedia.org/wiki/The_Pleasure_of_Finding_Things_Out
[2]  M. Kaplan, Nature doi:10.1038/news.2008.778
[3]  L. Feng, Y. Zhang, J. Xi, Y. Zhu, N. Wang, F. Xia and L. Jang, Langmuir 24 (2008) 4114.
Note: Hình 1 có nguồn: http://www.flickr.com/photos/csuzanne/6462009103/

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s