Cong ty Cong Nghe Tin hoc Nha truong http://www.vnschool.net
Từ Olympic Vật lý Hà Nội đến Olympic Bắc Kinh và xa hơn
15/09/2008

Như thường lệ, các kỳ thi Olympic Vật lý IPhO có ba đề thi lý thuyết và hai đề thi thực nghiệm. Năm nay Việt Nam đăng cai IPhO 2008 và ra đề. Chiếc chày giã gạo bên bờ suối ở vùng núi phía bắc Việt Nam là nội dung đề lý thuyết thứ nhất. Đề thứ hai về đầu dò các hạt năng lượng cao theo hiệu ứng Cherenkov, phát minh của một Nobel vật lý người Nga. Trong đề thứ ba, thí sinh khảo sát chuyển động thẳng đứng của các túi khí trong khí quyển, qua đó đánh giá ô nhiễm khí thải từ xe máy trong giờ cao điểm giao thông ở Hà Nội. Trong hai đề thi thực hành, thí sinh dùng phương pháp nhiệt vi sai và đi ốt bán dẫn để đo nhiệt độ nóng chảy của những mẫu vật nhỏ, và hiệu suất pin mặt trời.


Thông điệp từ IPhO 2008

Không thấy sử sách ghi lại chiếc chày giã gạo dùng máng nước do ai chế ra, và xuất hiện từ khi nào. Chắc phải hàng nghìn năm trước khi Newton và Euler hoàn chỉnh cơ học cổ điển hồi thế kỷ XVII-XVIII để ta có đủ cơ sở khoa học giải thích được nó. Cổ lỗ, nhưng giải thích đâu có dễ. Chỉ cần một máng nước nhỏ đủ làm cho chiếc chày nặng vài chục kg cứ lầm lì nâng lên hạ xuống cối giữa những cánh rừng im ắng. Từ ngàn đời nay, người ta chế tác ra nó hoàn toàn theo kinh nghiệm và trực cảm. Và có lẽ IPhO 2008 là dịp để chiếc chày giã gạo được đem ra “phẫu thuật” bằng kiến thức vật lý ở bậc phổ thông.

Như một bức tranh đầy tương phản với chiếc chày giã gạo, đầu dò Cherenkov ở đề thi thứ hai nằm ngay trên mặt tiền của vật lý học hiện đại. Ánh sáng màu xanh (ai quan tâm có thể đến tham quan lò phản ứng Đà Lạt) phát ra khi các hạt tích điện chuyển động với vận tốc lớn hơn vận tốc ánh sáng trong môi trường đã được ứng dụng để nhận dạng những hạt năng lượng cao, cũng chính là những tín hiệu phát ra từ cấu trúc sâu thẳm nhất của vật chất. Hiệu ứng Cherenkov không có trong chương trình phổ thông. Thí sinh IPhO 2008 và cả thầy họ hẳn chưa có dịp đến thăm các máy gia tốc cực lớn trên thế giới để nhìn thấy loại đầu dò này. Thí sinh phải vận dụng trí tưởng tượng dựa trên những kiến thức vật lý ít ỏi trong nhà trường.

Không chỉ đi tiên phong trong nhận thức cấu trúc vật chất, vật lý học còn giải quyết những vấn đề nóng bỏng và sống còn của thế giới như bảo vệ môi trường, tiết kiệm và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, và đặc biệt là chinh phục nguồn năng lượng tái tạo vô tận mà Tạo hóa đã ban cho loài người.

Với tấm pin mặt trời trên bàn thí nghiệm IPhO 2008, chỉ có 5% ánh sáng từ ngọn đèn dây tóc được chuyển hóa thành điện năng. Nhưng hiệu suất các tấm pin mặt trời trên thị trường giờ đây đã đạt đến 15%, công suất điện lớn nhất từ một nhà máy là 20 MW (ở Tây Ban Nha), sắp đến sẽ có nhà máy 200 MW theo công nghệ Israel đặt tại California ở Mỹ. Năng lượng mặt trời còn chưa cạnh tranh được với các dạng năng lượng khác, một phần vì còn thiếu chính sách khuyến khích, nhưng sẽ có vai trò ngày càng lớn để thay thế dần năng lượng hóa thạch. Với đề thi về đo hiệu suất pin mặt trời và chiếc chày giã gạo, IPhO 2008 đã phát đi một thông điệp mạnh mẽ lưu ý mọi người đến nguồn năng lượng tái tạo vô tận và thân thiện với môi trường mà hầu như chưa hề được khai thác. Chậm chân về năng lượng tái tạo chính là thiếu tầm nhìn rất tai hại trong thời buổi khủng hoảng năng lượng hiện nay.

Chính vật lý học đã khởi đầu cuộc cách mạng công nghiệp từ vài thế kỷ trước đây bằng những phát minh về năng lượng thay thế cho lao động cơ bắp, sức nước, sức gió và ánh sáng mặt trời dưới dạng thô sơ nhất. Nhưng con người đã quá lạm dụng nhiên liệu hóa thạch để công nghiệp hóa gây nên thảm họa môi trường và biến đổi khí hậu như hiện nay. Bài học này xem ra vẫn còn xa lạ lắm với rất nhiều người nắm trong tay tiền bạc và quyền lực.

Đây chính là thông điệp từ đề thi lý thuyết thứ ba. Thí sinh sẽ thấy các yếu tố khí tượng bất lợi như hiện tượng nghịch nhiệt ở gần mặt đất (nhiệt độ không khí tăng theo độ cao) sẽ làm tăng ô nhiễm không khí như thế nào qua thí dụ khí thải ô xít cac bon (CO) từ xe gắn máy vào một buổi sáng mùa đông ở Hà Nội. Đương nhiên, thủ phạm gây ô nhiễm không khí chính là con người. Nhưng nắm bắt được các yếu tố khí tượng bất lợi là cách tốt nhất để hạn chế tối đa tác hại do các nguồn phát ô nhiễm gây ra.

Mù trời ở Bắc Kinh và cái giá phải trả cho tăng trưởng kinh tế bằng mọi giá

Khi đám trẻ IPhO 2008 vò đầu trước bài toán khí quyển Hà Nội, thì nhiều người lớn lại đau đầu với bầu trời mù xám ở Bắc Kinh, vì chỉ còn hai tuần nữa là đến ngày khai mạc Olympic. Bắc Kinh là một trong 13 thành phố lớn có không khí ô nhiễm nhất thế giới. Với 3,3 triệu ô tô lưu hành trên đường phố, cứ mỗi ngày lại có thêm 1000 xe mới đăng ký, người Bắc Kinh chưa tìm ra cách gì khác hợp lý hơn là theo “giấc mơ Mỹ”. Tiêu thụ quá nhiều nhiên liệu, mà than và dầu lại kém chất lượng (chứa nhiều lưu huỳnh) khiến cho không khí Bắc Kinh ô nhiễm nặng nề.

Nhận thấy ô nhiễm không khí là một trong những điểm yếu luôn gây tranh cãi và chống đối xung quanh việc chọn địa điểm tranh tài cho hàng chục nghìn lực sĩ hàng đầu thế giới, Bắc Kinh đã không tiếc tiền của công sức để có được những ngày trời xanh (blue skies) vào dịp Olympic. Họ đã di dời và làm sạch 200 nhà máy, đưa bốn nghìn xe buýt chạy gas vào sử dụng thay cho dầu diesel, sử dụng nguồn năng lượng địa nhiệt, cắt giảm hơn một triệu xe ô tô lưu hành trên đường phố hằng ngày dựa theo biển số chẵn lẻ, yêu cầu không được dùng củi táo, củi lê để quay vịt ở các nhà hàng... và nhiều giải pháp làm sạch môi trường khác. Tốn kém lên đến 67 tỷ nhân dân tệ. Nhưng món tiền khổng lồ này cũng chỉ mới cải thiện được 20% chất lượng không khí. Thế mới biết cái giá phải trả cho tăng trưởng kinh tế bằng mọi giá là dường nào!

Nhưng trước giờ khai mạc Olympic, sân vận động Tổ Chim vẫn lờ mờ trên nền trời mù xám. Khoa học gọi hiện tượng này là “smog” hay “haze”. Tầm nhìn bị hạn chế bởi các chất ô nhiễm trong không khí được thải ra từ ống khói nhà máy và xe cộ. Thuật ngữ “smog” mới có trong tiếng Anh, được cấu thành từ hai từ fog (sương mù) và smoke (khói). Có lẽ vì thế mới xảy ra cuộc tranh luận trên các phương tiện thông tin xung quanh đề tài: fog hay smog? Jacques Rogge, Chủ tịch UB Olympic quốc tế IOC cảnh báo có thể hoãn một số môn thi đấu kéo dài như chạy marathons, nhưng ông cũng khéo trấn an mọi người bằng trò chơi chữ: “Fog” mà các bạn nhìn thấy trên bầu trời Bắc Kinh có thể do không khí quá ẩm, chứ chưa hẳn là bị ô nhiễm. Tờ nhật báo chính thức Daily China ngày 10/8, một ngày mù trời sau khi khai mạc Olympic, còn giật dòng tít trên đầu trang nhất: Haze không đồng nghĩa với chất lượng không khí tồi.

BBC phải ra tay nghiên cứu chất lượng không khí theo kiểu a ma tơ

Nhiều người vẫn nghi ngờ. Một số lực sĩ nổi tiếng hay bị dị ứng và hen suyễn đã không đến Bắc Kinh, nhường những chiếc huy chương danh giá lại cho đồng nghiệp nước khác. Đoàn cua rơ Mỹ đến sân bay với khẩu trang đen che kín mặt khiến Ban Tổ Chức phật lòng. Canada phải cử Douglas Chark, một chuyên gia khí hậu học đi theo đoàn lực sĩ mang theo những thiết bị lỉnh kỉnh để đo bốn chất ô nhiễm không khí chính. Kết quả nghiên cứu được công bố trên nhật báo Toronto Sun ngày 10/8/08: tình trạng ở Bắc Kinh giống như những ngày tồi tệ nhất ở Ontario!

Nhưng chơi trội, và hài hước nhất (trên quan điểm nghiên cứu khoa học), là hãng BBC. Phóng viên của họ được giao nhiệm vụ đo nồng độ bụi PM10 (bụi có kích thước dưới 10 micron = 1/100 mm) mỗi ngày một lần vài chục phút vào buổi trưa ngay từ ban công khách sạn giữa trung tâm thành phố và đưa kết quả lên mạng (http://news.bbc.co.uk/2/hi/in_pictures) cùng với ảnh chụp bầu trời phía trước. Ngày 2/8 với nồng độ bụi 15 microgam/m3 có lẽ là ngày đẹp trời hiếm thấy ở Bắc Kinh (hình 1), khác hẳn với bầu trời hôm khai mạc 8/8, khi nồng độ bụi lên đến 156 microgam/m3 (hình 2). Có được bốn con số 8 liền nhau, ngày khai mạc Olympic Bắc Kinh quả là một ngày đẹp. Hai hôm sau, nồng độ bụi tăng lên gần gấp đôi khiến cho những nhà cao tầng phía trước khách sạn của phóng viên BBC mất hút (hình 3).

Còn xa mới có thể xem cái nghề tay trái của phóng viên BBC như một khảo cứu khoa học. Nhưng dù sao anh phóng viên này vẫn có công quảng bá ra đại chúng một bằng chứng đã biết trong khoa học: mù trời ở Bắc Kinh là smog, là không khí chứa quá nhiều hạt bụi ly ty rất có hại cho sức khỏe. Năm 1952, hàng nghìn người dân Luân đôn đã chết vì mù trời do nghịch nhiệt kéo dài suốt một tuần lễ. Smog không phải là fog, sương mù màu trắng đục mà ta thường thấy như một hiện tượng thời tiết thuần túy.

Lướt Net trước những hôm khai mạc Olympic mới thấy đề thi cho đám trẻ IPhO 2008 vừa mang tính thời sự lại khá thực tiễn và hiện đại. Và cũng đủ khó để thử thách những tài năng vật lý tương lai.

Mấy điều suy ngẫm

Họ là ai? Trong số hơn 360 thí sinh IPhO 2008 từ hơn 90 quốc gia trên thế giới, chỉ có một em đạt trên 9 điểm cho đề bài thứ nhất (chày giã gạo) và bốn em cho đề bài thứ ba (khí quyển). Ba trong số năm em này là người Hoa. Trong số 46 huy chương vàng của IPhO 2008 có 16 em gốc Hoa, trong đó 5 em ở lục địa, 5 em ở Đài Loan và 11 em ở các nước khác. Hai em đạt điểm cao nhất về lý thuyết và thực hành đều là người Hoa. Những gì đã và đang xảy ra ở IPhO 2008 và Olympic Bắc Kinh, khiến ta phải tin rằng người Hoa nói chung, và Trung Quốc nói riêng, sẽ trở thành một nhân tố ngày càng quan trọng trong thế kỷ XXI. Không gì cản được họ, trừ chính họ, như điều răn thứ nhất của Phật.

Sẽ rất ngớ ngẩn nếu xem kết quả IPhO 2008 như một bản đồ thu gọn về nghiên cứu vật lý, và khoa học nói chung, trên thế giới. Với bốn huy chương vàng, người Việt Nam có thể vui, nhưng không phải vui vì nền vật lý nước nhà xếp ngang Mỹ, Ấn độ, Hàn Quốc, thậm chí còn hơn cả Nga, Pháp, Đức v.v...

Ngược lại là một nỗi buồn dai dẳng sau mấy phút vui ban đầu. Bao nhiêu huy chương vàng quốc tế về Toán, Lý, Hóa v.v... từ hàng chục năm nay giờ đây đang ở đâu? Có cơ quan nào dõi theo từng bước đi của họ, trong khi chúng ta không ngớt kêu gào hãy khuyến khích và đãi ngộ xứng đáng các nhân tài khoa học?

Phạm Duy Hiển


URL của bài viết này::http://www.vnschool.net/modules.php?name=News&file=article&sid=2470
© Cong ty Cong Nghe Tin hoc Nha truong contact: sales@schoolnet.vn