Polywater, hay "nước polyme", là một dạng nước được cho là đặc, sệt, khó sôi và khó đông hơn nước thường, xuất hiện trong các ống mao dẫn thạch anh siêu mảnh. Từ đầu thập niên 1960 đến đầu thập niên 1970, hàng trăm bài báo khoa học bàn về nó. Rồi lời giải hoá ra rất đời thường: đó không phải nước mới, mà là nước lẫn tạp chất hoà tan từ thành ống thuỷ tinh và từ chính tay người làm thí nghiệm.
Một giọt nước lạ trong ống nhỏ hơn sợi tóc
Câu chuyện bắt đầu ở Liên Xô. Nhà hoá học Nikolai Fedyakin, làm việc ở thành phố Kostroma, ngưng tụ hơi nước bên trong những ống mao dẫn bằng thạch anh có đường kính chỉ vài micromet. Ông thấy trong một số ống xuất hiện một cột chất lỏng thứ hai, có vẻ khác với nước bình thường: nó đặc hơn, di chuyển chậm hơn, và dường như "lớn dần" trong ống.
Phát hiện này lọt vào mắt Boris Deryagin, một nhà hoá lý tên tuổi ở Viện Hoá lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô tại Moskva. Deryagin là chuyên gia hàng đầu về lực bề mặt và màng mỏng, nghĩa là đúng người để nghiên cứu một chất lỏng hình thành trong những khe cực hẹp. Phòng thí nghiệm của ông lặp lại thí nghiệm, đo thêm nhiều tính chất và công bố hàng loạt kết quả.
Các báo cáo mô tả một chất lỏng có tỷ trọng cao hơn nước, độ nhớt lớn hơn nhiều lần, sôi ở nhiệt độ cao hơn hẳn 100 °C và đông lại ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với 0 °C. Nếu đúng, đây là một dạng mới của chất quen thuộc nhất hành tinh.
Từ phòng thí nghiệm Moskva tới trang nhất báo phương Tây
Trong nửa sau thập niên 1960, Deryagin trình bày kết quả tại các hội nghị ở châu Âu. Giới khoa học phương Tây ban đầu dè dặt, nhưng uy tín của ông khiến nhiều nhóm bắt tay vào lặp lại. Năm 1969, một nhóm ở Đại học Maryland do Ellis Lippincott dẫn đầu đăng trên tạp chí Science phổ hồng ngoại của chất lỏng này và đề xuất rằng phân tử nước đã liên kết với nhau thành một mạng polyme. Cái tên "polywater" ra đời từ đó.
Báo chí nhanh chóng chú ý. Có người lo rằng nếu polywater bền hơn nước thường, chỉ một giọt lọt ra ngoài có thể "lây" sang toàn bộ nước trên Trái Đất. Nỗi lo ấy gợi nhớ tới chất "ice-nine" trong tiểu thuyết Cái nôi của mèo (1963) của Kurt Vonnegut, một chất hư cấu làm đông cứng mọi nguồn nước nó chạm vào. Đây là chi tiết văn chương, không có cơ sở khoa học nào, nhưng nó cho thấy polywater đã vượt khỏi phòng thí nghiệm để trở thành chuyện thời sự.
Trong vài năm, hàng trăm bài báo được công bố. Có nhóm tính toán cấu trúc lý thuyết, có nhóm đo nhiệt, đo quang phổ, có nhóm bàn ứng dụng. Điều đáng nói là lượng chất được nghiên cứu cực kỳ nhỏ: mỗi mẫu chỉ cỡ phần triệu gram, rút ra từ hàng chục, hàng trăm ống mao dẫn.
Những dấu hiệu không ổn
Ngay từ đầu, polywater có vài điểm khiến người cẩn thận phải nghi:
- Không ai tạo được lượng lớn. Chất này chỉ xuất hiện trong ống thạch anh hoặc thuỷ tinh siêu nhỏ, và không phải ống nào cũng có.
- Kết quả không ổn định. Cùng quy trình, có phòng thí nghiệm thu được, có nơi không.
- Không phù hợp với hoá học đã biết. Liên kết hydro giữa các phân tử nước vốn yếu và thay đổi liên tục; một mạng polyme bền như mô tả cần năng lượng liên kết mà lý thuyết không giải thích nổi.
- Bề mặt quá lớn so với thể tích. Trong một ống mảnh như vậy, gần như mọi phân tử nước đều ở sát thành ống. Bất cứ thứ gì tan ra từ thành ống đều chiếm tỷ lệ rất cao trong mẫu.
Điểm cuối cùng là chìa khoá. Khi thể tích mẫu nhỏ đến mức đó, một chút tạp chất mà bình thường không đáng kể cũng đủ thay đổi hoàn toàn tính chất của chất lỏng.
Giọt mồ hôi của Denis Rousseau
Năm 1970–1971, các nhà phân tích bắt đầu soi thành phần mẫu bằng những kỹ thuật nhạy hơn. Họ tìm thấy silic, natri, kali, bo, cùng các hợp chất hữu cơ. Silic và natri có thể hoà tan từ chính ống thạch anh và thuỷ tinh. Còn hợp chất hữu cơ thì từ đâu?
Denis Rousseau, nhà vật lý ở Phòng thí nghiệm Bell, làm một phép thử rất đời. Sau một trận bóng ném, ông lấy mồ hôi của chính mình, đo phổ hồng ngoại và thấy nó giống đến bất ngờ với phổ được cho là "dấu vân tay" của polywater. Mồ hôi chứa muối và chất béo, đúng những thứ có thể bám trên dụng cụ thuỷ tinh khi người ta cầm nắm, rửa không kỹ.
Phép thử ấy không chứng minh mọi mẫu polywater đều là mồ hôi. Nó chứng minh điều quan trọng hơn: cái phổ được coi là bằng chứng của một cấu trúc mới hoàn toàn có thể sinh ra từ tạp chất thông thường. Bằng chứng mất giá trị phân biệt.
Khi các nhóm làm sạch ống mao dẫn thật kỹ, rửa bằng quy trình nghiêm ngặt và tránh mọi tiếp xúc, "nước lạ" không còn xuất hiện. Đến năm 1973, chính Deryagin cùng cộng sự công bố rằng các tính chất bất thường đến từ tạp chất, không phải từ một dạng nước mới. Một nhà khoa học tự tay đóng lại đề tài mà ông theo đuổi hơn mười năm là chuyện không dễ, và đó là một phần đáng trọng của câu chuyện.
Mốc thời gian
| Thời điểm | Sự kiện |
|---|---|
| Đầu thập niên 1960 | Nikolai Fedyakin quan sát chất lỏng lạ trong ống mao dẫn thạch anh |
| Giữa thập niên 1960 | Nhóm Boris Deryagin ở Moskva nghiên cứu sâu, trình bày tại hội nghị quốc tế |
| 1969 | Nhóm Ellis Lippincott đăng phổ hồng ngoại trên Science, đề xuất cấu trúc polyme, tên "polywater" ra đời |
| 1969–1971 | Cao trào: hàng trăm bài báo, báo chí đưa tin, có cả nỗi lo "nước lây" |
| 1970–1971 | Phân tích thành phần tìm thấy silic, natri, chất hữu cơ; phép thử mồ hôi của Denis Rousseau |
| 1973 | Deryagin và cộng sự xác nhận tính chất lạ do tạp chất |
Vì sao những người giỏi vẫn có thể đi lạc
Polywater thường được kể như ví dụ về "khoa học bệnh lý", nhưng nhìn kỹ thì đó không phải chuyện ai đó kém cỏi. Những người tham gia là các nhà khoa học có năng lực. Họ đi lạc vì vài lý do rất người:
Mẫu càng nhỏ, tạp chất càng lớn
Đây là bài học kỹ thuật cốt lõi. Ở quy mô micromet, thành bình không còn là "vật chứa trung tính" mà trở thành một thành phần của thí nghiệm. Bài học này còn nguyên giá trị với ngành công nghệ nano, nơi người ta liên tục phải hỏi: tính chất đo được là của vật liệu, hay của bề mặt, của dung môi, của chất bẩn?
Đo được tính chất lạ chưa phải là hiểu được nó
Các nhóm đo rất nhiều thông số và các thông số đều "lạ", nên càng củng cố niềm tin rằng có điều gì đó mới. Nhưng một mẫu bẩn cũng cho ra một loạt số đo lạ một cách nhất quán. Thứ cần làm trước tiên là xác định thành phần mẫu, rồi mới bàn tới cấu trúc.
Áp lực thời đại
Đó là giai đoạn chạy đua khoa học giữa hai khối. Một phát hiện lớn về nước có sức hút đặc biệt, và ai cũng muốn không bị bỏ lại. Sự hào hứng tập thể khiến một kết quả chưa chắc được nhân lên nhanh hơn tốc độ kiểm chứng.
Góc nhìn hôm nay: quy trình tự sửa đã chạy thế nào
Điều đáng học nhất từ polywater không phải sai lầm, mà là cách nó được sửa. Không cần ai ra lệnh, cũng không cần một "toà án khoa học". Các phòng thí nghiệm độc lập lặp lại, các nhà phân tích dùng công cụ tốt hơn, một người nghĩ ra phép thử khéo, và dần dần lời giải đơn giản nhất thắng thế. Cả quá trình mất khoảng mười năm, chậm nhưng chắc.
Một vài thói quen mang về từ câu chuyện này, dùng được cả ngoài phòng thí nghiệm:
- Hỏi "mẫu trắng" đâu. Thí nghiệm đối chứng giống hệt nhưng không có thứ mình nghĩ là nguyên nhân, nó cho kết quả gì?
- Nghi lời giải nhàm trước. Bẩn, rò rỉ, lẫn mẫu, hỏng máy đo thường xảy ra hơn nhiều so với một quy luật tự nhiên mới.
- Coi việc làm sạch là một phần của khoa học. Quy trình rửa dụng cụ, chuẩn bị mẫu là thứ được ghi chép kỹ trong mọi phòng thí nghiệm nghiêm túc ngày nay.
Muốn đọc thêm, cuốn Polywater (1981) của nhà hoá học Felix Franks kể lại đầy đủ câu chuyện từ góc nhìn người trong nghề. Cuốn Voodoo Science của Robert Park cũng nhắc polywater trong số các ví dụ về khoa học đi lạc.
Câu hỏi thường gặp
Polywater là gì?
Polywater là tên gọi một dạng nước được cho là có cấu trúc polyme, đặc và sệt hơn nước thường, quan sát thấy trong ống mao dẫn thạch anh siêu nhỏ vào thập niên 1960. Về sau người ta xác định đó chỉ là nước lẫn tạp chất, không phải một dạng nước mới.
Ai phát hiện ra polywater?
Nhà hoá học Liên Xô Nikolai Fedyakin là người đầu tiên quan sát chất lỏng lạ này. Boris Deryagin ở Viện Hoá lý Moskva là người nghiên cứu sâu và đưa nó ra cộng đồng quốc tế.
Vì sao polywater bị bác bỏ?
Phân tích thành phần cho thấy mẫu chứa silic, natri và chất hữu cơ, hoà tan từ thành ống thuỷ tinh hoặc bám từ tay người. Khi dụng cụ được làm sạch kỹ, chất lỏng lạ không còn xuất hiện, và năm 1973 chính nhóm Deryagin thừa nhận tính chất lạ do tạp chất.
Polywater có nguy hiểm không?
Không. Nỗi lo polywater có thể "lây" sang toàn bộ nước trên Trái Đất chỉ là suy đoán của báo chí thời đó, gợi từ chất hư cấu ice-nine trong tiểu thuyết của Kurt Vonnegut. Polywater không tồn tại như một chất riêng.
Bài học lớn nhất từ polywater là gì?
Khi mẫu cực nhỏ, tạp chất có thể quyết định toàn bộ kết quả, nên phải kiểm tra thành phần mẫu và làm đối chứng trước khi tuyên bố phát hiện. Câu chuyện cũng cho thấy khoa học tự sửa sai nhờ các nhóm độc lập lặp lại thí nghiệm.
