Thông thường, chúng ta vẫn thường thấy hai lối giải thích kinh điển cho mâu thuẫn này như sau:
1. Màu trắng
Theo định luật ánh sáng, bạn trông thấy một vật thể có màu trắng tức là nó đang phản xạ ánh sáng trắng đến mắt bạn. Còn ánh sáng trắng là tập hợp vô số các ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím, ánh sáng từ mặt trời chính là ánh sáng trắng.
Vì vậy, khi bạn mặc một cái áo hoặc quần màu trắng, hầu hết ánh sáng từ mặt trời chiếu vào bạn sẽ bị phản xạ và bạn không bị nóng. Đơn giản phải không?
2. Màu đen
Mọi người bảo mặc quần áo màu đen khiến cơ thể hấp thụ nhiệt, gây nóng. Nhưng hãy nhìn những du mục Ả Rập ở sa mạc Bắc Phi mà xem, họ vẫn thường mặc đồ đen đấy thôi. Phải chăng quần áo màu đen giúp họ cảm thấy mát mẻ hơn so với trang phục màu trắng?
Mâu thuẫn giữa trắng và đen đã khởi nguồn từ rất lâu trong quá khứ, nhưng vẫn chưa thể được giải quyết. Thậm chí, nó đã trở thành đề tài nghiên cứu của con người, vào năm 1980, có một nghiên cứu được xuất bản với tựa đề "Tại sao các du mục Ả Rập lại mặc áo choàng đen trên sa mạc?".
Rõ là vấn đề nằm ở trang phục của họ, không phải nó màu gì, mà nó được làm từ chất liệu gì. Còn với các chất liệu phổ biến như áo phông thì sao? Bạn nên chọn áo phông đen hay trắng cho mùa hè oi bức?
Sau đây, bằng một chiếc camera hồng ngoại, chúng ta sẽ dùng thực nghiệm để trả lời cho câu hỏi: Áo phông đen có nóng hơn áo phông trắng hay không?
Mọi vật đều phát ra một bức xạ điện từ. Một số vật có nhiệt độ cao vừa đủ (như dây tóc bóng đèn) có thể phát ra bức xạ điện từ nằm trong vùng quang phổ khả kiến, đó là lí do mà chúng ta thấy được màu sắc của nó. Còn đa số các vật thể nóng sáng khác phát ra những bức xạ nằm ngoài vùng khả kiến, chính là hồng ngoại.
Bằng cách sử dụng một camera cảm biến hồng ngoại, chúng ta sẽ có thể quan sát được phổ hồng ngoại và dùng nó để xác định nhiệt độ của vật thể.
Dưới đây là ảnh hồng ngoại của hai màu trắng đen trên các áo phông phơi ngoài trời.
Lưu ý: Các hình ảnh này có được là nhờ cảm biến đặc biệt. Mắt thường không thể nhìn thấy các bức xạ hồng ngoại, các bước sóng của nó nằm ngoài vùng khả kiến.
Từ hình ảnh này, chúng ta có thể xem nhiệt độ trên hai chiếc áo. Những chiếc màu đen có nhiệt độ là 131 °F, với màu trắng là 111,8 °F. Rõ ràng là áo đen nóng hơn, kết quả này không có gì đặc biệt.
Bạn hoàn toàn có thể thực hiện các thí nghiệm dạng này ngay tại nhà. Hãy lấy một mảnh giấy màu đen và màu trắng cho phơi ngoài trời nắng. Đợi vài phút và nhặt chúng vào, mảnh giấy đen sẽ nóng hơn hẳn.
Giờ chúng ta giải quyết câu hỏi kế tiếp: Liệu áo phông trắng có thực sự phản xạ bức xạ nhiệt tốt hơn áo phông đen? Theo lí thuyết về ánh sáng thì câu trả lời đã quá rõ ràng, nhưng hãy xem kết quả của thí nghiệm thực tế có giống với lí thuyết sách vở không nhé.
Trong thí nghiệm này, người ta sẽ đặt sẵn một chiếc bàn ủi nóng (vừa đủ chứ không quá nóng) mà bạn thường dùng để làm phẳng quần áo. Đó sẽ là nguồn hồng ngoại, hay nguồn bức xạ nhiệt cho thí nghiệm. Họ tiến hành đặt chiếc bàn ủi vào một góc khuất camera hồng ngoại. Sau đó, tiến hành đặt các vật thể khác nhau trước máy ảnh để kiểm tra sự phản xạ hồng ngoại này.
Đầu tiên họ thử với một miếng gạch lát trắng. Điều gì sẽ xảy ra khi bức xạ hồng ngoại chiếu tới nó? Hãy cùng xem kết quả:
Trên đây là hình ảnh tổng hợp. Chiếc camera được sử dụng có thể chụp cả bức xạ nhìn thấy lẫn bức xạ hồng ngoại, sau đó, qua các khâu xử lí, chúng ta có được hình ảnh rõ nhất như trên. Hãy nhìn vào điểm sáng ở giữa miếng gạch, đó là phản xạ của bức xạ từ bàn ủi, còn nếu bạn muốn xem thử ảnh chụp bàn ủi. Cùng xem hình ảnh dưới đây.
À, bạn đang thắc mắc về phản xạ nhiệt dưới sàn nhà phải không. Đó là vì mặt sàn nhà sáng loáng của người thực hiện cũng đã phản xạ bức xạ hồng ngoại nên camera đã chụp được cả nó. Tuyệt vời phải không.
Còn kết quả của hai chiếc áo?
Nhìn vào hai tấm ảnh hồng ngoại được chụp, ta thấy sự phản xạ giữa hai chiếc áo với bàn ủi là tương tự nhau.
Như vậy, mặc dù hai chiếc áo phông khác màu, một trắng một đen, nhưng mức phản xạ hồng ngoại là như nhau. Có phải màu trắng thì phản xạ tốt hơn? Không, hoàn toàn không. Kết quả thực nghiệm đã cho thấy, một chiếc áo sẽ không phản xạ nhiệt tốt hơn chỉ vì nó màu trắng.
Mẫu chăn khẩn cấp, làm từ chất liệu mylar.
Thay vì áo phông, chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn một chất liệu phản xạ hồng ngoại cực tốt. Những tấm chăn làm từ chất liệu mylar, đây là một loại vật liệu polyester chống nhiệt rất tốt. Ngoài những tấm mylar này ra, chúng ta còn có một thêm một chất rất thân thuộc, nước.
Sau đây là kết quả kiểm tra phản xạ hồng ngoại giữa một miếng mylar và một chiếc áo phông dính nước trên bề mặt.
Bạn có thể nhìn vào phần bên trái tấm ảnh, hai chiếc áo phông, vùng tối đó chính là nước. Khi thực hiện quá trình chuyển hóa từ chất lỏng sang chất khí, nước sẽ cần năng lượng, và nhiệt độ từ bức xạ hồng ngoại sẽ cung cấp năng lượng này.
Vì nước đã hấp thu năng lượng nhiệt để chuyển hóa nên nó giúp hạ nhiệt độ của chiếc áo xuống. Hiện tượng này cũng có thể giải thích cho việc khi trời nóng, cơ thể chúng ta thường tiết đổ mồ hôi để cân bằng nhiệt độ.
Sau khi đã thấy sự phản xạ với nước, hãy cùng nhìn vào tấm mylar bên phải. Hai phần giữa mylar và áo phông dính nước trông khá khác biệt, đó là vì tấm mylar đã phản chiếu cả ánh sáng nhìn thấy lẫn bức xạ hồng ngoại.
Điều này khiến việc sử dụng camera hồng ngoại để đo nhiệt độ gặp một chút khó khăn, trong ảnh là bức xạ phản xạ chứ không phải bức xạ do tấm mylar phát xạ ra.
Nói về phát xạ, chúng ta phải phân biệt rõ giữa phản xạ và phát xạ. Các vật liệu khác nhau sẽ có độ phát xạ khác nhau. Ví dụ: thông thường độ phát xạ của các vật sẽ có giá trị từ 0 đến 1. Với một vật chỉ phát xạ mà không phản xạ, chỉ số của nó là 1. Còn một vật chỉ phản xạ các bức xạ chiếu tới, chỉ số đo được của nó là 0.
Theo đó, những chiếc áo phông (cả đen và trắng) có độ phát xạ ở khoảng gần 1, tức là chúng không phản xạ được quá nhiều bức xạ hồng ngoại. Nhưng với tấm mylar kia, độ phát xạ của nó gần như bằng 0.
Qua các kết quả thực nghiệm, chúng ta dần có thể làm rõ mâu thuẫn giữa hai màu trắng đen. Cho thấy cả hai đều phản xạ nhiệt giống nhau, nhưng màu trắng tốt hơn ở điểm, nó không hấp thụ nhiệt nhiều nhiều như màu đen. Nhưng liệu có trường hợp nào màu đen lại thắng thế?
Hình ảnh về bộ áo choàng của một du mục Ả Rập trên sa mạc Bắc Phi
Chúng ta hãy quay trở lại câu chuyện về những bộ quần áo của các du mục Ả Rập trên sa mạc Bắc Phi. Điều gì đã xảy ra với những bộ quần áo này?
Có nhiều yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ: ví dụ như sự bốc hơi, hoặc gió chẳng hạn, khoan đã, chính là gió. Có phải bộ quần áo đen của họ đang tạo ra hiệu ứng ống khí đối lưu?
Hiệu ứng đối lưu không khí được giải thích thông qua hiện tượng không khí nóng nhẹ hơn không khí lạnh. Khi làm nóng không khí bên trong một cột khí, không khí bị làm nóng sẽ bay lên trên, tạo thành một dòng đối lưu không khí, sự đối lưu liên tục tạo thành hơi gió, làm mát cho cơ thể họ.
Thì ra đó là bí mật về những bộ quần áo thùng thình của những du mục này, chúng sẽ tạo một khoảng không gian giữa quần áo và cơ thể, tạo thành một cột khí đối lưu, thật thú vị phải không. Nếu cảm thấy khó hình dung, hãy liên tưởng đến những chiếc lồng đèn kéo quân, sở dĩ khi bạn thắp đèn kéo quân lên, lồng đèn dần dần quay tròn là nhờ hiện tượng đối lưu không khí này.
Các mô hình đèn kéo quân, với lồng quay áp dụng ống khí đối lưu
Còn bạn, bạn nghĩ như thế nào về mâu thuẫn nhiệt độ giữa các màu sắc? Hay còn những yếu tố khác ảnh hưởng đến việc tăng giảm nhiệt độ và phản xạ các bức xạ nhiệt? Cùng bàn luận bên dưới nhé.