Benjamin Franklin cùng con trai trong thí nghiệm thả diều, khởi nguồn cho cột thu lôi chống sét. Nguồn: History.
Vào những năm cuối đời, nhà vật lý lý thuyết người Đức Albert Einstein (1879-1955), người đã phát triển thuyết tương đối tổng quát, một trong hai trụ cột của vật lý hiện đại (trụ cột kia là cơ học lượng tử) vẫn cố gắng hết sức để hoàn thành "Thuyết vạn vật" của riêng mình. Ông bất chấp bệnh tật và từ chối phẫu thuật để làm việc bởi ông cho rằng "thuyết vạn vật" của ông nếu hoàn chỉnh sẽ trở thành đối thủ đáng gờm với thuyết vật lý lượng tử.
Đối với Einstein, ông luôn cho rằng không gian - thời gian là chất liệu tạo nên vũ trụ. Ở đó, con người sẽ nắm bắt được cách vạn vật diễn ra như thế nào. Tuy nhiên, ông đã qua đời trước khi hoàn thành nghiên cứu của mình. Khi được hỏi tại sao lại từ chối phẫu thuật, Einstein nói: "Tôi muốn đi khi tôi muốn. Thật vô vị để duy trì cuộc sống mà không còn khả năng thực hiện điều mình mơ ước".
Khởi nguồn vô tận của những phát minh
Trong khi đó, với Leonardo da Vinci, họa sĩ, nhà điêu khắc, kiến trúc sư, nhạc sĩ, bác sĩ, kỹ sư, nhà giải phẫu, nhà sáng tạo và triết học tự nhiên người Ý (1452-1519) được đánh giá là người có tầm ảnh hưởng bậc nhất trong thời đại của mình. Tuy nhiên, lúc bấy giờ, giới khoa học không hẳn đã thừa nhận một bộ óc siêu việt. Ví dụ, những ý tưởng phát minh dù trong cuốn sổ tay của Da Vinci đã bị coi thường vì ước mơ "nhảy từ bất kỳ độ cao nào cũng không bị thương". Nhưng rồi, tới nay, người ta đã chế tạo thành công chiếc dù dựa trên những lý thuyết ghi chép của ông.
Là thiên tài toàn năng, Da Vinci luôn bị “những điều không thể" hấp dẫn. Nhờ đó, ông có những ghi chép phát minh mà phải vài trăm năm sau người ta mới hiện thực hóa được nó.
Vậy, những giấc mơ, hay có thể nói là những công trình khoa học vĩ đại của những con người vĩ đại bắt nguồn từ đâu? Đó là câu trả lời khó khăn, nhưng trong một chừng mực nhất định thì giới khoa học cho rằng nó bắt nguồn từ những điều rất bình dị trong thiên nhiên. Nói cách khác, chúng ta thành công khi bắt chước thiên nhiên.
Nhiều người sẽ không khỏi ngạc nhiên khi thấy các đồ vật, dụng cụ hàng ngày đang sử dụng lại là những phát minh do con người bắt chước từ thiên nhiên. Trong một quần thể sinh thái của thế giới tự nhiên, bất luận là trên mặt đất hay dưới biển sâu, các loài thực vật hay động vật đều tồn tại những hiện tượng được coi là hết sức đặc biệt. Những đặc biệt đó là khởi nguồn vô tận cho những phát minh được ứng dụng trong cuộc sống của con người.
Kỹ sư người Thụy Sĩ George de Mestral, nêu ví dụ: Khi lái xe trên những đoạn đường cao tốc hoặc tại những đoạn đường đồi núi vào ban đêm, bạn sẽ thấy rằng ánh đèn xe của bạn phản chiếu tại những chiếc gương hay tấm phản chiếu giao thông đặt bên cạnh đường. Nhưng xe bạn vừa đi qua, những chiếc gương phản chiếu này sẽ tối om trở lại không có tác dụng gì nữa. Thực tế, sự vận dụng này được dựa trên nguyên lý phản quang ở mắt của các loài động vật như mèo, sói, gấu...
Các nhà khoa học đã vận dụng một cách sáng tạo để làm thành những chiếc gương chỉ đường vào ban đêm, giúp cho người lái xe có thể nhận biết những vật khác trên đường, đem lại sự an toàn trên tuyến giao thông.
Hay như chiếc áo chống đạn. Nó cũng xuất phát từ ý tưởng của những tấm mạng nhện. Mạng nhện được đan một cách rất mỏng manh bằng chính tơ của con nhện, nhưng đó lại là vũ khí bắt mồi lợi hại.
Theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học, độ đàn hồi của mạng nhện lớn gấp 5 lần so với một mạng lưới đan bằng thép. Thậm chí nó còn có độ bền cao hơn nhiều lần so với độ bền của nguyên liệu dùng để làm áo chống đạn. Từ đó, người ta đã nghiên cứu bóc tách gene từ tơ nhả ra của loài nhện, tiến hành cấy ghép loại gene này vào tế bào sữa bò, sau đó lấy tơ thu được trong quá trình cấy ghép này dệt thành những tấm lưới, ghép nhiều tấm lưới này với nhau để tạo thành một dạng nguyên liệu có tính năng đặc biệt có thể làm thành những chiếc áo chống đạn cực kỳ hiệu quả.
Xa hơn trở về trước, đó là vụ tàu Titanic bị chìm vào năm 1912. Sự cố bi thảm này đã thôi thúc các nhà nghiên cứu cố gắng tìm cách phát triển công nghệ phát hiện các vật thể dưới nước. 3 năm sau, năm 1915, nhà vật lý người Pháp Paul Langevin đã phát minh ra một hệ thống tận dụng các sóng âm và tiếng vọng của chúng để định vị vật thể dưới nước, mà ngày nay gọi là thiết bị định vị dưới nước bằng sóng âm, hoặc sóng siêu âm. Công nghệ này mới với con người nhưng lại “cũ rích” đối với nhiều loại động vật khi chúng luôn sử dụng việc định vị bằng tiếng vang để tìm hướng đi, săn bắt mồi và kiếm ăn. Trong đó dơi và cá heo luôn phát ra các âm thanh và lắng nghe tiếng vọng của chính mình nhằm phát hiện cũng như định vị các vật thể quanh chúng.
Một thành tựu công nghệ hiện đang rất “hót” là tàu hỏa siêu tốc. Vậy, ý tưởng chế tạo ra nó bắt đầu từ đâu? Tàu hỏa siêu tốc ban đầu được thiết kế để mô phỏng các viên đạn bắn ra khỏi nòng, nhưng nó lại vấp phải vấn đề lớn, đó là phát ra tiếng động ầm ĩ như sấm rền khi ra khỏi các đường hầm.
May mắn là Eji Nakatsu - một trong các kỹ sư người Nhật Bản làm việc tại công ty xe lửa chế tạo ra tàu hỏa tốc độ cao lại là người rất thích quan sát các loài chim rồi từ đó nhận thấy có thể ứng dụng cấu trúc của mỏ chim bói cá vào thiết kế tàu hỏa siêu tốc. Điều này không chỉ giúp giải quyết vấn đề tiếng ồn, mà còn gia tăng hiệu quả trong sử dụng năng lượng và cho phép tàu di chuyển với vận tốc nhanh hơn.
Tương tự, cũng một phát minh mới nữa, đó là làm ra những chiếc bóng đèn điện sáng hơn, tiết kiệm điện hơn. Đó là đèn LED hiện đang ngày một phổ biến.
Để có được thành công, một nhóm nhà nghiên cứu quốc tế đã xem xét cơ quan phát sáng dưới bụng của đom đóm. Họ phát hiện, cơ quan này sở hữu một bộ khung có các phần nhô ra và một đường dốc nghiêng. Đặc tính này ngăn cản sự phản xạ và cho phần lớn ánh sáng tỏa ra ngoài. Nhà nghiên cứu Nicolas André (Đại học Sherbrooke, Canada) đã sử dụng laser để tạo ra kết cấu tương tự trên đèn LED và nhận thấy cường độ chiếu sáng của chúng tăng 1,5 lần.
Nói như tiến sĩ Annick Bay trên trang The Optical Society, thì “khía cạnh quan trọng nhất trong cải tiến này là nó cho thấy, chúng ta có thể học hỏi nhiều đến mức nào thông qua việc quan sát cẩn thận thế giới tự nhiên”.
Con người học từ loài dơi về sóng âm.
“Bắt chước” thiên nhiên và những thành tựu mới
Năm 2022 vừa qua cũng ghi nhận nhiều công trình khoa học lấy cảm hứng từ thiên nhiên. Theo Alon Gorodetsky - kỹ sư y sinh tại Trường Đại học California (Mỹ) thì “thiên nhiên đã mất hàng trăm triệu năm để tối ưu hóa các giải pháp tinh tế cho những vấn đề cực kỳ phức tạp. Vì vậy, nếu chúng ta hướng về tự nhiên, chúng ta có thể rút ngắn quá trình phát triển của mình và tìm ra được một giải pháp có giá trị ngay lập tức".
Có thể tưởng tượng được chăng khi giờ đây con người có thể cầm máu cho tim, gan của chó và thỏ mà không cần phải khâu, nhờ vào một loại cao dán sinh học có thể phân hủy làm từ chất nhớt của trái đậu bắp. Trái đậu này đã truyền cảm hứng cho nhà khoa học Malcolm Xing (Trường Đại học Manitoba, Canada) để rồi ông biến loại quả này thành một loại cao dán y tế tuyệt vời.
Trong kết quả nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Advanced Healthcare Materials, tháng 7/2022, một nhóm các nhà khoa học đã cho rằng việc ép đậu bắp trong máy ép trái cây, sau đó sấy khô hỗn hợp đó thành bột sẽ tạo ra một cao dán sinh học hiệu quả. Chất kết dính này có thể nhanh chóng tạo ra hàng rào vật lý và lập tức hỗ trợ quá trình đông máu. Từ đó, đã mở ra hướng thử nghiệm một loại cao dán đặc biệt đối với con người trong tương lai gần.
Như trên đã nói, từ sự nhấp nháy sáng tối của loài đom đóm, người ta đã phát triển được đèn LED. Nhưng chưa hết, những con đom đóm thắp sáng bầu trời đêm cũng đã truyền cảm hứng cho các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ) tạo ra những con robot nhỏ, có kích thước như con bọ, có thể phát ra ánh sáng khi chúng bay, điều này được kỳ vọng có thể hữu ích cho các nhiệm vụ tìm kiếm và cứu nạn. Mặc dù cho đến nay, các robot này mới chỉ có thể hoạt động trong môi trường phòng thí nghiệm, nhưng các nhà nghiên cứu vẫn rất hào hứng với những ứng dụng tiềm năng trong tương lai.
Vào tháng 3/2022, một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Sustainability cho rằng lớp da kỳ lạ của mực có thể "biến" thành một loại vật liệu đóng gói có thể giữ ấm cho cà phê và thức ăn trong một thời gian nhất định, tùy theo lượng da sử dụng. Theo các nhà khoa học, mực ống có các cơ quan thu nhỏ gọi là tế bào sắc tố, có thể thay đổi kích thước một cách đáng kể và cũng giúp chúng thay đổi màu sắc.
Để bắt chước những cơ quan chứa đầy sắc tố này, các nhà khoa học thuộc Trường Đại học California (Mỹ) đã phát triển "những hòn đảo kim loại nhỏ mà bạn có thể tách ra" và co lại. Mức nhiệt sau đó có thể được kiểm soát bằng mức độ kéo giãn của vật liệu. Tiến sĩ Alon Gorodetsky - một thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết: "Nếu bạn đặt nó xung quanh một vật thể ấm, ví dụ như cốc cà phê hoặc bánh sandwich nóng, bạn có thể kiểm soát tốc độ nguội đi của nó. Điều này cũng thật hữu ích đối với con người vào mùa đông, có thể sẽ đến lúc chúng ta không cần phải mặc áo ấm. Thiên nhiên thực sự là mẫu mực của sự đổi mới và kỹ thuật".
Nhà bác học Alexander Graham Bell trong buổi thử nghiệm chiếc điện thoại vào năm 1877.
Lận đận số phận những nhà khoa học tiên phong
Trong lịch sử nghiên cứu khoa học, không chỉ Da Vinci hay Einstein gặp trắc trở, mà còn rất nhiều nhà khoa học khác, rất nhiều phát minh khoa học khác cũng lận đận không kém. Máy bay từng bị coi là món đồ chơi khoa học, phát minh điện thoại ban đầu cũng bị xem là đồ chơi trẻ con… nhưng ngày nay là những thứ không thể thiếu trong đời sống con người.
“Người tiên phong luôn làm những điều khác biệt, điều này luôn đúng trong sáng tạo khoa học. Vì quá mới mẻ và đi ngược lại những thói quen xã hội, nhiều phát minh phải trải qua giai đoạn thử thách để được công nhận giá trị” - sinh thời nhà phát minh thiên tài Thomas Edison (1847-1931) đã nói như vậy sau khi phát minh bóng đèn sáng bằng dây tóc của ông thành công.
Lúc đó, giới khoa học cho rằng thứ ánh sáng đó (dây tóc bóng đèn) trái với tự nhiên. Nhiều người còn ví đèn dây tóc giống như những đốm sáng ma trơi và chỉ có thể sử dụng trong truyện cổ tích. Một thành viên của Nghị viện Mỹ từng phát biểu: "Bóng đèn của Edison chỉ hữu dụng ở phía bên kia Đại Tây dương, chứ không phải nước Mỹ".
Nhưng Edison không nản chí. Không chỉ là người sáng tạo ra bóng đèn dây tóc ông còn là người ủng hộ dòng điện một chiều. Nhưng rồi chính ông lại phản đối việc sử dụng dòng điện xoay chiều do nhà khoa học Nikola Tesla (1856-1943) nghiên cứu, dù cho hiệu quả của dòng điện mới tốt hơn nhiều. Edision từng nói: "Việc khuyến khích sử dụng dòng điện xoay chiều chỉ làm lãng phí thời gian. Sẽ không ai sử dụng đâu". Nhưng chỉ ít năm sau, dòng điện xoay chiều đã chiến thắng và ngày nay nó được ứng dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống hiện đại.
Cách đây 120 năm, vào năm 1903, anh em nhà Wright phát minh ra máy bay khi thực hiện chuyến “lên trời” kéo dài 12 giây. Họ suy luận rằng, chim bay được thì tại sao con người lại không “lên trời” được nếu như chế ra một thiết bị nào đó. Tuy nhiên, sau chuyến bay thử nghiệm, họ đã phải chịu đựng nhiều chỉ trích. Năm 1911, Ferdinand Foch (1851-1929), một vị tướng của quận đội Pháp trong Chiến tranh thế giới thứ nhất cho rằng máy bay chỉ là món đồ chơi khoa học hấp dẫn chứ không có ý nghĩa gì với quân đội.
Thế nhưng kể từ Chiến tranh Thế giới thứ hai, máy bay trở thành thứ vũ khí lợi hại trong quân đội và là phương tiện đi lại không thể thiếu trong giao thông vận tải.
Một ví dụ khác cũng cho thấy sự lận đận của những phát minh khoa học. Tới nay, chiếc điện thoại đã gắn liền với nhà khoa học người Scotland Alexander Graham Bell (1847-1922), nhưng số phận của nó cũng rất gập ghềnh.
Năm 16 tuổi, Graham Bell bắt đầu những nghiên cứu đầu tiên về cơ chế truyền âm. Mãi đến 13 năm sau, năm 29 tuổi, ông mới được cấp bằng sáng chế điện thoại. Nhưng khi ông định bán phát minh của mình cho công ty truyền thông của Mỹ Western Union với giá 100.000 USD, hội đồng quản trị của công ty không chấp thuận và cho rằng thiết bị của ông không hơn gì một món đồ chơi trẻ con.
Không dừng bước, Bell tự thành lập một công ty điện thoại vào năm 1877. Và kể từ đó chiếc điện thoại ngày một được cải tiến vì rằng nhân loại đã nhận ra việc nó giúp con người rút ngắn khoảng cách cả không gian lẫn thời gian.
Cũng một người Scotland nữa, John Logie Baird (1888-1946) đã làm nên lịch sử công nghệ truyền hình. Ngày 25/3/1925, lần đầu tiên Baird biểu diễn truyền hình chiếu bóng di động ở London (Anh) bằng một hình nộm nói chuyện và di chuyển. Tới tháng 1/1926, Baird đã chứng minh có thể truyền tải hình ảnh đang chuyển động qua sóng radio. Từ đó, hơn 2 năm sau, vào năm 1928, người ta đã có thể phát - nhận sóng truyền hình xuyên Đại Tây dương giữa London và New York (Mỹ).
Tuy nhiên tivi lúc ra đời cũng gặp không ít lời phê bình. Lee De Forest - người thường được xem là cha đẻ của ngành phát thanh, nói rằng tivi là một phát minh không thể nào thành hiện thực và không thể được sử dụng thương mại vì chi phí đắt đỏ, rằng "con người chỉ có thể có tivi trong mơ". Nhưng rồi, đến nay truyền hình không còn là giấc mơ vì nó có mặt trong phần lớn các gia đình, kể cả người nghèo.
Nhân đây, cũng nên kể đôi chút về người đứng sau phát minh lịch sử, đó là chiếc cột thu lôi. Ông là nhà vật lý học người Mỹ Benjamin Franklin (1706-1790).
Vào năm 1752, Benjamin khi đó 46 tuổi đã cùng con trai William (21 tuổi) thực hiện một thí nghiệm chứng minh những giả thuyết về tính chất của sét: sét thực chất là sự phóng điện. Ông thả một con diều lên trời, đầu trên có gắn một thanh sắt nhỏ để hút sét (đóng vai trò như cột thu lôi). Con diều được cột vào một sợi dây có khả năng dẫn điện, phía cuối sợi dây gắn thêm một chiếc chìa khóa. Mưa đến, sợi dây thấm nước làm cho có khả năng dẫn điện. Benjamin có thể cảm nhận được luồn điện đang tích tụ trong chiếc chìa khóa. Điều này chứng tỏ sét chính là một hiện tượng phóng điện.
Hai cha con ông đã lấy chính cuộc sống của mình ra để chứng minh phát minh của họ vì lúc đó không một ai tin con người có thể “hút sét”, cao siêu hơn là biến nó thành điện. May mắn là cha con họ không bị ảnh hưởng gì từ cuộc thí nghiệm vì chỉ một năm sau nhà vật lý học người Đức Georg Wilhelm Richmann tái hiện lại thí nghiệm tương tự ở St. Petersburg (Nga) đã thiệt mạng.
Từ cái chết của Richmann, cha con Benjamin còn vấp phải sự phê bình dữ dội khi cho rằng họ thách thức và xâm phạm Chúa trời.
Đau đớn nhưng không từ bỏ. Năm 1753, Benjamin Franklin quyết định thử ứng dụng cột thu lôi đầu tiên tại Philadelph-ia (Mỹ). Kết quả, nhà ông không bị ảnh hưởng trong mùa mưa bão năm đó. Từ đó, phát kiến của ông trở nên phổ biến. Để ghi nhận những nghiên cứu trong lĩnh vực điện của ông, Hội đồng Hoàng gia London đã trao tặng Benjamin Franklin Huy chương Copley - vinh danh những người có thành tích xuất sắc trong nghiên cứu khoa học. Từ năm 1914, chân dung Benjamin Franklin được in trên tờ tiền 100 USD. Cho đến nay, Benjamin Franklin vẫn là một trong số những nhà khoa học ít ỏi được in lên tiền.
Trong số vô vàn những phát minh của con người, tới nay giới khoa học nói chung vẫn dành vinh dự cao nhất cho 5 phát minh vĩ đại nhất của nhân loại làm thay đổi cả thế giới. Thứ nhất, là bánh xe. Thuở ban đầu, bánh xe có thiết kế dày và đặc, thường được làm từ những nguyên liệu thô sơ như đá và gỗ. Từ những chiếc bánh xe đặc nặng nề, bánh xe đã dần được cải tiến khi có nan hoa vào khoảng năm 2.000 trước Công nguyên. Điều này làm giảm đáng kể trọng lượng và giúp bánh xe hoạt động trơn tru hơn cũng như giúp tốc độ vận chuyển nhanh hơn. Cho đến năm 1836, bánh xe hình tròn được ghi nhận.
Thứ hai là ngôn ngữ. Một trong những hệ thống chữ viết đầu tiên là chữ tượng hình được người Sumer sử dụng vào khoảng năm 2.900 trước Công nguyên để ghi chép các thư giao dịch thương mại, hóa đơn, luật pháp, thành ca, lời cầu nguyện, các câu chuyện… Cho đến ngày nay, ngôn ngữ vẫn không ngừng biến đổi và phát triển.
Thứ ba là máy in, do nhà khoa học người Đức Johannes Gutenberg phát minh vào khoảng thế kỷ 15. Trên thực tế, việc in ấn đã có lịch sử từ 6 thế kỷ trước đó bởi người Trung Quốc khi họ sao chép thông tin bằng cách khắc các nét chữ, hình vẽ lên một tấm gỗ, sau đó phủ mực và đặt giấy lên. Nhưng cách làm đó vô cùng tốn thời gian.
Thứ tư là vaccine. Cách đây gần 300 năm, hai bác sĩ người Anh Thomas Dimsdale và Edward Jenner đã nảy ra một ý tưởng điên rồ nhưng lại khiến cả nền y học thế giới phải thay đổi. Hai bác sĩ này đã làm một thí nghiệm vô cùng nguy hiểm khi chủ động lây bệnh cho một người khỏe mạnh bằng mầm bệnh bị suy yếu để tạo khả năng miễn dịch.
Và "mới nhất" là máy tính. Sở hữu trong tay máy tính được kết nối internet, cả thế giới gần như được thu nhỏ trong bàn tay, bạn có cơ hội tiếp xúc với nhiều thông tin, văn hóa, tra cứu được các thông tin cần biết.
Tuy nhiên, để có được một chiếc máy tính nhỏ gọn, hoàn chỉnh với các tính năng tuyệt vời như hiện nay thì nó đã phải trải qua giai đoạn hình thành và phát triển kéo dài gần 1 thế kỷ. Mặc dù vẫn có nhiều tranh cãi về nguồn gốc thật sự của máy tính nhưng nhiều người tin rằng, chiếc máy tính đầu tiên trong lịch sử chính là cỗ máy turing do nhà khoa học Alan Turing sáng tạo ra nhằm giải mã hệ thống mật mã Enigma của phát xít Đức trong Chiến tranh thế giới lần thứ 2.
