Nghịch lý của cát

Trong ‘6 vật liệu định hình văn minh nhân loại’ xoay quanh những yếu tố mà ‘nhân loại không thể phát triển mạnh mẽ nếu thiếu chúng’, tác giả Ed Conway chọn bắt đầu bằng cát và không hẳn là không có lý do.

Bởi trong quá khứ, cát đóng vai trò vô cùng quan trọng. Đây là vật liệu mà loài người đã dùng để tạo ra phần lớn môi trường sống từ cổ chí kim, từ “biến thể” thủy tinh, bê tông cho đến hiện nay là vật liệu bán dẫn. Cát cũng mang đến cho chúng ta cái nhìn toàn cảnh về Thế giới Vật liệu với những đặc tính cơ bản của chúng, mà một trong số đó là những nghịch lý.

Đầu tiên, cát được tạo thành chủ yếu từ silic. Có một thực tế là sau oxy, silic là nguyên tố phổ biến nhất trong vỏ Trái đất. Vì vậy không ngoa khi nói Trái đất được tạo nên từ cát. Tuy nhiên ta cũng thường nghe thấy một nghịch lý khác, về việc thiếu cát trầm trọng. Đơn cử ở một số nơi trên thế giới có cả những băng nhóm mafia tranh giành (thậm chí giết chóc) để kiểm soát những hạt cát chứa silic quý giá. Trong bóng đêm, luôn có những nhóm người lén lút đào bởi bãi biển và lòng sông rồi tuồn lậu ra mua bán trên chợ đen. Trong khi đó việc khai thác cát trái phép ở Đồng bằng sông Cửu Long cũng thường xuyên xuất hiện trên bản tin hàng ngày trước nguy cơ thiếu cát và làm sụt lún bờ sông, khiến đất liền ngày càng mất đi...

Có nhiều lý do cho thực trạng trên, bởi hàm lượng silica trong cát quyết định những gì con người có thể làm với nó. Có những mỏ cát tinh khiết có thể trở thành thủy tinh trong suốt hoặc chip silic khiến giá trở nên cao ngất, nhưng cũng có khi đó là sự thiếu hụt của thị trường, khi với tốc độ đô thị hóa và gia tăng dân số, cát đang nằm phần lớn ở các công trình được dựng xây nên với tốc độ chóng mặt, và nguồn tài nguyên từ Đất mẹ này hẳn là hữu hạn.

Một nghịch lý khác cũng được tác giả nhắc đến đó là silic cũng là một bí ẩn hóa học. Nó vừa có tính kim loại nhưng lại không hoàn toàn là kim loại, dẫn điện nhưng theo cách… rất riêng. Bên cạnh đó, cát có thể mềm tới lạ khi chúng ta chạm vào, nhưng ít người biết mỗi hạt cát lại vô cùng cứng, và độ cứng đáng kinh ngạc này giúp giải thích tại sao cát được sử dụng làm nền móng vật chất cho thế giới ở thế kỷ 21. Từ tính chất này mà cát vừa được dùng để sản xuất những sản phẩm cổ xưa nhất, vừa là nguyên liệu cho những sản phẩm mới nhất mà con người có thể tạo ra. Cát là điểm khởi đầu và cũng là điểm khép lại cho những nền văn minh khi trở thành chất liệu hiện đại nhất

Tiếp tục, cấu trúc của thủy tinh cũng rất khó xác định. Theo đó dù nó có vẻ trong suốt và hoàn hảo dưới mắt thường nhưng ở cấp độ phân từ, thủy tinh giống như tập hợp các nguyên tử được sắp xếp ngẫu nhiên. Thậm chí đối với một số nhà khoa học, đó là một “chất rắn vô định hình”, trong khi những người khác gọi nó là “chất lỏng siêu nguội”. Về lý thuyết, nó vừa là chất lỏng vừa là chất rắn. Việc vì sao thủy tinh lại có những tính chất như trên cũng khiến nhiều thế hệ nhà khoa học liên tục vật lộn, bởi theo họ, dường như thủy tinh thách thức hầu hết các quy luật phân tử. Vì vậy không ngoa khi nói thủy tinh không phải là một vật liệu: nó là một trạng thái. Nó giống một tính từ hơn là một danh từ. Như Philip Anderson, người được trao giải Nobel Vật lý năm 1977 đã viết: “Vấn đề sâu sắc và thú vị nhất chưa được giải quyết trong lý thuyết trạng thái rắn có lẽ là bản chất của thủy tinh và quá trình chuyển pha của thủy tinh”. Đến nay, vấn đề này vẫn chưa có lời giải.

Trong cuốn sách, Ed Conway cũng nhắc đến một câu chuyện những tưởng nghịch lý vô cùng nổi tiếng về thế giới vật liệu, rằng trong Thế chiến thứ I, Đức đã tự “hủy diệt” bằng cách trao đổi mỏ cát để lấy cao su. Theo đó ở giai đoạn đầu cuộc chiến, Đức đã đạt được vị thế độc quyền toàn cầu về nguồn cung cấp quang học chính xác - từ ống nhòm, kính viễn vọng, kính tiềm vọng đến các thiết bị đo cự ly, cùng hàng loạt thấu kính khoa học khác. Điều này giúp Đức chi phối hoàn toàn thị trường kính ngắm súng trường khiến các tay bắn tỉa của họ có lợi thế vượt trội ngay từ đầu. Nhưng sau đó, Đức lại đồng ý cung cấp cho Anh chính những công nghệ có thể được dùng để giết người Đức chỉ để đổi lại cao su, nhằm tạo ra lốp xe, ống dẫn hay dây curoa... Điều những tưởng là khó tin này vậy mà thực chất đã xảy ra, và không thể phủ nhận đó cũng là một trong nhiều lý do khiến cuộc chiến đã kết thúc theo cách đó.

Về phía môi trường, nghịch lý không thể không thấy là cát từ một loại vật liệu quan trọng đang trở nên khan hiếm và bất ổn định. Đơn cử nhiều dải bờ biển dài ở Morocco và Tây Sahara đã bị khai thác để lấy cát sau đó được vận chuyển đến châu Âu và quần đảo Canary - nơi chúng được sử dụng để xây dựng và tái tạo bãi biển phục vụ du lịch. Cũng vì lẽ đó mà những hàng rào tự nhiên chống bão được hình thành qua hàng nghìn năm đã bị phá hủy. Tại châu Á, nhu cầu về cát xây dựng để thúc đẩy tốc độ tăng trưởng kinh tế vượt bậc trong những năm gần đây đã gây tổn hại nghiêm trọng đến các hệ sinh thái địa phương mà không nơi nào thấy điều này rõ ràng hơn ở đồng bằng sông Cửu Long - vùng đất màu mỡ, ngập nước và nóng ẩm, cung cấp phần lớn sản lượng lúa gạo và thủy sản của cả nước...

Từ những điều trên có thể thấy rằng cát là một vật liệu vô cùng bí ẩn, nó khởi đầu cho nhân loại nhưng cũng ôm mang trong mình rất nhiều nghịch lý. Và bằng cách nắm bắt những chi tiết thú vị, Ed Conway đã viết nên một tác phẩm độc đáo, đưa ta vào thế giới vật liệu bất ngờ.