HỎI. Chuyện gì sẽ xảy ra nếu một chiếc máy sấy tóc chạy liên tục được đặt trong một chiếc hộp lập phương kín có cạnh bằng 1 m?

— Dry Paratroopa

ĐÁP. Một chiếc máy sấy tóc thông thường tiêu thụ 1.875 watt công suất.

Toàn bộ 1.875 watt này phải chuyển hóa thành một dạng năng lượng nào đó. Bất kể điều gì xảy ra bên trong hộp, nếu chiếc máy sấy sử dụng công suất 1.875 watt thì cuối cùng sẽ có 1.875 watt nhiệt tỏa ra.

Đây là một kiến thức hữu ích và nó đúng với bất kỳ thiết bị sử dụng năng lượng nào. Ví dụ, người ta thường lo rằng điện năng sẽ bị tiêu hao khi không cắm cục sạc vào ổ điện. Họ có đúng không? Các phân tích về dòng nhiệt cho chúng ta một quy tắc đơn giản: nếu một cục sạc không ấm lên khi không sử dụng thì nó tiêu thụ ít hơn 1 xu tiền điện một ngày. Với cục sạc điện thoại nhỏ, nếu chạm vào nó không thấy ấm thì nó tiêu thụ ít hơn 1 xu trong suốt một năm. Điều này đúng cho hầu hết các thiết bị điện.[1]

Nhưng hãy quay lại với cái hộp.

Nhiệt sẽ chuyển từ máy sấy tóc vào hộp. Nếu chúng ta giả sử rằng máy sấy tóc là không thể phá hủy, phần bên trong hộp sẽ nóng dần lên cho tới khi bề mặt bên ngoài hộp đạt tới nhiệt độ 60°C. Ở nhiệt độ đó, tốc độ mất nhiệt của cái hộp sẽ bằng tốc độ sinh nhiệt của máy sấy, và cả hệ sẽ ở trạng thái cân bằng.

Nó ấm áp hơn bố mẹ mình luôn! Đây chính là bố mẹ mới của mình.

Nhiệt độ cân bằng sẽ giảm đi một chút nếu có một cơn gió, hoặc chiếc hộp được đặt trên một bề mặt ẩm ướt hoặc bề mặt bằng kim loại dẫn nhiệt tốt.

Nếu chiếc hộp được làm bằng kim loại, nó sẽ đủ nóng để làm bỏng tay bạn nếu chạm vào nó quá 5 giây. Nếu nó được làm bằng gỗ, bạn có thể chạm vào nó một lúc, nhưng có nguy cơ là những phần hộp tiếp xúc với miệng máy sấy sẽ bốc cháy.

Bên trong cái hộp sẽ như một lò nung. Nhiệt độ nó đạt được sẽ phụ thuộc vào độ dày của các thành hộp; thành càng dày và càng cách nhiệt tốt thì nhiệt độ trong hộp càng cao. Thành hộp không cần dày lắm cũng có thể tạo ra nhiệt độ đủ cao để đốt cháy cái máy sấy.

Nhưng chúng ta đã giả sử cái máy sấy này là không thể phá hủy. Và nếu chúng ta có thứ gì đó hay ho như một cái máy sấy tóc không thể phá hủy, việc hạn chế công suất của nó ở 1.875 W có vẻ hơi phí.

Với 18.750 watt đến từ chiếc máy sấy tóc, bề mặt của cái hộp đạt tới trên 200°C, nóng như bề mặt một chiếc chảo ở mức lửa trung bình thấp…

Tôi tự hỏi không biết chiếc núm xoay này sẽ xoay được đến công suất cao bao nhiêu?

Còn quá ít chỗ trống trên mặt quay

Bề mặt cái hộp giờ đã nóng tới 600°C, đủ nóng để phát ra ánh sáng đỏ mờ.

Nếu nó được làm bằng nhôm, phần bên trong sẽ bắt đầu nóng chảy. Nếu nó làm bằng chì, phần bên ngoài đã bắt đầu nóng chảy. Nếu nó được đặt trên sàn nhà bằng gỗ thì ngôi nhà bốc cháy. Nhưng những gì đang xảy ra xung quanh máy sấy tóc không quan trọng, vì nó không thể bị phá hủy.

Cung cấp 2 megawatt cho laser thì nó có thể phá hủy tên lửa. Ở 1300°C, cái hộp nóng ngang với dung nham.

Thêm một nấc nữa.

Tỷ lệ các nấc công suất trên máy sấy này chắc hẳn là không chuẩn.

Giờ cung cấp cho cái hộp 18 MW.

Bề mặt cái hộp nóng tới 2400°C. Nếu nó bằng thép, nó sẽ nóng chảy ngay. Nếu nó làm bằng chất liệu khác như vonfram chẳng hạn, thời gian để nó nóng chảy có thể lâu hơn một chút.

Chỉ tăng thêm một nấc nữa thôi, sau đó chúng ta sẽ dừng lại.

Bằng này công suất – 187 megawatt – là đủ để cái hộp sáng trắng. Không nhiều vật liệu có thể tồn tại trong điều kiện này, vì vậy, chúng ta sẽ phải giả sử cái hộp này không thể bị phá hủy.

Nền nhà làm từ nham thạch

Thật không may là nền nhà thì không thế.

Trước khi nó có thể cháy xuyên tới nền nhà, ai đó ném một quả bóng nước xuống dưới nó. Dòng hơi nước sẽ phóng cái hộp ra ngoài lề đường qua cửa trước.[2]

Công suất giờ là 1,875 gigawatt (tôi đã nói dối về chuyện dừng lại). Theo như trong phim Trở lại tương lai (Back to the future), chiếc máy sấy tóc giờ đã đủ công suất để du hành ngược thời gian.

Cái hộp phát ra ánh sáng lóa mắt, và bạn không thể lại gần nó trong vòng vài trăm mét do nhiệt độ quá cao. Nó nằm giữa một vũng dung nham đang ngày càng lan rộng. Mọi thứ trong bán kính từ 50 đến 100 mét quanh cái hộp đều bốc cháy. Một cột khói nóng bốc lên cao trong không khí. Những vụ nổ khí bên dưới cái hộp liên tục phóng nó lên không trung. Mỗi khi chạm đất, cái hộp đốt cháy xung quanh và lại tạo ra một vũng dung nham mới.

Chúng ta tiếp tục xoay nút điều chỉnh.

Tại 18,7 gigawatt, môi trường quanh cái hộp giống hệt môi trường trên bệ phóng tàu con thoi lúc phóng tàu. Cái hộp bắt đầu bị hất tung lên do chính những dòng khí dâng lên mạnh mẽ mà nó tạo ra.

Năm 1914, HG. Wells đã tưởng tượng ra một thiết bị tương tự trong cuốn sách Thế giới tự do (The World Set Free). Ông đã viết về một loại bom phát nổ không ngừng thay vì chỉ nổ một lần, một hỏa ngục cháy chậm khởi phát những ngọn lửa không thể dập tắt tại trung tâm các thành phố. Câu chuyện kỳ quái này đã báo trước sự xuất hiện của vũ khí nguyên tử 30 năm sau đó.

Cái hộp đang bay vọt lên trong không trung. Mỗi lần tới gần mặt đất, nó nung nóng mặt đất dữ dội, và những dòng khí nở ra lại ném nó văng lên trời.

Việc cung cấp công suất 1,875 terawatt cũng giống như mỗi giây ta kích nổ một chồng thuốc nổ TNT cỡ một ngôi nhà.

Vệt đuôi của những cơn bão lửa – những đám lửa khổng lồ tự duy trì chính nó bằng cách tạo ra hệ thống gió của riêng chúng – sẽ uốn lượn bay ngang qua không trung.

Một dấu mốc mới: điều khó tin là chiếc máy sấy tóc đang tiêu thụ nhiều năng lượng hơn tất cả các thiết bị điện trên Trái đất cộng lại.

Cái hộp lượn vun vút trên cao, mỗi giây tỏa ra một năng lượng gấp 3 lần năng lượng của vụ thử hạt nhân Trinity[3].

Tới đây, bức tranh đã trở nên rõ ràng. Chiếc hộp cứ lượn vòng quanh bầu khí quyển cho đến khi nó phá hủy hành tinh của chúng ta.

Giờ ta hãy thử làm một điều gì đó khác biệt.

Chúng ta xoay núm công tắc về 0 khi cái hộp bay ngang qua phía Bắc Canada. Nhanh chóng nguội đi, chiếc hộp lao về Trái đất, rơi xuống Hồ Gấu Lớn kèm theo một làn hơi nước.

Và sau đó…

Trong trường hợp này, công suất là 11 petawatt.

Kỷ lục được công nhận chính thức về vận tốc lớn nhất mà một vật thể nhân tạo đạt được là của tàu thăm dò Helios 2, đạt vận tốc 70 kms trong một cú đảo gần khi quay quanh Mặt trời. Nhưng có khả năng kỷ lục này thực ra thuộc về một cái nắp kim loại nhân tạo nặng 2 tấn.

Cái nắp đó đậy trên mặt của một hố thử hạt nhân ngầm ở Los Alamos, một phần trong dự án thử hạt nhân Operation Plumbbob. Khi đầu đạn chứa 1 kiloton nhiên liệu hạt nhân ở dưới phát nổ, cả hệ thống như trở thành một khẩu súng bắn khí đồ chơi có đạn hạt nhân, tác động lên cái nắp với một lực đẩy khổng lồ. Một máy ảnh tốc độ cao đặt sẵn bên trên cái nắp chỉ ghi lại được một khung hình trước khi nó biến mất, điều đó có nghĩa là tốc độ tối thiểu của cái nắp vào khoảng 66 kms. Người ta đã không tìm thấy cái nắp đó nữa.

Vận tốc 66 kms gấp khoảng 6 lần vận tốc vũ trụ cấp hai, nhưng trái với suy đoán thông thường, cái nắp có vẻ đã không bay vào không gian. Các phép ước lượng chuyên sâu dựa trên cơ học Newton cho thấy rằng cái nắp đó hoặc bị phá hủy hoàn toàn do tương tác với không khí, hoặc bị làm chậm lại và rơi trở lại Trái đất.

Khi chúng ta bật lại chiếc máy sấy tóc bên trong hộp, lúc nó đang lơ lửng trong lòng hồ, quá trình xảy ra cũng tương tự như vậy. Dòng nước bị đốt nóng ở bên dưới dãn nở, và khi chiếc hộp bay lên khỏi mặt nước, cả mặt hồ bốc hơi. Dòng hơi nước bị nung nóng thành plasma bởi vô vàn bức xạ sẽ đẩy chiếc hộp bay càng lúc càng nhanh.

Bức ảnh do Thuyền trưởng Hadfield cung cấp

Thay vì lao vào khí quyển giống như cái nắp ở trên, chiếc hộp bay xuyên qua một bong bóng plasma ít lực cản hơn. Nó bay ra khỏi bầu khí quyển và cứ thế xa dần, từ trạng thái sáng chói như Mặt trời trở thành le lói như một ngôi sao mờ. Phần lớn vùng Tây Bắc Canada đang cháy, nhưng Trái đất đã thoát nạn.

Tuy nhiên, một số người mong muốn chúng ta đã không làm thí nghiệm trên.

❀ ❀ ❀

[1] Tương tự, thang đo cường độ gió F (Fujita) đã được thay thế bằng thang EF (Fujita mở rộng). Đôi khi, một đơn vị đo trở nên lỗi thời bởi vì xài nó rất kinh khủng – chẳng hạn, “kip” (1.000 pound lực), “kcfs” (hàng nghìn foot khối mỗi giây), và “độ Rankine” (độ F trên độ không tuyệt đối). (Tôi đã phải đọc các bài báo kỹ thuật sử dụng các đơn vị này.) Những khi khác, bạn có thể nhận thấy rằng các nhà khoa học chỉ muốn có thứ gì đó để “chỉnh” mọi người.

[2] Trong phim Star Wars, con tàu Death Star bắn một chùm tia phá hủy toàn bộ Alderaan chỉ trong một phần tí teo của giây. (ND)

[3] Một khẩu súng vạn năng, không thể bị phá hủy nhưng ta có thể nắm giữ mà không lo cánh tay bị xé nát. Đừng lo lắng, chuyện đó sau này sẽ xảy ra ngay!