HỎI. Phải cần đến bao nhiêu viên gạch Lego để xây dựng một cây cầu thông xe được bắc từ London tới New York? Liệu ngần ấy viên Lego đã được sản xuất ra chưa?
— Jerry Petersen
ĐÁP. Hãy bắt đầu với một mục tiêu ít tham vọng hơn.
Chắc chắn có đủ các viên Lego[1] để kết nối New York và London. Tính theo đơn vị LEGO[2], New York và London cách nhau 700 triệu stud[3]. Nghĩa là nếu bạn ghép các viên giống như thế này…
… thì sẽ mất 350 triệu viên mới có thể kết nối hai thành phố. Cây cầu sẽ không thể gắn kết được với nhau lâu hay nâng bất cứ thứ gì lớn hơn một hình nhân LEGO®[4] nhỏ, nhưng đây mới là sự khởi đầu.
Trong nhiều năm qua đã có trên 400 tỷ mảnh ghép Lego[5] được sản xuất. Nhưng liệu có bao nhiêu viên trong số này có thể dùng làm gạch xây cầu, và có bao nhiêu cái kính mũ bảo hiểm bé nhỏ biến mất dưới tấm thảm?
Giả sử rằng chúng ta sẽ xây dựng cây cầu ấy bằng các viên LeGo[6] thông dụng nhất – viên 2×4.
Sử dụng dữ liệu do Dan Boger cung cấp, nhà sưu tầm các bộ Lego[7] và điều hành trang dữ liệu Lego trực tuyến Peeroncom, tôi đưa ra ước đoán rằng cứ trong số mỗi 50-100 viên Lego lại có một viên hình chữ nhật kích thước 2×4. Vậy là có khoảng 5-10 tỷ viên 2×4, dư sức để xây cây cầu rộng một viên Lego.
Cho xe đi qua
Dĩ nhiên, để cây cầu có thể đỡ được các phương tiện giao thông, chúng ta sẽ cần phải tạo ra cây cầu rộng hơn một chút.
Có lẽ là ta nên làm cầu Lego nổi. Đại Tây Dương rất sâu,[cần dẫn nguồn] và chắc hẳn là chúng ta luôn muốn tránh việc phải xây các trụ đỡ cao tới gần 5 kilomet bằng các viên Lego.
Các viên Lego khi lắp không đủ khít chặt để chống thấm nước,[8] trong khi loại nhựa tạo nên chúng lại có khối lượng riêng lớn hơn nước. Giải pháp thật đơn giản nếu ta trét lên bề mặt của cả khối một lớp keo bịt kín, cả khối sau đó chắc chắn sẽ có khối lượng riêng nhỏ hơn nước.
Mỗi 1 m3 nước mà cây cầu choán chỗ có thể nâng được khối lượng 400 kg. Mà một chiếc xe khách thông thường có khối lượng hơi nhỏ hơn 2000 kg, vậy nên để đỡ được nó, cây cầu của chúng ta sẽ cần tối thiểu là 10 m3 Lego.
Nếu cây cầu dày 1 mét và rộng 5 mét, nó có thể dễ dàng nổi bồng bềnh trong nước – dù là mấp mé – và đủ vững chãi để lái xe qua.
Các viên Lego[9] thực sự rất chắc chắn, theo như điều tra của hãng BBC, bạn có thể đặt chồng lên nhau khoảng 25.000 viên 2×2 mà không làm viên dưới cùng bị vỡ vụn.[10]
Trở ngại đầu tiên của ý tưởng này là trên thế giới không có đủ các khối Lego để dựng nên một cây cầu kiểu này. Trở ngại thứ hai chính là đại dương.
Các lực tác động vô cùng lớn
Bắc Đại Tây Dương là một nơi đầy bão tố. Dù cây cầu của bạn có thể chịu được phần di chuyển nhanh nhất của dòng hải lưu Gulf Stream, nó vẫn phải đương đầu với các lực tác động rất mạnh của gió và sóng.
Chúng ta có thể tạo ra cây cầu chắc chắn cỡ nào?
Theo nhà nghiên cứu Tristan Lostroh tại Đại học Nam Queensland, chúng ta có thể biết được chút thông tin về sức chịu kéo của một số mối nối Lego nhất định. Cũng giống với BBC, anh kết luận rằng các viên Lego chắc chắn đến lạ thường.
Thiết kế tối ưu sẽ là sử dụng các tấm Lego mỏng dài xếp chồng lên nhau:
Cấu trúc này sẽ cực kỳ vững chãi – sức chịu kéo có thể so sánh được với bê tông – nhưng thế vẫn chưa đủ. Gió, sóng biển và các dòng hải lưu sẽ thúc mạnh vào phần giữa của cây cầu từ hai phía, tác dụng một lực khủng khiếp lên nó.
Cách thông thường nhất để giải quyết tình huống này sẽ là neo cây cầu với đáy biển để nó không thể dịch chuyển quá xa về một phía nào cả. Nếu ta tự cho phép mình được dùng thêm cáp cùng với các viên Lego,[11] ta có thể cố định khối khổng lồ kỳ cục này với đáy biển.[12]
Nhưng vấn đề chưa dừng lại ở đó. Một cây cầu rộng 5 mét trên một mặt hồ tĩnh lặng có khả năng đỡ được một chiếc ô tô, nhưng nó cần phải lớn tới mức có thể nổi trên mặt nước và chịu được các đợt sóng xô vào nó. Chiều cao điển hình của một con sóng trên đại dương mênh mông có thể lên tới vài mét, vậy nên bạn cần thiết kế sao cho cây cầu có thể nổi ít nhất độ cao 4 mét so với mặt biển.
Chúng ta có thể làm cho cấu trúc cầu của mình nổi cao hơn bằng cách sử dụng thêm các túi khí và khối rỗng, nhưng cây cầu cũng phải rộng ra thêm – bằng không nó sẽ lật úp. Nghĩa là bạn sẽ cần phải có thêm neo, và phao trên các neo để chúng không bị chìm xuống. Các phao lại tạo ra thêm lực kéo, làm các dây cáp căng hơn nữa và kéo cây cầu xuống, đòi hỏi phải có thêm phao trên cây cầu…
Đáy biển
Chúng ta sẽ vấp phải một vài vấn đề nữa nếu muốn xây dựng cây cầu từ đáy biển. Chúng ta không thể giữ cho các túi khí phồng ra dưới áp lực của nước, vậy nên cấu trúc của cây cầu phải tự đỡ trọng lượng của nó. Để giảm thiểu áp lực từ các dòng hải lưu, chúng ta phải thiết kế nó rộng hơn. Vậy là cuối cùng, ta sẽ xây dựng một con đường xuyên biển.
Hiệu ứng phụ là hoàn lưu của Bắc Đại Tây Dương sẽ bị cây cầu của chúng ta cản một cách đột ngột. Theo các nhà khí tượng học, điều này “chắc là không tốt.”[13]
Thêm nữa, cây cầu sẽ vắt ngang qua sống núi giữa Đại Tây Dương. Đáy Đại Tây Dương đang tách ra hai bên từ một vỉa ở ngay chính giữa, với tốc độ – tính theo đơn vị Lego – một stud mỗi 112 ngày. Nghĩa là chúng ta sẽ phải xây dựng cây cầu bằng các mối nối dãn nở, hoặc phải ra giữa cây cầu rất thường xuyên và ghép thêm nhiều viên Lego.
Chi phí
Các viên Lego được làm từ nhựa ABS có giá khoảng 1 đô-lakg tại thời điểm tôi viết những dòng này. Thậm chí cây cầu được thiết kế đơn giản nhất, với những dây cột bằng thép trải dài cỡ hàng kilomet,[14] sẽ có giá hơn 5 nghìn tỷ đô-la.
Nhưng xin hãy nhớ: Tổng giá trị bất động sản của thị trường nhà đất London là 2,1 nghìn tỷ đô-la, và phí vận chuyển xuyên Đại Tây Dương là 30 đô-latấn.
Nghĩa là với chi phí ít hơn việc xây cầu bạn có thể mua toàn bộ đất đai tại London và vận chuyển nó từng chút một sang New York. Sau đó bạn có thể tái thiết nó trên một hòn đảo mới thuộc khu cảng New York, và kết nối hai thành phố bằng một cây cầu Lego đơn giản hơn nhiều.
Chúng ta thậm chí còn dư tiền để mua bộ Millennium Falcon nữa.
❀ ❀ ❀
[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!
[4] …trừ phi Kyp Durron sử dụng Thần lực để lôi nó lên.
[5] Nguyên văn: Tickling the dragon’s tail.
[6] Khi kéo tay ra, hãy để ý đến những triệu chứng của bệnh giảm áp suất do các bọt nitơ trong mạch máu ở tay.
[7] Hy vọng thế.
[8] Qua nhiều thập kỷ, trọng lực sẽ tăng lên nhanh hơn mức bạn nghĩ đôi chút, vì vật chất trên Trái đất sẽ bị nén lại dưới khối lượng của chính nó. Lực nén bên trong các hành tinh thì gần như tỷ lệ thuận với bình phương diện tích bề mặt, vậy nên nhân Trái đất sẽ bị nén lại chặt hơn. Tham khảo tại đây.
[9] Mặc dù một số nguyên tố phóng xạ như urani khá nặng, chúng bị ép ra khỏi các lớp phía dưới vì các nguyên tử của chúng không tương thích với các mạng nguyên tử của phần đá ở độ sâu này. Để tìm hiểu thêm, xem bài viết này.
[10] Xin lỗi nhé, Mặt trăng!
[11] Và keo bịt kín.
[12] Nếu muốn thử dùng các chi tiết Lego khác, ta có thể sử dụng những bộ kit gồm rất nhiều sợi thừng được kết bằng sợi nylon.
[13] Sau đó họ hỏi, “Đợi chút, anh vừa nói mình sẽ xây cái gì cơ?” và “Mà, anh vào đây bằng cách nào?”
[14] Theo chương trình phim yêu thích của tôi, Friends. (Nguyên văn: “the one with the kilometer-long steel tethers.” Các tập phim Friends đều có tựa đề bắt đầu bằng “the one”, nhưng không có tập nào như tác giả nói – ND.)
