Kỷ nguyên công nghiệp tinh tế.
"Đi thôi, đến viện nghiên cứu vật liệu."
Nhìn khung cảnh trước mắt, Tần Nghị hiểu rõ, lý thuyết về động cơ bẻ cong không gian (warp drive) đã hoàn thiện, không còn bất kỳ vướng mắc nào. Bước tiếp theo chính là vấn đề cốt lõi nhất: vật liệu.
Động cơ bẻ cong không gian có ba rào cản kỹ thuật chính. Thứ nhất là nghiên cứu lý thuyết, đây là nền tảng cơ bản nhất. Bởi vì lý thuyết quyết định phương hướng và tầm cao, khoa học càng phát triển thì lý thuyết càng quan trọng. Nếu không có lý thuyết dẫn đường, mọi nghiên cứu đều sẽ đi vào ngõ cụt.
Thứ hai là vấn đề nguồn năng lượng. Nguyên lý của động cơ bẻ cong không gian thực tế rất đơn giản, chỉ là sử dụng nguồn năng lượng cực đại để tạo ra sự cộng hưởng không gian, từ đó gấp khúc không gian, rồi tiếp tục dùng năng lượng đó để mở ra các lỗ sâu (wormhole), giúp phi thuyền vượt qua những khoảng cách xa xôi trong tích tắc.
Để tạo ra sự cộng hưởng, gấp khúc và mở được lỗ sâu, cần một mức năng lượng khổng lồ đến mức nào thì ai cũng có thể hình dung được. Nếu không có nguồn năng lượng mạnh mẽ, động cơ bẻ cong không gian sẽ không thể vận hành.
May mắn thay, công nghệ phản ứng nhiệt hạch có kiểm soát đã được hoàn thiện. Về mặt lý thuyết, năng lượng từ phản ứng nhiệt hạch chỉ đứng sau năng lượng từ phản vật chất. Đây chính là nguồn năng lượng của các ngôi sao, đủ để đáp ứng nhu cầu khổng lồ của động cơ bẻ cong không gian.
Vấn đề thứ ba chính là vật liệu. Động cơ phản trọng lực thế hệ thứ hai đã có yêu cầu cực kỳ khắt khe về vật liệu, còn vật liệu cho động cơ bẻ cong không gian lại càng không phải loại thông thường, nó bắt buộc phải là vật liệu ở trạng thái suy biến (degenerate matter).
Vật liệu ở trạng thái suy biến, hay còn gọi là vật chất suy biến, là một trạng thái vật chất có mật độ cực cao. Áp suất của vật chất suy biến chủ yếu phát sinh từ nguyên lý loại trừ Pauli, được gọi là áp suất suy biến.
Vật liệu suy biến này đòi hỏi phải được chế tạo ở cấp độ nguyên tử.
Sự phát triển của khoa học kỹ thuật cho phép con người có khả năng tổng hợp vật liệu ở quy mô nguyên tử, ví dụ như các cụm nguyên tử, vật liệu dạng cụm, chuỗi liên kết tuyến tính, cấu trúc dị chất đa tầng, màng siêu mỏng... Đặc điểm của những vật liệu này là số chiều thấp, tính đối xứng giảm và các đặc tính vật lý trở nên rõ rệt.
Tuy nhiên, đó mới chỉ là khả năng trên lý thuyết. Khi đi vào thực tế, việc chế tạo vật liệu từ cấp độ nguyên tử là vô cùng khó khăn. Đơn vị nguyên tử thực sự quá nhỏ, công nghệ hiện tại nhiều nhất cũng chỉ đạt đến cấp độ nano, mà nguyên tử còn nhỏ hơn nano rất nhiều.
Trước tiên, chúng ta cần hiểu rõ kích thước của chúng. Nano là một đơn vị đo chiều dài, viết tắt là nm. 1 nanomet bằng một phần tỷ mét.
1 nanomet tương đương với chiều dài của khoảng 10 nguyên tử hydro xếp hàng nối tiếp nhau. Vì đường kính của mỗi loại nguyên tử khác nhau, nên 1 nanomet có thể tương đương với chiều dài của vài chục nguyên tử khác. 20 nanomet chỉ bằng khoảng một phần ba nghìn sợi tóc.
Công nghệ nano mà chúng ta thường nhắc đến là việc nghiên cứu các hiện tượng và chức năng đặc dị của vật chất trong phạm vi quy mô nano (từ 0,1 đến 100 nanomet), thông qua việc trực tiếp thao tác và sắp xếp các nguyên tử, phân tử để tạo ra vật liệu mới.
Sự ra đời của công nghệ nano bắt nguồn từ phát minh kính hiển vi quét đường hầm (STM) với khả năng phóng đại hàng chục triệu lần. Phát minh này cho phép các nhà khoa học quan sát thế giới vi mô ở cấp độ nano.
Từ đầu những năm 90 của thế kỷ 20, khoa học nano đã có những bước tiến vượt bậc. Các ngành khoa học mới như điện tử nano, vật liệu nano, cơ học nano, sinh học nano... liên tục xuất hiện. Khoa học nano được các nhà khoa học dự đoán là một trong chín ngành khoa học sẽ thay đổi lịch sử nhân loại trong tương lai.
Trên thực tế, các nhà khoa học ngày nay đã có thể sử dụng kỹ thuật STM để quan sát thông tin bề mặt nguyên tử, thậm chí gây ảnh hưởng nhất định đến cấu trúc sắp xếp của chúng.
Ví dụ, vào tháng 4 năm 1990, hai nhà khoa học của IBM tại khu vực Bắc Mỹ khi quan sát bề mặt kim loại Niken bằng STM, đã được truyền cảm hứng từ sự di chuyển của đầu dò và các nguyên tử Xenon. Họ đã thử dùng đầu dò STM để di chuyển các nguyên tử Xenon hấp thụ trên bề mặt Niken, sắp xếp 35 nguyên tử Xenon thành cấu trúc chữ "IBM" với độ cao 5 nguyên tử.
Các nhà khoa học tại Viện Khoa học khu vực Hoa Hạ cũng đã tận dụng công nghệ nano để vẽ bản đồ khu vực Hoa Hạ nhỏ nhất thế giới trên bề mặt than chì bằng cách di chuyển các nguyên tử carbon, với kích thước chưa đầy 10 nanomet.
Kể từ đó, các nhà khoa học không biết mệt mỏi trong việc di chuyển các loại nguyên tử khác nhau để tạo hình, từ nguyên tử silicon, lưu huỳnh, sắt, cho đến các phân tử carbon monoxide, phân tử sắt...
Từ đây, chúng ta có thể thấy rằng các nhà khoa học hiện tại chỉ mới thực hiện được việc di chuyển một lượng nhỏ nguyên tử trên bề mặt vật thể để tạo hình, chứ chưa thể thực sự tiến hành chế tạo và xây dựng cấu trúc nguyên tử theo không gian ba chiều. Đồng thời, họ cũng chưa có phương pháp để chế tạo vật liệu mới ở quy mô lớn và tốc độ cao tại cấp độ nguyên tử.
Tuy nhiên, dù chỉ mới dừng lại ở việc di chuyển và sắp xếp nguyên tử đơn giản trên bề mặt, các nhà khoa học đã tạo ra được nhiều loại vật liệu nano phức tạp. Ví dụ, việc sắp xếp thủ công các nguyên tử đồng trên bề mặt đã giúp tăng độ bền của đồng lên gấp 5 lần.
Chúng ta đều biết kim cương, than chì và than cốc đều có thành phần cấu tạo từ nguyên tử cacbon giống hệt nhau, nhưng tính chất của chúng lại khác biệt một trời một vực. Xét riêng về độ cứng, kim cương là vật liệu tự nhiên cứng nhất, trong khi than chì và than cốc lại có độ cứng rất thấp.
Nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt này chính là cấu trúc nguyên tử cacbon. Trong cấu trúc của kim cương, mỗi nguyên tử cacbon sử dụng quỹ đạo lai hóa sp3 để hình thành liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử cacbon khác, tạo thành cấu trúc tứ diện đều.
Vì liên kết C-C trong kim cương rất mạnh, nên nó có độ cứng cao và điểm nóng chảy cực kỳ lớn. Ngoài ra, do tất cả các electron hóa trị đều bị giới hạn trong khu vực liên kết cộng hóa trị, không có electron tự do, nên kim cương không dẫn điện.
Trong cấu trúc của than chì, các nguyên tử cacbon ở cùng một lớp sử dụng lai hóa sp2 để hình thành liên kết cộng hóa trị, mỗi nguyên tử cacbon liên kết với ba nguyên tử khác. Sáu nguyên tử cacbon nằm trên cùng một mặt phẳng tạo thành vòng lục giác đều, kéo dài thành cấu trúc dạng tấm.
Độ dài liên kết C-C ở đây là 142pm, thuộc phạm vi liên kết của tinh thể nguyên tử, vì vậy đối với cùng một lớp, nó là tinh thể nguyên tử.
Trên cùng mặt phẳng, các nguyên tử cacbon còn dư lại một quỹ đạo p, chúng chồng chập lên nhau khiến các electron trở nên tương đối tự do, tương đương với electron tự do trong kim loại. Do đó, than chì có khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện, đây chính là đặc tính của tinh thể kim loại.
Nói một cách đơn giản và dễ hiểu: cấu trúc nguyên tử cacbon của kim cương là dạng lập thể, tất cả các nguyên tử cacbon trực tiếp liên kết với nhau tạo thành tứ diện đều. Còn cấu trúc của than chì là các nguyên tử cacbon nằm trên cùng một mặt phẳng tạo thành vòng lục giác đều, hình thành cấu trúc dạng tấm chồng lên nhau, nhưng giữa các lớp lại không có sự liên kết. Đây là cấu trúc dạng phẳng.
Một bên là cấu trúc tứ diện đều lập thể, một bên là cấu trúc lục giác phẳng, chính sự khác biệt này đã tạo nên tính chất vật liệu khác biệt một trời một vực giữa kim cương và than chì, kéo theo giá trị của chúng cũng chênh lệch hàng tỷ lần.
Giá bán kim cương được tính theo carat, còn than chì được tính theo tấn, sự chênh lệch giá trị không chỉ dừng lại ở hàng tỷ lần!
Để nghiên cứu ra vật liệu dùng cho động cơ bước nhảy không gian, chúng ta cần xây dựng vật liệu từ góc độ lập thể nguyên tử, biến những thứ tầm thường thành kỳ tích. Chẳng hạn, nếu có thể sắp xếp các nguyên tử sắt theo cấu trúc tứ diện đều giống như kim cương, chúng ta sẽ thu được loại vật liệu gì?
Đây cũng là lĩnh vực công nghệ mà các nhà khoa học vật liệu tại Tinh Hán đang dốc sức nghiên cứu. Hàng loạt vật liệu mới đầy tiềm năng liên tục ra đời, chỉ là cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chỉ mới có thể di chuyển một số ít nguyên tử để tạo thành một lớp bề mặt, chưa thể thực sự tiến hành cấu tạo nguyên tử theo không gian ba chiều.
Hiện tại, hai điều kiện tiên quyết đều đã chín muồi, khoảng cách từ động cơ bước nhảy không gian đến hiện thực chỉ còn thiếu bước cuối cùng: nghiên cứu ra loại vật liệu "giản dị thái" có khả năng chịu đựng sức mạnh của động cơ này.
Một khi vật liệu giản dị thái được nghiên cứu thành công và động cơ bước nhảy không gian được chế tạo, thì dù vũ trụ bao la với những vì sao rực rỡ đến đâu, nó cũng không thể ngăn cản bước chân tiến bước của con cháu Viêm Hoàng.
Rất nhanh sau đó, dưới sự tháp tùng của Lưu Bồi Cường, Tần Nghị đã đến Viện Nghiên cứu Khoa học Vật liệu Quốc gia Tinh Hán để tìm gặp người phụ trách là Nhậm Thanh. Nhậm Thanh là một "lão làng" từ thời Tập đoàn Khoa học Kỹ thuật Ngân Hà, cũng là một trong những nhà khoa học vật liệu gia nhập tập đoàn sớm nhất.
Lúc này, Nhậm Thanh cũng giống như Tần Nghị, đều đã ngoài 70 tuổi. Tuy nhiên, thời gian dường như không để lại bất kỳ dấu vết nào trên cơ thể bà; bà vẫn giữ được vẻ ngoài xinh đẹp và trẻ trung.
Tất cả điều này tất nhiên là nhờ vào tác dụng của dung dịch tối ưu hóa gen. Bà là một trong những người tiêm dung dịch này từ sớm nên hiệu quả rất tốt, dù đã ngoài 70 nhưng nhìn vẫn như người ngoài 20 tuổi.
Đối với một nhà khoa học ở độ tuổi này, nếu xét theo tiêu chuẩn trên Trái Đất, đây chính là thời kỳ đỉnh cao trong sự nghiệp của họ.
Nếu không có dung dịch tối ưu hóa gen, tuổi thọ trung bình của một người là khoảng 80 tuổi. 30 năm đầu đời chủ yếu dành cho giai đoạn học tập, sau đó phải mất hơn mười năm để mày mò và tích lũy kinh nghiệm trên con đường khoa học. Phải đến độ tuổi ngoài 40, gần 50, mới là giai đoạn đỉnh cao nhất.
Khi đã có kinh nghiệm, sự tích lũy và nền tảng chuyên môn, con người ở độ tuổi này vẫn duy trì được nguồn năng lượng dồi dào, tư duy não bộ nhạy bén, cùng một thể trạng khỏe mạnh để có thể làm việc cường độ cao trong thời gian dài. Một khi vượt qua giai đoạn này, cả thể chất lẫn trí tuệ đều sẽ suy giảm đáng kể, khiến giá trị cống hiến của một nhà khoa học bị thu hẹp lại.
Việc tiêm dung dịch tối ưu hóa gen giúp cấu trúc di truyền được cải thiện, không chỉ kéo dài tuổi thọ mà quan trọng hơn là khả năng khai phá tiềm năng não bộ, củng cố thể chất, từ đó sở hữu một cơ thể bền bỉ cùng trí tuệ vượt trội.
Sở hữu tuổi thọ kéo dài cùng thể trạng khỏe mạnh đồng nghĩa với việc sau khi tiêm dung dịch tối ưu hóa gen, thời kỳ hoàng kim của các nhà khoa học có thể kéo dài hàng trăm, hàng ngàn năm, hoặc thậm chí lâu hơn nữa.
Điều này mang ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với việc thúc đẩy phát triển khoa học kỹ thuật. Hãy thử tưởng tượng, nếu những bộ óc kiệt xuất như Einstein có thể sống hàng trăm, hàng ngàn năm, trình độ khoa học kỹ thuật của nhân loại sẽ đạt đến ngưỡng nào, điều đó thật khó lòng đong đếm.
Tuy nhiên, có một điểm chắc chắn là việc tuổi thọ con người tăng lên đáng kể sẽ tạo ra tác động phi thường trong việc thúc đẩy tiến bộ văn minh và khoa học kỹ thuật.
Trên Trái Đất, những quốc gia và khu vực càng phát triển thì tuổi thọ trung bình của con người càng cao, và ngược lại. Bởi lẽ, quá trình tích lũy và truyền thừa tri thức đòi hỏi một khoảng thời gian dài. Khi khoa học kỹ thuật càng phát triển lên tầm cao mới, chiều rộng và chiều sâu của tri thức càng lớn, yêu cầu học tập càng khắt khe, lúc này tuổi thọ sẽ trở thành yếu tố then chốt quyết định sự phát triển đó.