Xin chào tất cả các bạn. Trong khi đang rối bời với mớ kiến thức về học thuyết chuỗi thì cốc cà phê của tôi đã cạn. Là một người hiểu rõ không phải cái gì nhiều quá cũng tốt, nhưng tôi vẫn quyết định đi pha thêm cốc thứ hai. Sau khi nước sôi, tôi thường chờ khoảng 20 đến 30 giây mới đổ vào phin, vì tôi biết nhiệt độ thích hợp để pha cà phê là loanh quanh 95 đến 96 độ, chứ không phải là 100.
Tuy nhiên, có một điều mà bấy lâu nay tôi không để ý tới: ấm nước tôi đang đun sôi sùng sục đó có nhiệt độ bao nhiêu, nó có thực sự đạt 100 độ hay không? Nhà tôi ở vùng núi, mặc dù không cao lắm nhưng cũng trên mực nước biển kha khá. Vì vậy, nếu đun nước theo cách thông thường thì chắc chắn nhiệt độ sôi của nó sẽ không thể đạt đến 100. Đây là một điều hết sức đơn giản mà bấy lâu nay tôi không nghĩ tới, thành ra cách pha cà phê của tôi tưởng chừng là khoa học nhưng hóa ra lại là sai lầm.
Sau khi tìm hiểu một chút thông tin, tôi đã tính ra được nhiệt độ mà tôi thực sự có thể đạt tới khi đun nước là khoảng 97 đến 98 độ. Như vậy, với lượng nước mà tôi đun, tôi chỉ cần chờ từ 10 đến 15 giây là ổn. Nếu các bạn muốn tính toán những điều này, thì có một công thức rất đơn giản, đó là nhiệt độ sẽ bằng 100 trừ đi chiều cao chia cho 300. Tức là, theo ước lượng trung bình, mỗi khi độ cao tăng lên 300 m so với mực nước biển thì nhiệt độ sôi của nước sẽ giảm đi 1 độ. Ví dụ, ở độ cao 8848 m trên đỉnh Everest thì nhiệt độ sôi sẽ bằng 100 trừ đi 8848 chia cho 300, kết quả bằng 70,5. Như vậy, nếu bạn đun nước để pha cà phê trên đỉnh Everest, thì nó sẽ sôi ở 70 độ. Chắc chắn với nhiệt độ này bạn sẽ không bao giờ có được ly cà phê ngon như ý.
Tất nhiên, đây chỉ là những thay đổi rất nhỏ trong khí quyển Trái Đất và yếu tố sau cùng quyết định chính là áp suất. Điều này khiến tôi tự hỏi: nếu ở trên các hành tinh khác, hoặc là trên Mặt Trời, nhiệt độ sôi của nước sẽ là bao nhiêu, liệu bạn có thực sự bốc cháy khi bước chân lên Mặt Trời hay không?
Như chúng ta biết, nhiệt độ trên bề mặt Mặt Trời rơi vào khoảng 5500 độ C. Ở nhiệt độ này, bất kỳ loại vật liệu nào đến từ Trái Đất đều sẽ tan chảy trong giây lát. Về mặt trọng lực bề mặt, thì Mặt Trời gấp 28 lần Trái Đất. Nếu bạn nặng 70 kg trên Trái Đất, thì trên Mặt Trời bạn sẽ nặng gần 2 tấn. Với những thông số này, chúng ta đều nghĩ áp suất trên bề mặt của Mặt Trời sẽ rất khủng khiếp. Nhưng sự thật thì ngược lại: áp suất của khí quyển Mặt Trời chỉ loanh quanh 0,1 atm, dao động từ 0,8 đến 125 mb, tương ứng với đỉnh và đáy thấp nhất của quang quyển. Độ dày của quang quyển được tính từ bề mặt Mặt Trời ra phía ngoài khoảng 500 km. Thế nhưng có một điều cần lưu ý: khí quyển Mặt Trời không chỉ là quang quyển, nó còn bao gồm sắc quyển và vành nhật hoa. Do đó, tổng chiều cao của khí quyển Mặt Trời có thể lên tới 2 triệu km tính từ bề mặt.
Với các đo đạc chi tiết, khí quyển Mặt Trời là cực kỳ mỏng, được tạo từ khí bị ion hóa, chủ yếu là hydro (chiếm 90,96%), heli (chiếm 8,89%), còn lại là cacbon, oxy, neon, nitơ, sắt, magiê, silicon và lưu huỳnh. Như vậy, mặc dù quang quyển không phải là toàn bộ khí quyển, nhưng nó là lớp gần Mặt Trời nhất và cũng có áp suất đáng kể nhất so với phần còn lại. Vấn đề là tại sao quang quyển lại có áp suất thấp như vậy? Có vài nguyên nhân quan trọng dẫn đến việc này, nhưng trước tiên, chúng ta cần có một chút so sánh.
Đầu tiên là mật độ trên một thể tích. Tại Trái Đất, không khí là hỗn hợp hòa trộn của nhiều loại khác nhau, bao gồm nitơ khoảng 78%, oxy 21%, argon 0,9%, còn lại là CO2, hơi nước và các loại khác. Trong điều kiện nhiệt độ bình thường, tại mực nước biển, khối lượng của không khí sẽ là hơn 1,2 kg/m³. Để cho phép tính đơn giản, ta cứ cho nó là 1,2. Với 1,2 kg/m³, khi đổi ra cm³ sẽ là 0,0012 g/cm³. Muốn đổi giá trị này ra mol, thì ta sẽ lấy khối lượng chia cho khối lượng mol. Được biết, khối lượng mol trung bình của không khí là 29 g/mol. Khớp vào công thức, ta có 0,0012 g không khí sẽ bằng 4,14 x 10^-5 mol. Áp dụng với hằng số Avogadro (1 mol bất kỳ luôn chứa 6,022 x 10^23 nguyên tử), như vậy 0,0012 g không khí, tương ứng với 4,14 x 10^-5 mol, sẽ chứa 2,49 x 10^19 nguyên tử. Để làm tròn, ta cứ cho nó là 2,5 x 10^19. Như vậy, 1 cm³ không khí trên Trái Đất tại mực nước biển có chứa 2,5 x 10^19 hạt, trong đó mỗi hạt là một nguyên tử.
Bây giờ, xét đến quang quyển Mặt Trời. Theo các tài liệu của NASA, khối lượng của quang quyển Mặt Trời sẽ là 2 x 10^-4 kg/m³, tức là 0,0002 kg/m³. Đổi ra g/cm³ sẽ bằng 2 x 10^-7 g/cm³. Khác với Trái Đất, quang quyển Mặt Trời chủ yếu là hydro và heli. Vì vậy, khối lượng mol trung bình của quang quyển Mặt Trời khác xa với khối lượng mol trung bình của khí quyển Trái Đất. Với 90% hydro và 9% heli, ta có thể tính ra khối lượng mol trung bình của quang quyển Mặt Trời là 1,3 g/mol. Thay tất cả vào công thức với cách tính như trên, ta có kết quả sau cùng là 9,27 x 10^16 hạt/cm³, trong đó mỗi hạt là một nguyên tử. Có thể thấy mật độ hạt trong quang quyển Mặt Trời thấp hơn nhiều so với mật độ hạt trong khí quyển Trái Đất tại mực nước biển. Điều này là một phần nguyên nhân dẫn đến áp suất của quang quyển Mặt Trời thấp. Ngoài ra, còn một số nguyên nhân khác rất quan trọng, đó là nhiệt độ và từ trường.
Như đã biết, khi nhiệt độ tăng lên mà thể tích giữ nguyên, thì áp suất sẽ tăng lên. Tức là, về mặt nguyên lý, nhiệt độ sẽ tỉ lệ thuận với áp suất, bởi vì áp suất có bản chất là một sức ép nội tại sinh ra do các tương tác giữa phân tử hoặc nguyên tử. Một khi nhiệt độ tăng lên, các nguyên tử và phân tử sẽ chuyển động nhanh hơn, cũng như tương tác hỗn loạn hơn. Điều này có nghĩa một nguyên tử hay phân tử cần có nhiều không gian hơn để hoạt động khi nhiệt độ tăng lên. Cứ theo nguyên lý như vậy, rõ ràng nhiệt độ của bề mặt Mặt Trời sẽ làm cho các hạt tương tác vô cùng hỗn loạn, đồng thời cũng làm tăng áp suất, nhưng điều này là không đủ để bù lại mật độ thưa thớt của nó. Do đó, về mặt tổng thể, áp suất của quang quyển Mặt Trời vẫn rất thấp.
Mặt khác, từ trường cũng làm ảnh hưởng đến áp suất, bởi vì quang quyển Mặt Trời bao gồm gần như 100% các hạt bị ion hóa, trong đó có cả các electron tự do. Điều này làm cho các hạt bị “quấn” theo dòng từ trường, tức là thay vì hoạt động hỗn loạn, các hạt lại chuyển động một cách tuyến tính theo hướng của từ trường. Chính vì vậy, dù không trực tiếp gây ra ảnh hưởng đến áp suất, nhưng trong thực tế, từ trường vẫn tác động đôi chút đến áp suất của quang quyển.
Như vậy, về sau cùng, ta có thể kết luận quang quyển Mặt Trời có áp suất thấp hơn rất nhiều so với áp suất của khí quyển Trái Đất tại mực nước biển. Quay trở lại với câu hỏi phần đầu video: “Nhiệt độ sôi của nước trên Mặt Trời là bao nhiêu?” Câu trả lời là thấp hơn nhiều so với Trái Đất. Cụ thể, ở 0,1 atm, nhiệt độ sôi của nước sẽ rơi vào khoảng 45 đến 50 độ C. Câu hỏi thứ hai: “Liệu bạn có thực sự bốc cháy nếu đặt chân lên Mặt Trời hay không?” Câu trả lời là không. Thay vào đó, bạn sẽ bị plasma hóa, hay còn gọi là quá trình thăng hoa, do sở hữu áp suất khí quyển rất thấp, gần như bằng 0, cộng với nhiệt độ cực cao.
Nếu bằng cách nào đó bạn xuất hiện trên Mặt Trời, thì bạn sẽ không bị cháy theo cách thông thường giống như trên Trái Đất. Nguyên lý của việc này là trạng thái vật chất sẽ thay đổi tùy theo mức nhiệt độ và áp suất môi trường. Tức là, cứ đến một nhiệt độ nào đó, vật chất sẽ chuyển đổi trạng thái từ rắn sang lỏng, sang khí và sau cùng là plasma. Với điều kiện nhiệt độ và áp suất của Mặt Trời, cơ thể chúng ta sẽ không đi theo con đường chuyển đổi như vậy, thay vào đó chúng ta sẽ bị ép đi theo con đường “tắt”. Từ rắn và lỏng sẽ trực tiếp biến thành plasma mà không cần qua trạng thái khí. Cộng thêm sự gia tốc điên cuồng của các dòng từ trường, mọi nguyên tử cấu tạo nên cơ thể chúng ta sẽ bị điều hướng và phân tán một cách nhanh chóng. Nói một cách đơn giản, chỉ trong giây lát, toàn bộ khối lượng của chúng ta sẽ bị thăng hoa thành trạng thái plasma. Sau đó, các hạt sẽ bị phân tách rồi chuyển động hỗn loạn. Hạt nào nặng thì sẽ bị chìm xuống, hạt nào nhẹ thì sẽ bị từ trường cuốn đi. Về sau, các hạt nhẹ sẽ bị gió Mặt Trời đẩy ra ngoài không gian, phân tán đi khắp nơi trong hệ Mặt Trời, kiểu như hòa mình vào vũ trụ theo đúng nghĩa đen.
Dĩ nhiên, trên thực tế, điều này sẽ không thể xảy ra, bởi vì bạn sẽ không thể nào còn nguyên vẹn khi lao vào Mặt Trời. Chỉ cần thâm nhập đến vành nhật hoa thôi là bạn sẽ ngay lập tức bị thăng hoa, do nhiệt độ của vành nhật hoa là trên dưới 2 triệu độ, nóng hơn rất nhiều so với bề mặt Mặt Trời. Hơn nữa, áp suất tại đây cũng nhỏ hơn rất nhiều so với bề mặt Mặt Trời.
Tóm lại, sau tất cả những thông tin đó, chúng ta có thể kết luận: để pha được một ly cà phê ngon thì chỉ chú ý đến nhiệt độ của nước là chưa đủ, chúng ta còn phải biết cách chọn cà phê nữa. Riêng với mình thì arabica là một lựa chọn hợp lý, do loại này có hàm lượng caffein thấp nên uống sẽ êm dịu hơn. Còn các bạn thì sao?
