Từ những bức ảnh chụp đầu tiên của hành tinh lùn Pluto cho đến những bông hoa nano tự lắp ráp, cho đến những gợn giông tố trên bầu trời đêm, những hình ảnh này vừa đẹp vừa chứa đựng nhiều thông tin thu hút sự chú ý của đông đảo công chúng. Dưới đây là 10 ảnh đẹp trong năm 2015 được tạp chí Physics World bình chọn.
Vén màn sức mạnh bí ẩn của bọt biển
Giỏ hoa của thần Vệ nữ tự gắn nó với đáy biển bằng những sợi rất chắc gọi là gai, bạn có thể nhìn thấy chúng ở đầu bên trái của sinh vật biển này (ảnh phải). Ảnh chụp hiển vi điện tử quét của một cái gai (bên trái) cho thấy các vòng silica đồng tâm càng ra phía ngoài của cấu trúc càng mỏng (thanh tỉ lệ dài 10 µm). (Ảnh: Michael Monn)
Được tìm thấy ở vùng nước sâu thuộc Tây Thái Bình Dương, loài bọt biển dáng vẻ mong manh dài 20-35 cm Euplectella aspergillum – còn gọi là giỏ hoa của thần Vệ nữ – có một sức mạnh tiềm ẩn. Bộ xương của nó gắn chặt với đáy biển bởi hàng nghìn “cái gai” silica dạng thủy tinh mặc dù không dày hơn một sợi tóc người nhưng có khả năng chịu lực đáng nể. Các gai được bọc trong những cái ngạnh quay ngược về phía sau có thể truyền lực đáng kể theo chiều dài của chúng đến phần còn lại của cấu trúc bọt biển. Mỗi gai dài khoảng 10 cm và gồm một lõi silica được bao quanh bởi 10-50 ống trụ silica đồng tâm, mỗi ống phân cách nhau bởi một lớp mỏng vật liệu hữu cơ. Kĩ sư cơ khí Haneesh Kesari và các đồng sự tại Đại học Brown và Đại học Harvard ở Mĩ đã làm sáng tỏ thiết kế khéo léo của bọt biển bằng cách phát triển một mô hình toán học của cấu trúc bên trong của một cái gai. Ảnh chụp hiển vi điện tử quét của một cái gai (bên trái) cho thấy các vòng silica đồng tâm càng ra phía ngoài của cấu trúc càng mỏng (thanh tỉ lệ dài 10 µm).
Cảm biến trên vệ tinh bất ngờ phát hiện các sóng trong thượng tầng khí quyển
Các gợn sóng đồng tâm được nhìn thấy trong ảnh chụp phơi sáng lâu của bầu trời đêm trên dãy Himalaya. (Ảnh: Jeff Dai)
Vào đêm 27 tháng 4 năm 2014, nhà nhiếp ảnh Jeff Dai chụp ảnh bầu trời đêm trên dãy Himalaya, gần biên giới Tây Tạng, Trung Quốc và Ấn Độ, ở độ cao 4700 m trên mực nước biển. Sau khi nhìn kĩ các ảnh chụp phơi sáng lâu của mình, ông bất ngờ thấy những gợn sóng lớn đồng tâm trong không khí phát sáng – có thể nhìn thấy bằng mắt trần – nó được tạo ra bởi một cơn bão sấm lớn hoành hành ở quốc gia Bangladesh láng giềng. Thật trùng hợp, vệ tinh môi trường Suomi của Mĩ lúc ấy cũng đang nhìn xuống vùng đất này và, có chút bất ngờ, bộ cảm biến DNB (Dải Ngày/Đêm) của nó còn chụp được ảnh của những gợn sóng đó, chúng là các nhiễu loạn trong ánh đêm của thượng tầng khí quyển có nguyên nhân do “sóng hấp dẫn” khí quyển. Các sóng như thế lái hướng gió và làm biến đổi nhiệt độ và thành phần cục bộ trong trung và thượng tầng khí quyển. Các quan sát của họ cho thấy một ma trận phức tạp các sóng hấp dẫn trong thượng tầng khí quyển chưa từng được quan sát thấy trên toàn cầu ở mức chi tiết không gian như thế này.
Bong bóng nổ đạt tới tốc độ âm thanh
Bong bóng nổ đạt tới tốc độ âm thanh khi các vết nứt tạo thành những hoa văn tuyệt vời. (Ảnh: Jacques Honvault)
Nghệ sĩ người Pháp Jacques Honvault nổi tiếng với những ảnh chụp tốc độ cao của ông, trong đó có bức ảnh đẹp ngoạn mục trên của một bong bóng đang phân mảnh ngay sau khi nổ. Nay các nhà vật lí Sébastien Moulinet và Mokhtar Adda-Bedia thuộc trường Ecole Normale Supérieure ở Paris vừa phát hiện thấy có một điểm tới hạn trong sự căng phồng của một bong bóng mà vượt quá thì nó sẽ tạo ra những hoa văn dạng bông hoa tươi đẹp như thế khi nó nổ. Hai nhà khoa học đã quay phim quá trình rạn vỡ của một bong bóng nhựa ở tốc độ 60.000 khung hình trên giây bằng một camera tốc độ cao. Trong một số lần chạy thí nghiệm của họ, bong bóng được bơm đến một áp suất nội tương đối thấp sau đó bị chọc thủng bởi một con dao mổ. Trong những trường hợp này, khe rách dãn ra dễ dàng khi bong bóng nổ. Tuy nhiên, khi được bơm căng đến áp suất mà bong bóng sẽ nổ tự phát, khe rách ban đầu sẽ đột ngột chia nhánh thành hình chữ “Y”. Những vết rách này sẽ tiếp tục phân chia cho đến khi bong bóng bị nổ vụn. Các nhà nghiên cứu đã khảo sát các bong bóng nhựa thuộc bốn bề dày khác nhau, được bơm căng đến những mức khác nhau. Họ tìm thấy khi sức căng trong vật liệu vượt trên một giá trị tới hạn khoảng 1,8 MPa thì bong bóng sẽ phân mảnh. Dưới giá trị đó, khe rách là một vết đơn. Các nhà vật lí tin rằng giá trị tới hạn đó tương ứng với vết rách di chuyển ở tốc độ tối đa của nó vào khoảng 570 m/s – tức tốc độ âm thanh trong các màng mỏng bằng nhựa.
Chụp ảnh sự phân cực của từng liên kết hóa học
Bản đồ phân bố lưỡng cực cho F12C18Hg3 và H12C18Hg3. (Ảnh: F Albrecht et al., Phys. Rev. Lett. 115 076101)
Một phương pháp chụp ảnh mới – dựa trên kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) – cho phép người dùng phát hiện và lập bản đồ chính xác sự phân bố điện tích bên trong các phân tử vừa được phát triển bởi các nhà nghiên cứu ở châu Âu. Kĩ thuật đã được khai thác để làm sáng tỏ sự khác biệt về phân cực liên kết giữa hai phân tử giống hệt nhau về cấu trúc nhưng khác biệt hóa tính. Jascha Repp thuộc trường Đại học Regensberg ở Đức và các đồng sự đã hăng hái cải thiện những ảnh chụp bởi một biến thể AFM – gọi là kính hiển vi lực đầu dò kelvin (KPFS) – chúng vốn hay bị méo mó. Để chứng minh kĩ thuật của họ, các nhà nghiên cứu đã khảo sát hai phân tử giống hệt nhau về cấu trúc F12C18Hg3 (trái) và H12C18Hg3 (phải) như hình trên. Họ lần đầu tiên chứng minh được rằng các liên kết C-H ở hợp chất thứ nhất bị phân cực với điện tích âm nằm ở nguyên tử carbon, còn các liên kết C-H ở hợp chất thứ hai bị phân cực ngược lại.
Các bông hoa hữu cơ hiển vi tỏa sáng
Các bông hoa nano tự lắp ráp. (Ảnh: R S Bhosale et al., Sci. Rep. 5 14609)
Ảnh trên trông y như một bông hoa cẩm chướng đỏ lửa, nhưng thật ra cái bạn đang nhìn là một bông hoa nhân tạo được tô màu kĩ thuật số, được phóng đại lên gần 20.000 lần. Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học RMIT ở Melbourne, Australia, cùng với các đồng sự ở Ấn Độ, những bông hoa hữu cơ nhân tạo này tự lắp ráp trong nước, nở ra y hệt như bông hoa thật. Đội nghiên cứu đã phát triển, lần đầu tiên, các vi cấu trúc hoa cỏ hình thành qua một sự sắp xếp tự lặp lại trong nước. Các bông hoa nano nhân tạo, cần khoảng ba giờ để phát triển đầy đủ, được tạo ra bằng cách trộn lẫn hai thành phần hữu cơ (acid phosphonic dẫn xuất naphthalenediimide và melamine) trong nước, sau đó cho bay hơi. Những cấu trúc hoa cỏ như vậy có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực đa dạng – từ quang điện tử học và hóa cảm biến cho đến công nghệ nano, công nghệ sinh học, y sinh học và điện tử học hữu cơ – nhờ những bề mặt dễ phân biệt của chúng.
Nguồn: Physics World
