Why is glass transparent? - Mark Miodownik

Tại sao thuỷ tinh lại trong suốt? - Mark Miodownik

Translator: nguyen hieu Reviewer: Nhu PHAM

Take a look out your window,

Hãy nhìn vào chiếc cửa sổ của bạn,

put on your glasses if you wear them.

nếu có kính thì hãy đeo vào.

You might want to grab a pair of binoculars, too,

Có lẽ bạn sẽ muốn xách ống nhòm ra nữa,

or a magnifying lens.

hoặc cả kính lúp.

Now, what do you see?

Giờ, bạn thấy gì nào?

Well, whatever it is,

Ah, dù thế nào thì,

it's not the multiple layers of glass

nó cũng không phải là nhiều lớp kính

right in front of you.

ngay trước mắt bạn.

But have you ever wondered

Nhưng bạn đã bao giờ tự hỏi

how something so solid can be so invisible?

Tại sao có thứ hoàn toàn đặc lại có thể vô hình được?

To understand that,

Để hiểu điều đó,

we have to understand what glass actually is,

chúng ta cần hiểu thực chất kính là gì,

and where it comes from.

và nó từ đâu ra.

It all begins in the Earth's crust,

Tất cả đều bắt nguồn từ vỏ trái đất,

where the two most common elements are

nơi có hai nguyên tố phổ biến

silicon and oxygen.

là silic và oxy.

These react together to form silicon dioxide,

Chúng phản ứng với nhau tạo nên ôxít-silic,

whose molecules arrange themselves

các phân tử đó tự sắp xếp với nhau

into a regular crystalline form known as quartz.

thành một dạng tinh thể cân đối được biết đến là thạch anh.

Quartz is commonly found in sand,

Thạch anh thường tìm thấy trong cát

where it often makes up most of the grains

nơi nó chiếm phần lớn các hạt

and is the main ingredient in most type of glass.

và đó là nguyên liệu chính của hầu hết các loại thuỷ tinh.

Of course, you probably noticed that glass

Hiển nhiên, bạn có thể thấy rằng

isn't made of multiple tiny bits of quartz,

thuỷ tinh không được tạo thành từ những lớp thạch anh nhỏ xíu,

and for good reason.

và đúng là như vậy.

For one thing, the edges of the rigidly formed grains

Lý do là, các cạnh của các hạt khi đã hoá rắn

and smaller defects within the crystal structure

và những khiếm khuyết nhỏ trong cấu trúc tinh thể

reflect and disperse light that hits them.

phản xạ và khúc xạ ánh sáng chiếu tới.

But when the quartz is heated high enough

Nhưng khi thạch anh được nung đủ nóng

the extra energy makes the molecules vibrate

năng lượng tăng thêm làm các phân tử dao động

until they break the bonds holding them together

cho tới khi phá vỡ liên kết giữa chúng

and become a flowing liquid,

và trở thành dạng lỏng,

the same way that ice melts into water.

giống như cách băng đá tan thành nước.

Unlike water, though, liquid silicon dioxide

Tuy nhiên, không như nước, ôxít-silic lỏng

does not reform into a crystal solid when it cools.

không quay lại dạng tinh thể đặc khi nguội.

Instead, as the molecules lose energy,

Thay vào đó, khi các phân tử mất năng lượng,

they are less and less able

chúng càng ít có khả năng

to move into an ordered position,

di chuyển vào đúng vị trí theo thứ tự,

and the result is what is called an amorphous solid.

và kết quả tạo ra cái gọi là chất rắn vô định hình.

A solid material with the chaotic structure of a liquid,

Một loại chất rắn với cấu trúc hỗn loạn kiểu chất lỏng,

which allows the molecules to freely fill in any gaps.

cho phép các phân tử tự do lấp đầy mọi khoảng trống.

This makes the surface of glass uniform

Điều này làm cho bề mặt thuỷ tinh

on a microscopic level,

đồng đều ở cấp vi mô,

allowing light to strike it

cho phép ánh sáng chiếu tới

without being scattered in different directions.

mà không bị phân tán theo nhiều hướng.

But this still doesn't explain

Nhưng điều đó vẫn không giải thích

why light is able to pass through glass

tại sao ánh sáng có khả năng xuyên qua thuỷ tinh

rather than being absorbed as with most solids.

chứ không bị hấp thụ như hầu hết các chất rắn khác.

For that, we need to go all the way down

Với vấn đề đó, chúng ta cần đi xuống

to the subatomic level.

cấp hạ nguyên tử.

You may know that an atom consists of a nucleus

Có thể bạn đã biết một nguyên tử gồm có một hạt nhân

with electrons orbiting around it,

với các điện tử chạy xung quanh nó,

but you may be surprised to know

nhưng có lẽ bạn sẽ ngạc nhiên khi biết rằng

that it's mostly empty space.

nó hầu như trống rỗng.

In fact, if an atom were the size of a sports stadium,

Thực ra, nếu một nguyên tử có kích thước của một sân vận động,

the nucleus would be like a single pea in the center,

hạt nhân sẽ chỉ như một hạt đậu ở trung tâm,

while the electrons would be like grains of sand

trong khi các điện tử như các hạt cát

in the outer seats.

nằm trên ghế khán đài.

That should leave plenty of space

Nó để lại rất nhiều khoảng trống

for light to pass through

để ánh sáng đi qua

without hitting any of these particles.

mà không va vào bất cứ hạt nào.

So the real question is not

Vậy thực ra câu hỏi không phải là

why is glass transparent,

tại sao thuỷ tinh trong suốt,

but why aren't all materials transparent?

mà là tại sao mọi loại vật chất lại không trong suốt?

The answer has to do with the different energy levels

Câu trả lời nằm ở các mức năng lượng khác nhau

that electrons in an atom can have.

mà các điện tử có thể có.

Think of these as different rows of seats

Coi các mức năng lượng này như những hàng ghế khác nhau

in the stadium stands.

trong khán đài của sân vận động.

An electron is initially assigned to sit in a certain row,

Một điện tử ban đầu được chỉ định ngồi ở một hàng nghế nhất định,

but it could jump to a better row,

nhưng nó có thể nhảy sang một hàng ghế tốt hơn.

if it only had the energy.

chỉ khi nó có được năng lượng.

As luck would have it,

Khi có được may mắn đó,

absorbing one of those light photons

nó hấp thụ một trong những photon ánh sáng

passing through the atom can provide

đang xuyên qua nguyên tử có thể cung cấp

just the energy the electron needs.

vừa đủ mức năng lượng mà điện tử cần.

But there's a catch.

Nhưng có một điều kiện.

The energy from the photon

Năng lượng từ photon

has to be the right amount

phải bằng đúng lượng cần thiết

to get an electron to the next row.

để đưa một điện tử chuyển lên hàng tiếp theo.

Otherwise, it will just let the photon pass by,

Nếu không, nó sẽ để cho photon đi qua,

and it just so happens that in glass,

và đó chính là điều xảy ra trong thuỷ tinh,

the rows are so far apart

các hàng ghế quá xa nhau

that a photon of visible light

nên một photon của ánh sáng nhìn thấy được

can't provide enough energy for an electron

không để cung cấp đủ năng lượng cho một điện tử

to jump between them.

để nhảy hàng.

Photons from ultraviolet light, on the other hand,

Mặt khác, các photon của tia cực tím,

give just the right amount of energy,

mang đủ mức năng lượng cần thiết,

and are absorbed,

và bị hấp thụ,

which is why you can't get a suntan through glass.

đó chính là lý do tại sao bạn không bị cháy nắng qua kính.

This amazing property of being both

Tính chất đặc biệt này

solid and transparent has given glass many uses

khi vừa đặc chắc vừa trong suốt đã mang cho nó nhiều công dụng

throughout the centuries.

qua hàng thế kỷ nay.

From windows that let in light

Từ những chiếc cửa sổ cho phép ánh sáng xuyên qua

while keeping out the elements,

trong khi ngăn các yếu tố thời tiết ở bên ngoài,

to lenses that allow us to see both

tới các thấu kính cho phép chúng ta

the vast worlds beyond our planet,

thấy cả những thế giới bao la ngoài vũ trụ,

and the tiny ones right around us.

lẫn những thứ rất bé nhỏ ngay xung quanh mình.

It is hard to imagine

Khó có thể hình dung

modern civilization without glass.

nền văn minh nhân loại sẽ ra sao nếu không có thuỷ tinh.

And yet for such an important material

Và đối với một loại vật liệu quan trọng như vậy

we rarely think about glass and its impact.

chúng ta lại ít nghĩ tới thuỷ tinh và ảnh hưởng của nó.

It is precisely because the most important

Chính xác là do đặc tính quan trọng

and useful quality of glass is

và hữu dụng nhất của kính là

being featureless and invisible

nhẵn nhụi và vô hình

that we often forget that it's even there.

nên chúng ta thường quên rằng nó đang ở đó.