The invisible motion of still objects - Ran Tivony

Translator: Nghia Dang Reviewer: Nguyen Ngoc Diep

Many of the inanimate objects around you probably seem perfectly still.

Nhiều vật xung quanh bạn tưởng chừng đứng yên.

But look deep into the atomic structure of any of them,

Nhưng xét về cấu trúc vi mô của chúng

and you'll see a world in constant flux.

bạn sẽ thấy một thế giới luôn chuyển động

Stretching,

Các nguyên tử dãn

contracting,

co ngắn

springing,

đàn hồi

jittering,

drifting atoms everywhere.

động đậy

di chuyển mọi nơi.

And though that movement may seem chaotic, it's not random.

trông có vẻ hỗn loạn, nhưng chúng không chuyển động tuỳ ý

Atoms that are bonded together,

Nguyên tử liên kết với nhau

and that describes almost all substances,

và điều đó miêu tả mọi vật

move according to a set of principles.

chuyển động theo quy luật

For example, take molecules, atoms held together by covalent bonds.

Ví dụ như phân tử, do các nguyên tử liên kết cộng hoá trị với nhau.

There are three basic ways molecules can move:

Có ba trạng thái chuyển động chính

rotation,

chuyển động quay

translation,

tịnh tiến

and vibration.

và dao động

Rotation and translation move a molecule in space

quay và tịnh tiến là chuyển động không gian

while its atoms stay the same distance apart.

và các nguyên tử vẫn giữ khoảng cách

Vibration, on the other hand, changes those distances,

Mặt khác, dao động làm thay đổi khoảng cách

actually altering the molecule's shape.

thực chất là thay đổi hình dạng phân tử

For any molecule, you can count up the number of different ways it can move.

bạn có thể đếm số cách chuyển động của bất lỳ phân tử nào

That corresponds to its degrees of freedom,

con số đó liên hệ với bậc tự do,

which in the context of mechanics

theo nghĩa cơ học là

basically means the number of variables we need to take into account

số đại lượng ta tính toán

to understand the full system.

để hiểu rõ cả hệ thống

Three-dimensional space is defined by x, y, and z axes.

không gian 3 chiều xác định bở ba trục x, y, z

Translation allows the molecule to move in the direction of any of them.

Tịnh tiến di chuyển trên cả 3 trục

That's three degrees of freedom.

nên có bậc tự do là 3

It can also rotate around any of these three axes.

quay cũng có thể trên cả 3 trục

That's three more,

nên thêm 3 nữa

unless it's a linear molecule, like carbon dioxide.

ngoại trừ phân tử thẳng như CO2

There, one of the rotations just spins the molecule around its own axis,

nó chỉ quay quanh trục phân tử

which doesn't count because it doesn't change the position of the atoms.

và không làm đổi vị trí nên không được tính

Vibration is where it gets a bit tricky.

Dao động hơi có chút rắc rối

Let's take a simple molecule, like hydrogen.

lấy ví dụ là H2

The length of the bond that holds the two atoms together is constantly changing

độ dài nối của H2 thay đổi không ngừng

as if the atoms were connected by a spring.

giống như 2 nguyên tử nối bởi chiếc lò xo

That change in distance is tiny, less than a billionth of a meter.

sử thay đổi độ dài rất bé, chưa đến 1 phần tỉ mét

The more atoms and bonds a molecule has, the more vibrational modes.

càng nhiều nguyên tử liên kết, càng nhiều cách dao động

For example, a water molecule has three atoms:

Ví dụ, nước có 3 nguyên tử

one oxygen and two hydrogens, and two bonds.

1 oxy nối với 2 hidro qua 2 liên kết

That gives it three modes of vibration:

nên có 3 cách dao động

symmetric stretching,

dãn có đối xứng

asymmetric stretching,

dãn không đối xứng

and bending.

và co dãn góc liên kết

More complicated molecules have even fancier vibrational modes,

Các phân tử phức tạp thậm chí dao động dữ dội

like rocking,

như đu đưa

wagging,

lúc lắc

and twisting.

và cả xoắn

If you know how many atoms a molecule has, you can count its vibrational modes.

Nếu bạn biết số nguyên tử, bạn biết được số cách dao động

Start with the total degrees of freedom,

Bắt đầu với bậc tự do

which is three times the number of atoms in the molecule.

là 3 lần số lượng nguyên tử

That's because each atom can move in three different directions.

bởi vì mỗi nguyên tử di chuyển theo 3 cách

Three of the total correspond to translation

có ba trục liên hệ với tính tiến

when all the atoms are going in the same direction.

khi tất cả nguyên tử di chuyển cùng trục

And three, or two for linear molecules, correspond to rotations.

và 3 trục (hay 2 cho phân tử thẳng) liên hệ với quay

All the rest, 3N-6 or 3N-5 for linear molecules,

Vậy, 3N-6 (hay 3N-5 cho phân tử thẳng)

are vibrations.

là số cách dao động

So what's causing all this motion?

nhưng điểu gì gây ra chuyển động?

Molecules move because they absorb energy from their surroundings,

Phân tử di chuyển do sự hấp thụ năng lượng từ môi trường

mainly in the form of heat or electromagnetic radiation.

chú yếu là nhiệt hay sóng điện từ

When this energy gets transferred to the molecules,

Khi năng lượng truyền cho phân tử

they vibrate,

chúng dao động

rotate,

quay

or translate faster.

và tịnh tiến nhanh hơn

Faster motion increases the kinetic energy of the molecules and atoms.

Chuyển động cành nhanh tăng động năng của phân tử

We define this as an increase in temperature and thermal energy.

do sự tăng nhiệt độ cũng như nhiệt năng

This is the phenomenon your microwave oven uses to heat your food.

Hiện tương này giống như hâm đồ ăn trong lò vi sóng

The oven emits microwave radiation, which is absorbed by the molecules,

khi phân tử hấp thụ các bức xạ

especially those of water.

đặc biệt là các phân tử nước.

They move around faster and faster,

chúng chuyển động ngày càng nhanh

bumping into each other and increasing the food's temperature and thermal energy.

tác động lẫn nhau và tăng nhiệt độ thức ăn

The greenhouse effect is another example.

Hiệu ứng nhà khính là một ví dụ khác

Some of the solar radiation that hits the Earth's surface

bức xạ nhiệt xuống trái đất

is reflected back to the atmosphere.

phản lại không khí

Greenhouse gases, like water vapor and carbon dioxide absorb this radiation

bị các khí nhà kính như hơi nước, CO2 hấp thụ

and speed up.

và các khí này chuyển động

These hotter, faster-moving molecules emit infrared radiation in all directions,

chúng nóng lên và chuyển động, toả ra tia hồng ngoại

including back to Earth, warming it.

trở về và làm nóng trái đất

Does all this molecular motion ever stop?

Có bao giờ phân tử ngừng chuyển động

You might think that would happen at absolute zero,

Bạn nghĩ rằng sẽ đúng ở 0 độ tuyệt đối

the coldest possible temperature.

nhiệt độ lạnh nhất có thể

No one's ever managed to cool anything down that much,

Không có ai hạ nhiệt độ đến đó cả

but even if we could,

nhưng giả sử ta có thể

molecules would still move due to a quantum mechanical principle

phân tử vẫn chuyển động theo như nguyên lý lượng tử

called zero-point energy.

gọi là năng lượng điểm 0

In other words, everything has been moving since the universe's very first moments,

Nói chung, mọi thứ chuyển động từ khi bắt đầu

and will keep going long, long after we're gone.

và cứ thế chuyển động