The fascinating science of bubbles, from soap to champagne | Li Wei Tan

Translator: Ngoc Nguyen Reviewer: My Den

Vài năm trước, tôi đã có dịp thăm Paris

và đi bộ dọc dòng sông Seine trong một buổi chiều mùa hè tuyệt đẹp.

Tôi thấy những bong bóng khổng lồ đang trôi nổi trên bờ sông,

Some years ago, I was visiting Paris

giống như cái này.

and walking along the Seine River during a beautiful summer afternoon.

Một vài lúc sau, nó nổ và biến mất.

I saw giant bubbles floating on the riverbank,

Hai nghệ sĩ đường phố được vây quanh bởi đám đông đang làm ra chúng.

like this one.

The next moment, it popped and was gone.

Họ rõ ràng kiếm sống bằng cách hỏi xin quyên góp

và bằng cách bán đôi que được cột với hai sợi dây.

Making them were two street performers surrounded by a crowd.

Khi tôi ở đó, một người đàn ông mua một đôi que với 10 euro,

They visibly make a living by asking for donations

and by selling pairs of sticks tied with two strings.

điều này khiến tôi ngạc nhiên.

Tôi là một nhà khoa học rất say mê bong bóng.

When I was there, a man bought a pair of sticks for 10 euros,

Tôi biết mẹo chính xác để tạo ra những bong bóng khổng lồ

which surprised me.

là chính hỗn hợp xà phòng --

I am a scientist who is passionate about bubbles.

không phải những cái que,

I know the right trick to make the giant bubbles

dù có thể được cần đến,

nhưng bạn có thể dễ dàng làm ra chúng ở nhà.

is the right soapy water mixture itself --

Chú trọng vào những cây que không làm ta thấy được rằng công cụ thực sự

not the sticks,

là chính bong bóng.

which may be needed,

but you can easily make them at home.

Bong bóng dường như là thứ gì đó trẻ con tạo ra lúc chơi,

Focusing on the sticks makes us not see that the real tool is the bubble itself.

nhưng đôi lúc nó có thể rất ấn tượng.

Bubbles might seem like something just children make while playing,

Dù vậy, có những khoa học thú vị hơn về bong bóng,

như là những công cụ giải quyết vấn đề.

but sometimes it can be really stunning.

Như vậy tôi muốn chia sẻ với bạn

However, there are more fascinating science to bubbles,

một vài câu chuyện về khoa học trong việc tạo ra bong bóng

such as problem-solving tools.

và khoa học trong việc loại bỏ những thứ cực nhỏ.

So I would like to share with you

a few stories about the science of creating bubbles

Kể từ khi nó đã lên màn hình, hãy bắt đầu với bong bóng xà phòng.

and the science of eliminating the microscopic ones.

Nó được tạo ra từ những chất rất thông dụng:

không khí, nước, xà phòng, trong một hỗn hợp nhất định.

Since it's up on the screen, let's start with the soap bubble.

Bạn có thể thấy những bong bóng xà phòng liên tục thay đổi màu.

It is made from very common substances:

air, water, soap, in the right mixture.

Đó là do sự tương tác với ánh sáng ở các hướng khác nhau

và sự thay đổi về độ dày của chúng.

You can see soap bubbles constantly changing their colors.

Một trong những chất phổ biến, phân tử nước,

This is due to the interaction with light at various directions

được hình thành bởi hai nguyên tử hiđrô và một nguyên tử ôxi -- H2O.

and the changes of their thickness.

One of the common substances, water molecules,

Trên phần lớn các bề mặt, giọt nước thường có xu hướng cong vào trong,

are formed by two atoms of hydrogen and one atom of oxygen -- H2O.

tạo thành một nửa hình bán cầu.

Đây là bởi vì bề mặt giọt nước giống như một tấm trải giường co dãn.

On most surfaces, water droplets tend to curve inwards,

Phân tử nước trên bề mặt luôn bị kéo hướng vào trong.

forming a semihemisphere shape.

This is because the water droplet's surface is like an elastic sheet.

bởi phân tử ở trung tâm.

Và đại lượng đánh giá độ đàn hồi là cái mà ta gọi là “sức căng bề mặt.”

The water molecule on the surface is constantly being pulled inwards

by the molecule at the center.

Bây giờ bằng cách thêm xà phòng vào,

điều xảy ra là phân tử xà phòng giảm đi sức căng bề mặt của nước,

And the quality of the elasticity is what we call "surface tension."

làm cho nước mềm dẻo hơn và dễ hình thành bong bóng hơn.

Now by adding soap,

what happens is the soap molecule reduces the surface tension of water,

Bạn có thể nghĩ bong bóng giống như một thiết bị giải toán.

making it more elastic and easier to form bubbles.

Bạn có thể thấy nó không ngừng nghỉ cố gắng đạt được sự hoàn hảo về hình học.

You can think of a bubble as a mathematical problem-solver.

Ví dụ, một hình cầu là hình dạng với diện tích bề mặt ít nhất

You see it relentlessly trying to achieve geometry perfection.

với một thể tích nhất định.

Đó là tại sao một bong bóng đơn lẻ luôn ở hình dạng của một hình cầu.

For instance, a sphere is the shape with the least surface area

Để tôi cho bạn xem. Hãy xem này.

for a given volume.

That's why a single bubble is always in the shape of a sphere.

Let me show you. Check it out.

Đây là một bong bóng đơn lẻ.

Khi hai bong bóng chạm vào nhau,

chúng có thể tiết kiệm vật chất bằng cách chia sẻ một vách chung.

This is a single bubble.

When two bubbles touch each other,

they can save materials by sharing a common wall.

Khi nhiều bong bóng nữa được thêm vào với nhau,

hình học của chúng thay đổi.

Bốn bong bóng này được thêm vào nhau.

Chúng giao nhau ở một điểm tại trung tâm.

When more and more bubbles are added together,

their geometry changes.

These four bubbles are added together.

They meet at one point at the center.

Khi sáu bong bóng được thêm vào nhau,

một hình khối kỳ diệu xuất hiện ở giữa.

(Vỗ tay)

When six bubbles are added together,

a magical cube appears at the center.

Đó là sức căng bề mặt đang hoạt động,

(Applause)

cố gắng tìm ra sự sắp xếp hình học hiệu quả nhất.

Bây giờ, để tôi cho bạn thêm ví dụ khác.

That is surface tension at work,

trying to find the most effective geometry arrangement.

Đây là một đạo cụ rất đơn giản.

Now, let me give you another example.

Cái này được tạo ra từ hai lớp nhựa

với bốn đinh ghim nối chúng với nhau.

This is a very simple prop.

Hãy tưởng tượng bốn đinh ghim này đại diện cho bốn thành phố

This is made from two layers of plastic

cách nhau một khoảng bằng nhau,

with four pins connected to each other.

và ta muốn tạo ra những con đường để nối bốn thành phố này.

Imagine these four pins represent four cities that are equally apart,

Câu hỏi của tôi là:

Đâu là khoảng cách ngắn nhất để nối bốn thành phố này?

and we would like to make roads to connect these four cities.

Hãy tìm câu trả lời bằng cách nhúng nó vào nước xà phòng.

My question is: What is the shortest length to connect these four cities?

Hãy nhớ rằng, hình dạng bong bóng xà phòng luôn cố gắng giảm đi

Let's find out the answer by dipping it into the soapy water.

diện tích bề mặt của chúng

với sự phân bố hình học hoàn hảo.

Remember, the soap bubble forms will always try to minimize

Như vậy lời giải có thể không giống như những gì bạn đã mong đợi.

their surface area

with a perfect geometry arrangement.

Khoảng cách ngắn nhất để nối bốn thành phố này

So the solution might not be something you expected.

là 2,73 lần khoảng cách giữa hai thành phố.

The shortest length to connect these four cities

(Vỗ tay)

is 2.73 times the distance between these two cities.

Bây giờ bạn đã hiểu rồi đấy.

Hình dạng bong bóng xà phòng luôn cố gắng giảm đi diện tích bề mặt của chúng

(Applause)

với sự phân bố hình học hoàn hảo.

Now you've got the idea.

The soap bubble forms will always try to minimize their surface area

Bây giờ, ta hãy cùng quan sát bong bóng ở một khía cạnh khác.

with a perfect geometry arrangement.

Con gái của tôi, Zoe, rất thích đi sở thú.

Now, let us look at bubbles in another perspective.

Địa điểm yêu thích của con bé là Vịnh Chim Cánh Cụt ở sở thú Marwell

My daughter, Zoe, loves visiting zoos.

ở miền Nam nước Anh,

nơi mà con bé có thể thấy chim cánh cụt bơi tốc độ dưới nước.

Her favorite spot is Penguin Cove at Marwell Zoo in Southern England,

Một ngày, con bé để ý thấy rằng thân chim cánh cụt

where she could see penguins swim at speed under the water.

để lại một dải bong bóng khí khi chúng bơi

và hỏi tại sao.

One day, she noticed that the body of penguins

Các loài đồng vật và chim như chim cánh cụt

có thời gian ở dưới nước rất nhiều

leaves a trail of bubbles when they swim

and asked why.

nên đã phát triển một cách khéo léo trong việc dùng khả năng của bong bóng

Animals and birds like penguins

that spend a lot of their time under the water

để giảm đi khối lượng riêng của nước.

have evolved an ingenious way of utilizing the capability of bubbles

Chim cánh cụt hoàng đế được cho là có khả năng lặn sâu vài trăm mét

to reduce the density of water.

dưới bề mặt đại dương.

Chúng được cho là lưu trữ không khí dưới lớp lông

Emperor penguins are thought to be able to dive a few hundred meters

trước khi chúng lặn

below the sea surface.

và rồi dần dần giải thoát nó dưới dạng một đám mây bong bóng.

They are thought to store the air under their feathers

Điều này làm giảm đi khối lượng riêng của nước xung quanh chúng,

before they dive

and then progressively release it as a cloud of bubbles.

giúp cho dễ bơi qua hơn

và tăng tốc tốc độ bơi của chúng ít nhất 40%.

This reduces the density of water surrounding them,

making it easier to swim through

Đặc tính này đã được các nhà sản xuất tàu thuỷ để ý.

and speed up their swimming speed at least 40 percent.

Tôi đang nói về những chiếc tàu lớn ở đây,

This feature has been noticed by the ship manufacturers.

loại mà được dùng để vận chuyển hàng ngàn container vượt biển.

I am talking about the big ships here,

Gần đây, họ đã phát triển một hệ thống gọi là “hệ thống bôi trơn không khí,”

the ones that are used to transport thousands of containers across the ocean.

được gợi cảm hứng từ những con chim cánh cụt.

Recently, they developed a system called "air lubricating system,"

Trong hệ thống này, họ sản xuất rất nhiều bong bóng khí

và tái phân phối chúng khắp con thuyền,

inspired by the penguins.

In this system, they produce a lot of air bubbles

giống như tấm thảm không khí

làm giảm lực cản nước khi con thuyền di chuyển.

and redistribute them across the whole of the ship,

Đặc điểm này cắt giảm lượng tiêu thụ năng lượng của con thuyền

like an air carpet that reduces the water resistance

lên đến 15%.

when a ship is moving.

This feature cuts off the energy consumption for the ship

Bong bóng cũng có thể được sử dụng trong y học.

Nó cũng có thể đóng một vai trò trong y học,

up to 15 percent.

ví dụ, là một phương pháp của hệ thống vận chuyển không xâm lấn

Bubbles can also be used for medicines.

It can also play a role in medicines,

cho các loại thuốc và các gen

đến một bộ phận cụ thể trên cơ thể.

for instance, as a method for noninvasive delivery systems for drugs and genes

Hãy tưởng tượng một bong bóng thật nhỏ

chứa đầy một hỗn hợp thuốc và các tác nhân có từ tính

to a specific part of the body.

được truyền vào đường máu.

Imagine a microbubble

Những bong bóng sẽ di chuyển đến những vùng mục tiêu.

filled with a mixture of drugs and magnetic agents

Nhưng làm sao chúng biết phải đi đến đâu?

being injected into our bloodstream.

Bởi vì chúng tôi đã để một nam châm ở đó.

Ví dụ, ở phần này của bàn tay tôi.

The bubbles will move to the target areas.

Khi những bong bóng siêu nhỏ di chuyển đến phần này của bàn tay tôi,

But how do they know where to go?

Because we placed a magnet there.

chúng có thể vỡ thông qua sóng siêu âm

For instance, this part of my hand.

When the microbubbles move to this part of my hand,

và giải phóng thuốc ra chính xác ở nơi cần.

we can pop it via ultrasound

Nào, tôi đã nói đến khoa học của việc tạo ra bong bóng.

and release the drug exactly where it's needed.

Nhưng đôi khi ta cũng cần loại bỏ chúng.

Now, I mentioned about the science of creating bubbles.

Đó thực sự là một phần của công việc của tôi.

Chức danh chính xác của tôi là “nhà khoa học tạo công thức mực.”

But sometimes we also need to remove them.

Nhưng tôi không làm về mực mà bạn dùng trong bút viết.

That's actually part of my job.

My exact job title is "ink formulation scientist."

Tôi làm về một vài ứng dụng hay ho

như là quang điện hữu cơ, OPV,

But I don't work on the ink that you use for your writing pens.

và Diode phát sáng hữu cơ, OLED.

I'm working on some cool applications

Một phần công việc của tôi là tìm ra như thế nào và tại sao chúng tôi

such as organic photovoltaics, OPVs,

and organic light-emitting diodes, OLEDs.

phải loại bỏ bong bóng ra khỏi loại mực mà công ty tôi sản xuất.

Part of my job is to figure out how and why we want to remove the bubbles

Trong khâu trộn để tạo ra hỗn hợp,

hoặc là khâu chuẩn bị,

from the ink that my company produces.

chúng tôi trộn những thành phần hoạt tính, dung môi và chất phụ gia

During the formulation-mixing process,

nhằm đạt được những công thức với các đặc tính mà chúng tôi muốn

or preparation process,

we mix active ingredients, solvents and additives

khi mực được sử dụng.

Nhưng cũng giống như là bạn làm đồ uống

in order to achieve the formulations with the properties we want

hoặc là nướng bánh,

điều không thể tránh khỏi là một vài bong bóng khí sẽ bị kẹt lại trong mực.

when the ink is being used.

But just like you would make drinks

Tại đây chúng ta nói về một không gian khác

or bake cakes,

it is unavoidable that some air bubbles will be trapped inside that ink.

so với bong bóng tôi đã thấy ở Paris.

Những bong bóng bị kẹt lại trong những loại mực này

Here, we are talking about a different space

khác nhau từ một vài milimét,

from the bubbles I'd seen in Paris.

một vài micron

hoặc là một vài nanômét về kích thước.

The bubbles that are trapped inside those inks

Và cái mà chúng tôi lo ngại

vary between a few millimeters,

là ôxi và hơi ẩm đọng lại ở trong.

a few microns

or even a few nanometers in size.

Ở kích cỡ như vậy, loại bỏ không hề dễ chút nào.

And what we are concerned about

is the oxygen and the moisture that is trapped inside.

Nhưng nó lại quan trọng,

ví dụ như mực Diode phát sáng hữu cơ

At this size scale, removing them is not easy.

chúng tôi dùng để sản xuất màn hình

But it matters,

for instance, for organic light-emitting diodes inks

cho điện thoại thông minh của bạn chẳng hạn.

Nó thường bền trong nhiều năm,

that we can use to produce display for your smartphone, for example.

nhưng nếu như mực mà chúng ta sử dụng đã thấm ôxi và hơi ẩm

mà không được loại bỏ,

It's supposed to last for many years,

như vậy ta có thể nhanh chóng thấy được những đốm đen xuất hiện trên điểm ảnh.

but if the ink that we use has been absorbed with oxygen and moisture

[which] are not being removed,

Bây giờ, một trong những thử thách chúng tôi gặp phải trong việc loại bỏ

then we can quickly see dark spots appear in the pixels.

những bong bóng siêu nhỏ

là chúng không hợp tác chút nào.

Now, one challenge we face in removing the microbubbles

Chúng thích ở yên đó,

ngâm trong mực mà không di chuyển nhiều.

is that they are not very cooperative.

Nhưng làm sao ta loại được chúng ra?

They like to sit there,

Công nghệ chúng tôi sử dụng

bathing in the ink without moving much.

là ép mực đi qua một ống thon, dài và nhỏ

But how do we kick them out?

với một vách chắn xốp,

One technology we use

và chúng tôi đặt những ống đó trong máy hút chân không

is to force the ink going through a thin, long and tiny tube

để cho bong bóng có thể được bóp ra khỏi mực

with a porous wall,

và bị loại bỏ.

and we place the tubes inside the vacuum chamber,

Một khi chúng tôi xoay xở để loại bỏ được bong bóng từ mực mà chúng tôi sản xuất ra,

so that the bubbles can be squeezed out from the ink

and be removed.

đã đến lúc ăn mừng rồi.

Once we manage to remove the bubbles from the ink that we produce,

Hãy mở một chai sâm-panh nhiều bọt nào.

it is time for celebration.

Let's open a bubbling champagne.

Ồ, sẽ vui lắm đây!

(Cười)

Hú!

Ooh, this is going to be fun!

(Vỗ tay)

(Laughter)

(Vỗ tay)

Woooo!

Bạn có thể thấy rất nhiều bong bóng trào ra từ bình sâm-panh.

(Applause)

Đây là những bong bóng chứa đầy cacbon dioxit,

You could see a lot of bubbles rushing out from the champagne bottle.

một loại khí được sản sinh ra trong quá trình lên men của rựou.

These are the bubbles filled with carbon dioxide,

Để tôi rót một chút ra nào.

a gas that's been produced during the fermentation process of the wine.

Thật là không thể bỏ lỡ cơ hội này.

Let me pour some out.

I can't miss the chance.

Tôi nghĩ là đã đủ rồi.

(Cười)

Ở đây, tôi có thể thấy rất nhiều bong bóng cực nhỏ

I guess it's enough.

(Laughter)

di chuyển từ phía dưới đáy ly lên phía trên của ly sâm-panh.

Here, I can see a lot of microbubbles

Trước khi cái chai nổ bốp,

moving from the bottom of the glass to the top of the champagne.

nó sẽ phun ra những giọt rất nhỏ của phân tử mùi hương

và làm tăng hương vị của sâm-panh,

Before it pops,

it will jet tiny droplets of aroma molecules

giúp ta thưởng thức được vị của sâm-panh nhiều hơn.

and intensify the flavor of champagne,

Là một nhà khoa học say mê bong bóng,

making us enjoy much more the flavor of champagne.

tôi thích nhìn thấy chúng,

tôi thích được chơi với chúng,

và tôi thích được nghiên cứu chúng.

As a scientist who is passionate about bubbles,

Và đồng thời, tôi thích được uống chúng.

I love to see them,

Cảm ơn.

(Vỗ tay)

I love to play with them,

and I love to study them.

And also, I love to drink them.

Thank you.

(Applause)