Tại vườn hoa phía sau Hoàng cung của Thủ đô Đế quốc, Lý Phục đang thong dong uống trà, đọc sách, trong đầu suy nghĩ về điểm cốt lõi và khó khăn nhất của động cơ warp - vật liệu.
Khoa học vật liệu là một môn học cơ bản nhất, từ trước đến nay luôn là yếu tố quan trọng quyết định trình độ công nghệ của cả một quốc gia, một nền văn minh, và cũng là một trong những ngành khoa học cơ bản mà Đế quốc luôn dốc sức phát triển trong những năm qua.
Tuy nhiên, muốn chế tạo ra loại vật liệu đáp ứng được yêu cầu của động cơ warp lại không phải là chuyện dễ dàng. Bởi vì với hiệu suất cực mạnh của động cơ warp, về lý thuyết mà nói, chỉ có vật liệu ở trạng thái suy biến mới có thể đáp ứng được. Nhưng vật liệu trạng thái suy biến lại hoàn toàn khác với vật liệu thông thường.
Vật liệu trạng thái suy biến là loại vật liệu được tạo ra từ cấp độ nguyên tử. Về mặt lý thuyết còn có vật liệu được tạo ra từ cấp độ neutron, cấp độ quark. Có lẽ khi nhắc đến nguyên tử thì mọi người chưa thể hiểu rõ sự mạnh mẽ của loại vật liệu này, nhưng nếu nhắc đến sao neutron, lỗ đen, thì mọi người có thể biết được sự đáng gờm của nó.
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ vi mô, con người có khả năng tổng hợp nhân tạo vật liệu ở thang đo nguyên tử, ví dụ như cụm nguyên tử, vật liệu dạng cụm, chuỗi tuyến tính, cấu trúc dị thể đa lớp, màng siêu mỏng... Đặc điểm của những vật liệu này là số chiều thấp, tính đối xứng giảm, đặc trưng hình học rõ rệt.
Nhưng đó cũng chỉ là khả năng, khi thực sự bắt tay vào thao tác, rất khó để nói là có thể tạo ra vật liệu mình cần từ góc độ nguyên tử. Đơn vị nguyên tử thực sự quá nhỏ, khoa học kỹ thuật hiện tại nhiều nhất chỉ có thể đạt đến cấp độ nano, mà nguyên tử còn nhỏ hơn nano rất nhiều.
Trước tiên chúng ta phải tìm hiểu kích thước của chúng. Nano là một đơn vị đo chiều dài, 1 nanomet bằng một phần tỷ của 1 mét, ký hiệu là nm. 1 nanomet tương đương với độ dài của 10 nguyên tử hydro xếp hàng nối đuôi nhau. Bởi vì đường kính của mỗi loại nguyên tử đều khác nhau, cho nên 1 nanomet có thể bằng độ dài sắp xếp của hàng chục nguyên tử nguyên tố khác.
20 nanomet xấp xỉ bằng một phần ba nghìn độ dày của một sợi tóc!
Mà công nghệ nano mà chúng ta thường nói đến, chính là kỹ thuật nghiên cứu các hiện tượng đặc dị và chức năng đặc biệt của vật chất trong phạm vi thang đo nano (từ 100 nanomet đến 0.1 nanomet), thông qua việc trực tiếp thao tác và sắp xếp các nguyên tử, phân tử để tạo ra vật liệu mới.
Sự xuất hiện của công nghệ nano trước hết phải nhờ vào việc phát minh ra kính hiển vi quét đường hầm (STM) có khả năng phóng đại hàng chục triệu lần. Sự ra đời của kính hiển vi quét đường hầm cho phép các nhà khoa học quan sát thế giới vi mô ở cấp độ nano.
Từ đầu những năm 90 của thế kỷ 20, công nghệ nano đã đạt được sự phát triển vượt bậc. Các ngành học mới liên tục xuất hiện như: nano điện tử, vật liệu nano, nano cơ học, nano sinh học... Công nghệ nano là một trong 9 ngành khoa học được các nhà khoa học dự đoán sẽ thay đổi lịch sử nhân loại trong tương lai.
Trên thực tế, các nhà khoa học hiện nay tuy có thể thông qua công nghệ STM để quan sát thông tin ở cấp độ nguyên tử, và có tác động nhất định lên cấu trúc sắp xếp của nguyên tử.
Ví dụ, vào tháng 4 năm 1990, hai nhà khoa học của IBM tại Mỹ khi dùng STM quan sát các nguyên tử xenon trên bề mặt niken kim loại, đã được truyền cảm hứng từ sự chuyển động của đầu dò và các nguyên tử xenon, họ thử dùng đầu kim STM để di chuyển các nguyên tử xenon đang bị hấp phụ trên bề mặt niken, xếp 35 nguyên tử xenon trên bề mặt niken thành cấu trúc "IBM" cao 5 nguyên tử!
Các nhà khoa học của Viện Khoa học Hoa Hạ cũng sử dụng công nghệ nano, thông qua việc di dời các nguyên tử carbon trên bề mặt graphite để vẽ ra bản đồ Hoa Hạ nhỏ nhất thế giới, kích thước chỉ chưa đầy 10 nanomet.
Kể từ đó, các nhà khoa học không biết chán trong việc di chuyển các loại nguyên tử để xếp thành những hình dạng khác nhau: nguyên tử silic, nguyên tử lưu huỳnh, nguyên tử sắt, phân tử carbon monoxide, phân tử gốc sắt...
Từ đây chúng ta có thể thấy, điều mà các nhà khoa học hiện nay có thể thực hiện được chỉ là di chuyển một vài nguyên tử, xếp chúng thành những hình dạng trên bề mặt vật thể, chứ không thể thực sự tiến hành chế tạo và xây dựng cấu trúc nguyên tử theo không gian ba chiều, đồng thời càng không có cách nào nhanh chóng và quy mô lớn để tạo ra vật liệu mới ở cấp độ nguyên tử.
Nhưng dù là vậy, chỉ cần di chuyển một vài nguyên tử đơn giản, xây dựng một vài cấu trúc sắp xếp nguyên tử trên bề mặt, các nhà khoa học cũng đã chế tạo ra được các loại vật liệu nano phức tạp hiện nay. Ví dụ, trên bề mặt đồng, việc sắp xếp nhân tạo cấu trúc của các nguyên tử đồng cũng có thể làm cho độ bền của đồng tăng gấp 5 lần.
Chúng ta đều biết kim cương (còn gọi là đá quý), graphite (than chì) và than cốc, nguyên tử cấu tạo nên chúng thực chất đều giống hệt nhau, đó chính là nguyên tử carbon. Thế nhưng tính chất của những vật liệu này lại khác nhau một trời một vực. Chỉ xét riêng về độ cứng, kim cương là vật liệu cứng nhất trong tự nhiên, trong khi độ cứng của graphite và than cốc lại rất thấp.
Nguyên nhân gây ra sự khác biệt này chính là cấu trúc của nguyên tử carbon. Cấu trúc nguyên tử của kim cương là mỗi nguyên tử carbon đều dùng quỹ đạo lai hóa SP3 để hình thành liên kết cộng hóa trị với 4 nguyên tử carbon khác, tạo thành cấu trúc tứ diện đều. Do liên kết C-C trong kim cương rất mạnh, nên kim cương có độ cứng lớn, nhiệt độ nóng chảy cực cao; lại vì tất cả các điện tử hóa trị đều bị giới hạn trong vùng liên kết cộng hóa trị, không có điện tử tự do, nên kim cương không dẫn điện.
Trong cấu trúc graphite, các nguyên tử carbon trong cùng một lớp dùng lai hóa SP2 để hình thành liên kết cộng hóa trị, mỗi nguyên tử carbon kết nối với ba nguyên tử khác bằng ba liên kết cộng hóa trị. Sáu nguyên tử carbon trên cùng một mặt phẳng tạo thành vòng lục giác đều, mở rộng thành cấu trúc dạng phiến lớp.
Độ dài liên kết C-C ở đây đều là 142pm, vừa vặn thuộc phạm vi độ dài liên kết của tinh thể nguyên tử, vì vậy đối với cùng một lớp, nó là tinh thể nguyên tử. Các nguyên tử carbon trong cùng một mặt phẳng còn dư lại mỗi cái một quỹ đạo p, chúng chồng lấp lên nhau. Điện tử tương đối tự do, tương đương với điện tử tự do trong kim loại, vì vậy graphite có thể dẫn nhiệt và dẫn điện, đây chính là đặc trưng của tinh thể kim loại.
Nói một cách đơn giản dễ hiểu chính là cấu trúc nguyên tử carbon của kim cương là ba chiều, tất cả các nguyên tử carbon trực tiếp cấu thành tứ diện đều với nhau, là cấu trúc dạng không gian ba chiều. Cấu trúc của graphite là các nguyên tử carbon hình thành vòng 6 cạnh đều trên cùng một mặt phẳng, tạo thành cấu trúc phiến lớp, tức là các lớp nguyên tử carbon chồng lên nhau, nhưng giữa các lớp nguyên tử carbon lại không có sự kết nối, đây là cấu trúc dạng mặt phẳng.
Một cấu trúc tứ diện đều ba chiều, một cấu trúc lục giác đều phẳng, đã khiến cho tính chất vật liệu giữa kim cương và graphite khác nhau một trời một vực, giá trị của chúng cũng là một trời một vực. Giá bán của kim cương được tính bằng carat, còn giá của graphite lại tính bằng tấn, giá trị chênh lệch chẳng những gấp hàng trăm triệu lần!
Đế quốc muốn nghiên cứu ra loại vật liệu dùng cho động cơ warp, chính là phải xây dựng vật liệu từ góc độ không gian ba chiều của nguyên tử, cải biến cái cũ thành cái mới. Ví dụ như biến cấu trúc nguyên tử của sắt giống như kim cương, trở thành cấu trúc tứ diện đều ba chiều, thì sẽ thu được loại vật liệu như thế nào?
"Khó quá!"
Lý Phục nghĩ đến đây không nhịn được mà nhíu mày. Vật liệu trạng thái suy biến không phải là vật liệu thông thường, cần phải được tạo ra từ góc độ vi mô vô cùng nhỏ. Kỹ thuật tổng hợp, rèn đúc vật liệu truyền thống chẳng qua cũng chỉ là các phương pháp như nhiệt độ cao, áp suất cao, nhiệt độ thấp, rèn đập, tổng hợp... Thế nhưng những phương pháp này, các nhà khoa học của Đế quốc từ lâu đã nghiên cứu đến mức cực hạn rồi, căn bản không thể nào tạo ra được vật liệu trạng thái suy biến.
"Chẳng lẽ nhất định phải dùng phương pháp trong Hạt giống Văn minh?"
Lý Phục, người có được Hạt giống Văn minh của Đại Hán Khoa Kỹ Đế Quốc, đương nhiên biết từ trong đó có rất nhiều cách để có được vật liệu trạng thái suy biến. Những siêu văn minh như Đại Hán Khoa Kỹ Đế Quốc, phương pháp để họ có được vật liệu trạng thái suy biến, vật liệu quark vô cùng đơn giản: Khai thác sao neutron và lỗ đen.
Với khoa học kỹ thuật hiện tại của Đế quốc, chỉ mới nghĩ đến thôi đã cảm thấy như chuyện thần thoại. Khối lượng của sao neutron, sự khủng khiếp của lỗ đen, căn bản không phải là thứ mà khoa học kỹ thuật hiện nay có thể chinh phục được.
Tất nhiên, ngay cả siêu văn minh cũng phải từng bước phát triển dần lên. Phương pháp để Đại Hán Khoa Kỹ Đế Quốc có được vật liệu trạng thái suy biến thời kỳ đầu, chính là lợi dụng năng lực ràng buộc từ trường mạnh để tạo ra vật liệu trạng thái suy biến.
"Xem ra cũng chỉ có thể dùng cách này, đây cũng là phương pháp duy nhất mà công nghệ hiện tại của Đế quốc có thể áp dụng. Còn như nén không gian, gấp xếp không gian, sụp đổ không gian... những phương pháp đó, Đế quốc hiện tại căn bản không thể thực hiện."
Lý Phục trầm ngâm suy tư một hồi lâu. Bây giờ đã bước sang thế kỷ 22, kế hoạch khoa học trăm năm của Đế quốc cũng đã thực hiện được hơn 20 năm, nhưng Đế quốc vẫn chưa có tiến triển thực chất nào trong việc nghiên cứu động cơ warp. Tất nhiên, tích lũy dày mới phát huy mạnh, trong giai đoạn tích lũy đương nhiên không thấy được gì, chỉ khi có thành quả rồi mới biết được những nỗ lực trong những năm qua là không hề lãng phí.
Giống như thành công vậy, người khác chỉ nhìn thấy sự thành công của bạn, nhưng không nhìn thấy bạn đã bỏ ra bao nhiêu tâm huyết và mồ hôi đằng sau sự thành công đó; giống như mang thai vậy, người khác chỉ nhìn thấy bụng bạn ngày càng to lên, nhưng không biết để mang thai bạn đã phải chịu bao nhiêu 'đạn pháo'.
Lý Phục chìm sâu vào suy tư, không để ý đến sự xuất hiện của Trần Bân, Dư Lượng, Tào Hải Đào, Đồ Học Lý và những người khác. Những người đến, ai nấy trên mặt đều mang theo nụ cười, rõ ràng tâm trạng đang vô cùng tốt.
"Phục ca, đang nghĩ gì vậy?"
Dư Lượng nhếch miệng, nhìn dáng vẻ trầm tư của Lý Phục, cười hỏi.
"Tôi đang nghĩ về chuyện vật liệu trạng thái suy biến, các phương pháp hiện có đều rất khó để tạo hình vật liệu từ góc độ nguyên tử, xem ra chúng ta cần phải tiến hành đổi mới mới được."
Lý Phục cười cười, ra hiệu mọi người cứ tùy ý ngồi xuống, không cần quá khách sáo.
"Học Lý, người Nhật đi rồi sao?"
Thấy Đồ Học Lý cũng đến, Lý Phục cười hỏi.
"Ừm, đi hết rồi. Ban đầu họ còn muốn bái kiến anh, nhưng đã bị tôi chặn lại. Lần này họ tới là muốn thiết lập quan hệ ngoại giao với Đế quốc chúng ta, còn mang cả bản gốc 'Lan Đình Tập Tự' của Vương Hy Chi tới nữa, nhưng đều bị tôi từ chối, tiện thể đào cho họ một cái hố."
"Để họ không ngừng mở rộng ra bên ngoài, xét theo vị trí hiện tại của Hệ sao Bắc Xuyên, ước tính không bao lâu nữa, họ sẽ nhanh chóng đụng độ phải nền văn minh ngoài hành tinh hùng mạnh, đến lúc đó sẽ có kịch hay để xem."
Đồ Học Lý cung kính nói. Những người có mặt ở đây đều là công thần khai quốc, cũng là bậc trưởng bối, ngay cả khi anh là Thủ tướng Đế quốc thì cũng phải cung kính, đặc biệt là khi đối diện với Lý Phục, lại càng phải như vậy.
Tuy nhiên, khi nói đến chuyện mình đào hố cho người Nhật, trên mặt anh cũng lộ ra nụ cười đắc ý, dường như đã nhìn thấy kết cục thê thảm của người Nhật trong tương lai.
