Vì sao Gandhi ghét iốt (nguyên tố hóa học thứ 53)? Radi (nguyên tố thứ 88) suýt hủy hoại danh tiếng của Marie Curie như thế nào? Và tại sao gali (nguyên tố thứ 31) lại được coi là nguyên tố của những trò đùa trong khoa học? Cuốn sách đã dung hợp xuất sắc khoa học với các phát minh, khám phá, giả kim thuật... từ khởi thủy của Vụ Nổ Lớn cho tới khi Vũ trụ chết đi.
1. Các nguyên tố hóa học đến từ đâu? Trong suốt nhiều thế kỷ, các nhà khoa học vẫn luôn cho rằng chúng chẳng đến từ đâu cả. Có rất nhiều lý thuyết siêu hình tranh cãi về việc ai (hoặc Đấng Sáng Tạo nào) tạo ra vũ trụ và tại sao, nhưng tất cả đều đồng thuận rằng mọi nguyên tố đã tồn tại kể từ khi vũ trụ sinh ra. Chúng vô thủy vô chung, trường tồn cùng thời gian và thi gan cùng tuế nguyệt. Các lý thuyết mới hơn (như thuyết Vụ Nổ Lớn vào những năm 1930) đã áp dụng quan điểm này. Điểm cực nhỏ ấy tồn tại từ 14 tỉ năm trước, chứa đựng tất cả vật chất trong vũ trụ và mọi thứ ta thấy ngày nay đều xuất phát từ đó. Chúng chưa mang hình dạng của vương miện kim cương, lon thiếc hay lá nhôm mà tồn tại dưới dạng các nguyên tử. (Một nhà khoa học tính toán rằng phải mất mười phút để Vụ nổ Lớn tạo ra toàn bộ vật chất đã biết, rồi dí dỏm nói: “Nấu các nguyên tố còn nhanh hơn là nấu thịt vịt và khoai tây nướng”). Đó lại là một quan điểm theo lẽ thường: Lịch sử thiên văn bền vững của các nguyên tố.
Vài thập kỷ sau, lý thuyết đó bắt đầu gây tranh cãi. Năm 1939, các nhà khoa học Đức và Mỹ đã chứng minh rằng Mặt Trời và các ngôi sao khác tự gia nhiệt bằng cách hợp hạch hydro thành heli, giải phóng nguồn năng lượng khổng lồ, bất chấp kích thước cực nhỏ của nguyên tử. Một số nhà khoa học đồng ý rằng dân số hydro và heli có thay đổi (dù rất ít), nhưng không có bằng chứng nào cho thấy dân số của các nguyên tố khác thay đổi cả. Khi kính thiên văn ngày càng được cải thiện, nhiều khúc mắc cũng xuất hiện theo. Về lý thuyết, Vụ nổ Lớn phải giải phóng các nguyên tố đồng đều theo mọi hướng. Nhưng dữ liệu đã chứng minh rằng hầu hết các ngôi sao trẻ chỉ chứa hydro và heli, còn các ngôi sao già hơn lại chứa hàng tá nguyên tố. Thêm vào đó, các nguyên tố cực kỳ kém bền như tecneti không xuất hiện trên Trái Đất nhưng lại tồn tại trong một số “ngôi sao đặc biệt về mặt hóa học”. Phải có thứ gì đó đang liên tục tạo ra các nguyên tố mỗi ngày.
Chúng ta cần bảng tuần hoàn để đào sâu nghiên cứu những điều thú vị của tạo hóa, như vụ nổ siêu tân tinh và sự sống từ cacbon. Như sử gia khoa học Eric Scerri viết: “Ngoài hydro và heli, mọi nguyên tố khác chỉ chiếm 0,04% vũ trụ. Chiếu theo quan điểm này thì Bảng tuần hoàn dường như chẳng có ý nghĩa gì đáng kể. Nhưng sự thật là chúng ta vẫn sống trên Trái Đất... nơi mà trữ lượng tương đối của các nguyên tố khá khác nhau”.
Quan điểm trên là đúng, dù nó không thi vị bằng cách nói của nhà vật lý thiên văn quá cố Carl Sagan. Nếu không có “lò hợp hạch” để “rèn” nên các nguyên tố như cacbon, oxy, nitơ và không có vụ nổ siêu tân tinh để gieo mầm những nơi hiếu khách như Trái Đất, thì sự sống sẽ không bao giờ hình thành. Như Sagan đã nói một cách đầy trìu mến: “Chúng ta đều sinh ra từ bụi sao”.
Sam Kean đã mở ra một chiếc túi thần kỳ của Bảng tuần hoàn với đầy rẫy những trò ảo thuật bất ngờ và mê hoặc, chẳng hạn biến những chất nặng như chì thành vàng... Với cách lồng ghép giai thoại của Oliver Sacks và khả năng tiếp cận đại chúng của Malcolm Gladwell, Kean khiến ngay cả những khái niệm trừu tượng nhất cũng có thể đến được với các nhà khoa học nghiệp dư. Khiếu hài hước của ông mang đến sự thích thú đặc biệt... Kean thành công trong việc đưa ra những sự thật phũ phàng về cả con người và hóa học, đằng sau những hiện tượng đáng kinh ngạc.
2. Kean đã viết với tất cả năng lượng và tài năng. “Chiếc thìa biến mất” vén bức màn của lịch sử, của sự đam mê điên dại và của những phút kịch tính cao trào trong cuộc sống của chúng ta... Tác giả thổi mãnh lực vào khoa học khiến bạn không ngừng háo hức lật mở những trang sách để xem những gì đang chờ đợi... Sam Kean miêu tả Bảng tuần hoàn bằng cách sử dụng một dàn nhân vật với các câu chuyện minh họa cho tương tác của con người với thế giới vật chất. Bằng cách đan xen các câu chuyện vào các chủ đề riêng ở mỗi chương, ông đã mô tả toàn bộ Bảng tuần hoàn không chừa một góc nào.
Chúng ta đã phát hiện ra 112 nguyên tố chính thức được công nhận, và mỗi nguyên tố đều ẩn chứa một câu chuyện riêng: Vui nhộn có, đáng sợ có.
“Chiếc thìa biến mất” kể lại việc phát hiện và sử dụng từng nguyên tố, giới thiệu những đặc điểm khoa học đầy màu sắc và lập dị... Đây không chỉ là cái nhìn nhẹ nhàng hơn về Bảng tuần hoàn; Kean cũng sử dụng những giai thoại này để giải thích tại sao các nguyên tố hành xử như vậy...
Một số nhận xét: “Đây chính là biểu đồ bí ẩn của môn hóa học thời trung học đã được giải mã” - Los Angeles Times. “Dị thường, sâu sắc và kỹ lưỡng... Nếu lần gần nhất bạn liếc đến Bảng tuần hoàn là từ thời trung học thì đừng sợ, những tình tiết trong cuốn sách này giống tiểu thuyết tình cảm hay phim kinh dị hơn là sách hóa học. Sự nhiệt tình và hóm hỉnh của Kean đưa người đọc đi qua những pha khó khăn. Ngay cả các nhà hóa học kỳ cựu cũng sẽ học được điều gì đó” - Rachel Ehrenberg, ScienceNews. “Chiếc thìa biến mất thổi sự sống vào bảng tuần hoàn. Nó đầy những giai thoại hấp dẫn về từng nguyên tố, tin đồn liên quan đến giải Nobel và mưu mô chính trị để thu hút sự quan tâm của cả những người không ưa thích các nguyên tố. Với 117 nguyên tố hiện có, nhiệm vụ ghi lại những khám phá và ứng dụng của chúng không phải chuyện nhỏ, nhưng Kean không chỉ hoàn thành công việc một cách đáng ngưỡng mộ, mà còn cấu trúc nó như một cuộc hành trình đầy niềm vui... Kean để lại cho độc giả một cảm giác thỏa mãn về bảng tuần hoàn cũng như tương lai của nó” - Michael Paul Mason, Galleycat.
Xin giới thiệu phần mở đầu cuốn sách này của Sam Kean tới bạn đọc.
3. Đầu những năm 1980, khi còn nhỏ, tôi có thói quen nói chuyện khi vẫn còn ngậm các thứ trong miệng: Đồ ăn, ống nha khoa, bóng bay... Tôi vẫn tự nói một mình ngay cả khi không có ai xung quanh. Thói quen này đã dẫn đến niềm đam mê với bảng tuần hoàn trong lần đầu tiên tôi bị bỏ lại một mình khi đang ngậm nhiệt kế. Tôi bị viêm họng liên cầu khuẩn đến cả chục lần khi học lớp hai và lớp ba, và trong nhiều ngày liền, tôi luôn cảm thấy đau khi nuốt. Tôi không ngại ở nhà và tự chữa cho mình bằng kem vani và sốt sô cô la. Bị ốm luôn tạo ra cơ hội để tôi làm hỏng thêm một chiếc nhiệt kế thủy ngân kiểu cũ.
Tôi nằm đó với chiếc nhiệt kế dưới lưỡi, trả lời thật to một câu hỏi tưởng tượng, chiếc nhiệt kế tuột khỏi miệng và vỡ tan trên sàn. Thủy ngân lỏng trong nhiệt kế rơi vãi khắp nơi như bi xe đạp. Một phút sau, mẹ tôi ngồi thụp xuống sàn (dù bà bị đau khớp hông) và bắt đầu thu dọn đống “bi”. Bà dùng một cái tăm như một chiếc gậy của môn khúc côn cầu để đẩy những “viên bi” thủy ngân lại thật sát nhau.
Đột nhiên, một viên nuốt chửng viên kia chỉ bằng một cú gảy. Một viên mới tinh không tỳ vết xuất hiện ngay ở chỗ hai viên cũ. Bà lặp lại trò ảo thuật này cho đến khi toàn bộ thủy ngân được gom lại thành một hạt đậu màu bạc.
Sau khi gom được hết thủy ngân, mẹ tôi lấy chai thuốc bằng nhựa có nhãn xanh lục trên kệ đựng đồ lặt vặt nằm giữa một con gấu bông cầm cần câu và một chiếc cốc sứ xanh còn lại từ cuộc họp mặt gia đình năm 1985. Sau khi hớt viên thủy ngân lên một tấm bìa, bà cẩn thận đổ nó lên một quả cầu thủy ngân to bằng quả óc chó có sẵn trong chai. Thỉnh thoảng, trước khi cất cái chai đi, bà rót thủy ngân vào nắp và cho anh chị em chúng tôi xem thứ kim loại của tương lai lăn qua lăn lại: Nó luôn tách ra rồi gắn lại một cách hoàn hảo. Tôi thương cảm cho những đứa trẻ có các bà mẹ sợ thủy ngân đến nỗi không cho con mình ăn cá ngừ. Bất chấp sự thèm muốn vàng của mình, các nhà giả kim thuật Trung đại coi thủy ngân là chất mạnh nhất và thi vị nhất trong vũ trụ. Khi còn nhỏ, tôi đã đồng ý với họ. Giống như họ, tôi còn tin rằng nó vượt qua ranh giới giữa chất lỏng và chất rắn, kim loại và nước, thiên đường và địa ngục; rằng nó chứa đựng các linh hồn của một thế giới khác.
Sau này, tôi phát hiện ra thủy ngân có tính chất như vậy vì nó là một nguyên tố hóa học. Không giống như nước (H2O), cacbon dioxit (CO2) hay hầu hết mọi thứ xung quanh, bạn không thể tự nhiên tách thủy ngân thành các đơn vị nhỏ hơn. Thủy ngân là một trong những nguyên tố có tính “bè phái”: Các nguyên tử thủy ngân chỉ muốn liên kết với nhau, và giảm tiếp xúc với thế giới bên ngoài bằng cách thu mình vào một quả cầu. Hầu hết chất lỏng tôi làm đổ khi còn nhỏ đều không như thế. Nước đổ khắp nơi, dầu, giấm và thạch rau câu Jell-O chưa đông cũng vậy. Thủy ngân không bao giờ để lại dấu vết. Bố mẹ luôn nhắc tôi phải đi giày mỗi khi làm rơi nhiệt kế để ngăn những mảnh thủy tinh đâm vào chân. Nhưng tôi nhớ là chưa từng có cảnh báo về thủy ngân rơi vãi.
Tôi đã để mắt đến nguyên tố 80 ở trường và trong sách suốt một thời gian dài, giống như tìm tên một người bạn thời thơ ấu trên báo.
Tôi đến từ Đại Bình Nguyên và được học trong lớp lịch sử rằng Lewis và Clark đã đi qua Nam Dakota và phần còn lại của Lãnh thổ Louisiana với kính hiển vi, la bàn, kính lục phân, ba cái nhiệt kế thủy ngân và các dụng cụ khác. Điều mà lúc đó tôi không biết là họ cũng mang theo 600 viên thuốc nhuận tràng chứa thủy ngân, mỗi viên lớn gấp bốn lần viên aspirin. Thuốc có tên là “Dr. Rush’s Bilious Pills” - được đặt theo tên Benjamin Rush, một trong số những người đã ký Tuyên ngôn Độc lập Mỹ và là một bác sĩ anh hùng đã dũng cảm ở lại Philadelphia trong dịch sốt vàng da năm 1793. Cách điều trị của ông với mọi căn bệnh đều là uống HgCl2. Mặc dù y học đã tiến bộ nhiều trong khoảng từ năm 1400 đến năm 1800, các bác sĩ thời đó vẫn giống thầy lang hơn là bác sĩ. Với một niềm tin lệch lạc, họ cho rằng thủy ngân đẹp đẽ và quyến rũ có thể chữa khỏi cho người bệnh bằng cách lấy độc trị độc. Bác sĩ Rush đã cho bệnh nhân uống dung dịch này cho đến khi họ chảy nước dãi. Răng và tóc của họ thường bị rụng sau nhiều tuần hoặc nhiều tháng điều trị liên tục. Phương pháp “chữa bệnh” này chắc chắn đã đầu độc và khiến rất nhiều người qua đời sau khi biết đâu đã may mắn khỏi bệnh sốt vàng da. Sau khi hoàn thiện phương pháp điều trị ở Philadelphia, mười năm sau, ông tiễn hai nhà thám hiểm Meriwether và William lên đường cùng một số mẫu thuốc đóng gói sẵn. Như một tác dụng phụ hữu ích, các mẫu thuốc đó cho phép các nhà khảo cổ học hiện đại lần theo dấu vết cắm trại của đoàn thám hiểm. Với thức ăn lạ và nguồn nước đáng ngờ trong môi trường hoang dã, một số người trong nhóm thám hiểm luôn thấy buồn nôn. Cho đến ngày nay, thủy ngân vẫn nằm rải rác trong lòng đất ở những chỗ mà các nhà thám hiểm đã đào nhà xí - có lẽ do thuốc nhuận tràng của Rush hoạt động quá hiệu quả.
Thủy ngân cũng xuất hiện trong lớp khoa học. Khi lần đầu tiên được học về mớ bòng bong của bảng tuần hoàn, tôi đã tìm thủy ngân nhưng không thấy. Nó nằm giữa vàng (cũng đặc và mềm) và tali (cũng độc). Ký hiệu hóa học của thủy ngân là Hg - hai chữ cái thậm chí không hề có trong tên của nó. Ký hiệu này xuất phát từ “hydragyrum” - tiếng Latin nghĩa là “bạc lỏng”. Điều bí ẩn này đã giúp tôi hiểu các ngôn ngữ và thần thoại cổ ảnh hưởng nhiều đến bảng tuần hoàn như thế nào. Bạn có thể bắt gặp điều tương tự trong tên Latin của các nguyên tố mới siêu nặng ở hàng dưới cùng.
Tôi cũng đã “diện kiến” thủy ngân trong lớp văn học. Các nhà sản xuất mũ từng dùng một thứ nước rửa màu cam chứa thủy ngân để tách lông khỏi những tấm da, và thợ làm mũ làm việc xung quanh các thùng hơi dần rụng tóc và mất trí, giống như thợ mũ trong Alice in Wonderland (Alice ở xứ sở thần tiên). Cuối cùng tôi cũng nhận ra thủy ngân độc như thế nào. Điều đó giải thích tại sao thuốc “Dr. Rush’s Bilious Pills” nhuận tràng tốt đến vậy: Cơ thể sẽ tự đào thải mọi chất độc, bao gồm cả thủy ngân. Hít phải hơi thủy ngân thậm chí còn độc hơn là nuốt phải. Chúng phá hủy các “sợi dây” trong hệ thần kinh trung ương và tạo ra các lỗ trên não, giống như bệnh Alzheimer ở giai đoạn nặng.
4. Nhưng càng biết nhiều hơn về sự nguy hiểm của thủy ngân thì vẻ đẹp chết chóc của nó càng thu hút tôi, như câu thơ của William Blake “Tyger! Tyger! Bừng lên nào”. Nhiều năm sau, bố mẹ tôi trang trí lại nhà bếp và bỏ cái kệ có chiếc cốc và chú gấu bông đi, nhưng vẫn cất các đồ lặt vặt trong một cái hộp. Trong lần về thăm nhà gần đây, tôi đã bới tìm cái chai có nhãn xanh lục và mở ra. Nghiêng nó qua lại, tôi cảm thấy sức nặng bên trong trượt theo vòng tròn. Khi hé nhìn qua miệng chai, mắt tôi dính chặt vào những giọt nhỏ li ti ở hai bên thành chai.
Chúng lấp lánh như những hạt nước, hoàn hảo đến mức chỉ có trong tưởng tượng. Thời thơ ấu của tôi gắn liền với thủy ngân và những cơn sốt. Lần này, tôi bỗng rùng mình khi nghĩ về sự đáng sợ của những “viên bi” nhỏ xíu đó.
Từ nguyên tố hóa học đó, tôi đã học được lịch sử, từ nguyên học, giả kim thuật, thần thoại, văn học, giám định độc chất và tâm lý học.
Và những câu chuyện về nguyên tố mà tôi có được không chỉ dừng lại ở đó, đặc biệt là sau khi đắm mình vào nghiên cứu khoa học ở trường đại học và gặp một số giáo sư sẵn sàng tạm ngừng nghiên cứu để đàm luận khoa học với tôi.
Với chuyên ngành vật lý (và hy vọng thoát khỏi phòng thí nghiệm để được viết lách), tôi luôn cảm thấy khổ sở giữa các nhà khoa học trẻ nghiêm túc và tài năng trong lớp, những người yêu thích các thí nghiệm thử và sai theo cách mà tôi không bao giờ có thể. Tôi đã trải qua năm năm ở Minnesota và kết thúc với tấm bằng danh dự (honors) về vật lý, nhưng dù đã dành hàng trăm giờ trong phòng thí nghiệm, ghi nhớ hàng ngàn phương trình, vẽ hàng chục ngàn sơ đồ với ròng rọc không ma sát và đường dốc, những điều tôi thực sự được học lại nằm trong các câu chuyện khi đàm luận với các giáo sư. Đó là những câu chuyện về Gandhi, Godzilla và nhà ưu sinh học đã dùng gecmani để kiếm cho mình giải Nobel, việc ném những khối natri sẽ nổ tung khi gặp nước ra sông để giết cá, những người ngạt thở do khí nitơ trong tàu con thoi, hay một cựu giáo sư sẵn sàng thử nghiệm máy tạo nhịp tim chạy bằng plutoni trong ngực của chính mình, tăng tốc và làm chậm nó bằng cách đứng cạnh và nghịch ngợm cuộn dây từ khổng lồ.
Tôi đã theo dõi những câu chuyện đó; và khi hồi tưởng về thủy ngân trong bữa sáng gần đây, tôi đã nhận ra rằng luôn có một câu chuyện hài hước, kỳ quặc hoặc ớn lạnh gắn liền với mỗi nguyên tố.
Bảng tuần hoàn là một trong những thành tựu trí tuệ vĩ đại của loài người. Nó vừa là một thành tựu khoa học vừa là một cuốn truyện. Tôi viết cuốn sách này để bóc tách từng lớp một, giống như những trang giấy xuyên thấu trong một cuốn sách giáo khoa về giải phẫu, để kể cùng một câu chuyện ở nhiều tầng bậc khác nhau. Ở cấp độ đơn giản nhất, Bảng tuần hoàn liệt kê tất cả các chất trong vũ trụ - hơn trăm ký tự với các cá tính cứng đầu tạo nên mọi thứ chúng ta thấy và chạm vào.
Hình dạng của bảng tuần hoàn cũng cho chúng ta manh mối về cách những cá tính đó hòa nhập với nhau. Ở mức độ phức tạp hơn một chút, Bảng tuần hoàn mã hóa tất cả thông tin về nguồn gốc của mọi loại nguyên tử: Nguyên tử nào có thể phân hạch hoặc biến đổi thành các nguyên tử khác. Các nguyên tử này cũng tự kết hợp một cách sống động thành các sinh vật sống, và Bảng tuần hoàn dự đoán chúng được tạo ra như thế nào. Nó thậm chí còn dự đoán dãy nguyên tố nguy hiểm có thể gây hại cho các sinh vật sống.
Cuối cùng, Bảng tuần hoàn là một điều kỳ diệu về nhân học: Một tạo tác phản ánh tất cả các khía cạnh đẹp đẽ, khéo léo cũng như sự xấu xí của loài người và cách chúng ta tương tác với thế giới vật chất - lịch sử loài người viết trong một bảng biểu gọn gàng và thanh lịch.
Nó xứng đáng được nghiên cứu trên từng cấp độ: Bắt đầu từ mức độ cơ bản nhất đến các mức độ phức tạp tăng dần. Ngoài tính giải trí, những câu chuyện về Bảng tuần hoàn còn mang đến một cách hiểu không bao giờ xuất hiện trong sách giáo khoa hay hướng dẫn sử dụng của phòng thí nghiệm. Chúng ta ăn và thở với Bảng tuần hoàn; người ta đánh cược rồi thua những khoản tiền lớn vào nó; các nhà triết học sử dụng nó để thăm dò ý nghĩa của khoa học; nó đầu độc con người; nó khởi nguồn chiến tranh. Bạn có thể tìm thấy bong bóng, bom, tiền, giả kim thuật, chính trị, lịch sử, độc dược, tội ác, tình yêu, thậm chí cả khoa học đang nằm giữa nguyên tử hydro trên cùng bên trái và những nguyên tố nhân tạo không tưởng ở phía dưới cùng.
