Một thế giới bị từ trường bẻ cong

Một con banshee xé toạc tầng mây vút lên vào lúc bình minh, và thứ đầu tiên đập vào mắt bạn là một sự sai lệch. Không phải vẻ huyễn hoặc lạ kỳ, cũng không phải nét diễm lệ của một dị giới — mà là sai, một cái sai đặc thù đủ khiến một nhà vật lý phải ngồi bật dậy. Hiện ra trước mắt người cưỡi là một ngọn núi, vài kilomet đá xám xịt và khu rừng ẩm ướt, và nó chẳng neo vào đâu cả. Nó treo lơ lửng. Bên dưới nó là không khí, và dưới không khí lại là không khí, và ở đâu đó tít sâu dưới kia xuyên qua màn sương mới là mặt đất nơi lẽ ra nó phải nằm ở đó. Mắt bạn không ngừng cố tìm ra mánh khóe. Một cái cột, một sợi cáp, một đường ranh giới mờ đục nơi mô hình khớp với tấm nền. Hoàn toàn không có.

Dãy núi HallelujahDãy núi Hallelujah của Pandora — Ayram alusìng trong tiếng Na'vi, nghĩa là "những ngọn núi trôi" — đơn thuần là trôi nổi, hệt như cách một chiếc nút bần nổi trên mặt nước, chỉ khác là không hề có nước, chỉ có bầu trời.

Điều dễ nhất để phản ứng trước một hình ảnh như vậy là gọi nó là phép thuật rồi lướt qua. Nhưng tôi muốn làm một việc khó hơn, đó là nghiêm túc xem xét nó như một mẫu vật khoa học. Bởi vì nếu bạn mang theo chút ám ảnh mà kiên nhẫn đặt ra câu hỏi — điều gì thực sự phải xảy ra để một ngọn núi có thể treo lơ lửng trên không và nằm im ở đó — bạn sẽ không đi vào miền cổ tích. Bạn sẽ đặt chân đến một trong những góc kỳ lạ nhất, nhưng được kiểm chứng chặt chẽ nhất của vật lý thực sự, trong một phòng thí nghiệm ở Leiden vào năm 1911, và cuối cùng là vào sâu bên trong một hiện tượng cho phép một chiếc đĩa cỡ đồng xu tự khóa chặt mình vào khoảng không trống rỗng, tựa như thể bầu không khí xung quanh nó đã lặng lẽ biến thành kính.

Những ngọn núi là mồi nhử. Siêu dẫn là bữa ăn chính. Hãy để tôi chứng minh điều đó.

Nguyên tác thực sự nói gì?

Hãy bắt đầu với ranh giới mà các bộ phim và tài liệu chính thức đã vạch ra, bởi đó là vùng cấm địa mà chúng ta không được phép thêu dệt.

Nguyên tác chỉ rõ nguyên nhân: những ngọn núi lơ lửng được là nhờ unobtaniumunobtanium, một loại khoáng chất tập trung ở phần lõi của chúng. Từ trường của Pandora mạnh một cách bất thường — lõi sắt của mặt trăng này vẫn vận hành theo cơ chế dynamo hành tinh thông thường, nhưng lượng unobtanium chôn vùi bên dưới được mô tả là đã khuếch đại mức từ trường cơ sở đó lên hơn một trăm lần.

Tại nơi từ trường của Pandora giao thoa với từ trường của hành tinh khí khổng lồ Polyphemus mà nó quay quanh, sinh ra một vùng từ thông dữ dội và đậm đặc: Lốc Từ Trường (Flux Vortex), với tâm điểm nằm ngay phía trên dãy núi.

Bên trong vùng lốc xoáy đó, theo như nguyên tác lập luận, unobtanium phản ứng với từ trường bằng cách đẩy lùi nó, sinh ra đủ lực đẩy hướng lên để bứng khối đá chứa quặng rời khỏi lớp vỏ hành tinh và giữ nó lơ lửng trên không trung. Thuật ngữ mà các tư liệu ban đầu tìm đến là hiệu ứng Meissnerhiệu ứng Meissner — một mảnh ghép của vật lý thực sự mà chúng ta sẽ mổ xẻ ngay sau đây. Lốc từ trường này cũng là lý do tại sao vùng Hallelujah là một mồ chôn của các thiết bị đo đạc: nó bóp nghẹt sóng vô tuyến, chọc mù radar và ép các phi công phải bay theo tầm nhìn bằng mắt thường và sử dụng tên lửa không dẫn đường. Các thiết bị điện tử đơn giản là không thể sống sót nổi trước các gradient từ trường.

Nghe có vẻ hoàn hảo và hợp lý. Nhưng đây là lúc mà việc nghiêm túc xem xét mẫu vật khoa học này bắt đầu mang lại kết quả, bởi vì câu chuyện chính thức đang âm thầm mâu thuẫn với chính nó. Và sự mâu thuẫn đó lại là phần thú vị nhất của chương này.

Vết nứt trong câu chuyện chính thức

Nếu bạn bám quá chặt vào chữ "Meissner", toàn bộ lập luận sẽ sụp đổ. Hiệu ứng Meissner, như chúng ta sẽ sớm thấy, là lực đẩy thuần túy. Một viên nam châm lơ lửng phía trên một khối siêu dẫn mà chỉ sử dụng lực đẩy Meissner thì chẳng khác nào một hòn bi ve nằm thăng bằng trên một quả bóng bowling: về mặt lý thuyết là nổi, nhưng trên thực tế thì cầm chắc sự thất bại.

Chỉ một cú huých nhẹ nhất cũng đủ để nó trượt đi và rơi xuống. Đây là một định luật thép — định lý Earnshaw — và nó vô cùng tàn nhẫn. Lực đẩy từ tính thuần túy không thể tạo ra trạng thái lơ lửng ổn định. Nó chỉ mang lại một sự lơ lửng chập chờn, chao đảo, và rốt cuộc kiểu gì cũng sẽ lật nhào và rơi xuống. Một ngọn núi tựa hoàn toàn vào lực đẩy Meissner sẽ không thể lơ lửng một cách yên bình. Nó sẽ lộn nhào, trượt khỏi các đường sức từ và đâm sầm xuống đất.

Những người viết các tài liệu nguyên tác sau này đã nhận ra điều đó. Các ấn bản mới hơn đã lặng lẽ đưa vào hai thuật ngữ khác biệt để giải thích cách những ngọn núi trụ lại ở đó — "ghim từ thông" và "khóa lượng tử" — mà tuyệt nhiên không hề thừa nhận rằng họ đang vá một lỗ hổng kịch bản.

Đó là một màn "retcon" (chỉnh sửa nguyên tác) âm thầm mà bạn chỉ có thể nhận ra nếu nắm rõ vật lý. Và đó là một nước đi xuất sắc, bởi vì ghim từ thôngghim từ thông chính xác là cơ chế biến một sự chao đảo chực chờ sụp đổ thành một chiếc khóa kiên cố không thể phá vỡ. Nguyên tác đã may mắn vấp phải đáp án đúng trong lần thử thứ hai.

Nhưng để hiểu được tại sao bản vá đó lại cần thiết — tại sao "ghim" chứ không phải "đẩy" mới là động từ có thể nâng đỡ cả một ngọn núi — chúng ta phải tạm rời khỏi Pandora một lúc để đến với Leiden.

Nơi điện trở trút hơi thở cuối cùng

Vào năm 1911, nhà vật lý người Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes đã nắm giữ một thứ quyền năng mà hầu như chưa một ai khác trên Trái Đất có được: khả năng tạo ra cái lạnh tột độ. Ông đã tìm ra cách hóa lỏng heli, thứ khí sôi ở khoảng bốn độ trên độ không tuyệt đối, và ông đang sử dụng nó để đặt ra một câu hỏi đơn giản — điều gì sẽ xảy ra với điện trở của một kim loại khi bạn đóng băng nó xuống sát đáy của thang đo?

Câu trả lời được kỳ vọng là nó sẽ giảm dần một cách mượt mà. Các electron mang dòng điện chảy qua kim loại bằng cách len lỏi giữa một mạng tinh thể các nguyên tử, và chúng liên tục va đập vào những dao động nhiệt của mạng lưới ấy, mất đi năng lượng dưới dạng nhiệt. Sự va đập đó chính là điện trở. Làm lạnh kim loại, xoa dịu các dao động, và điện trở lẽ ra phải giảm dần về một con số nhỏ nhoi nào đó còn sót lại.

Thủy ngân đã từ khước kịch bản đó. Khi Onnes làm lạnh nó qua ngưỡng bốn kelvin, điện trở không hề từ tốn tiến về một giá trị thấp. Nó lao xuống bờ vực — rơi thẳng đứng về không, một sự sụt giảm đột biến và triệt để đến mức vượt quá khả năng đo lường của thiết bị.

Không phải là gần bằng không. Là số không tuyệt đối. Một dòng điện được khởi chạy trong một vòng mạch làm từ vật liệu như vậy sẽ chạy mãi mãi, theo như mọi thứ chúng ta có thể đo lường, mà không cần pin, không cần điện áp và không hề suy hao năng lượng. Onnes đã khám phá ra hiện tượng siêu dẫnhiện tượng siêu dẫn, và cái ngưỡng nhiệt độ mà tại đó vật liệu lao xuống bờ vực đó chính là nhiệt độ tới hạnnhiệt độ tới hạn của nó, ký hiệu là T꜀.

Phải mất thêm bốn mươi sáu năm ròng rã người ta mới có thể giải thích được tại sao.

Tại sao các electron ngừng va đập?

Lời giải đáp — khi cuối cùng nó được công bố vào năm 1957 bởi bộ ba John Bardeen, Leon Cooper và Robert Schrieffer dưới cái tên thuyết BCS — là một trong những ý tưởng nghe có vẻ kỳ lạ đến khó tin.

Các electron vốn đẩy nhau. Chúng đều mang điện tích âm; việc ép chúng lại với nhau làm tiêu tốn năng lượng. Nhưng tính siêu dẫn lại dựa vào việc chúng... bắt cặp. Bằng cách nào?

Mấu chốt là chúng không hề di chuyển đơn độc. Chúng lướt qua một mạng tinh thể gồm các ion dương, và lực hút của một electron đang di chuyển sẽ kéo nhẹ những ion dương nặng nề, cục mịch đó nhích về phía nó. Các ion trũng lại vào bên trong ngay sau khi electron lướt qua, để lại một khoảnh khắc chớp nhoáng tạo ra một cụm điện tích dương túm tụm lại ngay tại vùng mạng tinh thể đó. Lúc này, một electron thứ hai đi tới và bị hút vào cụm đó. Về cơ bản, electron tiên phong để lại một luồng dư ba mang điện dương chớp nhoáng, và electron thứ hai lướt trên luồng dư ba ấy.

Sức hút gián tiếp thông qua mạng tinh thể ấy là vừa đủ — chót lọt vừa đủ — để vượt qua lực đẩy của chúng và trói buộc hai electron thành một cặp Coopercặp Cooper. Và sự ghép cặp này làm thay đổi mọi thứ, nhờ vào một quy luật sâu xa về cách tự nhiên phân loại các hạt.

Một electron đơn lẻ là một fermion: một loại hạt xa lánh đồng loại, bị nguyên lý loại trừ Pauli cấm chia sẻ chính xác cùng một trạng thái lượng tử với một fermion khác. Nhưng một cặp Cooper có tổng spin bằng không. Một hạt tổng hợp có spin nguyên sẽ hành xử giống như một boson — và boson thì có tính bầy đàn sâu sắc. Chúng hoàn toàn hân hoan khi chen chúc vào cùng một trạng thái lượng tử ngay tại cùng một thời điểm.

Đó là phép màu đầu tiên: triệt tiêu điện trở. Phép màu thứ hai chính là thứ có thể nâng bổng ngọn núi.

Chiếc gương phản đòn

Vào năm 1933, Walther Meissner và Robert Ochsenfeld đã phát hiện ra rằng một khối siêu dẫn làm được nhiều thứ hơn là chỉ dẫn điện một cách hoàn hảo. Nếu bạn làm lạnh nó xuống dưới ngưỡng T꜀ trong một từ trường, nó sẽ chủ động hất văng từ trường đó ra ngoài. Từ thông từng đi xuyên qua kim loại giờ đây bị tống khứ; bên trong chất siêu dẫn, từ trường giảm mạnh về không. Đây là hiệu ứng Meissner, hay còn gọi là tính nghịch từtính nghịch từ tuyệt đối — vật liệu này hoạt động như một chiếc gương từ tính hoàn hảo.

Cơ chế này vô cùng tinh tế. Ngay khi một từ trường manh nha xâm nhập, các dòng điện không suy hao sẽ tự phát chạy dọc trên bề mặt chất siêu dẫn — và bởi vì không tiêu hao, chúng sẽ không bao giờ lụi tàn. Chúng luân chuyển theo đúng mô thức cần thiết để sinh ra một từ trường đối nghịch nhằm triệt tiêu hoàn toàn từ trường bên ngoài ở phần lõi. Một cục nam châm khi được đưa lại gần bề mặt đó sẽ đối diện với chính ảo ảnh phản chiếu từ tính của nó đang phản đòn ngược lại. Lực đẩy này đủ mạnh để nâng khối nam châm lên, chống lại cả trọng lực.

Đây là hiệu ứng mà các tài liệu nguyên tác ban đầu đã tìm đến, và bạn có thể hiểu vì sao nó lại cám dỗ đến thế. Một loại vật liệu có khả năng đẩy lùi từ trường và nhấc bổng nam châm — chỉ cần phóng đại nó lên thành một khối vật chất to cỡ ngọn núi, đặt vào một từ trường khổng lồ, và ngọn núi sẽ bay lên.

Sẽ là như thế, nếu như không vướng định lý Earnshaw.

Tại sao lực đẩy đơn thuần rốt cuộc sẽ luôn đổ sụp?

Đây chính là cái hố mà những lời giải thích sơ khai của nguyên tác đã sa chân vào. Lực đẩy từ tính thuần túy không bao giờ có thể neo giữ bất cứ thứ gì một cách ổn định. Samuel Earnshaw đã chứng minh điều này vào năm 1842: bạn không thể giữ một vật thể ở trạng thái cân bằng bền vững nếu chỉ sử dụng các lực tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách như lực tĩnh điện hay lực từ. Luôn luôn có một con dốc trượt — một hướng để vật thể trượt khỏi từ trường và rơi xuống.

Một thanh nam châm lơ lửng nhờ lực đẩy Meissner có đạt được trạng thái thăng bằng, nhưng đó là sự thăng bằng của một cây bút chì đang dựng đứng bằng ngọn. Hích nó một cái, và sẽ chẳng có lực hồi phục nào kéo nó lại; nó sẽ đổ nghiêng, trượt khỏi các đường sức từ, và rơi xuống. Đó là lý do tại sao các màn biểu diễn lơ lửng Meissner thuần túy trong phòng thí nghiệm luôn rung lắc và bấp bênh — cục nam châm luôn muốn thoát ra, và kiểu gì nó cũng thoát ra.

Vì vậy, một ngọn núi được nâng đỡ chỉ bằng lực đẩy Meissner không phải là một ngọn núi bay. Nó là một ngọn núi đang rơi, chỉ là chưa chạm đất mà thôi. Hiệu ứng có thể biến trạng thái "lơ lửng chao đảo" thành "khóa chặt tại chỗ" chính là điều mà nguyên tác đã tìm đến trong nỗ lực sửa sai lần hai.

Những vật liệu mở cửa cho từ trường

Siêu dẫn được chia làm hai gia tộc, và sự khác biệt giữa chúng định đoạt mọi thứ ở đây.

Siêu dẫn Loại I — phần lớn là các kim loại nguyên tố tinh khiết, chẳng hạn như thủy ngân của Onnes — là những kẻ theo chủ nghĩa Meissner tuyệt đối. Chúng tống khứ từ trường một cách triệt để, cho đến tận khi từ trường trở nên quá mạnh, ép toàn bộ trạng thái siêu dẫn sụp đổ hoàn toàn và vật liệu trở lại bình thường. Trạng thái của chúng là có tất cả hoặc không có gì. Bởi vì chúng không thể chịu đựng được các từ trường mạnh, chúng hoàn toàn vô dụng đối với kỹ thuật công nghiệp nặng.

Siêu dẫn Loại IILoại II — các hợp kim như niobium-titanium, hay vật liệu gốm như YBCO — lại tinh tế hơn, và hữu dụng hơn gấp vạn lần. Chúng có hai ngưỡng ranh giới. Dưới ngưỡng thứ nhất, chúng là những kẻ tuân theo chủ nghĩa Meissner tuyệt đối. Vượt qua ngưỡng thứ hai, trạng thái siêu dẫn cáo chung. Nhưng ở miền không gian rộng lớn kẹp giữa hai lằn ranh đó, chúng làm một việc mà vật liệu Loại I không bao giờ làm: chúng mở cửa cho từ trường xâm nhập một phần, theo các quy tắc của riêng chúng, mà không hề đánh mất đi tính siêu dẫn.

Từ trường không ào ạt ùa qua như một trận lũ quét. Nó đâm xuyên qua vật liệu thành một khu rừng của những sợi chỉ lượng tử rời rạc — Các dòng xoáy Abrikosov. Mỗi dòng xoáy là một ống vi mô của vật liệu bình thường (không siêu dẫn) mang theo đúng một lượng tử từ thông, được bao bọc bởi một vòng siêu dòng điện đang cuộn xoáy. Phần vật liệu khối nằm giữa các sợi chỉ đó vẫn duy trì tính siêu dẫn một cách trọn vẹn. Khối vật liệu bị khâu xuyên qua bởi hàng tỷ mũi kim từ tính, nhưng nó vẫn kiên cường sống sót.

Những sợi chỉ đó chính là những chiếc móc neo giữ cả một ngọn núi.

Làm thế nào để đóng đinh một đám mây lên bầu trời

Nhưng ngay cả vật liệu Loại II vẫn gặp phải một vấn đề: định lý Earnshaw vẫn chưa chết.

Những sợi từ thông đó đang đi xuyên qua chất siêu dẫn, đúng vậy, nhưng điều gì ngăn cản chúng trượt quanh bên trong đó? Nếu thỏi nam châm di chuyển, các sợi từ thông sẽ di chuyển theo nó. Nếu các sợi có thể quét tự do qua mạng tinh thể, thỏi nam châm vẫn có thể trôi ngang và rơi xuống. Vì vậy, một vật liệu Loại II tốt không được phép để chúng tự do. Mạng tinh thể của nó chứa đầy các tì vết — các nguyên tử bị khuyết, tạp chất xen lẫn, ranh giới hạt, hay các khoảng trống vi mô được cố ý tạo ra — và mỗi tì vết là một nơi mà tính siêu dẫn yếu đi. Phần lõi bình thường của dòng xoáy tìm được trạng thái năng lượng thấp nhất bằng cách nằm chính xác ngay trên một trong những tì vết đó. Nó lọt thỏm vào lỗ hổng hệt như một chiếc chốt cắm vào ổ khóa, và cắm rễ ở đó. Đây chính là hiện tượng ghim từ thôngghim từ thông.

Hãy xem cơ chế này hoạt động ra sao. Các sợi từ thông bị khóa chặt vào mạng tinh thể của khối siêu dẫn. Nhưng các sợi từ thông đó chính là từ trường bên ngoài. Vì vậy, giờ đây khối siêu dẫn thực sự đã bị khâu chặt vào chính từ trường — nó không nằm đè lên từ trường, mà nó bị từ trường xỏ xuyên qua. Cố nhấc nó lên, những sợi từ thông bị ghim sẽ kéo giật lại. Cố ấn nó xuống, lực đẩy Meissner sẽ hất ngược lên. Cố đẩy nó trượt sang một bên, các sợi này sẽ kháng cự lại việc bị lôi ra khỏi các tì vết. Mọi phương hướng đều vấp phải lực hồi phục. Con dốc của Earnshaw đã bị triệt tiêu hoàn toàn.

Đây được gọi là hiện tượng khóa lượng tửkhóa lượng tử, và nếu bạn từng được tận mắt chứng kiến nó trong phòng thí nghiệm, sẽ rất khó để lột tả bằng lời sự kỳ lạ của nó. Một chiếc đĩa YBCO nhỏ, được làm lạnh bằng nitơ lỏng, đặt trên một đường ray từ tính — và nó cứ thế đứng sững lại, đóng đinh giữa không trung ở bất kỳ độ cao hay góc nghiêng nào mà bạn tạo ra. Lật ngược đường ray, và chiếc đĩa vẫn lủng lẳng bên dưới, treo ngược chống lại trọng lực, dứt khoát không chịu rơi xuống. Đặt nó lên một đường ray vòng lặp, nó sẽ trượt vòng quanh mà không hề có ma sát, bị khóa cứng ở đúng cự ly đó suốt toàn bộ quãng đường mà không cần đến sự điều khiển nào.

Nó không hề thăng bằng. Nó đang bị khóa chặt. Và đó chính là sự khác biệt giữa một ngọn núi chỉ có thể nổi lên trong chớp mắt và một ngọn núi đã hiên ngang phủ bóng lên vùng Iknimaya từ trước cả khi người Na'vi sáng tạo ra ngôn ngữ để gọi tên nó.

Tra đúng chiếc chìa khóa định mệnh

Hãy mang kiến thức vật lý đó trở lại Pandora, và bức tranh về những ngọn núi bay sẽ ngay lập tức khớp lại với nhau bằng một sự gắn kết đáng kinh ngạc — chính xác là bức tranh mà những cuốn sách bách khoa sau này đã lờ mờ dò dẫm tìm đến.

Lốc từ trường chính là đường ray từ tính, được phóng to đến tầm vóc của một hành tinh: các từ trường giao thoa giữa Pandora và Polyphemus, đặc quánh và quy củ, đóng vai trò hệt như những thanh ray neodymium lót bên dưới chiếc đĩa YBCO. Lõi unobtanium của ngọn núi chính là chiếc đĩa. Và một chi tiết tưởng chừng như vô thưởng vô phạt trong nguyên tác bỗng dưng phát huy toàn bộ giá trị: unobtanium được mô tả là mang cấu trúc giả tinh thể (quasicrystal) bị đục lỗ chỗ bởi vô số các khoảng trống vi mô — và một khoảng trống chính là một tâm ghim lý tưởng. Một loại vật liệu chứa đầy những lỗ hổng vi mô, dù là vô tình hay hữu ý, tự thân nó đã là một cỗ máy ghim từ thông tuyệt hảo.

Do đó, những sợi từ thông của hành tinh cắm phập vào các lỗ hổng bên trong unobtanium, ghim chặt ở đó, và khóa khối đá chứa quặng vào lớp từ trường của Pandora. Ngọn núi không hề tựa trên một chiếc đệm từ trường lỏng lẻo để có thể bị trượt ngã. Nó bị ghim — bị xỏ xuyên qua bởi những đường sức từ của hành tinh khí khổng lồ và lơ lửng ở đó, hệt như cách chiếc đĩa lật ngược bám lủng lẳng bên dưới đường ray.

Hơn thế nữa, nguyên tác còn mở ra một điểm cộng cơ học vô cùng tinh tế và hoàn toàn hợp lý. Phần khối đá thông thường không mang từ tính ở nửa dưới của ngọn núi đóng vai trò như một tải trọng chết, kéo thẳng đứng xuống. Phần lõi siêu dẫn bị ghim phía trên lại kiên quyết chống lại mọi nỗ lực xê dịch. Lực kéo của trọng lực tác động lên phần đá dằn và sức chống trả của các dòng xoáy bị ghim giằng co với nhau tựa như hai cuộn lò xo đối nghịch, và kết cục là ngọn núi chìm vào một trạng thái cân bằng có thể tự điều chỉnh — thụ động, phi năng lượng, và trường tồn. Một sống thuyền dệt bằng từ thông bị ghim; một tải trọng dằn làm bằng đất đá tầm thường.

Thành thật mà nói, hệ thống vật lý này còn xuất sắc hơn cả những gì bộ phim hứa hẹn. Lời giải thích ban đầu sai lệch theo một cách rất đáng để học hỏi; còn lời giải thích đã đính chính thì không chỉ hợp lý mà còn mang tính nghệ thuật cao.

Những phần hư cấu

Nguyên lý đã hoàn chỉnh. Nhưng bây giờ là lúc kiểm chứng lại.

Cú ăn gian lớn nhất chính là nhiệt độ. Mọi chất siêu dẫn mà chúng ta từng chế tạo đều đòi hỏi cái lạnh tột độ — heli lỏng đối với niobium-titanium, nitơ lỏng đối với vật liệu gốm. Trong khi đó, unobtanium được cho là siêu dẫn ngay ở nhiệt độ phòng, trên một mặt trăng ấm áp, không cần hệ thống làm lạnh nào. Đó không phải là một bước ngoại suy nhỏ. Một chất siêu dẫn đích thực ở nhiệt độ phòng và áp suất môi trường sẽ là một trong những phát kiến mang tính bước ngoặt nhất trong lịch sử khoa học vật liệu, và trên Trái Đất của chúng ta, nó vẫn chưa hề tồn tại.

Vì vậy, thuộc tính cốt lõi của unobtanium, chiếu theo vật lý học của chúng ta, là một sự phóng tác — một niềm khao khát được khoác lên mình vỏ bọc của một khoáng chất. Cũng có những điểm phi lý nhỏ hơn. Nguyên tác không thể nhất quán xem unobtanium là một "hợp chất" hay là "Nguyên tố 120" (hai khái niệm này loại trừ lẫn nhau, và Nguyên tố 120 sẽ chỉ là một thực thể phù du tồn tại trong vài phần nghìn giây). Nguyên tác cũng hoàn toàn lờ đi một chi tiết chết người: một từ trường đủ mạnh để nhấc bổng hàng kilomet khối đá chắc chắn sẽ tạo ra những dòng điện cảm ứng mang tính hủy diệt bên trong cơ thể của bất cứ sinh vật nào bay lướt qua — con banshee, kỵ sĩ, người Na'vi. Các bộ phim không bao giờ giải thích tại sao vùng Iknimaya lại không phải là một nấm mồ. Tôi không nghĩ là có lời giải thích nào cả. Đó là cái giá phải trả cho một khung hình mãn nhãn.

Dẫu vậy, không điều nào trong số đó làm hỏng chương này. Trái lại, chúng càng mài dũa nó sắc bén hơn. Những ngọn núi là nơi mà câu chuyện của Pandora đã mượn tạm một mảnh ghép tuyệt đẹp của vật lý có thật, ban đầu áp dụng sai cơ chế, lặng lẽ đính chính nó, và sau đó đòi hỏi một điều luật bất khả thi — nhiệt độ phòng — để mọi thứ có thể hoạt động. Hiểu được phần nào là thực tế chính là sự khác biệt giữa việc bị đánh lừa và việc được truyền đạt kiến thức.

Cưỡi trên những dòng xoáy

Nhưng đây mới là sự thật cuối cùng về toàn bộ cơ chế này: bạn không cần phải du hành đến tận Alpha Centauri để tận mắt chứng kiến nó.

Ngay lúc này, có những khối kim loại nặng 500 tấn đang lao vun vút trên bầu trời, được nâng đỡ hoàn toàn nhờ cơ chế ghim từ thông. Chúng ta gọi chúng là tàu đệm từ maglev.

Phần lớn các hệ thống maglev đang hoạt động sử dụng điện từ học truyền thống — các từ trường liên tục biến thiên đòi hỏi sự kiểm soát gắt gao từ máy tính để duy trì trạng thái cân bằng. Nhưng tàu maglev siêu dẫn là có thật, và chúng sử dụng hiệu ứng Meissner để khước từ việc chạm vào đường ray, đồng thời dùng ghim từ thông để khóa chặt vị trí trên đó. Tàu L0 của Nhật Bản — sử dụng nam châm niobium-titanium, làm mát bằng heli lỏng — đã chở hành khách với vận tốc 603 km/h. Một nguyên mẫu nhiệt độ cao tại Thành Đô sử dụng ghim từ thông trực tiếp đến mức toa xe thụ động khóa mình phía trên đường ray nam châm vĩnh cửu mà không cần bất kỳ hệ thống điều khiển chủ động nào. Vẫn là sự tĩnh tại hoàn hảo không cần bàn tay can thiệp hệt như bản demo trong phòng thí nghiệm, nhưng được phóng to thành một cỗ máy mà bạn có thể ngồi lên.

Và các dòng điện chạy không hao hụt — phép màu thứ nhất — chính là lý do vì sao cỗ máy MRI có thể nằm im lìm trong tầng hầm bệnh viện, ôm trọn một từ trường khổng lồ, vững như bàn thạch mà không cần bơm thêm điện cho nam châm, và cũng là câu trả lời cho việc tại sao các nam châm dùng để "nhốt" plasma trong lò phản ứng nhiệt hạch có thể được chế tạo ra. Mỗi một cỗ máy ấy đều là hiện thân của những ngọn núi bay, được tháo rời thành những linh kiện mà chúng ta có thể tự tay chế tạo.

Đó chính là cú lừa ngoạn mục mà những ngọn núi bay dành cho bạn. Chúng phô diễn mình như thứ diệu kỳ nhất trên Pandora — những cảnh tượng thuần túy, những sự thêu dệt thuần túy. Vậy mà, hệ thống vật lý chống đỡ chúng lại là thứ chân thực nhất trong toàn bộ bộ phim: một hiện tượng chúng ta khám phá ra vào năm 1911, giải mã cặn kẽ vào năm 1957, và giờ đây ngồi trên đó để đi làm mỗi sáng. Các họa sĩ của Cameron đã vươn tới một hình ảnh bất khả thi và, gần như một cách tình cờ, lại vẽ ra một bức chân dung trung thành đến rợn ngợp về một trong những hiện tượng kỳ lạ nhưng chân thực nhất mà vũ trụ của chúng ta cho phép tồn tại.

Lần tới, khi một con banshee rẽ tung biển mây và một ngọn núi sừng sững lơ lửng ở cái nơi mà lẽ ra nó chẳng thể nào tồn tại, bạn cứ việc giữ nguyên sự kinh ngạc. Chỉ cần đặt nó vào đúng tọa độ của mình. Điều kỳ diệu chưa bao giờ nằm ở việc hòn đá phá vỡ các quy tắc. Điều kỳ diệu nằm ở chỗ, để treo lơ lửng cả một ngọn núi trên nền trời, vũ trụ chỉ cần dùng tới một định luật mà nó vốn dĩ đã sở hữu — và ở một nơi lạnh lẽo và tĩnh lặng hơn Pandora, nhân loại chúng ta đã tìm ra định luật đó trước tiên.