Polywater: Vì sao “loại nước mới” từng làm giới khoa học chao đảo?

Polywater từng được xem là một dạng nước mới vì nó đặc hơn, nhớt hơn, đóng băng ở nhiệt độ thấp hơn và sôi ở nhiệt độ cao hơn nước thường. Nhưng cuộc chạy đua quanh chất lỏng này cuối cùng cho thấy điều gây kinh ngạc không nằm trong cấu trúc mới của nước, mà trong những tạp chất rất nhỏ đã lọt vào mẫu. [1]

Câu chuyện bắt đầu từ một ống thủy tinh có đường kính chỉ tương đương sợi tóc. Nó đặt ra một câu hỏi trung tâm: khi một mẫu vật biểu hiện những tính chất trái với hiểu biết hóa học, đâu là lúc ta đang đứng trước phát hiện mới, và đâu là lúc dụng cụ thí nghiệm đang đánh lừa mình? [1]

Giọt chất lỏng tách thành hai phần

Đầu những năm 1960, Nikolai Fedyakin nghiên cứu sự bay hơi của nước trong những hình dạng vật chứa khác nhau. Ông ngưng tụ hơi nước tinh khiết trong một ống thủy tinh rất hẹp, bịt kín rồi để thẳng đứng. Vài tuần sau, dưới kính hiển vi, cột chất lỏng dường như chia thành hai vùng, giống như dầu và giấm không hòa vào nhau. [1]

Phần nằm dưới đáy có vẻ đặc hơn nước thông thường. Lượng mẫu nhỏ đến mức khó quan sát và khó phân tích, nên Fedyakin chủ yếu có thể ghi nhận hình dạng cùng độ đặc tương đối của nó. Điều quan sát được lúc này chưa nói rằng nước đã biến thành chất mới; nó chỉ cho thấy một hiện tượng bất thường cần được lặp lại và tìm nguyên nhân. [1]

Những đặc tính khiến giả thuyết nước mới hấp dẫn

Boris Deryagin, giám đốc Viện Hóa lý ở Moskva, hợp tác với Fedyakin và mở rộng nghiên cứu. Nhóm của ông báo cáo rằng chất lỏng này đặc hơn nước thường, đông ở khoảng âm 40 độ Fahrenheit và sôi gần 400 độ Fahrenheit. Nó cũng được cho là nở nhiều hơn khi đun nóng và làm lệch ánh sáng theo cách khác. [1]

Các dấu hiệu ấy dễ tạo thành một câu chuyện thuyết phục: nếu cùng là H2O nhưng có tính chất vật lý khác hẳn, có lẽ các phân tử đã sắp xếp thành một mạng lưới đặc biệt. Deryagin gọi nó là “nước biến đổi” và cho rằng đây có thể là dạng nước ổn định hơn, có khả năng khiến nước tiếp xúc với nó dần biến đổi theo. [1]

Tuy nhiên, đây là bước chuyển từ quan sát sang diễn giải. Muốn biết một chất có thật sự là dạng mới của nước hay không, việc đo điểm sôi hoặc độ nhớt vẫn chưa đủ. Cần xác định thành phần hóa học và cấu trúc phân tử của nó. [1]

Từ phòng thí nghiệm địa phương đến cuộc tranh luận quốc tế

Năm 1966, Deryagin trình bày công trình tại một hội nghị ở Đại học Nottingham, nhưng bài nói ban đầu không tạo ra sự chú ý lớn. Brian Pethica, giám đốc một phòng thí nghiệm nghiên cứu của Unilever, sau đó làm theo hướng dẫn và báo cáo những tính chất tương tự. Nhóm này không xác định được thành phần của chất lỏng vì mẫu quá ít, dù vẫn thấy nó có độ đặc giống gel. [1]

Các nhà nghiên cứu Anh thận trọng nghi ngờ thủy tinh có thể giải phóng silicat vào mẫu. Giả thuyết ấy chưa giải thích trọn vẹn mọi trường hợp, bởi Deryagin từng dùng ống thạch anh, nơi sự thôi nhiễm được cho là khó xảy ra hơn. Chính khoảng trống này khiến câu chuyện tiếp tục mở: dấu hiệu lạ có thể đến từ cấu trúc nước, vật chứa, hay một nguồn nhiễm bẩn khác? [1]

Khi công trình được đăng trên Nature, các nhà khoa học Mỹ chú ý hơn. Năm 1969, một nhóm do Ellis Lippincott phối hợp với Robert Stromberg và Warren Grant công bố kết quả quang phổ mà họ diễn giải là cho thấy một chất chưa từng biết. Từ đó, tên gọi Polywater, tức nước polyme, được dùng rộng rãi. [1]

Một kết quả đẹp vẫn có thể dẫn đến sai lầm

Giả thuyết Polywater hấp dẫn vì nó nối được nhiều mảnh ghép: độ nhớt cao, sự giãn nở khác thường và một phổ không khớp ngay với chất quen thuộc. Nhưng mẫu quá nhỏ lại tạo ra vấn đề ngược đời. Mẫu càng ít, việc tìm dấu vết tạp chất càng khó; trong khi chỉ một lượng rất nhỏ chất lạ cũng có thể làm thay đổi kết quả đo. [1]

Tại hội nghị của Hội Hóa học Mỹ năm 1970, các phòng thí nghiệm bắt đầu báo cáo những kết quả không thống nhất. Lippincott cho biết ông gặp khó khăn khi lặp lại kết quả trước đó. Denis Rousseau và cộng sự phát hiện mẫu có nhiều thành phần như natri, kali, carbon, oxy và clorua. Khi chiếu laser, mẫu chuyển màu nâu và cháy, dấu hiệu khó phù hợp với cách giải thích rằng đó chỉ là các phân tử nước xếp thành mạng lưới mới. [1]

Điểm đáng chú ý là các nhà ủng hộ Polywater không nhất thiết thiếu năng lực hay thiếu dữ liệu. Họ có nhiều phép đo vật lý, nhưng chưa có phép phân tích thành phần đủ đáng tin. Một chuỗi kết quả cùng hướng có thể củng cố niềm tin, dù nguyên nhân chung của chúng vẫn chưa được nhận ra. [1]

Khi nguồn tạp chất lộ diện

Rousseau tìm cách kiểm tra giả thuyết nhiễm bẩn bằng một thí nghiệm có tính minh họa mạnh: ông đưa mẫu mồ hôi vào máy quang phổ. Kết quả có phổ phù hợp với mẫu Polywater trước đó. Theo cách giải thích được công bố năm 1971, các hạt aerosol từ cơ thể có thể bám vào bên trong ống thủy tinh chứa một lượng nước cực nhỏ, tạo ra chất lỏng có biểu hiện bất thường. [1]

Nói đơn giản, mẫu không phải một dạng nước mới mà là nước bị bẩn ở mức đủ để làm sai lệch phép đo. Deryagin sau đó thừa nhận các thí nghiệm mới không ủng hộ giả thuyết về nước bất thường hay nước polyme. Cuộc tranh luận khép lại khi những người ủng hộ không còn giữ được lời giải thích ban đầu. [1]

Bài học của Polywater không phải rằng mọi phát hiện lạ đều đáng ngờ. Điều quan trọng hơn là phải tách ba câu hỏi: hiện tượng có lặp lại không, mẫu chứa gì, và cách giải thích nào phù hợp với tất cả dữ liệu. Một tính chất đo được có thể là thật, nhưng nguyên nhân của nó vẫn có thể bị hiểu sai. [1]

Khoa học tự sửa sai bằng cách nào?

Polywater từng thu hút cả báo chí, công chúng và sự quan tâm thời Chiến tranh Lạnh. Nỗi lo chất lỏng này có thể biến mọi nguồn nước thành một dạng mới cho thấy một giả thuyết trong phòng thí nghiệm có thể nhanh chóng bị kéo ra khỏi phạm vi bằng chứng ban đầu. Khi câu chuyện càng lớn, áp lực chứng minh càng tăng, nhưng áp lực ấy không thay thế được phép phân tích đúng. [1]

Quá trình sửa sai diễn ra qua những thao tác rất cụ thể: lặp lại thí nghiệm, so sánh giữa các phòng thí nghiệm, truy tìm tạp chất và đối chiếu kết quả với hành vi hóa học quen thuộc. Không có một khoảnh khắc duy nhất khiến mọi người lập tức đồng ý. Có sự hoài nghi, phản biện, kết quả thất bại và cả sự thay đổi quan điểm của những người từng tin vào giả thuyết. [1]

Nhìn lại, giọt chất lỏng trong ống mao quản vẫn là một quan sát đáng nhớ. Điều thay đổi là cách hiểu về nó. Polywater không trở thành một chương mới của hóa học nước, nhưng trở thành một ví dụ rõ ràng về ranh giới giữa hiện tượng bất thường và lời giải thích quá sớm. [1]