Nghiên Cứu Lịch Sử

Carlos Roa

Biên dịch: GaD

 Một khám phá gần đây có khả năng mở ra một thế giới dồi dào năng lượng, tàu đệm từ và chuyển đổi địa chính trị.

 Một sự phát triển gần đây đã làm rung chuyển cộng đồng khoa học trong hai tuần qua. Những người ủng hộ tuyên bố rằng chúng ta hiện có khả năng đứng trước bờ vực của một thời đại biến đổi về công nghệ có thể khiến mạng lưới điện và trình độ công nghệ hiện tại của chúng ta trở nên lỗi thời như điện báo.

Điềm báo của thời đại mới này? Chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng (Room-temperature superconductors, RTSC) – vật liệu dẫn điện với hiệu suất hoàn hảo mà không cần làm lạnh sâu. Nếu khả thi, thì sự xuất hiện của những chất siêu dẫn này không chỉ là một bước nhảy vọt về công nghệ; đó là một sự thay đổi mô hình có ý nghĩa quan trọng đối với nền kinh tế, chính sách quốc phòng và an ninh quốc gia cũng như tương lai của tiêu thụ năng lượng.

Tuy nhiên, trước tiên, chúng ta phải xác định liệu chất siêu dẫn này có thực sự được tạo ra hay không. Các nhà hoạch định chính sách và chuyên gia nên nhận thức được các sự kiện hiện đang diễn ra.

Cuộc truy tìm Chén Thánh

Hãy bắt đầu với một số khoa học cơ bản. Chất siêu dẫn, đúng như tên gọi, là vật liệu có thể dẫn điện mà không có điện trở. Nói cách khác, nó cho phép dòng điện chạy vô tận mà không bị mất năng lượng. So sánh điều này để nói, pin hiện đại, có thể mất tới 25% năng lượng được lưu trữ theo thời gian.

Nếu điều đó nghe có vẻ đáng kinh ngạc, thì đó là bởi vì nó là như vậy. Tuy nhiên, điều kỳ diệu này đi kèm với một lời cảnh báo: các chất siêu dẫn truyền thống chỉ hoạt động trong môi trường áp suất cao, nhiệt độ thấp giống như những chất được tìm thấy ở những nơi sâu nhất trong không gian vũ trụ, do đó hạn chế ứng dụng thực tế của chúng.

Bắt đầu về RTSC. Như tên gọi, đây là những chất siêu dẫn hoạt động ở nhiệt độ mà bạn thường thấy trong môi trường hàng ngày. Cuộc tìm kiếm sự phát triển triệt để này đã diễn ra trong nhiều thập kỷ, với các nhà vật lý và nhà khoa học vật liệu trên toàn cầu bị thu hút bởi chén thánh khoa học này như ong hút mật.

Tính đến cuối tháng trước, có vẻ như chiếc chén có thể – chỉ có thể thôi – đã được tìm thấy. Một nhóm nhà khoa học Hàn Quốc đã công bố các bài báo tuyên bố rằng họ đã phát triển một chất siêu dẫn áp suất khí quyển tiêu chuẩn, ở nhiệt độ phòng, sử dụng vật liệu dựa trên chì hiện được đặt tên là “LK-99”. Kết quả này được cho là đã được các nhà nghiên cứu Trung Quốc sao chép thành công. Các nhà vật lý khác trên khắp thế giới đang chạy đua để xem liệu họ có thể tạo ra LK-99 hoạt động được hay không. Bản in trước của Sinéad M. Griffin, nhà vật lý Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley, đưa ra lời giải thích về những gì các nhà khoa học Hàn Quốc đã thấy. Tuy nhiên, những nỗ lực khác để tái tạo kết quả chủ yếu đã thất bại. Trường Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại Đại học Beihang ở Trung Quốc đã cố gắng tái tạo quy trình của nhóm LK-99 nhưng gặp phải những kết quả khác nhau. Tương tự như vậy, một đội tại Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia của Ấn Độ cũng thất bại.

Do đó, ban thẩm định vẫn chưa biết liệu LK-99 có thực sự là một RTSC khả thi hay không – chúng ta vẫn còn rất sớm trong quá trình điều tra khoa học. Chúng ta phải đợi cho đến khi các phòng thí nghiệm, tổ chức quốc gia được công nhận và những tổ chức khác thử nghiệm kỹ lưỡng hơn quy trình này. Đơn giản là chúng ta sẽ không biết trong nhiều ngày, thậm chí có thể là vài tuần, liệu LK-99 có thực sự là hàng thật hay không. Tuy nhiên, ngay cả khi không phải như vậy, các kết quả hiện tại chỉ ra rằng, ít nhất, khám phá về hợp chất này “gợi ý các hướng nghiên cứu mới” về RTSC.

Một cuộc cách mạng khoa học…

Nhưng tạm thời chúng ta hãy giả sử rằng LK-99 thực sự là hàng thật. Hoặc, ít nhất, hiện nay đã có bằng chứng lý thuyết cho thấy RTSC là có thể và chúng ta sẽ có thứ thực sự được phát triển trong vòng một thập kỷ hoặc lâu hơn. Nếu vậy, tại sao điều này lại quan trọng với chúng ta?

Câu trả lời là các ứng dụng tiềm năng của chất siêu dẫn mới này, nếu khả thi, sẽ mang tính cách mạng.

Lưới điện hiện tại của chúng ta rò rỉ một lượng năng lượng khổng lồ dưới dạng nhiệt do điện trở trong dây dẫn. Bây giờ hãy hình dung một thế giới nơi các lưới điện hầu như không mất năng lượng trong quá trình truyền tải. RTSC có thể dẫn đến các đường dây điện “hoàn hảo”, nâng cao hiệu quả của cơ sở hạ tầng năng lượng của chúng ta, cắt giảm chi phí năng lượng hàng tỷ đô la, giảm lượng khí thải carbon và thúc đẩy sự phát triển của năng lượng tái tạo. Hơn nữa, thiết bị điện nhỏ hơn, hiệu quả hơn là có thể. Hãy nghĩ đến xe điện với phạm vi hoạt động được cải thiện đáng kể hoặc trung tâm dữ liệu tiêu thụ ít năng lượng hơn.

Hiệu ứng triệt để hơn nữa sẽ được cảm nhận trong các lĩnh vực khác nhau.

Trong giao thông vận tải, sự ra đời của RTSC có thể báo trước sự ra đời của các đoàn tàu tốc độ cao, được nâng lên bằng từ trường chạy với tốc độ chóng mặt với hiệu quả năng lượng chưa từng có – Thành phố New York đến Los Angeles trong vòng 20 phút . Điều này có thể cách mạng hóa cả việc đi lại giữa các thành phố và vận chuyển hàng hóa, giảm đáng kể thời gian đi lại và giao hàng đồng thời giảm đáng kể lượng khí thải liên quan đến giao thông vận tải.

Trong lĩnh vực công nghệ thông tin, những chất siêu dẫn này có thể xúc tác cho sự phát triển của máy tính lượng tử. Công nghệ này, mặc dù vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, hứa hẹn những khả năng tính toán khiến những siêu máy tính mạnh nhất hiện nay trở nên thô sơ. Với RTSC, điều này có thể trở nên phổ biến – có thể so sánh với siêu máy tính hiện đại tiên tiến nhất được cô đọng trong kích thước của một chiếc điện thoại thông minh.

Trong y học, RTSC sẽ thúc đẩy các ứng dụng công nghệ cao hiện có. Chất siêu dẫn điều chỉnh đã được sử dụng ở đây; họ là những nhà vô địch tiềm ẩn cung cấp năng lượng cho máy quét Hình ảnh Cộng hưởng Từ (MRI) cho phép các bác sĩ nhìn vào bên trong cơ thể con người với độ chi tiết chưa từng có, tất cả đều không có một vết rạch nào. Tuy nhiên, những thứ này đòi hỏi nhiệt độ đông lạnh để hoạt động. Theo lời của một kỹ sư, RTSC sẽ “làm cho MRI dễ tiếp cận hơn, giá cả phải chăng hơn và cũng tăng độ phân giải lên thang đo dưới micro mét. Autodocs cho tất cả.”

Tóm lại, tác động của RTSC có thể sẽ là một cơn địa chấn. Sự ra đời của những chất siêu dẫn này có thể mở ra một kỷ nguyên tăng trưởng công nghiệp chưa từng có, kích thích sự ra đời của các ngành công nghiệp hoàn toàn mới, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế và tạo ra hàng triệu việc làm trong các lĩnh vực từ công nghệ và vận tải đến năng lượng và chăm sóc sức khỏe. Các công ty khai thác công nghệ biến đổi này có thể nổi lên như những cường quốc kinh tế toàn cầu.

…và một cuộc cách mạng địa chính trị?

Nhưng có lẽ tác động lớn nhất nằm trong lĩnh vực an ninh quốc gia, quốc phòng và chính sách đối ngoại.

Các hệ thống quân sự phụ thuộc rất nhiều vào điện, từ hàng không mẫu hạm cho đến trang bị của từng người lính. RTSC có thể có nghĩa là các hệ thống năng lượng nhỏ gọn và hiệu quả hơn, pin nhẹ hơn và bền hơn, cũng như các hệ thống sonar và radar mạnh hơn. Khả năng triển khai sức mạnh trên toàn cầu của quân đội Mỹ sẽ được tăng cường đáng kể, cũng như khả năng duy trì các hoạt động ở các vùng sâu vùng xa của quân đội Mỹ.

Hơn nữa, khi quân đội trở nên điện khí hóa và kết nối nhiều hơn, tính dễ bị tổn thương của cơ sở hạ tầng năng lượng của nó trở thành một mối quan tâm nghiêm trọng. Cáp siêu dẫn có khả năng chống lại nhiều loại đứt gãy và về mặt lý thuyết thậm chí có thể được thiết kế để tự động “hồi phục” sau khi đứt, giúp cải thiện đáng kể khả năng phục hồi của mạng lưới điện quân sự.

Nói rộng hơn, RTSC có thể định hình lại các động lực địa chính trị toàn cầu bằng cách thay đổi tầm quan trọng chiến lược của các nguồn năng lượng. Nếu RTSC dẫn đến việc lưu trữ và truyền năng lượng tái tạo rẻ hơn, hiệu quả hơn, thì các quốc gia có nguồn tài nguyên tái tạo dồi dào có thể đạt được lợi thế chiến lược. Các nền kinh tế phụ thuộc vào dầu mỏ có thể thấy sức mạnh của họ suy yếu.

Tuy nhiên, một thế giới siêu dẫn không phải là không có những rủi ro đáng kể. Ứng dụng quân sự tiềm năng của chất siêu dẫn nhiệt độ phòng có thể dẫn đến một cuộc chạy đua vũ trang công nghệ mới. Các chính phủ trên toàn cầu sẽ nhanh chóng nhận ra tầm quan trọng chiến lược của công nghệ này và vội vàng đưa ra yêu sách, dẫn đến tranh chấp quốc tế về bằng sáng chế, chuyển giao công nghệ và tiếp cận thị trường. Sẽ có những tác động đáng kể đến an ninh quốc gia nếu các quốc gia khác làm chủ công nghệ này trước hoặc nếu Mỹ không đảm bảo chuỗi cung ứng của mình đối với các vật liệu quan trọng cần thiết để tạo ra RTSC.

Đây không phải là một triển vọng có thể xem nhẹ và các nhà hoạch định chính sách phải tính đến những cân nhắc này trong khi định hình chính sách.

Khi phép màu thành hiện thực

Cuộc tìm kiếm RTSC đã vẽ nên một bức tranh hấp dẫn về một tương lai có thể nằm trong tầm tay của chúng ta – một nơi mà năng lượng chảy tự do mà không bị thất thoát, các đoàn tàu cao tốc bay trên các đường ray từ trường vô hình và các máy tính lượng tử hoạt động trong các văn phòng trên toàn thế giới. Washington có lẽ có thể đẩy nhanh quá trình chuyển đổi này thông qua nhiều phương tiện: tăng tài trợ cho nghiên cứu và phát triển, ưu đãi thuế cho các công ty đầu tư vào công nghệ siêu dẫn và quan hệ đối tác công-tư chiến lược chia sẻ rủi ro tài chính và phần thưởng của công nghệ đột phá này.

Nhưng khoảnh khắc siêu dẫn, chẳng hạn như nó, cũng đặt ra cho chúng ta một thách thức ghê gớm: làm thế nào để khai thác tiềm năng biến đổi của công nghệ này trong khi điều hướng những căng thẳng địa chính trị và thách thức chính sách mà nó mang lại. Quá trình chuyển đổi siêu dẫn sẽ gây ra sự gián đoạn lớn, với toàn bộ các ngành công nghiệp trở thành con mồi của sự thay đổi công nghệ, các quốc gia giàu dầu mỏ và nghèo nàn về công nghệ đột nhiên tụt lại phía sau và những mối nguy hiểm mới đang xuất hiện.

Sự cân bằng phải đạt được là một sự cân bằng tinh tế, kết hợp động lực tăng trưởng kinh tế và ưu thế công nghệ với việc theo đuổi hợp tác quốc tế và tiến bộ bền vững. Điều đương nhiên là các nhà hoạch định chính sách phải cực kỳ cẩn thận trong nỗ lực này.

Cuối cùng, thời gian sẽ trả lời liệu LK-99 có phải là hàng thật hay không; một RTSC khả thi, với tất cả những gì ngụ ý như vậy.

Điều vô cùng mỉa mai là các nhà khoa học Hàn Quốc đứng sau LK-99 đã sử dụng chì. Có lẽ các nhà giả kim cổ đại đã đúng: chì có thể biến thành vàng.

Carlos Roa là Tổng biên tập của The National Interest .

Ảnh: Shutterstock.

https://nationalinterest.org/feature/have-we-created-philosopher%E2%80%99s-stone-policymakers-should-care-about-room-temperature