Thủy tinh có mặt khắp nơi trong cuộc sống, từ những vật dụng thông thường như bóng đèn, màn hình, kính xe hơi cho đến các dụng cụ chuyên ngành phức tạp như kính viễn vọng hay lớp vỏ bao bọc phi thuyền con thoi. Thủy tinh không phải là sản phẩm của thời hiện đại mà từng được dùng cách đây hàng ngàn năm…
“Phù thủy” thủy tinh Paul Stankard (paulstankard.com)
Người ta cho rằng thời La Mã vào năm 50 trước Công nguyên, thủy tinh đã xuất hiện trong đời sống, được thổi thành nhiều dụng cụ tiện dụng. Thậm chí, một số nhà khoa học còn cho rằng thủy tinh nhân tạo đã có mặt trước đó rất lâu. Sử gia Pliny kể rằng có một nhóm thủy thủ Phoenicia khi chuẩn bị nấu ăn tại một bờ biển đã không tìm được đá hòn để dựng bếp; cuối cùng, họ lấy từ trong túi hàng vài viên natron – một loại alkali thời đó dùng ướp xác chết – để dựng bếp nấu. Khi natron – lẫn với cát bãi biển – bị nóng đã chảy ra thành nước rồi đặc cứng lại sau khi nguội. “Và đó là nguồn gốc của thủy tinh…” – Pliny viết.
Tuy nhiên, các nhà khoa học hiện nay không dễ dàng chấp nhận câu chuyện như vậy khi nói về nguồn gốc thủy tinh. Một số nghiên cứu đáng tin cậy cho biết thủy tinh được chế tạo vào khoảng thiên niên kỷ thứ ba trước khi Chúa ra đời, tại Lưỡng Hà [Mesopotamia]. L. David Pye – giám đốc trung tâm nghiên cứu thủy tinh thuộc Ðại học Alfred ở New York – nói một bản cổ văn được tìm thấy tại Lưỡng Hà ghi rằng: “Dùng 60 phần cát, 180 phần tro đốt của thực vật biển, 5 phần đá phấn; trộn và nung hỗn hợp này thì sẽ có thủy tinh”. Ngoài thủy tinh nhân tạo, trong thiên nhiên cũng có thủy tinh tự nhiên, hình thành từ các đợt núi lửa phun. Với tính chất rắn cực kỳ, thủy tinh tự nhiên được người thượng cổ biết đến và dùng làm công cụ cách đây hơn một triệu năm.
Cho dù thuộc loại nhân tạo hay tự nhiên, thủy tinh không thể không có mặt trong đời sống. Một trong những ứng dụng của thủy tinh trong ngành kỹ thuật cao là sợi quang học dẫn truyền tín hiệu âm thanh và tivi đi khắp nơi với tốc độ ánh sáng. Với sợi quang thủy tinh, người ta quan sát được các vật thể siêu nhỏ như vi khuẩn chẳng hạn. Thế hệ sợi quang thủy tinh mới nhất có thể giúp nhà nghiên cứu xem xét cấu trúc tế bào, khi dùng trong kính hiển vi quang quét cận trường (near-field scanning optical microscope), hoặc quan sát vật thể có kích thước bằng 1/2,000,000 của một inch (1 inch = 2.54cm). Công nghiệp sản xuất sợi quang đã tiến với nhiều bước ngoặt quan trọng, cho ra loại thủy tinh “tinh khiết” đến nỗi 1% của xung động ánh sáng có thể di chuyển 1km trong nó. Cũng cần nhắc lại là cách đây không lâu, sợi quang chỉ cho phép ánh sáng di chuyển trong quãng đường tối đa vài chục mét. Sợi quang có thể truyền dẫn lượng thông tin nhiều gấp 32,000 lần so với dây đồng.
Tác phẩm Dragonfly Coupe (Pinterest)
Với hạt thủy tinh nhỏ bằng 1/3 bề dày sợi tóc chứa chất bức xạ, người ta không còn lo ngại các khối u trong cơ thể. Bệnh nhân không cần lên bàn mổ vì hạt thủy tinh mang bức xạ được tiêm vào cơ thể qua mạch máu sẽ phá tan khối u. Sau khoảng hai ba tuần, khi phóng hết bức xạ để tiêu diệt khối u, hạt thủy tinh nằm vô hại vĩnh viễn trong cơ thể.
Còn thủy tinh gốm (glass ceramic) được dùng làm “mũ che” cho tên lửa hoặc lớp phủ bảo vệ răng. Các hạt thủy tinh nhỏ xíu chứa liều bức xạ nhỏ được ứng dụng trong y học và một loại thủy tinh mới đang được nghiên cứu làm lớp vỏ bọc chất thải hạt nhân với độ an toàn gần như tuyệt đối. Sợi quang thủy tinh và màn hình tinh thể lỏng đã góp phần thúc đẩy ngành sản xuất thủy tinh Mỹ phát triển, với doanh nghiệp trị giá 16 tỷ USD cùng 150,000 công nhân. Chỉ trong ngành sản xuất bóng đèn, mỗi năm ở Mỹ khoảng 1.8 tỷ bóng đèn đã được sản xuất.
Bí mật về tính linh hoạt của thủy tinh nằm trong cấu trúc bên trong của nó. Tuy rắn nhưng các nguyên tử trong cấu trúc thủy tinh được phân bổ không theo trật tự nhất định, mang tính chất giống như chất lỏng. Chính nhờ tính linh hoạt này thủy tinh dễ dàng được uốn nắn theo ý muốn: có thể được tạo thành một tấm gương khổng lồ hay sợi quang nhỏ xíu. Ngoài ra, cũng với tính linh hoạt của thủy tinh, người ta có thể thêm vài chất hóa học khác vào thành phần trong quy trình chế tạo để làm ra nhiều loại thủy tinh khác nhau dùng trong các mục đích khác nhau. Chẳng hạn, để có loại thủy tinh sáng lấp lánh, người ta thêm oxide chì hay oxide barium; để có loại thủy tinh chịu nhiệt cao, thêm vào oxide boric; thủy tinh xanh, thì thêm chromium và đồng. Hiện có khoảng 750 loại thủy tinh khác nhau và hàng trăm ngàn sản phẩm có dùng thủy tinh (trong vài bộ phận). Ðặc biệt nhất là kỹ thuật chế tạo loại thủy tinh rắn như kim cương. Thủy tinh lỏng khi cho vào hồ chứa nước hay dầu sẽ biến thành hạt thủy tinh có bề mặt cực rắn bởi gặp lạnh bất ngờ. Hiện tại, bằng kỹ thuật pha trộn hóa chất vào công thức chế tạo, người ta có thể tạo được loại thủy tinh chịu được áp lực 22,000 pound/inch vuông (gần 11 tấn/6.452cm2).
Giới nghiên cứu đang tập trung vào loại thủy tinh chịu nhiệt cao, không dãn nở. Có thể trong một ngày không xa động cơ xe hơi sẽ toàn bằng thủy tinh, với tính ưu việt là không làm nóng máy xe. Các nhà khoa học ở South Carolina thì nghiên cứu loại thủy tinh dùng làm lớp vỏ bao bọc chất thải hạt nhân. Bởi mang đặc tính lý-hóa giống như đá núi lửa, khối thủy tinh loại này có độ an toàn gần như tuyệt đối. Nỗi lo ngại rò rỉ chất thải hạt nhân sẽ biến mất. Một tiện lợi khác là người ta có thể quan sát bên trong “nhà kính” chứa chất thải hạt nhân từ khoảng cách xa. Ứng dụng lớn nhất của thủy tinh là sản xuất máy tính quang học, có thể lưu trữ khối lượng thông tin cực lớn và có tốc độ xử lý thông tin bằng vận tốc ánh sáng! Một trong những ứng dụng đáng chú ý nhất của thủy tinh là làm lớp bảo vệ phi thuyền. Phi thuyền con thoi Columbia có lớp bảo vệ thủy tinh đặc biệt lắp ngay dưới bụng. Ðó là các mảnh vuông vức làm bằng thủy tinh gốm có thể chịu được các va chạm mạnh.
Ngoài các ứng dụng khoa học, thủy tinh còn được dùng như là chất liệu tuyệt hảo trong nghệ thuật. Ðầu một vị vua Ai Cập làm bằng thủy tinh xanh trông hệt như đá hoa cương được làm từ thời cổ đại cách đây hơn 3,000 năm là một trong những kiệt tác thủy tinh vô giá mà ngày nay người ta còn giữ lại được. Các nhà khảo cổ cho rằng vị vua Ai Cập đó có thể là Amenhotep II, cai trị vào khoảng năm 1400 trước Công nguyên. Nghệ thuật dùng thủy tinh để tạo ra hạt chuỗi giả đá quý từng tồn tại ở khu vực Lưỡng Hà từ năm 2500 trước Công nguyên. Thời đó, chỉ giới quý tộc giàu có mới đủ khả năng mua các tác phẩm nghệ thuật thủy tinh.
Từ thời trước Công nguyên, người ta đã tìm được kỹ thuật nấu chảy thủy tinh để tạo nên những vật dụng sinh hoạt và tác phẩm nghệ thuật. Thật khó có thể tưởng tượng được rằng với kỹ thuật nấu thô sơ, nghệ nhân thời đó đã làm những sợi thủy tinh mảnh mai có dạng xoắn ốc rồi cho uốn quanh cái lọ. Nhưng kỹ thuật nấu chảy và đúc bằng khuôn biến mất dần từ sau thế kỷ thứ nhất trước Công nguyên, khi kỹ thuật thổi thủy tinh ra đời. Từ đó, vũ điệu ánh sáng thật sự hình thành. Hàng loạt vật dụng như bình nước hoặc ly cốc – trước kia bằng vàng hoặc bạc – bắt đầu được làm toàn bằng thủy tinh với vô số hình dạng vượt cả sức tưởng tượng điên loạn nhất của con người.
Tranh kính màu nhà thờ thời Trung cổ (Wikipedia)
Vũ điệu ánh sáng càng lúc trở nên “cuồng nhiệt” khi người ta tìm được cách pha màu trong quy trình chế tạo hay sáng tác. Muốn có màu hổ phách, người ta thêm chút bạc; màu hồng-vàng có được bằng cách cho vàng thật vào; màu xanh thì pha thêm một ít chromium và đồng… Nghệ thuật thủy tinh màu phát triển rực rỡ vào thời Trung cổ, thể hiện rõ nhất trong phong cách trang trí giáo đường. Ví dụ như giáo đường Sainte Chapelle ở Ile de la Cité của Paris được khánh thành năm 1248. Thời Cách mạng Pháp, toàn bộ kiệt tác kiến trúc của Sainte Chapelle gần như bị thiêu hủy nhưng sau đó được trùng tu vào giữa thế kỷ XIX dưới thời vua Louis Philippe, nhờ bàn tay của Duban và Lassus. Với các ô kính màu và tranh tường được cắt ghép tinh xảo, Sainte Chapelle trông như một kiệt tác khổng lồ làm bằng thủy tinh, đẹp đến độ một nhà thần học thời thế kỷ XIV đã mệnh danh đó là “một trong những chốn đẹp nhất Thiên đàng”.
Sau thời Trung cổ, nghệ thuật thủy tinh màu bỗng mất sức thu hút và mãi đến cuối thế kỷ XIX thì vũ điệu ánh sáng mới lấy lại sức sống. Những danh họa như Matisse, Chagall hay Braque đều bị thủy tinh màu ám ảnh và đỉnh cao nhất của sự sáng tạo đã xuất hiện từ bộ óc phong phú của Louis Comfort Tiffany (sinh năm 1848, Mỹ). Ðến nay, giới nghệ thuật vẫn xem Tiffany là bậc thầy tuyệt nhất về nghệ thuật thủy tinh màu.
Ngoài Tiffany, còn có Emile Gallé (Pháp), với những tác phẩm ẩn hiện hình ve sầu, bướm hoặc sâu. Khi xem tác phẩm Dragonfly Coupe ra đời năm 1903 của Gallé, người ta có cảm tưởng con chuồn chuồn (làm bằng thủy tinh nâu nằm trên vành cái tách) như muốn vụt cánh bay ra. Nghệ nhân Flavio Poli (Venice, Ý) thì nổi tiếng với kỹ xảo pha cobalt và nhiều kim loại khác vào thủy tinh để tạo ra đủ loại màu sắc kỳ lạ. Hiện nay, một trong những nghệ nhân thủy tinh màu được biết đến nhiều nhất là Paul Stankard ở Mantua (New Jersey, Mỹ). Chỉ với ngọn lửa và cái kẹp nhỏ, Paul có thể tạo ra cánh hoa, nhụy hoa, cuống, cành… rồi sau đó ghép lại thành một đóa hoa thủy tinh bất tử với thời gian. Paul còn có thể tạo ra cả một khu rừng thu nhỏ đủ sắc màu, cũng chỉ bằng tuyệt kỹ hàn ghép thủy tinh màu. Công phu hơn, Paul có thể làm ra những vật thật bé như sợi lông trên thân con ong. Tác phẩm hoa thủy tinh của Paul thường được bỏ kín trong một khối thủy tinh trong suốt.
MK
Orange County, CA
