Vũng nước giả mà bạn thấy ở cuối đoạn đường thẳng vào trưa hè thật ra là ảnh của bầu trời. Lớp không khí sát mặt đường bị nung nóng nên loãng hơn lớp bên trên, và ánh sáng từ bầu trời đi xiên xuống bị bẻ cong dần ngược lên trước khi chạm đất, rồi đi vào mắt bạn từ phía dưới. Não thấy bầu trời ở chỗ mặt đường, và cách quen thuộc nhất để giải thích bầu trời in dưới đất là một mặt nước.
Chào bạn, đây là Nhà Vật Lý. Ai từng chạy xe trên quốc lộ miền Trung hay đường cao tốc mùa nắng đều đã gặp những vũng nước cứ lùi mãi phía trước, đến gần thì biến mất. Tập này mình giải thích ảo ảnh ấy, kéo dài câu chuyện khúc xạ ở tập trước sang một môi trường bất ngờ: chính không khí.
Không khí nóng và không khí lạnh bẻ ánh sáng khác nhau
Ở tập về khúc xạ, mình nói ánh sáng đổi hướng khi đi giữa hai môi trường có chiết suất khác nhau, như nước và không khí. Không khí cũng có chiết suất, rất gần một nhưng không đúng bằng một. Không khí càng đặc thì chiết suất càng lớn một chút.
Không khí nóng giãn nở, loãng hơn, nên chiết suất nhỏ hơn không khí mát. Chênh lệch này rất nhỏ, nhưng khi ánh sáng đi gần như là lướt ngang qua một lớp dày nhiều trăm mét, những chênh lệch nhỏ cộng dồn lại đủ làm tia sáng cong thấy rõ.
Trưa hè, mặt đường nhựa màu đen hấp thụ nắng và nóng hơn không khí rất nhiều. Nó nung lớp không khí ngay sát mặt đường. Từ mặt đường đi lên, không khí mát dần. Ta có một chồng lớp không khí mà càng xuống thấp càng loãng.
Khác với mặt nước có ranh giới rõ, ở đây chiết suất thay đổi từ từ, nên tia sáng không gãy khúc mà cong mềm như một đường cong.
Con đường của tia sáng tạo ra vũng nước giả
Hãy theo một tia sáng từ bầu trời xa, đi xiên xuống về phía mặt đường. Càng xuống thấp, nó càng đi vào không khí loãng hơn và đi nhanh hơn ở phía dưới, nên đường đi bị bẻ dần, cong lên. Nếu tia đi đủ xiên, nó cong lên trước khi chạm đất và đi tiếp vào mắt người lái xe.
Mắt và não lại làm điều quen thuộc: lần ngược tia sáng theo đường thẳng. Tia đến từ phía dưới, nên não đặt nguồn sáng ở trên mặt đường phía trước. Thứ ở đó là một mảng xanh trắng của bầu trời, run rẩy vì không khí nóng luôn xáo động.
Ở đâu ngoài đời ta thấy bầu trời nằm dưới mặt đất và lung linh như thế? Ở mặt nước. Thế là não kết luận phía trước có vũng nước. Đôi khi bạn còn thấy cả ảnh ngược của chiếc xe phía trước như in trên mặt nước.
Ảo ảnh chỉ xuất hiện khi nhìn rất xiên, tức là ở xa phía trước. Khi bạn tới gần, góc nhìn dốc hơn, tia sáng không còn cong kịp, vũng nước biến mất và lại xuất hiện ở xa hơn.
Ảo ảnh có phải là ảo giác không?
Ảo ảnh không phải trò của trí tưởng tượng. Đó là ánh sáng thật, đi theo đường thật, chỉ có đường đi không thẳng. Bạn hoàn toàn chụp ảnh được vũng nước giả bằng máy ảnh, vì máy ảnh cũng thu đúng những tia sáng đó.
Phần ảo nằm ở cách não diễn giải. Não không biết ánh sáng đã bị bẻ cong nên đặt hình ảnh vào chỗ sai. Đây là một trường hợp hiếm hoi giả định ánh sáng luôn đi thẳng của bộ não bị lật tẩy trước mắt mọi người.
Những câu chuyện người lạc trên sa mạc thấy hồ nước rồi chạy mãi không tới là cùng một hiện tượng. Cát nóng ban ngày tạo ra lớp không khí loãng sát mặt đất, và mảng trời lung linh trông như mặt hồ.
Hơi nóng bốc trên bếp than, trên nắp ca pô xe vừa chạy, hay trên đỉnh ống khói làm mọi thứ phía sau lung linh. Đó là các luồng khí nóng lạnh xen nhau, mỗi luồng bẻ ánh sáng một chút theo kiểu khác.
Ảo ảnh trên biển và những con tàu lơ lửng
Có một kiểu ảo ảnh ngược lại, khi lớp không khí sát mặt nước lạnh hơn lớp bên trên, thường gặp trên vùng biển lạnh. Lúc đó tia sáng bị bẻ cong xuống, và những vật ở xa, kể cả những vật nằm khuất dưới đường chân trời, có thể hiện lên như đang lơ lửng phía trên mặt biển.
Người đi biển xưa đã kể về những con tàu bay, những hòn đảo hiện lên rồi biến mất. Một phần trong các câu chuyện đó có thể giải thích bằng ảo ảnh kiểu này. Một dạng ảo ảnh phức tạp làm hình ảnh bị kéo dài, xếp chồng thành như những lâu đài được gọi bằng một cái tên lấy từ truyền thuyết châu Âu là Fata Morgana.
Ở vùng biển nhiệt đới Việt Nam, kiểu ảo ảnh vũng nước trên bãi cát nóng hay trên đường ven biển gặp nhiều hơn. Thỉnh thoảng nhìn ra xa trên mặt biển phẳng lặng, bạn có thể thấy đường chân trời hơi gợn và những con thuyền xa như bị bóp méo.
Hiện tượng này nhắc ta rằng bầu khí quyển không phải một tấm kính trong suốt hoàn hảo, mà là một môi trường luôn chuyển động, luôn bẻ ánh sáng một chút.
Khi chạy xe đường dài vào trưa nắng
Ảo ảnh vũng nước không nguy hiểm, nhưng nó che bớt những gì nằm ở chỗ nó xuất hiện. Một chiếc xe nhỏ hay một chướng ngại thấp ở rất xa có thể bị lẫn vào mảng sáng lung linh đó.
Trưa nắng cũng là lúc mặt đường nóng, lốp xe nóng và người lái dễ buồn ngủ. Giữ khoảng cách, nghỉ ngơi sau mỗi chặng dài, uống đủ nước là những việc quan trọng hơn mọi kiến thức quang học.
Nếu thấy một vũng nước thật trên đường nóng mà không có mưa, hãy coi chừng. Đó có thể là dầu, nước rỉ từ xe tải hay một vũng thật, và nó không biến mất khi bạn tới gần.
Câu hỏi để bạn nghĩ tiếp: các sao trên trời nhấp nháy cũng là vì ánh sáng đi qua những luồng không khí nóng lạnh xáo động. Vậy vì sao các hành tinh sáng như sao Kim lại nhấp nháy ít hơn hẳn các ngôi sao?
Câu hỏi thường gặp
Có chụp được ảnh ảo ảnh vũng nước không?
Có. Ảo ảnh là ánh sáng thật đi theo đường cong, nên máy ảnh hay điện thoại đều chụp được. Dùng ống kính zoom và đứng thấp sát mặt đường sẽ thấy rõ hơn.
Vì sao ảo ảnh vũng nước hay gặp trên đường nhựa?
Mặt đường nhựa màu đen hấp thụ nắng rất tốt, nóng nhanh và nung lớp không khí sát nó. Đường thẳng và phẳng cũng cho phép bạn nhìn rất xiên về phía xa, điều kiện cần để ảo ảnh xuất hiện.
Ảo ảnh có liên quan gì tới hơi nước bốc lên từ mặt đường?
Không. Ảo ảnh vũng nước xuất hiện cả trên đường hoàn toàn khô. Nó do chênh lệch nhiệt độ của không khí, không cần chút hơi nước nào.
Vì sao vũng nước giả lùi dần khi xe chạy tới?
Ảo ảnh chỉ xuất hiện ở góc nhìn rất xiên. Khi xe đến gần, góc nhìn xuống chỗ đó dốc hơn và tia sáng từ trời không còn cong kịp vào mắt, nên vũng nước biến mất và chỉ còn thấy ở đoạn xa hơn.
Sa mạc có thật sự làm người lạc thấy hồ nước không?
Có. Cát nóng tạo lớp không khí loãng sát mặt đất, và hình ảnh bầu trời lung linh dưới thấp trông rất giống mặt hồ. Người khát và mệt càng dễ tin đó là nước thật.
