Trước thế kỷ 17, "nóng" và "lạnh" chỉ là cảm giác. Một bác sĩ muốn biết bệnh nhân có sốt hay không chỉ có cách đặt tay lên trán; một nông dân muốn đoán thời tiết chỉ biết ngước nhìn trời. Không đo được thì không thể so sánh, ghi chép hay dự báo. Chiếc nhiệt kế ra đời đã biến nhiệt độ thành một con số — và từ con số tưởng chừng đơn giản đó, cả y học lẫn khí tượng học đều thay đổi mãi mãi.
Từ dụng cụ không vạch chia của Galileo
Khoảng năm 1593, Galileo Galilei chế tạo một dụng cụ gọi là nhiệt nghiệm (thermoscope): một bình thủy tinh nối với ống dài cắm xuống chậu nước. Không khí trong bình nóng lên thì nở ra, đẩy mực nước xuống; lạnh đi thì co lại, mực nước dâng lên. Dụng cụ này cho thấy nhiệt độ đang thay đổi, nhưng nó không có thang chia nên không đọc ra được con số nào, và nó còn bị ảnh hưởng bởi áp suất khí quyển.
Bác sĩ người Italy Santorio Santori, bạn của Galileo, là một trong những người đầu tiên gắn thang chia vào loại dụng cụ này đầu thế kỷ 17 và dùng nó đo thân nhiệt bệnh nhân. Đến năm 1654, Đại công tước Ferdinand II xứ Tuscany cho chế tạo nhiệt kế chất lỏng đựng trong ống thủy tinh hàn kín, dùng rượu làm chất lỏng cảm nhiệt, không còn phụ thuộc vào áp suất không khí nữa. Đây mới là chiếc nhiệt kế đúng nghĩa đầu tiên trong lịch sử.
Fahrenheit, Celsius và cuộc cạnh tranh thang đo
Bước nhảy về độ chính xác đến từ Daniel Gabriel Fahrenheit, một thợ chế tạo dụng cụ sinh tại Danzig (nay là Gdańsk, Ba Lan), sống và làm việc tại Amsterdam. Năm 1714, ông chế tạo chiếc nhiệt kế thủy ngân đầu tiên cho kết quả đáng tin cậy và lặp lại được giữa các dụng cụ khác nhau. Thang đo ông công bố năm 1724 lấy 0 độ là nhiệt độ của hỗn hợp băng và muối — mức lạnh nhất ông tạo ra được — 32 độ là điểm nước đóng băng, và khoảng 96 độ là thân nhiệt con người.
Năm 1742, nhà thiên văn học Thụy Điển Anders Celsius đề xuất một thang đo chia 100 độ giữa điểm sôi và điểm đóng băng của nước — nhưng theo chiều ngược hẳn với ngày nay: 0 độ là nước sôi, còn 100 độ mới là nước đóng băng. Chỉ sau khi Celsius qua đời, thang đo mới được lật lại; việc này thường được gắn với nhà thực vật học Carl Linnaeus. Năm 1848, Lord Kelvin đề xuất thang tuyệt đối bắt đầu từ độ không tuyệt đối, đặt nền tảng cho thang Kelvin dùng trong khoa học ngày nay.
Nhiệt kế hoạt động như thế nào
Hầu hết nhiệt kế cổ điển hoạt động nhờ hiện tượng nở vì nhiệt: chất lỏng như thủy ngân hoặc rượu nhuộm màu khi nóng lên sẽ nở ra nhiều hơn ống thủy tinh chứa nó, nên cột chất lỏng dâng lên trong một ống mao dẫn rất hẹp. Chính vì ống hẹp, một thay đổi thể tích nhỏ xíu cũng biến thành một đoạn cột dài dễ đọc, và các vạch chia trên thân nhiệt kế dịch chuyển động đó thành con số nhiệt độ cụ thể.
Nhiệt kế hiện đại đa dạng hơn nhiều: nhiệt kế điện tử đo sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ, nhiệt kế hồng ngoại đo bức xạ nhiệt phát ra từ trán hoặc màng nhĩ mà không cần chạm da, còn cặp nhiệt điện trong công nghiệp chịu được mức nhiệt hàng nghìn độ trong lò luyện kim.
Nhiệt kế đã thay đổi y học và đời sống ra sao
Trong y học, cột mốc lớn đến vào năm 1868, khi bác sĩ người Đức Carl Wunderlich công bố dữ liệu đo thân nhiệt của khoảng 25.000 bệnh nhân, xác lập thân nhiệt trung bình của con người vào khoảng 37°C và chứng minh diễn biến của cơn sốt là manh mối quý giá để theo dõi bệnh tật. Trước đó, nhiệt kế dùng trong bệnh viện dài tới 30 cm và mất khoảng 20 phút mới cho kết quả; năm 1866, bác sĩ người Anh Thomas Allbutt rút gọn nó xuống còn khoảng 15 cm với thời gian đo vài phút, biến việc đo thân nhiệt thành thói quen hằng ngày ở bệnh viện.
Ngoài bệnh viện, nhiệt kế giúp chuẩn hóa việc đo đạc thời tiết trên toàn cầu: mạng lưới trạm khí tượng, bản tin dự báo và hồ sơ khí hậu kéo dài hơn một thế kỷ đều bắt đầu từ những con số nhiệt độ được đo thống nhất. Từ nấu ăn an toàn, bảo quản vắc-xin trong dây chuyền lạnh, đến điều khiển lò công nghiệp — tất cả đều dựa trên cùng một nguyên lý đo đơn giản ấy.
Sự thật thú vị ít người biết
- Thang Celsius ban đầu chạy ngược hoàn toàn: 0 độ là điểm sôi của nước và 100 độ là điểm đóng băng; thang đo chỉ được lật lại sau khi chính Celsius đã qua đời.
- Con số 37°C nổi tiếng chỉ là một giá trị trung bình thống kê của thế kỷ 19; các nghiên cứu gần đây cho thấy thân nhiệt trung bình của người hiện đại thấp hơn một chút, quanh mức 36,6°C, và còn dao động theo giờ, tuổi tác, giới tính.
- Nhiệt kế thủy ngân đang dần biến mất khỏi bệnh viện và các gia đình, vì thủy ngân là chất độc nguy hiểm nếu nhiệt kế bị vỡ; nhiệt kế rượu và nhiệt kế điện tử đã thay thế chúng.
Hiểu lầm thường gặp
Hiểu lầm: "Galileo là người phát minh ra nhiệt kế." Galileo chỉ làm ra nhiệt nghiệm không có thang đo. Để có một chiếc nhiệt kế thật sự cần thêm thang chuẩn và ống hàn kín — thành quả của nhiều người trong hơn nửa thế kỷ sau ông. Gắn toàn bộ công lao cho một cái tên là cách kể chuyện tiện lợi, nhưng không đúng với lịch sử của dụng cụ này.
Hiểu lầm: "Thân nhiệt bình thường của mọi người đều đúng 37°C." Đây là giá trị trung bình, không phải một hằng số sinh học. Người khỏe mạnh có thể dao động trong khoảng 36,1 đến 37,2°C tùy từng người và thời điểm đo; bác sĩ đánh giá cơn sốt dựa trên cả mức tăng so với thân nhiệt thường ngày của từng người lẫn các triệu chứng đi kèm.
Hiểu lầm: "0°C là nhiệt độ lạnh nhất có thể." Điểm đóng băng của nước chẳng qua là mốc tiện dụng trên thang đo do con người đặt ra. Giới hạn lạnh thật sự là độ không tuyệt đối, ở mức −273,15°C, nơi chuyển động nhiệt của các phân tử gần như ngừng hẳn — và không một nhiệt kế chất lỏng nào hoạt động nổi ở gần mức đó.
0 bình luận