Đi tìm những người kĩ sư vũ trụ

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

56
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'đi tìm những người kĩ sư vũ trụ', tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đi tìm những người kĩ sư vũ trụ

Đi tìm nh ng ngư i kĩ sư vũ tr Bruce Dorminey T trư c n nay ã th t b i trư c vi c tìm b ng ch ng cho nh ng n n văn minh ngoài a c u b ng cách tìm ki m s truy n phát sóng vô tuy n c a h , nhưng m t s nhà v t lí v n cho r ng th t là áng bõ công vi c s c s o b u tr i tìm ki m nh ng d u hi u c a công trình xây d ng thiên văn c a h , như Bruce Dorminey vi t trong bài. “N u như h ngoài y, thì h âu ch ?” ó là câu h i hóc búa n i ti ng ưa ra hơn 50 năm trư c b i nhà v t lí g c Italia Enrico Fermi khi nh c n kh năng nh ng n n văn minh thông minh ngoài a c u có l n m ngoài ranh gi i c a h M t tr i c a chúng ta. ã bi t tu i r t l n c a vũ tr và s lư ng vô s sao ki u M t tr i c a nó, dư ng như th t h p lí r ng Trái t không ph i là nơi duy nh t có s s ng thông minh ti n hóa. Nhưng trong n a th k qua, các nhà nghiên c u ã tích c c tìm ki m d u hi u c a nh ng n n văn minh ngoài a c u như th và ch ng thu ư c gì trong tay. Nh ng n n văn minh tiên ti n có th l n theo ư c b ng cách tìm ki m b ng ch ng r ng h ã xây d ng “nh ng qu c u Dyson” khai thác năng lư ng c a ngôi sao c a h . 39 Tuy n Physics World 2008 | © hiepkhachquay
Nh ng cu c săn tìm này h u như u có liên quan n vi c tìm ki m sóng i n t t ns vô tuy n hay quang h c có th truy n phát i b i nh ng n n văn minh vũ tr . Nh ng cu c kh o sát không gian gi a các sao ki u như th l n u tiên ư c th c hi n b i nhà thiên văn ngư i Mĩ Frank Drake t i ài quan tr c thiên văn vô tuy n qu c gia vào năm 1960, và k t ó tính hi u qu c a chúng c tăng lên theo hàm s mũ. Th t v y, l khánh thành m i ây c a Lo t kính thiên văn Allen chuyên d ng California s cho phép nh ng nghiên c u có liên quan t i vi c tìm ki m trí thông minh ngoài Trái t (SETI) kh o sát m t tri u ngôi sao ki u M t tr i nh m tìm tín hi u vô tuy n thông minh trong vòng kho ng cách g n 1000 năm ánh sáng. T trư c n nay, ã phân tích vô s tín hi u ngoài a c u ng c viên không mang l i thành qu gì, m t s lư ng không ng ng tăng lên c a các nhà nghiên c u SETI ã và ang ch trương nh ng phương pháp tri t hơn nh m tr l i câu h i c a Fermi. M t trong nh ng phương pháp cách tân nh t, s ư c trình bày trong tháng này t i H i ngh Khoa h c Sinh v t h c vũ tr t i Santa Clara California, bao g m vi c tìm ki m b ng ch ng c a công trình nhân t o ngoài a c u dư i d ng nh ng án “công ngh thiên văn” quy mô l n. Các nhà văn khoa h c vi n tư ng t lâu ã xu t r ng nh ng n n văn minh tiên ti n có kh năng khai thác toàn b năng lư ng c a ngôi sao b m c a h b ng cách “công ngh vĩ mô” toàn b h m t tr i c a h , hay th m chí khai thác năng lư ng c a toàn b thiên hà. Trong khi nh ng thành t u công ngh vũ tr như th v n là ch t li u c a truy n khoa h c vi n tư ng, thì không có gì không khoa h c n u ai ó h i nh ng c u trúc như th trông ra làm sao n u như nh ng ngư i khác ã xây d ng chúng và r i tìm trên b u tr i b ng ch ng c a d u hi u thiên văn có th có c a chúng. h ng qu c u Dyson Năm 1960, ư c truy n c m h ng t cu n ti u thuy t Star Maker c a nhà văn khoa h c vi n tư ng Olaf Stapledon, nhà v t lí lí thuy t Freeman Dyson cho r ng nh ng n n văn minh tiên ti n có th ã tri n khai nh ng án công ngh vũ tr kh ng l , chúng ư c g i là nh ng qu c u Dyson (Science 131 1667). Dyson ã mô t nh ng n n văn minh có kh năng khai thác năng lư ng c a ngôi sao c a h b ng cách phá h y m t hành tinh kích c M c tinh và t o ra t nó m t v hình c u dày 2-3 m quay tròn xung quanh ngôi sao. V c u ó có bán kính trung bình ch ng 150 tri u km (l n hơn m t chút so v i kho ng cách t Trái t n M t tr i). V nguyên t c, m t bên trong c a qu c u Dyson s b t gi và r i truy n b c x m t tr i v phía các i m thu gom, nơi nó có th ư c chuy n hóa thành năng lư ng s d ng ư c (xem hình Khai thác M t tr i). i u này làm phát sinh m t vi n c nh h p d n trong công cu c tìm ki m s s ng ngoài a c u. Năm 1964, nhà v t lí Liên Xô Nicolai Kardashev ã phân lo i các n n văn minh ngoài a c u theo m c ti n hóa – t lo i KI n KIII. Nhà thiên văn ngư i Mĩ Carl Sagan ư c tính r ng loài ngư i ch m i vào giai o n u c a n n văn minh KI, nó ư c nh nghĩa là n n văn minh có kh năng khai thác toàn b b c x m t tr i i n b u khí quy n c a nó. M t n n văn minh KII, 40 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
trái l i, có th s d ng m t qu c u Dyson khai thác tr c ti p năng lư ng c a ngôi sao quê nhà c a nó; còn m t n n văn minh KIII có kh năng khai thác năng lư ng c a toàn b m t thiên hà. “B u tr i ông úc các v t th là nh ng ngu n h ng ngo i sáng nhưng không nhìn th y trong d i ph kh ki n”, Dyson nói. “Không có lí do gì cho r ng b t kì v t th nào trong s chúng là nhân t o, nhưng chúng trông y như m t qu c u Dyson ư c xu t trông như v y”. Khai thác M t tr i. Qu c u Dyson là m t v t th gi thuy t ư c xây d ng b i nh ng n n văn minh tiên ti n cao ngoài a c u khai thác công su t b c x toàn ph n c a m t ngôi sao ki u M t tr i. V nguyên t c, m t n n văn minh như th s thu gom năng lư ng t i nh ng i m nh t nh trên qu c u cung c p cho nhu c u năng lư ng riêng c a h . Thay vì tìm ki m d u hi u c a nh ng n n văn minh tiên ti n b ng cách tìm ki m tín hi u vô tuy n và kh ki n, m t s nhà v t lí nghĩ r ng cách có l i hơn là nên tìm b ng ch ng c a nh ng qu c u như th . V n là ch khó mà tìm ra nh ng v t th thiên văn nhân t o như th t nhi u v t th t nhiên khác trông y h t. Trong khi m t qu c u Dyson hoàn h o, trên lí thuy t, s h p th năng lư ng c a ngôi sao c a nó và do ó không phát ra chút b c x kh ki n hay t ngo i nào mà ngôi sao gi i phóng trong ph n l n cu c i c a chúng, thì v c u s phát x tr l i nhi t hao phí và gây ra m t s phát x h ng ngo i m nh. Tuy nhiên, vào lúc b t u và k t thúc cu c i c a chúng, các ngôi sao chìm ng p trong nh ng ám mây b i m áp cũng làm chúng phát x m nh trong vùng h ng ngo i xa. Th t v y, vi c o s dư th a h ng ngo i c a m t ngôi sao hi n nay là phương pháp ư c ưa chu ng trong vi c tìm ki m các ĩa ti n hành tinh gi nh quay xung quanh nh ng ngôi sao tr (xem hình Thách th c quan sát). 41 Tuy n Physics World 2008 | © hiepkhachquay
S phong phú c a các ngu n h ng ngo i t nhiên khi n khó mà nh n ra m t ngu n nhân t o ch s d ng b c x h ng ngo i. Tuy nhiên, Dyson nói r ng chúng ta có th g p may và phát hi n ra m t ngu n h ng ngo i v i m t ph kì l hay m t s bi n thiên th i gian không th gi i thích là m t hi n tư ng t nhiên. “Chúng ta không th nói ch c ch n r ng nh ng i u như th là không th ”, theo l i Dyson, ngư i là giáo sư danh d t i Vi n Nghiên c u Cao c p Princeton. Dan Werthimer, giám c chương trình SETI t i i h c California Berkeley, ng ý như v y. “B n có th tranh cãi cho n khi nào b n b t g p nh ng n n văn minh xây d ng nên các qu c u Dyson, nhưng n u ó là m t kh năng thì t i sao l i không nhìn th y ?”, ông nói. K t lu n h ng ngo i ã có m t s cu c tìm ki m qu c u Dyson. Năm 2004, Werthimer và ngư i h c trò c a ông khi y chưa t t nghi p, Charlie Conroy, ã phân tích s li u ph t 1000 ngôi sao ki u m t tr i ít nh t là m t t năm tu i, m b o r ng nh ng ngôi sao ó ã chi u sáng lâu l p b i liên quan n các ĩa ti n hành tinh. ôi nghiên c u tìm ki m 32 sao v i s phát x h ng ngo i dư th a cho d u hi u phát x vô tuy n b t thư ng ho c các xung laser kh ki n nano giây xác nh n cho m t ngu n g c thông minh nhân t o, nhưng h tìm th y không có tín hi u nào ki m tra ư c. Werthimer nói r ng l i gi i thích có kh năng nh t cho nh ng ng c viên này là có m t s b i có m t, cho dù chúng là nh ng ngôi sao già. Nhà v t lí Freeman Dyson là ngư i trong m t bài báo năm 1960 ã mô t cách th c nh ng n n văn minh tiên ti n ngoài a c u có th th c thi nh ng án công ngh vũ tr kh ng l . Trong khi ó, nhà v t lí h t Fermilab ã ngh hưu, Dick Carrigan, ngư i v n nghiên c u phòng thí nghi m v t lí năng lư ng cao n m ngoài vùng ngo i ô Chicago, ã b ra 5 năm qua c n 42 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
cù tinh l c 11.224 ngu n nh n ra b i V tinh Thiên văn H ng ngo i (IRAS) xu ng còn m t nhóm ng c viên có s phát x h ng ngo i dư th a. Carrigan còn ch p nh n kh năng r ng m t s qu c u có kh năng không hoàn toàn hoàn ch nh. T m t vùng kh o sát ch a hơn m t tri u ngôi sao ki u m t tr i, hai sao ã ư c quét cho tín hi u vô tuy n d thư ng: không tìm th y gì c . M t trong nh ng tiêu chuN ch n l c chính c a Carrigan, ngoài s thi u b i và s có m t n c a nh ng v ch ph nh t nh bi u th m t công trình nhân t o, là các ngu n ph i có nhi t h ng ngo i 200 – 600 K. Lí gi i c a ông là s s ng như chúng ta bi t quanh quN trong kho ng n 200 K và nhi t trên 400 K có th t o tr c tr c cho n n i n t c a n n văn minh ngoài Trái t. Không có gì ng c nhiên là không ph i ai cũng ng ý như v y. “Khó mà d oán r ng n u như các n n văn minh xây d ng nh ng qu c u Dyson, thì h s phát x l i nhi t hao phí c a h 200 K”, Werthimer nói. “Tôi cũng không ng ý r ng h ang có n n i n t h c gi ng h t như c a chúng ta. B n không th bác b nh ng n n văn minh tiên ti n ch vì b n không tìm th y nhi t dư th a v i bư c sóng 12 µm [tương ng v i nhi t 250 K]”. Các qu c u Dyson có l không d gì tìm th y, nhưng vi c tìm ki m chúng là m t s m c c so v i tìm ki m SETI th i gian th c, chúng thư ng bao g m m t chương trình quan sát tích c c v i nh ng cơ c u i n t ph c t p và kính thiên văn công ngh cao. Hơn n a, không gi ng như a s cu c tìm ki m SETI vô tuy n và kh ki n, các nhà thiên văn ang tìm ki m công ngh vũ tr không c n gi s r ng bên ngoài Trái t có m t s h p d n tích c c v s truy n thông gi a các sao. V i t t c nh ng gì chúng ta bi t, h có l là nh ng k công ngh cao ơn gi n mu n có tu i th sao. Nhà thiên văn v t lí James Annis t i Fermilab ã áp d ng tri t h c cho cu c tìm ki m h n ch c a riêng ông tìm nh ng n n văn minh KIII. Cách ây vài năm, ông ã phân tích ng l c h c chuy n ng quay c a 137 thiên hà khác nhau t c m thiên hà Ursa Major và Virgo. Ông ã l p bi u sáng sao c a chúng theo s phân tán v n t c sao c a chúng, s o ng l c h c và ng h c c a s phân b sao khi các thiên hà chuy n ng vào và i qua các thiên hà ch c a chúng. M t thiên hà ư c khai thác kĩ thu t, trong ó h u như m i ngôi sao ki u M t tr i bên trong thiên hà u b khép kín trong m t qu c u Dyson có s phát x h ng ngo i r t cao, sáng quang h c y u và v n t c quay sao thu c thiên hà cao trong trư ng h p các thiên hà hình c u; hay s phân tán sao v n t c cao trong trư ng h p các thiên hà elip. Theo tính toán c a Annis, m t d u hi u công ngh vĩ mô như th có l b n s th y ch kho ng m t ph n 100 c a 1% ánh sáng phát ra t thiên hà. “N u b n nhìn th y nh ng ám mây b i rõ ràng xung quanh m t thiên hà ng c viên trong vùng h ng ngo i, thì nó có th là m t thiên hà sao b i l m trong ó b i r t dày c và b n có th nhìn th y s hình thành sao ang di n ra”, ông nói. “Nhưng n u b n thu ư c m t nh thiên hà h ng ngo i hoàn toàn trơn không có vón c c, thì ó là m t i tư ng lí thú”. t o ra m t s ch p cho ng quang h c như th quy 43 Tuy n Physics World 2008 | © hiepkhachquay
mô thiên hà, m t n n văn minh thiên hà KIII c n ph i chi m c h u h t t ng ngôi sao ki u M t tr i bên trong thiên hà c a nó. “Chúng ta có th lo i tr nh ng ki u n n văn minh nh t nh”, Werthimer nói. “Tôi không nghĩ r ng có nh ng n n văn minh ngoài kia khai thác toàn b s c m nh c a thiên hà hay c m thiên hà c a h . D oán c a tôi là ch t d li u thiên văn trên file, chúng ta s phát hi n ra m t n n như th do ng u nhiên thôi”. Tr hóa sao Cho dù là nh ng n n văn minh ngoài a c u không quy t nh xây d ng nh ng qu c u Dyson quy mô thiên hà, thì h có l thích làm tr hóa ngôi sao ch c a mình. M t tr i c a chúng ta ã vào n a ch ng ư ng trong pha ho t ng chính c a nó, nó s t n t i trong 5 t năm hay ng n y th i gian n a. Sau khi t cháy h t kho ng 10% lư ng hydrogen g n lõi c a nó, M t tr i s b t u i vào “pha k nh ” c a nó, khi ó nh ng ngôi sao kh i lư ng c M t tr i qua kh i giai o n ho t ng chính và n ra làm t cháy m i th trong cơn t nh gi c c a chúng. Vi c hòa l n b t kì lư ng hydrogen nào còn l i vào vùng tâm do ó s giúp làm cân b ng ngôi sao và c n tr s c công kích c a s dãn n này. Ví d , n u – cách nay 1 t năm – các cư dân c a Trái t b ng cách nào ó hòa l n ch 10% hydrogen trong l p v M t tr i vào sâu trong lõi c a nó, thì h có th kéo dài tu i th c a ngôi sao lên 10 t năm hay ng n y. Nhà khoa h c hành tinh Martin Beech t i i h c Regina Saskatchewan, Canada, nói vi c này có th làm ư c b ng m t laser. “N u b n có kh năng s d ng m t laser t o ra m t i m nóng g n lõi nhi t h ch c a M t tr i, thì i u ó s ưa n s hòa tr n i lưu t nhiên c a hydrogen bên ngoài”, ông nói. i u ó h u như là m t ch n l a khó cho cu c ua c a loài ngư i giai o n phát tri n c a chúng ta hi n nay, nhưng li u có cách nào cho chúng ta tìm b ng ch ng r ng m t n n văn minh KII tiên ti n hơn ã thu ư c m t kì công như th ? Fred Rasio, m t nhà thiên văn v t lí t i i h c Northwester Illinois nói r ng b t kì quá trình nào rót nhiên li u hydrogen m i vào lõi sao sau khi ngôi sao ã t cháy trong m t kho ng th i gian u s làm cho nó trông gi ng như m t “k t t h u xanh xao”. Nh ng ngôi sao này ang t t h u theo chu i ho t ng chính t i i m ng ng t cháy hydrogen, và vì th nóng hơn, sáng hơn và xanh hơn so v i m i ngôi sao khác trong c m xung quanh. Nh ng ngôi sao t t h u màu xanh ư c cho là hình thành do va ch m v i nh ng ngôi sao ki u M t tr i khác, hay do s h p nh t sao ôi, quá trình làm phân b l i hydrogen và khi n cho chúng ti n hóa khác v i nh ng ngôi sao có kh i lư ng tương t . Kho ng 500 ngôi sao t t h u màu xanh ã ư c bi t, và thư ng tìm th y trong nh ng c m thiên hà m , còn tr gi ng như c m thiên hà trong ó M t tr i c a chúng ta ã hình thành ch ng 4,5 t năm v trư c và trong nh ng c m sao hình c u dày c, già nua vây quanh thiên hà c a chúng ta. Beech tin r ng m t ph n nào ó trong s nh ng ngôi sao t t h u màu xanh có th ư c công ngh vũ tr và v cơ b n trông gi ng như m t ngôi sao t t h u màu xanh ti n hóa t nhiên, m c dù nhi u nhà thiên văn v t lí không tán thành th . “Nh ng c m sao hình c u này là môi 44 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
trư ng c c kì không thích h p cho s s ng”, Rasio nói. “Nh ng ngôi sao âm s m vào nhau giai o n ng n hơn th i gian s ng c a chúng”. Thách th c quan sát. ĩa ti n hành tinh là m t ĩa b i t phát m nh ra b c x h ng ngo i bao quanh m t ngôi sao r t tr ư c cho là trong quá trình ng l c h c c a s hình thành hành tinh. Thành ph n b i phát x h ng ngo i cao c a chúng có kh năng làm cho chúng b nh m l n v i các qu c u Dyson nhân t o. Mario Livio t i Vi n Khoa h c Kính thiên văn vũ tr Maryland còn ch ra r ng nh ng c m sao hình c u khét ti ng là nghèo kim lo i và vì th không ư c trông i là m nh t phì nhiêu ang săn tìm cho nh ng hành tinh ki u Trái t. “T i sao l i vi n d n công ngh vũ tr bên trong các c m sao hình c u gi i thích cái là m t hi n tư ng t t h u màu xanh r t t nhiên ?”, ông phát v n. “Hi n nay, ây là m t thí nghi m tư ng tư ng”, Beech nói, ông hi n ang nghiên c u các mô hình có th cho phép nh ng ngôi sao t t h u màu xanh t nhiên và nhân t o ư c phân bi t. “Nh ng ngôi sao t t h u màu xanh t nhiên có l s b t u ti n hóa n nhi t l nh hơn, còn m t ngôi sao t t h u màu xanh ư c hòa tr n nhân t o s luôn luôn ti n hóa n nhi t nóng hơn. M t ngôi sao t t h u màu xanh tìm th y có nhi t nóng hơn nh ng ngôi sao ki u ó t o ra b i s h p nh t t nhiên s tr thành m t ng c viên có kh năng cho m t ngôi sao b can thi p kĩ thu t nhân t o”, ông nói. 45 Tuy n Physics World 2008 | © hiepkhachquay
Gi thuy t năng lư ng Th t khó mà bình lu n lo i nào trong s các n n văn minh công ngh t năm tu i có kh năng chi m h u t ng ngôi sao ki u M t tr i trong thiên hà có th có trí tu . Werthimer nh n th y r ng n u s s ng ngoài Trái t t ng ư c tìm th y, thì có th b t ng qua m t s thí nghi m không có gì làm v i SETI – như thông qua các thí nghi m neutrino, sóng h p d n hay ơn c c t . Như Dyson ch rõ, không th nào d oán d ng năng lư ng sao nào mà m t n n văn minh ngoài Trái t s ch n l a. “M t s ngư i nghĩ r ng nh ng n n văn minh tiên ti n có l ã phát tri n qua kh i pha công ngh c a h vào m t pha kì bí hơn”, Werthimer nói. “Tôi không rõ ó ch là vì ngày nay n n văn minh c a chúng ta quan tâm n giá d u, ó là cái mà nh ng n n văn minh khác s p i t i. B n có th nghĩ có nh ng n n văn minh r t tiên ti n ngoài kia không ói khát nh ng lư ng năng lư ng vô t n”. Ngu n: The search for astroengineers (Physics World, tháng 4/2008) hiepkhachquay d ch An Minh, ngày 02/04/2008, 10:11:28 46 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay