39 Tuyển Physics World 2008 | © hiepkhachquay
Đi tìm những người kĩ sư vũ trụ
Bruce Dorminey
Từ trước đến nay đã thất bại trước việc tìm bằng chứng cho những nền văn minh ngoài
địa cầu bằng cách tìm kiếm sự truyền phát sóng vô tuyến của họ, nhưng một số nhà vật lí vẫn cho
rằng thật là đáng bõ công việc sục sạo bầu trời tìm kiếm những dấu hiệu của công trình xây dựng
thiên văn của họ, như Bruce Dorminey viết trong bài.
“Nếu như họ ở ngoài đấy, thì họ ở đâu chứ ?” Đó là câu hỏi hóc búa nổi tiếng đưa ra hơn
50 năm trước bởi nhà vật lí gốc Italia Enrico Fermi khi nhắc đến khả năng những nền văn minh
thông minh ngoài địa cầu có lẽ nằm ngoài ranh giới của hệ Mặt trời của chúng ta. Đã biết tuổi rất
lớn của vũ trụ và số lượng vô số sao kiểu Mặt trời của nó, dường như thật hợp lí rằng Trái đất
không phải là nơi duy nhất có sự sống thông minh tiến hóa. Nhưng trong nửa thế kỉ qua, các nhà
nghiên cứu đã tích cực tìm kiếm dấu hiệu của những nền văn minh ngoài địa cầu như thế và
chẳng thu được gì trong tay.
Những nền văn minh tiên tiến có thể lần theo được bằng cách tìm kiếm bằng chứng rằng
họ đã xây dựng “những quả cầu Dyson” để khai thác năng lượng của ngôi sao của họ.
40 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
Những cuộc săn tìm này hầu như đều có liên quan đến việc tìm kiếm sóng điện từ ở tần số
vô tuyến hay quang học có thể truyền phát đi bởi những nền văn minh vũ trụ. Những cuộc khảo
sát không gian giữa các sao kiểu như thế lần đầu tiên được thực hiện bởi nhà thiên văn người Mĩ
Frank Drake tại Đài quan trắc thiên văn vô tuyến quốc gia vào năm 1960, và kể từ đó tính hiệu
quả của chúng cứ tăng lên theo hàm số mũ. Thật vậy, lễ khánh thành mới đây của Loạt kính thiên
văn Allen chuyên dụng ở California sẽ cho phép những nghiên cứu có liên quan tới việc tìm kiếm
trí thông minh ngoài Trái đất (SETI) khảo sát một triệu ngôi sao kiểu Mặt trời nhằm tìm tín hiệu
vô tuyến thông minh trong vòng khoảng cách gần 1000 năm ánh sáng.
Từ trước đến nay, đã phân tích vô số tín hiệu ngoài địa cầu ứng cử viên không mang lại
thành quả gì, một số lượng không ngừng tăng lên của các nhà nghiên cứu SETI đã và đang chủ
trương những phương pháp triệt để hơn nhằm trả lời câu hỏi của Fermi. Một trong những phương
pháp cách tân nhất, sẽ được trình bày trong tháng này tại Hội nghị Khoa học Sinh vật học vũ trụ
tại Santa Clara ở California, bao gồm việc tìm kiếm bằng chứng của công trình nhân tạo ngoài địa
cầu dưới dạng những đề án “công nghệ thiên văn” quy mô lớn.
Các nhà văn khoa học viễn tưởng từ lâu đã đề xuất rằng những nền văn minh tiên tiến có
khả năng khai thác toàn bộ năng lượng của ngôi sao bố mẹ của họ bằng cách “công nghệ vĩ mô”
toàn bộ hệ mặt trời của họ, hay thậm chí khai thác năng lượng của toàn bộ thiên hà. Trong khi
những thành tựu công nghệ vũ trụ như thế vẫn là chất liệu của truyện khoa học viễn tưởng, thì
không có gì không khoa học nếu ai đó hỏi những cấu trúc như thế trông ra làm sao nếu như những
người khác đã xây dựng chúng và rồi tìm trên bầu trời bằng chứng của dấu hiệu thiên văn có thể
có của chúng.
Ehững quả cầu Dyson
Năm 1960, được truyền cảm hứng từ cuốn tiểu thuyết Star Maker của nhà văn khoa học
viễn tưởng Olaf Stapledon, nhà vật lí lí thuyết Freeman Dyson cho rằng những nền văn minh tiên
tiến có thể đã triển khai những đề án công nghệ vũ trụ khổng lồ, chúng được gọi là những quả cầu
Dyson (
Science 131 1667
). Dyson đã mô tả những nền văn minh có khả năng khai thác năng
lượng của ngôi sao của họ bằng cách phá hủy một hành tinh kích cỡ Mộc tinh và tạo ra từ nó một
vỏ hình cầu dày 2-3 m quay tròn xung quanh ngôi sao. Vỏ cầu đó có bán kính trung bình chừng
150 triệu km (lớn hơn một chút so với khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời). Về nguyên tắc, mặt
bên trong của quả cầu Dyson sẽ bắt giữ và rồi truyền bức xạ mặt trời về phía các điểm thu gom,
nơi nó có thể được chuyển hóa thành năng lượng sử dụng được (xem hình Khai thác Mặt trời).
Điều này làm phát sinh một viễn cảnh hấp dẫn trong công cuộc tìm kiếm sự sống ngoài địa
cầu. Năm 1964, nhà vật lí Liên Xô Nicolai Kardashev đã phân loại các nền văn minh ngoài địa
cầu theo mức độ tiến hóa – từ loại KI đến KIII. Nhà thiên văn người Mĩ Carl Sagan ước tính rằng
loài người chỉ mới ở vào giai đoạn đầu của nền văn minh KI, nó được định nghĩa là nền văn minh
có khả năng khai thác toàn bộ bức xạ mặt trời đi đến bầu khí quyển của nó. Một nền văn minh KII,
41 Tuyển Physics World 2008 | © hiepkhachquay
trái lại, có thể sử dụng một quả cầu Dyson để khai thác trực tiếp năng lượng của ngôi sao quê nhà
của nó; còn một nền văn minh KIII có khả năng khai thác năng lượng của toàn bộ một thiên hà.
“Bầu trời đông đúc các vật thể là những nguồn hồng ngoại sáng nhưng không nhìn thấy
trong dải phổ khả kiến”, Dyson nói. “Không có lí do gì cho rằng bất kì vật thể nào trong số chúng
là nhân tạo, nhưng chúng trông y như một quả cầu Dyson được đề xuất trông như vậy”.
Khai thác Mặt trời. Quả cầu Dyson là một vật thể giả thuyết được xây dựng bởi những nền văn minh tiên tiến cao độ
ngoài địa cầu để khai thác công suất bức xạ toàn phần của một ngôi sao kiểu Mặt trời. Về nguyên tắc, một nền văn
minh như thế sẽ thu gom năng lượng tại những điểm nhất định trên quả cầu để cung cấp cho nhu cầu năng lượng
riêng của họ. Thay vì tìm kiếm dấu hiệu của những nền văn minh tiên tiến bằng cách tìm kiếm tín hiệu vô tuyến và
khả kiến, một số nhà vật lí nghĩ rằng cách có lợi hơn là nên tìm bằng chứng của những quả cầu như thế.
Vấn đề là ở chỗ khó mà tìm ra những vật thể thiên văn nhân tạo như thế từ nhiều vật thể tự
nhiên khác trông y hệt. Trong khi một quả cầu Dyson hoàn hảo, trên lí thuyết, sẽ hấp thụ năng
lượng của ngôi sao của nó và do đó không phát ra chút bức xạ khả kiến hay tử ngoại nào mà ngôi
sao giải phóng trong phần lớn cuộc đời của chúng, thì vỏ cầu sẽ phát xạ trở lại nhiệt hao phí và
gây ra một sự phát xạ hồng ngoại mạnh. Tuy nhiên, vào lúc bắt đầu và kết thúc cuộc đời của
chúng, các ngôi sao chìm ngập trong những đám mây bụi ấm áp cũng làm chúng phát xạ mạnh
trong vùng hồng ngoại xa. Thật vậy, việc đo sự dư thừa hồng ngoại của một ngôi sao hiện nay là
phương pháp được ưa chuộng trong việc tìm kiếm các đĩa tiền hành tinh giả định quay xung
quanh những ngôi sao trẻ (xem hình Thách thức quan sát).
42 http://www.thuvienvatly.info | © hiepkhachquay
Sự phong phú của các nguồn hồng ngoại tự nhiên khiến khó mà nhận ra một nguồn nhân
tạo chỉ sử dụng bức xạ hồng ngoại. Tuy nhiên, Dyson nói rằng chúng ta có thể gặp may và phát
hiện ra một nguồn hồng ngoại với một phổ kì lạ hay một sự biến thiên thời gian không thể giải
thích là một hiện tượng tự nhiên. “Chúng ta không thể nói chắc chắn rằng những điều như thế là
không thể”, theo lời Dyson, người là giáo sư danh dự tại Viện Nghiên cứu Cao cấp Princeton.
Dan Werthimer, giám đốc chương trình SETI tại đại học California ở Berkeley, đồng ý
như vậy. “Bạn có thể tranh cãi cho đến khi nào bạn bắt gặp những nền văn minh xây dựng nên
các quả cầu Dyson, nhưng nếu đó là một khả năng thì tại sao lại không nhìn thấy ?”, ông nói.
Kết luận hồng ngoại
Đã có một số cuộc tìm kiếm quả cầu Dyson. Năm 2004, Werthimer và người học trò của
ông khi ấy chưa tốt nghiệp, Charlie Conroy, đã phân tích số liệu phổ từ 1000 ngôi sao kiểu mặt
trời ít nhất là một tỉ năm tuổi, đảm bảo rằng những ngôi sao đó đã chiếu sáng lâu lớp bụi liên quan
đến các đĩa tiền hành tinh. Đôi nghiên cứu tìm kiếm 32 sao với sự phát xạ hồng ngoại dư thừa cho
dấu hiệu phát xạ vô tuyến bất thường hoặc các xung laser khả kiến nano giây xác nhận cho một
nguồn gốc thông minh nhân tạo, nhưng họ tìm thấy không có tín hiệu nào kiểm tra được.
Werthimer nói rằng lời giải thích có khả năng nhất cho những ứng cử viên này là có một số bụi có
mặt, cho dù chúng là những ngôi sao già.
Nhà vật lí Freeman Dyson là người trong một bài báo năm 1960 đã mô tả cách thức những nền văn minh
tiên tiến ngoài địa cầu có thể thực thi những đề án công nghệ vũ trụ khổng lồ.
Trong khi đó, nhà vật lí hạt Fermilab đã nghỉ hưu, Dick Carrigan, người vẫn nghiên cứu ở
phòng thí nghiệm vật lí năng lượng cao nằm ngoài vùng ngoại ô Chicago, đã bỏ ra 5 năm qua cần
43 Tuyển Physics World 2008 | © hiepkhachquay
cù tinh lọc 11.224 nguồn nhận ra bởi Vệ tinh Thiên văn Hồng ngoại (IRAS) xuống còn một nhóm
ứng cử viên có sự phát xạ hồng ngoại dư thừa. Carrigan còn chấp nhận khả năng rằng một số quả
cầu có khả năng không hoàn toàn hoàn chỉnh. Từ một vùng khảo sát chứa hơn một triệu ngôi sao
kiểu mặt trời, hai sao đã được quét cho tín hiệu vô tuyến dị thường: không tìm thấy gì cả.
Một trong những tiêu chuNn chọn lọc chính của Carrigan, ngoài sự thiếu bụi và sự có mặt
của những vạch phổ nhất định biểu thị một công trình nhân tạo, là các nguồn phải có nhiệt độ
hồng ngoại 200 – 600 K. Lí giải của ông là sự sống như chúng ta biết quanh quNn trong khoảng
200 K và nhiệt độ trên 400 K có thể tạo trục trặc cho nền điện tử của nền văn minh ngoài Trái đất.
Không có gì ngạc nhiên là không phải ai cũng đồng ý như vậy.
“Khó mà dự đoán rằng nếu như các nền văn minh xây dựng những quả cầu Dyson, thì họ
sẽ phát xạ lại nhiệt hao phí của họ ở 200 K”, Werthimer nói. “Tôi cũng không đồng ý rằng họ
đang có nền điện tử học giống hệt như của chúng ta. Bạn không thể bác bỏ những nền văn minh
tiên tiến chỉ vì bạn không tìm thấy nhiệt dư thừa với bước sóng 12 µm [tương ứng với nhiệt độ
250 K]”.
Các quả cầu Dyson có lẽ không dễ gì tìm thấy, nhưng việc tìm kiếm chúng là một sự mặc
cả so với tìm kiếm SETI thời gian thực, chúng thường bao gồm một chương trình quan sát tích
cực với những cơ cấu điện tử phức tạp và kính thiên văn công nghệ cao. Hơn nữa, không giống
như đa số cuộc tìm kiếm SETI vô tuyến và khả kiến, các nhà thiên văn đang tìm kiếm công nghệ
vũ trụ không cần giả sử rằng bên ngoài Trái đất có một sự hấp dẫn tích cực về sự truyền thông
giữa các sao. Với tất cả những gì chúng ta biết, họ có lẽ là những kẻ công nghệ cao đơn giản
muốn có tuổi thọ sao.
Nhà thiên văn vật lí James Annis tại Fermilab đã áp dụng triết học cho cuộc tìm kiếm hạn
chế của riêng ông tìm những nền văn minh KIII. Cách đây vài năm, ông đã phân tích động lực
học chuyển động quay của 137 thiên hà khác nhau từ cụm thiên hà Ursa Major và Virgo. Ông đã
lập biểu đồ độ sáng sao của chúng theo sự phân tán vận tốc sao của chúng, số đo động lực học và
động học của sự phân bố sao khi các thiên hà chuyển động vào và đi qua các thiên hà chủ của
chúng. Một thiên hà được khai thác kĩ thuật, trong đó hầu như mỗi ngôi sao kiểu Mặt trời bên
trong thiên hà đều bị khép kín trong một quả cầu Dyson có sự phát xạ hồng ngoại rất cao, độ sáng
quang học yếu và vận tốc quay sao thuộc thiên hà cao trong trường hợp các thiên hà hình cầu; hay
sự phân tán sao vận tốc cao trong trường hợp các thiên hà elip.
Theo tính toán của Annis, một dấu hiệu công nghệ vĩ mô như thế có lẽ bạn sẽ thấy chỉ
khoảng một phần 100 của 1% ánh sáng phát ra từ thiên hà. “Nếu bạn nhìn thấy những đám mây
bụi rõ ràng xung quanh một thiên hà ứng cử viên trong vùng hồng ngoại, thì nó có thể là một
thiên hà sao bụi lờ mờ trong đó bụi rất dày đặc và bạn có thể nhìn thấy sự hình thành sao đang
diễn ra”, ông nói. “Nhưng nếu bạn thu được một ảnh thiên hà hồng ngoại hoàn toàn trơn không có
vón cục, thì đó là một đối tượng lí thú”. Để tạo ra một sự chập choạng quang học như thế ở quy