Sự im lặng đến kỳ lạ

Paul Davies (Physics World, tháng 3/2010)

Nửa thế kỉ đã trôi qua kể từ khi chương trình ấy bắt đầu khởi động, nhưng cuộc truy tìm sự sống ở đâu đó trong vũ trụ hầu như vẫn mang lại kết quả là con số không. Paul Davies kêu gọi tiếp tục cuộc tìm kiếm ấy bằng cách khảo sát không chỉ các tín hiệu vô tuyến mà còn cả những dị thường vật lí và thiên văn học.

Sự im lặng đến kì lạ. Ảnh: David Nunuk/Science Photo Library

Chúng ta có đơn độc hay không trong vũ trụ này là một trong những câu hỏi lớn chưa có lời giải đáp của sự tồn tại. Trong hàng nghìn năm, câu hỏi đó chỉ hạn chế với lĩnh vực triết học và thần học, nhưng cách nay 50 năm, nó đã trở thành một phần của khoa học. Tháng 4 năm 1960, một nhà thiên văn trẻ người Mĩ, Frank Drake, bắt đầu sử dụng một chiếc kính thiên văn vô tuyến để nghiên cứu xem có hay không những tín hiệu phát ra từ một cộng đồng ngoài hành tinh nào đó có thể đang trên đường truyền đến với chúng ta. Được gọi là Cuộc tìm kiếm Trí thông minh Ngoài địa cẩu, viết gọn là SETI, nó đã phát triển thành một sự nghiệp quốc tế, lôi kéo nhiều viện học thuật ở một vài quốc gia. Tuy nhiên, ngoài một vài sự kì dị, thì tất cả những thứ mà các nhà thiên văn vô tuyến bắt được chỉ là một sự im lặng đến đáng sợ. Vậy thì rốt cuộc nhân loại chúng ta có phải là nền văn minh công nghệ duy nhất trong vũ trụ hay không? Hay có lẽ chúng ta đang tìm kiếm cái gì đó không đúng tại nơi không thích hợp, ở thời điểm không thích hợp?

SETI phát sinh từ sự bành trướng thời hậu chiến của thiên văn học vô tuyến, và sự nhận thức sơ bộ rằng các kính thiên văn vô tuyến có sức mạnh truyền đạt thông tin xuyên khoảng cách giữa các sao. Một bài báo bước ngoặc công bố năm 1959 trên tạp chí Nature của Giuseppe Cocconi và Philip Morrison đã thôi thúc các nhà nghiên cứu thực hiện một cuộc tìm kiếm có hệ thống toàn bầu trời nhằm tìm dấu hiệu của sự giao thương vô tuyến ngoài hành tinh (184 844). Drake đã đương đầu với thử thách, sử dụng cái đĩa 26 m tại Green Bank ở Tây Virginia, và những người khác trên khắp thế giới sớm tham gia cùng ông.

Phần nhiều hoạt động này ngày nay được phối hợp bởi Viện SETI ở California nằm gần Phòng thí nghiệm Ames NASA, nơi chuyên về sinh vật học vũ trụ. Nghiên cứu trên hầu như được tài trợ tư nhân toàn bộ. Viên đá quý gắn trên vương miện SETI là Ma trận Kính thiên văn Allen, một hệ thống gồm 350 cái đĩa nhỏ nối mạng với nhau đang được triển khai xây dựng ở Bắc California và được đặt tên theo nhà tài trợ chính của nó, nhà đồng sáng lập Microsoft, Paul Allen. Cho đến nay, 42 cái đĩa đã đi vào hoạt động. Còn có một chương trình quang học SETI quy mô nhỏ, tìm kiếm những lóe sáng laser ngắn ngủi, và chúng ta không nên quên là vô số nhà nghiên cứu nghiệp dư đang tham gia trong các dự án trên nền Internet kiểu như SETI@home.

Khái niệm SETI đã được đại chúng hóa nhờ Carl Sagan, nhà hành tinh học tại trường đại học Cornell danh tiếng và là tác giả quyển Contact (Tiếp xúc), tác phẩm sau đó trở thành một bộ phim Hollywood với ngôi sao điện ảnh Jodie Foster thủ vai nhà thiên văn vô tuyến đã bắt được một tin nhắn của người ngoài hành tinh. Sagan đấu tranh cho quan điểm rằng một nền văn minh độ lượng đâu đó trong thiên hà có lẽ đang hướng những chùm tín hiệu vô tuyến về phía Trái đất để khẳng định một sự uyên thâm kiến thức vũ trụ hoặc thiết lập một cuộc đối thoại. Thật là một quan điểm rộng lượng, nhưng nó có đáng tin hay không?

Một trở ngại chính với luận điểm của Sagan là nếu có bất kì giống loài ngoài hành tinh nào ở ngoài kia, thì hầu như chắc chắn họ chẳng có ý tưởng rằng Trái đất lại có chứa một nền văn minh am hiểu vô tuyến. Giả sử có một cộng đồng ngoài hành tinh tiến bộ ở cách xa 500 năm ánh sáng – còn gần hơn so với những tiêu chuẩn SETI lạc quan – thì cho dù công nghệ của nó có tiên tiến đến mức nào, người ngoài hành tinh vẫn sẽ thấy Trái đất ngày nay ở thời điểm năm 1510, lâu lắm trước cuộc cách mạng công nghiệp. Về nguyên tắc, họ có thể phát hiện ra những dấu hiệu của canh tác nông nghiệp và các công trình xây dựng như Vạn lí trường thành của Trung Quốc, và họ có thể dự đoán rằng chúng ta sẽ đi vào phát triển thiên văn học vô tuyến sau một vài thế kỉ hoặc thiên niên kỉ, nhưng sẽ không có cơ sở nào cho họ bắt đầu tìm kiếm dấu hiệu của chúng ta cho đến khi họ thu được một bằng chứng dương tính rằng chúng ta có hiện diện trong không khí. Điều này sẽ xuất hiện khi những tín hiệu vô tuyến đầu tiên của chúng ta truyền đến chỗ họ, điều sẽ không xảy ra trong vòng 400 năm tới. Rồi sẽ mất thêm 500 năm nữa cho những tin nhắn đầu tiên của họ phản hồi về cho chúng ta. Cho nên, kịch bản của Sagan có lẽ sẽ có thể tưởng tượng được trong một thiên niên kỉ khác hoặc cũng cỡ thời gian như thế trong tương lai.

Điều này có nghĩa SETI là một sự lãng phí thời gian à? Không nhất thiết như vậy. Có lẽ có những luồng vô tuyến khác chúng ta có thể phát hiện ra. Thật không may, những anten lớn nhất trên Trái đất hiện nay không đủ nhạy để nhặt ra những máy phát truyền hình ở khoảng cách giữa các sao, và trừ khi thiên hà chúng ta đang nhung nhúc những nền văn minh đang điên cuồng trao đổi những tin nhắn vô tuyến, chúng ta sẽ không tài nào có cơ hội ‘vô phúc’ bắt dính một tin nhắn hướng đến một hành tinh khác đi xuyên qua hành trình vũ trụ của chúng ta một cách tình cờ. Một hi vọng thực tế hơn là một nền văn minh ngoài địa cầu đã xây dựng một đèn hiệu mạnh quét qua mặt phẳng thiên hà giống như một ngọn hải đăng. Một đèn hiệu có thể phục vụ nhiều mục đích đa dạng: là tượng đài cho nền văn hóa đã biến mất từ lâu; là một cách thu hút sự chú ý và thực hiện sự tiếp xúc đầu tiên; là một biểu tượng nghệ thuật, văn hóa hoặc tôn giáo; hoặc là tương đương vũ trụ của nghệ thuật grafito [hình vẽ, chữ viết trên tường cổ]. Nó thậm chí có thể là một tiếng kêu cứu, hoặc, như với giả thuyết ngọn hải đăng khiêm tố, nó là một sự cảnh báo.

Trong những năm qua, đã có nhiều xung vô tuyến chưa giải thích được. Nổi tiếng nhất là cái gọi là tín hiệu Wow!, phát hiện ra ngày 15 tháng 8, 1977, bởi Jerry Ehman sử dụng kính thiên văn vô tuyến Big Ear của trường đại học Bang Ohio. Tín hiệu kéo dài trong 72 s (thay vì một xung dài), và không được phát hiện ra lần nào nữa. Ehman đã phát hiện ra nó trong khi đang xem xét bản in fax qua máy tính của anten, và bị kích động đến mức ông viết từ “Wow!” ở lề trang. Tín hiệu đó chưa bao giờ được giải thích thỏa mãn là một hiện tượng nhân tạo hay một hiện tượng tự nhiên.

Thật không may, thiên văn học vô tuyến hiện nay không thích ứng tốt lắm để đánh giá những cái thường được cho là đèn hiệu. Cách tiếp cận SETI truyền thống là lắng nghe những ngôi sao mục tiêu hứa hẹn mỗi lần khoảng nửa giờ đồng hồ, đồng thời bao quát chừng một tỉ hoặc nhiều hơn các kênh 1 Hz trong ngưỡng tần số gigahert (109 Hz) thấp. Dữ liệu ra sau đó được phân tích bằng phần mềm có khả năng nhận ra những nguồn liên tục dải hẹp (tần số rõ nét). Nếu phát hiện ra một tín hiệu như vậy, thì các nhà thiên văn thực hiện một loạt kiểm tra để loại trừ những tín hiệu nhân tạo, gồm cả việc hướng kính thiên văn tắt và mở về phía mục tiêu để xem tín hiệu có mất dần và xuất hiện trở lại hay không, và tranh thủ một chiếc kính thiên văn yểm trợ ở xa để xác nhận.

Vấn đề là toàn bộ công việc này thật mất thời gian: một tiếng rít ngắn ngủi phát ra từ một đèn hiệu không thể nào kiểm tra chéo và không thể xuất hiện trở lại trong hàng tháng hoặc thậm chí hàng năm trời. Nó có khả năng bị loại trừ khỏi nguồn gốc tự nhiên dễ dàng như một bí ẩn vậy. Trên lí tưởng, một cuộc tìm kiếm những đèn hiệu sẽ liên quan đến một tập hợp những thiết bị chuyên dụng nhìn chằm chằm về hướng vùng dồi dào sao thuộc Dải Ngân hà trong nhiều năm liên tục. Phần này của thiên hà là nơi đa số những ngôi sao cổ - và có lẽ là những nền văn minh xưa cũ nhất và thịnh vượng nhất – được tìm thấy. Nhưng một dự án có tầm rộng lớn như thế này không thể được tài trợ trong tương lai trước mắt.

Ma trận Kính thiên văn Allen ở Bắc California (trái) đang dẫn đầu cuộc tìm kiếm sự sống ngoài địa cầu đã bắt đầu vào năm 1960 bởi Frank Drake (phải). Ảnh: Seth Shostak/Science Photo Library

Phương trình Drake

Khi Frank Drake dấn thân vào chương trình SETI vô tuyến, ông đã viết ra một phương trình định lượng con số hi vọng, N, của những nền văn minh truyền thông trong thiên hà. Nó không hẳn là một phương trình theo ý nghĩa toán học thông thường, mà là một cách định lượng sự ngu dốt của chúng ta. Nó là N = R*f_pn_ef_lf_if_cL, trong đó R* là tốc độ hình thành những ngôi sao kiểu Mặt trời trong thiên hà, fp là tỉ lệ những ngôi sao đó có hành tinh, là ne số trung bình những hành tinh kiểu Trái đất trong mỗi hệ hành tinh, f_l là tỉ lệ những hành tinh có sự sống trên đó sự thông minh tiến hóa, fc là tỉ lệ những hành tinh trên đó có nền văn minh công nghệ và có khả năng truyền thông xuất hiện, và L là thời gian sống trung bình của một nền văn minh biết truyền thông.

Một số trong những thuật ngữ này, thí dụ như tỉ lệ những ngôi sao có hành tinh, ngày nay có thể được định lượng khá tốt – các nhà thiên văn ước tính f_p là lớn hơn 0,5. Ngoài ra, sứ mệnh Kepler tìm kiếm hành tinh của NASA, phóng lên quỹ đạo hồi tháng 3 năm 2009, sẽ sớm cung cấp một số dấu hiệu xác nhận xem có bao nhiêu hành tinh kiểu Trái đất, tức là n_e. Tuy nhiên, độ bất định trong N bị thống trị hoàn toàn bởi hai biến khổng lồ: f_l và f_i. Các nhà khoa học hiện nay không có lí thuyết đáng tin cậy nào của nguồn gốc sự sống, cho nên việc đặt ra một xác suất trên nó là vô nghĩa. Khi SETI bắt đầu, nhiều người tin rằng sự sống trên Trái đất là một sự may mắn rất khó có khả năng xảy ra, một tai nạn hóa chất có xác suất thấp như thế chúng ta sẽ không trông đợi nó xảy ra ở đâu đó khác trong vũ trụ có thể quan sát. Ngày nay, con lắc quan điểm đang đong đưa đến chỗ nhiều nhà sinh vật học vũ trụ tuyên bố rằng sự sống phát sinh một cách dễ dàng và hầu như chắc chắn xảy ra bất kể khi nào một hành tinh có những điều kiện giống như Trái đất. Nếu như họ đúng, thì thiên hà phải đang nhung nhúc những thế giới có thể ở được. Nhà sinh vật học đạt giải Nobel Christian de Duve thậm chí còn đi xa đến mức gọi sự sống là “một nhu cầu vũ trụ”.

Thật không may, giả thuyết về tính tất định sinh học, trong khi thật hợp thời, lại không có sự ủng hộ quan sát nào vào lúc này. Có một cách chúng ta có thể kiểm tra nó, mặc dù, thật sự không cần phát hiện ra sinh vật trên một hành tinh khác. Nếu sự sống thật sự dễ dàng xảy ra bất ngờ trong những điều kiện giống Trái đất, thì không có hành tinh nào giống Trái đất hơn bản thân địa cầu, cho nên chắc chắn nó phải hình thành nhiều lần tại nơi đây, trên hành tinh thân yêu của chúng ta. Và làm thế nào chúng ta biết nó không xảy ra chứ?

Hóa ra chẳng ai thật sự nhìn ra hết. Đa số sinh vật ngoài địa cầu là vi khuẩn, và các nhà sinh vật học chỉ mới đào bới qua loa trên mặt của thế giới vi khuẩn. Nhiều vi sinh vật kì lạ đã được phát hiện ra, trong số đó có cái gọi là extremophile phát triển thịnh vượng trong những điều kiện khốc liệt đối với đa số những dạng sống đã biết, nhưng cho đến nay toàn bộ những sinh vật này hóa ra là thuojc về cùng họ hàng cây tiến hóa như bạn và tôi vậy. Tuy nhiên, điều này có chút ý nghĩa. Các nhà sinh vật học đã tùy biến những kĩ thuật của họ nhằm ngắm tới sự sống chuẩn, cho nên bất kì vi khuẩn nào có một dạng thức hóa sinh khác biệt hoàn toàn cũng có xu hướng bị bỏ sót. Tuy nhiên, trong những tháng gần đây, đã có một làn sóng đam mê trong cuộc tìm kiếm một mẫu sống thứ hai dưới dạng một “sinh quyển bóng râm”. Cho đến nay, đây sẽ là một vùng bị bỏ sót của sự sống vi khuẩn tồn tại liền kề (và có lẽ còn xâm nhập) sinh quyển địa cầu chuẩn vốn phong phú những sinh vật có cơ chế hóa sinh khác hoàn toàn; sinh quyển bóng râm sẽ có sự sống, nhưng không như cái chúng ta biết. Quan điểm là nếu chúng ta tìm thấy sự sống trên Trái đất đã bắt đầu từ sự hỗn mang nhiều hơn một lần, thì trường hợp sự sống là một nhu cầu vũ trụ sẽ khó bỏ qua; nhưng sẽ là bất thường nếu sự sống đã bắt đầu trên Trái đất nhiều hơn một lần mà rốt cuộc không xảy ra trên những hành tinh kiểu Trái đất khác.

Cho dù sự sống là phổ biến trong vũ trụ, thì khả năng có sự sống thông minh – fi  trong phương trình Drake – vẫn sẽ rất thấp. Các nhà sinh học bất đồng gay gắt ở chỗ họ đánh giá sự sống có là một sự lầm lạc không quan trọng, kiểu như cái vòi của con voi, hay thuộc về loại những nét tiêu biểu, thí dụ đôi cánh và đôi mắt, cái đáp ứng một vai trò sinh học cơ bản đến mức chúng đã được “phát minh” ra bởi sự tiến hóa lặp đi lặp lại nhiều lần trong lịch sử. Tuy nhiên, nếu sự sống đang tiến diễn ở một nơi nào khác, thì ít nhất nó cũng có một cơ hội tiến hóa thành sự sống thông minh. Cho nên theo quan điểm của tôi, ẩn số lớn trong phương trình Drake vẫn là f1. Cho đến khi chúng ta có một ý tưởng tốt hơn về tỉ lệ đó bằng bao nhiêu, thì bất kì một sự cố gắng nào đặt ra một giá trị số “hợp lí” lên N là điều tưởng tượng mà thôi.

Vi khuẩn Extremophile có thể sống sót trong một số điều kiện khắc nghiệt, kể cả nhiệt độ cao và thấp, độ pH cực cao hoặc cực thấp, trong điều kiện khô cằn cũng như độ mặn cao. Sinh vật này có thể chịu được những liều lượng bức xạ cực cao. (Ảnh: Michael J Daly/Science Photo Library)