Sự sống trong vũ trụ - Kỳ 2
Stephen Hawking
Khả năng làm thay đổi tiến trình của DNA bởi những thăng giáng ngẫu nhiên là rất nhỏ. Do đó, một số người cho rằng sự sống đến Trái đất đến từ những hạt giống sẵn có, trôi nỗi đâu đó trong thiên hà.
Không có carbon khi vũ trụ bắt đầu từ Big Bang vào khoảng 15 tỉ năm trước. Nó quá nóng khiến cho tất cả vật chất chỉ tồn tại được dưới dạng các hạt, proton và neutron. Ban đầu số proton và neutron là bằng nhau. Tuy nhiên, khi vũ trụ dãn nở, nó sẽ lạnh đi. Khoảng một phút sau Big Bang, nhiệt độ sẽ giảm xuống còn khoảng một tỉ độ, 100 lần lớn hơn nhiệt độ của Mặt trời. Ở nhiệt độ này, neutron sẽ bắt đầu phân hủy và tạo thành nhiều proton hơn. Nếu điều này xảy ra mãi, tất cả vật chất trong vũ trụ sẽ kết thúc ở nguyên tố đơn giản nhất là hydrogen mà nguyên tử của nó chỉ chứa duy nhất một proton. Tuy nhiên, một số neutron va vào các proton và kết hợp để tạo thành nguyên tố đơn giản kế tiếp, helium mà nguyên tử của nó chứa hai neutron và hai proton. Nhưng các nguyên tố nặng hơn như carbon hay oxygen không hình thành trong giai đoạn vũ trụ sớm. Thật khó để tưởng tượng rằng sự sống được xây lên chỉ từ hydrogen và helium, và theo bất kỳ cách nào đi chăng nữa, vũ trụ sớm còn quá nóng để các nguyên tử có thể kết hợp thành các phân tử.
Vũ trụ sẽ tiếp tục dãn nở và lạnh đi. Nhưng một số miền trong chúng có mật độ cao hơn một chút so với các miền khác. Sức hút hấp dẫn của lượng vật chất dôi ra trong những miền này sẽ làm hãm một cách từ từ sự dãn nở của chúng và thậm chí làm dừng dãn nở. Thay vào đó, chúng sẽ co lại để tạo thành các thiên hà và các sao, giai đoạn này bắt đầu từ khoảng hai tỉ năm sau Big Bang. Một số ngôi sao hình thành sớm này sẽ nặng hơn Mặt trời của chúng ta rất nhiều. Chúng sẽ nóng hơn Mặt trời, và do đó sẽ đốt cháy hydrogen và helium thành các nguyên tố nặng hơn như carbon, oxygen và sắt. Điều này chỉ xảy ra vào khoảng vài trăm triệu năm trước. Sau đó, một số ngôi sao sẽ bùng nổ như các siêu tân tinh và phóng các nguyên tố nặng vào không gian, tạo thành những vật liệu thô cho việc hình thành các sao sau này.
Các ngôi sao khác ở quá xa để chúng ta có thể nhìn thấy chúng một cách trực tiếp. Nhưng có một số ngôi sao có tên gọi pulsar, phát ra các xung sóng vô tuyến một cách đều đặn. Chúng ta quan sát được một số thay đổi nhỏ trong tốc độ của các pulsar và điều này được làm sáng tỏ nhờ vào việc chỉ ra rằng chúng đang bị nhiễu động bởi các hành tinh kiểu như Trái đất đang quay quanh chúng. Các hành tinh quay quanh pulsar dường như không có sự sống, vì bất cứ sự sống nào xuất hiện đều sẽ bị tiêu diệt trong các vụ nổ siêu tân tinh để tạo thanh pulsar. Nhưng thực tế, một số pulsar được tìm thấy là có các hành tinh quay quanh cho thấy một tỉ lệ đáng kể trong số hàng trăm tỉ ngôi sao trong thiên hà của chúng ta cũng có các hành tinh. Những điều kiện cần thiệt cho sự sống có thể đã tồn tại từ khoảng bốn tỉ năm sau Big Bang.
Hệ mặt trời của chúng ta hình thành từ khoảng 4,5 tỉ năm trước, tức là khoảng 10 tỉ năm sau Big Bang, từ một đám khí có lẫn tàn dư của một ngôi sao đã chết. Trái đất được hình thành phần lớn từ các nguyên tố nặng hơn, gồm cả carbon và oxygen. Theo vài cách nào đó, các nguyên tử này sắp xếp lại với nhau tạo thành các phân tử DNA. Đây là chuỗi đôi xoắn ốc nổi tiếng, được khám phá bởi Crick và Watson, trong một nhà tạm ở New Museum ở Cambridge. Gắn kết hai chuỗi xoắn là các cặp acid nucleic. Có bốn loại acid nucleic, adenine, cytosine, guanine và thiamine. Tôi e rằng chiếc máy giả giọng nói không được tốt lắm khi phát âm ra tên của chúng. Hẳn nhiên, nó không được thiết kế cho các nhà sinh học. Một adenine trong dãy sẽ luôn liên kết với một thiamine trong dãy khác, còn một guanine thì luôn liên kết với một cytosine. Như vậy, trình tự của các acid nucleic trong một chuỗi xác định một cách duy nhất trình tự trong chuỗi kia. Hai chuỗi có thể tách nhau và đóng vai trò một khuôn mẫu để tạo các chuỗi khác. Như vậy, các phân tử DNA có thể tái tạo lại thông tin của gene, mã hóa chúng nhờ vào trình tự của các acid nucleic. Mỗi đoạn acid nucleic có thể được dùng để tạo ra protein và các chất hóa học khác, mang lại sự hướng dẫn, mã hóa theo một trình tự nhất định và tập hợp các vật liệu sống cho DNA để tái tạo lại chính nó.
DNA - Kiến trúc sư của sự sống trên Trái đất. Nguồn: dẫn từ TopNews.in
Chúng ta không biết các phân tử DNA đầu tiên xuất hiện như thế nào. Khả năng làm thay đổi tiến trình của DNA bởi những thăng giáng ngẫu nhiên là rất nhỏ. Do đó, một số người cho rằng sự sống đến Trái đất đến từ những hạt giống sẵn có, trôi nỗi đâu đó trong thiên hà. Tuy nhiên, điều này dường như không giống với việc DNA có thể tồn tại một thời gian dài trong nền bức xạ phủ trong không gian. Và thậm chí nếu có sự tương đồng này, nó cũng không thật sự hỗ trợ cho việc giải thích nguồn gốc của sự sống, bởi vì thời điểm hình thành các nguyên tử carbon chỉ cách nay khoảng hai lần tuổi của Trái đất.
Một khả năng về sự hình thành của một số thứ như DNA, thứ có thể tái tạo lại chính nó, khác xa so với khả năng trên. Tuy nhiên, trong một vũ trụ bao la với vô số các vì sao, bạn có thể mong đợi điều này xảy ra ở một vài hệ thống thiên thể nào đó, nhưng chúng sẽ cách rất xa nhau. Tuy nhiên có một thực tế, là sự sống diễn ra trên Trái đất không gây nhiều ngạc nhiên. Nó chỉ là một ứng dụng của Nguyên lý vị nhân yếu: nếu thay vì vậy sự sống xuất hiện ở một hành tinh khác, chúng ta sẽ tự hỏi tại sao nó lại diễn ra ở đó.
Nếu sự hiện diện của sự sống tại một hành tinh nào đó hoàn toàn không giống như vậy, bạn có thể vẫn hi vọng nó đã diễn ra trong một thời gian dài. Đúng hơn, bạn chờ đợi sự sống xuất hiện tại thời điểm trí thông minh được hình thành như một hệ quả của sự tiến hóa giống như chúng ta và được quy định bởi thời gian sống của Mặt trời. Thời gian này là khoảng 10 tỉ năm, trước khi Mặt trời nở lớn lên và nuốt chửng cả Trái đất. Một dạng thông minh của sự sống, đã chiếm lĩnh được công nghệ du hành không gian, có thể đào thoát sang một ngôi sao khác. Nhưng dù vậy, sự sống trên Trái đất cũng thật bất hạnh.
Có những bằng chứng hóa thạch cho thấy một vài dạng thức sống trên Trái đất vào khoảng 3,5 tỉ năm trước. Nghĩa là chỉ 500 triệu năm sau khi Trái đất trở nên ổn định và đủ lạnh để cho sự sống phát triển. Nhưng sự sống phải cần 7 tỉ năm để phát triển và vẫn cần thêm thời gian để tiến hóa đến độ như chúng ta bây giờ, những người đang truy vấn về nguồn gốc của sự sống. Nếu khả năng sự sống tồn tại ở một hành tinh khác là rất nhỏ, thì tại sao nó lại diễn ra trên Trái đất, trong khoảng một phần mười bốn thời gian khả dĩ.
Sự xuất hiện sớm của sự sống trên Trái đất cho thấy rằng một cơ hội tuyệt vời cho sự hình thành sự sống một cách tự phát trong những điều kiện thích hợp đã từng tồn tại. Có lẽ cũng có một vài dạng thức hữu cơ đơn giản hơn, cấu thành các DNA. Một lần nữa DNA lại xuất hiện, quá thành công để có thể thay thế hoàn toàn cho các dạng thức trước đó. Chúng ta không biết chắc rằng những dạng thức sớm hơn này có tồn tại hay không. Một khả năng có thể là RNA. Nó cũng giống như DNA, nhưng đơn giản hơn và không có cấu trúc vòng xoắn kép. Với độ dài ngắn, RNA có thể tái tạo ra chính chúng giống như DNA và thậm chí có thể tạo ra DNA. Bạn không thể tạo nên các acid nucleic trong phòng thí nghiệm từ các vật liệu đã chết để tách riêng các RNA. Nhưng 500 triệu năm trước, khi mà đại dương bao phủ toàn bộ Trái đất, tồn tại một xác suất khả dĩ để các RNA hình thành.
Còn tiếp .....
![[Ebook] 7 bài học vật lí ngắn - Bản hiệu đính 2019](/bai-viet/images/2019/03/7baihoc.png)
