Ảnh minh họa một hành tinh ngoại. (Ảnh: NASA)
Sự sống xuất hiện sớm trên Trái đất không có nghĩa là nó có khả năng xuất hiện trên những hành tinh khác giống Trái đất, đó là kết luận của hai nhà thiên văn vật lí người Mĩ. Mô hình toán học mới của hai nhà nghiên cứu cho biết sự sống có thể là rất hiếm – kết quả làm cụt hứng phong trào nghiên cứu sôi nổi xung quanh khám phá mới đây về những hành tinh giống Trái đất đang quay xung quanh những ngôi sao khác ngoài Mặt trời của chúng ta ra.
Các ước tính của sự thịnh hành của sự sống trong vũ trụ có sự thiếu hụt dữ liệu nghiêm trọng. Thật vậy, chúng chỉ có một điểm dữ liệu duy nhất ủng hộ - đó là Trái đất. Chúng ta thậm chí còn không chắc chắn láng giềng gần gũi nhất của chúng ta, Hỏa tinh, có từng là ngôi nhà của vi khuẩn hay không. Tuy nhiên, tiếp tục hành tinh đơn độc của Trái đất, dường như sự sống đã phát sinh trong vòng vài trăm triệu năm sau khi khối magma sôi sùng sục đông lại thành một hành tinh có thể ở được. Thời gian đó trông có vẻ sớm, nghĩa là sự sống đã phát triển chừng 3,8 tỉ năm và có khả năng tiếp tục tồn tại cho đến quả khí cầu Mặt trời bành trướng thành một quả cầu đỏ rực sau 5 tỉ năm nữa.
“Sự xuất hiện nhanh chóng của sự sống trên Trái đất có lẽ là dữ liệu tốt nhất mà chúng ta có để ràng buộc khả năng của sự sống tồn tại ở đâu đó khác trong vũ trụ, vì thế nó đáng để chúng ta nghiên cứu càng kĩ lưỡng càng tốt”, phát biểu của Charley Lineweaver, một nhà thiên văn vật lí tại trường Đại học quốc gia Australia.
Các nhà khoa học lấy một mẩu thông tin từ Trái đất và cố gắng nói đôi điều về khả năng những sinh vật sống sẽ xuất hiện ở đâu đó khác trong một lượng thời gian nhất định, biết rằng những điều kiện là thích hợp. Những mô hình trước đây không xem xét rõ tác dụng về niềm tin từ trước của các nhà nghiên cứu về kết quả của những nghiên cứu thống kê này. Thí dụ, một nghiên cứu trước đây cố gắng biểu diễn cái không biết bằng cách cho sức nặng như nhau cho mỗi tốc độ mà sự sống có thể phát sinh. Nhưng David Spiegel và Edwin Turner ở trường Đại học New Jersey vừa cho biết giả thiết này thật sự quyết định trước kết quả của phân tích.
Họ sử dụng một phương pháp Bayes làm sáng tỏ tác dụng của dữ liệu lên những mô hình dự đoán khả năng sự sống phát sinh. Định lí trên, do nhà toán học thế kỉ 18 Thomas Bayes phát triển, kết hợp một mô hình lí thuyết với những giả thiết “có trước” và dữ liệu để vạch ra những kết luận về xác suất của những kết cục nhất định.
Do cái chúng ta không biết về những điều kiện quan trọng cho sự sống phát sinh, nên Spiegel và Turner đã mô phỏng nguồn gốc của nó là một “hộp kín”. Khả năng sự sống phát sinh trên một hành tinh cho trước được biểu diễn bằng một phân bố Poisson – loại phân bố dùng để mô tả phân hủy phóng xạ - và nó phụ thuộc vào xác suất không đổi tính trên đơn vị thời gian mà sự sống sẽ phát sinh, và vào khoảng thời gian sự sống đã có cơ hội để phát sinh.
Không có ít nhất 3,8 tỉ năm tiến hóa, loài người sẽ không nêu ra câu hỏi rằng sự sống có thịnh hành trong vũ trụ hay không. Xu hướng nghiêng về những sinh vật có tri giác như con người tồn tại trên một hành tinh nơi sự sống đã bắt đầu sớm hơn. Các nhà nghiên cứu biểu diễn xu hướng này bằng xác suất sự sống xuất hiện, cộng thêm một sự phụ thuộc vào sự trễ lâu nhất có thể có, nhưng vẫn đủ thời gian cho con người xuất hiện, giữa lúc bắt đầu sự ở được và lúc có mặt sự sống.
Điều then chốt đối với số hạng đầu trong phân tích Bayes là tốc độ sự sống phát sinh. Biết rằng mỗi tốc độ có xác suất bằng nhau từ trước, nên mô hình trên kết luận rằng sự sống có khả năng xuất hiện thậm chí không cần xét đến dữ kiện Trái đất. Ngược lại, bằng cách cho mỗi khoảng thời gian trễ giữa sự ở được của một hành tinh và sự có mặt của sự sống có xác suất như nhau, mô hình trên kết luận rằng sự sống hiếm khi phát sinh. Mặc dù cả hai giả thuyết đều có vẻ biểu diễn cái không biết, nhưng chúng xác định kết quả của phép tính. Thật vậy, hai giả thiết trên xây dựng trên một cấp độ không mong muốn, nên khiến cho những tốc độ lớn – và những khoảng thời gian trễ lớn – trông có khả năng hơn.
Để giải quyết vấn đề cấp bậc, Spiegel và Turner cho logarithm của mỗi tốc độ có một xác suất bằng nhau, và họ nhận thấy mô hình trên phản ứng với dữ liệu tốt hơn nhiều. Họ xét nhiều kịch bản có khả năng xảy ra với Trái đất. Chẳng hạn, sự sống có thể xuất hiện lúc 10 triệu năm sau khi hành tinh lần đầu tiên trở nên có thể ở được, hoặc 800 triệu năm sau đó. Nếu sự sống xuất hiện chưa tới khoảng 200 triệu năm trước, thì có khả năng hơn là tốc độ sự sống phát sinh là cao. Tuy nhiên, nói chung, phân tích của hai nhà nghiên cứu cho thây sự sống “hết sức hiếm trong vũ trụ”.
Tham khảo: arXiv:1107.3835.
Nguồn: physicsworld.com
