Cần những gì để làm vật lý thiên thể?

Hôm nay tôi muốn nói về điều mà tôi nghĩ là một strong những cuộc khám phá lớn nhất mà con người đã khởi đầu, nó chính là cuộc thám hiểm để tìm hiểu về vũ trụ và vị trí của chúng ta trong vũ trụ đó. Sự hứng thú của tôi về chủ đề này, và nhiệt huyết tôi dành cho nó, bắt đầu khá tình cờ. Tôi đã mua một bản của cuốn sách này, "Vũ trụ và Tiễn Sĩ Einstein" -- một quyển sách cũ, bìa mỏng từ một cửa hàng sách cũ ở Seatle. Một vài năm sau đó, ở Bangalore, một đêm nọ tôi cảm thấy khó ngủ, và tôi cầm quyển sách này lên, nghĩ rằng nó có thể ru tôi ngủ trong vòng 10 phút. Và như nó đã xảy ra, tôi đọc quyển sách này một mạch từ nửa đêm đến 5 giờ sáng hôm sau. Sau đó tôi cảm thấy luồng cảm xúc mãnh liệt của sự vì nể và hứng khởi đối với vũ trụ và đối với khả năng của chúng ta đã khám phá ra những kiến thức đó. Và cảm giác đó vẫn chưa rời bỏ tôi.

Cảm giác ấy đã "châm ngòi" cho tôi để thực sự thay đổi sự nghiệp của chính mình từ một kỹ sư phần mềm thành một nhà văn chuyên viết về khoa học -- để tôi có thể phần nào tận hưởng niềm vui của khoa học, và sự vui sướng của việc truyền đạt nó tới những người khác. Và cảm giác đó đã dẫn dắt tôi đến với một kiểu hành hương, để đi, theo nghĩa đen, đến tận cùng trái đất để thấy những kính viễn vọng, máy dò, những dụng cụ mà người ta đã và đang tạo ra, để dò thăm dò vũ trụ một cách chi tiết hơn. Và nó dẫn dắt tôi từ những nơi như Chile -- Sa mạc Atacama ở Chile tới Siberia tới những vùng mở ngầm, ở những rặng núi Nhật Bản, đến Bắc Mỹ, tới tận cùng Châu Nam cực. và tới cả Cực Nam.

Và hôm nay tôi muốn chia sẻ với các bạn một vài hình ảnh và câu chuyện từ những chuyến đi này. Tôi đã dành vài năm vừa rồi để ghi lại những nỗ lực của một vài người đàn ông và phụ nữ rất dũng cảm những người đang đặt, thực sự mà nói, cuộc sống của họ vào trong hiểm nguy mọi lúc làm việc ở những vùng xa xôi và thù địch để họ có thể thu được những tín hiệu mờ nhất từ vũ trụ để chúng ta có thể hiểu nó hơn.

Đầu tiên tôi bắt đầu với một đồ thị hình tròn. và tôi hứa là đây là lần duy nhất tôi sẽ sử dụng biều thị hình tròn trong cả cuộc trình bày này Nhưng nó sẽ cho thấy tầm kiến thức của chúng ta về vũ trụ. Tất cả những lý thuyết về vật lý chúng ta có hôm nay giải thích cái gì là vật chất -- thứ tạo ra chúng ta -- và đó là 4% của vũ trụ Những nhà thiên văn học và vũ trụ học và vật lý học nghĩ rằng có cái gì đó gọi là vật chất tối trong vũ trụ, chúng tạo nên 23% của vũ trụ, và một thứ gọi là năng lượng tối, thứ xuyên qua kết cấu của không gian-thời gian, tạo nên 73% nữa. Vì vậy nếu bạn nhìn vào đồ thị hình tròn này, 96% của vũ trụ, ở điểm này trong công cuộc thám hiểm của chúng ta, đều là bí ẩn hoặc chưa được thông hiểu. Và hầu hết các thí nghiệm, những kính viễn vọng tôi đi xem đã theo một cách nào đó, đưa ra những câu hỏi này đây là 2 bí hiểm sinh đôi của vật chất tối và năng lượng tối.

Tôi sẽ đem bạn xuống một vùng mỏ ngầm ở Bắc Minnesota nơi mà con người đang tìm kiếm thứ gọi là vất chất tối. Ý tưởng ở đây là chúng ta tìm kiếm một tín hiệu của phân tử của vật chất tối chạm vào máy dò. Lý do vì sao chúng ta phải đi xuống dưới lòng đất là vì nếu bạn thực hiện thí nghiệm này ở trên mặt đất, sẽ có sự nhiễu sóng tín hiệu mà có lẽ được tạo ra từ những tia vũ trụ, hoặc sóng radio, và ngay cả chính cơ thể của chúng ta. Bạn có thể không tin, nhưng ngay cả cơ thể của chúng ta có đủ phóng xạ để làm nhiễu thí nghiệm này Vì thế họ đi sâu xuống dưới mỏ để tìm một môi trường đủ tĩnh cho phép họ nghe được tiếng va chạm dù là nhỏ nhất khi phân tử vật chất tối chạm vào máy dò.

Tôi đã đi xem một trong những thí nghiệm này và thực sự là, bạn chẳng thể thấy được mấy, vì trong đó tối om. Đây là một hang động bị bỏ lại bởi dân mỏ từ năm 1960. Và những nhà vật lý đến, bắt đầu sử dụng nó từ khoảng những năm 1980. Những người đào mỏ đầu thế kỷ trước làm việc, theo nghĩa đen, trong ánh nến. Ngày nay, bạn sẽ thấy bên trong mỏ, một nửa dặm dưới đất. Một trong những phòng thí nghiệm dưới đất lớn nhất thế giới. Và, cùng với nhiều thứ khác, họ đang cố tìm kiếm vật chất tối.

Một cách khác để tìm kiếm năng lượng tối, một cách gián tiếp. Nếu vất chất tối tồn tại trong vũ trụ, trong giải ngân hà của chúng ta, thì những phân tử này sẽ đang va mạnh vào nhau và tạo ra những phân tử khác mà chúng ta đã biết một trong số đó là nơtrino. Có thể dò được nơtrino bằng những dấu hiệu chúng để lại khi chúng chạm vào phân tử nước. Khi một nơtrino chạm vào một phân tử nước chúng phát ra một loại ánh sáng màu xanh da trời, một chớp nháy màu xanh lam, và bằng cách tìm kiếm ánh sáng xanh này, bạn có thể hiểu phần nào về nơtrino và gián tiếp hiểu được một chút về vật chất tối mà có thể là nguồn tạo ra nơtrino này. Nhưng bạn cần một lượng nước rất lớn để làm được thí nghiệm này. Bạn cần hàng chục triệu tấn nước gần như một tỷ tấn nước để có cơ hội bắt được nơtrino này Và liệu có thể tìm được nguồn nước như vậy ở đâu? Vầng, người Nga có một "bể chứa ở sân sau" của riêng họ

Đây chính là hồ Baican. Nó là hồ lớn nhất thế giới. Nó dài 800 km. Và rộng khoảng 40 đến 50 km ở hầu hết các chỗ, sâu khỏang 1 - 2 km. Điều mà người Nga đang làm là xây những máy dò và đặt chúng khoảng 1km dưới bề mặt hồ để họ có thể thấy được những chớp xanh lam này. Và đây là quang cảnh tôi thấy khi đặt chân tới nơi đây. Đây là hồ Baican ở điểm khốc liệt nhất của mùa đông Siberia. Toàn bộ nước đã đóng băng. Và những đường chấm đen mà bạn thấy ở nền, chính là những lều băng nơi các nhà vật lý đang làm việc. Họ phải làm việc trong mùa đông vì họ không có tiền để làm việc vào mùa hè và xuân, nếu như họ làm vậy, họ phải cần thuyền và tàu ngầm để làm việc Vì thế họ đợi tới mùa đông -- khi hồ hoàn toàn đóng băng -- và họ dùng lớp băng dầy 1 mét này làm nền để dựng lều băng và làm việc.

Đây là những người Nga đang làm việc trên băng trong thời điểm lạnh nhất của mùa đông Siberia. Họ phải đục lỗ trên lớp băng, lặn xuống nước -- dòng nước rất, rất lạnh -- để có thể lấy những dụng cụ của họ và mang chúng lên bờ, sửa chữa và kiểm tra máy móc đặt chúng lại dưới hồ và rời đi trước khi mặt băng tan Bởi vì lớp băng cứng đó tồn tại trong hai tháng và nó có rất nhiều đường nứt. Và bạn phải tưởng tượng, có nguyên cả một hồ lớn như biển bên dưới lớp băng đó, đang lay chuyển. Tôi vẫn không hiểu được chuyện một người đàn ông Nga ngực trần làm việc, nhưng điều đó cho thấy anh ta làm việc vất vả như thế nào. Và những người này, khoảng một tá người, đã làm việc trong vòng 20 năm qua, tìm kiếm những hạt phân tử có thể tồn tại hoặc không. Họ đã cống hiến cuộc đời họ cho nó. Và nói thêm cho bạn, họ tiêu tốn hết 20 triệu (dollar) trong suốt 20 năm. Đó là một môi trường rất khắc nghiệt. Họ làm việc với một khoản tiền ít ỏi. Nhà vệ sinh của họ thực sự mà nói là những chiếc hố đào trên mặt đất che đi bởi một miếng ván gỗ. Điều kiện hơi sơ sài, nhưng họ làm việc này mỗi năm.

Từ Siberia tới sa mạc Atacama ở Chile, để thấy thứ gọi là The Very Large Telescope -- Kính Viễn Vọng Rất Lớn. Kính Viễn Vọng Rất Lớn là một trong những thứ mà các nhà thiên văn học làm họ đặt tên những chiếc kính viễn vọng của họ hơi thiếu sáng tạo. tôi có thể nói cho bạn biết một thực tế, là kính viễn vọng tiếp theo mà họ làm sẽ được gọi là Kính Viễn Vọng Cực Lớn. (cười) và bạn sẽ không tin tôi nhưng mà cái kính tiếp theo sẽ được gọi là Kính Viễn Vọng Cực Kỳ Lớn. Dù gì đi nữa, nó cũng là một tác phẩm lạ thường của ngành kỹ thuật. Đây là 4 cái kính viễn vọng 8.2 met. Và những kính viễn vọng này, cùng nhiều thứ khác đang được sử dụng trong nghiên cứu sự mở rộng của vũ trụ theo thời gian. Và càng hiểu thêm về điều đó, bạn sẽ hiểu hơn thứ năng lượng tối này -- thứ đã tạo ra vũ trụ -- là gì.

Một tác phẩm của ngành kỹ thuật nữa mà tôi muốn cho bạn thấy khi nhìn vào cái kính viễn vọng này là chiếc gương. Từng chiếc trong bộ 4 gương này, đều được tạo ra từ một mảnh kính, một mảnh đá nguyên khối từ công nghệ gốm hiện đại, được nghiền nhỏ và đánh bóng tới độ chính xác như vậy Cách duy nhất để hiểu được quá trình này là hãy hình dung một thành phố như Paris, với những tòa nhà của nó và tháp Eiffel, nếu như bạn nghiền Paris tới độ chính xác đó, bạn sẽ thu được những mẩu đất cao 1 mm. Và những chiếc gương cũng phải trải qua quá trình đánh bóng tương tự. Mộ bộ kính viễn vọng đặc biệt. Đây là một góc nhìn khác. Lý do vì sao bạn phải dựng kính viễn vọng ở những nơi như Sa Mạc Atacama là bởi vì độ cao của sa mạc. Không khí khô hạn rất tốt cho kính viễn vọng, và hơn thế nữa, mây thường ở dưới đỉnh của ngọn núi này nên kính viễn vọng có khoảng 300 ngày trời trong trong một năm.

Cuối cùng, tôi muốn đưa bạn đến Châu Nam Cực. Tôi muốn dành hầu hết thời gian của tôi ở vùng này. Đây là biên giới cuối cùng của vũ trụ. Một trong những thí nghiệm lý thú nhất, một trong những thí nghiệm khó khăn nhất, đang được thực hiện ở Châu Nam Cực. Tôi ở đó để quan sát một chuyến bay khí cầu dài, cơ bản là sẽ cần kính viễn vọng và những dụng cụ khác đem lên tới tầng khí quyển cao, qua tầng bình lưu cao lên 40 km. Và đó là nơi mà họ thực nghiệm những thí nghiệm, và sau đó quả khí cầu, chở vật nặng, được mang xuống. Đây là chúng tôi hạ cánh ở Ross Ice Shelf ở Châu Nam Cực. Đấy là một chiếc máy bay chở hàng Mỹ C-17 mang chúng tôi đến từ New Zealand tới McMurdo ở châu Nam Cực và ở đây chúng tôi định đậu xe buýt tôi không biết bạn có thể đọc được dòng chữ này không, "Ivan chiếc xe Bus khủng khiếp" Và nó mang chúng tôi đến McMurdo.

Đây là cảnh đón chào bạn ở McMurdo. Và bạn có thể chỉ thấy được sơ sơ túp lều ở đây. Nó được dựng bởi Robert Falcon Scott và người của ông ấy khi họ mới tới Châu Nam Cực trên chuyến đi đầu tiên của họ tới Cực Nam. Bởi vì thời tiết quá lạnh, tất cả những gì bên trong túp lều của họ lúc đấy vẫn còn được giữ lại. với những phần còn lại của bữa ăn cuối cùng mà họ nấu. Đây là một nơi đặc biệt. Chính nó là McMurdo. Khoảng 1000 người làm việc ở đó vào mùa hè, và khoảng 200 vào múa đông khi ngoài trời hoàn toàn tối trong 6 tháng.

Tôi đã ở đây để xem họ phóng loại dụng cụ đặc biệt này. Đây là một cuộc thử nghiệm tia vũ trụ được phóng lên tới tận tầng bình lưu cao tới độ cao 40km. Điều tôi muốn bạn tưởng tượng ở đây là 2 tấn cân nặng. Bạn đang sử dụng khí cầu để mang cái gì đó nặng 2 tấn lên tới tận 40 km. Và những kỹ sư, nhà kỹ thuật, vật lý tập trung lại ở Ross Ice Shelf, bởi Châu Nam Cực -- tôi sẽ không đi đến lý do tại sao -- nhưng nó là một trong những nơi tốt nhất để thả những quả khí cầu này, ngoại trừ khí hậu. Khí hậu, như bạn có thể tưởng tượng, đây là mùa hè và bạn đang đứng trên 200 feet ( ~ 67 m) băng. Và một núi lửa ở phía sau, với những băng hà trên đỉnh/ Điều mà họ phải làm là ráp lại cả khí cầu -- sợi vải, sợi dù và tất cả -- trên băng và thổi khí helium vào. Quá trình tốn khoảng 2 giờ

và khí hậu có thể thay đổi trong khi họ đang ráp lại khí cầu. Ví dụ như, ở đây, đằng sau họ đang giăng tấm vải khinh khí cầu, sau đó bơm khí heli vào. 2 xe tải này mà bạn thấy ở phía cuối mỗi xe chứa 12 bể khí helium nén. Bây giờ, trong trường hợp khí hậu thay đổi trước khi thả khí cầu, họ phải gói tất cả các thùng lại mang chúng về phía sau của Trạm McMurdo. Và quả khí cầu đặc biệt này, bởi vì nó phải được thả khi chở 2 tấn. nó là một quả khí cầu khổng lồ. Chỉ sợi vải không nặng 2 tấn Để giảm trọng lượng, nó rất mỏng, như là giấy gói bánh kẹp. và họ phải gói nó lại, bỏ nó vào thùng và nhảy lên trên để có thể nhét lại nó vừa vào hộp lần nữa -- ngoại trừ, lần đầu tiên, ở Texas. Ở đây, họ không thể làm được với loại giày mà họ đang mang, vì thế họ cởi giày ra, đi chân không nhảy lên những chiếc hộp trong trời giá lạnh và làm việc đó. Đấy chính là sự tận tâm mà những con người này có.

Quả khí cầu ở đây đã được làm đầy với khí helium, bạn có thể thấy đây là một cảnh rất tráng lệ. Đây là cảnh cho bạn thấy quả khí cầu và vật nặng từ đầu đến cuối. Vậy là quả khí cầu được thổi khí helium ở phía bên trái, và sợi vải chạy dọc ở giữa nơi có một mảnh điện tử phát nổ nối với giây dù, và sau đó dây dù nối với cục nặng. Nhớ rằng tất cả những dây dợ được hoàn thành bởi con người trong cơn lạnh giá dưới 0 độ. Họ mặc khoảng 15 ký quần áo nhưng họ phải cởi găng tay để làm việc. Tôi muốn chia sẻ với bạn cuộc phóng khí cầu

Radio: Ổn rồi, thả quả khí cầu, thả quả khí cầu, thả quả khí cầu.

Anil Ananthaswamy: và cuối cùng tôi muốn chia sẻ hai hình ảnh. Đây là đài quan sát ở Himalayas, và ở Ladakh, Ấn Độ. Thứ mà tôi muốn bạn nhìn vào đây là kính viễn vọng phía bên phải. Xa xa phía bên trái là viện Phật giáo 400 tuổi. Đây là bức cận cảnh của Viện Phật giáo. tôi ngỡ ngàng trước sự xếp đặt của hai chuyên ngành vĩ mô của nhân loại. Một thứ tìm tòi vũ trụ từ bên ngoài, một thứ nữa thì từ bên trong. Cả hai đều yêu cầu sự yên lặng.

Nhưng điều làm tôi ngạc nhiên là tất cả những nơi tôi đã đến để xem kính viễn vọng, nhà vũ trụ học và thiên văn học tìm kiếm một thứ yên lặng đặc biệt, dù đó là sự tĩnh sóng radio hay ánh sáng hay bất cứ thứ gì. Rõ ràng là nếu chúng ta hủy diệt sự tĩnh lặng trên trái đất chúng ta sẽ bị kẹt ở một hành tinh mà không có khả năng nhìn ra phía trước, bởi vì chúng ta không hiểu được những tín hiệu từ không gian.

Xin cảm ơn

vỗ tay