Honor Harger: Lịch sử vũ trụ bằng âm thanh

Không gian vũ trụ tất cả chúng ta đều biết trông nó ra sao. Chúng ta đã được vây quanh bởi hình ảnh về vũ trụ trong suốt cuộc đời chúng ta, từ những hình ảnh suy diễn trong tiểu thuyết khoa học cho tới tầm nhìn đầy cảm hứng của các nghệ sĩ những bức hình ngày càng đẹp hơn nhờ công nghệ phức tạp. Nhưng trong khi chúng ta có hiểu biết thị giác tràn ngập và sống động về không gian vũ trụ, chúng ta lại không biết âm thanh của vũ trụ ra sao.

Và trong thực tế, hầu hết mọi người gắn vũ trụ với sự yên lặng. Nhưng câu chuyện về làm thế nào chúng ta hiểu về vũ trụ là một câu chuyện để lắng nghe cũng quan trọng như để chiêm ngưỡng. Tuy nhiên, mặc dù như vậy hiếm có ai trong chúng ta từng lắng nghe vũ trụ. Bao nhiêu người trong số bạn ngồi đây có thể mô tả âm thanh của một hành tinh hoặc một vì sao? À, trong trường hợp bạn thắc mắc, thì đây là âm thanh của Mặt Trời.

(Nhiễu) (Lách tách) (Nhiễu) (Lách tách)

Đây là hành tinh có tên là Sao Mộc.

(Lốp bốp)

Và đây là máy dò không gian Cassini xoay quanh các vành đai băng của Sao Thổ.

(Lách cách)

Đây là một đám rất đậm đặc của vật chất trung hòa quay vòng trong vũ trụ xa xôi.

(Tiếng gõ)

Vậy đó, công việc nghệ thuật của tôi là lắng nghe những âm thanh lạ thường và tuyệt diệu phát xạ bởi các thiên thể vĩ đại đã tạo nên vũ trụ của chúng ta. Có lẽ bạn tự hỏi làm sao chúng ta biết những tiếng động này là gì? Làm sao chúng ta có thể nêu sự khác biệt giữa âm thanh của Mặt Trời và âm thanh của một ẩn tinh? Câu trả lời nằm ở ngành thiên văn vô tuyến học. Các nhà thiên văn vô tuyến nghiên cứu sóng vô tuyến từ không gian sử dụng các ăng-ten và bộ thu rất nhạy giúp đưa ra những thông tin chính xác xem vật thể vũ trụ đó là gì và nó nằm ở đâu trong bầu trời đêm của chúng ta. Và giống như các tín hiệu mà chúng ta phát và thu nhận trên Trái Đất, chúng ta có thể chuyển các tín hiệu thành âm thanh bằng cách sử dụng các kỹ thuật tương tự rất đơn giản. Và do đó, thông qua thính giác chúng ta đã khám phá ra một vài trong số những bí mật quan trọng nhất của vũ trụ - phạm vi của vũ trụ, những gì tạo nên vũ trụ và thậm chí là tuổi đời của vũ trụ.

Hôm nay, tôi sẽ kể cho bạn một câu chuyện ngắn về lịch sử của vũ trụ bằng âm thanh. Nó được đánh dấu bởi ba giai thoại ngắn gọn, chỉ ra rằng làm thế nào những cuộc chạm trán tình cờ với những thanh âm lạ đã đưa cho chúng ta một số trong những thông tin quan trọng nhất chúng ta có về vũ trụ. Ồ, câu chuyện này không bắt đầu với các viễn vọng kính khổng lồ hoặc tàu vũ trụ trong tương lai mà ở một thứ có vẻ tầm thường hơn nhiều thực ra là hết sức bình thường nhưng đã mang lại cho chúng ta cuộc cách mạng viễn thông thứ đã trở thành một phần cuộc sống của mỗi chúng ta hiện nay: chiếc điện thoại.

Năm 1876, tại Boston đây là Alexander Graham Bell người đang làm việc cùng với Thomas Watson sáng chế ra điện thoại. Một phần thiết yếu trong thiết lập kỹ thuật của họ là một dây kim loại có chiều nửa dặm - khoảng hơn 900 m đã được ném qua nóc của nhiều ngôi nhà ở Boston. Đường dây mang các tín hiệu điện thoại thứ sau này đã biến Bell thành cái tên mà ai cũng biết. Nhưng bất kỳ dây kim loại mang điện tích có độ dài nhất định nào ngẫu nhiên làm sao, nó cũng trở thành một ăng-ten. Thomas Watson đã dành hàng giờ lắng nghe những tiếng lách tách xì xào tiếng ríu rắt và tiếng huýt lạ lùng mà ăng-ten ngẫu nhiên của ông thu nhận được. Giờ bạn phải nhớ rằng đây là mười năm trước khi Heinrich Hertz chứng minh sự tồn tại của sóng vô tuyến - 15 năm trước khi cộng hưởng điện của Nikola Tesla được tìm ra gần 20 năm trước sự truyền dẫn sóng phát thanh đầu tiên của Marconi Vậy là Thomas Watson đã không lắng nghe chúng ta. Bởi chúng ta chưa có công nghệ để truyền phát.

Vậy những tiếng động lại đó là gì? Thực tế là Watson đã nghe thấy bức xạ sóng vô tuyến tần số thấp gây ra bởi tự nhiên. Một vài trong số những tiếng lách tách đó là tia sét, nhưng những tiếng huýt kỳ quái và những âm thanh ríu rắt du dương đến lạ thường có nguồn gốc kỳ lạ hơn nhiều. Sử dụng chiếc điện thoại đầu tiên đó thực tế là Watson đã gọi tới thiên đường. Như ông đã đoán đúng một vài trong số những âm thanh này được gây bởi hoạt động của bề mặt Mặt Trời. Đó là gió mặt trời tương tác với tầng điện ly của chúng ta thứ mà ông đang lắng nghe đây - hiện tượng chúng ta có thể thấy ở vĩ độ tận cùng cực bắc và cực nam của hành tinh chúng ta - hiện tượng cực quang. Vậy là trong khi phát minh ra công nghệ thứ sẽ dẫn tới cuộc cách mạng viễn thông, Watson đã khám phá ra rằng ngôi sao ở trung tâm hệ mặt trời của chúng ta phát xạ sóng vô tuyến một cách dữ dội. Hoàn toàn tình cờ, ông đã trở thành người đầu tiên bắt sóng chúng.

Chuyển tới 50 năm sau, khi mà công nghệ của Bell và Watson đã thay đổi hoàn toàn cách thức giao tiếp toàn cầu. Nhưng đi từ việc tung vài dây kim loại qua các nóc nhà ở thành phố Boston tới việc lắp đặt hàng ngàn, hàng ngàn dặm cáp tại đáy biển Đại Tây Dương là vấn đề không dễ. Và vì vậy, rất lâu trước đó, Bell đã tìm kiếm các kỹ thuật mới nhằm tối ưu hóa cuộc cách mạng của họ. Làm sao để sóng vô tuyến có thể truyền tải âm thanh mà không cần dây kim loại. Nhưng phương tiện truyền thông đó không được bảo toàn - nó gặp nhiều tiếng ồn và nhiễu. Vì thế Bell đã thuê một kỹ sư nghiên cứu những tiếng động này, cố gắng tìm xem chúng tới từ đâu, với một tầm nhìn hướng tới một cấu trúc thiết bị hóa mã hoàn hảo sẽ giúp loại bỏ chúng, để họ có thể nghĩ đến việc dùng sóng vô tuyến cho các mục đích của hệ thống điện thoại.

Phần lớn các tiếng ồn mà người kỹ sư, Karl Jansky, đã phát hiện ra có nguồn gốc khá là tầm thường. Hóa ra chúng là tia sét hoặc các nguồn phát điện. Nhưng có một âm thanh liên tục xuất hiện mà Jansky không thể nhận dạng được, và dường như nó xuất hiện trong bộ tai nghe radio của anh bốn phút ban đầu của mỗi ngày. Nào, giờ thì bất cứ nhà thiên văn học nào cũng sẽ bảo bạn rằng đây là dấu hiệu phát lộ của thứ gì đó có nguồn gốc ngoài Trái Đất. Jansky đã có một phát hiện lịch sử đó là: các thiên thể vũ trụ có thể phát xạ sóng vô tuyến cũng như sóng ánh sáng. 50 năm trôi qua kể từ cuộc gặp gỡ tình cờ của Watson với Mặt Trời, kể từ lúc Jansky cẩn thận lắng nghe, thời điểm đánh dấu kỷ nguyên mới của công cuộc thám hiểm vũ trụ: Kỷ nguyên thiên văn vô tuyến. Qua vài năm sau, các nhà thiên văn học đã kết nối ăng-ten của họ với bộ khuếch đại âm thanh và tìm hiểu về bầu trời của chúng ta nhờ sóng vô tuyến, về Sao Mộc và Mặt Trời, bằng cách lắng nghe.

Hãy cùng nhảy tiếp. Năm 1964, và chúng ta quay trở lại Phòng thí nghiệm Bell. Và một lần nữa, hai nhà khoa học gặp vấn đề với tiếng ồn. Arno Penzias và Robert Wilson sử dụng ăng-ten râu tại phòng thí nghiệm Holmdel của Bell để nghiên cứu Ngân Hà với độ chính xác đáng kinh ngạc. Họ thật sự đang nghe thiên hà với máy thu có độ trung thực cao. Có một điểm bất thường trong dải âm của họ. Một âm thanh liên tục bí ẩn đang làm nhiễu nghiên cứu của họ. Nó nằm trong dải tần vi sóng và nó xuất hiện từ tất cả các hướng một cách đồng thời. Việc này rất khó hiểu. Và như bất kỳ kỹ sư hay khoa học gia hiểu biết nào, họ cho rằng vấn đề hẳn phải do kỹ thuật, hẳn phải do chiếc chảo ăng-ten. Có lũ bồ câu trọ trong lòng chảo. Vì vậy có lẽ một khi họ dọn sạch phân bồ câu, rồi vận hành lại, hoạt động bình thường sẽ được tái lập.

Nhưng âm thanh ấy không biến mất. Âm thanh bí ẩn mà Penzias và Wilson nghe được thực tế chính là âm thanh cổ nhất và ý nghĩa nhất chúng ta từng nghe. Đó là bức xạ vũ trụ còn lại từ chính thời khắc khai sinh vũ trụ. Đây là bằng chứng thực nghiệm đầu tiên cho thấy Vụ Nổ Lớn tồn tại và vũ trụ ra đời ở khoảnh khắc đặc biệt khoảng 14.7 tỷ năm về trước. Vậy đó, câu chuyện của chúng ta kết thúc ở sự bắt đầu - sự bắt đầu của vạn vật, Vụ Nổ Lớn. Đây là âm thanh Penzias và Wilson đã nghe - âm thanh cổ xưa nhất bạn từng nghe, bức xạ nền vi sóng vũ trụ. còn lại từ Vụ Nổ Lớn.

(Ầm ì)

Cảm ơn.

(Vỗ tay)