Năm 1781, một nhạc sĩ người Anh.
nhà khoa học và thiên văn học tên là William Herschel
nhìn thấy một vật thể trên trời
không chuyển động giống như những ngôi sao khác.
Phát hiện của Herschel có điều khác lạ,
có điều gì đó không đúng,
đó là việc khám phá được 1 hành tinh,
sao Thiên Vương,
cái tên này đã được
nhiều thế hệ con cháu biết đến,
nhưng đây lại là hành tinh đã tăng gấp đôi
kích thước trong hệ Mặt trời của chúng ta chỉ trong 1 đêm
Vào tháng trước, NASA đã thông báo
việc khám phá được 517 hành tinh mới
quay quanh những ngôi sao gần Mặt trời,
số liệu đó lại gấp đôi tổng số hành tinh
mà chúng ta biết trong thiên hà.
Nhờ vậy, ngành thiên văn không ngừng phát triển
để thu thập thông tin,
và hầu như số liệu liên tục tăng gấp đôi mỗi năm,
trong vòng 2 thập kỉ tiếp theo, ngay cả tôi
cũng có thể hiểu được lần đầu tiên trong lịch sử
chúng ta phát hiện vị trí của hầu hết các thiên hà
trong vũ trụ.
Nhưng khi chúng ta bước vào kỉ nguyên số
điều chúng ta bắt đầu tìm kiếm chính là điểm khác nhau
giữa số liệu ngày càng tốt hơn
và số liệu ngày càng khác biệt,
có khả năng thay đổi những câu hỏi ta đặt ra,
và sự thay đổi này không phải việc số liệu ta thu thập được bao nhiêu,
mà là số liệu đó có mở ra những cánh cửa mới
vào vũ trụ hay không,
và liệu có thay đổi cách ta quan sát bầu trời hay không.
Vậy cửa sổ tiếp theo mở ra trong vũ trụ là gì?
Chương tiếp theo của ngành thiên văn là gì?
Tôi sẽ cho các bạn xem một số công cụ và qui trình công nghệ
mà chúng ta sẽ phát triển trong thập kỉ tới,
và cách những công nghệ này,
cùng với việc sử dụng dữ liệu hợp lí,
có thể một lần nữa làm thay đổi ngành thiên văn
bằng việc mở ra cửa sổ mới trong vũ trụ của ta,
cửa sổ thời gian.
Tại sao lại là thời gian? Vì thời gian là xuất phát điểm,
và cũng chứa đựng qui trình tiến hoá.
Nguồn gốc hệ Mặt trời của chúng ta,
và quá trình hình thành của nó,
có gì bất thường hay điểm đặc biệt nào không?
Về sự hình thành của vũ trụ.
Tại sao vũ trụ tiếp tục giãn nở,
và năng lượng đen bí ẩn này là gì
lại khiến nó giãn nở như vậy?
Trước tiên, tôi muốn cho các bạn thấy
công nghệ sẽ thay đổi cách chúng ta quan sát bầu trời như thế nào.
Hãy tưởng tượng bạn đang ngồi
bên những dãy núi ở phía Bắc của Chile
nhìn về phía tây,
hướng về Thái Bình Dương
vài tiếng trước khi mặt trời mọc.
Đây là bầu trời đêm bạn sẽ thấy,
nó rất đẹp,
dải Ngân Hà lấp ló phía đường chân trời.
nhưng nó cũng là một góc nhìn tĩnh,
về nhiều mặt thì đây là cách chúng ta nghĩ về vũ trụ:
vĩnh cửu và không thay đổi.
Nhưng vũ trụ không như thế.
Vũ trụ thay đổi từ từng giây
đến hàng tỉ năm.
Các thiên hà hợp nhất và va chạm
với tốc độ hàng nghìn dặm trong 1 giờ.
Các ngôi sao sinh ra và chết đi,
phát nổ quá mức cho phép như vậy.
Thật ra, nếu chúng ta quay trở lại
với bầu trời yên tĩnh ở Chile
và cho phép tăng tốc thời gian
để xem bầu trời thay đổi thế nào vào năm sau,
những sự va đập mà bạn thấy
chính là những siêu tân tinh, những gì sót lại
từ những ngôi sao chết, nổ tung, loé sáng rồi nhạt dần,
mỗi một siêu tân tinh này
sáng gấp 5 tỉ lần Mặt trời,
nên chúng ta có thể quan sát được từ những khoảng cách xa
nhưng chỉ trong một thời gian ngắn.
Trong 1 giây, có khoảng 10 vụ nổ siêu tân tinh
diễn ra trong vũ trụ.
Nếu chúng ta có thể nghe được,
nó sẽ giống như tiếng bỏng ngô nổ.
Bây giờ, nếu chúng ta làm mờ siêu tân tinh,
không chỉ có độ sáng thay đổi.
Bầu trời chuyển động liên tục.
Nhóm vật thể bạn thấy chạy ngang bầu trời
chính là những tiểu hành tinh quay quanh Mặt trời,
và chính những sự thay đổi và chuyển động này
và những hoạt động trong hệ Mặt trời
cho phép chúng ta xây dựng được mô hình vũ trụ
để dự đoán tương lai và giải thích quá khứ.
Nhưng những chiếc kính thiên văn mà chúng ta dùng trong suốt thập kỉ vừa qua
không được thiết kế để thu thập thông tin trong phạm vi đó.
Kính viễn vọng không gian Hubble:
trong 25 năm qua nó đã tạo được
những cảnh chi tiết nhất
của vũ trụ xa xôi,
nhưng nếu bạn dùng kính Hubble để tạo 1 ảnh bầu trời,
1 lần sẽ tốn 13 triệu ảnh lẻ,
khoảng 120 năm để làm được điều này.
Điều đó thúc đẩy ta tạo ra công nghệ mới
và kính viễn vọng mới,
kính viễn vọng dù mờ mờ
cũng thấy được cả vũ trụ ở phía xa xăm,
nó còn có thể phóng đại hình ảnh
để thấy được bầu trời càng nhanh càng tốt,
những chiếc kính thiên văn tương tự kính quan sát cực đại ,
gọi tắt là LSST,
cái tên có lẽ chán nhất mọi thời đại,
dành cho một trong những thí nghiệm hấp dẫn nhất
trong lịch sự ngành thiên văn,
cũng chính là bằng chứng, nếu bạn cần,
không nên để một nhà khoa học hay một kĩ sư
đặt tên bất cứ cái gì, kể cả con bạn.
Chúng tôi đang chế tạo LSST.
Chúng tôi hi vọng sẽ thu thập thông tin bắt đầu từ cuối thập kỉ này.
Tôi định chỉ cho bạn thấy cách chúng ta nghĩ
sẽ thay đổi những quan điểm của chúng ta về vũ trụ,
vì một bức ảnh từ LSST
tương đương với 3 000 bức ảnh
từ kính viễn vọng ở trạm không gian Hubble,
mỗi ảnh trên không đạt 3.5 độ,
rộng gấp 7 lần trăng tròn.
À, làm cách nào bạn chụp được một bức ảnh ở phạm vi này?
Bạn đặt chiếc máy ảnh kĩ thuật số lớn nhất trong lịch sử,
dùng công nghệ tương tự như chức năng máy ảnh trong điện thoại của mình
hoặc máy ảnh kĩ thuật số bạn có thể mua trên đường High Street,
nhưng bây giờ phạm vi này chỉ ngang 5.5 feet,
khoảng kích thước của chiếc Volkswagen Beetle,
một ảnh chiếm 3 tỉ pixel.
Vì vậy nếu bạn muốn phân tích toàn diện một ảnh,
chỉ là một ảnh riêng lẻ từ kính LSST,
sẽ cần khoảng 1 500 chiếc HDTV.
Và máy ảnh này sẽ chụp lại ảnh bầu trời,
mỗi lần chụp một bức ảnh mới mất 20 giây,
quan sát bầu trời liên tục
nên cứ mỗi 3 đêm, chúng ta sẽ có được một bức hoàn toàn mới
về bầu trời ở Chi Lê.
Về chức năng lâu dài của chiếc kính viễn vọng này,
nó sẽ phát hiện ra được 40 tỉ ngôi sao và các ngân hà,
và đó sẽ là lần đầu tiên
chúng ta sẽ tìm ra nhiều đối tượng hơn trong vũ trụ
so với con người trên Trái Đất.
Bây giờ, chúng ta có thể nói về
các thông số terabytes và petabytes
và hàng tỉ các đối tượng khác,
nhưng cách để hiểu được các số liệu này
sẽ do máy ảnh phụ trách
chính là giống như việc đồng thời phát những đoạn video của kênh TED Talk
24 giờ mỗi ngày,
7 ngày một tuần, trong 10 năm.
Và để chuyển tải số liệu này có nghĩa là
nghiên cứu qua tất cả các bài diễn thuyết
để tìm ý tưởng mới và khái niệm mới,
xem mỗi phần của video
để hiểu cách khung ảnh được thay đổi thế nào
trong cảnh tiếp theo.
Và điều này thay đổi cách chúng ta nghiên cứu khoa học,
thay đổi cách chúng ta nghiên cứu thiên văn,
đến vị trí mà phần mềm và những thuật toán
phải khai thác thông qua số liệu này,
vị trí mà phần mềm cũng quan trọng đối với khoa học,
giống như kính thiên văn và máy ảnh mà chúng ta đặt.
Hiện nay, hàng ngàn cuộc khám phá
sẽ đến từ dự án này,
nhưng tôi chỉ định kể bạn nghe khoảng 2 ý tưởng
về xuất phát điểm và quá trình tiến hóa
mà có lẽ được thay đổi bởi cách chúng ta tiếp cận
số liệu ở phạm vi này.
5 năm trước, NASA từng khám phá
hơn 1 000 hệ thống hành tinh
xung quanh ngôi sao gần đó,
nhưng hệ thống chúng ta đang tìm
không giống như hệ thống Mặt Trời của ta,
và một trong những câu hỏi chúng ta phải đối mặt là
chỉ là việc chúng ta chưa từng quan sát đủ kĩ
hoặc có gì đó đặc biệt hay bất thường
về việc hệ thống Mặt Trời của chúng ta được hình thành như thế nào?
Và nếu chúng ta muốn tìm ra đáp án,
chúng ta phải biết và hiểu
cụ thể lịch sử của hệ thống Mặt Trời,
và những chi tiết đó rất quan trọng.
Cho nên bây giờ, nếu chúng ta quan sát bầu trời,
tại những hành tinh nhỏ theo luồng lướt ngang bầu trời,
những hành tinh nhỏ này giống như mảnh vụn của hệ thống Mặt Trời.
Những vị trí của các hành tinh nhỏ
ban đầu giống như dấu vân tay
khi quĩ đạo của Sao Hải Vương và Sao Mộc
ngày càng gần Mặt Trời,
và vì những hành tinh khổng lồ di chuyển qua hệ thống Mặt Trời,
chúng sẽ phân tán những hành tinh nhỏ phía sau.
Cho nên việc nghiên cứu những hành tinh nhỏ
giống như việc giám định pháp y,
giám định pháp y đối với hệ thống Mặt Trời,
nhưng để làm được điều này, chúng ta cần khoảng cách,
và chúng ta cần khoảng cách từ trong chuyển động,
và chúng ta có sự chuyển động vì sự tiếp cận với thời gian
Vậy điều này nói lên được gì?
À, nếu bạn quan sát những hành tinh nhỏ màu vàng
lướt ngang qua màn hình,
những hành tinh nhỏ này đang di chuyển với tốc độ nhanh nhất,
vì chúng gần chúng ta nhất, gần Trái Đất hơn.
Những hành tinh nhỏ này vào một ngày nào đó chúng ta
có thể gửi tàu vũ trụ đến đó, để khai thác khoáng chất,
nhưng có lẽ một ngày nào đó
chúng có thể ảnh hưởng đến Trái Đất,
giống như vào 60 triệu năm trước
xảy ra sự tuyệt chủng của loài khủng long,
hoặc chỉ vào thời điểm đầu thế kỉ trước,
khi một hành tinh nhỏ hủy diệt
khoảng 1 000 dặm của rừng Siberian,
hoặc mới năm ngoái, có một vụ cháy ở Nga,
giải phóng nguồn năng lượng của một quả bom hạt nhân nhỏ.
Vì vậy việc giám định pháp y cho hệ thống Mặt Trời
không chỉ cho chúng ta thấy chuyện quá khứ,
nó còn có thể dự đoán tương lai, bao gồm tương lai của chúng ta.
Nay khi chúng ta có khoảng cách,
chúng ta quan sát được những hành tinh trong môi trường tự nhiên của nó,
trong quĩ đạo quanh Mặt Trời.
Vì vậy mỗi điểm trong sự mường tượng mà bạn có thể thấy
là một hành tinh nhỏ có thật.
Quĩ đạo của nó được tính từ lúc nó di chuyển ngang bầu trời.
Màu sắc phản ánh cấu tạo của những hành tinh nhỏ này,
khô và cứng như đá ở trung tâm,
có nhiều nước và thô sơ ở phần rìa,
những hành tinh nhỏ có nhiều nước có thể gieo giống
giữa đại dương và biển cả mà chúng ta tìm được trên hành tinh của mình
khi chúng oanh tạc vào Trái Đất lúc trước.
Vì kính LSST sẽ có khả năng mờ đi
và không chỉ rộng không thôi,
chúng ta có thể quan sát những hành tinh nhỏ này
ở khoảng cách xa bên trong hệ thống Mặt Trời,
để những hành tinh nhỏ này vượt qua quĩ đạo của Sao Hải Vương và Sao Hỏa,
đển sao chổi và những hành tinh nhỏ tồn tại
trong khoảng 1 năm trong Mặt Trời.
Và khi chúng ta tăng số lượng chi tiết của bức tranh,
tăng theo hệ số trong khoảng 10 đến 100,
đại khái thì chúng ta có thể tìm ra câu trả lời,
có bằng chứng cho thấy còn nhiều hành tinh bên ngoài quĩ đạo của Sao Hải Vương,
để tìm thấy những hành tinh nhỏ gây ảnh hưởng cho Trái Đất
trước khi chúng trở thành mối đe dọa,
và có lẽ để tìm hiểu xem liệu
mặt trời tự nó hình thành hay là do một nhóm các ngôi sao hợp lại,
và có lẽ nó chính là những ngôi sao anh chị em của mặt trời
chi phối việc hình thành hệ thống mặt trời,
và có lẽ đó là một trong những lí do tại sao những hệ thống tương tự hệ mặt trời của ta lại hiếm có như vậy.
Bây giờ, khoảng cách và những thay đổi trong vũ trụ -
khoảng cách tương đương với thời gian,
cũng như những thay đổi trên bầu trời.
Mỗi bước bạn quay đi,
hay một vật cách xa một đoạn,
bạn sẽ nhìn lại khoảng 1/ 1 000 000 trong đúng một giây,
và ý tưởng này hoặc ý định nhìn lại đúng lúc
đã thay đổi khái niệm của ta về vũ trụ,
không chỉ một lần mà là rất nhiều lần.
Lần đầu tiên là vào năm 1929,
một nhà thiên văn tên là Edwin Hubble
đã chứng minh vũ trụ đang giãn nở,
dẫn đến khái niệm về vụ nổ Big Bang.
Và việc quan sát rất đơn giản:
chỉ có 24 ngân hà
và một bức tranh vẽ tay.
Nhưng chỉ có khái niệm một ngân hà nằm càng xa,
thì nó càng lùi nhanh hơn,
đủ để sinh ra một vũ trụ học hiện đại.
Vụ xoay vòng thứ hai xảy ra vào 70 năm sau,
khi 2 nhóm các thiên nhà thiên văn chứng minh
vũ trụ không chỉ có giãn nở,
nó còn gia tốc thêm,
một cách đáng ngạc nhiên như việc ném một quả bóng lên không trung
và phát hiện ra việc ném càng cao,
thì nó càng di chuyển nhanh hơn.
Và họ đã chứng minh điều này
bằng cách đo độ sáng của siêu tân tinh,
và độ sáng của siêu tân tinh
sẽ mờ hơn như thế nào ở khoảng cách nhất định.
Và việc quan sát này lại trở nên phức tạp hơn.
Yêu cầu phải có những công nghệ mới và những chiếc kính viễn vọng mới,
vì có nhiều siêu tân tinh trong các ngân hà
cách xa gấp 2 000 lần
so với những điểm từng dùng ở trạm không gian Hubble.
Và mất khoảng 3 năm chỉ để tìm kiếm 42 siêu tân tinh,
vì một siêu tân tinh chỉ nổ ra
100 năm 1 lần trong 1 ngân hà.
3 năm để tìm thấy 42 siêu tân tinh
bằng cách tìm kiếm thông qua 10 000 ngân hà.
Và khi họ thu thập tất cả dữ liệu,
đây là điều chúng ta đã tìm thấy.
Bây giờ, điều này có vẻ không gây ấn tượng lắm,
nhưng đây là những gì mà cuộc cách mạng ngành vật lí đem lại:
một đường dự kiến mức độ sáng của siêu tân tinh
cách 11 tỉ năm ánh sáng,
và một tập hợp điểm không tương thích với đường đó.
Nhiều sự thay đổi nhỏ đem lại những kết quả lớn
Nhiều sự thay đổi nhỏ cho phép chúng ta tiến hành khám phá,
như hành tinh được tìm thấy bởi Herschel.
Nhiều sự thay đổi nhỏ khiến chúng ta
hiểu không đúng về vũ trụ.
Cho nên 42 siêu tân tinh, hơi mờ nhạt,
ý là từ từ cách xa dần,
bắt buộc vũ trụ không chỉ là giãn nở,
mà còn phải đẩy nhanh tốc độ giãn nở lên.
chỉ ra thành phần của vũ trụ
mà chúng ta đang gọi là nguồn năng lượng đen,
thành phần mà thúc đẩy sự giãn nở
và chiếm 68% ngân sách nguồn năng lượng
của vũ trụ chúng ta hiện nay.
Vậy cuộc cách mạng kế tiếp sẽ là gì đây?
À, nguồn năng lượng đen là gì và tại sao nó lại tồn tại?
Mỗi một đường cho thấy một mẫu khác nhau
đối với việc nguồn năng lượng đen có thể là gì,
cho thấy những thuộc tính của nguồn năng lượng đen.
Tất cả chúng đều phù hợp với 42 điểm,
nhưng nhiều ý tưởng ẩn sau những đường này
thì vô cùng khác biệt.
Nhiều người nghĩ nguồn năng lượng đen
thay đổi theo thời gian,
hoặc liệu những thuộc tính của nguồn năng lượng đen
có khác biệt phụ thuộc vào những nơi mà bạn nhìn lên bầu trời hay không.
Những điều khác tạo nên nhiều điều khác biệt và sự biến đổi
đối với vật lí ở cấp độ dưới nguyên tử.
Hoặc là, họ nhìn vào qui mô lớn,
và thay đổi cách hoạt động của trọng lực và tính tương đối chung chung
hoặc họ nói vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong số,
những phần của đa vũ trụ bí ẩn này,
nhưng tất cả những ý tưởng này, tất cả những lí thuyết này,
rất đáng ngạc nhiên và phải thừa nhận là có chút điên rồ,
nhưng tất cả chúng thích hợp với 42 điểm của chúng ta.
Vì vậy làm cách nào chúng ta có thể hi vọng mình hiểu được
điều này qua thập kỉ tiếp theo?
À, hãy thử tưởng tượng nếu
và tôi từng nói bạn muốn nhìn thấy liệu những viên xúc xắc này
có được khởi động hay không.
Một viên xúc xắc sẽ cho bạn biết rất ít,
nhưng bạn càng quăng lên nhiều lần,
bạn thu thập càng nhiều dữ liệu,
bạn càng trở nên tự tin hơn,
không chỉ liệu chúng có được khởi động hay không
mà còn có số lượng bao nhiêu, và bằng cách nào.
Phải mất 3 năm chỉ để tìm ra 42 siêu tân tinh.
vì những chiếc kính viễn vọng mà chúng ta lắp đặt
có thể chỉ quan sát được một phần nhỏ của bầu trời.
Với LSST, chúng ta có được một quan điểm hoàn toàn mới
về bầu trời ở đất nước Chi Lê cứ mỗi 3 đêm như vậy.
Trong quá trình hoạt động vào đêm đầu tiên,
sẽ tìm được số lượng siêu tân tinh gấp 10 lần
được dùng trong việc khám phá nguồn năng lượng đen.
Con số này sẽ tăng lên 1 000
trong vòng 4 tháng đầu tiên:
1.5 triệu siêu tân tinh ở cuối bảng khảo sát này,
mỗi siêu tân tinh như viên xúc xắc,
mỗi siêu tân tinh kiểm tra những thuyết năng lượng đen nào
thích hợp, và những thuyết nào thì không.
Và vì vậy, bằng cách kết hợp những dữ liệu về siêu tân tinh
cùng những giới hạn khác trong vũ trụ học,
chúng ta sẽ từ từ bác bỏ nhiều ý kiến
và những lí thuyết khác nhau về năng lượng đen
hi vọng tới cuối cuộc khảo sát vào năm 2030,
chúng ta sẽ mong chờ hi vọng thấy được,
một lí thuyết cho vũ trụ của chúng ta,
một lí thuyết cơ bản về vật lí của vũ trụ của chúng ta,
dần dần xuất hiện.
Bây giờ, theo nhiều cách, những câu hỏi tôi đặt ra
thực tế là những câu đơn giản nhất.
Chúng ta có lẽ không biết đáp án,
nhưng ít nhất chúng ta biết cách trả lời các câu hỏi,
Nhưng nếu việc xem xét kĩ 10 ngàn dải ngân hà
cho thấy 42 siêu tân tinh khiến
chúng ta hiểu không đúng về vũ trụ,
khi chúng ta đang nghiên cứu hàng tỉ ngân hà,
bao nhiêu lần chúng ta định đi tìm
42 điểm không tương thích với điều chúng ta mong đợi?
Tương tự hành tinh được tìm thấy bởi Hershel
hoặc năng lượng đen
hoặc cơ học lượng tử hoặc thuyết tương đối,
tất cả những ý tưởng này nảy sinh vì dữ liệu
không tương thích với những gì chúng ta mong đợi.
Điều thú vị về dữ liệu của thập kỉ tiếp theo
trong thiên văn học,
ngay cả chúng ta không hề biết bao nhiêu câu trả lời
đang chờ đợi ngoài kia,
những câu trả lời về nguồn gốc và sự tiến hóa của chúng ta.
Hiện có bao nhiêu câu trả lời
mà chúng ta không hề biết câu hỏi
chúng ta muốn đặt ra?
Cảm ơn.
(Vỗ tay)