Phương trình sự sống Drake: Chúng ta có cô đơn trong vũ trụ?

Ở bất kỳ góc nhìn nào, khả năng về vũ trụ là vườn ươm sự sống, hoặc khả năng đối nghịch rằng nhân loại chúng ta hoàn toàn cô đơn, đều rất thú vị. Sự thôi thúc, khát vọng hiểu biết về vũ trụ thật sự không thể cưỡng lại, và tôi không thể tưởng tượng nổi bất kỳ ai mơ mộng có thể bất đồng.

Richard Dawkins

Loài người chúng ta có cô độc trong vũ trụ bao la không? Một câu hỏi, tóm gọn bởi phương trình Drake, là một trong những bí ẩn khoa học lớn nhất chưa có giải đáp.

Một nghiên cứu mới đây cho thấy những khám phá đương đại về ngoại hành tinh cộng với cách tiếp cận tổng quát cho câu hỏi sự sống giúp ta ước lượng xác suất tìm thấy một nền văn minh cao cấp một cách khách quan hơn.

Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng nhân loại nhiều khi không phải là nền văn minh công nghệ khoa học đầu tiên trong vũ trụ, trừ phi xác suất của sinh vật thông minh tiến hóa trên hành tinh hỗ trợ sự sống là quá bé.

Bài báo, xuất bản trên tạp chí Astrobiology (Sinh Học Vũ Trụ), cho chúng ta hiểu hơn về khái niệm “lạc quan” và “bi quan” khi đánh giá cơ hội tìm thấy nền văn minh trong vũ trụ.

Liệu các nền văn minh tiên tiến có tồn tại đâu đó trong vũ trụ luôn là một bí ẩn, được tách ra thành nhiều câu hỏi nhỏ hơn trong phương trình Drake. Giáo sư vật lý và nhà thiên văn học Adam Frank từ Đại học Rochester và cộng sự cho biết: Từ lâu, chúng tôi đã biết có khoảng bao nhiêu ngôi sao tồn tại, nhưng lại không xác định bao nhiêu trong số đó có hành tinh có khả năng nuôi dưỡng sự sống, hay sự sống đó đã tiến hoá dẫn tới trí thông minh ngoài Trái Đất như thế nào, và có thể kéo dài bao lâu trước khi tuyệt chủng.

“Dĩ nhiên, chúng tôi chẳng có manh mối gì về khả năng của một sinh vật thông minh sẽ phát triển trên một hành tinh sống nhất định” Frank cho biết. Nhưng khi áp dụng những phương pháp của mình, chúng tôi khẳng định, xác suất rất thấp rằng loài người chúng ta là nền văn minh DUY NHẤT trong vũ trụ. Chúng tôi gọi đó là ”ngưỡng bi quan”. Khi xác suẩt thực tế cao hơn ngưỡng bi quan, có nghĩa là nền văn minh của một loài công nghệ khả năng đã xảy ra trong quá khứ.

Sử dụng phương pháp này, Frank và Sllivan đã ước lượng rằng, rất khó để tưởng tượng ra một nên văn minh tân tiến đã tồn tại nếu chưa từng có một ví dụ về sự sống khác ngoài Trái Đất trong hàng tỉ tỉ tỉ ngôi sao, hoặc chỉ trong dải Ngân Hà với hàng trăm tỉ ngôi sao.

Thay vì hỏi có bao nhiêu nền văn minh đang tồn tại, chúng ta phải hỏi Con người có phải là sinh vật duy nhất phát triển về khoa học công nghệ hay không?

Woodruff Sullivan, Đại học Washington Hoa Kỳ

Frank cho rằng vấn đề lớn thứ ba – những nền văn minh có thể tồn tại lâu tới chừng nào? – vẫn chưa có lời giải đáp. Thực tế rằng loài người đã phát triển công nghệ thô sơ và sử dụng chúng trong khoảng 10,000 năm không nói lên rằng những nền văn minh ngoại lai cũng mất chừng đó thời gian hoặc lâu hơn để phát triển.

Nhưng Frank và đồng tác giả, Woodruff Sullivan của khoa thiên văn và dự án sinh học vũ trụ ở trường Đại học Washington, Hoa Kỳ đã tìm thấy cái loại bỏ nhân tử liên quan tới độ dài của nền văn minh bằng cách mở rộng danh sách câu hỏi của mình.

Sullivan cho rằng: “Thay vì hỏi là có bao nhiêu nền văn minh đang tồn tại, ta nên hỏi khác đi rằng, loài người có phải là nền văn minh phát triển về khoa học công nghệ duy nhất?”. “Sự thay đổi trọng tâm câu hỏi đã loại bỏ nhân tố mập mờ về tuổi thọ nền văn minh. Thay vào đó, giúp ta trả lời câu hỏi mới dựa vào góc nhìn khảo cổ” – hay nói cách khác là, sự tiến hóa của sự sống tới nền văn minh cao cấp có xảy ra thường xuyên trong lịch sử vũ trụ không?

Điều đó vẫn còn để lại nhiều sự mập mờ trong các phép tính về khả năng mà sự sống tiên tiến có thể tiến hoá, phát triển trên một hành tinh sống được. Và tại ý này Frank và Sullivan lật lại những câu hỏi. Thay vì tìm xác suất xuất hiện các nền văn minh tiên tiến, họ tính xác suất mà con người là nền văn minh duy nhất trong vũ trụ khả kiến. Nhờ đó, Frank và Sullivan có thể tính được ranh giới giữa một vũ trụ nơi nhân loại là một nền văn minh solo với một vũ trụ mà còn có nhiều nền văn minh khác bên cạnh chúng ta.

“Tất nhiên, chúng tôi chả biết những nền văn minh tiên tiến đó sẽ như thế nào trên một hành tinh nào đó”, Ông Frank nói. Nhưng sử dụng phương pháp của chúng tôi sẽ cho chúng ta biết được chính xác cái khả năng đó nhỏ như thế nào, nếu nói chúng ta là nền văn minh duy nhất đã từng tồn tại trên toàn vũ trụ này. Chúng tôi gọi nó là đường phân định bi quan. Nếu tỉ lệ thực sự lớn hơn đường phân định bi quan thì rõ ràng có sự tồn tại của một giống loài và nền văn minh tiên tiến trước đây.

Tiếp cận theo cách này, Frank và Sullivan đã tính được cái xác suất siêu nhỏ về biến cố sự sống chưa bao giờ xuất hiện trong khắp mười nghìn triệu tỷ ngôi sao, hay thậm chí là chỉ trong hàng trăm tỷ ngôi sao của Dải Ngân Hà.

Kết quả là gì? Bằng cách thêm số liệu về các ngoại hành tinh vào con số 2 nhân 10 tất cả mũ 22 lần những ngôi sao của vũ trụ. Frank và Sullivan thấy rằng khả năng nhân loại là sự sống duy nhất trên vũ trụ nếu như xác suất xuất hiện một hành tinh có thể sống được dưới 10 tỷ triệu tỷ, hay là một phần trên 10 mũ 22.

“Một phần 10 tỷ triệu tỷ là rất nhỏ” ông Frank nói. “Với tôi, điều này có nghĩa rằng giống loài thông minh có công nghệ khác có nhiều khả năng đã xuất hiện trước chúng ta. Nghĩ theo cách này. Theo kết quả của chúng tôi thì bạn sẽ được xếp vào những người tiêu cực nếu bạn tưởng tượng khả năng xuất hiện một nền văn minh trên một hành tinh sống được là một phần nghìn tỷ. Nhưng kể cả tiếp tục với tỷ lệ như vậy thì vẫn có thể suy ra rằng những thứ đã diễn ra trên Trái Đất với nhân loại thực ra đã diễn ra 10 tỷ lần khác trên khắp lịch sử của vũ trụ.

Đối với quy mô của những khu vực nhỏ hơn trong vũ trụ, những con số có vẻ ”dễ thở” hơn. Ví dụ, một loài công nghệ khác có thể đã tiến hoá trên một hành tinh sống trong Thiên Hà Milky Way, tỷ lệ chống lại nó tiến hoá trên bất kỳ hành tinh xanh nào đều lớn hơn một trên 60 tỷ cơ hội.

Nhưng nếu những con số này dường như tiếp thêm động lực ”lạc quan” về sự tồn tại của nền văn minh ngoài hành tinh, Sullivan chỉ ra rằng phương trình Drake đầy đủ tính toán cơ hội tồn tại những nền văn minh xung quanh khác ngày nay có thể đưa ra để an ủi những người bi quan.

“Nhờ vào vệ tinh Kepler của NASA, nay chúng ta đã biết xấp xỉ một trong năm ngôi sao có hành tinh trong vùng tiềm tàng sự sống”, nơi mà nhiệt độ là phù hợp. Vậy là một trong ba bí ẩn về cơ bản đã được giải quyết.

Vào năm 1961, nhà vật lý Frank Drake phát triển một phương trình giúp ước lượng số lượng các nền văn minh ngoài hành tinh tồn tại trong Dải Ngân Hà chúng ta. Công thức Drake (dòng đầu tiên trên hình) đã chứng tỏ mình là một khuôn khổ bền bỉ cho việc nghiên cứu về sự sống ngoài Trái Đất. Trong thời gian này, công nghệ vũ trụ đã giúp các nhà khoa học có thêm hiểu biết về một số nhân tử trong phương trình. Nhưng những nhân tử khác, chẳng hạn L – tuổi thọ của nền văn minh, chỉ đơn thuẩn là một phỏng đoán không hề có cơ sỡ vững chắc nào.

Ở một nghiên cứu mới, Adam Frank và Woodruff Sullivan đề xuất một phương trình mới (dòng dưới) để trả lời một câu hỏi khác một chút là: Có bao nhiêu nền văn minh cao cấp đã từng xuất hiện trong lịch sử của vũ trụ khả kiến? Công thức điều chỉnh của Frank và Sullivan dựa vào phương trình Drake, nhưng loại bỏ việc sử dụng nhân tử L.

Lập luận của họ dựa trên những phát hiện gần đây về số lượng của ngoại hành tinh, tỉ lệ số ngoại hành tinh nằm trong vùng Godillock – tồn tại nước ở thể lỏng, và tiềm tàng hỗ trợ sự sống. Những hiểu biết mới giúp Frank và Sullivan xác định số Nast. Nast là kết quả từ phép nhân của N* (số lượng sao), fp (tỉ lệ xuất hiện hành tinh), np (số lượng trung bình hành tinh nằm trong vùng tiềm năng hỗ trợ sự sống).

Sau đó, họ đặt ra những thứ gọi là “Mẫu khảo cổ học” của phương trình Drake, trong đó A được xác định là ”số loài công nghệ đã từng được hình thành trong lịch sử của vũ trụ quan sát được.”

Trong phương trình, A = Nast * fbt, mô tả A là sản phẩm của Nast – số lượng các hành tinh sinh sống trong một thể tích nhất định của vũ trụ – nhân với fbt – khả năng của một loài công nghệ phát sinh ở một trong các hành tinh. Thể tích đó có thể được tính bằng cả vũ trụ, hoặc chỉ trong phạm vi thiên hà của chúng ta.

Sullivan nói ”Vũ trụ đã hơn 13 năm tỷ tuổi. Điều đó có nghĩa rằng, ngay cả khi có một ngàn nền văn minh trong thiên hà của chúng ta, họ chỉ sống khi chúng ta cùng tồn tại gần 10 ngàn năm, sau đó tất cả đều có thể đã tuyệt chủng. Và những thế hệ khác sẽ không tiến hoá cho tới khi chúng ta diệt vong. Đối với chúng tôi, để có nhiều cơ hội thành công trong việc tìm kiếm một nền công nghệ hoạt động ”đương thời”, thì trung bình những nền văn minh đó phải kéo dài hơn rất nhiều so với cuộc sống hiện tại của chúng tôi.

”Khoảng cách lớn giữa các ngôi sao và tốc độ cố định giới hạn của ánh sáng khiến chúng ta có thể không bao giờ thực sự tiếp cận để trò chuyện với các nền văn minh khác” Frank cho biết, ”Nếu họ ở cách xa chúng ta 20.000 năm ánh sáng, kết quả là, mỗi lần gặp gỡ sẽ mất tới 40.000 năm để đi tới đi lui.”

Tuy nhiên, như Frank và Sullivan đã nói, ngay cả khi không có nền văn minh nào trong thiên hà của chúng ta để giao lưu bây giờ, một kết quả mới vẫn có một tầm quan trộng mang ý nghĩa khoa học và triết học sâu sắc. Frank nói, từ góc độ cơ bản của câu hỏi: họ đã từng xuất hiện ở nơi nào đó chưa? Lần đầu tiên, chúng ta trả lời được câu hỏi về sự sống bằng thực nghiệm: Chúng ta không phải là nền văn minh duy nhất đã từng tồn tại trong lịch sử tiến hóa của vũ trụ!

Theo Frank và Sullivan, kết quả của họ cũng có một ứng dụng thực tế. Khi nhân loại phải đối mặt với cuộc khủng hoảng phát triển bền vững và biến đổi khí hậu, chúng ta có thể tự hỏi, nếu một loài khác đang xây dựng một nền văn minh trên một hành tinh khác và đã trải qua gian đoạn ”nghẽn cổ chai” (giai đoạn kiềm hãm sự phát triển) tương tự và tạo dựng phía bên kia. Frank nói: “Chúng tôi thậm chí không biết rằng có thể có một nền văn minh công nghệ cao kéo dài hơn cả một thế kỷ. Với kết quả mới của Frank và Sullivan, những nhà khoa học có thể bắt đầu sử dụng tất cả những gì họ biết về hành tinh và khí hậu để bắt đầu mô hình hoá sự tương tác của một loài năng lượng tích cực với thế giới riêng của họ, khi biết rằng một lượng lớn những trường hợp mẫu như vậy đã tồn lại trong vũ trụ.
“Kết quả của chúng tôi ngụ ý rằng quá trình tiến hoá đã đưa ra không phải là duy nhất và có thể đã tiến hành nhiều lần trước đây. Các trường hợp khác có thể bao gồm nhiều nền văn minh năng lượng chuyên sâu, thực hiện hồi tiếp vào hành tinh khi nền văn minh của họ phát triển. Điều đó có nghĩa là chúng ta có thể sử dụng mô phỏng để khám phá về những tác nhân ảnh hưởng tới tuổi thọ của một nền văn minh.”

Người dịch: Bridget Nguyễn, Khánh Toàn, Đàm Quang Tiến