Sự sống dựa trên vật chất tối có khả thi không?

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Phần lớn khối lượng trong Vũ trụ của chúng ta là vô hình. Và từ khá lâu rồi, các nhà vật lý đã cố gắng tìm hiểu khối lượng khó nắm bắt này là gì. Nếu nó được làm từ các hạt, hy vọng là Máy va chạm Hadron Lớn có thể tạo ra một hạt vật chất tối, hoặc kính viễn vọng không gian sẽ nhìn thấy dấu hiệu tia gamma hùng hồn của các vụ va chạm vật chất tối. Cho đến nay, không có gì cả. Và vấn đề này khiến các nhà vật lý lý thuyết phải suy ngẫm về những ý tưởng mới.

Vào năm 2017, nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng Lisa Randall đã nghiên cứu một trong những khả năng đáng kinh ngạc nhất của vật chất tối. Tất nhiên là giả thuyết. Thay vì coi vật chất tối là một loại hạt cụ thể, bà cho rằng vật chất tối có thể được tạo thành từ toàn bộ họ các hạt tạo nên các ngôi sao tối, thiên hà tối, hành tinh tối và có thể là sự sống tối. Hóa học của vũ trụ tối có thể phong phú và đa dạng như "hóa học thông thường" của chính chúng ta. Nhưng không phải mọi thứ đều đơn giản như vậy.

Vấn đề vật chất tối

Vũ trụ của chúng ta là một nơi tuyệt vời, mặc dù không thể hiểu được.

Trong vài thập kỷ qua, chúng ta đã nhận ra rằng không thể nhìn thấy 84,5% vật chất trong Vũ trụ. Với biệt danh khá khó hiểu là "vật chất tối", chất này ở trạng thái không tương tác với vật chất "bình thường". Giống như năng lượng tối, những thứ này là "tối" bởi vì chúng ta không hiểu chúng.

Nếu bây giờ có một mảnh vật chất tối trên bàn của tôi, tôi sẽ không bao giờ biết về nó. Một phần vật chất tối nói chung, như vậy, không thể nằm trên bàn làm việc của tôi. Nó sẽ rơi qua bàn, và sàn nhà, và vỏ trái đất, lao vào giếng trọng lực trong lõi hành tinh của chúng ta. Hoặc nó sẽ biến mất vào không gian một cách khó hiểu. Vật chất tối tương tác yếu với bất cứ thứ gì đến nỗi mảnh này sẽ rơi xuyên qua vật chất thông thường, như thể nó không tồn tại.

Ở quy mô nhỏ, biểu hiện hấp dẫn của vật chất tối là không đáng kể, nhưng ở khoảng cách vũ trụ chắc chắn người ta cảm nhận được sự hiện diện của vật chất tối - nó có thể được quan sát gián tiếp bằng hiệu ứng hấp dẫn của nó đối với các cụm thiên hà và ảnh hưởng của nó đối với sự quay của các thiên hà. Chúng ta biết rằng nó tồn tại, chúng ta chỉ đơn giản là không nhìn thấy nó.

Và chúng tôi không biết nó là gì, chúng tôi chỉ có thể đoán

Vật chất thông thường - hay còn gọi là vật chất baryonic - tương tác thông qua các lực điện từ, lực hấp dẫn, lực mạnh và yếu. Những lực này truyền năng lượng và tạo cấu trúc cho mọi vật chất. Mặt khác, vật chất tối thường được xem như một đám mây "vật chất" vô định hình không thể tương tác thông qua lực điện từ, dù yếu hay mạnh. Do đó, người ta cho rằng vật chất tối là "phi baryonic". Vật chất không phải baryonic chỉ có thể tiết lộ sự hiện diện của nó theo lực hấp dẫn.

Ứng cử viên hàng đầu trong việc tìm kiếm vật chất tối là WIMP, một hạt khối lượng tương tác yếu. Như tên gọi của WIMP cho thấy, hạt giả thuyết này không tương tác với vật chất bình thường - vì vậy nó không phải là hạt baryonic.

Các mô hình vũ trụ học đã thành lập dự đoán rằng vật chất tối - ví dụ như ở dạng WIMP hoặc "axion" - tạo cho Vũ trụ của chúng ta cấu trúc và thường được gọi một cách đơn giản là "chất keo" giữ tổng thể Vũ trụ của chúng ta.

Quan sát sự quay của các thiên hà, nhà thiên văn học Vera Rubin nhận thấy rằng hầu hết các vật chất trong các thiên hà đều không thể quan sát được. Chỉ một tỷ lệ nhỏ có thể nhìn thấy - sao, khí và bụi; phần còn lại ẩn trong một vầng hào quang vật chất tối khổng lồ nhưng không nhìn thấy được. Cứ như thể thiên hà vật chất thông thường có thể nhìn thấy của chúng ta chỉ là một cái mui trên một bánh xe khổng lồ của vật chất tối vượt xa những gì chúng ta có thể nhìn thấy.

Trong một bài báo được xuất bản gần đây (2013), Randall và các đồng nghiệp của cô đã trình bày một dạng vật chất tối phức tạp hơn. Theo họ, vầng hào quang vật chất tối của thiên hà chúng ta không chỉ bao gồm một loại vật chất phi baryonic có khối lượng vô định hình.

Randall viết: “Có vẻ rất lạ khi cho rằng tất cả vật chất tối chỉ được cấu tạo từ một loại hạt. "Một nhà khoa học không thiên vị không nên cho phép vật chất tối đa dạng như vật chất bình thường của chúng ta."

Một "vũ trụ bóng tối" phong phú?

Cũng giống như vũ trụ hữu hình của chúng ta được điều chỉnh bởi Mô hình chuẩn của vật lý - một họ hạt đã được chứng minh rõ ràng (bao gồm cả hạt Higgs khét tiếng) và các lực, thì liệu một mô hình đa dạng và phong phú của các hạt và lực vật chất tối hoạt động trong một quầng thiên hà tối?

Nghiên cứu này tuân theo logic giả định có nhiều loại vật lý chưa được biết đến trong lĩnh vực tối của vũ trụ - chúng ta hãy gọi nó là "vũ trụ bóng tối" - tồn tại song song với chính chúng ta và có tất cả những phức tạp mà vũ trụ hữu hình của chúng ta phải cung cấp.

Các nhà vật lý thiên văn trước đây đã gợi ý rằng "các ngôi sao tối" - những ngôi sao được tạo thành từ vật chất tối - có thể tồn tại trong vũ trụ cổ đại của chúng ta cho đến ngày nay. Randall lập luận nếu vậy, có lẽ "hành tinh tối" có thể hình thành. Và nếu có một họ các hạt vật chất tối được điều khiển bởi các lực triển khai trong vùng tối, liệu điều này có thể dẫn đến sự xuất hiện của hóa học phức tạp không? Và để cuộc sống?

Tuy nhiên, nếu có sự sống "tối" hoặc "bóng tối" song song với vũ trụ của chúng ta, bạn có thể quên rằng chúng ta có thể phát hiện ra nó.

Cuộc sống bóng tối sẽ vẫn còn trong bóng tối

Có vẻ như rất hấp dẫn khi sử dụng giả thuyết này để giải thích tất cả những bí ẩn hàng ngày hoặc thậm chí những tuyên bố huyền bí mà khoa học không thể tranh cãi hoặc ủng hộ. Điều gì sẽ xảy ra nếu “những bóng ma” hoặc “những ngọn đèn trên bầu trời” không thể giải thích được là trò hề của những sinh vật bóng tối sống ở phía sau của mọi thứ?

Mặc dù logic này sẽ ổn đối với một chương trình truyền hình hoặc phim, nhưng những sinh vật bóng tối này sẽ sống trong một vũ trụ bóng tối hoàn toàn không tương thích với vật chất thông thường. Các hạt và lực của chúng sẽ không ảnh hưởng gì trong vũ trụ của chúng ta. Bạn có thể đọc những dòng này khi ngồi trên một gốc cây trong một khu rừng tối, và bạn sẽ không bao giờ biết về nó.

Nhưng vì chúng ta cùng tồn tại với vũ trụ bóng tối này trong cùng không-thời gian - không có các chiều không cần thiết hoặc đa vũ trụ - nên chỉ có thể truyền một tín hiệu.

Sóng hấp dẫn chỉ được phát hiện vào năm 2016 và lần đầu tiên phát hiện ra những gợn sóng này trong không thời gian là do va chạm của các lỗ đen. Có vẻ như sóng hấp dẫn có thể được phát hiện trong vùng tối, nhưng chỉ những sự kiện vũ trụ mạnh nhất trong vùng tối mới có thể được phát hiện ở đầu dây của chúng ta.

Nói chung, chúng ta gần như chắc chắn sẽ không bao giờ chứng minh được sự tồn tại của những sinh vật vật chất tối dễ thương, nhưng Randall đã chỉ ra một điểm quan trọng. Khi chúng ta xem xét nguồn gốc của vật chất tối, chúng ta phải nhìn xa hơn những định kiến của mình; khu vực tối có thể là một họ phức tạp của các hạt vật chất tối và lực vượt quá những gì chúng ta có thể tưởng tượng.