CÂU CHUYỆN KHOA HỌC 166

(ĐC sưu tầm trên NET)

 

Năng lượng - Thành phần cơ bản nhất của vũ trụ | Phim khoa học khám phá (thuyết minh)

Năng lượng nhiệt "nhảy" qua không gian trống nhờ cơ học lượng tử

16/12/2019 07:45 -

Nếu từng dùng một bình kín cách nhiệt chân không để giữ nóng cà phê, bạn có thể biết một vật cách nhiệt tốt như thế nào bởi năng lượng nhiệt khó có thể truyền qua không gian trống. Những dao động của các nguyên tử hay các phân tử, vốn mang năng lượng nhiệt, không thể di chuyển một cách thuận lợi nếu chúng không có các nguyên tử hay phân tử xung quanh.

Nhưng một nghiên cứu mới do các nhà nghiên cứu trường đại học California ở Berkeley đã chứng tỏ, sự bí ẩn của cơ học lượng tử đã giúp thực hiện nguyên lý cơ bản này của vật lý cổ điển.

Công trình nghiên cứu này đã được xuất bản trên tạp chí Nature. Nó cho thấy năng lượng nhiệt có thể vượt qua một khoảng cách chân không khoảng vài năm nano mét nhờ hiệu ứng cơ học lượng tử mang tên tương tác Casimir, hiện tượng mang tên nhà vật lý Hà Lan Hendrik Casimir, người từng dự đoán hiện tượng vào năm 1948.

Dẫu tương tác này chỉ xuất hiện ở các mức chiều dài cực kỳ nhỏ, nó có thể có những gợi ý sâu sắc về thiết kế các chip máy tính và những hợp phần điện tử ở cấp độ nano, nơi sự tán xạ nhiệt là vấn đề trọng yếu. Nó cũng lật lại những gì mà chúng ta đã học về truyền nhiệt trong môn vật lý phổ thông.

“Nhiệt thông thường được truyền dẫn trong một chất đậm đặc thông qua nhưng dao động của các nguyên tử hoặc phân tử, hoặc cái gọi là các phonon – nhưng trong một chân không, đó không phải một môi trường vật lý. Vì vậy trong nhiều năm, các cuốn sách dạy chúng ta rằng các phonon không thể chuyển động qua một chân không”, Xiang Zhang, giáo sư kỹ thuật cơ học tại trường UC Berkeley và là người dẫn dắt nghiên cứu, nói. “Thật đáng ngạc nhiên là những gì chúng tôi khám phá ra là các phonon có thể được truyền qua một chân không bằng các dao động lượng tử ẩn”.

Trong thí nghiệm này, nhóm nghiên cứu của Zhang đặt hai màng silicon nitride bọc vàng cách nhau và trăm nano mét bên trong một buồng chân không. Khi họ gia nhiệt một trong hai tấm màng, màng còn lại cũng nóng lên – ngay cả không hề kết nối hai tấm nàng và năng lượng ánh sáng vượt qua giữa chúng cũng không đáng kể.

“Khám phá cơ chế mới về truyền nhiệt mở ra những cơ hội chưa từng có cho việc quản lí nhiệt ở cấp độ nano, vốn đóng vai trò quan trọng trong máy tính tốc độ cao và lưu trữ dữ liệu”, Hao-Kun Li, một cựu nghiên cứu sinh trong nhóm của Zhang và đồng tác giả nghiên cứu, nhận xét. “Giờ đây, chúng ta có thể xây dựng chân không lượng tử để tách nhiệt trong các mạch tích hợp”.

Không có nhiều thứ như không gian trống

Các dao động phân tử chuyển động qua một chân không mà người ta tưởng là điều không thể lại có thể thực hiện được bởi theo cơ học lượng tử, không có nhiều thứ như chân không trống thực sự, King Yan Fong, một postdoct tại UC Berkeley và là một tác giả thứ nhất của công bố, nhận xét.

“Thậm chí nếu có một không gian trống rỗng – không vật chất, không ánh sáng, cơ học lượng tử vẫn coi là không thể có được sự trống rỗng thực sự. Vẫn còn một vài dao động trường lượng tử trong một chân không”, Fong nói. “Các dao động giúp tăng lên một lực kết nối hai vật chất, đó là tương tác Casimir. Vì vậy, khi một vật thể gia nhiệt và bắt đầu rung và dao động, chuyển động có thể cuối cùng được truyền sang vật thể khác qua chân không nhờ các dao động lượng tử đó”.

Dẫu các nhà lý thuyết đã suy xét trong thời gian dài rằng tương tác Casimir có thể giúp các dao động phân tử di chuyển qua không gian trống, việc chứng minh nó về mặt thực nghiệm là một thách thức lớn. Để làm việc này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế những màng silicon nitride vô cùng mỏng, vốn được họ chế tạo trong một phòng sạch, sau đó tìm cách kiểm soát và điều khiển nhiệt độ phòng một cách thận trọng.

Bằng việc lựa chọn kích thước và thiết kế các tấm màng mỏng, họ thấy mình có thể truyền năng lượng nhiệt qua một chân không có kích thước vài nano mét. Khoảng cách này đủ xa để một số phương thức truyền nhiệt khác không đáng kể - như năng lượng do các bức xạ điện từ, vốn là cách mặt trời làm nóng trái đất.

Bởi vì các dao động phân tử cũng là vấn đề cơ bản của truyền âm thanh mà chúng ta có thể nghe, khám phá này gợi ý các âm thanh có thể truyền qua một chân không, Zhang nói.

“20 năm trước, trong kỳ thi tuyển tiến sĩ của tôi tại Berkeley, một giáo sư hỏi tôi ‘tại sao em có thể nghe thấy giọng tôi khi ở quanh bàn này?’, tôi liền trả lời ‘bởi vì âm thanh ông phát ra di chuyển bằng các phân tử dao động trong không khí’. Ông ấy còn gặng thêm ‘cái gì xảy ra nếu chúng ta hút tất cả các phân tử khí khỏi phòng này?’, tôi đáp, ‘không gì cả, bởi vì không có môi trường trung gian để dao động’,” Zhang kể lại. “Ngày nay, những gì chúng tôi khám phá là một phương thức truyền nhiệt mới qua một chân không mà không cần môi trường trung gian, nó đạt được là do các dao động chân không lượng tử đầy hấp dẫn. Vì vậy, tôi đã sai lầm trong kỳ thi năm 1994. Giờ thì thậm chí anh còn có thể  reo hò qua một chân không nữa kia”.

Tô Vân dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2019-12-energy-space-quantum-weirdness.html

Sóng hấp dẫn, chỉnh sửa gen và những phát hiện khoa học vĩ đại nhất thập kỷ (phần 1)

Thứ Tư, ngày 18/12/2019 08:01 AM (GMT+7)

Chúng ta đang bước vào thời điểm chuyển giao không chỉ là một năm mới mà còn là một thập niên mới. Hãy cùng điểm lại những phát hiện khoa học quan trọng nhất trong 10 năm qua.

​Thập niên 2010 đang sắp khép lại để nhường chỗ cho một thập niên khác mới đến. 10 năm vừa qua chứng kiến đầy rẫy những khám phá mới mang tính đột phá hoặc tìm ra những kiến thức mới chưa từng có trong lịch sử. Những tiến bộ này hoặc gần gũi ngay trên cơ thể người, hoặc xa xôi đến tận rìa cùng của vũ trụ.
Điểm qua các phát kiến trong thập kỷ vừa rồi, ta dễ dàng thấy được xu hướng các nhóm nghiên cứu lớn đến quy mô hàng ngàn người đang tăng dần so với các nhóm nghiên cứu chỉ vài thành viên vào trước kia. Các nhóm này không chỉ là đồng nghiệp tại một nơi công tác, mà còn kết hợp với nhau ở khắp nơi trên toàn cầu.
10 năm với vô số những hiểu biết mới, hoặc không đóng góp vào tiến trình phát triển chung của khoa học cũng giúp chúng ta thay đổi suy nghĩ về một vấn đề. Việc lựa chọn ra 20 phát hiện tiêu biểu nhất thập kỷ vì thế cũng không hề dễ dàng. Dưới đây là danh sách những khám phá tuyệt vời được ban biên tập National Geographic bầu chọn.

Năm 1916, Albert Einstein đã đề xuất một lập luận, rằng khi các vật thể có khối lượng đủ lớn tăng tốc thì chúng sẽ tạo ra những cơn sóng dao động trong cấu trúc không-thời gian như những cơn sóng gợn trên mặt hồ nước. Einstein không thể khẳng định điều này vì không có công cụ tân tiến để chứng minh, ông chỉ gọi nó là sóng hấp dẫn.
Việc tìm kiếm bằng chứng của sóng hấp dẫn trong thực tế từ đó trở thành niềm say mê của nhiều nhà khoa học và khiến nhiều nghiên cứu được khởi động trong suốt cả thế kỷ để đạt được mục đích đó. Thập niên 1970, người ta đã nhận được một chút manh mối về loại sóng này nhưng vẫn chưa đủ rõ ràng và từ đó lặng im đến mãi năm 2015.

Ảnh mô phỏng hai hố đen va chạm vào nhau tạo ra sóng hấp dẫn trong không-thời gian. Ảnh: SXS Collaboration.

Vào năm 2015, Đài quan sát LIGO đặt tại Mỹ đã ghi nhận được dư chấn sau khi hai hố đen va chạm vào nhau trong vũ trụ. Phát hiện này sau đó được công bố vào đầu năm 2016 và giúp chúng ta biết được một cách mới để lắng nghe vũ trụ. Khi hai hố đen va chạm nhau, chúng tạo nên một vật thể chung có khối lượng rất lớn và tạo ra những cơn sóng hấp dẫn.
Tiếp theo đó vào năm 2017, LIGO và Đài quan sát Virgo ở Châu Âu cũng đã ghi nhận được những cơn sóng tương tự như vậy, lần này được tạo ra từ vụ va chạm của hai ngôi sao neutron với mật độ vật chất vô cùng dày đặc. Nhiều kính thiên văn khác trên khắp thế giới cũng đã ghi nhận được sự kiện này. Sự kiện mang tính bước ngoặt này giúp giới khoa học có một cái nhìn chưa từng thấy về cách lực hấp dẫn vận hành cũng như cách các nguyên tố được tạo ra.

Thập niên vừa qua đã chứng kiến nhiều phát hiện khiến chúng ta phải xem xét lại tổ tiên của chính mình, về nguồn gốc của nhân loại và về việc bổ sung nhiều loài khác vào phả hệ của loài người. Những khám phá này không chỉ có được từ việc khai quật những hóa thạch mới, mà chính những hóa thạch đã tìm thấy trước đây cũng cung cấp một kiến thức mới về chính chúng ta.
Năm 2010, nhà thám hiểm Lee Berger của National Geographic đã tìm thấy tổ tiên xa của loài người được gọi là Australopithecus sediba. 5 năm sau đó, ông tiếp tục công bố một loài người mới tại một quần thể hang động ở Nam Phi, gọi là loài Homo naledi, họ có nhiều chi tiết giải phẫu học giống với loài người hiện đại và sống cách đây khoảng từ 236.000 năm đến 335.000 năm trước.

Hình ảnh dựng lại khuôn mặt của Homo naledi, một loài trong chi Người gần với người hiện đại ngày nay. Tác giả John Gurche đã dành hơn 700 giờ để quét hộp sọ hóa thạch và dựa vào các đặc điểm để dựng nên khuôn mặt hoàn chỉnh này.

Nhiều khám phá đáng chú ý khác được ghi nhận tại Châu Á. Cũng trong năm 2010, một nhóm các nhà khoa học cho biết rằng họ đã tìm thấy DNA trong một mẩu xương màu hồng tại vùng Siberia cổ đại. Qua phân tích, thông tin di truyền không giống với bất kỳ con người nào vào thời hiện đại, từ đó cho thấy manh mối đầu tiên về người Denisova.
Năm 2018, tại một khu vực khảo cổ ở Trung Quốc người ta đã tìm thấy công cụ đồ đá có niên đại 2,1 triệu năm tuổi, khiến giới khoa học phải xác nhận rằng con người ở khu vực Châu Á đã chế tạo được đồ đạc để sinh hoạt sớm hơn hàng trăm ngàn năm so với những hiểu biết trước đây.
Năm 2019, các nhà nghiên cứu ở Philippines công bố hóa thạch của loài người tương tự với loài Homo floresiensis, là một nhánh của người đảo Flores (Indonesia). Ngoài ra, nhiều công cụ đồ đá được phát hiện ở đảo Sulawesi tại nước này cũng hé lộ một loài người khác chưa từng được xác định ở Đông Nam Á.

Kiến thức của chúng ta về những hành tinh xoay quanh những ngôi sao ở rất xa đã phát triển lên vượt bậc trong khoảng thời gian những năm 2010 vừa qua. Một phần không nhỏ trong sự tiến bộ này nhờ vào Kính thiên văn Không gian Kepler của NASA.
Từ năm 2009 đến năm 2018, chỉ riêng kính Kepler đã phát hiện ra 2.700 ngoại hành tinh - hơn một nửa so với tổng số ngoại hành tinh được cả thế giới cùng tìm thấy. Trong số hàng ngàn những hành tinh nằm bên ngoài Hệ Mặt Trời này, có một số hành tinh nổi bật với những đặc tính độc đáo và không thể không kể đến đó là Kepler-10b, một hành tinh đất đá rất giống với Trái Đất.

Kepler-10b, ngoại hành tinh đất đá có kích thước bằng 1,4 lần so với Trái Đất, nằm cách xa chúng ta 560 năm ánh sáng. Đồ họa: NASA.

Kế nhiệm Kepler, TESS được phóng lên vũ trụ vào năm 2018 đang tiếp tục thực hiện công việc này và đã xác nhận được 34 ngoại hành tinh. Ngoài những đài quan sát trên quỹ đạo Trái Đất, các kính thiên văn ở mặt đất cũng bắt đầu cuộc chạy đua tìm kiếm ngoại hành tinh.
Năm 2017, các nhà khoa học sử dụng kính TRAPPIST-1 và tìm ra một hệ sao nằm cách chúng ta 39 năm ánh sáng sở hữu 7 hành tinh có kích cỡ tương đương với Trái Đất - đây là hệ hành tinh bên ngoài Hệ Mặt Trời có nhiều hành tinh nhất từng được khám phá. Và gần đây nhất, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy Proxima b - một hành tinh chuyển động quanh sao Proxima Centauri là ngôi sao gần với Mặt Trời nhất với khoảng cách chỉ 4,25 năm ánh sáng.

Thập niên vừa qua đánh dấu những tiến bộ to lớn trong kỹ năng chỉnh sửa DNA của chúng ta, một phần lớn nhờ vào việc xác định được hệ thống Crispr-Cas9. Một số vi khuẩn trong tự nhiên sử dụng hệ thống này làm một hệ thống miễn dịch vì chúng cho phép lưu trữ các đoạn DNA của virus, từ đó nhận ra virus tương tự nếu gặp phải trong tương lai và sẽ cắt nhỏ từng đoạn DNA của virus.
Năm 2012, các nhà nghiên cứu đã đề xuất việc sử dụng Crispr-Cas9 để làm công cụ chỉnh sửa gen hiệu quả, vì nó có thể cắt DNA một cách chính xác mà ta cũng có thể điều chỉnh cho đúng ý muốn. Chỉ trong vòng vài tháng, nhiều nhóm nghiên cứu khác đã xác nhận kỹ thuật này hoạt động tốt trên DNA người.

Nhà nghiên cứu Zhou Yin ở Phòng thí nghiệm Vân Nam, Côn Minh, Trung Quốc đang ẵm trong tay một chú khỉ đuôi dài được sinh ra và lớn lên từ công nghệ CRISPR. Ảnh: National Geographic.

Kể từ đó, các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới đã bắt đầu chạy đua để đưa ra nhiều hệ thống tương tự dựa trên Crispr-Cas9, giúp việc chỉnh sửa DNA chính xác hơn nữa nhằm ứng dụng vào thực tế ở các lĩnh vực nông nghiệp và y học. Mặc dù lợi ích của Crispr-Cas9 là rất lớn nhưng bên cạnh đó những giới hạn về đạo đức cũng đặt ra những câu hỏi cho công nghệ này.
Năm 2018, giới y học toàn cầu đã ngỡ ngàng trước việc nhà nghiên cứu Hạ Kiến Khuê người Trung Quốc cho ra đời hai bé gái có bộ gen đã qua chỉnh sửa với Crispr, đây là những con người đầu tiên được tạo ra từ quá trình sửa đổi DNA. Nghiên cứu này đã làm dấy lên nhiều cuộc tranh luận nảy lửa và dẫn đến lệnh cấm về việc chỉnh sửa sâu gen người.

10năm qua chứng kiến sự bùng nổ về kiến thức của chúng ta đối với thế giới thời tiền sử, khi các nhà khoa học liên tục tìm thấy những hóa thạch đẹp tuyệt vời qua mỗi lần nâng cấp công nghệ khai quật, công cụ tìm kiếm hóa thạch và công cụ phân tích chúng.
Năm 2010, các nhà khoa học tại Hội Địa lý Quốc gia Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu tái tạo màu sắc toàn thân của một con khủng long hoàn chỉnh, dựa trên việc phát hiện ra các sắc tố trong hóa thạch. Từ đó, bảng màu về giới cổ sinh vật học đã không ngừng được mở rộng ra. Các nhà nghiên cứu đã bắt đầu tô màu cho rất nhiều loài sống vào thời tiền sử, chẳng hạn như các loài lông vũ có màu xanh sẫm, có màu đỏ rực ánh cầu vồng hay lớp da nâu đỏ của một con khủng long sừng sỏ.

Hình ảnh màu đúng đầu tiên về loài Sinosauropteryx được tạo ra dựa trên các sắc tố tìm thấy trong hóa thạch của chúng. Ảnh: Nature.

Bước tiến kỳ tích nhất ngoài việc tìm ra màu sắc sinh học chính là phân tích được các tính chất hóa học của các loài này. Năm 2018, Dickinsonia là một loài sinh vật đã tồn tại cách đây 540 triệu năm, đã được giới khoa học phân tích chất béo qua các phân tử còn được lưu trong hóa thạch. Đây là lần đầu tiên công việc này được thực hiện.
Năm 2014, các nhà cổ sinh vật học tìm thấy hóa thạch của loài khủng long ăn thịt Spinosaurus và qua phân tích họ cho rằng đây là loài khủng long sống lưỡng cư đầu tiên từng được biết đến. Một năm sau, một nhóm nghiên cứu ở Trung Quốc cho công bố hóa thạch của Yi qi, một loài khủng long rất kỳ lạ với đôi cánh có màng như loài dơi.
Cũng trong thập kỷ này, các nhà khoa học cũng tìm thấy một mẩu hổ phách 99 triệu năm tuổi ở Myanmar đã làm dấy lên giả thuyết về một loài khủng long có lông, một loài chim nguyên thủy là tổ tiên của loài chim hiện đại và một vài loài động vật không xương sống bị mắc kẹt trong nhựa cây hóa thạch.

Trong vòng 10 năm qua, các sứ mệnh thám hiểm không gian đã cho chúng ta một cái nhìn chi tiết hơn về các dạng sống ở bên ngoài Trái Đất, chẳng hạn như tìm ra các phân tử hữu cơ có gốc carbon là khởi nguồn cần thiết cho một dạng sống ở các hành tinh khác.
Sứ mệnh Rosetta của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đã gửi tàu hạ cánh lên sao chổi 67P Churyumov–Gerasimenko vào năm 2014 và bắt đầu thu thập dữ liệu cho đến năm 2016, gửi về Trái Đất rất nhiều kiến thức mới về cách mà các thiên thạch đã gửi sự sống cho Trái Đất vào hàng tỷ năm trước.

Tàu vũ trụ Rosetta của ESA gửi tàu đổ bộ Philae lên bề mặt sao chổi 67P/Churyumov–Gerasimenko để thăm dò và phát hiện được nhiều dấu hiệu bí ẩn lần đầu tiên khám phá ra trên một sao chổi. Ảnh: ESA.

Trước khi tàu vũ trụ Cassini của NASA kết thúc sứ mệnh của mình vào năm 2017, nó đã xác nhận nước trên vệ tinh Enceladus của Sao Thổ có chứa phần lớn các thành phần hữu cơ, đây là manh mối cho thấy nó là nơi phù hợp để tồn tại và phát triển sự sống.
Năm 2018, tàu tự hành Curiosity của NASA trên Sao Hỏa đã tìm thấy hợp chất hữu cơ trên hành tinh này cũng như ghi nhận được một chu trình kỳ lạ về sự di chuyển của các khối khí methane trong khí quyển Sao Hỏa có liên quan đến sự sống của một loài nào đó.

Để đối phó với dịch Ebola đã bùng phát ở Tây Phi từ năm 2014 đến năm 2016, các nhà nghiên cứu y học đã nhanh chóng cho ra mắt và theo dõi thử nghiệm vaccine rVSV-ZEBOV. Sau khi thử nghiệm thành công vào năm 2015, giới chức Châu Âu đã phê chuẩn loại vaccine này vào năm 2019 và đây là bước tiến quan trọng giúp chống lại căn bệnh chết người này.
Một số nghiên cứu mang tính bước ngoặt cũng đã mở ra nhiều con đường mới nhằm ngăn chặn bước tiến của HIV. Một thí nghiệm vào năm 2011 đã cho thấy một loại thuốc kháng virus giúp phòng ngừa đáng kể tỷ lệ lây lan HIV ở các cặp vợ chồng dị tính và một tỷ lệ thấp hơn ở các cặp đôi đồng tính.

​
Năm 2016, các bác sĩ lâm sàng đã thông báo về sự ra đời của một đứa trẻ từ nhiều hơn một cha một mẹ, cụ thể là tinh trùng từ người cha, nhân tế bào của mẹ cùng trứng của một người phụ nữ khác đã loại bỏ nhân tế bào. Liệu pháp này tuy đã thành công trong việc điều chỉnh các rối loạn ở ty thể của người mẹ, nhưng nó vẫn còn gây tranh cãi về tính đạo đức.
Một nghiên cứu khác được thực hiện vào năm 2018 cũng tạo ra tiền chất của tinh trùng người hoặc tạo ra trứng từ da hay tế bào máu đã được chỉnh sửa thông tin di truyền. Một nghiên cứu khác về việc chỉnh sửa gen đã cho phép hai con chuột đồng giới thụ thai.

Các dải sợi từ virus Ebola (màu xanh lục) vươn ra và tóm chặt lấy một tế bào khiến vô hiệu hóa hoạt động của tế bào này. Ảnh: Callista Images.

Cũng trong năm này, các nhà khoa học Trung Quốc đã cho ra đời hai con khỉ nhân bản vô tính, đây là lần đầu tiên một loài linh trưởng được sinh ra như cừu Dolly. Mặc dù các quy chuẩn về đạo đức không cho phép thực hiện công nghệ này trên người, nhưng giới khoa học cho biết nó có thể thực hiện một cách suôn sẻ trên các loài linh trưởng khác bao gồm cả loài người chúng ta.
Vẫn chưa hết, khoa học của thập niên 2010 còn chứng kiến nhiều bước đi mang tính đột phá khác. Thân mời độc giả đón đọc phần tiếp theo.

Nguồn: http://khampha.vn/khoa-hoc-cong-nghe/nhung-phat-hien-khoa-hoc-vi-dai-nhat-thap-ky-qua-phan-1-c7a...

Apple gỡ ứng dụng cho phép ”hô biến” iPhone thành iPod Classic

Ứng dụng mô phỏng này giúp bạn có thể tận hưởng niềm vui gợi nhớ chiếc iPod cổ điển, với vòng bánh xe điều khiển...

Theo Quốc Anh (Theo National Geographic) (Khám Phá)

 

Những phát hiện khoa học vĩ đại nhất thập kỷ qua (phần 2)

Thứ Năm, ngày 19/12/2019 10:18 AM (GMT+7)

Chúng ta đang bước vào thời điểm chuyển giao không chỉ là một năm mới mà còn là một thập niên mới. Hãy cùng điểm lại những phát hiện khoa học quan trọng nhất trong 10 năm qua.

Sự kiện:

Bí ẩn khoa học

Thập niên 2010 đang sắp khép lại để nhường chỗ cho một thập niên khác mới đến. 10 năm vừa qua chứng kiến đầy rẫy những khám phá mới mang tính đột phá hoặc tìm ra những kiến thức mới chưa từng có trong lịch sử. Những tiến bộ này hoặc gần gũi ngay trên cơ thể người, hoặc xa xôi đến tận rìa cùng của vũ trụ.
Điểm qua các phát kiến trong thập kỷ vừa rồi, ta dễ dàng thấy được xu hướng các nhóm nghiên cứu lớn đến quy mô hàng ngàn người đang tăng dần so với các nhóm nghiên cứu chỉ vài thành viên vào trước kia. Các nhóm này không chỉ là đồng nghiệp tại một nơi công tác, mà còn kết hợp với nhau ở khắp nơi trên toàn cầu.
10 năm với vô số những hiểu biết mới, hoặc không đóng góp vào tiến trình phát triển chung của khoa học cũng giúp chúng ta thay đổi suy nghĩ về một vấn đề. Việc lựa chọn ra những phát hiện tiêu biểu nhất thập kỷ vì thế cũng không hề dễ dàng. Dưới đây là danh sách những khám phá tuyệt vời được ban biên tập National Geographic bầu chọn.

Thập niên 2010 chứng kiến nhiều quan sát vũ trụ quan trọng, đã cách mạng hóa cách chúng ta nghiên cứu vũ trụ.
Năm 2013, Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đã phóng tàu vũ trụ Gaia để thu thập dữ liệu và đo khoảng cách hơn một tỷ ngôi sao trong Ngân Hà cũng như dữ liệu vận tốc của hơn 150 triệu ngôi sao. Bộ dữ liệu đã giúp các nhà khoa học tạo ra một bản đồ 3D hoàn chỉnh về thiên hà của chúng ta, mang lại một cái nhìn chưa từng thấy về cách các thiên hà hình thành và thay đổi theo thời gian.

Kính thiên văn Chân trời Sự kiện là một kính quan sát đặt trên mặt đất đã lần đầu tiên chụp được hình ảnh thực tế của một hố đen tại trung tâm thiên hà M87 - một thiên hà khổng lồ thuộc cụm thiên hà Virgo. Ảnh: EHT.

Năm 2018, các nhà khoa học đã công bố những số liệu được vệ tinh Planck đo đạc về thuở bình minh của vũ trụ, trong đó có chứa nhiều manh mối quan trọng về các thành phần cấu tạo nên vũ trụ, cấu trúc và tốc độ giãn nở của nó. Những con số nhận được gây bối gối bởi tốc độ giãn nở mới khác hẳn so với số liệu đã biết trước đó, một “cuộc khủng hoảng vũ trụ học” đã bắt đầu và vật lý tiếp tục phải giải thích.
Cũng trong năm 2018, Kính khảo sát Năng lượng tối đã bắt đầu cho ra mắt những dữ liệu quan sát đầu tiên, giúp con người ngày càng hiểu biết rõ hơn về những mảnh chắp vá bí ẩn này của vũ trụ. Và vào tháng 4 năm 2019, các nhà khoa học sử dụng Kính thiên văn Chân trời Sự kiện đã hé lộ hình ảnh thực tế đầu tiên về một lỗ đen siêu khổng lồ ở trung tâm của thiên hà M87.

Các nhà sử học trong tương lai có thể nhìn lại những năm 2010 như một thập kỷ mà chúng ta chạm đến không gian liên sao: Lần đầu tiên, tàu vũ trụ của con người đã đâm xuyên bức màn ngăn giữa vùng ảnh hưởng của Mặt Trời và không gian chung của các vì sao ở bên ngoài. Nói dễ hiểu, ta đã vượt ra khỏi Hệ Mặt Trời một cách vật lý.

Đồ họa cho thấy hai con tàu Voyager 1 và 2 đang rời khỏi nhật quyển của Mặt Trời và vùng ảnh hưởng của Hệ Mặt Trời. Đồ họa: NASA.

Tháng 8 năm 2012, tàu thăm dò Voyager 1 của NASA đã vượt qua ranh giới ngoài cùng của nhật quyển - một bong bóng khổng lồ chứa các hạt tích điện phát ra từ Mặt Trời và bao bọc cả Hệ Mặt Trời ở bên trong. Voyager 2 tiếp tục nối bước người anh em song sinh của mình vào tháng 11 năm 2018 và thu được những dữ liệu mang tính đột phá trên đường đi.
Nhưng hóa ra, con đường đến vùng liên sao là con đường hai chiều. Vào tháng 10 năm 2017, các nhà thiên văn học đã tìm thấy ‘Oumuamua, vật thể đầu tiên hình thành trong một hệ sao khác và đi vào Hệ Mặt Trời của chúng ta. Tháng 8 năm 2019, nhà thiên văn học nghiệp dư Gennady Borisov đã tìm thấy vật thể thứ hai như vậy là một sao chổi hoạt động mạnh mẽ hiện mang tên ông.

Trong 10 năm qua, những cuộc khai quật từ khắp nơi trên thế giới đã củng cố kiến thức của chúng ta về các tác phẩm nghệ thuật (hay ít nhất là những nét vẽ nguệch ngoạc) thời cổ đại, chúng hóa ra rất phổ biến trên toàn cầu và có tuổi đời lâu hơn ta từng biết.
Vào năm 2014, các nhà nghiên cứu đã phát hiện rằng những vật dụng cứng dùng để khắc lên đá và một bức tranh vẽ thú vật ở hang động Maros, đảo Sulawesi (Indonesia) có niên đại ít nhất 39.000 năm, khiến chúng có tuổi đời ngang những bức tranh hang động cổ xưa nhất ở Châu Âu.
Sau đó vào năm 2018, các nhà nghiên cứu đã công bố phát hiện về các tác phẩm nghệ thuật ở hang động ở Borneo (Indonesia), chúng đã hình thành từ khoảng 40.000 năm đến 52.000 năm trước, càng đẩy lùi dấu thời gian của các bức tranh vách đá. Cuối cùng, một phát hiện khác vào năm 2018 ở Nam Phi cho thấy một mặt đá có khắc tranh được thực hiện ra cách đây khoảng 73.000 năm và hiện tại nó là bức tranh vẽ lâu đời nhất thế giới.

Một người đang thực hiện phép đo vòng đá bên trong hang động Bruniquel ở Pháp, nơi có thể từng là chỗ ở của người Neanderthal.

Những tác phẩm này cũng dấy lên tranh cãi về kỹ năng nghệ thuật của người Neanderthal. Năm 2018, các nhà nghiên cứu đã hé lộ các sắc tố tìm thấy trên vỏ sò biển đục lỗ ở Tây Ban Nha có niên đại 115.000 năm, ta biết chỉ có người Neanderthal sống ở Châu Âu. Cùng năm đó, một nghiên cứu khác cho rằng một số bức tranh hang động của người cổ đại ở Tây Ban Nha đã 65.000 năm tuổi.
Trước đó vào năm 2016, những bức tranh có tuổi đời 176.000 năm cũng được tìm thấy ở Pháp. Nhiều chuyên gia về tranh hang động đã mổ xẻ và tranh luận về các phát hiện này, nếu kết quả tìm kiếm là chính xác và không phải do thú rừng vô tình vẽ ra, nó có thể là bằng chứng đầu tiên về các bức tranh hang động của người Neanderthal.

Vào tháng 7 năm 2015, tàu thăm dò New Horizons của NASA đã hoàn thành sứ mệnh kéo dài hàng thập kỷ để đến được thế giới băng giá Sao Diêm Vương, gửi về Trái Đất những hình ảnh đầu tiên về bề mặt cùng nhiều chi tiết của hành tinh lùn này.
Vào ngày đầu tiên của năm 2019, New Horizons đã tiếp tục bay xa hơn nữa để chụp lại những bức ảnh đầu tiên về Arrokoth hay tên gọi khác là Ultima Thule, nó là một trong những vật thể nguyên thủy nhất còn giữ được trọn vẹn tính chất từ ngày đầu hình thành Hệ Mặt Trời cho đến nay.

Hình ảnh đầu tiên về hành tinh lùn Sao Diêm Vương được chụp bởi tàu vũ trụ New Horizons vào năm 2015. Ảnh: NASA.

Gần hơn một chút, tàu vũ trụ Dawn của NASA đã đến Vesta, vật thể lớn thứ hai trong vành đai tiểu hành tinh vào năm 2011. Sau khi lập bản đồ hành tinh lùn này, Dawn đã tiếp tục bay đến quỹ đạo của hành tinh lùn Ceres là vật thể lớn nhất của vành đai tiểu hành tinh rồi trở thành sứ mệnh đầu tiên từng quay quanh một hành tinh lùn và quay quanh hai thiên thể ngoài Trái Đất.
Gần cuối thập kỷ, OSIRIS-REx của NASA và Hayabusa2 của JAXA đã đến tiểu hành tinh Bennu và Ryugu với mục tiêu thu thập và gửi các mẩu đất đá thu thập được về Trái Đất.

Làm thế nào để vật chất có khối lượng? Trong thập niên 1960 và 1970, các nhà vật lý bao gồm Peter Higgs và François Englert đã đề xuất một phương pháp để giải thích điều này dưới dạng trường năng lượng vốn bao phủ khắp vũ trụ, bây giờ được gọi là trường Higgs.

Minh họa cảnh các hạt Higgs phun trào sau một vụ va chạm giữa các proton. Đồ họa: Moonrunner Design.

Lĩnh vực này khi được lý thuyết hóa cũng đi kèm với các hạt cơ bản liên quan đến nó, ngày nay tại gọi đó là hạt Higgs, nhưng chúng chỉ là lý thuyết vì con người vẫn chưa tìm ra được hạt này trong thực tế. Tháng 7 năm 2012 đánh dấu sự chấm dứt của sự vô định khi hai nhóm nghiên cứu ở CERN tuyên bố phát hiện ra hạt Higgs.
Phát hiện này gây chấn động trên toàn thế giới, nó điền vào phần còn thiếu cuối cùng của Mô hình Chuẩn, đây là lý thuyết mô tả 3 trong 4 lực cơ bản của vật lý và nói về tất cả các hạt cơ bản đã biết. Mặc dù lý thuyết này vẫn chưa thật sự hoàn chỉnh, nhưng hạt Higgs đã lấp đầy một phần quan trọng giúp ta thêm củng cố hơn về chúng.

Các nhà sinh học ngày nay đang xác định các loài mới với tốc độ nhanh chóng mặt, trung bình họ đặt tên cho 18.000 loài mới mỗi năm. Trong thập kỷ qua, lần đầu tiên các nhà khoa học đã mô tả một số loài động vật có vú đầy sức lôi cuốn, chẳng hạn như khỉ mũi hếch Myanmar, chuột khổng lồ Vangunu và Olinguito là loài thú ăn thịt được phát hiện lần đầu tiên ở bán cầu Tây kể từ cuối những năm 1970.

Sao la Việt Nam. Ảnh: William Robichaud.

Các nhóm, chi, của các loài động vật khác cũng mở rộng ra khi giới khoa học mô tả những con cá mới phát hiện to bằng bàn tay, những con ếch nhỏ hơn một đồng xu, một con kỳ giông khổng lồ ở Florida và nhiều loài khác. Ngoài ra, Sao La Việt Nam và Ili Pika Trung Quốc là các loài đã được phát hiện lại sau rất nhiều năm mất tích.
Nhưng cùng với nhiều phát hiện này, các nhà khoa học đã tính được tỷ lệ theo cấp số nhân của sự tuyệt chủng. Năm 2019, giới khoa học cảnh báo một phần tư các nhóm thực vật và động vật đang bị đe dọa tuyệt chủng, tức là có tới một triệu loài từng được biết và chưa biết đến hiện đang có nguy cơ bị biến mất hoàn toàn.

Thập kỷ qua là giai đoạn chuyển tiếp quan trọng đối với ngành thăm dò vũ trụ. Việc tiếp cận quỹ đạo thấp của Trái Đất đã trở nên quá đỗi bình thường, giờ đây nó đã trở thành một mối làm ăn cho các doanh nghiệp không gian trên toàn cầu và họ đã thương mại hóa ngành này để sớm biến thành du lịch không gian.
Năm 2011, Trung Quốc đã phóng phòng thí nghiệm không gian đầu tiên là Thiên Cung 1 lên quỹ đạo. Vào năm 2014, sứ mệnh tàu thăm dò quỹ đạo Sao Hỏa của Ấn Độ cũng đã đến hành tinh đỏ, khiến Ấn Độ trở thành quốc gia đầu tiên từng gửi tàu đến Sao Hỏa thành công ngay trong lần phóng đi đầu tiên.

Phi hành gia Jessica Meir (trái) và Christina Koch của NASA trong khoang của Trạm Không gian Quốc tế đang thực hiện một sứ mệnh không gian toàn nữ đầu tiên. Ảnh: NASA.

Năm 2019, tổ chức phi lợi nhuận SpaceIL của Israel đã nỗ lực để hạ cánh một con tàu lên Mặt Trăng để trở thành sứ mệnh đầu tiên do tư nhân thực hiện làm được điều này. Cùng năm, tàu Thường Nga 4 của Trung Quốc cũng đổ bộ thành công lên Mặt Trăng.
Lực lượng phi hành gia toàn cầu cũng trở nên đa dạng hơn: Tim Peake trở thành phi hành gia chuyên nghiệp đầu tiên của Anh, Aidyn Aimbetov trở thành nhà du hành vũ trụ người Kazakhstan hậu Xô Viết đầu tiên, và Các tiểu vương quốc Ả Rập thống nhất cùng Đan Mạch cũng đã gửi phi hành gia đầu tiên của mình lên vũ trụ. Hơn thế nữa, các phi hành gia Jessica Meir và Christina Koch của NASA đã thực hiện sứ mệnh không gian toàn nữ đầu tiên.
Tại Mỹ, sau khi tàu con thoi cuối cùng được phóng lên vào năm 2011, các công ty tư nhân đã tìm cách để lấp đầy khoảng trống này. Năm 2012, SpaceX đã triển khai sứ mệnh tiếp tế thương mại đầu tiên cho Trạm Không gian Quốc tế (ISS). Năm 2015, Blue Origin và SpaceX đã trở thành những công ty đầu tiên phóng thành công tên lửa có thể tái sử dụng lên vũ trụ và sau đó đưa chúng trở lại Trái Đất an toàn, đánh dấu một cột mốc trong việc gửi tàu đến quỹ đạo thấp của Trái Đất một cách tiết kiệm và không mất nhiều chi phí.

Để hiểu được thế giới tự nhiên, các nhà khoa học phải đo đạc nó. Nhưng chúng ta định nghĩa các đơn vị đo như thế nào? Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã dần định nghĩa lại các đơn vị cổ điển theo các hằng số phổ quát, chẳng hạn như sử dụng tốc độ ánh sáng để giúp xác định chiều dài của một mét.
Nhưng đơn vị khoa học về khối lượng là kilogram vẫn được bám sát vào khối vật chất Le Grand K, nó là một xi lanh kim loại được đặt tại Pháp. Nếu khối lượng phôi đó thay đổi vì bất kỳ lý do gì, các nhà khoa học sẽ phải hiệu chỉnh lại dụng cụ cân đo của họ.

Một khối kilogram chuẩn tại Phòng thí nghiệm Đo lường Quốc gia Mỹ ở Gaithersburg, bang Maryland. Đây là khối kilogram chuẩn đặt tại Mỹ được sao từ bản gốc ở Pháp. Ảnh: Robert Rathe.

Nhưng điều đó đã không còn nữa vào năm 2019. Các nhà khoa học trên khắp thế giới đã cùng nhau áp dụng định nghĩa kilogram mới dựa trên yếu tố cơ bản trong vật lý gọi là hằng số Planck. Định nghĩa mới nhờ đó được cải thiện cho các đơn vị đo dòng điện, nhiệt độ và số lượng hạt trong một chất nhất định. Lần đầu tiên trong lịch sử, tất cả các đơn vị khoa học của chúng ta hiện nay đều xuất phát từ các hằng số phổ quát để đảm bảo một kỷ nguyên đo lường chính xác hơn trong tương lai.

Nguồn: http://khampha.vn/khoa-hoc-cong-nghe/nhung-phat-hien-khoa-hoc-vi-dai-nhat-thap-ky-qua-phan-2-c7a...

Theo Quốc Anh (Theo National Geographic) (Khám Phá)