Tiến Bộ Khoa Học Vĩ Đại

Đếm lui từ 10 xuống 1  những dụng cụ mới cho tiến bộ Khoa học Vĩ đại

                   G S Tôn thất Trình

        Hầu có cái nhìn cải thiện  về vũ trụ bao la và phức tạp, các nhà khoa học đang tham vọng tạo ra những dụng cụ khám phá mỗi ngày mỗi rộng lớn thêm.  Khoa học Vĩ đại- Big Science  đòi hỏi hàng chục năm cam kết tốn tiền  từ  nhiều quốc gia. Thế nhưng những khí cụ  có  những thành quả thật truyền cảm kinh hải, không kém nổi kinh hải nhìn những thế giới mới, chúng giúp chúng ta khám phá ra. Số tháng 8 năm 2011,  nguyệt san Khoa Học Phổ thông – Popular Science xếp hạng 10 công trình anh hùng  nhất trong số công trình  khoa học vĩ đại , theo hạng đếm lui từ 10 xuống 1. Vài công trình,  có lẽ Việt Nam nên theo dõi ( ? ) được kể ra sau đây:  các hạng 10, 9 , 5 , 4, 1. Hạng 2 là công trình LHC, đã được đề cập đến khi bàn về boson Higgs.

          10 : Máy đụng độ ion nặng thuộc tương đối luận – relativistic heavy ion collider ( RHIC ) 

Đây là một máy thời gian – time machine  để tiết lộ những nguồn gốc của vũ trụ. 

Khi những ion vàng kim -gold ions chạy mau bên trong  máy đụng độ ion nặng thuộc tương đối luận,  tại Long Island, New York,  đụng nhau tan vỡ vụn, những đụng độ này có thể sản xuất ra nhiệt độ lên đến 7.2 ngàn tỉ - trillion độ Farenheit , nóng đến nổi  các protons và neutrons   nung chảy – melt.   Khi những hạt tử này phân hủy, các quarks và gluons trong thành phần của chúng, tương tác tự do tạo thành một tính trạng mới của chất liệu – matter, tên gọi là  plasma quark – gluon .  Khi vật liệu nguội đi sau khi đụng độ  đã chấm dứt,  protons và neutrons  tái lập , sản xuất ra 4000  hạt tử phụ nguyên tử - subatomic particle  theo tiến trình. Sử dụng  RHIC, các nhà khoa học cố gắng tái tạo những điều kiện  đã hiện diện vào 1phần triệu giây đồng hồ đầu tiên, sau tiếng Nổ Vang – Big Bang.    

        Vậy chớ RHIC có ích lợi gì cho khoa học ?   Muốn hiểu tốt đẹp hơn  các nào chất liệu tiến trào trong vũ trụ của chúng ta, các nhà vật lý học ở RHIC, cho các nguyên tử vàng kim  chạy qua nhiều  máy gia tốc- accelerators , lấy đi  các electrons của chúng khiến chúng trở thành các ions điện tính dương. Những ion này được tung ra  ở hai ống  hình vòng tròn và chạy  đến tốc độ 99.9 % của tốc độ ánh sáng trước khi đụng độ.  Quan sát những gì còn lại của các đụng độ, các nhà khoa học đã tìm thấy là những hạt tử  ở thời kỳ hậu Big Bang này,   cư xử   như thể một chất lỏng hơn là chất khí tiên đóan .      

     Nhưng điều vừa kể ích lợi gì cho bạn ?  Các nhà khoa học RHIC, đang phát triễn những linh kiện gia tốc các protons  và dắt dẫn chúng chính xác hơn đến  phóng xạ và  giết chết các  u ung thư trên con người.  Các kỷ sư cũng dùng  luồng nặng ion để đục những lỗ ở những tấm plactic, làm ra những sàng lọc – filters có cơ lựa chọn- sàng sẩy  nhũng chất  ở mức độ phân tử.  Sau hết, chúng ta có thể thấy   những kinh kiện  tồn trữ năng lượng hửu hiệu hơn căn cứ trên kỷ thuật  nam châm siêu dẫn -  superconducting magnet technology , sử dụng ở RHIC .

       Ngân sách hàng năm dùng RHIClà  160 ,000, 000 đô la Mỹ . Xây cất RHIC đã tốn 671, 000, 000  đô la . Nhân viên chuyên môn là 700 người.  Kích thước nhà máy là đường tròn  chu vi dài 2.4 dặm Anh ( 4.056 km )

  

             9-  Đài Quan Sát Hải Vương - Neptune

          Đây là đài quan sát  dưới biển sâu lớn nhất thế giới.

          Đại dương  chiếm gần ¾  diện tích bề mặt Trái Đất và chứa 90 %  tòan thể đời sống địa cầu.  Nhưng hầu như chưa được khám phá gì mấy cả .  Hải Vương- Neptune  là một mạng lưới đài quan sát đại dương gồm chừng  530 dặm Anh ( 852.8 km ) dây cáp  và 130 khí cụ  với 400 máy dò – sensors , tất cả nối kết Internet ; sẽ cung cấp  theo dõi kích thước rộng lớn và suốt ngày đêm lần đầu tiên  về hệ thống đại dương  gồm cả đời sống động vật, địa chất và hóa học. 

        Neptune ích lợi gì cho tiến bộ khoa học?  Lọat khí cụ của Neptune, đặt xa bờ biển British Columbia  thuộc phiến bản kiến tạo – tectonic plate Juan de Fuca cống hiến một cái nhìn thời gian thật sự của  phiến bản kiến tạo  vùng này. Một phao cột buộc  có cài đặt  máy đo phóng xạ - radiometers,  máy đo hàm luợng flo – fluor  máy dò dẫn điện -  conductivity sensors , chở phà lên xuống  một cột  nước 1300 bộ Anh ( 390m )  từ đáy biển  lên mặt biển, lấy mẩu các điều kiện hóa học và vật lý học của cột, để qui định là nó thay đổi ra sao theo thời gian . Một xe cộ điều khiển từ xa tên gọi là ROPOS, thiết lập các khí cụ và thu thập dữ liệu.  Máy chụp hình  độ phân giải cao  cung cấp các  hình ảnh yên tĩnh  và viđêô  các động vật và cách chúng cư xử, các nhà khoa học có thể sử dụng  để định lượng  những thay đổi  ở hệ thống sinh thái địa phương .  Ống nghe âm thanh dưới nước – hydrophone, đặt dưới đáy - sàn biển ghi chép các cá heo và cá voi, theo dõi  có bao nhiêu con cá  và các đường chúng du hành. Và một  xe chạy dây xích – crawler  điều khiển từ xa  tên gọi là Wally, lái trên sàn biển để theo dõi  dưới nước các trầm tích methane ,  có thể  làm trầm trọng thêm thay đổi khí hậu và cũng có thể là một nguồn tiêm thế năng lượng.

     Và công trình ích lợi gì cho bạn ? : các nhà khoa học  xa thực tế - armchair( và chuyên nghiệp )  khắp thế giới  có thể điều hưởng Internet  để thấy dòng viđêô  của xe crawler Wally lăn trên sàn biển,  quan sát  các sâu ống –tubeworms  biển sâu bồng bềnh theo các dòng  chảy của một lỗ thông  thủy nhiệt – hydrothermal vent  hay nghe nhạc  của một cá voi lưng bướu – humpback whale.

      Ngân sách hàng năm của Neptune là 12 triệu đô la Mỹ.  Phí tổn xây xất là 160  triệu đô la. Nhân viên chuyên môn là  45 người. Kích thước lý học là 530 dặm Anh dây cáp .

              5-  Nguồn ánh sáng tiên tiến :   kính hiển vi – microscope cuối cùng

          Từ năm 1933 , các nhà khảo  cứu tại Nguồn Ánh sáng Tiên tiến – Advanced Light Source ( ALS ), một  máy gia tốc hạt tử  tại Berkeley,  đã  gửi đi một luồng photon  một triệu lần  sáng hơn bề mặt của Mặt Trời  dưới thể proteins , các  điện cực bình điện, các siêu dẫn và các vật liệu khác , hầu làm tiết lộ  những đặc tính  nguyên tử , phân tử và điện tử của chúng.

        Ích lợi gì đây: ALS  là  một trong những nguồn  tia-X mềm  sáng  nhất, có  các chiều dài làn sóng – wavelengths   đúng cho các máy kính hiển vi quang phổ - spectromicroscopy, một kỷ thuật khoa học  tiết lộ thành phần cả cơ cấu lẫn hóa học những mẩu kích thước  chỉ rộng vài nanometers. Năm 2006 , các nhà khoa học tại ALS đã giúp qui định bụi – dust  chụp bắt từ đuôi  một sao chổi  hình thành gần Mặt Trời rất sớm  ở lịch sử hệ thống Thái Dương ( Mặt Trời ). Trình bày rằng  những thành phần  vũ trụ   nguồn gốc ở góc cạnh chúng ta, đã khởi sự trộn lẫn nhau  sớm hơn là chúng ta tưởng. Năm đó, Roger D. Kornber, viện Đại học Stanford  đã đọat giải Nobel về Hóa học, ( nhắc lại cha ông là Arthur Kornberg  cũng đã đọat giải Nobel về y khoa và sinh lý trước đó ) nhờ giải thích  công trình làm ở ALS  về cơ cấu 3-D  các enzyme RNA polymerase.  Dữ liệu cơ cấu  giúp ông mô tả cách nào DNA dịch mã – translate  thành RNA  trong tiến trình tên gọi là phiên mã – transcription (  nghĩa là sự tổng hợp RNA  trên khuôn DNA ).

       Ích lợi gì cho bạn ?  Công trình ALS  trên một protein  liên hệ  đế u ung thư hắc tố - melanoma đã giúp phát triễn ra một thuốc mới  chống lại  ung thư này. Thuốc này hiện đang ở giai đọan II và III của thử nghiệm lâm sàng.  Những dữ liệu khác   từ ALS  cỏ thể đưa tới  làm các điện cực  bình điện lithium khả năng cao, có cơ  tăng thêm  khả năng sạc điện của lọai bình này.  Cuối cùng, hiểu biết cơ cấu vật lý và điện tử  của các tấm carbon, tên gọi là graphen, có thể thúc đẩy phát triễn các transistors  kích thước nguyên tử và các vi xử lý  computer mau lẹ hơn nhiều.

     Ngân sách hàng năm cho ALS là 54,200, 000 đô la.  Xây cất tốn 154 triệu đô la.  Cơ sở rộng  78 432 bộ vuông – square feet .

4-      Trạm  Không gian Quốc tế : một La bô trên Quỹ đạo- An Orbital Laboratory  

        Cần  2 tỉ đô la Mỹ  một năm  và hàng ngàn nhân viên  để giữ cho hệ thống đèn vẫn  sáng ở  Trạm   Không Gian Quốc tế - International Space Station ( ISS).  Cho đến nay, 201 người  từ 11 quốc gia  ( và 7  đại gia du khách ) đã viếng thăm  ISS, là nơi  đã liên tục  con người hiện diện lâu nhất trên qũy đạo: tháng 11 năm 2011,  đúng là đã 11 năm tròn và sẽ còn tiếp tục thêm một chục năm nữa.  ISS cũng sẽ tiếp đón  Máy Quang phổ Alpha magnetic Spectrometer ( AMS ), một khí cụ lớn nhất, nặng nhất tung bay trên không gian.

           Ích lợi gì cho Khoa học ? Trên ISS, các nhà khoa học và phi hành gia từ NASA và các người chung sức,  thử nghiệm các thành phần của phi thuyền  và hổ trợ những hệ thống  có thể sử dụng cho   các chuyến bay không gian  xa vời  của con người.  Họ cũng xem xét  sinh lý cơn người , nghiên cứu những ảnh hưởng của không trọng lượng – weightlessness  trên tỉ trọng xương  và sản xuất tế bào máu đỏ và cách nào hệ thống miễn nhiễm  thay đổi sau thời gian ở lâu dài trên không gian.  Đến tháng 5 năm 2011, các nhà khảo cứu  đã vào được AMS , một khí cụ   có khả năng dò ra các vật xa lạ , những quarks  đã được các máy gia tốc hạt tử làm ra, nhưng chưa bao giờ thấy cả  trong thiên nhiên.

          Ích lợi gì cho bạn:  Các khảo cứu thực hiện ở ISS  đã đưa tới khám phá là vi khuẩn salmonella trở nên hung dữ hơn trên không gian. Khám phá này  và việc xác định những gen gây ra thay đổi, đã chêm thêm xăng  cho việc phát triễn  những vaccines đầu tiên  chống lại salmonella và  vi khuẩn cầu chùm Staphyllococcus aureus  kháng methicillin,  lây nhiễm  cầu chùm -staph  đã làm khổ sở hàng ngàn bệnh nhân ở bệnh viện.    

            Ngân sách hàng năm cho ISS là 2,310, 000, 000 đô la Mỹ . Phí tổn xây cất là 4,500 ,000, 000 đô la .  Kích thước lý học là 32, 333  bộ khối – cubic feet .

1-      Viễn vọng kính Trái Đất EARTHSCOPE.

          Là một viễn vọng kính nhìn sâu vào  tâm cang của hành tinh chúng ta.

          Họa kiểu ra để theo dấu tiến trào  địa chất  Bắc Mỹ Châu .  EARTHSCOPE  là dự án khoa học lớn nhất trên Địa cầu, Trái Đất.  Đài Quan sát  Khoa học – Trái Đất ghi chép dữ liệu  trên 3.8 triệu  dặm Anh vuông -  square miles . Từ năm 2003 ,  hơn 4000 dụng cụ của nó  đã   thu thập được 67 terabytes dữ liệu ( 1 tera  là 10¹² hay là 1 triệu triệu ), tương đương với hơn  một phần tư dữ liệu của  Thư Viện Quốc Hội Hoa Kỳ - Library of Congress  và  cứ mỗi sáu hay tám tuần lễ, lại tồn trữ thêm  môt terabytes nữa .

          Ích lợi gì cho Khoa học?  Các nhà khảo cứu sử dụng EARTHSCOPE , gồm có rất nhiều lọai thí nghiệm, để xem xét nhiều khía cạnh của  thành phần địa  chất Bắc Mỹ.  Xuyên qua lục địa Hoa Kỳ  và Puerto Rico, 1100  đơn vị GPS  vĩnh cửu, theo dấu những méo mó bề mặt đất đai do những lay chuyễn  kiến  tạo bên dưới gây nên.  Các máy dò địa chấn  gần  Đường Nứt San Andrea Fault đang tích cực ở bang California, Hoa Kỳ  ghi chép những  lay trượt  bé tí teo nhất, trong khi những tảng đá lâu từ một vị trí khoan đào  sâu 2 dặm Anh  đến tận đường nứt, tiết lộ nghiền nát và căng thẳng trên đá  xảy ra, khi hai cạnh  của đường nứt  đi ngang qua nhau  trong một động đất. Và trong thời gian 10 năm, những  đội nhỏ  đã chuyễn dịch một dàn 400  máy địa chấn ký -seismograph  di chuyễn được khắp xứ sở, dùng những gàu xúc ngược – backhoes  và mồ hôi. Khi các trạm đến Bờ biển Đông Hoa Kỳ năm 2012, chúng sẽ thu thập được  dữ liệu của gần 2000 vị trí.

         Ích lợi gì cho bạn ?   Tập thể , đo lường EARTHSCOPE  có thể giúp  giải thích  các lực bên sau các sự cố địa chất,  tỉ như các trận động đất và núi lữa phun, dẫn tới dò tìm tốt hơn.  Cho đến nay, dữ liệu từ  dự án  đã cho thấy các tảng đá  ở San Andrea Fault   yếu kém hơn  là đá bên ngòai và  chùm macma – magma plume   dưới  siêu núi lữa Yellowstone còn lớn hơn  dự tính  trước đây nữa đó. 

            ( Irvine, Ca Li - Hoa Kỳ, ngày 18 tháng 8 năm 2011 )