tuyển những bài báo hay về vật lý năm 2010

TUYN NHNG BÀI BÁO HAY VT LÍ 2010


Trn Nghiêm -








TUYN NHNG BÀI BÁO HAY VT LÍ 2010
Trn Nghiêm dch





NI DUNG

Truy tìm cánh hc en 1
Mt Trái t dành cho các nhà vt lí 9
a k thut h khí hu 17
Các công thc ch bin hành tinh 24
Du hành v tr có ngi lái: khoa hc hay vin tng? 33
o cái (hu nh) bng không 37
Tng lai ca in hc không dây 46
Nhng nhà thiên vn u tiên x Australia 52
Con ngi hot ng nh th nào? 58

S tht v giai thoi qu táo Newton 65
Có hay không nhng ngi ngoài hành tinh thân thin ? 69
Mc tiêu Phobos: bc nhy ln tip theo ca loài ngi 77
Vt lí hc  Trung Quc 84
S im lng n kì l 96
n v vt lí nào c a dùng nht ? 108
Khoa hc trong th gii Hi giáo 115
K nim 50 nm laser: T súng bn tia n a Blu-ray 123
Tng lai ca khoa hc hu laser 132
Bình minh mi cho s nhit hch ht nhân 142
Vt lí hc và Bóng á 151
Hành vi ca bn chng có gì bí him 160
Thuyt tng i rng: Quá kh, hin ti và tng lai 170

Trần Nghiêm dịch

1


Truy tìm cánh hạc đen

Truy tìm cánh hạc đen
Hồi năm 1890, một công ti điện đã cám dỗ nhà vật lí người Đức Max Planck hỗ trợ họ trong
những nỗ lực của họ nhằm sản xuất các bóng đèn hiệu quả hơn. Planck, với tư cách là một nhà lí
thuyết, đương nhiên đã bắt đầu với những điều cơ bản và sớm trở nên bị vướng vào vấn đề gai góc là
giải thích phổ của bức xạ vật đen, bài toán cuối cùng ông đã giải bằng cách đưa ra quan niệm – một
giả thuyết “hoàn toàn mang tính hình thức”, như khi đó ông nhìn nhận – rằng năng lượng điện từ chỉ
có thể phát ra hoặc bị hấp thụ thành từng lượng tử rời rạc. Cái còn lại là lịch sử. Các bóng đèn điện
và quy luật toán học tất yếu đã đưa Planck đến khám phá ra lí thuyết lượng tử và đã kích hoạt cuộc
cách mạng khoa học lớn nhất của thế kỉ 20.

Max Planck (trái) và Wilhelm Röntgen (phải) đều có những khám phá quan trọng hết sức bất ngờ (Ảnh [trái]: American
Institute of Physics/Science Photo Library; [phải]: Jean-Loup Charmet/Science Photo Library)
2 Tuyển những bài báo vật lí hay Vol.3

Cùng khoảng thời gian đó, người đồng nghiệp của Planck, Wilhelm Röntgen, đang làm thí
nghiệm với tia ca-tôt khi ông lưu ý đến lóe sáng kì quặc phát ra từ màn hình huỳnh quang nằm cách
đấy khá xa không có liên quan gì trong thí nghiệm đã dự tính; khi làm như vậy, ông đã phát hiện ra
tia X, và đã giúp thúc đẩy nền y khoa vào thời kì hiện đại. Tất nhiên, không phải chỉ có các nhà khoa
học Đức tiến hành những khám phá làm thay đổi thế giới bằng những con đường bất ngờ. Năm
1964, các nhà vật lí người Mĩ Arno Penzias và Robert Wilson đã phát hiện ra bức xạ nền vi sóng vũ
trụ nổi tiếng trong tín hiệu nhiễu bực mình mà họ không thể nào loại trừ hết ra khỏi máy thu vi sóng
lạnh lẽo của họ tại Phòng thí nghiệm Bell.

Transistor (trái) và laser (phải) cũng là những sản phẩm của sự may mắn (Ảnh [trái]: Ton Kinsbergen/Science Photo
Library; [phải]:Giphotostock/Science Photo Library)
Đây là cách thức sự khám phá được thực hiện: các phản hồi của sự đầu tư cho nghiên cứu
không đến một cách đều đặn và tiên liệu được, mà đến một cách thất thường và không thể đoán
trước, theo kiểu giống như những trận động đất trí tuệ. Thật vậy, quan điểm này có vẻ không hẳn chỉ
đơn thuần là định tính. Dữ liệu về sự phát minh của loài người, cho dù về khoa học cơ bản hoặc công
nghệ hoặc kinh doanh, cho thấy các tiến bộ xuất hiện từ một quá trình thất thường đi cùng với tính
không thể tiên đoán nỗi. Chẳng hạn như nhà vật lí Didier Sornette thuộc trường ETH ở Zurich và các
cộng sự chỉ ra cách nay vài năm trước, rằng số liệu thống kê mô tả những khoản thu kếch sù của
những bộ phim Hollywood trong 20 năm qua không tuân theo tập hợp thống kê bình thường mà tuân
theo một đường cong quy luật hàm số mũ – rất giống với định luật nổi tiếng Gutenberg— Richter
cho những trận động đất – với một cái đuôi dài cho những bộ phim thu nhập cao. Một hình ảnh
tương tự mô tả sự phản hồi tài chính cho những loại thuốc mới được sản xuất ra bởi ngành công
nghiệp công nghệ sinh học, cho những khoản tiền đầu tư mà các trường đại học được tài trợ, hay cho
các phản hồi thị trường chứng khoán từ các công ti khởi nghiệp công nghệ cao.
Cái chúng ta biết về những quá trình có động lực học tuân theo quy luật hàm mũ là những sự

kiện lớn nhất rất không tương xứng với các hệ quả của chúng. Theo phép ẩn dụ của cuốn sách best
seller năm 2007 của Nassim Nicholas Taleb, Cánh hạc đen, đó không phải là những sự kiện bình
thường, “những cánh hạc trắng” trần tục và như đa số mọi người trông đợi, mà là “những cánh hạc
đen” nằm cách biệt, hoàn toàn không báo trước. Trong ngữ cảnh lịch sử, bạn hãy nghĩ tới sự kiện
ngày 11 tháng 9 năm 2001 hoặc sự phát minh ra web. Tương tự, lịch sử khoa học dường như xoay
Trần Nghiêm dịch

3


chuyển trên những dịch chuyển địa chấn hiếm gặp mà không có thể tiên đoán hoặc có cơ hội tiên
đoán, và trên những khám phá hết sức sâu sắc làm biến chuyển thế giới. Chúng không trôi chảy theo
cái nhà triết lí khoa học Thomas Kuhn gọi là “nền khoa học bình thường” – được xây dựng vững
chải và hoạt động trên những ý tưởng đã có sẵn – mà từ nền khoa học “mang tính cách mạng”, dễ đổ
vỡ và đầy rủi ro.
Cuộc sống tầm thường nằm ngoài sự cách tân, đổi mới
Tất cả những yếu tố đó, như Sornett đã tranh luận trong nhiều năm, có hàm ý quan trọng đối
với cách thức chúng ta suy nghĩ và phán xét các đầu tư cho nghiên cứu. Nếu con đường dẫn đến
khám phá là hoàn toàn bất ngờ, và nếu đa số thành tựu có được chỉ xuất hiện trong một nhóm sự
kiện hiếm có và đặc biệt, thì cả việc phán xét một chương trình nghiên cứu có được thai nghén tốt
hay không là cả một vấn đề. “Hầu như bất kì nỗ lực nào nhằm ước định tác động của nghiên cứu
trong một thời gian hữu hạn”, Sornett nói, “cũng sẽ chỉ bao gồm một vài khám phá chủ yếu và vì thế
không đáng tin cậy cho lắm, cho dù là có một xu hướng tích cực lâu dài đi chăng nữa”.
Vấn đề này làm phát sinh một câu hỏi quan trọng: nền văn hóa khoa học ngày nay có tôn
trọng thực tại này hay không? Chúng ta có đang làm những gì tốt đẹp nhất để cho những khám phá
quan trọng nhất và đột phá nhất xuất hiện hay không? Hay chúng ta có đang trở nên quá bảo thủ và
bị gượng ép bởi áp lực xã hội và nhu cầu phản hồi nhanh chóng và dễ đo đạc hay không? Khả năng
thứ hai, dường như thế, thuộc về một vấn đề đang phát sinh đối với nhiều nhà khoa học, họ cho rằng
nền khoa học hiện đại đang ở trong trạng thái nguy hiểm mất tính sáng tạo của nó, trừ khi chúng ta
có thể tìm ra một phương pháp có hệ thống xây dựng một nền văn hóa kiểm soát rủi ro tốt hơn.

Lí lẽ đưa ra lập luận này có nhiều bất đồng.Ví dụ, nhà vật lí Geoffrey West, người hiện là
chủ tịch Viện Santa Fe (SFI) ở New Mexico, Mĩ, chỉ ra rằng trong những năm sau Thế chiến thứ hai,
nền công nghiệp Mĩ đã tạo ra một luồng ổn định những cách tân làm thay đổi kiểu thức, trong đó có
transistor và laser, và điều đó xảy ra vì những nơi như Phòng thí nghiệm Bell đã thai nghén ra một
nền văn hóa đổi mới hết sức tự do. “Họ đã mang những nhà khoa học lớn – nhà vật lí, kĩ sư và nhà
toán học – lại với nhau từ những ngành khoa học khác nhau”, West nói, “và đã tạo ra một nền văn
hóa tự do suy nghĩ mà không có nó thì thật khó mà tưởng tượng nổi làm thế nào những ý tưởng này
có thể xoay chuyển bất ngờ tình thế như vậy”.
Thật đáng tiếc, các nền văn hóa hàn lâm và hợp tác ngày nay dường như đang tiến triển theo
xu hướng ngược lại, với thói quen dập tắt ngay những người không theo lề thói mà có một quan
điểm rộng về khoa học. Tại các trường đại học và các cơ quan tài trợ nghiên cứu, chẳng hạn, giới
lãnh đạo và các ủy ban tai to mặt lớn đưa ra quyết định dựa trên những điều kiện hẹp hòi (tập trung
vào cách danh sách đã công bố, danh sách trích dẫn và hệ số tác động) hoặc dựa trên những kế hoạch
đặc biệt cho những kết quả ngắn hạn, tất cả vốn dĩ nghiêng về những người đang làm việc trong
những lĩnh vực đã hiểu rõ với mẫu hình được chấp nhận rộng rãi. Trong những năm qua, các thói
quen thương mại gò bó và những nỗ lực nhằm cải thiện hiệu quả cũng đã chi phối các chương trình
hợp tác theo chiều hướng tương tự. “Điều đó có thể tốt trong khâu quản lí hành chính”, West nói,
“nhưng cuộc sống tầm thường thì nằm ngoài sự cách tân”.
4 Tuyển những bài báo vật lí hay Vol.3

Cánh hạc đen của khoa học
Một vấn đề thiết yếu, như đề xuất của nhà vật lí toán Eric Weinstein thuộc Nhóm Natron,
một cơ quan tài trợ ở New York, là thật quá dễ dàng cho các nhà khoa học trong bất kì lĩnh vực nào
“đã xác lập” đưa ra những ý tưởng mới, và họ làm như thế mà thật sự chẳng chịu chút rủi ro nào, từ
đó đưa đến một nền văn hóa có thiên hướng nghiêng lệch một cách có hệ thống về phía thận trọng.
“Nền khoa học rủi ro cao đồng hành nhiều hơn với những nhân vật từ quá khứ”, ông nói.
Kết quả, ông đề xuất, là khoa học đang trở thành một sự nghiệp khảo sát bánh-xe-tự-do kém
mang tính “từ dưới lên” hơn – như loại suy nghĩ đã đưa Einstein đến thuyết tương đối – và là một
quá trình “từ trên xuống” nhiều hơn bị trói buộc bởi ý chí xã hội, với tiền chi cho tài trợ khoa học
tuân theo những lộ trình hợp mốt. Nguyên tắc công-bố-hay-là-chết, đặc biệt, thưởng công xứng đáng

cho những nhà khoa học tiến hành kĩ thuật ít hay nhiều mang tính thường lệ trong những lĩnh vực đã
xác lập rõ ràng, và đối xử không tốt với sự nghiên cứu rủi ro hơn đang khảo sát những ý tưởng chưa
được chứng minh có thể mất một khoảng thời gian lớn để đạt tới chín muồi.
Vấn đề này đặc biệt đang gây hại cho những lợi ích không tương xứng phát sinh từ những
khám phá quan trọng nhất, cái dường như vốn dĩ không có khả năng đoán trước được cả về thời gian
lẫn bản chất. Như Taleb biện luận hết sức thuyết phục trong Cánh hạc đen, bất kì chiến lược lâu dài
có thể nhận thức được nào trong một thế giới bị thống trị bởi những sự kiện cực độ và không thể tiên
đoán cũng phải chấp nhận, và thậm chí phải tóm bắt lấy, tính không thể tiên đoán ấy. Ông minh họa
quan điểm này trong ngữ cảnh tài chính. Những người đang đầu tư vào những công ti khởi nghiệp tư
bản mạo hiểm, chẳng hạn, phải đặt kì vọng vào những đợt thua lỗ liên tiếp trong thời gian ngắn, và
đầu tư tiền của vào thực tế rằng cuối cùng họ sẽ thu xếp xong những thua lỗ ấy bằng cách tác động
lên một vài kẻ chiến thắng thật sự to lớn trong cuộc đua dài hơi.
Nói chung, chiến lược đầu tư cơ bản của Taleb – có thể dễ dàng dịch sang các thuật ngữ
nghiên cứu – là đưa một phần hợp lí nguồn quỹ vào những quá trình rất thận trọng sẽ không đánh
mất giá trị của chúng, cho dù chúng có ít cơ hội tạo ra những món lợi lớn; và đưa một phần nhỏ
nhưng hợp lí vào những tiến trình rủi ro cao, mang lại phần thưởng lớn, từ đó thu được sự quảng bá
những món lợi kếch sù có thể có từ những khoản đầu tư này. Những tiến trình này không thể dự
đoán trước một cách tường tận, nhưng thống kê đưa ra tỉ suất về lâu dài là rất cao.
Tuy vậy, cần có tinh thần kỉ luật và tính chịu đựng để trung thành với chiến lược này. Như
Taleb vạch rõ, nếu mọi người xung quanh bạn tin vào ưu thế của số liệu thống kê bình thường, thì họ
sẽ nghĩ rằng bạn thật dại dột, và bằng chứng trước mắt có thể sẽ ủng hộ họ. Bạn sẽ mất tiền trong
cuộc đua ngắn hạn, chẳng nhìn thấy phản hồi gì, và điều này có thể tiếp diễn trong một khoảng thời
gian đáng kể. Điều tương tự xảy ra đối với nền khoa học rủi ro cao so với nghiên cứu theo đuổi
những mục tiêu ngắn hạn hơn. Trong cuộc đua ngắn hạn, cái do kẻ cuồng ngông làm sẽ dường như
hoàn toàn kém thành công, có lẽ còn làm lãng phí thời gian của họ, và người ta dễ nghĩ rằng đây là
loại nghiên cứu chúng ta không nên theo đuổi, cho dù đây thật sự rất có khả năng là sai lầm.
Đây là một cái bẫy, West đề xuất, mànhững người làm kế hoạch khoa học hiện đại đã rơi
vào. “Lo ngại của tôi”, ông nói, “là khi loại trừ những kẻ cuồng ngông không theo quy tắc, chúng ta
cũng đã đặt dấu chấm hết cho khả năng của chúng ta phát hiện ra những ý tưởng mới, to tát –
transistor thế hệ tiếp theo. Đó là một sai lầm nghiêm trọng và thật bi kịch”.

Trần Nghiêm dịch

5



Viện Santa Fe (trái) và Viện Peremete (phải) đang xúc tiến một phương pháp độc lập, chi phối bởi sự ham hiểu biết, đối
với vật lí học (Ảnh [trái]: Viện Santa Fe Institute; [phải]: Viện Perimeter)

Người leo đồi và kẻ băng qua thung
Vậy người ta đã làm gì? Một số cơ quan tài trợ, tất nhiên, từ lâu đã nhận ra nhu cầu tài trợ
cho nghiên cứu “bầu trời xanh” – công trình có thể rủi ro cao nhưng đồng thời mang lại giải thưởng
lớn. Ở Mĩ, chẳng hạn, Quỹ Khoa học quốc gia có những chương trình rủi ro cao dành cho những lĩnh
vực đa dạng từ vật lí cho đến nhân chủng học. Tương tự, Ủy ban châu Âu, còn dành cho cả lĩnh vực
công nghệ thông tin và truyền thông mang tính thực tiễn cao, có hẳn một chương trình cho những
công nghệ tương lai và công nghệ đang xuất hiện chỉ tài trợ cho nghiên cứu được nhận ra là có tiềm
năng đánh đổ những mô hình hiện có. Có lẽ trung tâm nổi tiếng nhất ủng hộ cho nghiên cứu khoa
học dài hạn mang tính rủi ro cao là Viện Santa Fe (SFI), được cá nhân tài trợ. Trong vài năm qua,
SFI đã được hậu thuẫn bởi ông chủ của những trung tâm mới, ví dụ như Viện Vật lí Lí thuyết
Peremeter ở Waterloo, Canada, một sáng kiến cá nhân được chính phủ Canada hỗ trợ và thành lập
vào năm 1999 bởi Mike Lazaridis, ông chủ cơ quan Research in Motion, nơi chế tạo ra BlackBerry.
Nhưng nhà vật lí Lee Smolin, hiện ở Viện Peremeter, cho rằng nền khoa học nói chung đòi
hỏi một cách tiếp cận rộng rãi hơn và đồng nhất hơn với nền khoa học rủi ro. Để xem loại chính sách
nào là cần thiết, ông đề nghị, thật hữu ích là hãy lưu ý rằng các nhà khoa học, ít nhất là trong chừng
mực nào đó, theo đuổi những phong cách làm việc thuộc hai loại rất khác nhau, phản ánh sự khác
biệt của Kuhn giữa khoa học bình thường và khoa học cách mạng.
Một số nhà khoa học, ông đề xuất, là cái chúng ta có thể gọi là “người leo đồi”. Họ có
khuynh hướng thành thạo về thao tác kĩ thuật và công việc của họ chủ yếu đi theo những lối đã có
sẵn đưa họ tiến xa hơn; họ leo lên trên những ngọn đồi trong không gian có phần trừu tượng của
trạng thái khoa học, luôn luôn tiến những bước nhỏ để cải thiện sự ăn khớp của lí thuyết và quan sát.

Những nhà khoa học này làm khoa học “bình thường”. Trái lại, các nhà khoa học khác thì có tinh
thần phiêu lưu và quyết liệt hơn, và họ có thể xem là “những kẻ băng qua thung”. Họ có thể kém kĩ
6 Tuyển những bài báo vật lí hay Vol.3

năng công nghệ hơn, nhưng họ có khuynh hướng trực giác khoa học mạnh mẽ - khả năng vạch ra
những giả định tiềm ẩn và nhìn vào cũng những chủ đề đó bằng những phương thức hoàn toàn mới.
Để đạt hiệu quả nhất, Smolin tranh luận, khoa học cần đến một sự phối hợp của những người
leo đồi và kẻ băng qua thung. Có quá nhiều người leo đồi đang làm khoa học bình thường, thì sớm
hay muộn bạn sẽ thấy rất nhiều trong số họ bị mắc kẹt trên những ngọn đồi cục bộ, mỗi người phòng
thủ một lãnh thổ riêng của họ. Nền khoa học khi đó sẽ thiếu những người băng qua thung có khả
năng bứt phá ra khỏi tình thế ngăn nắp trí tuệ đó để thám hiểm những vùng đất xa hơn và tìm thấy
những đỉnh cao hơn.
“Đây là tình huống tôi tin rằng chúng ta đang ở trong đó”, Smolin nói, “và chúng ta ở trong
đó vì khoa học đã trở nên chuyên nghiệp hóa theo kiểu những đặc điểm của một người leo đồi giỏi là
tiêu biểu cho đặc điểm của một nhà khoa học giỏi, hay triển vọng. Những người băng qua thung mà
chúng ta cần đã bị ngăn chặn hoặc tống khứ ra rìa”.
Smolin cho rằng chúng ta cần phải dịch chuyển cán cân sao cho có nhiều kẻ băng qua thung
hơn, và việc này thật ra chẳng quá khó thực hiện nếu chúng ta có phương pháp làm việc rõ ràng, dứt
khoát. Cái chúng ta cần, nói chung, là đặt ra các chính sách ở nơi sẽ đánh giá các nhà khoa học trẻ
không phải xem họ có dính líu vào những chương trình đã được thiết lập hàng thập kỉ trước đây bởi
các nhà khoa học thâm niên hiện nay hay không, mà chỉ dựa trên cơ sở năng lực cá nhân, sự sáng tạo
và tính độc lập của họ. Có thể có một số bước đặc biệt nào đó, ông đề xuất, để đảm bảo rằng các
khoa mạnh về những lĩnh vực đã có nào đó cũng có các nhà khoa học với các quan điểm chia rẽ.
Tương tự, các hội nghị tập trung vào một chương trình nghiên cứu nên khuyến khích sự tham gia của
các đối tác đến từ những chương trình đang cạnh tranh sống còn.
Ngoài ra, các cơ quan tài trợ nên phát triển một phương tiện trừng phạt các nhà khoa học vì
bỏ qua những vấn đề thật sự “khó”, và trao giải cho những ai công phá vào những vấn đề mở tồn tại
từ lâu. Có lẽ, Smolin đề xuất, cơ quan hay quỹ tài trợ nên có một số suất học bổng thật sự dài hơi để
tài trợ các nhà nghiên cứu trẻ, nói ví dụ, trong 10 năm, như vậy sẽ cho phép họ theo đuổi những ý
tưởng sâu sắc mà không bị gây áp lực cho các kết quả nhanh chóng.

Sự thông thái của số đông
Weinstein đề xuất một ý tưởng khác – cái chúng ta sẽ phải vay mượn một số ý tưởng từ kĩ
thuật tài chính và lại làm cho các nhà khoa học hồi sinh những chỉ trích của họ khi xem xét những
rủi ro tài chính thật sự. Bạn nghĩ rằng lí thuyết có phần mới đó thật hết sức vô giá trị và đáng bị giễu
cợt? Trong thế giới Weinstein hình dung ra, bạn không thể vứt một nghiên cứu vào sọt rác trong một
bài đánh giá nặc danh, nhưng bạn sẽ mua một số loại lựa chọn cho bạn món cược tài chính vào
tương lai khoa học của nó, một món hời sẽ tuột khỏi tay nếu, như bạn trông đợi, công trình trôi êm ả
vào trong tăm tối. Tiền sẽ đến từ những người đề xướng của lí thuyết đó, họ cũng thu lợi như vậy
nếu cát đã được đãi thành vàng.
Quan điểm của Weinstein là thị trường, ít nhất là trên lí thuyết, hoạt động hiệu quả và - hãy
đặt cuộc suy thoái tài chính hiện nay sang một bên – dẫn tới sự định giá chính xác của các sản phẩm.
Họ khai thác “sự từng trải của đám đông”, như một quyển sách nổi tiếng cùng tên gần đây đã nêu ra.
Hãy xét thị trường dự báo điện tử tại trường Đại học Iowa, gồm quan điểm của hàng nghìn cá nhân
Trần Nghiêm dịch

7


đa dạng và dường như luôn cho tiên đoán tốt hơn bất kì chuyên gia nào. Chẳng hạn, họ đã dự đoán
cuộc bầu cử tổng thống Mĩ hồi năm ngoái chính xác đến nửa phần trăm.
Điều tương tự có thể nào thực hiện đối với việc cân đong giá trị của các ý tưởng khoa học
hay không? Những ý tưởng đó, Weinstein tranh luận, ngày nay không nặng cân lắm. Như ông chỉ rõ,
những kẻ cuồng ngông vô tổ chức có những bài báo của họ thường bị từ chối vì cái họ cảm thấy là
những lí do không hợp lí, và họ thường cảm thấy bị cản trở bởi cộng đồng đang xuôi theo dòng chảy
chung, trong khi các nhà khoa học đang xuôi dòng chính đó nghĩ thật hoàn toàn hiển nhiên rằng các
ý tưởng của họ thật buồn cười và không nên lãng phí thời gian của cộng đồng. Thực tiễn nghiên cứu
hiện nay thiếu cơ chế sắp xếp một cuộc gặp hiệu quả giữa hai bên – khiến cho ý tưởng của những kẻ
vô tổ chức kia bị chèn ép tự do trong khi đó thì những người phê bình tha hồ vung búa vung đe dựa
trên kiến thức của riêng họ.
“Bạn sẽ làm gì khi bạn đối mặt với một số người cuồng ngông với một ý tưởng rồ dại?”, ông

hỏi. “Bạn đã thử, học trò của bạn đã thử, và bạn biết hầu như chắc chắn nó thất bại. Tại sao bạn
không sử dụngkiến thức này làm lợi thế của riêng bạn? Hiện tại, bạn chỉ không thể trình bày quan
điểm của bạn một cách hiệu quả trước công chúng”.
Tình huống na ná như một người kinh doanh trên thị trường vốn nghe biết được rằng, ví dụ,
một tài sản nhất định nào đó hiện bị đánh giá thấp, nhưng, vì những lí do gì đó, không thể nào mua
nó và hưởng lợi từ sự hiểu biết đó. Trong lí thuyết tài chính, một thị trường thuộc loại này được gọi
là “không đầy đủ”, và tính không đầy đủ của nó dẫn đến sự không hiệu quả, vì mọi kiến thức có liên
quan không được thể hiện trong thị trường.
Để đối phó với tính không hiệu quả tương tự trong trường hợp khoa học, Weinstein đề xuất,
có thể cho nhà phê bình chọn một chỗ đứng trên ý tưởng đó. “Sẽ hiệu quả hơn”, ông nói, “nếu kẻ
ngông cuồng có thể yêu cầu nhà phê bình, nếu lí thuyết của tôi hiển nhiên sai như vậy, thì tại sao ông
không định lượng nó bằng cách viết cho tôi hợp đồng cá cược dựa trên những trích dẫn tương lai
trên top 20 tạp chí hàng đầu được đảm bảo bởi nhà cửa, nội thất, nhà nghỉ và lương hưu của ông?”
Mang những cơ hội như vậy vào cuộc chơi, Weinstein đề xuất, sẽ đưa thực tiễn nghiên cứu
đến gần hơn với “tiền tuyến hiệu quả” – nơi các ý tưởng được phán xét công bằng dựa trên toàn bộ
những kiến thức đã có, thay vì phải chịu sức ép từ lề thói xã hội, khuyến khích những người đặt cược
tài chính vào hàng loạt hệ quả tiềm tàng của sự thành công của chúng. Những cơ chế như vậy,
Weinstein đề xuất, sẽ giúp tranh đi sự kiểm duyệt đang tồn tại thường gây khó cho việc đánh giá
ngang hàng, và hiện giữ nghiên cứu ở trên phía thận trọng của tiền tuyến hiệu quả.
Là một ý tưởng đặc biệt, Weinstein hình dung ra cái ông gọi là sự chiếm hữu tổng hợp, cái
cộng hưởng với lời kêu gọi của Smolin cho những suất học bổng dài hạn. Ngày ngay, ông đề xuất,
các nhà khoa học trẻ có thể dễ dàng thoái chí từ việc xử lí những vấn đề thật sự khó vì họ lo sợ cho
sự nghiệp của họ nếu như họ nghiên cứu một vấn đề trong một thập kỉ và không đạt được sự tiến bộ
đáng kể nào. Để mang lại cho các nhà nghiên cứu ngoại hạng sự yên tâm xử lí những vấn đề khó,
ông đề xuất rằng cơ quan hay quỹ tài trợ có thể đưa ra một thỏa thuận trong đó họ hoan nghênh
người nào có được địa vị tốt trong tương lai trong một số lĩnh vực hào hứng nào đó, nếu dự án của
họ không đi tới kết quả cuối cùng.
8 Tuyển những bài báo vật lí hay Vol.3

Những Einstein mới

Đây đúng là thứ cần thiết, Smolin tranh luận. Nếu như có người nhà khoa học trở lại với nền
khoa học độc lập, chi phối bởi sự ham hiểu biết, thì điều này còn có thể khuyến khích các cơ quan tài
trợ lớn và những nguồn quỹ cá nhân mới, ví dụ như Viện Peremeter hay Howard Hughes and Gates
Foundations. Thật vậy, Weinstein đề xuấ, những cấu trúc mới này có thể có những tương tự với
những phát triển gần đây trong kĩ thuật tài chính với những cấu trúc mới đang xuất hiện là “nguồn
quỹ rào cản trí tuệ” đối phó với sự không hiệu quả nhận thấy được của việc có nhiều tác nhân truyền
thống hơn, cái giữ vai trò của các nguồn quỹ tương trợ chống rủi ro.
Cái giá phải trả cho việc không chuyển sang thiết lập lại sự độc lập như thế sẽ nằm ở sự thất
bại trước việc nhận ra những khám phá lớn và không thể đoán trước làm chuyển dịch nền khoa học
về trước nhiều nhất trong thời gian dài –những khám phá chỉ có thể thực hiện khi các cá nhân thoát
ra khỏi cái tiện nghi và được chấp nhận, và tha thẩn vào những không gian chưa biết. Đó là tầm vóc
thật sự của những món lợi tiềm tàng làm cho mục tiêu đạt tới “tiền tuyến hiệu quả này” thật quan
trọng. Nếu ngày nay dường như chúng ta có quá ít những Einstein mới, Smolin đề xuất, thì điều này
có lẽ chỉ phản ánh rằng chúng ta đã trở thành kẻ chống rủi ro hơi nhiều.
Những Einstein mới, ông chỉ rõ, sẽ không hoạt động trong những lĩnh vực đã được thiết lập
sẵn trong hàng thập kỉ qua. Họ có lẽ cũng không hoạt động trong một lĩnh vực liên quan đến tên tuổi
của bất kì nhà khoa học chủ đạo, đã có danh tiếng nào. Những Einstein mới có thể đi trượt quan
điểm và bị đẩy ra khỏi khoa học hoàn toàn chỉ bởi vì nền văn hóa khoa học của chúng ta hiện nay
đơn giản là chẳng có phương thức nào khuyến khích họ cả.
Mark Buchanan là một nhà viết sách khoa học sinh sống ở Anh. Cuốn sách gần đây nhất của
ông là Nguyên tử Xã hội(2007, Cyan Books).
Trần Nghiêm dịch (theo Physics World, số tháng 4/2009)


Trần Nghiêm dịch

9


Một Trái đất dành cho các nhà vật lí

John Baez (Physics World, tháng 8/2009)
Các nhà khoa học đang bắt đầu tìm hiểu ngữ cảnh trong đó sự tiến hóa của hành tinh chúng ta đã
được định hình bởi những cú va chạm, những cú bắn phá, và những tai biến lớn. John Baez kể về
lịch sử dữ dội của cái chấm xanh trên nền trời kia.
Viễn cảnh biến đổi khí hậu do con người gây ra khiến cho nhiều người lo ngại. Ngoài quy
mô rộng lớn của vấn đề, còn có thách thức của việc nó tồn tại quá phức tạp. Hành trạng của Trái đất
hết sức khó tiên đoán một cách cụ thể. Công suất máy tính không đủ: các mô hình cần xây dựng trên
những kiến thức vật lí chắc chắn và một sự hiểu biết tốt về hành trạng hiện nay của Trái đất – cũng
như lịch sử của nó.

Ảnh: Lynette Cook/Science Photo Library
Thật may mắn, trong thập niên vừa qua, chúng ta đã học được rất nhiều về lịch sử này.
Những bức màn che thời gian đang dần sáng tỏ. Có vẻ như chúng ta chẳng hề đơn độc trong việc đi
qua những thời khắc hiểm nghèo. Trái đất đã chứng kiến một số thảm họa lớn. Để tập trung vào câu
chuyện chính của chúng ta, chúng ta hãy tập trung vào bốn thứ: “vụ va chạm lớn” chừng 4,55 tỉ năm
trước; “đợt bắn phá nặng nề muộn” khoảng 4 tỉ năm trước; “tai biến oxygen” chừng 2,5 tỉ năm trước;
và sự kiện “quả cầu tuyết Trái đất” chừng 850 triệu năm trước. Chi tiết của những sự kiện này – và
10 Tuyển những bài báo vật lí hay Vol.3

thật sự chúng có xảy ra hay không – vẫn đang gây tranh cãi. Tuy nhiên, chúng là những lí thuyết
được chấp nhận rộng rãi. Trong mỗi trường hợp, có những cơ sở vật lí hấp dẫn liên quan trong việc
kiểm tra những lí thuyết này.
Sự ra đời của Mặt trăng
Mặt trời có lẽ đã hình thành từ sự co sập hấp dẫn một đám mây khí và bụi. Các mô hình ban
đầu của sự hình thành sao giả sử sự đối xứng cầu, nhưng nếu bạn biết nói đùa với điểm nút là “hãy
xét một con bò hình cầu”, thì bạn sẽ nghi ngờ đây là một sự đơn giản hóa quá mức nguy hiểm. Thật
vậy, xung lượng góc giữ một vai trò quan trọng. Khi một đám mây như thế co sập do hấp dẫn, thì nó
phải hình thành nên một “đĩa bồi tụ” xoay tít.
Khi tâm của cái đĩa này trở nên đủ đậm đặc cho áp suất của nó giữ nó lại, thì Mặt trời của
chúng ta ra đời dạng một “tiền sao”. Pha này tồn tại khoảng chừng 100 000 năm; sau đó nhiệt độ

tăng đến điểm mà sự phun trào của khí nóng ngăn cản Mặt trời bồi tụ thêm bất kì chất liệu gì nữa.
Tại điểm này, Mặt trời trở thành cái chúng ta gọi là “sao Tauri T”, được cấp nguồn chỉ bởi năng
lượng hấp dẫn khi nó từ từ co lại. Sau chừng 100 triệu năm nữa, nó trở thành một ngôi sao bình
thường khi hydrogen tại tâm của nó bắt đầu chịu sự nhiệt hạch.
Một số bụi xoay tròn xung quanh Mặt trời sơ khai trở nên nóng bỏng và tan đi, và một số
trong những giọt tan chảy này sau đó đông lại thành “cục” – những quả cầu kích cỡ milimet của
những khoáng chất đơn giản, như pyroxene và olivine, chủ yếu cấu thành từ sodium, calcium,
magnesium, nhôm, sắt, silicon và oxygen. Những cục này là thành phần chính của một số trong
những vật thể nguyên thủy nhất vẫn miệt mài hành trình của chúng trong hệ mặt trời: các thiên thạch
phủ đá gọi là “chondrite”.
Bụi quay xung quanh Mặt trời sơ khai bắt đầu hình thành nên các tảng gọi là “tảng hành
tinh”. Khi các tảng này va chạm nhau, chúng trở nên to hơn, cuối cùng hình thành nên các tiểu hành
tinh và hành tinh và chúng ta thấy ngày nay. Một số tảng đã tan chảy, để các kim loại nặng co vào
trong lõi của chúng trong khi vật chất nhẹ hơn vẫn ở trên bề mặt. Và một số tảng đâm sầm vào nhau,
vỡ tan ra và hình thành nên chondrite và những thiên thạch khác, ví dụ như các thiên thạch sắt-nickel
và các thiên thạch phủ đá gọi là “achondrite”.
Bằng cách sử dụng các kĩ thuật định tuổi phóng xạ trên thiên thạch, các nhà nghiên cứu
khẳng định một kiến thức chính xác bất ngờ về thời điểm khi toàn bộ những sự kiện này xảy ra: đâu
đó giữa 4,56 và 4,55 tỉ năm trước. Cho nên, Trái đất có khả năng đã hình thành đâu đó khoảng thời
gian trên – và câu chuyện của chúng ta chính thức bắt đầu từ chỗ này.
Lịch sử của Trái đất được phân chia thành bốn kỉ nguyên: Hadean, Archean, Proterozoic và
Phanerozoic. Khi tôi còn nhỏ thì “kỉ Cambri” đã lùi xa vào dĩ vãng như sách vở của tôi bảo thế,
ngoại trừ “kỉ Tiền Cambri” u ám. Nhưng kỉ Cambri chỉ mới bắt đầu 540 triệu năm trước. Kỉ Cambri
đánh dấu sự bắt đầu của thời kì hiện đại, Phanerozoic, nghĩa là “tuổi của sự sống khả kiến”. Đây là
lúc các sinh vật đa bào thống lĩnh thế giới, để lại các hóa thạch mà chúng ta thấy ngày nay. Nhưng
chúng ta sẽ đào sâu thêm nhiều nữa: đại Phanerozoic sẽ kết thúc câu chuyện của chúng ta.
Ngược thời gian về đại Hadean. Đúng như tên gọi của nó, đây là thời điểm khi Trái đất cực
kì nóng bỏng. Nó bắt đầu với một sự kiện hình thành nên Mặt trăng cách nay khoảng 4,53 tỉ năm.
Cái gì đã tạo ra Mặt trăng? Lời giải thích phổ biến nhất hiện nay là “lí thuyết va chạm lớn” – thỉnh
thoảng được gọi là lí thuyết “miếng ván lưng ghế lớn”.

Trần Nghiêm dịch

11


Quan điểm là một hành tinh khác hình thành tại một trong các điểm Lagrange của quỹ đạo
Trái đất. Năm 1772, Joseph Louis Lagrange đã chứng tỏ được rằng nếu bạn có một hành tinh ở trong
một quỹ đạo tròn xung quanh Mặt trời, thì một vật thể nhẹ hơn nhiều sẽ quay ổn định xung quanh
Mặt trời ở cùng khoảng cách đó nếu nó nằm trước hoặc sau hành tinh 60
o
. Thật ra có nhiều tiểu hành
tinh nằm gần điểm các điểm Lagrange của Mộc tinh, và còn một số nằm tại điểm Lagrange của Hỏa
tinh và Hải vương tinh. Không có tiểu hành tinh nào được tìm thấy ở các điểm Lagrange của Trái
đất. Nhưng theo lí thuyết va chạm lớn, một hành tinh đã thật sự hình thành tại một trong những điểm
này. Khi nó đạt được khối lượng cỡ bằng khối lượng của Hỏa tinh, nó không còn nằm ổn định ở
điểm này nữa. Nó từ từ trôi giạt về phía Trái đất, và cuối cùng thì đâm thẳng vào! Cú va chạm này
có thể đã hình thành nên Mặt trăng.

Một mô phỏng máy tinh cho thấy sự va chạm giữa Theia và Trái đất. Theo lí thuyết “miếng ván lưng ghế lớn”, Theia là
một hành tinh hình thành tại điểm Lagrange của Trái đất. Là kết quả của cú va chạm hành tinh này, Mặt trăng đã ra đời
(Ảnh: Robin Canup, Viện Nghiên cứu Tây Nam)
Thật là một lí thuyết ngoạn mục, nhưng có một trường hợp chắc chắn cho nó, được mô tả đẹp
đẽ trong cuốn sách mới đây của nhà văn khoa học Dana Mackenzie, Miếng ván lưng ghế lớn, Hay
Mặt trăng của chúng ta đã đến như thế nào. Ví dụ, ma sát thủy triều đang làm cho Mặt trăng dần
tiến xa ra khỏi Trái đất. Chúng ta biết nó đang di chuyển ra xa ở tốc độ chừng 3,8 cm mỗi năm. Các
lớp trầm tích cổ đại ghi lại vết thủy triều và cho thấy các tháng đã dài hơn ít nhất là kể từ thời kì tiền
Cambri. Việc ngoại suy ngược trở lại chúng ta tìm thấy trong đại Hadean Mặt trăng ở rất gần Trái
đất. Có thể nào nó bị vứt ra khỏi Trái đất bởi lực li tâm, hoặc là hình thành gần Trái đất ở nơi đầu
tiên, hoặc là bị bắt giữ bởi trường hấp dẫn của Trái đất? Toàn bộ những lí thuyết này phải được xem
xét, nhưng lí thuyết va chạm lớn dường như phù hợp tốt nhất với số liệu. Người ta xem xét nó một

12 Tuyển những bài báo vật lí hay Vol.3

cách nghiêm túc đến mức hành tinh thủ phạm giả thuyết đã va chạm vào Trái đất còn có một cái tên:
Theia. Theo thần thoại Hi Lạp, Theia là vị nữ thần đã khai sinh ra Mặt trăng.
Năm 2004, nhà thiên văn vật lí Robin Canup thuộc Viện Nghiên cứu Tây Nam ở Boulder,
Colorado, đã công bố một số chương trình mô phỏng máy tính đáng chú ý của vụ va chạm lớn. Để
cho một mặt trăng giống như mặt trăng của chúng ta hình thành – thay vì một mặt trăng quá giàu sắt,
hay quá nhỏ, hay không thích hợp ở những khía cạnh khác – bạn cần phải chọn những điều kiện ban
đầu thích hợp. Canup tìm thấy tốt nhất là giả sử rằng Theia hơi nặng hơn Hỏa tinh một chút: chừng
10% đến 15% khối lượng của Trái đất. Nó còn phải bắt đầu di chuyển chậm về phía Trái đất, và va
chạm với Trái đất ở một góc sớt qua.
Kết quả là một ngày rất tồi tệ. Theia va vào Trái đất và cắt ra một mảng lớn, hình thành một
vệt dài đất đã vỡ vụn, tan chảy hoặc bốc hơi uốn thành vòng cung vào trong không gian. Trong vòng
một giờ, một nửa bề mặt Trái đất bị nóng đỏ lên, và vệt mảnh vụn kéo dài gần bằng bốn lần bán kính
Trái đất trong không gian. Sau ba đến năm giờ, lõi sắt của Theia và phần lớn các mảnh vụn lại rơi trở
xuống. Toàn bộ lớp vỏ và lớp bao ngoài của Trái đất bị tan chảy. Tại thời điểm này, một phần tư
Theia thật sự bốc hơi hết.
Sau một ngày, vật chất không còn rơi trở xuống hình thành nên một vành mảnh vụn bay xung
quanh Trái đất. Nhưng một vành như thế là không bền: trong vòng một thế kỉ, nó sẽ tập hợp lại hình
thành nên Mặt trăng mà chúng ta biết đến và yêu thích. Trong khi đó, lõi sắt của Theia co vào tâm
của Trái đất.
Lí thuyết va chạm lớn vẫn gây nhiều tranh luận, một phần vì có ít bằng chứng trực tiếp còn
sót lại: những tảng đá già nhất được biết trên Trái đất được hình thành gần như nửa tỉ năm sau đó.
Đợt bắn phá muộn nặng nề
Đại Archean bắt đầu với sự hình thành của những tảng đất đá đầu tiên tồn tại cho đến ngày
nay. Chuyện này xảy ra khoảng 4 tỉ năm trước. Nhiều tảng đá lửa, đặc biệt là ba-zan, phải hình thành
trước thời kì này. Thật ra, các đại dương có lẽ đã hình thành cách nay 4,2 tỉ năm. Nhưng chúng ta
không thấy bất kì vết tích nào của địa mạo sơ khai này. Một lí do có thể là sự bắt đầu của đại
Archean không phải là một thời điểm hòa bình.
Sau khi Mặt trăng hình thành, Trái đất tiếp tục chịu nhiều cú va chạm. Thật kì lạ, thay vì tần

suất đều đặn của chúng theo thời gian, nó có thể bị bắn phá trong một thời kì gọi là đợt bắn phá
muộn nặng nề, xảy ra chừng 4 đến 3,8 tỉ năm trước. Rất nhiều miệng hố lớn trên Mặt trăng có niên
đại trong thời kì nay, cho nên có khả năng là Trái đất cũng chịu sự va chạm – nhưng ở đây, những
miệng hố cũ như thế đã bị mất do hoạt động thời tiết và hoạt động địa chấn. Cho nên, Mặt trăng là
chỉ dẫn của chúng ta.
Trong đợt bắn phá muộn nặng nề, Mặt trăng bị bắn phá bởi 1700 thiên thạch tạo ra những
miệng hố rộng hơn 100 km. Trái đất có thể dễ dàng nhận nhiều gấp 10 lần những cú va chạm thuộc
cỡ này, với một số hố lớn hơn nhiều. Để hình dung ra cường độ của đợt bắn phá túi bụi này, hãy nhớ
lại cú va chạm thiên thạch có lẽ đã làm tiệt diệt loài khủng long vào cuối kỉ Phấn trắng cách nay 65
triệu năm. Cú va chạm này để lại một miệng hố rộng 180 km. Những cú va chạm thuộc cỡ này xảy
ra như cơm bữa trong thời kì bắn phá muộn nặng nề.
Trần Nghiêm dịch

13



Một mô phỏng máy tính cho thấy những hành tinh nhóm ngoài – Mộc tinh (màu lục), Thổ tinh (màu cam), Thiên vương
tinh (màu lam nhạt) và Hải vương tinh (màu lam sậm) – và vành đai Kuiper trước khi có sự cộng hưởng quỹ đạo Mộc
tinh/Thổ tinh 2:1 (hình bên trái), trong khi làm tán xạ các vật thể vành đai Kuiper vào trong hệ mặt trời sau sự dịch
chuyển quỹ đạo của Hải vương tinh (hình giữa), và sau khi Mộc tinh bắn vọt các vật thể vành đai Kuiper (hình bên
phải). (Ảnh: Mark Wyatt, University of Cambridge)
Tại sao thời kì này dữ dội như vậy? Một lí thuyết cho rằng khoảng thời gian này, Mộc tinh và
Thổ tinh di chuyển vào sự cộng hưởng quỹ đạo 2:1 (khi Mộc tinh hoàn thành hai vòng quỹ đạo thì
trong thời gian ðó Thổ tinh chỉ hoàn thành một vòng), do đó gây ra một sự chia sẽ to lớn trong sự
phân bố ban đầu của các tiểu hành tinh và các vật thể băng giá đang quay xung quanh Mặt trời. Năm
2005, một chương trình hợp tác quốc tế của các nhà vật lí hành tinh, trong đó có Hal Levison đến từ
Viện Nghiên cứu Tây Nam – một trong những người thúc đẩy quan điểm rằng Diêm vương tinh là
một “hành tinh lùn” – đã công bố một bài báo về một số mô phỏng máy tính hấp dẫn của hệ mặt trời
(Nature435 466). Chọn điều kiện ban đầu, họ lấy cả bốn hành tinh khí khổng lồ nằm trong quỹ đạo

tròn ở gần nhau hơn vị trí của chúng ngày nay. Do tương tác với các tảng hành tinh, Thổ tinh, Thiên
vương tinh và Hải vương tinh đã dần dần di cư ra bên ngoài. Khi Thổ tinh đi tới điểm nơi nó quay
xung quanh Mặt trời một vòng trong mỗi hai vòng của Mộc tinh, thì toàn bộ hệ mặt trời phía ngoài
bị mất ổn định. Quỹ đạo của Hải vương tinh và Thiên vương tinh trở nên lệch tâm nhiều hơn và
chúng ném nhiều tảng hành tinh ra khỏi quỹ đạo ban đầu của chúng. Một số bị kéo giật vào hệ mặt
trời phía trong, cái giải thích cho đợt bắn phá muộn nặng nề.
Tai biến oxygen
Người ta tin rằng bề mặt của Trái đất đủ lạnh để hình thành nên một lớp vỏ ngay trước đợt
bắn phá muộn nặng nề đó. Trong khi đó, hoạt động núi lửa sẽ giải phóng rất nhiều hơi nước, carbon
dioxiode và ammonia. Hoạt động này hình thành nên cái gọi là “khí quyển thứ hai” của Trái đất.
“Khí quyển thứ nhất” của Trái đất, chủ yếu gồm hydrogen và helium, đã bị thoát vào trong không
gian. Khí quyển thứ hai chủ yếu gồm carbon dioxide và hơi nước, với một phần nitrogen nhưng có
khả năng không có nhiều oxygen. Khí quyển thứ hai này có nhiều chất khí hơn gấp 10 lần so với
“khí quyển thứ ba” ngày nay.
Khi Trái đất lạnh đi, các đại dương hình thành. Chúng có lẽ đã sôi hết hoàn toàn trong một số
cú va chạm lớn nhưng sau đó đã định hình lại. Cuối cùng, phần nhiều carbon dioxide trong khí
quyển hòa tan vào trong biển nước. Hoạt động này sau đó làm kết tủa carbonate, từ đó bắt đầu một
pha mới trong cái nhà địa chất học Robert Hazen thuộc Viện Carnegie ở Phòng thí nghiệm vật lí địa
cầu Washington gọi là “sự tiến hóa khoáng chất”. Đây không phải là sự tiến hóa theo ý nghĩa
Darwin luận, mà chỉ là sự đa dạng hóa dần dần của các kháng chất trong lịch sử Trái đất. Năm 2008,
một đội các nhà địa chất đứng đầu là Hazen đã ước tính 350 loại khoáng chất có thể tìm thấy trên
Trái đất trong đại Hadean. Nhưng khi lịch sử Trái đất tiếp diễn, con số đếm của họ lại tăng lên. Vào
14 Tuyển những bài báo vật lí hay Vol.3

cuối đại Archean, nó đạt tới con số 1500, một phần nhờ sự hình thành của các đại dương – nhưng
còn nhờ sự phát triển của sự kiến tạo mảng.
Bước thứ nhất trong hoạt động kiến tạo mảng là sự hình thành “các vùng im lìm”: các mảnh
cổ, đan xen chặt chẽ của lớp vỏ và lớp bao của Trái đất, hàng tá trong số đấy còn tồn tại ngày nay.
Ví dụ, ở Anh, đông nam xứ Wales và một phần miền tây Anh quốc nằm trong vùng im lìm
Midlands. Trong khi đa số các vùng im lìm chỉ hoàn thành việc hình thành cách nay 2,7 tỉ năm, thì

gần như toàn bộ đã bắt đầu phát triển sớm hơn. Các vùng im lìm cấu thành phần lớn từ đá lửa như
granite, loại đá phức tạp hơn so với ba-zan. Granite hình thành theo nhiều kiểu, ví dụ bằng sự tan
chảy trở lại của đá trầm tích. Đá kiểu granite buổi đầu thì có khả năng đơn giản hơn.
Các vùng im lìm khớp lại với nhau hình thành nên những mảng lớn hơn cấu thành nên lớp vỏ
của Trái đất ngày nay. Thật vậy, sự kiến tạo mảng mà chúng ta biết đã bắt đầu khoảng 3 tỉ năm
trước. Một mặt quan trọng của tiến trình này là hồi phục của lớp vỏ Trái đất qua “sự trừ rút”: các
mảng đại dương trượt bên dưới các mảng lục địa và bị đẩy vào lớp bao. Một đặc điểm nữa là hoạt
động núi lửa dưới nước, dẫn tới các lỗ thông nhiệt động – những vết nứt trên đáy biển phun trào
nước nóng.
Có khả năng là những lỗ thông hơi này giữ một vai trò nào đó trong phần ngoạn mục nhất
của tất cả các phát triển thời kì Archean: nguồn gốc của sự sống. Vì Trái đất sơ khai thiếu oxygen tự
do, cho nên sự sống đầu tiên phải là kị khí. Ngay cả ngày nay, phần nhiều trong số những vi khuẩn
cổ xưa nhất được biết tới, ví dụ như các vi khuẩn tìm thấy trong các lỗ thông hơi nhiệt động, không
thể chịu đựng sự có mặt của oxygen. Những sinh vật đó gây ra một chu kì sulphur hoạt động và sự
lắng đọng quặng sulphate đã bắt đầu khoảng 3,6 tỉ năm trước. Sau này, chúng đã làm cho khí quyển
giàu thêm nhiều khí methane.
Ở một số nơi, các vi khuẩn đã bắt đầu quang hợp và đưa oxygen vào trong khí quyển. Có vẻ
như là những cây xanh đầu tiên cần đến khả năng của chúng để quang hợp bằng cách cộng sinh với
các vi khuẩn đó. Thật vậy, chất lạp lục trong cây xanh có ADN riêng của chúng.
Không rõ khi nào thì sự quang hợp bắt đầu – ước tính chừng giữa 3,5 và 2,6 tỉ năm trước.
Một manh mối có thể - những viên đá gọi là “vật hình thành sắt dải” cấu thành từ những lớp mỏng
sắt oxide xen kẽ với đá nghèo sắt – bắt đầu xuất hiện khoảng thời gian này. Chúng có thể đã hình
thành khi oxygen từ các sinh vật quang hợp đầu tiên phản ứng với sắt trong nước biển. Chẳng ai biết
chắc chắn tại sao những thời kì trầm tích giàu sắt đó lại xuất hiện và đi qua.
Phải mất một thời gian dài cho sự quang hợp có tác động đáng kể lên khí quyển của Trái đất
– nhưng khi chúng đã tác động, chừng 2,5 tỉ năm trước, kết quả thật ngoạn mục. Sau hết thảy,
oxygen có hoạt tính cao ở dạng khí của nó, và đa số sự sống sơ khai không thể chịu được nó. Cho
nên, chương đoạn này trong lịch sử Trái đất được đặt tên là tai biến oxygen. May thay, sự tiến hóa đã
tìm thấy một lối ra: ngày nay thì nhiều loài cần đến oxygen.
Tai biến oxygen đánh dấu sự kết thúc của đại Archean và bắt đầu một đại mới, Proterozoic.

Những tỉ năm tiếp theo được thống trị bởi cái gọi là “trung đại dương”: nước biển chứa rất nhiều
oxygen hơn so với trước đó, nhưng vẫn còn ít hơn nhiều so với ngày nay.
Quả cầu tuyết Trái đất
Bắt đầu khoảng 850 triệu năm trước, một số điều kì diệu đã xảy ra: giai đoạn đóng băng
khủng khiếp trong đó phần lớn hay toàn bộ Trái đất phủ đầy băng tuyết. Những người ủng hộ phiên
Trần Nghiêm dịch

15


bản cực đoan của kịch bản này gọi chúng là sự kiện “quả cầu tuyết Trái đất”, còn những người khác
thì biện hộ cho một “quả cầu tuyết bẩn”. Vì băng tuyết làm phản xạ ánh sáng mặt trời, làm cho Trái
đất càng lúc càng lạnh hơn, cho nên người ta dễ dàng đoán được làm thế nào sự hồi tiếp phi mã như
thế có thể xảy ra. Loại hồi tiếp ngược lại hiện đang xảy ra, vì băng tan chảy làm cho Trái đất tối hơn
và do đó ngày càng ấm hơn. Những câu hỏi hấp dẫn là tại sao sự mất cân bằng này không đưa Trái
đất đến những nhiệt độ cùng cực theo kiểu này hoặc kiểu kia, tại sao các sự kiện quả cầu tuyết Trái
đất bắt đầu khi chúng xuất hiện, và tại sao Trái đất không còn băng giá nữa.
Đây là câu trả lời phổ biến hiện nay cho câu hỏi sau cùng. Các tảng băng làm chậm lại sự
phong hóa của đá. Sự phong hóa này là một trong những quá trình dài hạn chủ yếu hấp thụ carbon
dioxide khí quyển, chuyển hóa thành những khoáng chất carbonate khác nhau. Mặt khác, ngay cả
trên một Trái đất phủ băng, thì hoạt động núi lửa sẽ tiếp tục đưa carbon dioxide vào khí quyển. Cho
nên, cuối cùng thì carbon dioxide sẽ tích lũy thêm và hiệu ứng nhà kính sẽ làm ấm mọi thứ trở lại.
Khi băng tan đi, sự phong hóa sẽ tăng lên và lượng carbon dioxide trong khí quyển giảm trở lại. Tuy
nhiên, vòng hồi tiếp này rất chậm. Thật vậy, người ta cho rằng trong pha nóng, đến 13% khí quyển
có thể là carbon dioxide – gấp chừng 350 lần so với cái chúng ta thấy ngày nay!

Theo giả thuyết “quả cầu tuyết Trái đất”, cách đây 850 triệu năm, bề mặt hành tinh của chúng ta hoàn toàn băng giá
(Ảnh: Simon Terrey/Science Photo Library)
Vào cuối những chu kì băng giá này, người ta tin rằng oxygen đã tăng từ 2% khí quyển lên
15% (Bây giờ nó là 21%). Đây có thể là nguyên do các sinh vật đa bào hít thở oxygen có tuổi từ thời

kì này. Những người khác thì cho rằng chu kì “băng khô” gây áp lực tiến hóa dữ dội lên sự sống và
dẫn đến sự phát triển của các sinh vật đa bào. Cả hai lí thuyết này đều có thể đúng (Muốn tìm hiểu
chi tiết, hãy đọc quyển Quả cầu tuyết Trái đất của Gabrielle Walker).
16 Tuyển những bài báo vật lí hay Vol.3

Sự phát triển của các sinh vật đa bào đánh dấu sự kết thúc của đại Proterozoic và bắt đầu đại
hiện nay: Phanerozoic. Đây là phần kết câu chuyện của chúng ta – nhưng tất nhiên lịch sử của Trái
đất không dừng lại ở đây.
Chúng ta hiện ở trong kỉ Cenozoic của đại Phanerozoic. Kỉ Holocene chỉ vừa kết thúc và kỉ
Anthropocene vừa mới bắt đầu, đặc trưng bởi sự tác động đáng kể của con người lên các hệ sinh thái
và khí hậu. Bằng việc phá hủy môi trường tự nhiên, loài người đã đưa vào chuyển động một sự kiện
diệt vong có thể xếp ngang hàng với sự kết thúc của kỉ Phấn trắng cách đây 65 triệu năm. Chúng ta
còn làm tăng thêm hàm lượng carbon dioxide khí quyển ở tốc độ không thể tin nổi. Nếu nhiệt độ
tăng lên thêm một độ, thì nhiệt độ của Trái đất sẽ nóng nhất trong 1,35 triệu năm qua, trước khi chu
kì băng hà hiện nay bắt đầu. Chúng ta đang đi về đâu? Chẳng ai biết cả.
Tuy nhiên, nghiên cứu lịch sử của Trái đất sẽ đưa chúng ta vào một tình thế tốt hơn để dự
báo. Chúng ta không thể chạy các thí nghiệm để kiểm tra phản ứng của Trái đất với những hàm
lượng khác nhau của khí nhà kính. Các mô phỏng máy tính là cần thiết, nhưng bằng chứng từ quả
cầu tuyết Trái đất và những tình tiết khác trong quá khứ của Trái đất là những kiểm tra quan trọng
cho những mô hình này. Tương tự, việc nghiên cứu các sự kiện diệt vong trong quá khứ, và sự hồi
sinh của Trái đất từ chúng, có thể cung cấp các manh mối về tương lai của giới sinh vật trên hành
tinh này.
John Baez là nhà vật lí toán tại trường Đại học California, Riverside, Mĩ.
(theo Physics World, số tháng 8/2009)


Trần Nghiêm dịch

17

Địa kĩ thuật hệ khí hậu
Từ trước đến nay, địa kĩ thuật vẫn được xem là đề tài cấm kị đối với các nhà khoa học khí
hậu. Trong bài viết, Peter Cox và Hazel Jeffery giải thích tại sao lúc này cần phải xem xét
vấn đề đó một cách nghiêm túc.
Sự biến đổi khí hậu mà chúng ta đang chịu hiện nay gây ra bởi sự gia tăng lượng khí nhà
kính do các hoạt động của con người, đáng kể nhất là việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, thâm canh
nông nghiệp và tàn phá rừng. Mặc dù sự ấm lên toàn cầu đã có mặt trong tác phẩm khoa học kể từ
một bài báo đánh dấu bước ngoặc của nhà vật lí người Thụy Điển, Svante Arrhenius, viết hồi năm
1896, nhưng chỉ đến những thập niên gần đây thì kiến thức khoa học của chúng ta về hệ thống khí
hậu mới làm sáng tỏ được rằng một sự ấm lên toàn cầu cao hơn 2
o
C so với mức thời kì tiền công
nghiệp có thể là nguy hiểm và vì thế cần nên tránh.

Các thí dụ công nghệ có thể sử dụng để làm biến đổi các điều kiện khí quyển của Trái đất nhằm làm giảm các tác dụng
của sự biến đổi khí hậu. Từ trên xuống: hai loại kính phản xạ mặt trời; một khí cầu gieo mầm cho mây và máy bay thả
hơi nước; du thuyền gieo mầm cho mây; các bộ phản xạ mặt trời trên biển và trên đất liền; và bón chất dinh dưỡng cho
sinh vật phù du trên biển sinh sôi. (Ảnh: Henning Dalhoff/Bonnier Publications/Science Photo Library)
Trong khi các chất khí nhà kính không chỉ có cacbon đi-ôxit (CO
2
) mà còn cả mêtan, ni-tơ
ôxit, ô-zôn và CFC, thì những cuộc thương thuyết chính trị quốc tế lại tập trung vào nhu cầu cắt
18 Tuyển những bài báo vật lí hay Vol.3

giảm phát thải CO
2
. Trong thời gian ba tháng, Hội nghị lần thứ 15 của các đảng cầm quyền (CoP15),
bộ phận của Hội nghị Liên hiệp quốc về Biến đổi khí hậu ở Copenhagen, sẽ hướng tới thiết lập
những mục tiêu liên kết cho sự cắt giảm phát khí thải (cái gọi là bản thỏa ước cắt giảm). Nhưng cho

dù sự phát khí thải CO
2
toàn cầu được cắt giảm 50% vào năm 2050, thì hiện nay yêu cầu này dường
như không đủ để giữ cho sự ấm lên toàn cầu dưới 2
o
C trong thế kỉ này. Thật vậy, kể từ khi hiệp định
Kyoto được đưa ra hồi năm 1997, sự phát khí thải CO
2
vẫn tiếp tục leo thang bất chấp những lo ngại
ngày càng tăng về sự biến đổi khí hậu. Biết rằng bản thỏa ước cắt giảm hiện nay không đủ hiệu quả
để tránh sự biến đổi khí hậu nguy hiểm, vậy chúng ta có nên có một kế hoạch B hay không? Đây là
một động cơ thúc đẩy cho địa kĩ thuật, một thuật ngữ mô tả sự can thiệp có cân nhắc và hệ thống khí
hậu để chống lại sự ấm lên toàn cầu do con người gây ra. Kĩ thuật này có thể thu được theo hai cách,
bằng cách dọn dẹp trực tiếp cacbon đi-ôxit hoặc bằng cách điều khiển bức xạ mặt trời, cái nhắm tới
làm nguội hành tinh bằng cách cho phản xạ ánh sáng nhiều hơn vào trong không gian.
Loại trừ cacbon đi-ôxit
Cách tiếp cận dễ thấy nhất để loại trừ CO
2
là rừng cây xanh, nhưng cách này tương đối
không hiệu quả và yêu cầu những diện tích đất đai lớn. Một đề xuất triệt để hơn là chăm bón đại
dương với một chất dinh dưỡng hạn định ví dụ như sắt trong niềm hi vọng tăng cường bồn chứa
cacbon đại dương (đối tượng hiện nay hấp thụ khoảng 25% lượng khí thải CO
2
do con người). Các
thí nghiệm chăm bón đại dương quy mô nhỏ đã tạo ra những bông hoa nhân tạo trôi nổi trên biển
qua việc thêm sắt, nhưng điều đáng ngờ là không biết hoạt động này có chuyển thành sự cải thiện lâu
dài bể chứa cacbon hay không. Một rủi ro lớn với phương thức tiếp cận này là các dòng hải lưu
khiến người ta không thể xử lí khu vực trên đó các hệ sinh vật biển bị biến đổi bởi việc bón chất dinh
dưỡng.
Một phương pháp an toàn hơn lọc bỏ cacbon đi-ôxit là bẫy không khí, sử dụng phương pháp

chiết tách bằng hóa chất hoặc bằng tác nhân vật lí lọc CO
2
ra khỏi không khí và chôn cacbon trong
các kho địa chất. Bộ phận trữ của phương pháp này giống với phương pháp bắt và trữ cacbon thông
thường, nhắm tới việc loại CO
2
ra khỏi các chất khí thải của các nhà máy điện nhiên liệu hóa thạch.
Bẫy không khí trên nguyên tắc có thể thực hiện ở bất kì địa điểm nào, mặc dù nó hữu dụng nhất là ở
gần các kho trữ địa chất. Các phương pháp hóa học của bẫy không khí thường đi cùng với phản ứng
của cacbon đi-ôxit với natri hyđrôxit để tạo ra natri cacbonat, trong khi phương pháp bẫy vật lí sử
dụng các chất nhựa trao đổi ion có khả năng lọc CO
2
ra khỏi không khí, sau đó có thể rửa sạch chúng
từ các bộ lọc với nước. Có những ưu điểm nổi trội đối với các kĩ thuật bẫy không khí vì chúng loại
bỏ được nguyên do chính của sự ấm lên toàn cầu và, không giống như các phương pháp khác, nó
mang lại khả năng hạ hàm lượng CO
2
xuống dưới mức hiện nay. Tuy nhiên, những kĩ thuật này hiện
nay thật tốn kém và còn gặp khó khăn ở chỗ tìm các kho trữ địa chất ổn định thích hợp cho cacbon.
Chắn bớt mặt trời hoặc làm cho hành tinh sáng hơn
Một phương pháp khác lọc loại cacbon đi-ôxit là điều khiển bức xạ mặt trời, bao gồm việc
làm giảm lượng ánh sáng mặt trời bị hấp thụ bởi Trái đất như một tổng thể. Nhiệt độ trung bình toàn
cầu của hành tinh được xác định bởi sự cân bằng giữa bức xạ mặt trời bị hấp thụ và bức xạ hồng
ngoại bị mất bởi Trái đất vào trong không gian. Người ta có thể làm nguội hành tinh bằng cách hoặc
tăng lượng bức xạ hồng ngoại bị mất vào trong không gian (như trong các kĩ thuật lọc loại CO
2
),
hoặc giảm lượng bức xạ mặt trời bị hành tinh hấp thụ. Điểu khiển bức xạ mặt trời là hoặc chặn bớt
Trần Nghiêm dịch

19


một phần ánh sáng mặt trời bằng những tấm chắn mặt trời đặt trong không gian, hoặc là tăng độ sáng
(hệ số phản xạ) của hành tinh chúng ta.

Một lá chắn mặt trời có diện tích khoảng 3 × 10
6
km
2
đặt cao 1.5 × 10
3
km phía trên hành tinh chúng ta
sẽ là cần thiết để chống lại sự tăng gấp đôi hàm lượng cacbon đi-ôxit trong khí quyển của Trái đất. (Ảnh:
Victor Habbick Visions/Science Photo Library)
Có nhiều kĩ thuật khác nhau để làm chủ bức xạ mặt trời đặt trên mặt đất: cái gọi là phương
pháp nóc nhà trắng, trong đó những công trình ở của con người, chủ yếu là mái nhà và mặt đường
lát, được sơn những chất liệu phản xạ; chọn trồng các loại hoa màu sáng hơn và nuôi động vật chăn
thả; và những kế hoạch triệt để hơn còn đề xuất phủ lên các sa mạc những tấm plastic có hệ số phản
xạ cao. Lợi ích về mặt khí hậu của những kĩ thuật này thay đổi theo khu vực được cải tạo. Ví dụ, các
20 Tuyển những bài báo vật lí hay Vol.3

phương pháp nóc nhà trắng có tác động tương đối nhỏ lên nhiệt độ trung bình toàn cầu, vì các công
trình ở của con người vẫn chỉ chiếm có 2% diện tích đất liền toàn cầu. Mặt khác, sự cải tạo ở quy mô
lớn suất phản chiếu của hành tinh có thể mang lại sự nguội đi toàn cầu đủ để bù lại sự ấm lên toàn
cầu tính cho tới nay, nhưng những áp lực khẩn cấp khác đặt lên nền sản xuất nông nghiệp có thể
khiến cho phương pháp này không khả thi về mặt thực tế. Việc làm các sa mạc sáng hơn lên có thể
có tác dụng làm nguội còn lớn hơn, nhưng sự cưỡng ép cục bộ như thế của hệ khí hậu mang lại mối
rủi ro là làm thay đổi vòng tuần hoàn khí quyển hết sức quan trọng, ví dụ như gió mùa mang mưa
đến cho những phần lớn dân cư của Trái đất.

Những rủi ro tương tự đi cùng với các kĩ thuật trên là làm cho các đám mây sáng lên, vì những
kĩ thuật này rõ ràng chỉ hoạt động nơi tồn tại các đám mây. Tuy nhiên, việc cải tạo suất phản chiếu
của mây có khả năng là một đòn bẩy lớn đối với khí hậu có thể mang lại sự nguội đi toàn cầu để bù
trừ sự gấp đôi hàm lượng cacbon đi-ôxit khí quyển. Đề xuất cải tạo mây tiên tiến nhất là gieo rắc
thêm muối biển để cung cấp thêm nhân ngưng tụ mây có thể làm cho những đám mây tích đại dương
sáng hơn lên – đây là những đám mây thấp trên các vùng duyên hải và đại dương. Đề xuất cải tạo
mây còn tiến xa đến chỗ thiết kế những con tàu tự động phân phối muối biển cho những đám mây
tích tầng thấp. Chi phí cho phương pháp này thì không rõ, nhưng chúng có khả năng thấp hơn đáng
kể so với phương pháp làm nguội tương tự bằng những kĩ thuật hạ nhiệt thông thường khác.
Một kĩ thuật còn rẻ tiền hơn nữa có thể là bắt chước các tác động lên khí hậu của những đợt
phun trào núi lửa quan trọng bằng cách bơm các hạt nhỏ li ti hay "aerosol" vào tầng bình lưu của
Trái đất (khí quyển tầng trên). Những hạt aerosol này sẽ phản xạ ánh sáng mặt trời giống hệt như
chúng đã làm sau đợt phun trào của núi lửa Pinatubo hồi năm 1991, dẫn đến sự nguội đi toàn cầu
chừng 0,5
o
C. Các ý tưởng thuộc loại này có khả năng xuất phát từ nhà vật lí người Nga Mikhail
Budyko vào những năm 1970, người đề xuất sử dụng sunphua làm cơ sở cho aerosol tầng bình lưu
như trong trường hợp núi lửa phun. Khái niệm địa kĩ thuật thông qua các hạt aerosol tầng bình lưu
sau đó được theo đuổi vào những năm 1990 bởi nhà vật lí và là người phát minh ra bom H, Edward
Teller, người đã dự tính tới các hạt phản xạ phức tạp hơn. Nhưng việc bàn tới các đề xuất địa kĩ thuật
vẫn là thứ cấm kị trong số các nhà khoa học khí hậu chính thống mãi cho đến năm 2006, khi nhà hóa
học đoạt giải Nobel Paul Crutzen đánh giá lại lợi ích của việc bơm sunphua vào tầng bình lưu bắt
chước các tác động lên khí hậu của đợt phun trào núi lửa Pinatubo. Các e ngại còn lại là những sự
không chắc chắn ở phản ứng vùng của lượng mưa đối với sự kết hợp của việc lọc loại CO
2
và làm
giảm ánh sáng mặt trời, và ở tác động tiềm tàng của việc thêm aeosol đối với sự hồi phục của lỗ
thủng tầng ô-zôn. Tuy nhiên, chi phí theo ước tính của việc duy trì một tấm chắn aerosol sunphat, có
khả năng nhất là thông qua một số máy bay tầm cao chuyên dụng, rẻ hơn đáng kể so với chi phí thỏa
ước cắt giảm đến hàng trăm hay hàng nghìn lần. Vì những lí do đó, các kĩ thuật aerosol tầng bình lưu

được nhiều người xem là giải pháp thay thế hứa hẹn nhất cho thỏa ước cắt giảm.
Mang tính khoa học viễn tưởng nhất trong số các kĩ thuật điều khiển bức xạ mặt trời ở trên là
việc đặt những lá chắn mặt trời giữa Mặt trời và Trái đất. Vị trí đặt tấm chắn triển vọng nhất hình
như là tại điểm Lagrange L1, nơi cách Trái đất khoảng 1.5 × 10
6
km về phía Mặt trời, tại đó lực hút
hấp dẫn của hai thiên thể triệt tiêu nhau. Tại điểm này, những tấm chắn khoảng chừng 3 × 10
6
km
2
sẽ
là cần thiết để chống lại sự tăng gấp đôi lượng CO
2
. Có những thách thức ghê gớm đi cùng với việc
thiết kế và sản xuất các chất liệu nhẹ, bền có thể dùng cho các tấm chắn mặt trời, nhưng sự tốn kém
lâu dài có thể đi cùng với việc phóng các bộ phận của tấm chắn cũng như việc sửa chữa và thay thế
định kì của chúng. Cho dù một phương pháp địa kĩ thuật như vậy tỏ ra khả thi về mặt công nghệ và
Trần Nghiêm dịch

21


kinh tế, thì vẫn còn đó những vấn đề chính sách quốc tế cần phải dàn xếp trước khi triển khai được.
Những vấn đề ấy cũng phổ biến đối với những kĩ thuật quy mô lớn khác, ví dụ như cải tạo suất phản
chiếu của sa mạc, cải tạo suất phản chiếu mây và bơm aerosol tầng bình lưu, tất cả những kĩ thuật
này đều làm nguội khí hậu toàn cầu nhưng sẽ không bù đắp được những biến đổi khí hậu vùng miền
và có khả năng còn làm trầm trọng thêm sự biến đổi khí hậu ở một số nơi. Ngoài ra, các kĩ thuật xây
dựng trên việc điều khiển bức xạ mặt trời rõ ràng không giải quyết được những tác dụng không chắc
chắn của sự axit hóa đại dương do CO
2

tăng thêm.
Bớt cấm kị
Theo Stern Riview, xuất bản hồi năm 2006 và là một trong những tư liệu có sức ảnh hưởng
nhất về tính kinh tế của sự biến đổi khí hậu, việc sử dụng thỏa ước cắt giảm để tránh một sự ấm lên
toàn cầu có khả năng nguy hiểm cỡ 2
o
C là tiêu tốn tới 1% tổng GDP toàn cầu, khoảng chừng 350 tỉ
đôla mỗi năm ở thời giá hiện nay. Con số trên tổng kết tiềm năng của các đề xuất địa kĩ thuật khác
nhau xây dựng trên một bản đánh giá do Hội Hoàng gia Anh công bố trong tháng này. Ngoài ra, nó
còn so sánh từng kĩ thuật với thỏa ước cắt giảm, vì đây là giải pháp rõ ràng nhất đối với sự ấm lên
toàn cầu và nó nằm tại trọng tâm của những cuộc đàm phán khí hậu quốc tế.

So sánh giá thành theo lợi ích của các đề xuất địa kĩ thuật với thỏa ước biến đổi khí hậu. Những rủi ro đi cùng với những
đề xuất này được biểu thị là thấp (màu xanh), trung bình (màu vàng) và cao (màu đỏ). Lựa chọn thay thế an toàn nhất đối
với thỏa ước cắt giảm là bẫy cacbon đi-ôxit không khí, nhưng giải pháp bơm aerosol tầng bình lưu có tỉ số lợi ích trên
giá thành cao nhất.
22 Tuyển những bài báo vật lí hay Vol.3

Các giải pháp địa kĩ thuật thay thế có thể ước định dựa trên chi phí thường niên, lợi ích thu
được tính theo độ giảm nhiệt độ trung bình toàn cầu và những rủi ro đi cùng với từng kĩ thuật một.
Những yếu tố này được trình bày dưới dạng giản đồ trong hình trên. Trong khi một số phương pháp,
ví dụ như bón phân đại dương hoặc kĩ thuật nóc nhà trắng, có thể bị bác bỏ vì chúng không có khả
năng có lợi ích khí hậu toàn cầu đáng kể, thì đa số đề xuất địa kĩ thuật dường như rẻ tiền so với thỏa
ước cắt giảm. Quan trọng hơn, nhiều phương pháp có lợi ích khí hậu tính trên chi phí thường niên
cao hơn so với thỏa ước cắt giảm (tức là chúng nằm phía trên đường đứt nét).
Tỉ số lợi ích trên giá thành dường như là lớn nhất đối với giải pháp bơm aerosol tầng bình
lưu, mặc dù phương pháp này mang lại rủi ro là làm biến đổi khí hậu vùng miền và làm chậm sự hồi
phục của lỗ thủng tầng ô-zôn. Ngoài ra, các kĩ thuật hiệu quả cao đối với việc làm chủ bức xạ mặt
trời ví dụ như bơm aerosol sunphua mang lại cái đôi khi gọi là “rủi ro chết người”, nghĩa là rủi ro
của việc ấm lên toàn cầu một cách đột ngột nếu như phương pháp địa kĩ thuật đó không thành công.

Mặt đối lập của rủi ro chết người này là những phương pháp như thế có thể cho dừng lại có cân
nhắc nếu xuất hiện những hệ quả không như dự tính.
Lựa chọn an toàn nhất cho thỏa ước cắt giảm là bẫy CO
2
không khí, loại bỏ nguyên do chủ
yếu của sự ấm lên toàn cầu và do đó tránh được những rủi ro đi cùng với sự biến đổi vùng miền chết
người và sự axit hóa đại dương. Tuy nhiên, hiện nay, bẫy không khí dường như tương đối tốn kém
so với thỏa ước cắt giảm và rất đắt tiền so với các kĩ thuật quy mô lớn nhằm làm chủ bức xạ mặt trời.
Nguyên do chính khiến ít có sự tranh luận về địa kĩ thuật giữa các nhà khoa học khí hậu là
người ta e ngại rằng một cuộc tranh luận như thế sẽ ngụ ý một lựa chọn khác để làm giảm trách
nhiệm phát thải cacbon của con người. Trong trường hợp tệ hơn, điều này có thể làm chậm tiến trình
đàm phán khí hậu quốc tế. Nhưng hiện nay có cảm giác đang tăng lên là thời gian đã nâng điều cấm
kị địa kĩ thuật đến chỗ những nghiên cứu khoa học thích hợp có thể được thực hiện trước khi có bất
kì sự thực thi quy mô lớn có khả năng gây nguy hại nào lên hệ khí hậu, như bản báo cáo trong tháng
này của Hội Hoàng gia Anh nêu bật. Ưu tiên nghiên cứu lúc này sẽ là việc đánh giá tác động của các
kĩ thuật làm chủ bức xạ mặt trời lên khí hậu vùng miền, sử dụng các mô hình khí hậu và những cái
tương tự như các đợt phun trào núi lửa từ quá khứ của Trái đất, và sự phát triển ngày càng nhanh của
các kĩ thuật bẫy không khí, bao gồm cả ngành khoa học vật liệu hết sức tinh vi. Đối với các nhà khoa
học muốn cứu lấy hành tinh, thì không có lĩnh vực nghiên cứu nào có sức cuốn hút hơn là địa kĩ
thuật.
Tóm tắt
•
Ngày nay, dường như việc nghiêm khắc cắt giảm 50% lượng khí thải cacbon đi-ôxit vào năm
2050 là không đủ để ngăn cản sự ấm lên toàn cầu nguy hiểm.
•
Địa kĩ thuật mang lại một giải pháp thay thế nhằm cắt giảm phát thải cacbon đi-ôxit, mặc dù
cần có thêm nhiều nghiên cứu được thực hiện để xác thực tính hiệu quả và rủi ro đi cùng với
những sự can thiệp quy mô lớn lên hệ khí hậu.
•
Có hai loại đề xuất địa kĩ thuật: lọc loại cacbon đi-ôxit trực tiếp và làm chủ bức xạ mặt trời.

•
Nhiều đề xuất địa kĩ thuật có tỉ số lợi ích khí hậu trên giá thành thường niên cao hơn thỏa ước
cắt giảm.