Những khám phá khoa học của thập kỷ (phần 2)

Trong mười năm qua, các nhà khoa học trên khắp thế giới đã đạt được những bước tiến đáng kể trong việc tìm hiểu về cơ thể người, về Trái đất và về vũ trụ quanh ta. Dưới đây là danh sách những khám phá khoa học lớn nhất thập kỷ do National. Geographic lựa chọn.

Hình vẽ minh họa một sự kiện kilonova trong đó hai ngôi sao neutron va chạm với nhau. Ngày 16/10/2017, các nhà thiên văn học tuyên bố đã ghi lại được những rung động trong không thời gian, gọi là sóng hấp dẫn, do những sự kiện dữ dội, và quan sát được, như thế này tạo ra.

Lần đầu tiên phát hiện được sóng hấp dẫn

Năm 1916, Albert Einstein đề xuất rằng những vật thể có khối lượng đủ lớn khi tăng tốc có thể tạo ra các sóng truyền đi trong không-thời gian như các gợn sóng trên mặt hồ. Dù bản thân Einstein sau này nghi ngờ sự tồn tại của chúng, những nếp gợn không-thời gian được gọi là sóng hấp dẫn này là một dự báo quan trọng của thuyết tương đối, và các nhà khoa học đã mất hàng thập kỷ đi tìm chúng. Mặc dù những dấu vết khá thuyết phục đã xuất hiện từ những năm 1970, vẫn không ai trực tiếp phát hiện ra được chúng, cho đến năm 2015, khi đài quan trắc LIGO ở Mỹ đo được dư chấn của một va chạm giữa hai lỗ đen. Được công bố năm 2016, phát hiện này mở ra một phương pháp mới để “lắng nghe” vũ trụ.
Năm 2017, LIGO và đài quan trắc Virgo ở châu Âu đo được một đợt rung động khác, lần này do hai vật thể siêu đặc là hai ngôi sao neutron va vào nhau. Vụ nổ được các kính thiên văn trên khắp thế giới ghi lại và trở thành sự kiện đầu tiên được quan sát bằng cả ánh sáng lẫn sóng hấp dẫn. Những dữ liệu mang tính bước ngoặt của nó cho các nhà khoa học một cái nhìn mới về lực hấp dẫn cũng như về cách hình thành của các nguyên tố như vàng và bạc.

Biến động trong cây phả hệ của loài người

Thập kỷ vừa qua chứng kiến nhiều bước tiến trong việc tìm hiểu nguồn gốc phức tạp của chúng ta, trong đó có thể kể đến những niên đại được xác định lại trên các hóa thạch đã có, các hóa thạch hộp sọ còn nguyên vẹn đến bất ngờ, và sự xuất hiện của những nhánh mới. Năm 2010, nhà khảo cổ học Lee Berger công bố về Australopithecus sediba, một tổ tiên xa xưa của chúng ta. Năm năm sau, ông tuyên bố tìm thấy trong hệ thống hang động Cái nôi của Nhân loại (Craddle of Humankind, Nam Phi) những hóa thạch của một loài mới: Homo naledi. Đây là một hominin có những đặc điểm giải phẫu giống với cả người hiện đại lẫn những họ hàng xa xưa. Một nghiên cứu sau đó cho kết quả ngạc nhiên về niên đại khá trẻ của H. naledi, vào khoảng giữa 236.000 năm và 335.000 năm trước.

Hình đầu người H. naledi này được họa sỹ John Gurche phục dựng dựa trên hình chụp của xương; râu và tóc được làm bằng lông gấu. Quá trình phục dựng mất khoảng 700 giờ. Mặc dù còn nhiều nét nguyên thủy, khuôn mặt, hộp sọ và răng có nhiều đặc điểm hiện đại, nhờ đó H. naledi được xếp vào chi Người.

Các phát hiện đáng chú ý khác tập trung ở châu Á. Năm 2010, một nhóm nghiên cứu công bố rằng DNA lấy từ một xương ngón tay út tìm được ở Xi-bê-ri-a không giống của người hiện đại. Đó là bằng chứng đầu tiên về một giống người Denisova bí ẩn. Năm 2018, những công cụ đá 2,1 triệu năm tuổi được tìm thấy ở một di tích ở Trung Quốc, đó là bằng chứng cho thấy những người biết dùng công cụ đã di cư sang châu Á sớm hơn hàng trăm nghìn năm so với những ước tính trước đó. Năm 2019, các nhà khoa học ở Philippines công bố hóa thạch của Homo luzonensis, một hominin mới tương tự như Homo floresiensis, người “hobbit” ở đảo Flores (Indonesia). Và những công cụ đá được tìm thấy trên đảo Sulawesi, Indonesia, có từ trước khi người hiện đại đặt chân tới là bằng chứng cho sự tồn tại của một hominin khác, chưa xác định, trên các đảo ở Đông Nam Á.

Cách mạng hóa nghiên cứu DNA cổ

Với sự phát triển chóng mặt của các công nghệ giải mã DNA, hiểu biết về cách thức quá khứ di truyền định hình con người hiện đại đã đạt được những bước nhảy vọt trong thập kỷ vừa qua. Năm 2010, các nhà khoa học công bố bộ gene gần như đầy đủ đầu tiên của một Homo sapiens cổ, bắt đầu một thập kỷ cách mạng trong nghiên cứu về DNA của tổ tiên chúng ta. Kể từ đó, hơn 3.000 bộ gene cổ đã được giải mã, trong đó có DNA của Naia, một cô bé qua đời 13.000 năm trước ở vùng đất nay là Mexico. Hài cốt của cô là một trong những bộ hài cốt nguyên vẹn cổ xưa nhất từng được tìm thấy ở châu Mỹ. Cũng năm 2010, các nhà khoa học công bố phác thảo đầu tiên về một bộ gene của người Neanderthal, bằng chứng di truyền vững chắc đầu tiên cho thấy từ 1 đến 4 phần trăm DNA của người hiện đại, trừ người châu Phi, đến từ những người họ hàng gần gũi này.
Trong một phát hiện gây chấn động khác, năm 2018, các nhà nghiên cứu DNA cổ công bố rằng một bộ xương 90.000 tuổi là của một thiếu nữ có mẹ là người Neanderthal và cha là người Denisova – đây là trường hợp người lai đầu tiên được tìm thấy. Trong một phát hiện khác nữa, các nhà khoa học so sánh DNA của người Denisova với các protein hóa thạch để xác nhận việc người Denisova từng sống ở Tây Tạng, qua đó mở rộng khu vực của nhóm người bí ẩn này. Sự trưởng thành của ngành nghiên cứu DNA cổ cũng song song với sự trưởng thành trong việc xử lý các vấn đề đạo đức, chẳng hạn cam kết của cộng đồng hay việc đưa những hài cốt bản địa hồi hương.

Phát hiện hàng nghìn hành tinh ngoài hệ Mặt trời

Trong thập kỷ 2010, tri thức của con người về những hành tinh xoay quanh những ngôi sao xa xôi cũng tiến một bước dài, và điều đó có được nhờ một phần không nhỏ vào kính thiên văn vũ trụ Kepler của NASA. Từ năm 2009 đến năm 2018, chỉ riêng Kepler đã phát hiện ra hơn 2700 hành tinh ngoài hệ Mặt trời, tức là hơn một nửa số hành tinh hiện được biết đến. Nổi bật trong những hành tinh tìm được là hành tinh đá đầu tiên ngoài hệ Mặt trời. TESS, kính thiên văn “kế vị” Kepler, mới được phóng lên năm 2018, đã tìm thấy 34 hành tinh.
Những cuộc tìm kiếm từ dưới mặt đất cũng diễn ra rất tích cực. Năm 2017, các nhà khoa học công bố tìm ra TRAPPIST-1, một hệ sao chỉ cách chúng ta 39 năm ánh sáng và có tới 7 hành tinh cỡ Trái đất, nhiều nhất trong tất cả các hệ sao ngoài hệ Mặt trời [mà chúng ta biết đến]. Trước đó một năm, dự án “Pale Red Dot” công bố phát hiện ra Proxima b, một hành tinh có kích thước tương đương Trái đất thuộc hệ sao Proxima Centauri, ngôi sao gần chúng ta nhất, cách chúng ta 4,25 năm ánh sáng.

Bước vào kỷ nguyên Crispr

Thập kỷ 2010 đánh dấu những tiến bộ khổng lồ trong kỹ thuật chỉnh sửa DNA một cách chính xác, mà phần lớn nhờ vào việc xác định được hệ Crispr-Cas9. Một số vi khuẩn sử dụng Crispr-Cas9 như hệ miễn dịch, vì hệ này cho phép lưu giữ các mẩu DNA của virus, [qua đó] nhận dạng virus và cắt vụn DNA của chúng. Năm 2012, các nhà khoa học đề xuất sử dụng Crispr-Cas9 như một công cụ chỉnh sửa gene hữu hiệu, vì nó cho phép cắt DNA một cách chính xác và dễ thao tác. Một vài tháng sau, một số nhóm nghiên cứu khác xác nhận rằng kỹ thuật này có thể được dùng cho DNA của người. Kể từ đó, các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới chạy đua để tìm ra những hệ tương tự, để cải tiến Crispr-Cas9 để có độ chính xác cao hơn, và để tìm cách ứng dụng nó trong nông nghiệp và trong y học.
Mặc dù có những lợi ích tiềm tàng to lớn, Crispr-Cas9 cũng đặt ra những vấn đề đạo đức to lớn. Năm 2018, cộng đồng y học thế giới kinh hoàng khi nhà khoa học Trung Quốc Hạ Kiến Khuê [He Jiankui] tuyên bố cho ra đời thành công hai bé gái có bộ gene được chỉnh sửa bằng Crispr, hai con người đầu tiên có DNA được chỉnh sửa và có thể được di truyền. Công bố này làm dấy lên những lời kêu gọi một lệnh hoãn toàn cầu về những chỉnh sửa di truyền ở tế bào mầm [heritable germline edit] ở người.

Cái nhìn mới về vũ trụ

Một số quan sát quan trọng trong những năm 2010 đã cách mạng hóa nghiên cứu về vũ trụ. Năm 2013, Cơ quan Vũ trụ châu Âu phóng tàu Gaia với mục đích thu thập dữ liệu đo đạc của hơn một tỷ ngôi sao trong dải Ngân Hà, cũng như dữ liệu vận tốc của hơn 150 triệu ngôi sao. Dựa trên bộ dữ liệu này, các nhà khoa học đã dựng một bộ phim 3D về dải Ngân Hà, cho chúng ta một cái nhìn chưa từng có về sự hình thành và thay đổi theo thời gian của các thiên hà.
Năm 2018, các nhà khoa học công bố kết quả cuối cùng của các phép đo bức xạ muộn của vũ trụ sơ khai do vệ tinh Planck thực hiện. Các kết quả này chứa những manh mối về thành phần, cấu trúc và tốc độ giãn nở của vũ trụ. Điều bí ẩn là tốc độ giãn nở vệ tinh Planck đo được khác với tốc độ giãn nở hiện tại, câu hỏi này có thể dẫn đến một “cuộc khủng hoảng trong vũ trụ học” và cần những lý thuyết vật lý mới để giải thích. Cũng năm 2018, dự án Khảo sát Năng lượng tối (Dark Energy Survey) công bố những dữ liệu đầu tiên, có thể được dùng để tìm kiếm các quy luật ẩn của cấu trúc vũ trụ. Và tháng 4 năm 2019, các nhà khoa học công bố hình ảnh đầu tiên về một lỗ đen, quan sát được với kính thiên văn chân trời sự kiện, một nỗ lực toàn cầu để cùng nhìn vào trung tâm thiên hà M87.

Khám phá và khám phá lại các loài

Các nhà sinh học hiện đại nhận dạng các loài mới rất nhanh, trung bình mỗi năm có 18.000 loài mới được đặt tên. Trong thập kỷ vừa qua, các nhà khoa học đã mô tả một số loài có vú lần đầu tiên, chẳng hạn voọc mũi hếch Myanmar (rhinopithecus strykeri), chuột khổng lồ Vangunu (uromys vika), và olinguito (bassaricyon neblina), loài ăn thịt mới đầu tiên được tìm thấy ở bán cầu Tây kể từ cuối những năm 1970. Số lượng của những nhóm động vật khác cũng tăng lên, khi các nhà khoa học mô tả những loài cá có “tay” mới được phát hiện, những con ếch nhỏ hơn đồng xu, kỳ nhông Florida khổng lồ, và nhiều loài khác. Ngoài ra, một số động vật như sao la ở Việt Nam và “Ili pika” (ochotona iliensis) ở Trung Quốc được nhìn thấy sau nhiều năm mất tích.
Nhưng bên cạnh những phát hiện mới, các nhà khoa học cũng ghi nhận tốc độ tuyệt chủng theo cấp số nhân. Năm 2019, các nhà khoa học cảnh báo rằng một phần tư các nhóm thực vật và động vật bị đe dọa tuyệt chủng, nghĩa là có thể có đến một triệu loài – đã được hoặc chưa được khoa học liệt kê – có nguy cơ biến mất, và có thể chỉ trong vòng vài chục năm.

Bắt đầu một kỷ nguyên du hành vũ trụ mới

Thập kỷ 2010 là một giai đoạn chuyển giao bản lề cho du hành vũ trụ, khi các chuyến bay lên quỹ đạo thấp [quỹ đạo quanh Trái Đất ở độ cao khoảng 2.000 km trở xuống] trở nên phổ biến hơn và được thương mại hóa hơn. Năm 2011, Trung Quốc phóng phòng thí nghiệm vũ trụ đầu tiên, Thiên Cung 1 (Tiangong-1) lên quỹ đạo. Năm 2014, tàu Mars Obiter Mission của Ấn Độ đến được hành tinh đỏ, và Ấn Độ trở thành nước đầu tiên đến được sao Hỏa ở ngay lần thử đầu tiên. Năm 2019, tổ chức phi lợi nhuận SpaceIL của Israel thực hiện chuyến đổ bộ đầu tiên lên Mặt trăng do tư nhân tài trợ (nhưng hạ cánh không thành công), và tàu Thường Nga 4 (Chang’e 4) của Trung Quốc thực hiện chuyến hạ cánh mềm đầu tiên lên nửa khuất của Mặt trăng. Lực lượng phi hành gia thế giới cũng đa dạng hơn: Tim Peake trở thành phi hành gia chuyên nghiệp đầu tiên của Anh, Aidyn Aimbetov trở thành phi hành gia Kazakhstan đầu tiên thời hậu Xô viết, và Các Tiểu vương quốc A Rập Thống nhất và Đan Mạch cũng gửi phi hành gia đầu tiên của mình vào không gian. Trong khi đó, các phi hành gia Jessica Meir và Christina Koch của NASA trở thành những phi hành gia nữ đầu tiên “đi bộ ngoài không gian.”
Ở Mỹ, sau lần phóng tàu con thoi cuối cùng năm 2011, các công ty tư nhân tìm cách lấp vào khoảng trống. Năm 2012, công ty SpaceX phóng tàu vận tải thương mại đầu tiên lên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Năm 2015, Blue Origin và SpaceX trở thành những công ty đầu tiên phóng thành công các tên lửa tái sử dụng lên vũ trụ và đưa chúng hạ cánh trở lại Trái đất, đánh dấu cột mốc quan trọng đối với những chuyến đi giá rẻ lên quỹ đạo thấp.

Những khía cạnh bất ngờ của động vật

Thập kỷ vừa qua đã tiết lộ những đặc điểm và hành vi khác thường trong giới động vật. Năm 2015, nhà thám hiểm David Gruber của National Geographic phát hiện ra những con đồi mồi phát huỳnh quang màu xanh lục và đỏ – hiện tượng huỳnh quang đầu tiên được tìm thấy ở bò sát. Năm 2016, các nhà khoa học chứng minh rằng cá mập Greenland có thể sống đến 272 năm hoặc hơn, khiến nó trở thành loài có xương sống sống lâu nhất được biết đến. Chúng ta cũng hiểu hơn về khả năng sử dụng công cụ của động vật: một nghiên cứu năm 2019 chỉ ra rằng lợn rừng Visaya (các đảo Visaya gồm sáu hòn đảo thuộc Philippines) biết dùng công cụ, và một số nghiên cứu chỉ ra rằng khỉ thầy tu ở Brazil đã sử dụng công cụ được ít nhất 3.000 năm, khoảng thời gian dài nhất được biết đến đối với động vật không phải con người ở ngoài châu Phi. Trong một cảnh tượng cực hiếm năm 2018, các nhà sinh vật học ở Kenya ghi hình được một con báo đen ở châu Phi, lần đầu tiên kể từ năm 1909.

Định nghĩa lại các đơn vị khoa học

Để hiểu thế giới tự nhiên, cần phải đo nó – nhưng cần dùng đơn vị nào? Suốt nhiều thập kỷ, các nhà khoa học dần định nghĩa lại các đơn vị cổ điển theo các hằng số phổ quát, chẳng hạn định nghĩa đơn vị độ dài mét qua tốc độ ánh sáng. Nhưng đơn vị khối lượng, ki-lô-gam, vẫn được gắn với “ki-lô-gam mẫu”, một khối kim loại hình trụ được bảo quản ở Pháp. Nếu vì một lý do nào đó mà khối kim loại ấy bị thay đổi khối lượng, thì các nhà khoa học sẽ phải điều chỉnh lại các công cụ của mình. Không còn phải lo nữa: năm 2019, các nhà khoa học thống nhất sử dụng một định nghĩa ki-lô-gam mới dựa trên hằng số Planck trong vật lý và các định nghĩa mới của các đơn vị dòng điện, nhiệt độ, và số hạt. Lần đầu tiên trong lịch sử, tất cả các đơn vị khoa học bắt nguồn từ các hằng số của tự nhiên, đảm bảo một kỷ nguyên đo lường chính xác hơn. □     

Nguyễn Hoàng Thạch dịch
Nguồn: National Geographic, 5/12/2019