Lên mạng ngày 19/8/2011
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 201, 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 )
