Các nhà khoa học tạo ra khớp thần kinh nhân tạo tự động học hỏi

Các nhà khoa học tạo ra khớp thần kinh nhân tạo tự động học hỏi

Bộ não của mỗi người có hàng tỷ các nơ-ron và hàng nghìn tỷ các khớp thần kinh - tổ hợp thần kinh mà được định hình theo thời gian, môi trường và trải nghiệm theo một cách riêng biệt tuỳ từng cá thể.

Nơron thần kinh

Bây giờ, các nhà khoa học đã lấy cảm hứng từ hoạt động bên trong của cơ quan phức tạp này để phát triển khớp thần kinh nhân tạo mà họ nói chúng có khả năng học hỏi tự động. Họ thậm chí còn mô hình hóa thiết bị, được coi là bước tiếp theo trong việc tạo ra các mạch phức tạp hơn. Nghiên cứu được công bố trong tạp chí Nature Communications.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một thiết bị nano gọi là memristor, sức kháng của nó phụ thuộc vào các tín hiệu điện mà nó đã nhận được trước đó. Ý tưởng của memristor không phải là mới - nó được khái niệm đầu tiên vào những năm 1970 và sau đó được xây dựng trong năm 2008. Tuy nhiên, nghiên cứu này đã đưa nó đến cấp độ cao hơn.

Ý tưởng của memristor là tạo ra một điện tử tương đương với các tế bào thần kinh và khớp thần kinh của não - "dây" sinh học, có khả năng xử lý và lưu giữ thông tin với hiệu quả đáng kinh ngạc. Đơn giản chỉ cần đặt, các khớp thần kinh là đường giao nhau giữa hai tế bào thần kinh mở ra hoặc đóng phụ thuộc vào xung thần kinh mà đạt được nó. Các chất vận chuyển thần kinh qua khoảng cách đó để vượt qua các xung động lên đến nơ-ron tiếp theo. Mỗi khi sự vượt qua được thực hiện, sự kết nối được trở nên mạnh mẽ hơn và hiệu quả hơn. 

Khớp thần kinh điện từ có khả năng tự học hỏi. Ảnh: CNRS

Để đạt được một phiên bản sinh học của điều này, một tấm màng điện từ siêu mỏng đã được kẹp giữa hai điện cực, có điện trở kháng có thể được điều chỉnh bằng xung điện áp.  Do đó độ dẻo của nó (khả năng thay đổi và học hỏi) đạt được qua độ dẫn - điện trở thấp tương ứng với một kết nối khớp thần kinh mạnh mẽ và điện trở cao đối với kết nối yếu.

Nhóm nghiên cứu sau đó đã thực hiện một mô hình của thiết bị, và mô phỏng của họ cho thấy các mảng khớp thần kinh nano (nanosynapses) điện từ có thể tự học cách nhận ra các mẫu theo một cách dự đoán được, mở ra con đường dẫn đến việc học không giám sát trong việc phát hiện mạng nơron.

Về cơ bản, công việc này đưa chúng ta tiến gần hơn tới việc cải thiện tốc độ mà các mạng thần kinh nhân tạo học hỏi và thích nghi. Hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) đã phát triển rất nhiều trong vài năm qua, với DeepMind và AlphaGo của Google là hai trong số những ví dụ phổ biến nhất. 

Tuy nhiên, bộ não là một máy vô cùng thông minh và chúng ta không có nơi nào có thể sao chép sự tinh tế của nó. Ngay cả khi bạn đọc bài này, các nơ-ron trong não của bạn đang kích hoạt xung lực điện và liên kết với nhau trong các cấu hình luôn thay đổi. Hiệu quả như vậy là một mục tiêu rất nhiều mong muốn trong việc tạo ra bộ não giả tạo. 

Các nhà nghiên cứu lưu ý, chúng ta đang dần dần gần với tương lai của trí tuệ nhân tạo: "Những kết quả này mở đường cho việc triển khai phần cứng năng lượng thấp với hàng tỷ các khớp thần kinh nhân tạo đáng tin cậy và dự đoán được (như các mạng thần kinh sâu) trong các máy tính lấy cảm hứng từ não trong tương lai". 

(Theo CNRS / Cơ quan nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp) 

Khoảng cách thiên văn học

Khoảng cách thiên văn học

Điều căn bản cho sự hiểu biết cơ bản nhất của vũ trụ là nắm bắt được những khái niệm về quy mô rộng lớn về khoảng cách và quy mô vượt ra ngoài phạm vi nhỏ của thế giới nhỏ bé của chúng ta. Sự chuyển đổi bầu trời hai chiều thành ba chiều chúng ta biết ngày hôm nay là một sự hoan nghênh lớn lao đối với sự khéo léo của con người. 

Đo khoảng cách của ngôi sao bằng phương pháp thị sai.

 

Đơn vị đo khoảng cách trong thiên văn học.

Đơn vị đo khoảng cách trong thiên văn học

• 1 đơn vị thiên văn (1AU) = $1.5 x 10^{11}$ m .
• 1 năm ánh sáng (1 ly) = $9.46 x  10^{15}$ m.
• 1 parsec (1 pc) = $3.08 x 10^{16}$ m = 3.26 ly

Sự ra đời của sự hiểu biết này bắt đầu vào năm 200 trước Công Nguyên khi Eratosthenes, sử dụng các nguyên lý hình học cơ bản, tính chu vi của trái đất đến độ chính xác 1%. Cho đến khi vào thế kỷ 18 và 19 các kiến thức tích lũy và quan sát đã tiết lộ tỷ lệ về khoảng cách của hệ mặt trời của chúng ta. Một lần nữa sử dụng đường kính đã biết của trái đất như là một đường cơ sở, phép tính toán tam giác cơ bản cung cấp phương tiện để tính khoảng cách đến các hành tinh và các ngôi sao gần nhất. Kỹ thuật này được gọi là "thị sai" và vẫn được sử dụng ngày nay để tính khoảng cách lên tới khoảng 150 năm ánh sáng.

Đơn vị parsec trong thiên văn học. Theo Wikipedia.

Phương pháp thị sai trong thiên văn học.

 

Kỹ thuật thị sai để đo khoảng cách các ngôi sao so với Trái Đất trong khoảng 150 năm ánh sáng.

Khoảng cách của các vật thể bầu trời sâu (các vật thể nằm ngoài hệ mặt trời của chúng ta) được đo bằng năm ánh sáng và không thể được tính bằng kỹ thuật thị sai. Một năm ánh sáng là khoảng cách ánh sáng đi được trong một năm tương đương khoảng 9 nghìn tỷ km, hoặc 63.241 lần khoảng cách giữa trái đất và mặt trời. Biết rằng ánh sáng có thể  di chuyển quanh trái đất 7 lần trong một giây thực sự là một sự thật thú vị để bắt đầu cung cấp cho người đọc một ý tưởng thực sự xa như thế nào đối với một năm ánh sáng. Những sự kiện đơn giản này sẽ cho phép chúng ta đánh giá sâu hơn về khoảng cách khổng lồ đối với các vật thể bầu trời gần đó trong thiên hà của chúng ta.
 
Nhiều ngôi sao chúng ta nhìn thấy trên bầu trời vào ban đêm nằm trong phạm vi 100 năm ánh sáng so với trái đất. Ngôi sao gần Trái Đất nhất là Alpha Centuri nằm ở cách 4 năm ánh sáng. Tinh vân chung và các cụm sao trong thiên hà của chúng ta nằm cách xa vài trăm ngàn năm ánh sáng. Các vật thể xa nhất trong thiên hà của chúng ta trong tầm nhìn xa kính thiên văn của chúng ta cách xa hàng chục ngàn năm ánh sáng. Dải Ngân Hà, thiên hà mẹ của chúng ta, trải dài 100.000 năm ánh sáng và chứa khoảng 200 tỷ mặt trời. Đi du lịch theo tốc độ phi thuyền thông thường sẽ cần hơn 1 tỷ năm để vượt qua thiên hà!
 

Khoảng cách giữa Trái Đất tới các đối tượng tính bằng thời gian ánh sáng di chuyển được.

Bước tiếp theo là khoảng giữa các thiên hà. Thiên hà gần nhất tương tự như thiên hà của chúng ta là Thiên hà Andromeda cách 2,5 triệu năm ánh sáng. Khi chúng ta quan sát thiên hà Andromeda qua thị kính của kính thiên văn, chúng ta đang quan sát một hình ảnh từ quá khứ xa xôi. Ánh sáng của Andromeda bắt đầu cuộc hành trình của nó về phía trái đất khoảng 2,5 triệu năm trước, vào một kỷ nguyên tương ứng với thời kỳ xuất hiện của con người.

Quan sát hoặc chụp ảnh các vật thể dưới bầu trời cho chúng ta một cơ hội tuyệt vời để nhìn lại thời gian qua một cỗ máy thời gian vũ trụ. Được xem như đã tồn tại hàng ngàn hoặc thậm chí hàng triệu năm trước, các vật thể vẫn còn bị đóng băng trong thời gian cho chúng ta. Có lẽ không có khái niệm nào trong thiên văn học như sự khiêm tốn hoặc gây kinh ngạc vì khái niệm "thời gian nhìn lại". Với kính viễn vọng và máy ảnh, giờ đây chúng ta có thể khám phá các vật thể ở những khoảng cách xa hơn bao giờ hết, lần lượt nó cung cấp cho chúng ta cái nhìn về vũ trụ của chúng ta trong những kỷ nguyên xa xôi trong quá khứ. Những khái niệm khiêm tốn này khiến chúng ta tới những tỷ lệ có thể gây bối rồi về khoảng cách giữa các thiên hà. 

Khoảng cách tới các vật tương đối gần đó có thể được tính bằng cách sử dụng nguyên lý thị sai, trong đó một đối tượng di chuyển trên bầu trời trong một khoảng thời gian có thể được sử dụng để xác định khoảng cách chính xác của nó từ trái đất. Khoảng cách tới các vật thể xa hơn đòi hỏi phải có "ngọn nến tiêu chuẩn" mà các nhà thiên văn học có thể sử dụng để ước lượng khoảng cách rộng lớn đối với các vật bên ngoài thiên hà của chúng ta.
 

Phương pháp nến chuẩn để đo khoảng cách của các thiên hà xa xôi.

Một số loại sao biến thiên có mối quan hệ độ phát sáng và độ sáng cố định (sao Cepheid Variable) có tầm quan trọng rất lớn để ước tính khoảng cách tới các thiên hà trong vòng 100 triệu năm ánh sáng. Hơn 100 triệu năm ánh sáng thì các sao riêng lẻ không thể được giải quyết được bài toán này vì vậy các phương tiện khác ước lượng khoảng cách như siêu tân tinh sáng hoặc vận tốc xa dần (vì vũ trụ của chúng ta đang giãn nở, tốc độ tăng tốc của thiên hà tăng lên tương ứng với khoảng cách của chúng từ chúng ta) là những phương pháp xác định hiện tại về khoảng cách tới các thiên hà rất xa. Một trong những mục tiêu của Kính viễn vọng Không gian Hubble và các dự án thiên văn liên tục đang được thực hiện là sàng lọc các phương pháp để xác định thang đo khoảng cách của vũ trụ.

Vũ trụ mà chúng ta biết ngày nay bao gồm hàng tỉ thiên hà, mỗi thiên hà chưa vô số các ngôi sao và tinh vân. Nhiều đối tượng đặc biệt là các thiên hà, ở khoảng cách rất xa, thường vượt quá khả năng của chúng ta để dễ dàng hiểu được. Nó có thể giúp hình dung các sự kiện đã xảy ra trên trái đất khi các vật thể này phóng ra ánh sáng (các photon) cổ xưa của chúng. Chẳng hạn, cụm Thiên hà Virgo hà đã giải phóng ánh sáng mà chúng ta thấy ngày nay vào một thời kỳ trùng hợp với sự tuyệt chủng của khủng long và sự gia tăng của các động vật có vú và linh trưởng, tổ tiên cổ xưa của chúng ta.

Các nhà thiên văn học đã khám phá ra 7 hành tinh giống Trái Đất thế nào?

Các nhà thiên văn học đã khám phá ra 7 hành tinh giống Trái Đất thế nào?

Có bảy hành tinh quay quanh một ngôi sao lùn nhỏ được biết đến với cái tên TRAPPIST-1. 

Vào năm 2016, đã có 3 hành tinh được khám phá quanh ngôi sao này, cho đến hiện nay thì bốn hành tinh nữa đã được khám phá. Tất cả những thế giới này thì có kích thước gần bằng Trái Đất, và ba trong số đó có tiềm năng có sự sống. Bản thân ngôi sao TRAPPIST-1 khá khó để quan sát được. Nó là một ngôi sao có độ sáng biểu kiến 18, cách chúng ta 40 năm ánh sáng và năm trong chòm sao Bảo Bình. Vậy điều gì đã khiến các nhà thiên văn học tìm kiếm các hành tinh xung quanh ngôi sao TRAPPIST-1 này, và làm thế nào mà các nhà thiên văn học đã khám phá ra 7 hành tinh giống Trái Đất này?

Ảnh minh hoạ hệ sao Trappist-1. Ảnh: ESO.

Trappist-1 được biết đến như một ngôi sao lùn "siêu mát mẻ" so với Mặt Trời. Khối lượng của nó chỉ bằng 8% khối lượng của Mặt Trời chúng ta, hay khoảng 84 lần khối lượng của sao Mộc. Nếu nó nhỏ hơn nhiều nó sẽ không có đủ khối lượng để đốt cháy hyđrô trong lõi của nó, và thay vào đó sẽ là một ngôi sao lùn nâu. Mặc dù nó lớn hơn khoảng 80 lần so với sao Mộc, nó không phải là lớn hơn nhiều lắm so với sao Mộc. Đó là vì ngôi sao này dày đặc hơn rất nhiều so với một hành tinh do trọng lượng hấp dẫn của nó. Mặc dù nó là một ngôi sao, nhưng kích thước của nó tương tự như sao Mộc.

Hình ảnh so sánh của một ngôi sao lùn siêu mát như TRAPPIST-1 (trái) với sao lùn nâu 65 và 30 giống sao Mộc (trung tâm) và sao Mộc (trái). Ảnh: NASA

Theo một cách nào đó thì sao Mộc có thể được xem như là một hệ hành tinh nhỏ. Tám trong số các mặt trăng của nó có quỹ đạo gần tròn, và bốn trong số đó có kích thước của Mặt trăng của chúng ta hoặc lớn hơn. Các hành tinh khí khác trong hệ mặt trời của chúng ta có mặt trăng lớn với quỹ đạo gần tròn, vì vậy một số nhà thiên văn học suy đoán rằng một ngôi sao nhỏ như Trappist-1 có thể có các hành tinh với kích thước tương đương Trái Đất quay quanh gần ngôi sao này.

Mặc dù ngôi sao lùn này khá mờ và không quá nóng, một hành tinh gần nó có thể đủ ấm để hỗ trợ nước ở dạng lỏng trên bề mặt của nó. Và không giống như các ngôi sao lùn lớn, sao "siêu mát mẻ" có thể không có các bùng phát mặt trời lớn mà có thể đe doạ các thể sinh sống của các hành tinh gần.

Vì vậy, một nhóm các nhà thiên văn học đã bắt đầu tìm kiếm các bằng chứng về các hành tinh quanh sao lùn nhỏ. Sử dụng kính thiên văn TRAPPIST-South (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope–South) ở Đài quan sát La Silla của ESO (cơ quan nghiên cứu vũ trụ của châu Âu ở Nam bán cầu) ở Chile, họ quan sát thấy sự thay đổi độ sáng của các ngôi sao như TRAPPIST-1, hy vọng có thể chụp được một hành tinh khi nó đi qua trước ngôi sao. Đây được gọi là phương pháp chuyển tiếp của việc phát hiện hành tinh, vì hành tinh đi qua trước ngôi sao từ điểm thuận lợi của chúng ta.

Minh hoạ độ sáng thay đổi do sự di chuyển của một hành tinh ngang qua trước ngôi sao.

Hình ảnh này cho thấy sự thay đổi độ sáng của TRAPPIST-1 do sự di chuyển của ba hành tinh. Ảnh ESO.

TRAPPIST-1 rất nhỏ và xa đến nỗi chúng ta không thể nhìn thấy một hành tinh di chuyển ngang qua nó trực tiếp, theo kiểu như khi Kim tinh di chuyển qua Mặt trời. Ngay cả khi quan sát bằng kính thiên văn như TRAPPIST-South, ngôi sao này trông giống như một điểm sáng. Nhưng khi một hành tinh đi qua trước ngôi sao đó, nó sẽ chặn một phần ánh sáng của nó. Chúng ta thấy điều này như một sự mờ nhạt của ngôi sao. Về nguyên tắc đó là một phương pháp đơn giản , nhưng trên thực tế có thể khá phức tạp. Các hành tinh chuyển tiếp không phải là điều duy nhất có thể làm cho ngôi sao mờ đi. Vì vậy, có thể những thứ như điểm đen của ngôi sao và hoạt động năng lượng mặt trời (mặt trời là một ngôi sao) khác. Đã có những trường hợp những gì ban đầu trông giống như một hành tinh hóa ra không phải như vậy.



Để đảm bảo sự giảm trong độ sáng thực sự là do một hành tinh, các nhà thiên văn học cần phải thực hiện nhiều quan sát để đảm bảo chúng theo một mô hình bình thường. Càng có nhiều sự dịch chuyển qua ngôi sao nhiều mà các nhà khoa học quan sát được, họ càng tự tin rằng đó thực sự là một hành tinh.

Mặc dù bằng chứng duy nhất cho những hành tinh này là sự mờ nhạt của TRAPPIST-1, vẫn còn khá nhiều điều chúng ta biết về chúng. Để bắt đầu, kích thước của một hành tinh xác định độ mờ đi trong quá trình di chuyển. Các hành tinh lớn hơn chặn nhiều ánh sáng hơn đối với ngôi sao đang quan sát, và do đó sự giảm trong độ sáng lớn hơn. Biết được kích thước của TRAPPIST-1, nhóm nghiên cứu có thể đo được sự giảm độ sáng mờ đi do mỗi hành tinh để xác định kích thước của nó. Đây là cách chúng ta biết rằng tất cả bảy hành tinh đều có kích thước bằng Trái Đất. Một số lớn hơn một chút, và một số nhỏ hơn một chút.

So sánh các hành tinh của TRAPPIST-1 với các hành tinh của hệ mặt trời của chúng ta. Ảnh: NASA.

Chúng ta cũng có một ý tưởng tốt về quỹ đạo của chúng. Thời gian giữa các lần di chuyển cho chúng ta biết chúng cần bao lâu để quay quanh ngôi sao, được gọi là chu kỳ quỹ đạo của nó. Khoảng thời gian quỹ đạo của một hành tinh phụ thuộc vào khối lượng của ngôi sao và khoảng cách của hành tinh từ ngôi sao. Vì chúng ta biết được khối lượng của TRAPPIST-1 khá hợp lý, chúng ta có thể tính được khoảng cách của mỗi hành tinh. Bằng cách đo chiều dài của mỗi quá cảnh chúng ta cũng có thể có được một ý tưởng về tốc độ của mỗi hành tinh. Vì tốc độ này đồng nghĩa với tốc độ của quỹ đạo tròn, chúng ta biết rằng các quỹ đạo của các hành tinh này khá tròn, giống như các hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta.


Đó là một hệ thống mặt trời tuyệt vời, nhưng nó có thể là một hệ thống có khả năng có sự sống? Đó là một câu hỏi hoàn toàn khác, và điều này cần phải được khám phá cẩn thận hơn. Ba trong số những hành tinh này nằm ở khoảng cách có khả năng sinh sống được, có nghĩa là lý thuyết nước lỏng có thể tồn tại trên bề mặt của chúng. Mặc dù chúng ta biết kích thước của các hành tinh này cũng tương tự như Trái đất, chúng ta không biết khối lượng của chúng. Chúng ta cũng không có dữ liệu về việc chúng có bầu khí quyển hay không, hoặc nếu chúng ướt hoặc khô. Tất cả những điều này đều ảnh hưởng đến môi trường sống tiềm năng của chúng. Nhưng ngay cả khi không có thông tin này, chúng ta có thể đưa ra một số phỏng đoán về những gì chúng ta biết về các hành tinh khác và các hệ hành tinh. Đó là một chủ đề hấp dẫn, và mời các bạn đón đọc trong những bài viết tiếp theo.


(Bài dịch từ Tác giả Ethan Siegel)

Chúng ta có thể tồn tại khi du hành không gian kéo dài?

Chúng ta có thể tồn tại khi du hành không gian kéo dài?

Du hành không gian?

 

Du lịch không gian kéo dài có một số tác động nghiêm trọng đến cơ thể con người. Môi trường không trọng lực sẽ làm suy yếu cơ bắp và sự phát triển của xương. Những đợt bức xạ cường độ cao gây ra những đột biến không thể đảo ngược. Khi chúng ta nghiêm túc xem xét khi loài người du lịch không gian, một câu hỏi lớn được đặt ra: ngay cả nếu chúng ta thoát ra khỏi quỹ đạo của Trái đất, liệu chúng ta có thể thích nghi với môi trường khắc nghiệt của vũ trụ không?
 

Từ trường Trái Đất có thể cản một phần bức xạ năng lượng cao khi du hành không gian.

Những thắc mắc này sẽ được Lisa Nip làm rõ và hé lộ cho lời giải đáp du hành không gian của loài người qua đoạn video sau:

Năng lượng tối, vật chất tối là gì?

 Năng lượng tối là gì?

Năng lượng tối là một dạng năng lượng chưa được biết đến mà được giả thuyết có khắp nơi trong vũ trụ, là loại năng lượng được cho là gây ra sự gia tốc giãn nở của vũ trụ. Năng lượng tối là giả thuyết được chấp nhận nhất để giải thích cho các quan sát từ những năm 1990 chỉ ra rằng vũ trụ đang giãn nở với tốc độ tăng tốc. 

Minh hoạ sự gia tốc giãn nở của vũ trụ do vật chất tối. Ảnh: Wikipedia

Trên thực tế chúng ta vẫn chưa biết nhiều về năng lượng tối, và nó vẫn còn là bí ẩn lớn đối với ngành khoa học vũ trụ và thiên văn. Nhưng năng lượng tối là một bí ẩn rất quan trọng. Năm 1998, hai nhóm nhà khoa học nghiên cứu siêu tân tinh loại Ia đã giới thiệu về bằng chứng cho thấy vũ trụ đang giản nở nhanh dần.  Các quan sát tiếp theo, bao gồm cả các nghiên cứu chi tiết hơn về các siêu tân tinh và bằng chứng độc lập từ các nền vi sóng vũ trụ CMB, cấu trúc quy mô lớn, và các cụm thiên hà, đã khẳng định và củng cố vững chắc phát hiện đáng chú ý này.

Một siêu tân tinh loại Ia, điểm sáng ở giữa thiên hà. Ảnh: Wikipedia.

Hiện này, dựa trên các kết quả nghiên cứu mới nhất từ nhóm các nhà khoa học sử dụng dữ liệu của CMB từ vệ tinh Planck đã chỉ ra rằng vũ trụ chiếm khoảng 68,3 % là năng lượng tối, 26,8 % là vật chất tối và chỉ khoảng 4,9 % là vật chất thông thường mà tạo nên các hành tinh, các ngôi sao, thiên hà, hay Trái Đất, con người....

Bản chất của năng lượng tối

Năng lượng tối được cho là rất đồng nhất, không phải là rất dày đặc và không được biết đến tương tác thông qua bất kỳ của các lực cơ bản khác so với lực hấp dẫn.  Vì nó là khá loãng - khoảng 10-27 kg / m3 - do đó nó dường như không thể phát hiện được trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm.  Lý do năng lượng tối có thể có một tác động sâu sắc trên toàn vũ trụ, chiếm đến 68% mật độ toàn vũ trụ, mặc dù nó rất loãng là bởi vì nó lấp đầy hoàn toàn mọi không gian rỗng trong vũ trụ.

Một cách giải thích cho năng lượng tối là nó là một tính chất của không gian. Albert Einstein là người đầu tiên nhận ra rằng không gian trống không phải là không có gì cả. Không gian có tính chất tuyệt vời, nhiều trong số đó chỉ mới đang bắt đầu được chúng ta hiểu dần.  Các tính chất đầu tiên mà Einstein phát hiện ra là nó có thể cho nhiều không gian hơn để đi vào sự tồn tại. Sau đó, một phiên bản của lý thuyết hấp dẫn của Einstein, phiên bản mà có chứa một hằng số vũ trụ, tạo ra một dự đoán thứ hai: "không gian trống" có thể có năng lượng riêng của nó.  

Hình ảnh mô tả sự phân bố của vật chất tối, thiên hà và các khí nóng trong lõi của cụm thiên hà Abell 520. Ảnh: NASA

Bởi vì năng lượng này là một thuộc tính của chính không gian, nó sẽ không bị pha loãng khi không gian mở rộng. Khi có thêm không gian đi vào sự tồn tại, sẽ có nhiều hơn năng lượng của không gian sẽ xuất hiện. Kết quả là, dạng năng lượng này sẽ khiến cho vũ trụ giãn nở nhanh hơn và nhanh hơn. Thật không may, không ai hiểu tại sao thậm chí cần phải có hằng số vũ trụ, càng ít hơn các lý do tại sao nó sẽ có giá trị chính xác nào mà gây ra sự tăng tốc của vũ trụ được quan sát hiện nay.

Một lời giải thích cho cách mà vũ trụ cần đến năng lượng tối này xuất phát từ lý thuyết lượng tử của vật chất. Trong lý thuyết này, "không gian trống"  Trong lý thuyết này, "không gian trống" thực chất hoàn toàn là các hạt tạm thời ("ảo") mà liên tục hình thành và sau đó biến mất. Nhưng khi các nhà vật lý đã cố gắng để tính toán bao nhiêu năng lượng này sẽ cung cấp cho không gian trống rỗng, một câu trả lời rất rất sai đã được đưa ra. Do đó bí ẩn vẫn tiếp tục.

Một cách giải thích khác rằng năng lượng tối là một dạng mới của trường hoặc dạng chất lỏng động lực học, một thứ gì đó lấp đầy tất cả các không gian, mà ảnh hưởng đến việc giãn nở của vũ trụ và trái ngược với lại vật chất và năng lượng bình thường.  Một số nhà khoa học lý thuyết đã đặt tên cho năng lượng tối này "quintessence", hay nguyên tố thứ năm của các nhà triết học Hy Lạp. Nhưng, nếu quintessence là câu trả lời, chúng ta vẫn không biết nó là như thế nào, nó tương tác với cái gì, hoặc lý do tại sao nó tồn tại. Vì vậy, những bí ẩn vẫn tiếp tục.

Một khả năng cuối cùng là lý thuyết hấp dẫn của Einstein là không chính xác. Điều đó sẽ không chỉ ảnh hưởng đến việc mở rộng của vũ trụ, nhưng nó cũng sẽ ảnh hưởng đến cách vật chất thông thường trong các thiên hà và các cụm thiên hà tác động như thứ nào.  Thực tế này sẽ cung cấp một cách để quyết định nếu các lời giải cho vấn đề năng lượng tối là một lý thuyết hấp dẫn mới hay không: chúng ta có thể quan sát các thiên hà liên kết với nhau trong cụm thiên hà như thế nào. Nhưng nếu nó xảy ra rằng một lý thuyết mới về trọng lực là cần thiết, loại lý thuyết đó sẽ là gì? Làm thế nào nó có thể mô tả một cách chính xác chuyển động của các vật thể trong hệ mặt trời, như lý thuyết của Einstein được biết đến để giải thích, và vẫn cung cấp cho chúng ta những dự đoán khác nhau cho vũ trụ mà chúng ta cần? Và vẫn có giả thuyết khác, nhưng không thuyết phục. Vì vậy, những bí ẩn vẫn tiếp tục.

 Vật chất tối là gì?

Cùng với năng lượng tối thì vật chất tối cũng là một dạng vật chất vẫn còn bí ẩn với các nhà khoa học. Vật chất tối là dạng vật chất không giống như dạng vật chất thông thường. Vật chất tối không phát ra hay hấp thụ các bức xạ trường điện từ chẳng hạn như ánh sáng. Mặc dù không quan sát được trực tiếp vật chất tối, nhưng chúng ta biết được sự tồn tại của nó thông qua các hiệu ứng hấp dẫn chẳng hạn như chuyển động của các vật chất trong các thiên hà, hay hiệu ứng thấu kính hấp dẫn.

(Toto - Tham khảo NASA, Wikipedia)

Vũ trụ có trung tâm không?

Vũ trụ bắt đầu từ một Big Bang

Vũ trụ trông gần giống nhau trong tất cả các hướng, nhưng các thiên hà xa xôi xuất hiện trẻ hơn và ít tiến hoá hơn so với những thiên hà ở gần. Ảnh: NASA, ESA

Vũ trụ của chúng ta đã bắt đầu từ một "Big Bang", nhưng điều đó không có nghĩa là chúng ta hình dung nó một cách chính xác. Hầu hết chúng ta nghĩ về nó như một vụ nổ: nơi mà mọi thứ bắt đầu nóng và đặc tất cả cùng một nơi, sau đó mở rộng và hạ nhiệt dần như các mảnh vỡ khác nhau đẩy xa nhau. Nhưng hình ảnh lôi cuốn đó không đúng hoàn toàn. Điều này dẫn tới Jasper Evers đã hỏi một câu hỏi rất hay cho nhà vật lý thiên văn học Ethan Seigel:

"Tôi tự hỏi làm thế nào mà lại không có một trung tâm của vũ trụ và các bức xạ nền vũ trụ là [cách đều] xa nhau ở khắp mọi nơi chúng ta nhìn. Dường như với tôi khi vũ trụ mở rộng ... nên có một nơi mà nó bắt đầu mở rộng."

Hãy nghĩ về vật lý của một vụ nổ trong một khoảnh khắc, và những gì vũ trụ chúng ta sẽ như thế nào nếu nó bắt đầu từ một điểm.

Các giai đoạn đầu tiên của sự bùng nổ của vụ thử hạt nhân Trinity, chỉ 16 phần nghìn giây sau vụ nổ. Phía trên cùng của quả cầu lửa cao 200 mét. Ảnh: Berlyn Brixner, từ 16 tháng 7 năm 1945.

Trung tâm của vũ trụ?

Một vụ nổ bắt đầu tại một điểm, và mở rộng ra phía ngoài nhanh chóng. Các vật chất chuyển động nhanh nhất di chuyển ra phía ngoài nhanh nhất, và do đó lây lan ra nhanh nhất. Bạn càng xa trung tâm của vụ nổ thì càng ít vật chất tiếp cận với bạn hơn. Mật độ năng lượng giảm dần theo thời gian đi về khắp mọi nơi, nhưng nó giảm xuống nhanh hơn khi xa hơn từ vụ nổ, bởi vì vật chất năng lượng là thưa thớt hơn ở vùng ngoại ô. Không quan trọng bạn đang ở đâu, bạn sẽ luôn luôn có thể - giả sử bạn không bị phá hủy sau vụ nổ - tái tạo lại trung tâm của vụ nổ.

Các cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ thay đổi theo thời gian, như khiếm khuyết nhỏ phát triển để tạo thành các ngôi sao và thiên hà, sau đó kết hợp với nhau để tạo thành các thiên hà lớn như chúng ta thấy ngày nay. Ảnh: Chris Blake và Sam Moorfield.

Nhưng đây không phải là vũ trụ mà chúng ta thấy. Vũ trụ trông giống nhau ở những khoảng cách lớn và ngắn: mật độ như nhau, năng lượng như nhau, số đếm mật độ thiên hà như nhau... Các đối tượng ở xa, di chuyển ra xa chúng ta với tốc độ lớn, dường như không có độ tuổi giống như các đối tượng gần hơn với chúng ta mà di chuyển ở tốc độ chậm hơn; chúng trông trẻ. Và nếu chúng ta hãy xem làm thế nào tất cả mọi thứ đang chuyển động trong vũ trụ, chúng ta thấy rằng mặc dù thực tế rằng chúng ta có thể thấy từ hàng chục tỷ năm ánh sáng, trung tâm vũ trụ được tái tạo lại nằm ngay ở vị trí của chúng ta.

Siêu cụm thiên hà Laniakea, với vị trí của dải Ngân hà hiện trong màu đỏ, chỉ là một phần tỉ khối lượng của vũ trụ quan sát được. Nếu vũ trụ đã bắt đầu với một vụ nổ, thiên hà Milky Way sẽ gần như là trung tâm chính xác. Ảnh: Tully, R. B., Courtois, H., Hoffman, Y & Pomarède, D. Nature 513, 71-73 (2014).

Điều đó có nghĩa là chúng ta, trong số tất cả các tỷ tỷ của các thiên hà trong vũ trụ, đã xảy ra để được ở trung tâm của vụ nổ Big Bang? Và rằng 'bang' ban đầu đã được cấu hình chỉ trong một cách như vậy - với mật độ và năng lượng không đều, không đồng nhất và thứ ánh sáng ở thời điểm bắt đầu mà ngày nay có nhiệt độ 2.7 Kelvin; chung quy lại cho thấy chúng ta đang ở trung tâm?

Một vụ nổ trong vũ trụ sẽ phải di chuyển vật chất ngoài cùng đi nhanh nhất, có nghĩa là nó sẽ ít đậm đặc hơn, sẽ mất năng lượng nhanh nhất, và sẽ hiển thị các thuộc tính khác nhau càng ở xa bạn từ trung tâm. Nó cũng sẽ cần phải mở rộng thành một cái gì đó, chứ không phải là kéo dài không gian riêng của mình. Vũ trụ của chúng ta không hỗ trợ điều này. Ảnh: ESO.

Vũ trụ giãn nở

Thay vào đó, những gì thuyết tương đối rộng tiên đoán không phải là một vụ nổ, nhưng mà là một sự giãn nở. Một vũ trụ bắt đầu từ trạng thái nóng, dày đặc có cấu trúc của nó mở rộng. Có một quan niệm sai lầm rằng điều này sẽ bắt đầu từ một điểm duy nhất; nó không phải là như vậy! Thay vào đó, có một khu vực có các đặc tính này - chứa đầy vật chất, năng lượng, vv - và sau đó vũ trụ tiến hóa theo các định luật của lực hấp dẫn.
 
Video:

Nó có tính chất giống nhau ở khắp mọi nơi, bao gồm mật độ, nhiệt độ, số lượng của các thiên hà, vv Nếu chúng tôi đã nhìn ra ngoài, mặc dù những gì chúng ta muốn nhìn thấy sẽ là bằng chứng của một Vũ trụ tiến hóa. Bởi vì Big Bang xảy ra ở khắp mọi nơi cùng một lúc một số lượng hữu hạn của thời gian trước đây trong một vùng không gian, và khu vực đó là tất cả những gì quan sát được đối với chúng ta, khi chúng ta nhìn từ điểm thuận lợi của chúng ta, chúng ta đang nhìn thấy một vùng không gian mà không quá khác nhau từ vị trí của chúng ta trong quá khứ.

Nhìn lại khoảng cách vũ trụ lớn là giống như nhìn lại quá khứ. Vũ trụ húng ta có tuổi là 13,8 tỷ năm kể từ khi Big Bang, nơi chúng tôi đang có, nhưng Big Bang cũng đã xảy ra ở khắp mọi nơi khác chúng ta có thể nhìn thấy. Ánh sáng di chuyển theo thời gian với những thiên hà có nghĩa là chúng ta đang nhìn thấy những khu vực xa xôi như trong quá khứ. tín dụng Ảnh: NASA, ESA

Các thiên hà mà ánh sáng của chúng mất một tỷ năm để đến được tới chúng ta xuất hiện như chúng ở thời điểm một tỷ năm trước; thiên hà có ánh sáng mất mười tỷ năm để đến được chúng ta xuất hiện như khi lúc mười tỷ năm trước! 13,8 tỷ năm trước, vũ trụ được chứa đầy bởi các bức xạ, không phải là vật chất, và khi vũ trụ hình thành nguyên tử trung hòa đầu tiên, các bức xạ vẫn còn tồn tại, đã đang lạnh dần và dịch chuyển đỏ do vũ trụ mở rộng. Những gì chúng ta thu nhận được của những "nền vi sóng vũ trụ" không chỉ là ánh sáng còn sót lại từ thời Big Bang, mà bức xạ này có thể quan sát từ bất kỳ vị trí nào trong vũ trụ.

Chỉ có một vài trăm μK - một vài trên 100.000 - tách biệt giữa các khu vực nóng nhất từ lạnh nhất khi chúng ta nhìn lại những nền vi sóng vũ trụ. Ảnh: ESA và Planck

Trung tâm của vũ trụ có thể là vô hạn

Không nhất thiết phải là một trung tâm đến vũ trụ; những gì chúng ta gọi là "khu vực" của không gian nơi mà Big Bang xảy ra có thể là vô hạn. Nếu có một trung tâm, nó theo nghĩa đen có thể là bất cứ nơi nào và chúng ta sẽ không biết được; một phần của vũ trụ chúng ta có thể quan sát là không đủ để tiết lộ thông tin đó. Chúng ta cần phải nhìn thấy một cạnh, một đẳng hướng cơ bản (nơi các hướng khác nhau xuất hiện khác nhau) ở nhiệt độ và thiên hà đếm, và vũ trụ của chúng ta, trên quy mô lớn nhất, thực sự không giống nhau ở khắp mọi nơi và trong mọi hướng.

Minh hoạ vũ trụ quan sát được ở thang logarit. Ảnh: Wikipedia.

Không có một nơi mà vũ trụ bắt đầu mở rộng vì Big Bang; nhưng có một thời điểm từ khi vũ trụ bắt đầu mở rộng. Đó chính là những gì của Big Bang: một điều kiện ảnh hưởng đến toàn bộ vũ trụ quan sát được tại một thời điểm cụ thể. Đó là lý do tại sao khi quan sát ở khoảng cách lớn hơn trong tất cả các hướng có nghĩa là nhìn lại quá khứ. Đó là lý do tại sao tất cả các hướng xuất hiện có tính chất tương đồng nhất. Và đó là lý do tại sao câu chuyện của chúng ta về quá trình tiến hóa của vũ trụ có thể được truy trở lại xa như vậy bằng các đài quan sát của chúng ta có thể nhìn thấy.

Các thiên hà tương tự như thiên hà Milky Way khi
chúng đang ở thời kỳ trước đây - và khoảng cách lớn hơn - trong vũ trụ. Ảnh: NASA, ESA.

Có lẽ vũ trụ có hình dạng hữu hạn và một kích thước hữu hạn, nhưng nếu nó không, thông tin đó là không thể tiếp cận với chúng ta. Các phần của vũ trụ quan sát được đối với chúng ta là hữu hạn, và thông tin không được chứa bên trong nó. Nếu bạn nghĩ về vũ trụ như một quả bóng, một ổ bánh mì hoặc bất kỳ tương tự khác mà bạn thích, hãy nhớ rằng bạn chỉ có thể truy cập vào một phần rất nhỏ của vũ trụ thực tế; những gì quan sát được đối với chúng ta là chỉ có một giới hạn thấp hơn rất nhiều so với những gì mà nó có trên thực tế.

Nó có thể là hữu hạn, nó có thể là vô hạn, nhưng những gì chúng ta chắc chắn đó là nó đang giãn nở, nó ngày càng ít dày đặc hơn, và khi chúng ta càng nhìn xa hơn, thì chúng tôi càng có thể nhìn thấy xa hơn về trong quá khứ của vũ trụ. Như vật lý thiên văn Katie Mack nói:

"Vũ trụ đang mở rộng cách tâm trí của bạn được mở rộng. Nó không mở rộng vào bất cứ điều gì; bạn chỉ nhận thấy nó càng ngày ít dày đặc hơn." 

(Toto - Theo Forbes) 

Các dòng Ion oxy rò rỉ từ Trái Đất đến Mặt Trăng

Bầu khí quyển của Trái Đất đang rò rỉ khí oxy qua hàng tỉ năm.

Bóng của Mặt Trăng giúp tìm hiểu bầu khí quyển. Ảnh: Jaxa.

Các hạt năng lượng cao từ gió mặt trời bắn phá mặt trăng gần như tất cả thời gian, ngoại trừ cho một khoảng thời gian kéo dài năm ngày mỗi tháng, khi Trái Đất đi giữa mặt trời và mặt trăng.

Trong khi từ trường của Trái đất bảo vệ mặt trăng từ như hàng rào của mặt trời, nó cũng tạo ra dòng các ion mà chảy giữa hai nơi. Khu vực này, được gọi là các tấm plasma, được tạo ra chủ yếu bởi hydro nhưng cũng chứa một số các ion oxy năng lượng cao.

Các dòng nguyên tử oxy thoát ra bầu khí quyển của Trái Đất theo các dòng plasma

Khi mặt trăng nằm trong khu vực tấm plasma này, ion oxy từ trái đất có thể được thổi vào bề mặt của mặt trăng, nơi chúng kéo dài với độ dày khoảng 2 micromet.

Trong suốt năm 2008, tàu thăm dò SELENE của Nhật Bản - biệt danh Kayuga - đã bay cùng với mặt trăng vào trong vùng bóng tối của Trái đất mỗi tháng, tính lượng ion như nó đã nhận được. Nó đã tìm thấy nồng độ cao đột xuất các ion oxy năng lượng cao trên đường từ trái đất đến mặt trăng - ion mà không thể đến từ gió mặt trời.

Đến mặt trăng và trở lại

"Sinh quyển được ổn định bởi mặt trăng và các loài thực vật đã tạo ra quang hợp để tạo thành oxy, sau đó oxy được vận chuyển đến mặt trăng", Kentaro Terada tại Đại học Osaka tại Nhật Bản cho biết.

Những ion trên mặt trăng có thể giúp chúng ta hiểu được nước và các hợp chất dễ bay hơi khác được tạo ra ở đó như thế nào. Oxy và hydro trên mặt trăng từ đâu đến, và làm thế nào chúng sẽ chuyển đổi để thành nước, là mối quan tâm lớn với các nhà khoa học và để có thể đưa con người lên mặt trăng trong tương lai", Kathleen Mandt tại Viện Nghiên cứu Tây Nam ở San Antonio, Texas cho biết.

Thêm vào đó, nghiên cứu oxy trên mặt trăng có thể giúp chúng ta hiểu được bầu khí quyển nó đến từ đâu. Chúng ta đã biết rất nhiều về những gì khí quyển của chúng ta trông giống như bây giờ, nhưng thực sự vô cùng khó khăn để nghiên cứu lịch sử của nó trên một quy mô của hàng triệu hoặc hàng tỉ năm.

Nếu các hạt trong khí quyển tồn tại trong bụi mặt trăng, các nhà nghiên cứu có thể tìm hiểu về Trái đất bằng cách nghiên cứu các mảnh vụn ion mà chúng để lại trên mặt trăng.

Ngay cả sao Hỏa, với từ trường yếu của nó, cũng có một tấm plasma, trong đó cho thấy rằng quá trình này có thể xảy ra ở đó. Terada hy vọng rằng một sứ mệnh đã được lên kế hoạch của JAXA lên mặt trăng Phobos của sao Hỏa cũng có thể khôi phục lại bằng chứng của lịch sử sao Hỏa.

(Toto - Theo Nature Astronomy)

Phương pháp tìm hàng trăm hành tinh giống Trái Đất

Phương pháp tìm hàng trăm hành tinh giống Trái Đất

Nhà thiên văn học Dimitar Sasselov và các đồng nghiệp đang tìm kiếm sự sống giống Trái Đất (các ngoại hành tinh) mà có thể một ngày nào đó giúp chúng ta trả lời cho câu hỏi về nguồn gốc và sự tồn tại của sự sống sinh học ở đâu đó trong vũ trụ và cả trên Trái Đất. Các kết quả ban đầu cho thấy họ đã tìm được 706 "ứng viên" mà trong số đó các nghiên cứu sau này có thể sẽ chứng minh là các hành tinh có các đặc tính địa lý và hoá học giống như Trái Đất.

Phương pháp di chuyển để phát hiện ngoại hành tinh giống Trái Đất. Ảnh: Nasa

Trong bài diễn thuyết này ông sẽ trình bày phương pháp mà kính thiên văn Kepler của Nasa phát hiện ra các ngoại hành tinh.


Tại thời điểm tháng 7 năm 2010, các nhà thiên văn học mới phát hiện được khoảng 460 hành tinh. Đến hôm nay ngày 24/01/2017, kính thiên văn Kepler đã phát hiện được 4696 hành tinh và trong đó 2331 hành tinh được xác nhận là giống Trái Đất. https://www.nasa.gov/kepler/discoveries

Làm thế nào để nhìn vào bên trong bộ não?

Làm thế nào để nhìn vào bên trong bộ não?

Trong bài học này Carl Schoonover sẽ giúp chúng ta tìm hiểu về các công cụ giúp các bác sĩ y khoa có thể nhìn vào phía trong não bộ.

Chất nhuộm cho mô não. Ảnh: TED

Tưởng tượng rằng bạn muốn hiểu làm thế nào một cái máy tính hoạt động đượcvà tất cả mọi thứ bạn có thể nhìn thấy là bàn phím, con chuột, màn hình.Bạn thực sự đã không gặp may mắn.Bạn muốn có khả năng mở nó ra, tháo tung ra,để nhìn vào đống dây bên trong.Và cho đến hơn một thế kỉ trước một chút,không ai có thể có thể làm điều đó với bộ não.Không ai được từng nhìn thoáng qua sợi dây thần kinh của bộ não  

Và lý do là vì nếu bạn bỏ bộ não ra khỏi sọvà bạn cắt một lát mỏng của nó,ngay cả bỏ nó vào một kính hiển vi cực ký hiện đại,bạn cũng không thể thấy gì hết.Nó màu xám và không có hình dạng.Cũng không có cấu trúc. Nó chẳng giúp bạn hiểu thêm được điều gì. 

Và tất cả điều này thay đổi vào cuối thế kỉ 19.Bất ngờ, những hóa chất nhuộm mới cho mô não đã được phát triểnvà chúng cho chúng ta những cái nhìn thoáng qua về dây thần kinh.Máy tính đã được mở bung ra. 

Như vậy thứ thực sự khởi động ngành khoa học thần kinh hiện đạilà một thuốc nhuộm gọi là thuốc nhuộm Golgi.Và nó cũng hoạt động theo một cách riêng biệt.Thay vì nhuộm tất cả các tế bào trong mô,theo cách nào đó nó chỉ đánh dấu một phần trăm tế bào.Nó dọn đám rừng, tiết lộ các cây bên trongNếu mọi thứ đều đã được dán nhãn, kết quả ta sẽ không thấy được gì.Vì vậy bằng cách nào đó, nó chỉ ra rằng cái gì trong đó (bộ não) 
    

Video cách nhìn vào phía trong bộ não:

(Theo TED)