Sự sống trong vũ trụ phổ biến đến mức nào?

Một số nhà sinh vật học vũ trụ tin rằng sự sống là hiếm, trong khi những người khác tin rằng nó phổ biến trong Vũ trụ. Vậy làm thế nào để chúng ta có thể biết được quan điểm nào là chính xác?

Sự sống hiện diện khắp nơi trên Trái Đất, và trong nhiều thế kỷ, điều này đã khiến chúng ta suy đoán rằng sự sống cũng có thể tồn tại trên các hành tinh khác. Chắc chắn rằng, với diện tích rộng lớn ngoài kia, một phần nào đó trong số đó phải có sự sống. Và có lẽ, một số dạng sống ngoài hành tinh đã tiến hóa để trở nên thông minh.

Tuy nhiên, cho đến nay, chúng ta vẫn chưa có bất kỳ bằng chứng nào về sự sống ngoài hành tinh đủ thuyết phục theo tiêu chuẩn khoa học. Vấn đề này thường được gọi là Nghịch lý Fermi hoặc Sự Im lặng Vĩ đại khi nói về sự sống phát triển công nghệ cao. Nếu người ngoài hành tinh thật sự nhiều đến thế trong Vũ trụ, tại sao chúng ta vẫn chưa gặp họ? (Một câu trả lời có thể hơi tối hơn các câu trả lời khác.)

Vườn thú vũ trụ

Có thể giả định rằng sự sống phong phú là không đúng. Trong cuốn sách nổi tiếng của mình năm 2000, Trái Đất Hiếm, Peter Ward và Ron Brownlee từ Đại học Washington cho rằng lịch sử tự nhiên của hành tinh chúng ta đã được quyết định bởi rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên. Khi xem xét tất cả các yếu tố này cùng nhau, họ cho rằng điều kiện của Trái Đất không thể tồn tại ở nơi nào khác. Họ kết luận rằng sự sống vi khuẩn có thể xuất hiện trên một số hành tinh nhất định, nhưng khả năng tiến hóa thành sự sống phức tạp và thông minh là rất hiếm.

Tôi đồng ý rằng Trái Đất – đặc biệt là sự kết hợp chính xác của các điều kiện địa chất và môi trường trên hành tinh chúng ta – là duy nhất, hoặc gần như duy nhất, giống như chỉ có một Mozart duy nhất. Nhưng điều đó không có nghĩa là không thể có các phong cách âm nhạc khác. Mười lăm năm sau Trái Đất Hiếm, William Bains từ Đại học Cambridge và tôi đã đưa ra một giả thuyết đối lập mà chúng tôi gọi là Vườn thú Vũ trụ. Cũng giống như có nhiều thể loại âm nhạc khác nhau, chúng tôi đề xuất rằng có nhiều cách để sự sống tiến hóa từ vi khuẩn thành các dạng sống lớn và phức tạp mà chúng ta thường liên tưởng đến động vật và thực vật.

William và tôi đặc biệt xem xét các giai đoạn tiến hóa đã xảy ra trên Trái Đất từ khi sự sống xuất hiện cho đến khi xuất hiện sự sống thông minh. Chúng tôi phát hiện ra rằng nhiều bước trong số này đã được đạt được nhiều lần, sử dụng các con đường hóa sinh khác nhau. Ví dụ, trí thông minh đã phát triển ở nhiều loài khác nhau thuộc các giống khác nhau, từ bạch tuộc đến quạ đến cá heo. Chúng tôi kết luận rằng một khi sự sống đã xuất hiện lần đầu tiên, nó sẽ dần tiến hóa trở nên phức tạp và có kích thước lớn hơn, miễn là hành tinh còn duy trì được khả năng sinh sống trong thời gian đủ dài.

Hai ngoại lệ

Tuy nhiên, có hai ngoại lệ. Đầu tiên, mặc dù khó tìm thấy bất kỳ nhà khoa học nào tin rằng nguồn gốc sự sống trên Trái Đất là một sự kiện duy nhất, chúng ta vẫn chưa hiểu rõ về cách và nơi nó xuất hiện. Do đó, chúng ta không thể loại trừ khả năng Ward và Brownlee đúng và chúng ta đang sống trong một Vũ trụ khá trống trải.

Ngoại lệ thứ hai là sự sống có công nghệ tiên tiến chỉ xuất hiện có thể duy nhất một lần trên hành tinh của chúng ta. Chúng ta vẫn gặp khó khăn khi giải thích tại sao chỉ có con người đạt được điều này mà không có loài nào khác. Vì chúng ta nghĩ rằng nó chỉ xảy ra một lần ở đây, rất khó để ước tính mức độ phổ biến của bước quan trọng này trên một thế giới khác. Nếu nó cực kỳ khó khăn, có thể có nhiều hành tinh có động vật và thực vật, nhưng hầu như không có hành tinh nào có tàu vũ trụ hoặc kính viễn vọng vô tuyến có thể gửi cho chúng ta một tín hiệu. Đó là lý do chúng tôi gọi giả thuyết của mình là Vườn thú Vũ trụ.

Trái Đất Hiếm vs. Vườn thú Vũ trụ

Vậy làm thế nào để chúng ta biết quan điểm nào là đúng? Một cách tiếp cận là tìm kiếm sự sống trong Hệ Mặt Trời của chúng ta. Có một số hành tinh và mặt trăng mà chúng ta có thể tìm thấy sự sống vi khuẩn, bao gồm sao Hỏa, Europa, Enceladus, Titan, và thậm chí là sao Kim. Nếu chúng ta phát hiện ra vi khuẩn ở bất kỳ nơi nào trong số này – đặc biệt nếu chúng dường như đã xuất hiện một cách độc lập với Trái Đất – điều đó sẽ gợi ý rằng sự sống phổ biến trong Vũ trụ. Chúng ta sẽ có hai ví dụ trong một hệ sao duy nhất.

Tuy nhiên, điều đó vẫn không giúp chúng ta phân biệt được giữa các giả thuyết Trái Đất Hiếm và Vườn thú Vũ trụ. Nơi duy nhất trong Hệ Mặt Trời của chúng ta mà chúng ta có thể có cơ hội tìm thấy sự sống phức tạp và to lớn là dưới lớp băng của Europa, trong đại dương dưới bề mặt của nó – nếu có các miệng phun thủy nhiệt ở đáy đại dương của Europa có thể hỗ trợ cho sự sống động vật, như trường hợp ở các đại dương của Trái Đất. Nhưng để tìm kiếm sự sống thông minh, chúng ta chắc chắn phải tìm xa hơn, tới các hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời.

Vậy, sự sống trong Vũ trụ phổ biến đến mức nào?

Tính đến hiện nay, chúng ta đã phát hiện khoảng 5.000 hành tinh này, nhưng con số sẽ sớm tăng cao với các đài quan sát mới như Kính thiên văn Không gian James Webb. Các dự án tiên tiến hơn trong tương lai như Star Shade có thể sẽ làm cho việc tách ánh sáng của một ngôi sao khỏi các hành tinh của nó dễ dàng hơn. Điều này sẽ là một bước tiến lớn trong việc đánh giá xem một hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời có các thay đổi theo mùa, nước lỏng trên bề mặt hay các đặc điểm khác có thể làm cho nó có thể sống được. Nhưng ngay cả điều đó cũng không đảm bảo sự sống có tồn tại – có thể nó chưa bao giờ xuất hiện, hoặc nếu có, có thể đã bị quét sạch bởi một tai họa thiên văn như một vụ va chạm lớn hoặc một vụ nổ siêu tân tinh gần đó.

Dù sao đi nữa, những loại hành tinh này sẽ là những ứng viên hàng đầu khi chúng ta tìm kiếm sự sống ở nơi khác. Chúng ta sẽ tìm kiếm các hợp chất hữu cơ cụ thể, như chlorophyll, mà chỉ có thể được sản xuất với số lượng lớn bởi các sinh vật sống, hoặc có thể là dấu hiệu của một khối sinh học lớn (chẳng hạn như một khu rừng mưa) có thể gây ra sự thay đổi các thông số môi trường như nhiệt độ hoặc phân bố mây, do đó có thể phân biệt được với một cảnh quan chỉ có đá và cát. Tất nhiên, công việc của chúng ta sẽ dễ dàng hơn nếu chúng ta tìm thấy một nền văn minh có công nghệ cao đang phát ra tín hiệu vô tuyến hoặc quang học hoặc thải ra các hợp chất vào bầu khí quyển mà chỉ có thể được tạo ra nhân tạo.

Nếu chúng ta chỉ nhìn vào hành tinh của chúng ta – nơi sự sống vi khuẩn đã tồn tại khoảng 4 tỷ năm, sự sống động vật không quá 1 tỷ năm, và sự sống công nghệ cao hơn 100 năm – thì có vẻ như khả năng cao hơn là chúng ta sẽ phát hiện ra sự sống kém tiến hóa hơn trên các hành tinh khác. Những nỗ lực ước tính xác suất, chẳng hạn như Chỉ số Phức tạp Sinh học hoặc Phương trình Drake, thường dự đoán số lượng cao các hành tinh có sự sống phức tạp hoặc các nền văn minh tiên tiến về công nghệ, nhưng những ước tính đó phụ thuộc rất nhiều vào các tham số đầu vào. Và với hầu hết các tham số đó, chúng ta chỉ có một sự hiểu biết rất hạn chế.

Tuy nhiên, cơ hội tìm thấy sự sống là tốt, nếu chúng ta có thể nhìn ra ngoài khu vực sao của chính mình đến các vùng xa hơn trong thiên hà.