Earth - Sun electric connection
Chương 16: "Bất thường" trong định tuổi bằng carbon phóng xạ

Chúng ta hãy xem định tuổi bằng carbon phóng xạ hoạt động thế nào. Carbon-12 (12C) là carbon "bình thường" (6 neutron và 6 proton). Khi 2 neutron được thêm vào, nó trở thành carbon-14 (14C). Sự chuyển đổi của carbon-12 thành carbon-14 được gây ra bởi bức xạ vũ trụ. Cụ thể là tia vũ trụ (phát ra bởi các ngôi sao) tương tác với khí quyển và tạo ra 2,4 nguyên tử carbon-14 trên mỗi cm vuông mỗi giây. Điều này có nghĩa là, tính trung bình, với mỗi nguyên tử carbon-14 có 1012 nguyên tử carbon-12.

Carbon (cả 12C và 14C) kết hợp với ôxy để tạo ra CO2. CO2 lại được hấp thụ bởi cây cối và rồi động vật. Vậy là, khi những sinh vật sống này chết đi, chúng chứa 1 nguyên tử carbon-14 cho mỗi 1012 nguyên tử carbon-12. Tuy nhiên, carbon-14 có một đặc tính độc đáo: nó phân rã. Cứ mỗi 5568 năm, một nửa số carbon-14 biến mất (biến đổi thành nitơ-14). Vì vậy, khi một hóa thạch được phát hiện, các nhà khoa học đo tỷ lệ carbon-12 trên carbon-14. Con số này càng cao thì càng nhiều carbon-14 đã phân rã, và do đó, mẫu vật càng cũ bấy nhiêu.

Dễ hiểu là phương pháp đơn giản này rất hấp dẫn. Tuy nhiên, lưu ý rằng toàn bộ quá trình được dựa trên một giả định cơ bản: tỷ lệ carbon-12 trên carbon-14 là không đổi. Vấn đề là ở chỗ khi so sánh với những phương pháp định tuổi khác (điện phát quang, xem vòng tuổi cây, khảo cổ học, địa chất học, phân tích lõi băng), định tuổi bằng carbon phóng xạ liên tục có những "bất thường". Trên thực tế, phương pháp định tuổi bằng carbon phóng xạ thường xuyên gán tuổi cho những mẫu vật mà trên thực tế trẻ hơn nhiều.

Những "bất thường" này là do thực tế rằng tỷ lệ 12C/14C thực ra không phải là bất biến. Sự thay đổi này có nhiều yếu tố. Hai yếu tố đầu tiên có liên quan đến hoạt động của con người:

Weltkarte nuklearer Explosionen
© Isao Hashimoto
2.054 vụ nổ hạt nhân xảy ra giữa năm 1945 và 1998. Tổng số vụ nổ bởi mỗi quốc gia được hiển thị ở hàng trên.
Một đầu mối dẫn đến nguồn gốc khả dĩ của nồng độ 14C cao một cách khác thường trong những mẫu vật của kỷ Pleistocene có thể được tìm thấy trong "hiệu ứng bom nguyên tử" mà các nhà khoa học đã nghiên cứu kỹ lưỡng. Cho đến giữa những năm 1960, các thử nghiệm bom nguyên tử nhiệt hạch, với thông lượng neutron nhiệt hạch rất lớn của chúng, đã làm tăng gần gấp đôi lượng 14C trong khí quyển và - quan trọng hơn - làm tăng gần gấp đôi hoạt động 14C của các vật thể chứa carbon nằm dưới đất. (Taylor, 1987)
Nói một cách khác, các vụ nổ nguyên tử nhiệt hạch làm tăng nồng độ 14C một cách nhân tạo, khiến phương pháp định vị tuổi bằng carbon phóng xạ cho kết quả các vật thể trẻ hơn so với thực tế.

Yếu tố thứ hai liên quan đến hoạt động của con người là việc đốt các nhiên liệu hóa thạch và giải phóng carbon-12 (không có chút 14C nào) và thông qua đó làm sai lệch tỷ lệ 12C/14C.

Yếu tố thứ ba độc lập với hoạt động của con người. Nó được xác định bởi hai nhà nghiên cứu từ Phòng Thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley, Richard Firestone và William Topping. Họ phát hiện ra nồng độ thấp bất thường của Pu-235 đi kèm với nồng độ cao bất thường của Pu-239 trong các mẫu vật thời tiền sử. Pu-239 là plutonium đã được làm giàu. Sự làm giàu này chỉ có thể xảy ra do sự bắn phá mạnh mẽ bởi neutron vì Pu-239 là Pu-235 cộng với bốn neutron. Vì điều này xảy ra hàng triệu năm trước, trước sự xuất hiện của nền văn minh, dòng neutron lớn như vậy chỉ có thể được giải thích bởi những nguyên nhân tự nhiên như siêu tân tinh, bắn phá bởi sao chổi hay nổ sao chổi trong khí quyển. Cả ba loại sự kiện vũ trụ này tạo ra lượng neutron khổng lồ bắn phá Trái Đất và thay đổi đồng hồ định tuổi bằng carbon phóng xạ khiến các mẫu vật cho ra kết quả trẻ hơn so với tuổi thật sự của chúng.

Vậy là, trớ trêu thay, nguyên nhân các sự kiện tuyệt chủng hàng loạt theo chu kỳ có thể chính là lý do tại sao kết quả định vị tuổi của chúng bị sai. Những sự kiện sao chổi gây ra tuyệt chủng hàng loạt đồng thời cũng "đặt lại" đồng hồ của các sinh vật hóa thạch bị giết hại. Như trong một tiểu thuyết hay về điều tra giết người, kẻ giết người thay đổi bằng chứng để đánh lừa nhà thám tử về "thời gian xảy ra tội ác".

Hình dưới cho thấy sự khác biệt lớn giữa mức 14C thực tế đo được trong mỗi lớp trầm tích (đường đánh dấu bởi các tam giác đen) và mức 14C lý thuyết theo mô hình định tuổi với giả định rằng dòng neutron từ vũ trụ là không đổi (đường cong trơn màu xanh dương). Lưu ý sự hỗn loạn của đường màu đen. Rõ ràng là lượng carbon-14 không giảm đi một cách trơn tru, tuyến tính. Nó bộc lộ nhiều đột biến (ví dụ vào khoảng năm 32.000 trước Công nguyên), tương ứng với những lượng neutron khổng lồ đi vào - do các sự kiện vũ trụ, thường là các đợt bắn phá bởi sao chổi - tiếp theo bởi sự suy giảm chậm chạp của 14C khớp với mô hình lý thuyết.
Carbon 14 calibration data chart
© Firestone et al.
Đường xanh lá cây - số liệu tuổi 14C hiệu chỉnh. Đường xanh dương - tỷ lệ phân rã theo mô hình (không có "về không"). Đường đỏ - tỷ lệ phân rã có "về không". Đường đen - số liệu 14C lấy từ biển Iceland.
Để chính xác hơn, mô hình lý thuyết nên tính đến những lần "về không" này. Vì lý do này, Firestone đã đề xuất một mô hình định vị tuổi được cải thiện từ ba đường cong rời rạc (hai đường đỏ và đường xanh dương). Mỗi chỗ phân tách giữa các đường phản ánh một đột biến trong dòng neutron tới Trái Đất.

Bây giờ hãy cùng quay lại chu kỳ 27 triệu năm của Muller và tính đến những lần "về không" trong mô hình định vị tuổi ở trên. Nếu dòng neutron mang đến bởi mỗi sự kiện sao chổi là tương đối giống nhau thì chu kỳ 27 triệu năm có thể vẫn đúng. Nó cũng có thể giải thích tại sao 8 trong số 19 lần tuyệt chủng hàng loạt không khớp chính xác với các đường thẳng đứng của chu kỳ 27 triệu năm: 8 sự kiện đó có thể đã mang đến những dòng neutron không điển hình như những lần khác.

Do mới xuất hiện gần đây trên sân khấu toàn cầu, sự ô nhiễm gây ra bởi con người (thử nghiệm hạt nhân và đốt nhiên liệu hóa thạch) không làm thay đổi tính tuần hoàn của các sự kiện. Nó chỉ làm thay đổi tỷ lệ 14C/12C hiện tại và do đó "đẩy" tất cả các sự kiện theo cùng một hướng trên trục thời gian. Nếu đúng như vậy, lần tuyệt chủng hàng loạt do Nemesis gây ra gần đây nhất có thể xảy ra sớm hơn hoặc muộn hơn nhiều so với mốc 14 triệu năm trước. Do vậy, ngôi sao đồng hành của Mặt Trời có thể không phải đang ở điểm xa nhất khỏi Mặt Trời như phương pháp định vị tuổi truyền thống đề xuất. Ngược lại, nó có thể đang đi đến điểm cận nhật.

Giả thuyết về việc Nemesis đang tiến đến gần được củng cố bởi những "bất thường" về trường hấp dẫn của Mặt Trăng như được mô tả trong đoạn trích sau đây:
Một phân tích gần đây trên các dữ liệu từ thí nghiệm đo khoảng cách đến Mặt Trăng bằng laser trong vòng 38,7 năm cho thấy sự gia tăng bất thường trong độ lệch tâm của quỹ đạo Mặt Trăng... Các mô hình hiện nay về hiện tượng tiêu tán xảy ra bên trong cả Trái Đất và Mặt Trăng đều không giải thích được nó. Chúng tôi xem xét nhiều hiệu ứng động học không được mô hình hóa trong phân tích dữ liệu trên, trong khuôn khổ của mô hình tầm xa sửa đổi của lực hấp dẫn và lý thuyết Newton/Einstein tiêu chuẩn. Kết quả là không một cái nào trong số đó có thể giải thích de/dt_meas. Nhiều cái trong đó thậm chí không dẫn đến thay đổi lâu dài trong độ lệch tâm. Một số mô hình đạt được điều đó nhưng độ lớn trong kết quả bất đồng với de/dt_meas.
Elliptic orbit of the Moon

Quỹ đạo elip của Mặt Trăng. Hình elip càng dẹt thì độ lệch tâm càng lớn.
Nói một cách đơn giản, độ lệch tâm của quỹ đạo Mặt Trăng đang gia tăng (quỹ đạo Mặt Trăng đang trở nên ngày càng dẹt hơn) và một sự thay đổi lâu dài như vậy không có lời giải thích thỏa đáng nào ngoại trừ lời giải thích sau:
Một ứng cử viên tiềm năng hợp với lý thuyết Newton có thể là một vật thể rất lớn ở xa hơn Pluto.
Độ lệch tâm bất thường của mặt trăng chỉ có thể được giải thích bởi một thiên thể khổng lồ chưa được biết đến nằm ngoài sao Diêm Vương. Trong những năm qua, nhiều nhà nghiên cứu đã kết luận như vậy, và đặt tên vật thể chưa được biết đến là "Nemesis", "Planet X" hoặc "Tyche" tùy theo nguồn. Các tính toán dựa trên sự "bất thường" của Mặt Trăng kể trên trỏ đến một khối lượng và kích thước từ Mặt Trời cụ thể cho vật thể chưa được biết đến. Do khối lượng hạn chế của chúng, Planet X (khoảng một nửa khối lượng hành tinh chúng ta) và Tyche (khoảng 4 lần khối lượng sao Mộc) phải ở gần hoặc nằm trong hệ mặt trời của chúng ta, và do đó có thể quan sát được.

Tuy nhiên, để tạo ra những nhiễu loạn trong quỹ đạo Mặt Trăng như vậy, Nemesis (khoảng 0,56 khối lượng Mặt Trời) cần cách Mặt Trời khoảng 4500 AU (100 lần khoảng cách Mặt Trời - sao Diêm Vương), đủ gần để tương tác với hệ mặt trời, nhưng quá xa để có thể quan sát được trực tiếp (đặc biệt nếu Nemesis là một vật thể tối như là sao lùn nâu).

Chương 17: Tiếp nối đất Mặt Trời

Được rồi, chúng ta hãy tóm tắt lại một chút ở đây. Lý thuyết Vũ trụ Điện khẳng định rằng các sao chổi, hành tinh và ngôi sao là những tụ điện khổng lồ liên tục tương tác về điện với nhau và thỉnh thoảng phóng điện một cách mạnh mẽ. Trong trường hợp Mặt Trời, sự phóng điện xảy ra giữa bề mặt và lớp vỏ kép, hay "vỏ Langmuir" của nó, nằm ngoài quỹ đạo sao Diêm Vương. Những đợt phóng điện này xảy ra dưới dạng những vụ nổ mặt trời cường độ lớn và sinh ra gió mặt trời rất mạnh, tạo bởi các hạt ion đi về phía ranh giới ngoài của hệ mặt trời. Điện tích tổng thể của gió mặt trời là hơi dương. Đồng thời với gió mặt trời là những dòng electron trôi theo hướng ngược lại, từ lớp vỏ nhật quyển về phía Mặt Trời (xem hình dưới).
Heliosphere
© Sott.net
Mặt Trời luôn luôn phát ra luồng ion và bức xạ dương. Năng lượng này từ đâu đến?
Hoạt động mặt trời sinh ra các vết đen trên bề mặt Mặt Trời do kết quả của hoạt động từ trường mạnh. Sự gia tăng của số lượng vết đen mặt trời được đi kèm bởi sự gia tăng của gió mặt trời. Với vận tốc khoảng 400 km/giây, gió mặt trời cần khoảng 4,5 ngày để đến Trái Đất.

Sự phóng điện trong một tụ điện làm giảm điện tích của cực dương và cực âm cho đến khi cuối cùng chúng đạt đến cùng một điện thế và sự phóng điện chấm dứt. Nhưng nếu các điện cực duy trì điện thế khác nhau - nếu chúng được cắm vào nguồn năng lượng bên ngoài để liên tục nạp điện cho tụ điện - thì nó có thể phóng điện hết lần này qua lần khác. Cũng như vậy, Mặt Trời, bất chấp vô số lần phóng điện qua hàng tỷ năm, vẫn không ngừng tỏa sáng. Có vẻ như Mặt Trời được nối với một nguồn năng lượng bên ngoài (như được đề xuất trong chương 9). Tuy nhiên, khoa học chính thống tuyên bố rằng nguồn năng lượng Mặt Trời là từ bên trong:
Năm 1920, chuyên gia nổi tiếng Arthur Eddington hỏi liệu Mặt Trời nhận năng lượng của nó từ một cơ chế bên ngoài hay cơ chế bên trong. Ông không nghĩ ra được cơ chế bên ngoài nào, nhưng môn khoa học mới về vật lý nguyên tử cung cấp một cơ chế bên trong khả dĩ: sự hợp nhất của hydro thành heli.
Lời giải thích chính thức là lý thuyết tổng hợp hạt nhân thông thường mà chúng ta học ở trường. Theo lý thuyết này, sự kết hợp của các nguyên tử hydro gây ra bởi áp suất và nhiệt độ khổng lồ dẫn đến việc tạo ra nguyên tử heli (hai nguyên tử hydro hợp nhất với nhau) và một lượng năng lượng rất lớn. Vấn đề với lý thuyết này là nó bộc lộ một số bất thường lớn, nổi bật nhất trong số đó là cái liên quan đến neutrino, hạt nhỏ hơn nguyên tử trung hòa về điện.

Neutrino là bằng chứng chính cho việc phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy ra bên trong lõi của Mặt Trời. Nhưng dựa trên năng lượng đo được do Mặt Trời tạo ra, phản ứng tổng hợp hạt nhân tương ứng sẽ phải sản sinh ra lượng neutrino nhiều gấp ba lần so với những gì quan sát được. Các nhà khoa học chính thống đã cố gắng gạt yếu tố bất thường này sang một bên bằng cách xây dựng những lý thuyết phức tạp đối phó tình thế, đề xuất rằng neutrino có ba dạng có thể luân chuyển sang nhau trên đường đi từ lõi của Mặt Trời ra bề mặt. Nhưng cũng giống như trường hợp với "vật chất tối", không có bằng chứng trực tiếp nào cho điều này. Lý thuyết này được tạo ra sau khi đo đạc chỉ để giải thích sự bất thường trong kết quả đo đạc.

Vấn đề thứ hai là cái gọi là "biến đổi neutrino". Các quan sát cho thấy rằng sản lượng neutrino của Mặt Trời thay đổi tỷ lệ nghịch với chu kỳ vết đen mặt trời. Nếu neutrino thực sự được sản xuất trong "lò hạt nhân" trong lõi của Mặt Trời, mối quan hệ này sẽ không thể có được, bởi vì các nhà vật lý học mặt trời tính toán rằng phải mất khoảng 200.000 năm để năng lượng của phản ứng tổng hợp trong lõi ảnh hưởng đến bề mặt Mặt Trời. Nói một cách khác, neutrino và vết đen mặt trời có mối tương quan trực tiếp trong cùng thời điểm chứ không phải cách nhau vài trăm ngàn năm như lý thuyết dự đoán. Ngược lại, lý thuyết về nguồn năng lượng bên ngoài của Mặt Trời không cần phải khó nhọc để giải thích những "bất thường" này.
Neutrino Observatorium Kamiokande Japan
© Cartwright
Đài quan sát neutrino Super Kamiokande được xây dựng trong lòng núi Kamioka gần thành phố Hida, Nhật Bản. Xem cái thuyền cao su ở bên phải để thấy kích thước của nó.
Mặc dù hiện giờ hoạt động sao chổi trong hệ mặt trời của chúng ta đang ở mức cao, tụ điện mặt trời không phóng điện ở mức độ mà lẽ ra nó phải phóng, và chu kỳ mặt trời hiện nay là vừa yếu, vừa "muộn". Đây là một tình hình mang tính nghịch lý: hoạt động sao chổi chưa bao giờ cao thế này trong hàng thập kỷ - có lẽ hàng thế kỷ - trong khi hoạt động mặt trời chưa bao giờ thấp thế này trong vòng ít nhất là 100 năm. Rõ ràng là điện tích của Mặt Trời bằng một cách nào đó bị sụt giảm. Tại sao?

Một ngôi sao đồng hành của Mặt Trời có thể có ảnh hưởng gì lên Mặt Trời? Liệu nó có kết nối về mặt năng lượng với Mặt Trời không? Liệu nó có "hút điện" của Mặt Trời không? Liệu nó có "nối đất" Mặt Trời không? Có phải nó lấy điện từ cùng một "ổ cắm" hay "nguồn điện" như Mặt Trời không? Ở đây, dĩ nhiên là chúng ta chỉ có thể suy đoán. Tuy nhiên, nếu chúng ta theo dõi những quan sát đưa ra tại các chương trước về nguồn năng lượng bên ngoài của các thiên thể, có vẻ như các ngôi sao được tiếp năng lượng bởi các cánh tay thiên hà, thế nên chúng sắp xếp theo hình xoắn ốc dọc các cánh tay thiên hà. Nếu Nemesis đang tiến đến gần Mặt Trời, có thể là nó nhận năng lượng từ cùng một nguồn như Mặt Trời - khu vực xung quanh cánh tay Orion nơi mà Mặt Trời nằm - thông qua đó làm suy giảm nguồn năng lượng bình thường vẫn nuôi Mặt Trời.

Giống như việc bạn nhận thấy dòng điện trong nhà bạn giảm xuống (bóng đèn mờ đi) khi bạn sử dụng thiết bị điện mạnh, việc Nemesis cắm vào khu vực xung quanh Mặt Trời có thể làm giảm dòng điện truyền từ khu vực này của cánh tay Orion cho Mặt Trời.

Wurmloch Darstellung
© Igartist 79
Hình minh họa một lỗ sâu
Một khả năng khác là một kết nối trực tiếp được hình thành giữa Mặt Trời và Nemesis. Nếu như vậy, tại sao không sự chuyển giao năng lượng nào quan sát được giữa hai ngôi sao? Ví dụ như tai lửa mặt trời xảy ra liên tục cùng gió mặt trời hướng về vị trí của Nemesis. Liệu hai thiên thể này có thể trao đổi năng lượng theo một cách nào đó không quan sát và đo đạc được bởi những thiết bị thông thường? Các nhà toán học và vật lý học lượng tử cho rằng về lý thuyết, điều đó có thể xảy ra.

Năm 1921, nhà toán học người Đức Hermann Weyl phát triển lý thuyết "lỗ sâu". Lỗ sâu là một "đường tắt" giả định trong không - thời gian, giống như một đường hầm nối hai điểm khác nhau trong không - thời gian. Mặc dù các nhà khoa học không có bằng chứng quan sát thực tế về lỗ sâu, nó là một khái niệm lý thuyết vững chắc phù hợp với các phương trình của thuyết tương đối rộng.

Ban đầu, lỗ sâu được dự đoán là chỉ tồn tại ở cỡ vi mô (nhỏ lơn 10-33 cm), và chỉ trong một thời gian rất ngắn. Tuy nhiên, nghiên cứu thực hiện bởi nhà vật lý học người Nga Sergei Krasnikov gợi ý rằng lỗ sâu có thể duy trì ổn định trong thời gian dài.

Ngoài ra, khả năng về lỗ sâu ở cấp vĩ mô đã được thiết lập bởi nhà vật lý học lý thuyết người Mỹ John Archibald Wheeler:
Các "lỗ sâu" dự đoán bởi geometrodynamics lượng tử là một tính chất của tất cả mọi không gian, có cấp độ siêu vi mô. Chúng và các luồng thông chảy qua chúng phát sinh một cách tự nhiên thông qua sự thăng giáng lượng tử. Cũng không có gì ngăn cản chúng ta xem xét đến một lỗ sâu duy nhất, ở kích thước vĩ mô, được tạo ra ngay từ đầu, với một luồng thông định sẵn chảy qua nó, và phát triển một cách xác định theo thời gian dựa theo các phương trình trường cổ điển. Tuy nhiên, điện tích cổ điển này không có chút liên hệ trực tiếp nào với những điện tích của thế giới thực sự trong vật lý lượng tử và không cần phải xem xét đến ở đây.
Trong hình bên, hình dạng của không gian được mô tả trong ba chiều, nhưng thực ra có bốn chiều (ba chiều cho không gian của chúng ta và một chiều cho lỗ sâu). Do vậy, để đơn giản, không gian của chúng ta được giảm xuống thành hai chiều (hình chữ nhật đỏ dọc theo trục x và trục y) trong khi chiều thứ ba (trục z) là chiều không nhìn thấy được của lỗ sâu. Lỗ sâu (đại diện bởi ống nối màu xanh) nối hai vùng trong không gian ba chiều của chúng ta. Một người quan sát không có thiết bị quan sát phù hợp sẽ chỉ nhìn thấy một "cổng" của lỗ sâu là khối điện tích dương, cổng kia là khối điện tích âm (hai hình elip màu xanhd đậm). Tưởng tượng khoảng cách giữa hai cổng của lỗ sâu, như đo được trong không gian của chúng ta (đại diện bởi mặt phẳng x - y), là 10 km. Các phương trình trường của Einstein cho phép khoảng cách ấy đo qua lỗ sâu có giá trị khác rất nhiều, ví dụ như 10 mét chẳng hạn - hoặc thậm chí ít hơn nữa. Đưa ví dụ này lên quy mô thiên hà thì chúng ta thấy về lý thuyết những điểm rất xa xôi trong vũ trụ có thể được kết nối bởi một lỗ sâu ngắn hơn rất, rất nhiều.

Tóm lại, sự tương tác về năng lượng giữa Mặt Trời và Nemesis có thể nằm ngoài không gian của chúng ta. Bất chấp khoảng cách rất lớn và không có bằng chứng đo đạc nào (với những thiết bị hiện nay) về sự tương tác này, Mặt Trời và Nemesis vẫn có thể tương tác theo một cách gây ra những thay đổi rất hữu hình trong môi trường có thể quan sát được trên Mặt Trời và tại đây trên Trái Đất.