Tại sao các nhà khoa học tin rằng nền văn minh ngoài hành tinh sử dụng sóng điện từ 21cm?

Có nền văn minh ngoài hành tinh trong vũ trụ? Đối với câu hỏi này, tôi tin rằng mọi người sẽ có xu hướng đưa ra câu trả lời tích cực. Trên thực tế, cộng đồng khoa học không phủ nhận khả năng tồn tại của các nền văn minh ngoài Trái Đất. Trong quá trình khám phá vũ trụ, các nhà khoa học đã nỗ lực tìm kiếm những nền văn minh ngoài Trái Đất có thể tồn tại trong vũ trụ.

Đánh giá từ tình hình hiện tại, không có nhiều cách để chúng ta tìm kiếm các nền văn minh ngoài Trái Đất. Một trong những phương pháp thường được sử dụng là thu thập và phân tích một số lượng lớn sóng điện từ từ không gian sâu trong vũ trụ và cố gắng tìm ra manh mối về người ngoài Trái Đất. Khi sử dụng phương pháp này, sóng điện từ có bước sóng 21 cm được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm.

Vậy sóng điện từ 21 cm có gì đặc biệt? Tại sao các nhà khoa học tin rằng nền văn minh ngoài hành tinh sẽ sử dụng sóng điện từ 21 cm?

Các nhà khoa học suy đoán rằng nếu thực sự có những nền văn minh ngoài hành tinh trong vũ trụ thì khi trình độ công nghệ của họ phát triển đến một trình độ nhất định, họ có thể sẽ tìm kiếm những nền văn minh thông minh khác trong vũ trụ giống như con người chúng ta. Trong quá trình đó, rất có thể họ sẽ có ý thức gửi thông tin vào vũ trụ để dự đoán phản hồi từ các nền văn minh khác, và sóng điện từ, với tư cách là vật mang thông tin tốt, chắc chắn sẽ là một lựa chọn tốt.

Do hạn chế về trình độ công nghệ, chúng ta không thể giám sát toàn bộ dải tần của sóng điện từ từ không gian sâu thẳm, trong trường hợp này, chúng ta cần chọn dải tần mà nền văn minh ngoài hành tinh có nhiều khả năng sử dụng nhất. Chúng ta nên chọn như thế nào? Điều đầu tiên các nhà khoa học nghĩ đến là: một làn sóng điện từ có tần số cụ thể được giải phóng bởi sự chuyển tiếp siêu mịn của các nguyên tử hydro trung tính.

Theo thuyết lượng tử, ở mức năng lượng của nguyên tử, do chịu ảnh hưởng của các yếu tố như spin electron, spin hạt nhân và sự phân bố điện tích hạt nhân nên mức năng lượng của nguyên tử thường không phải là một giá trị năng lượng đơn giản mà có nhiều sự phân chia nhỏ được gọi là cấu trúc siêu mịn.

Các nguyên tử hydro trung tính đề cập đến các nguyên tử hydro trung hòa về điện. Mặc dù cấu trúc của chúng rất đơn giản, chỉ bao gồm một proton và một electron, nhưng chúng cũng có thể có cấu trúc siêu mịn vì cả proton và electron đều có spin - tồn tại ở 2 trạng thái: Hướng spin của proton và electron giống nhau; Hướng spin của proton và electron ngược nhau. Để thuận tiện cho việc mô tả, chúng ta có thể gọi trạng thái trước là "trạng thái đối xứng" và trạng thái sau là "trạng thái phản đối xứng".

Điều đó có nghĩa là, ngay cả khi mức năng lượng của nguyên tử hydro trung tính ở trạng thái cơ bản (mức năng lượng thấp nhất), sẽ có sự chênh lệch năng lượng nhỏ do trạng thái khác nhau về hướng quay của proton và electron. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng do "trạng thái đối xứng" có năng lượng cao hơn một chút so với "trạng thái phản đối xứng" nên khi các nguyên tử hydro trung tính ở "trạng thái đối xứng" thì chúng sẽ tự phát chuyển sang "trạng thái phản đối xứng", và hiện tượng này  gọi là "sự chuyển tiếp siêu mịn của các nguyên tử hydro trung tính".

"Sự chuyển tiếp siêu mịn của các nguyên tử hydro trung tính" sẽ giải phóng một sóng điện từ có tần số khoảng 1420 MHz. Vì bước sóng tương ứng của nó là khoảng 21 cm nên các nhà khoa học gọi nó là "vạch quang phổ hydro trung tính 21 cm" (vạch quang thiên 21 cm-hydro).

Bạn phải biết rằng phần lớn vũ trụ là một khu vực có nhiệt độ thấp, áp suất thấp và mật độ thấp. Mức năng lượng của các nguyên tử và phân tử trong những khu vực này về cơ bản đều ở trạng thái cơ bản và gần như không thể phát ra ánh sáng khả kiến, nên những vùng này trở thành "vùng tối", chúng ta khó có thể phát hiện được bằng phương tiện quang học.

Nhưng vì hydro là nguyên tố có nhiều nhất trong vũ trụ nên chúng tồn tại rộng rãi trong vũ trụ. Ngay cả trong những "vùng tối" này cũng có một số lượng lớn các nguyên tử hydro trung tính nên "vạch quang phổ hydro trung tính 21 cm" đã trở thành một công cụ mạnh mẽ để con người khám phá vũ trụ và do đó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như thiên văn vô tuyến.

Vì vậy, một suy đoán hợp lý là khi trình độ công nghệ của một nền văn minh ngoài hành tinh đạt đến một trình độ nhất định, họ sẽ dễ dàng nhận thấy "vạch quang phổ hydro trung tính 21 cm" và chú ý đến nó.

Và nếu đúng như vậy thì khi họ muốn gửi thông tin đến các nền văn minh thông minh khác trong vũ trụ thông qua sóng điện từ, họ rất có thể cân nhắc việc sử dụng sóng điện từ 21 cm trong cùng dải tần với "vạch quang phổ hydro trung tính 21 cm". 

Ngoài ra, sử dụng sóng điện từ 21 cm còn có những lợi ích khác: Loại sóng điện từ này nằm ở một vị trí cụ thể trong phổ vô tuyến và không dễ bị "ngập" bởi nhiễu nền trong vũ trụ; Loại sóng điện từ này có bước sóng dài hơn và có thể dễ dàng xuyên qua khí và bụi trong không gian và truyền đi xa hơn. Ngoài ra, chúng còn có thể dễ dàng xuyên qua bầu khí quyển của một hành tinh và chạm tới bề mặt của hành tinh.

Có thể thấy rằng những lợi ích này chắc chắn sẽ làm tăng thêm khả năng nền văn minh ngoài hành tinh sử dụng sóng điện từ như vậy. Chính vì điều này mà các nhà khoa học tin rằng nền văn minh ngoài hành tinh có khả năng sử dụng sóng điện từ 21 cm để gửi thông tin cho chúng ta.

Tham khảo: Zhihu