Năng lượng là thước đo cơ bản cho sự phát triển của một nền văn minh. Theo thang Kardashev, mức độ phát triển của một nền văn minh được phân loại dựa trên khả năng khai thác và sử dụng năng lượng của nó. Thang đo này chia ra ba cấp độ:
- Nền văn minh Cấp I: Có khả năng sử dụng tất cả các nguồn năng lượng trên hành tinh mẹ.
- Nền văn minh Cấp II: Có khả năng sử dụng toàn bộ năng lượng của ngôi sao mà nó sinh sống.
- Nền văn minh Cấp III: Có khả năng sử dụng toàn bộ nguồn năng lượng của một thiên hà.
Nhân loại trên Trái Đất hiện vẫn chưa đạt đến Cấp I. Vậy, để tiến tới ngưỡng cửa của Nền văn minh Cấp II, khai thác toàn bộ sức mạnh của Mặt Trời, chúng ta cần những công nghệ và kỹ thuật tiên tiến nào? Câu trả lời đơn giản nằm trong một ý tưởng giả thuyết về một siêu cấu trúc mang tên Khối Cầu Dyson.
Khối Cầu Dyson: Ý Tưởng Về Nguồn Năng Lượng Vô Tận
Khối cầu Dyson là một cấu trúc tối thượng, được sinh ra để giải thích cách một nền văn minh vũ trụ có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng khi vượt quá khả năng cung cấp của các nguồn tài nguyên trên hành tinh mẹ. Ý tưởng này được phổ biến bởi Freeman Dyson vào năm 1960. Với sự phát triển không ngừng của văn minh nhân loại, một nguồn cung cấp năng lượng dồi dào và bền vững sẽ là nhu cầu thiết yếu. Khối Cầu Dyson nổi lên như một giải pháp hàng đầu cho vấn đề này.
Ý tưởng này liên quan đến việc xây dựng một siêu cấu trúc bao quanh toàn bộ ngôi sao và hấp thụ gần như hoàn toàn năng lượng mà nó phát ra. Mỗi giây, hơn 4 triệu tấn vật chất trong lõi Mặt Trời được tổng hợp thành năng lượng. Do đó, bằng cách xây dựng một Khối Cầu Dyson quanh Mặt Trời, chúng ta sẽ có đủ năng lượng cho mọi dự án khoa học, nghiên cứu và khám phá trong hàng thiên niên kỷ tới và hơn thế nữa.
Có lẽ bạn chưa biết, mỗi năm nhân loại tiêu thụ khoảng 500 tỷ TJ (Terajun), trong đó năng lượng từ các nguồn tài nguyên hóa thạch trên Trái Đất như than đá, dầu mỏ, khí đốt chiếm 80%. Trong cùng năm đó, Mặt Trời cung cấp cho Trái Đất khoảng 3,7 triệu tỷ TJ dưới dạng ánh sáng mặt trời, gấp hơn bảy lần mức tiêu thụ hiện tại của nhân loại. Tuy nhiên, con số 3,7 triệu tỷ TJ này chỉ chiếm khoảng 0.000000001% năng lượng phát ra từ ngôi sao này.
Mục Tiêu của Khối Cầu Dyson
Giả thuyết về Khối Cầu Dyson hướng đến tương lai của chính nhân loại. Có thể vào một thời điểm nào đó, chúng ta sẽ, hoặc bắt buộc phải, sở hữu một cấu trúc như vậy để đáp ứng nhu cầu năng lượng của hàng tỷ người khi tài nguyên trên Trái Đất dần cạn kiệt. Vậy, với công nghệ, khoa học và kỹ thuật hiện tại của Trái Đất, liệu chúng ta có thể xây dựng một siêu cấu trúc như vậy trong hệ mặt trời?
Một công trình có kích thước bằng cả một ngôi sao, đây là công trình “hư cấu” nhất mà chúng ta có thể tưởng tượng. Trớ trêu thay, các nhà khoa học cho rằng năng lượng cần thiết để xây dựng một Khối Cầu Dyson chính là một Khối Cầu Dyson. Bên cạnh đó, để có một khối cầu bao quanh ngôi sao, chúng ta cần một vật liệu siêu bền, có thể chịu được áp suất nhiệt độ cũng như áp suất của chính nó.
Những Thách Thức và Giải Pháp Cho Khối Cầu Dyson
Vật liệu cứng nhất trên Trái Đất là Graphene hoặc Kim Cương. Nhưng chi phí để xây dựng một khối cầu Graphene hay Kim Cương với đường kính hàng triệu km sẽ là một khoản tiền khổng lồ. Thậm chí nếu có thể xây dựng cấu trúc khổng lồ đó, khối cầu này giống như một quả bóng bay trôi nổi giữa vũ trụ, có thể bị đe dọa bởi thiên thạch hoặc sao chổi.
Tuy nhiên, từ những khó khăn đó, các nhà khoa học đã đưa ra giải pháp khả thi và đơn giản nhất, đó là “Đội Dyson”. Đây là giả thuyết về một cấu trúc bao gồm hàng triệu tấm Dyson nhỏ, đường kính dưới 1km, kết nối với nhau và được lập trình để có quỹ đạo cố định quanh ngôi sao. Theo đó, các tấm Dyson nhỏ dễ chế tạo hơn, tiết kiệm vật liệu và dễ bảo trì, giảm thiểu rủi ro.
Mặt Trời rất lớn, vì vậy chúng ta cần hàng triệu tấm Dyson nhỏ. Cụ thể, nếu mỗi tấm rộng 1km2, chúng ta sẽ cần 3 triệu tỷ tấm để bao phủ hoàn toàn Mặt Trời. Hàng tỷ tỷ tấn vật liệu sẽ cần thiết, chưa kể năng lượng để đưa chúng vào quỹ đạo quanh Mặt Trời.
Xây Dựng Cơ Sở Hạ Tầng Trên Sao Thủy
Chúng ta cần một cơ sở hạ tầng thường trực gần Mặt Trời, và có đủ vật liệu để thực hiện quá trình xây dựng lâu dài. Với vị trí gần Mặt Trời nhất, lực hấp dẫn chỉ bằng 1/3 Trái Đất, cộng thêm tài nguyên kim loại dồi dào, sao Thủy sẽ là lựa chọn tốt nhất. Với giả định rằng trong tương lai xa, chúng ta đã có công nghệ chế tạo hợp kim chịu nhiệt, chống ăn mòn cao.
Cơ sở hạ tầng tự động trên sao Thủy sẽ bao gồm 3 nhiệm vụ chính: khai thác năng lượng mặt trời trên sao Thủy để vận hành cơ sở, khai thác kim loại và vật liệu từ sao Thủy để chế tạo các tấm Dyson, và vận chuyển các tấm này vào quỹ đạo mặt trời.
Việc vận chuyển ban đầu sẽ gặp nhiều khó khăn. Chúng ta khó có thể sử dụng tên lửa đẩy vì rất tốn kém và khó tái sử dụng. Thay vào đó, chúng ta có thể sử dụng đường ray điện từ, tạo ra máy gia tốc để bắn các tấm vào quỹ đạo. Ban đầu sẽ cần nhiều năng lượng dự trữ, nhưng mọi thứ sẽ dễ dàng hơn khi có nhiều tấm Dyson bao quanh quỹ đạo mặt trời, hướng năng lượng ánh sáng trở lại căn cứ trên sao Thủy. Kết quả là quá trình xây dựng có thể diễn ra nhanh hơn nhiều.
Khối Cầu Dyson: Bước Tiến Vĩ Đại Của Nhân Loại
Theo thang Kardashev, nhân loại hiện đang ở nền văn minh tiệm cận loại 1. Điều đó có nghĩa là trong vài trăm năm tới, con người sẽ khai thác hết năng lượng hiện có trên Trái Đất. Nếu không có bước đột phá trong việc xây dựng một siêu cấu trúc như Dyson, chúng ta sẽ khó sống sót trên hành tinh xanh khi nó không còn xanh nữa.
Ngay cả khi chỉ có 1% năng lượng bức xạ từ Mặt Trời, đó cũng là một con số khủng khiếp. Khối Cầu Dyson sẽ là một bước tiến, một cột mốc lớn cho toàn bộ nền văn minh nhân loại. Về cơ bản, chúng ta sẽ có một nguồn năng lượng vô tận để thoải mái thực hiện bất kỳ dự án nào trong hệ mặt trời. Chúng ta sẽ không bao giờ phải phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch gây ô nhiễm và đang dần cạn kiệt, hoặc năng lượng hạt nhân đầy rủi ro. Con người có thể thực hiện giấc mơ khám phá vũ trụ, xây dựng các thuộc địa trên các hành tinh khác, tạo ra các siêu cấu trúc mới, hoặc thậm chí du hành qua các hệ sao khác.
Vấn đề lớn nhất hiện nay là một khoản đầu tư tài nguyên khổng lồ, và chắc chắn sẽ không chỉ đến từ một vài quốc gia, mà là toàn nhân loại. Nhân loại sẽ phải gạt bỏ các xung đột và lợi ích trước mắt trên hành tinh nhỏ bé này, cùng nhau, chúng ta chắc chắn sẽ đi xa hơn trong cuộc chinh phục vũ trụ bao la này.