Năm 1583, Galileo Galilei 1564 - 1642, khi đó là một thanh niên 19 tuổi, đang cầu nguyện ở giếng rửa tội trong Vương Cung Thánh Đường Pisa thì bị phân tâm bởi cây đèn dầu phía trên bàn thờ lắc qua lắc lại. Bất kể cây đèn lắc dài hay ngắn thì hình như thời gian nó lắc từ bên này sang bên kia đều bằng nhau. Đương nhiên Galileo không có đồng hồ, nhưng ông đã kiểm tra các khoảng lắc bằng mạch tim của mình. Theo lời ông kể lại, cái thắc mắc kỳ lạ của...
Mang thời gian khắp nơi Năm 1583, Galileo Galilei 1564 - 1642, niên 19 tuổi, cầu nguyện giếng rửa tội Vương Cung Thánh Đường Pisa bị phân tâm đèn dầu phía bàn thờ lắc qua lắc lại Bất kể đèn lắc dài hay ngắn thời gian lắc từ bên sang bên Đương nhiên Galileo khơng có đồng hồ, ông kiểm tra khoảng lắc mạch tim Theo lời ơng kể lại, thắc mắc kỳ lạ đời sống thường nhật kích thích ơng bỏ ngành y cha ơng định, để theo ngành toán học vật lý Tại giếng rửa tội nhà thờ, ông khám phá mà nhà vật lý gọi tính đẳng thời, hay thời gian lắc - thời gian lắc đong đưa thay đổi không theo chiều ngang đường lắc mà theo độ dài lắc Khám phá đơn giản trở thành biểu tượng thời đại Tại đại học Pisa, nơi Galileo theo học, môn thiên văn vật lý giảng dạy theo sách giáo khoa Aristốt Nhưng lối học độc đáo Galileo dựa vào quan sát đo lường điều ông thấy, mở thời đại việc đo thời gian Ba thập niên sau Galileo mất, sai số trung bình đồng hồ tốt giảm từ 15 phút xuống 10 giây ngày Một đồng hồ thời gian với vô số đồng hồ khác khắp nơi biến thời gian thành đơn vị đo lường vượt không gian Các cư dân Pisa biết Florence hay Rôma vào lúc Các đồng hồ chạy đồng bộ, tiếp tục chạy đồng Nó khơng cịn thuận tiện cho địa phương để tính làm việc công nhân hay định cầu nguyện hay họp hội đồng thành phố; từ đồng hồ trở thành thước đo thời gian toàn cầu Cũng giống trước đây, đồng chuẩn hóa đơn vị thời gian ngày đêm, đông hạ, thành phố nào, đồng hồ xác chuẩn hóa đơn vị thời gian khắp hành tinh Hành tinh có số đặc tính làm cho điều kỳ diệu thực Vì trái đất xoay quanh trục nó, nơi mặt đất qua ngày 24 với vòng quay đủ 360 độ Các đường kinh tuyến đánh dấu độ Khi trái đất quay, đưa buổi trưa qua nơi khác Khi Istanbul trưa, Ln Đơn 10 sáng Trong giờ, trái đất quay 15 độ Vì nói Luân Đôn 30 độ kinh tây Istanbul, hay hai tây Istanbul độ kinh trở thành đơn vị đo không gian thời gian Nếu bạn có đồng hồ xác đặt Luân Đôn mang theo sang Istabul, cần đối chiếu với địa phương Istanbul bạn biết xa hướng đông bao nhiêu, hay đông Istabul cách xa Luân Đôn Nếu bạn người du lịch đường dài muốn biết xác vị trí bạn ở, bạn thấy khó biết vị trí biển đất liền Trên đất liền bạn biết vị trí nhờ điểm mốc chết núi đồi, sông ngồi, nhà cửa, đường xá thành phố Nhưng mốc biển có người quan sát lành nghề nhận Biển rộng mênh mông, chỗ trông giống chỗ nào, nên tự nhiên thúc đẩy người biển tìm vị trí cách quan sát bầu trời, mặt trời, mặt trăng chịm Họ tìm mốc trời để biết mốc biển Khơng lạ thiên văn học trở thành người hầu thủy thủ Thời Đại Colômbô dẫn tới Thời Đại Copernic Nhờ kính viễn vọng phát minh hướng lên bầu trời nhờ quan niệm Galileo mặt trăng, Mộc Kim, người khám phá biển cả, vẽ đồ đại dương xác định lục địa Khi người ta bắt đầu cơng thăm dị biển cả, họ cảm thấy nhu cầu hiểu biết bầu trời lớn hết Họ phải xác định vị trí họ, dựa vĩ bắc hay nam xích đạo kinh đơng hay tây điểm thỏa thuận trước Nhưng xác định độ kinh tương quan đông - tây khó độ vĩ tương quan bắc - nam điều giải thích phải lâu người tìm Tân Thế Giới, Colơmbơ có can đảm làm vượt biển để khám phá "Đông" "Tây" bị ngăn cách lâu Chẳng hạn, để xác định vị trí đơng - tây hành tinh, người biển phải đo khác biệt thời gian lúc mặt trời trưa điểm khác Xác định độ vĩ đơn giản nhiều, độ cao mặt trời đường chân trời yếu tố định Ở xích đạo vào mùa, mặt trời trưa thẳng phía hay độ cao 90, Bắc Cực mùa đơng hồn tồn khơng có mặt trời cịn mùa hè ln ln có mặt trời Ở nơi nằm hai vùng trên, người ta ghi nhận độ cao mặt trời trưa đường chân trời, đối chiếu với bảng thiên văn sách niên giám quốc gia để biết cách xa xích đạo phía bắc hay nam Để làm việc này, dụng cụ cần có thước nhắm để đo độ cao mặt trời đường chân trời Người Hi Lạp xưa cần nhìn độ cao ngơi đường chân trời để xác định vĩ độ mà không cần dùng đến dụng cụ Các bảng thiên văn sách giáo khoa hàng hải thời trung cổ xác người xác định vĩ độ mà xê xích nửa độ hay Những người biển xa đại dương bao la nhận biết q hành tinh Họ phải giải vấn đề kinh độ Từ vị Toàn Quyền Liên hiệp Tỉnh Hà Lan, Galileo nghe nói nhu cầu cấp bách giải vấn đề nhà hàng hải Ngay từ năm 1610, ơng gợi ý cho vị Tồn Quyền kinh độ xác định biển nhờ quan sát bốn vệ tinh Mộc mà ông khám phá hồi đầu năm Nhưng việc đòi hỏi phải quan sát thời gian dài qua kính viễn vọng dài đặt cao boong tàu di chuyển biển việc khơng thực Sau ơng chế nón có gắn kính viễn vọng để người quan sát đội đầu ngồi bệ có khớp cardan, giống bệ dùng để giữ cho la bàn tàu ln vị trí nằm ngang Tuy phương pháp cho thấy thực tiễn quan sát đất, lại khơng có tác dụng biển Cuối ông khuyên làm dụng cụ đo thời gian xác cho người biển Sau ông khám phá lắc dụng cụ đo thời gian đơn giản, ông suy đo mạch người, có lẽ đồng hồ xác để biển Mãi tới mười năm cuối đời mình, ơng tình trạng ẩn dật bắt buộc, Galileo tự khai thác khả này, lúc mắt ơng mù khiến ông lắp ráp đồng hồ ông thiết kế Người Hà Lan hồi có trạm trú quân vùng viễn đông bờ biển châu Á, cảm thấy hết nhu cầu xác định tốt kinh độ, nhu cầu có đồng hồ biển Chàng niên Christiaan Huygens tài giỏi 1629 - 1695 bắt tay giải vấn đề Từ 27 tuổi, anh chế đồng hồ lắc anh thử thử lại Nhưng anh không thành công hồn tồn, lắc khơng thể giữ thời xác tàu trịng trành, bập bềnh Trước có đồng hồ biển xác, người biển muốn biết vị trí phải nhà tốn học giỏi Phương pháp nhìn nhận để tìm kinh độ biển quan sát xác mặt trăng điều địi phải có dụng cụ tinh xảo tính tốn chi li Chỉ cần sai inch quan sát mặt trăng có nghĩa sai 2,5 độ kinh, tương đương với 150 dặm biển - đủ để tàu đụng phải tảng đá ngầm nguy hiểm Những tính tốn sai lầm gây tai họa xuất phát từ dụng cụ thơ sơ, từ sai lầm bảng đo lường hàng hải, hay từ chuyển động lắc lư tàu Điều khiến cho vấn đề tìm kinh độ trở thành vấn đề thuộc khoa học kỹ thuật Các cường quốc hàng hải phấn khởi tổ chức lớp toán học cho thủy thủ thường Khi Charles II mở lớp toán học cho 40 học sinh Christ s Hospital, trường từ thiện "áo Xanh" Ln Đơn, giáo viên cảm thấy khó thỏa mãn lúc thủy thủ học sinh toán học Các người quản trị nhà trường nhận thấy Drake, Hawkins nhà hàng hải lớn thành cơng mà khơng cần tốn học, nên đặt vấn đề thủy thủ tương lai có thực cần đến tốn học hay khơng Đứng phía toán học, Sir Isaac lập luận quy luật cũ khơng cịn thích hợp "Các học sinh tốn học bơng hoa nhà trường, em có khả hưởng nhận tri thức tốt dạy dỗ tốt theo học vị thầy giỏi, em tương lai cung cấp cho đất nước thủy thủ, nhà đóng tàu, kiến trúc sư, kỹ sư, chun viên tốn học đủ lãnh vực, biển đất, tài ba người mà nước Pháp tự hào" Tuy nhiên, tính tốn để tìm kinh độ nhờ quan sát mặt trăng phức tạp Cần tìm phương pháp đó, tốt máy, để giúp cho thủy thủ học dễ tìm vị trí biển Năm 1604, Vua Philip III Tây Ban Nha treo giải 10.000 ducat cho có giải pháp sau vua Louis XIV Pháp treo giải 100.000 florin Và Toàn Quyền Hà Lan treo giải mà Galileo giải đáp Ở Anh, động lực thúc bách giải vấn đề kinh độ nhu cầu thủy thủ đại dương xa xôi mà thảm họa xảy thềm lục địa phía bờ biển phía nam Năm 1707, tàu chiến Anh va vào đá ngầm quần đảo Scilly, gồm 140 đảo nhỏ cách xa bờ biển khơng đầy 40 dặm Tồn thủy thủ bị chìm với thuyền trưởng họ, Đơ đốc Clowdisley Shovell, mẫu thuyền trưởng anh hùng Vào thời hải quân Anh đỉnh cao vinh quang, chết nhiều thủy thủ gần đất liền kẻ thù công, chuyện đau đớn Lương tâm quần chúng bị đánh động Hai nhà tốn học lỗi lạc tun bố cơng khai tai nạn tránh thủy thủ có hiểu biết kinh độ Chỉ cần họ biết cách tìm kinh độ, mà điều "các thủy thủ bình thường hiểu áp dụng cách dễ dàng mà khơng cần đến tính tốn rắc rối thiên văn học" Do biến cố thúc đẩy, Quốc hội vào năm 1714 thông qua đạo luật "Treo Giải Thưởng Công Cộng cho người hay người tìm Kinh độ Biển" Rõ ràng đồng hồ lắc đoạt giải Để tính thời gian tàu trịng trành, lắc lư, phải có phương pháp khác Đồng hồ phải khơng có lắc hay lắc Có người nảy ý tưởng cuộn tròn kim loại mỏng thành lò xo, bung tạo lực đẩy máy Kiến trúc sư người ý Brunelleschi có lẽ chế đồng hồ chạy dây cót khoảng năm 1410 Một kỷ sau, thợ khóa người Đức chế đồng hồ nhỏ chạy dây cót Nhưng dây cót có vấn đề Với lắc rơi, lực tạo lúc đầu lúc cuối ln nhau, với dây cót, dây cót bung lực yếu dần Một giải pháp tài tình cho vấn đề "bánh côn", lõi cônic thiết kế để lị xo bung ra, hình thù lõi tạo lực tăng dần máy Ban đầu, đồng hồ bỏ túi có đủ thứ hình dạng Có đồng hồ hình sọ người, trứng, sách, thánh giá, chó, sư tử, hay chim bồ câu, Và có số thiết kế để cung cấp lịch thiên văn, chuyển động mặt trời, mặt trăng Nhưng đồng hồ chạy dây cót khơng xác đồng hồ lắc mà chúng thay Lúc đầu mặt đồng hồ đặt ngang phía có kim Cho tới đầu kỷ 17, máy khơng có bao chịu bụi nước Sau đồng hồ đặt đứng mặt đồng hồ trơng ngồi, đặt khung đồng Nhưng cịn dựa hồi thời kỳ đầu, nên thiếu xác chuyện thường Khi Hồng y Richelieu giới thiệu sưu tập đồng hồ mình, vị khách vơ ý đánh rớt hai lúc nhà Vị Hồng y điềm nhiên nhận xét, "Đây lần hai chạy giống nhau!" Một đồng hồ bỏ túi xác cần phải có phận điều khiển xác Cả hồi lẫn hồi lắc không đáp ứng điều Thời gian đầu, đồng hồ biển mắc tiền nên thuyền trưởng tiếp tục sử dụng phương pháp mặt trăng Nhưng dần dà, việc sản xuất đồng hồ rẻ tiền dễ việc đào tạo thủy thủ giỏi toán học Đồng hồ biển phải độc lập với trọng lực động lực nó, phận điều khiển Robert Hooke có ý tưởng đơn sơ: lực lị xo dùng để chạy đồng hồ, tính đàn hồi lại khơng thể dùng thay cho lắc để điều khiển máy? Trước Robert Hooke 1635-1703 lên 10 tuổi, ông trông thấy đồng hồ tháo rời ông tự ráp lấy gỗ Ở đại học Christ Church, Oxford, ông lớn tuổi sinh viên khác tham gia nhóm nghiên cứu khoa học gồm nhà kinh tế học tiên phong William Petty, kiến trúc sư Christopher Wren nhà vật lý học Robert Boyle Hooke làm máy để trắc nghiệm lý thuyết mà người khai triển Khi Royal Society thiết lập năm 1662, họ khôn ngoan chọn Hooke, lúc 27 tuổi vào chức vụ Phụ trách thí nghiệm, có nhiệm vụ thử thí nghiệm thành viên đưa Trong Micrographia 1665 mình, Hooke cho thấy ông nắm bắt mấu chốt thời đại Ông viết, "Sự thật khoa học Thiên Nhiên lâu công việc khối óc trí tưởng tượng Đã đến lúc phải quay trở với tính chất rõ ràng vững việc quan sát vật chất vật hiển nhiên" Năm 1658, 23 tuổi, Hooke nghĩ làm phận điều khiển đồng hồ biển việc "dùng dây cót thay trọng lực để làm cho vật thể rung động tư nào" Một dây cót gắn vào lắc làm cho lắc lắc qua lắc lại quanh tâm trọng lực tạo chuyển động tuần hoàn cần để máy đồng hồ dừng hay chạy nhờ đơn vị thời gian Trực giác có tính định cho việc làm đồng hồ biển Nếu mẫu đồng hồ ông chứng nhận sáng chế, ông có tài sản lớn Các nhà khoa học đồng nghiệp ơng, có Robert Boyle William Brouncker, hai giàu có, muốn tài trợ dự án ông Nhưng Hooke từ chối họ không đáp ứng đầy đủ yêu cầu ông Năm 1674, Huygens, đối thủ người Hà Lan ông thực làm đồng hồ đeo tay chạy lò xo lắc, Hooke tức giận tố cao Huygens ăn cắp phát minh ơng Để khẳng định ưu mình, năm sau ông chế tạo đồng hồ đeo tay để gửi tặng vua, đồng hồ có ghi dịng chữ khẳng định Hooke sáng chế máy định từ năm 1658 Hooke trở thành tác giả tranh cãi định luật Hooke: Ut tensio vis - sức căng lực nhiêu: lò xo bị kéo căng tạo phản lực với lực căng Nhưng quyền ưu tiên cho hầu hết sáng chế chun biệt ơng, kể lắc lị xo, cịn nhiều tranh cãi Dù "nhà phát minh đầu tiên" thứ đó, rốt việc kết hợp dây cót làm động lực lò xo lắc làm phận điều khiển tạo đồng hồ biển Thời gian đầu, đồng hồ biển mắc tiền, nên thuyền trưởng tiếp tục sử dụng phương pháp mặt trăng Nhưng việc sản xuất đòng hồ rẻ tiền dễ việc đào tạo thủy thủ giỏi tốn học Khơng có thủy thủ người đón nhận tiện lợi đồng hồ Đồng hồ chạy dây cót trở thành vật dụng tiện mang theo đất lẫn biển Với đồng mang theo - ngày nhỏ, không bị trọng lực, bỏ túi hay đeo cổ tay - lãnh vực đời sống người mang ý nghĩa thời gian ... đi? ??u ông thấy, mở thời đại việc đo thời gian Ba thập niên sau Galileo mất, sai số trung bình đồng hồ tốt giảm từ 15 phút xuống 10 giây ngày Một đồng hồ thời gian với vô số đồng hồ khác khắp nơi. .. hồ trở thành thước đo thời gian toàn cầu Cũng giống trước đây, đồng chuẩn hóa đơn vị thời gian ngày đêm, đông hạ, thành phố nào, đồng hồ xác chuẩn hóa đơn vị thời gian khắp hành tinh Hành tinh... cót trở thành vật dụng tiện mang theo đất lẫn biển Với đồng mang theo - ngày nhỏ, không bị trọng lực, bỏ túi hay đeo cổ tay - lãnh vực đời sống người mang ý nghĩa thời gian