Một bản sao của máy đo địa chấn cổ đại Trung Hoa có từ thời Đông Hán, cùng cha đẻ cỗ máy này – Trương Hành.

Vũ Trụ chứa đầy những điều bí ẩn và thách đố tri thức của nhân loại. Bộ sưu tập những câu chuyện “Khoa học Huyền bí” của Đại Kỷ Nguyên về những hiện tượng lạ thường đã kích thích trí tưởng tượng và mở ra những khả năng chưa từng mơ tới. Chúng có thật hay không? Điều đó tùy bạn quyết định!

Năm 132 sau Công nguyên, Trương Hành đã trình lên vua Hán chiếc máy phát hiện động đất đầu tiên trên thế giới. Một bản sao của cỗ máy này vào năm 2005 thậm chí đã phát hiện ra trận động đất với độ chính xác không kém các công cụ hiện đại.

Các ghi chép lịch sử nói lên độ chính xác của chiếc máy, mặc dù bản thiết kế chính xác vẫn còn là một bí ẩn. Hình dáng bên ngoài và chức năng đã được biết đến một cách chắc chắn, nhưng hoạt động bên trong vẫn cần được nghiên cứu. Bản sao đã dựa vào phỏng đoán chính xác nhất từ nghiên cứu trên.

Lý thuyết phổ biến nhất cho rằng một con lắc bên trong các vạc bằng đồng sẽ chuyển động mỗi khi có động đất, thậm chí nếu trận động đất cách đó hàng trăm dặm. Con lắc sẽ va vào hệ thống đòn bẩy để giúp mở một trong 8 miệng rồng nằm ngay ngoài chiếc vạc đồng. Mỗi miệng một con rồng chứa một quả cầu bằng đồng. Quả cầu sẽ lăn ra ngoài, rơi xuống miệng của bức tượng con cóc bên dưới, tạo nên một tiếng động lớn.

Một ghi chép lịch sử mô tả tiếng kêu phát ra từ miệng con cóc rất to, đến nỗi có thể đánh thức cả cung điện đang chìm trong giấc ngủ, Tiến sĩ Jan Pajak thuộc Viện Công nghệ Wellington viết trong một bài báo chuẩn bị cho Hội nghị Quốc tế về Công nghệ Cảm biến năm 2005.

Hướng của con rồng có miệng mở chính là hướng của trận động đất. Tám con rồng chỉ theo tám hướng tương ứng là Đông, Tây, Nam, Bắc, Đông Bắc, Tây Bắc, Đông Nam, Tây Nam.

Mới đầu phát minh đã phải chịu nhiều hoài nghi, mặc dù Trương Hành đã là một nhà phát minh nổi tiếng, được chọn làm nhà chiêm tinh đứng đầu Hoàng cung. Năm 138 SCN, một quả cầu bằng đồng đã kêu lên tiếng cảnh báo đầu tiên.

Quả cầu cho biết trận động đất xảy ra ở phía Tây kinh thành Lạc Dương. Không có ai cảm nhận được trận động đất tại Lạc Dương, vì vậy mọi người phớt lờ cảnh báo, nhưng một vài ngày sau đó, một sứ giả đến từ phía Tây thành Lạc Dương đã đến kinh đô đưa tin rằng vùng này có một cơn động đất. Cơn động đất diễn ra vào đúng thời điểm cỗ máy của Trương Hành cất lên tiếng cảnh báo. Thành phố Lũng Tây cách đó 300 dặm, đã ở trong tình trạng đổ nát.

Feng Rui và Yu Yan-Xiang thuộc Viện Địa Vật Lý, Cục Động đất Trung Quốc, đã suy luận vào năm 2006 rằng trận động đất đầu tiên được cỗ máy của Trương Hành phát hiện có cường độ 7 tại Lũng Tây, tâm chấn tại Thiên Thủy vào ngày 13 tháng 12 năm 134 sau Công nguyên.

Mục đích của cỗ máy là phát hiện động đất ở những vùng xa xôi nhờ vậy có thể cứu trợ kịp thời. Cỗ máy hoạt động cho đến khi cha đẻ của nó qua đời, và dường như thiết bị này quá phức tạp đến nỗi chỉ có Trương Hành mới có thể duy trì được tính hiệu quả của nó.

Cỗ máy này được gọi là “Hậu phong địa động nghi” – máy đo địa chấn: “một công cụ dùng để đo gió mùa và chuyển động của Trái Đất”. Những nỗ lực tái hiện lại công cụ trên đã gặt hái được nhiều thành công, và tất cả chúng đều sử dụng nguyên tắc quán tính, một nguyên tắc chung cho những máy ghi địa chấn hiện đại.

Tiến sĩ Pajak giải thích về nguyên lý sử dụng quán tính: “Trong nguyên lý này một trận động đất sẽ làm rung một cấu trúc, do đó cấu trúc này bị dịch chuyển và tác dụng tới con lắc quán tính, sự dịch chuyển này là dấu hiệu chỉ một cơn động đất.

Nỗ lực tái tạo

Năm 1939, nhà khoa học người Nhật Akitsune Imamura đã thiết kế một bản sao chứng tỏ cỗ máy trên hiệu quả, theo Hong-Sen Yan trong cuốn sách “Thiết kế tái hiện lại cỗ máy Trung Hoa đã biến mất”.

Tuy nhiên, Hong-Sen viết: “trong một vài tình huống, tâm chấn của trận động đất lại có hướng vuông góc với hướng quả cầu rơi”.

Năm 2005, một vài nhà khoa học từ nhiều ngành khác nhau thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc, Bảo tàng Quốc Gia, và Cục Động đất Trung Quốc công bố một bản sao hoàn hảo nhất từ trước tới nay.

“Nó thể hiện sự hiểu biết tốt nhất hiện nay về công cụ đo địa chấn thời cổ đại”- Teng Jiwen, một nhà nghiên cứu tại Học viện Địa chất và Địa Vật Lý, theo báo cáo từ thời điểm đó bởi phương tiện truyền thông nhà nước Nhân Dân Nhật Báo.

Theo tin đưa, bản sao cỗ máy đã có phản ứng với 4 trận động đất hiện nay tại Đường Sơn, Vân Nam, Cao nguyên Thanh Hải – Tây Tạng, và Việt Nam. Sau khi kiểm tra lại bằng công cụ hiện đại, đã chứng minh được tính chính xác của bản sao trên, đồng thời bản sao cũng có hình dạng phù hợp với mô tả trong ghi chép lịch sử.

Cơ chế vận hành bên trong

Hong-Sen trích dẫn một đoạn trong cuốn tiểu sử của Trương Hành, bản ghi chép kỹ thuật đầu tiên còn lưu lại cho chúng ta trong sử sách: “Bên trong có một cột trụ ở trung tâm và tám thanh truyền gần cột trụ”.

Các thanh truyền sẽ truyền dẫn đến các máng, máng sẽ vận chuyển một vài thứ – theo giải thích của Hong-Sen, nhưng không có ghi chép cụ thể hơn về những thanh truyền.

Tiến sĩ Pajak đưa ra giả thuyết khác. Ông viết rằng cỗ máy theo mô tả trong lịch sử là có chứa nước, và có nước chảy ra từ miệng con rồng như đài phun nước.

Ông giả thuyết rằng nước chảy ổn định (trái với sự hỗn loạn) – một đặc điểm gọi là dòng chảy laminar (dòng chảy thành lớp). Hình dạng của khoang bên trong cỗ máy (hình parabol) được thiết kế để có thể phát hiện rung động từ vùng động đất. Rung động được chuyển hướng, nhờ hình dạng parabol, sẽ tập trung vào đầu ống dẫn theo hướng phù hợp, khiến nước sẽ chảy quanh quả cầu kim loại và đẩy quả cầu ra khỏi miệng rồng.

Robert Reitherman – giám đốc điều hành của Hiệp hội Các trường đại học Nghiên cứu về Động đất, bày tỏ hoài nghi liên quan đến các tường thuật trong lịch sử về độ chính xác của cỗ máy trong cuốn sách của ông: “Động đất và các kỹ sư: Một lịch sử quốc tế” (Earthquakes and Engineers: An International History).

Ông viết: “Ở khoảng cách gần, tất cả công cụ sẽ rung mạnh, các quả cầu ở trên cao sẽ rơi xuống hỗn loạn… Ở khoảng cách xa, chuyển động rung của mặt đất sẽ không để lại dấu hiệu để dự đoán được hướng của rung động truyền đến, vì mặt đất ở nhiều hướng khác nhau đều rung chuyển cùng lúc vào thời điểm rung động truyền đến bộ cấu trúc trong chiếc máy”.

Nếu chiếc máy hoạt động tốt như các ghi chép lịch sử mô tả, và nếu thành công của bản sao hiện đại gợi ý cho chúng ta về độ chính xác của cỗ máy xưa, thì đến nay có lẽ chúng ta vẫn chưa hoàn toàn hiểu thấu được cái thiên tài của Trương Hành.

Một số thành tựu khác của Trương Hành gồm có tính được số pi (π) có giá trị trong khoảng 3.1466 và 3.1622, ứng dụng chuyển động của dòng nước để xoay một dụng cụ thiên văn tên là Hỗn Thiên Nghi.

Theo Vietdaikynguyen.com