Năm 132 SCN, Trương Hành đã trình bày trước triều đình nhà Hán chiếc máy phát hiện địa chấn đầu tiên trên thế giới. Một bản sao năm 2005 thậm chí được cho là đã có thể phát hiện các cơn địa chấn (động đất) với độ chính xác không kém so với các thiết bị hiện đại.
Các tư liệu lịch sử có ghi chép về độ chuẩn xác tuyệt vời của nó, tuy rằng thiết kế chính xác của nó vẫn còn là một điều bí ẩn. Hình dáng bên ngoài và chức năng của nó đã được biết rõ, nhưng cách thức hoạt động bên trong vẫn là một chủ đề đang được thảo luận. Các bản sao của cỗ máy đã được chế tạo dựa trên các đề xuất tốt nhất từ những cuộc thảo luận như vậy.
Giả thuyết phổ biến nhất cho rằng một con lắc bên trong cái vạc đồng sẽ di chuyển khi xuất hiện một cơn địa chấn, ngay cả nếu cơn địa chấn xảy ra cách đó hàng trăm dặm. Con lắc sẽ đánh trúng một hệ thống các đòn bẩy để mở miệng của một trong tám con rồng bên ngoài chiếc vạc. Trong miệng mỗi con rồng đều có ngậm một quả bóng bằng đồng. Quả bóng này sẽ rơi xuống miệng một con cóc bên dưới, tạo nên một tiếng rền vang.
Một ghi chép lịch sử đã miêu tả tiếng rền vang trong miệng con cóc lớn đến nỗi có thể khiến cả hoàng cung tỉnh giấc, Tiến sĩ Jan Pajak từ Viện Công nghệ Wellington, New Zealand đã viết trong một bài viết chuẩn bị cho Hội nghị Quốc tế về Công nghệ Cảm biến vào năm 2005.
Hướng con rồng mở miệng chính là hướng xảy ra trận động đất. Tám con rồng sẽ lần lượng chỉ về tám hướng đông, tây, bắc, nam, đông bắc, tây bắc, đông nam, và tây nam.
Phát minh này đã vấp phải sự hoài nghi lúc đầu, mặc dù Trương Hành đã là một nhà khoa học nổi tiếng thời bấy giờ, và được lựa chọn đảm nhậm chức Thái sử lệnh. Thái Sử Lệnh là quan viên phụ trách các sự vụ như quan trắc thiên tượng, biên soạn hiệu đính lịch, dự báo thời tiết, và tổ chức các nghiên cứu về thời tiết và khí trời.
Năm 138 SCN, một quả bóng đồng đã rơi xuống miệng con cóc, gióng lên âm thanh cảnh báo đầu tiên. Hướng rơi của quả bóng cho thấy có một cơn động đất ở phía Tây thành phố Lạc Dương, thủ phủ triều Hán. Không ai cảm nhận được một trận động đất từ Lạc Dương, nên cảnh báo này đã bị phớt lờ, nhưng chỉ vài ngày sau, một viên sứ giả từ phía Tây Lạc Dương đã đến thành phố này để báo tin khu vực đó đã hứng chịu một trận động đất. Trận động đất đã xảy ra vào cùng thời điểm cỗ máy của Trương Hành gióng lên âm thanh cảnh báo. Thành phố Lũng Tây, cách Lạc Dương khoảng 450 km về hướng Tây, đã trở thành bình địa sau cơn địa chấn.
Phùng Duệ và Du Ngân Hằng từ Viện Địa vật lý, Cục Địa chấn Trung Quốc, đã kết luận vào năm 2006 rằng trận động đất đầu tiên với cường độ 7 độ Richter được cỗ máy của Trương Hành phát hiện này đã xảy ra ở Lũng Tây vào 13/12/134 SCN, với tâm chấn ở thị trấn Thiên Thủy.
Mục đích của cỗ máy này là phát hiện các cơn địa chấn trong khu vực xa xôi để kịp thời triển khai các biện pháp cứu trợ. Cỗ máy này đã hoạt động cho tới khi người phát minh ra nó qua đời, nhưng rõ ràng rằng thiết bị này vô cùng phức tạp và chỉ Trương Hành mới có khả năng bảo dưỡng nó một cách hiệu quả.
Tên gọi đầy đủ của cỗ máy này là Hậu phong địa động nghi, tức là “thiết bị đo lường các luồng gió mùa và sự chuyển dịch của Trái Đất”. Nỗ lực chế tạo thiết bị mô phỏng đã thành công ở các mức độ khác nhau, nhưng tất cả chúng đều được chế tạo dựa trên việc sử dụng quán tính, một nguyên lý không thể thiếu trong các địa chấn kế hiện đại.
TS Pajak giải thích nguyên lý quán tính này như sau: “Theo nguyên lý này một trận động đất sẽ làm rung lắc cấu trúc thiết bị, khiến vị trí cấu trúc bị dịch chuyển và tác động tới con lắc quán tính. Sự dịch chuyển này báo hiệu một cơn động đất”.
Nỗ lực tái tạo
Năm 1939, nhà khoa học người Nhật Bản Akitsune Imamura đã chế tạo được một bản sao có khả năng hoạt động, theo Giáo sư Nhan Hồng Sâm trong cuốn sách “Bản thiết kế tái tạo các cỗ máy đã bị thất lạc của Trung Quốc cổ đại”.
Tuy nhiên, GS Hồng Sâm cũng viết, “tuy nhiên trong một số trường hợp hướng của tâm chấn trận động đất lại nằm vuông góc với hướng quả bóng rơi”.
Năm 2005, một số nhà khoa học trong nhiều lĩnh vực của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Bảo tàng Quốc gia, và Cục Địa chấn Trung Quốc đã công bố một cỗ máy tái tạo tốt nhất từng được chế tạo.
“Nó thể hiện vốn hiểu biết tốt nhất của chúng tôi hiện nay về máy phát hiện địa chấn thời cổ đại”, một bài viết vào thời điểm đó trên tờ Nhân dân Nhật báo trích lời Phó tiến sĩ Đằng Cát Văn, một thành viên tham gia nghiên cứu tại Viện Địa chất và Địa vật lý, trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Trung Quốc.
Theo như báo cáo, thiết bị tái tạo này đã có phản ứng trước các sóng địa chấn mô phỏng bốn trận động đất có thật từng xảy ra ở Đường Sơn, Vân Nam, Cao nguyên Thanh Hải – Tây Tạng, và Việt Nam. Đối chiếu với các biểu đồ động đất hiện đại, thiết bị tái tạo này có độ chuẩn xác cao và hình dáng của nó trùng khớp với sự miêu tả trong các tư liệu lịch sử.
Cơ chế vận hành bên trong
GS Hồng Sâm đã trích dẫn một đoạn trong tiểu sử đương đại về Trương Hành, chi tiết thiết kế đầu tiên về cỗ máy còn sót lại trong các tư liệu lịch sử: “Có một cột trụ ở chính giữa cấu trúc bên trong và tám thanh truyền xung quanh cột trụ”.
Thanh truyền ở đây ám chỉ đến các máng vận chuyển vật thể, GS Hồng Sâm giải thích, nhưng không có chi tiết cụ thể hơn về những thanh truyền này trong tư liệu.
TS Pajak đưa ra một giả thuyết khác. Ông cho rằng trong các tư liệu lịch sử cỗ máy này được miêu tả là có chứa nước, ví như nước chảy ra khỏi miệng con rồng như một dòng thác.
Ông giả định rằng dòng nước đã chảy khá êm ả (trái ngược với dòng chảy hỗn loạn), một đặc tính của dòng chảy laminar. Hình dạng của khoang chứa (hình parabôn) đã được thiết kế để làm chệch hướng các dao động phát xuất từ khu vực động đất. Các dao động bị làm chệch hướng sẽ tập trung tại lối vào của ống tại phương hướng thích hợp, khiến nước xung quanh quả bóng sắt đẩy quả bóng ra khỏi miệng con rồng.
Robert Reitherman, giám đốc điều hành của Liên đoàn các trường Đại học Nghiên cứu trong lĩnh vực Kỹ thuật Địa chấn, đã bày tỏ sự hoài nghi về tính chính xác của các ghi chép trong lịch sử về cỗ máy này trong cuốn sách “Các trận động đất và kỹ sư: Một lịch sử quốc tế”.
Ông đã viết như sau: “Tại một khoảng cách gần, toàn bộ thiết bị sẽ rung lắc dữ dội đến nỗi các quả bóng trên nhiều chỗ đậu sẽ xô đẩy lỏng ra. … Tại một khoảng cách [xa], sự rung chuyển mặt đất do một trận động đất sẽ không biểu thị rõ ràng hướng phát xuất của rung động, bởi vì mặt đất sẽ rung lắc theo nhiều hướng khác nhau một cách hỗn loạn khi những đợt sóng địa chấn tiếp cận đến khu vực đặt thiết bị”.
Nếu cỗ máy này hoạt động như các tư liệu lịch sử đã miêu tả, và nếu sự thành công của một số bản sao hiện đại cho thấy cỗ máy này có thể hoạt động với mức độ chính xác như vậy, thì có vẻ như trí tuệ của Trương Hành đã vượt quá khả năng lĩnh hội của chúng ta hiện nay.
Một số thành tựu khác của Trương Hành bao gồm việc tính toán ra số pi (π) trong khoảng giữa 3,1466 và 3,1622, tinh chỉnh một thiết bị đo thời gian được gọi là “lưu nhập lậu hồ”, và áp dụng thủy động lực để xoay một công cụ thiên văn được gọi là Hỗn thiên nghi.
Trong chuyên mục Khoa học huyền bí, Đại Kỷ Nguyên khám phá các nghiên cứu và các sự kiện có liên quan tới các hiện tượng và giả thuyết đang thách đố hiểu biết của chúng ta hiện nay. Chúng tôi sẽ đào sâu vào những ý tưỏng có thể kích thích trí tưởng tượng và mở ra những khả năng mới. Hãy chia sẻ với chúng tôi những suy nghĩ của bạn về những chủ đề có thể gây nhiều tranh cãi trong phần bình luận bên dưới.
Tác giả: Tara MacIsaac, Đại Kỷ Nguyên tiếng Anh.
Đọc bản gốc ở đây.
Quý Khải biên dịch
Xem thêm: