Ngày nay chúng ta sống theo giờ, phút, giây một cách tự nhiên đến mức khó tưởng tượng một thế giới không có chúng. Nhưng trong phần lớn lịch sử, con người chỉ biết thời gian một cách mơ hồ: mặt trời lên, mặt trời lặn, chuông nhà thờ điểm giờ cầu nguyện. Đồng hồ cơ là phát minh đã biến thời gian thành thứ có thể chia nhỏ, đếm được và — quan trọng nhất — giống nhau cho mọi người trong cùng một thành phố, rồi cùng một quốc gia, rồi cả thế giới.

Từ đồng hồ mặt trời đến bánh răng và quả lắc

Các nền văn minh cổ đã có đồng hồ mặt trời, đồng hồ nước và đồng hồ cát, nhưng tất cả đều có nhược điểm: đồng hồ mặt trời vô dụng khi trời tối hay nhiều mây, đồng hồ nước chảy nhanh chậm theo nhiệt độ, đồng hồ cát chỉ đo được một khoảng ngắn. Bước ngoặt đến ở châu Âu vào cuối thế kỷ 13, đầu thế kỷ 14, khi các thợ thủ công chế tạo những chiếc đồng hồ cơ đầu tiên cho tháp nhà thờ và tòa thị chính. Trái tim của chúng là bộ thoát (escapement): một cơ cấu bánh răng và cần gạt nhả năng lượng từ quả nặng rơi xuống theo từng nhịp đều đặn, thay vì để nó tuột một mạch. Chính những nhịp "tích tắc" này đã chia thời gian thành những đơn vị bằng nhau.

Những chiếc đồng hồ tháp đầu tiên còn thô sơ và sai số hàng chục phút mỗi ngày, lại chỉ có kim giờ. Phải đến năm 1656, nhà khoa học Hà Lan Christiaan Huygens mới gắn quả lắc vào đồng hồ, dựa trên phát hiện của Galileo rằng quả lắc dao động với chu kỳ gần như không đổi bất kể biên độ. Đồng hồ quả lắc lập tức chính xác hơn gấp nhiều lần, sai số chỉ còn vài phút mỗi tuần, và kim phút trở thành thứ hữu ích thay vì trang trí. Đến thế kỷ 18, đồng hồ bỏ túi và đồng hồ hàng hải chính xác đã giúp thủy thủ xác định kinh độ trên biển — một bài toán từng khiến hàng nghìn người chết vì lạc đường.

Nguyên lý hoạt động: năng lượng đều đặn, nhịp đều đặn

Mọi đồng hồ cơ đều gồm ba phần: nguồn năng lượng, bộ điều tiết nhịp và bộ hiển thị. Nguồn năng lượng có thể là quả nặng treo cao từ từ hạ xuống, hoặc dây cót cuộn chặt rồi bung ra từ từ. Bộ điều tiết — ban đầu là thanh ngang foliot, sau này là quả lắc ở đồng hồ lớn và bánh xe cân bằng kết hợp lò xo tóc ở đồng hồ bỏ túi — quyết định nhịp nhả năng lượng: mỗi dao động cho phép bánh răng tiến đúng một răng. Bộ hiển thị là hệ bánh răng giảm tốc, chuyển những nhịp nhanh đó thành chuyển động chậm rãi của kim giờ, kim phút trên mặt số.

Điểm hay của thiết kế này là nó tách hai việc: năng lượng và nhịp điệu. Quả nặng hay dây cót chỉ cung cấp lực, còn quả lắc hay bánh xe cân bằng mới quyết định thời gian trôi nhanh hay chậm. Vì vậy, một chiếc đồng hồ cơ tốt có thể chạy ổn định trong nhiều ngày chỉ với một lần lên cót, và sai số của nó phụ thuộc chủ yếu vào độ ổn định của bộ điều tiết chứ không phải lượng năng lượng còn lại.

Tác động: thời gian trở thành luật chung

Đồng hồ cơ đã thay đổi cách xã hội tổ chức chính nó. Khi tháp đồng hồ của thành phố điểm giờ giống nhau cho mọi người, chợ họp đúng giờ, thợ thủ công bắt đầu và kết thúc ca làm đúng giờ, tàu chạy theo lịch trình. Đến thời công nghiệp, nhà máy sống bằng đồng hồ: ca kíp, năng suất và tiền lương theo giờ đều cần một chuẩn thời gian chung. Việc chuẩn hóa múi giờ vào cuối thế kỷ 19 — cả nước dùng cùng một giờ thay vì mỗi thành phố theo giờ mặt trời địa phương — cũng chỉ khả thi khi đồng hồ đã đủ rẻ và đủ chính xác để mọi ga tàu, bưu điện đều có một chiếc.

Ở cấp độ cá nhân, đồng hồ đeo tay đã biến thời gian thành tài sản riêng: mỗi người mang theo "giờ của mình" bên người, hẹn hò chính xác đến phút, và dần dần, cả xã hội bắt đầu coi trọng đúng giờ như một đức tính. Đó là một thay đổi văn hóa sâu sắc, bắt đầu từ những bánh răng trong tháp nhà thờ thời trung cổ.

Sự thật thú vị ít người biết

  • Những chiếc đồng hồ cơ đầu tiên không có mặt số để xem giờ như ngày nay: chúng chỉ đổ chuông báo giờ cầu nguyện, vì người xem chủ yếu nghe chứ không nhìn.
  • Từ "clock" bắt nguồn từ tiếng Latinh "clocca" nghĩa là chuông — dấu vết của thời đồng hồ còn là nhạc cụ báo giờ.
  • Đồng hồ hàng hải chính xác của John Harrison thế kỷ 18 chính xác đến mức sau nhiều tháng trên biển, sai số chỉ vài giây — và phần thưởng cho nó là một trong những giải thưởng khoa học lớn nhất thời đó.

Hiểu lầm thường gặp

Hiểu lầm: "Đồng hồ cơ được một người phát minh ra trong một năm cụ thể." Không có một "cha đẻ" duy nhất. Đồng hồ cơ là kết quả tích lũy qua nhiều thế hệ thợ thủ công châu Âu thế kỷ 13–14, rồi được Huygens, Harrison và nhiều người khác cải tiến qua hàng trăm năm.

Hiểu lầm: "Người xưa không cần giờ chính xác nên đồng hồ chỉ là đồ xa xỉ." Người xưa cần giờ chính xác cho những việc rất thực tế: giờ cầu nguyện của tu viện, giờ mở chợ, và đặc biệt là xác định vị trí trên biển. Đồng hồ cơ ra đời không phải để trang trí, mà để giải quyết những bài toán mà đồng hồ mặt trời và đồng hồ nước không giải quyết nổi.

Nguồn tham khảo