A clock at the Orsay Museum in Paris, France, on April 19, 2016. The clock of the Orsay Museum is one of the few remnants of the days when the museum was a station. (Thierry Chesnot/Getty Images)

Một chiếc đồng hồ tại Bảo tàng Orsay ở Paris, Pháp, ngày 19 tháng 4 năm 2016. Đồng hồ này là một trong những vết tích còn sót lại khi bảo tàng này là một nhà ga xe lửa. (Thierry Chesnot/Getty Images)

Chúng ta sống trong một thế giới mà thời gian được xem là quan trọng bậc nhất. Sự khác biệt giữa thành công hay thất bại để thực hiện một giao dịch điện tử được tính bằng nano giây và chúng ta liên tục được nhắc nhở về “thời gian”: sớm hay muộn, đã lỡ hẹn hoặc “xong trước hạn”. Trong thế giới ngày nay, thời gian đang quản cuộc sống chúng ta.

Tại cuốn sách bán chạy của mình, “Lược sử thời gian“, nhà vật lý Stephen Hawking đã nhắc nhở chúng ta rằng: “Sự gia tăng hỗn độn hay entropy là thứ phân biệt quá khứ với tương lai, tạo ra hướng thời gian.”

Không có bằng chứng nào cho thấy chúng ta có thể di chuyển ngược thời gian hoặc “có những người du hành thời gian” đến từ tương lai đang tồn tại cùng chúng ta. Nhưng mũi tên thời gian xác thực là đẩy chúng ta tiến về phía trước, và con người đã đo lường thời gian này qua các thời kỳ theo những cách khác nhau.

Đồng hồ mặt trời và đồng hồ nước

Chúng ta sẽ không bao giờ biết được ai là người đầu tiên tìm cách tạo ra cơ cấu để đo thời gian, mặc dù trong Kinh Thánh, sách Sáng thế ký, minh họa sự thay đổi trên cơ sở từng ngày, và có nói rõ về buổi tối và buổi sáng. Người Ai Cập cổ đại đã sử dụng đồng hồ mặt trời đơn giản và chia ngày thành các phần nhỏ hơn, và người ta cho rằng khoảng tầm năm 1.500 trước Công nguyên, họ đã chia thời gian từ lúc mặt trời mọc tới lúc mặt trời lặn thành 12 khoảng giãn.

An ancient Egyptian sundial. (University of Basel)

Một đồng hồ mặt trời của người Ai Cập cổ đại. (Đại học Basel)

Cách phân chia thời gian mà chúng ta quen thuộc là mới được xuất hiện gần đây, các thuật ngữ về thời gian và việc ghi giờ giấc ngày nay có nguồn gốc từ người Babylon và người Do Thái (tuần bảy ngày trong Sáng Thế Ký). Người La Mã cổ đại, trong thời kỳ cộng hòa, tính một tuần có tám ngày, bao gồm cả một ngày mua sắm, là thời gian mà mọi người có thể mua và bán các đồ vật. Khi hoàng đế La Mã Constantine đưa Kitô giáo thành quốc giáo vào đầu thế kỷ thứ 4, đã chính thức sử dụng tuần có bảy ngày.

Đồng hồ mặt trời (dĩ nhiên chỉ hiệu quả khi mặt trời chiếu sáng) đã được cải tiến bởi những người Hy Lạp và tiếp tục tiến xa hơn bởi người La Mã vài thế kỷ sau đó. Người La Mã cũng sử dụng đồng hồ nước được điều chỉnh theo thang đo của đồng hồ mặt trời và do đó họ có thể đo thời gian ngay cả khi mặt trời không chiếu sáng vào ban đêm hoặc vào những ngày có sương mù. Gọi là đồng hồ nước (clepsydra) vì nó sử dụng một dòng chảy của nước để đo thời gian. Thông thường một khoang chứa được đổ đầy nước, và nước chảy cạn từ từ và đều đặn khỏi khoang chứa – các vạch chia độ được sử dụng để biểu thị thời gian đã trôi qua.

Nhưng trong thế giới người La Mã, độ dài của ngày thay đổi theo các mùa khiến cho việc đo lường thời gian dễ thay đổi hơn nhiều so với ngày nay: các “giờ” ban đầu được tính và phân chia theo khoảng thời gian giữa lúc mặt trời mọc và mặt trời lặn. Đồng hồ nước giúp đo thời gian một cách đơn giản và đáng tin cậy hợp lý.

Thời kỳ trưởng thành của đồng hồ

Tìm ra phương pháp đo thời gian một cách tốt hơn là một niềm đam mê của con người trong nhiều thế kỷ, nhưng vào thế kỷ 18, đồng hồ nổi lên như một công cụ khoa học theo đúng nghĩa của nó, mặc dù vai trò thông thường của nó là đánh dấu những thời giờ đã trôi qua.

Đồng hồ quả lắc có được sự tinh xảo là nhờ vào việc Galileo nhận ra sự đều đặn của một chiếc đèn treo đung đưa qua lại trong nhà thờ Pisa khi ông còn là một sinh viên ở đó.

Đồng hồ Harrison được trưng bày tại Đài thiên văn Hoàng gia Greenwich. (Bin im Garten, CC BY-SA)

Đồng hồ Harrison được trưng bày tại Đài thiên văn Hoàng gia Greenwich. (Bin im Garten, CC BY-SA)

Dấu ấn đáng nhớ về một công cụ đo thời gian vừa hoàn toàn phù hợp với mục đích đó lại vừa thanh lịch là bộ đo thời gian hàng hải được phát minh bởi John Harrison ở Anh. Nó đáp ứng nhu cầu đo thời gian trên tàu với độ chính xác cao, và còn có thể xác định được kinh độ (đồng hồ quả lắc không thích hợp để sử dụng trên biển do sự chuyển động của tàu).

Thiết bị của Harrison thể hiện được sự thông minh của ông trong thiết kế và kiến thức về các vật liệu tốt nhất. Đồng hồ của ông cho phép đo thời gian, và xác định một vị trí trên biển với độ chính xác cao. Nó đã cung cấp cho Hải quân Hoàng gia một công cụ điều hướng chưa từng có.

Công việc của các nhà sản xuất đồng hồ thế kỷ 20 tiếp tục truyền thống đó – các kỹ năng của George Daniels ở Anh trong việc tạo ra một kiệt tác đồng hồ sử dụng phương pháp truyền thống và thủ công có thể được thấy trong triển lãm thường kỳ hiện được tổ chức tại Bảo tàng Khoa học ở London.

Nguyên tử và laser

Đo thời gian cũng thay đổi trong thế kỷ 20 nhờ sự phát triển của đồng hồ nguyên tử trong những năm 1950 tại Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia. Đồng hồ nguyên tử cho phép xác định thời gian tốt hơn, và lấy đơn vị giây làm đơn vị đo cơ sở.

Việc phát minh ra tia laser vào năm 1960 đã thay đổi vĩnh viễn việc đo lường thời gian. Laser có thể sinh ra các xung có độ dài vài atto giây -10-18 giây và độ chính xác của phép đo lường thời gian quốc tế hẳn là đã phản ánh được điều này.

Ngày nay thời gian được đo không phải bằng giây, đơn vị mà chúng ta có thể tính là một thương số – 1/86.400 một ngày. Thay vào đó, nó thông qua một tần số nguyên tử: được chính thức thực hiện thông qua cái gọi là “tiêu chuẩn Xêsi”. Nó đo chính xác số “chu kỳ” của bức xạ –  9.192.631.770 – là chu kỳ mà một nguyên tử Xêsi 133 chuyển từ trạng thái năng lượng này sang trạng thái năng lượng khác.

Thời gian đã chuyển đổi từ đo trên mặt đất sang một phép đo mà về nguyên tắc có thể được thực hiện trên một hành tinh khác hoặc khắp nơi trong vũ trụ. Độ chính xác của thời gian nguyên tử này tiếp tục được hoàn thiện thông qua nghiên cứu, và công việc tại Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia ở Anh là một sự thể hiện hàng đầu thế giới.

Còn tương lai thì sao? Xin lại trích lời của Hawking: “Chỉ có thời gian (dù nó là gì đi nữa) mới có câu trả lời”. Chúng ta biết rằng nó sẽ liên quan đến công việc đang diễn ra của các nhà khoa học để cho phép làm tăng độ chính xác phép đo thời gian của chúng ta khi chúng ta chắc chắn thấy được cuộc sống của chúng ta chịu sự khống chế của thời gian, cách đo lường thời gian và mệnh lệnh của thời gian về việc chúng ta làm gì và khi nào thì làm việc ấy.

Kenneth Grattan là giáo sư công cụ khoa học George Daniels tại Đại học Thành phố London ở Anh. Bài viết này đã được xuất bản lần đầu trên The Conversation.

Theo dkn.com