Từ đồng hồ mặt trời đến lò xo: Khởi nguyên

Câu chuyện đo thời gian bắt đầu với mặt trời, nước và trí tuệ con người hàng nghìn năm trước khi bánh răng đầu tiên được cắt. Từ những cái bóng trên mặt đất đến chiếc dây cót cuộn giúp thời gian trở nên di động, hành trình đến chiếc đồng hồ đeo tay trải dài năm thiên niên kỷ phát minh.

Người cổ đại đã xem giờ như thế nào?

Việc đo thời gian sớm nhất khai thác chính những nhịp điệu của tự nhiên, phân chia một ngày bằng bất cứ thứ gì chuyển động có thể dự đoán được.

• Khoảng năm 3500 TCN — các cột obelisk Ai Cập đổ bóng di chuyển để đánh dấu sự trôi qua của mặt trời
• Khoảng năm 1500 TCN — đồng hồ mặt trời Ai Cập chia ánh sáng ban ngày thành mười hai phần, tổ tiên của ngày 12 giờ của chúng ta
• Khoảng năm 1400 TCN — đồng hồ nước, hay clepsydra, đo thời gian bằng dòng chảy đều của nước
• Khoảng năm 1000 SCN — đồng hồ nến và đồng hồ hương cháy ở tốc độ có thể dự đoán để theo dõi giờ vào ban đêm

Những thiết bị này chia sẻ một hạn chế: chúng phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài. Đồng hồ mặt trời thất bại vào ban đêm và dưới mây; đồng hồ nước đóng băng trong lạnh và chảy không đều theo nhiệt độ. Nhân loại cần một cơ chế tự giữ thời gian, độc lập với mặt trời hay mùa.

Điều gì đã châm ngòi cuộc cách mạng cơ khí?

Bước đột phá đến ở châu Âu thời trung cổ. Khoảng năm 1300, những chiếc đồng hồ cơ khí đầu tiên xuất hiện trong các tu viện và tháp nhà thờ, được dẫn động bởi những quả nặng rơi và điều tiết bởi một thiết bị gọi là bộ thoát verge-and-foliot. Những chiếc đồng hồ ban đầu này thoạt tiên không có kim hay mặt số — chúng gõ chuông để triệu tập các tu sĩ đến cầu nguyện, và từ "clock" (đồng hồ) của chúng ta bắt nguồn từ thuật ngữ trung cổ chỉ chuông. Độ chính xác kém theo chuẩn hiện đại, trôi lệch nhiều phút mỗi ngày, nhưng nguyên lý là mang tính biến đổi: một cỗ máy nay có thể đo thời gian liên tục và bằng cơ khí.

Vì sao dây cót là một bước nhảy vọt đến vậy?

Đồng hồ dẫn động bằng quả nặng có một ràng buộc chí mạng — chúng phải treo bất động để các quả nặng có thể rơi. Tính di động là bất khả thi. Giải pháp đến vào khoảng năm 1510, khi thợ khóa Nuremberg Peter Henlein và những người cùng thời khai thác một dây cót cuộn để cấp năng lượng cho một chiếc đồng hồ. Một dây cót tích trữ năng lượng ở mọi hướng, nên lần đầu tiên một chiếc đồng hồ có thể được mang theo. Những "đồng hồ-quả chuông" đầu tiên này là những vật trang trí hình trống đeo trên dây chuyền hoặc ghim vào quần áo, và những "quả trứng Nuremberg" nổi tiếng của thời đại đó vừa là trang sức vừa là thiết bị. Chúng cực kỳ thiếu chính xác — thường cần chỉnh vài lần mỗi ngày — nhưng chúng là tổ tiên trực tiếp của mọi chiếc đồng hồ di động nối tiếp.

Đồng hồ trở nên chính xác như thế nào?

Dây cót làm đồng hồ di động; con lắc làm chúng chính xác. Năm 1657 nhà khoa học Hà Lan Christiaan Huygens áp dụng con lắc vào đồng hồ, dựa trên quan sát của Galileo rằng một quả nặng đung đưa giữ thời gian đều đặn đáng kinh ngạc. Đồng hồ con lắc cải thiện độ chính xác từ phút mỗi ngày xuống giây, một bước nhảy vọt kinh ngạc. Huygens sau đó còn đi xa hơn: năm 1675 ông thêm dây tóc, hay dây cân bằng, vào bánh lắc của đồng hồ. Chiếc dây cuộn tí hon này mang lại cho các đồng hồ di động một dao động đều đặn của riêng chúng, biến chiếc đồng hồ từ một món đồ mới lạ thiếu tin cậy thành một thiết bị đích thực.

• 1657 — Huygens áp dụng con lắc vào đồng hồ, đạt độ chính xác chưa từng có
• 1675 — Huygens thêm dây tóc, cách mạng hóa chiếc đồng hồ di động
• Cuối những năm 1600 trở đi — ngành chế tác đồng hồ nở rộ như một nghề thủ công chính xác khắp châu Âu

Vì sao những nguồn gốc này vẫn còn quan trọng?

Mọi chiếc đồng hồ cơ trên cổ tay ngày nay là hậu duệ trực tiếp của những phát minh này. Chiếc dây cót mà Henlein khai thác vẫn cấp năng lượng cho các bộ máy lên tay và automatic. Dây tóc mà Huygens hình dung vẫn điều tiết chúng, các vòng của nó thở hàng nghìn lần mỗi giờ. Bộ thoát lần đầu tích tắc trong một tháp tu viện vẫn phân phối năng lượng thành những mẩu nhỏ, có kiểm soát. Hiểu dòng dõi này là một phần khiến việc nhận diện và trân trọng đồng hồ trở nên đáng giá đến vậy — một công cụ như AI Watch Identifier có thể gọi tên một reference hiện đại từ ảnh, nhưng reference đó nằm ở cuối một chuỗi năm nghìn năm trí tuệ con người. Từ một cái bóng trên cát Ai Cập đến một dây cót cuộn trong một xưởng Thụy Sĩ, cuộc truy tìm nắm bắt thời gian chưa bao giờ ngừng lại, và chiếc đồng hồ đeo tay là biểu hiện mới nhất, tinh xảo nhất của nó.