Cỗ máy Antikythera: Hộp bánh răng đồng 2.000 năm tuổi dự báo nhật thực dưới đáy biển Địa Trung Hải

Ngày 17 tháng 5 năm 1902, giữa bảo tàng vắng lặng ở Athens, nhà khảo cổ Valerios Stais cùng người anh họ là chính trị gia Spyridon Stais dừng chân trước một khối đá vỡ vụn. Suốt hai năm ròng rã, vật thể trông như khối đồng và gỗ bị ăn mòn ấy hoàn toàn bị bỏ quên trong khi các nhân viên bảo tàng mải mê phục chế những pho tượng tráng lệ. Nhưng khi cầm khối đá mục nát trên tay và cạy lớp gỉ sét ở kẽ nứt, Valerios Stais giật mình nhận thấy một chiếc bánh răng đồng đang nhô ra. [1]

Valerios Stais lúc đầu tin rằng hiện vật ông vừa tìm thấy là một chiếc đồng hồ thiên văn. Thế nhưng, các học giả thời kỳ đầu lập tức hoài nghi nhận định này, cho rằng cỗ máy là hiện vật phi niên đại vì nó quá phức tạp so với tất cả những gì con người cùng thời kỳ từng chế tạo. [1]

Cơn bão dạt vào vách đá và vực sâu 45 mét

Đầu năm 1900, thuyền trưởng Dimitrios Kontos quyết định đưa thủy thủ đoàn thợ lặn bọt biển từ đảo Symi dạt vào đảo Antikythera để lánh một cơn bão. Khi lặn xuống vùng biển ngoài khơi mũi Glyphadia trên hòn đảo của Hy Lạp này, người thợ lặn Elias Stadiatos tình cờ phát hiện ra xác một con tàu chở hàng La Mã nằm ở độ sâu 45 mét. Con tàu chở cỗ máy cùng các tác phẩm điêu khắc bằng đồng, đá cẩm thạch và đồ thủy tinh hảo hạng đã bị đắm chỉ vài năm sau năm 70 trước Công nguyên. Theo một ghi nhận khác từ bài báo năm 2006, con tàu bị chìm ở độ sâu 42 mét ngoài khơi đảo Antikythera vào năm 65 trước Công nguyên. [1][7][6]

Nhận thấy kho tàng cổ vật khổng lồ dưới biển sâu, nhóm thợ lặn lập tức phối hợp cùng Hải quân Hoàng gia Hy Lạp mở chuyến thám hiểm đầu tiên trong hai năm 1900–1901 để tiến hành trục vớt. Đội cứu hộ liên tục đưa lên khỏi đáy biển nhiều hiện vật lớn bao gồm tượng đồng, tượng cẩm thạch, đồ gốm, đồ thủy tinh độc đáo, đồ trang sức và tiền xu. Nằm lẫn giữa những báu vật đồ sộ ấy, cỗ máy Antikythera cũng được vớt lên khỏi xác tàu vào năm 1901, nhiều khả năng là vào tháng Bảy. [1]

Sau khi toàn bộ hiện vật vớt được từ xác tàu được chuyển về Bảo tàng Khảo cổ học Quốc gia ở Athens để lưu giữ và phân tích, mọi sự chú ý đều dồn vào những pho tượng đồng và tượng cẩm thạch lớn. Cỗ máy vớt lên năm 1901 khi đó chỉ là một khối kim loại xù xì, vô danh vì bị gỉ sét bao phủ, nên lập tức bị xếp xó ở một góc bảo tàng. [1]

Tia X xuyên qua hai thiên niên kỷ gỉ sét

Nhà ngữ văn học người Đức Albert Rehm là người đầu tiên đề xuất rằng cỗ máy Antikythera thực chất là một máy tính thiên văn, đi ngược lại sự hoài nghi trước khối phế tích vô định hình. Khi mới được trục vớt, cỗ máy vốn là một khối nguyên vẹn, nhưng sau đó đã vỡ thành ba mảnh chính và qua thời gian phân rã thành 82 mảnh rời rạc. Hiện nay, chỉ còn khoảng một phần ba thiết bị nguyên bản sống sót qua những mảnh vỡ ấy, trong đó lưu giữ 30 bánh răng đồng bị ăn mòn nghiêm trọng. [1][2]

Ý tưởng của Rehm cần bằng chứng vật lý cụ thể để đứng vững, nhưng không ai có thể dùng búa đục hay cạy mở lớp kim loại giòn mục. Năm 1951, Derek J. de Solla Price, giáo sư lịch sử khoa học tại Đại học Yale, bắt đầu quan tâm nghiên cứu cỗ máy. Hai mươi năm sau, vào năm 1971, ông cùng nhà vật lý hạt nhân Charalampos Karakalos quyết định chụp ảnh X-quang và tia gamma của toàn bộ 82 mảnh vỡ để nhìn thấu cấu tạo bên trong. [1]

Những tấm phim chiếu xạ hai chiều mở ra bước tiến lớn nhưng vẫn để lại nhiều tầng cấu trúc cơ khí bị chồng lấp. Năm 2005, dự án AMRP được triển khai thông qua sự hợp tác giữa các trường đại học ở Anh, Hy Lạp cùng hai công ty công nghệ Hewlett-Packard và X-Tek Systems. Kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính X-ray CT ba chiều được đưa vào cuộc, cho phép các nhà khoa học đọc được những dòng chữ khắc ẩn sâu bên trong các mảnh vỡ mà phim chụp X-quang 2D trước đây không thể thấy được. [6]

Các lát cắt xuyên sâu hé lộ hàng ngàn ký tự văn bản tí hon nằm ẩn sâu bên trong các mảnh vỡ, vốn đã không được đọc trong suốt hơn 2.000 năm qua. Kết quả chụp quét còn chứng minh cỗ máy sử dụng bánh răng vi sai, một cơ cấu cơ khí tối tân từng được tin là chỉ xuất hiện lần đầu vào thế kỷ 16. [2][7]

Một vòng xoay tay và 78 ngày trên bầu trời

Người thợ cơ khí cổ đại đã quyết định đặt toàn bộ cỗ máy vào một chiếc hộp khung gỗ nhỏ gọn có kích thước tổng thể ước tính khoảng 34 cm × 18 cm × 9 cm để thu nhỏ chuyển động của bầu trời. Khi phân tích cấu trúc bên trong lớp vỏ ấy, dữ liệu chụp cắt lớp vi tính X-ray CT cho thấy người xưa còn làm thêm một khung phụ bằng gỗ nhằm bao bọc trọn vẹn toàn bộ hệ bánh răng ăn khớp phức tạp. [1][6]

Trái tim truyền động của khối cơ học bắt đầu từ một tay quay nhỏ bên hông hộp. Khi người dùng xoay tay quay, lực truyền qua một bánh răng vương miện để ăn khớp trực tiếp vào bánh răng dẫn động chính. Chi tiết này được định danh là bánh răng b1, mang bốn nan hoa đặc trưng mà các nhà khảo cổ nhìn thấy rõ trên mặt trước của Mảnh A. Trong số các bộ phận bên trong, bánh răng lớn nhất của cỗ máy đạt đường kính khoảng 13 cm và nguyên bản sở hữu 223 răng cưa. [1]

Mỗi vòng quay hoàn chỉnh của chiếc tay quay nhỏ ấy tạo ra một bước nhảy vọt: kim chỉ ngày trên mặt số phía trước dịch chuyển khoảng 78 ngày. Thao tác quay tay làm chuyển động đồng thời các bánh răng lồng ghép, tính toán tức thì vị trí của Mặt Trời, Mặt Trăng, các tuần trăng cùng những chu kỳ thiên văn. [1]

Mặt trước cỗ máy có một thang đo cố định chia thành 360 độ đại diện cho 12 cung Hoàng đạo của người Hy Lạp. Nằm ở vòng quay ngoài cùng là các vạch khắc tháng và ngày theo lịch Sothic của Ai Cập, gồm 12 tháng 30 ngày và 5 ngày ngoại lịch. Người chế tác còn thiết kế để vòng lịch Ai Cập này xoay được, giúp hiệu chỉnh việc lịch Ai Cập thiếu một ngày nhuận sau mỗi bốn năm so với năm mặt trời 365,25 ngày. [6][1]

Đường rãnh xoắn ốc báo giờ nhật thực và Olympic

Năm 2004, Michael Wright đã phát hiện ra mặt số phía trên ở mặt sau cỗ máy thực chất là một đường xoắn ốc tinh vi, thay vì những vòng tròn đồng tâm đơn giản như Albert Rehm từng nghĩ năm 1905. Đường xoắn ốc này hiển thị chu kỳ lịch Meton 19 năm được chia thành 235 tháng âm lịch. Trên các mặt số xoắn ốc phía sau, kim chỉ được gắn một bộ phận trượt đi theo các rãnh xoắn ốc cắt trên kim loại qua bốn hoặc năm vòng quay. [6][1]

Cơ chế cơ học khéo léo này vẫn đòi hỏi bàn tay con người can thiệp ở cuối mỗi chu trình. Khi bộ phận trượt của kim chỉ chạm đến tháng cuối cùng ở đầu đường xoắn ốc, người vận hành phải tự dùng tay chuyển kim về đầu kia trước khi tiếp tục. Bên trong mặt số Meton có các mặt số phụ thể hiện chu kỳ 4 năm của các đại hội thể thao toàn Hy Lạp và chu kỳ Callippic 76 năm. Nhờ những vòng tròn phụ ấy, cỗ máy Antikythera được sử dụng để theo dõi các ngày diễn ra Thế vận hội Olympic cùng các sự kiện thể thao cổ đại. [1][6][8]

Ở nửa dưới mặt sau, người chế tạo khắc tiếp một mặt số dạng đường xoắn ốc 223 tháng dựa trên chu kỳ Saros dùng để dự đoán hiện tượng nhật thực và nguyệt thực. Nằm bên trong mặt số Saros là mặt số phụ Exeligmos dùng để điều chỉnh giờ dự báo nhật thực cho các vòng quay nối tiếp nhau. Toàn bộ cơ cấu truyền động giúp cỗ máy dạng hộp này có khả năng dự báo hiện tượng nhật thực chính xác đến từng giờ cụ thể trong một ngày định sẵn. [6][5]

Mô hình dự đoán thiên thực của cỗ máy ăn khớp với phương pháp số học Babylon hơn là phương pháp lượng giác Hy Lạp vốn chưa ra đời thời đó. [8]

Vũ trụ thu nhỏ và điệu nhảy bất thường của Mặt Trăng

Vào thế kỷ thứ hai trước Công nguyên, nhà thiên văn học Hipparchus xứ Rhodes đã tiến hành nghiên cứu chuyển động bất thường của Mặt Trăng, khi thiên thể này di chuyển nhanh hơn ở điểm cận địa so với điểm viễn địa. Nhằm cơ khí hóa quỹ đạo phức tạp ấy cùng chu trình của Mặt Trời, kết quả công bố năm 2006 của nhóm Mike Edmunds và Tony Freeth cho thấy các hình ảnh chi tiết đề xuất cỗ máy sở hữu tới 37 bánh răng. [1][7]

Không chỉ dừng lại ở tuần trăng, người chế tạo còn đưa cả những hành tinh xa xôi vào không gian chiếc hộp gỗ. Năm 2016, việc giải mã những dòng chữ khắc ở mặt trước đã hé lộ các con số chu kỳ giao hội bí ẩn: 462 dành cho Sao Kim và 442 cho Sao Thổ. Những chu kỳ chính xác đến kinh ngạc này hoàn toàn chưa từng được biết đến trong nền thiên văn học Babylon cổ xưa. Điểm tài tình nằm ở chỗ cả hai con số 462 và 442 đều có thể phân tích thành các thừa số nguyên tố nhỏ hơn 100, cho phép người thợ tính toán chế tạo các bánh răng kích thước vừa phải để lắp vừa vặn vào khung máy. [2]

Năm 2002, Michael Wright đã chế tạo mô hình phục dựng cơ khí đầu tiên chứng minh khả năng đưa tất cả các hành tinh vào mặt trước cỗ máy bằng 8 kim đồng trục. Đến năm 2021, mô hình phục dựng của nhóm Freeth tiến thêm một bước khi tái lập mặt trước gồm hệ thống vòng lồng nhau với chín trục hiển thị dành riêng cho Mặt Trăng, Mặt Trời, Điểm nút, năm hành tinh và Ngày. [6][2]

Toàn bộ hệ thống cơ cấu ấy biến mặt trước thành một vũ trụ thu nhỏ sống động. Những dòng chữ khắc trên nắp sau mô tả màn hình mặt trước hệt như một cung thiên văn, nơi các quả cầu nhỏ đại diện cho các hành tinh cùng một quả cầu vàng nhỏ tượng trưng cho Mặt Trời chuyển động nhịp nhàng. Bản khắc mặt trước cũng liệt kê mạch lạc thứ tự địa tâm thông thường của các thiên thể gồm Mặt Trăng, Sao Thủy, Sao Kim, Mặt Trời, Sao Hỏa, Sao Mộc và Sao Thổ. Sự xuất hiện của một kỳ quan cơ khí chính xác vượt trước thời đại đặt ra câu hỏi lớn: ai là bộ óc thiên tài đã thai nghén và hiện thực hóa bản thiết kế này? [2]

Dấu vết đảo Rhodes và bóng hình nhà thông thái

Năm 2008, các nhà khoa học của nhóm AMRP đã hướng sự chú ý về Archimedes khi nhận định tên các tháng trên vòng xoắn Meton có nguồn gốc từ Corinth hoặc Syracuse, gợi ý mối liên hệ với trường phái của nhà thông thái này. Đến năm 2014, hai nhà nghiên cứu Carman và Evans tiếp tục củng cố giả thuyết khi đề xuất ngày khởi đầu lịch của cỗ máy là năm 205 trước Công nguyên, tức 7 năm sau cái chết của Archimedes. Dù vậy, mốc thời gian lại tạo ra một khoảng cách lớn: Archimedes đã bị một người lính La Mã sát hại vào năm 212 trước Công nguyên, trong khi con tàu chở cỗ máy chìm vào khoảng năm 85 đến 60 trước Công nguyên. [1][8]

Mối liên hệ trực tiếp với thành bang Syracuse nhanh chóng lung lay trước các bằng chứng mới. Nghiên cứu năm 2017 chứng minh lịch trên vòng xoắn Meton là dạng lịch Corinth nhưng chắc chắn không phải của Syracuse, làm giảm khả năng liên quan trực tiếp tới Archimedes. Chiếc la bàn xuất xứ bắt đầu xoay về một hải trình khác. Sự hiện diện của các bình gốm mang phong cách đảo Rhodes trên xác tàu dẫn tới giả thuyết cỗ máy được chế tạo tại học viện của triết gia Posidonius. Dữ liệu thiên văn cũng củng cố hướng đi này: các hiện tượng trên lịch sao Parapegma hoạt động chính xác nhất ở vĩ độ từ 33,3 đến 37,0 độ Bắc, trùng khớp với vĩ độ đảo Rhodes trong khoảng 35,85 đến 36,50 độ Bắc. [1]

Dấu vết của hòn đảo ngoài khơi biển Aegean tiếp tục hiện rõ qua các phân tích văn bản. Năm 2017, Iversen và Jones lập luận rằng cỗ máy là mẫu thiết kế từ đảo Rhodes được tùy chỉnh cho một khách hàng tại Epirus ở tây bắc Hy Lạp. Đến năm 2022, Aristeidis Voulgaris cùng cộng sự đề xuất ngày hiệu chuẩn ban đầu của cỗ máy là ngày 22 hoặc 23 tháng 12 năm 178 trước Công nguyên. Mốc thời gian này gắn liền với bầu trời thực tế: hiện tượng nhật thực hình khuyên cực dài vào ngày 22 tháng 12 năm 178 trước Công nguyên thuộc chuỗi Saros 58 đã đánh dấu sự bắt đầu của chu kỳ Prominent Saros Apokatastasis. [1][3]

Dù các manh mối khoa học cùng hội tụ về Rhodes, nhà vật lý James Evans vẫn khuyến cáo nên thận trọng khi cố gắng gán quyền sáng chế cỗ máy Antikythera cho bất kỳ một nhân vật nổi tiếng cụ thể nào thời cổ đại. Đằng sau những bánh răng đồng có thể là cả một trường phái cơ khí phát triển rực rỡ suốt nhiều thế hệ. Thế nhưng, điều bí ẩn lớn hơn cả là vì sao toàn bộ đỉnh cao công nghệ chế tác ấy lại bốc hơi khỏi mặt đất suốt nhiều thế kỷ sau đó. [8]

May mắn dưới đáy biển và khoảng trống 1.500 năm

Nhà thiên văn học John Seiradakis từng so sánh cỗ máy Antikythera với một chiếc máy tính bỏ túi của thời cổ đại khi quan sát mạng lưới truyền động phức tạp của nó. Tuy nhiên, chính giáo sư Edmunds cũng lập luận rằng kim chỉ Mặt Trăng ở mặt trước không đạt độ chính xác cao, gợi mở khả năng cỗ máy từng được chế tác như một thiết bị phục vụ trưng bày hoặc giảng dạy. [5][7][9]

Một đỉnh cao kỹ thuật như vậy vì sao lại biến mất không dấu vết suốt cả nghìn năm? Giới nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng trên đất liền, kim loại đồng luôn bị thu gom để nấu chảy tái chế thành tiền tệ hoặc vũ khí, khiến các cỗ máy cơ khí tương tự hoàn toàn bốc hơi khỏi ghi chép khảo cổ. Bi kịch đắm tàu ngoài khơi Antikythera năm xưa vô tình trở thành chiếc két sắt tự nhiên dưới đáy biển sâu, che chở cỗ máy nguyên vẹn trước những lò nung tái chế của các nền văn minh kế tiếp. Nhân loại sau đó đã rơi vào một khoảng trống kéo dài suốt 1.500 năm, và phải đợi đến thế kỷ 14, khi đồng hồ thiên văn của Richard xứ Wallingford và Giovanni de Dondi ra đời, những thiết bị có độ phức tạp tương tự mới lại xuất hiện. [7][1]

Hành trình hé mở bí mật bắt đầu từ buổi sáng khi Valerios Stais đứng lặng trước khối kim loại mục nát tại bảo tàng Athens và nhìn thấy chiếc bánh răng cưa nhô ra từ kẽ nứt. Dưới làn nước sâu Địa Trung Hải, một tai nạn chìm tàu bi thảm thời cổ đại đã giữ lại manh mối duy nhất để hậu thế biết rằng tổ tiên từng chạm tới đỉnh cao cơ khí phi thường dường nào. [1]

Nguồn

1. Antikythera mechanism (Wikipedia) (en.wikipedia.org, bách khoa)
2. A Model of the Cosmos in the ancient Greek Antikythera Mechanism - PMC (www.ncbi.nlm.nih.gov, nguồn gốc)
3. [2203.15045] The Initial Calibration Date of the Antikythera Mechanism after the Saros spiral mechanical Apokatastasis (arxiv.org, nguồn gốc)
4. [2403.00040] An improved calendar ring hole-count for the Antikythera mechanism (arxiv.org, nguồn gốc)
5. Experts: Fragments an Ancient Computer (web.archive.org, bài viết)
6. Tony Freeth and Alexander Jones. "The Cosmos in the Antikythera Mechanism." ISAW Papers 4 (February, 2012) (web.archive.org, bài viết)
7. Mysteries of computer from 65BC are solved | Science | The Guardian (www.theguardian.com, bài viết)
8. Solving the Riddles of an Early Astronomical Calculator - NYTimes.com (web.archive.org, bài viết)
9. Antikythera mechanism: Ancient computer's gears may not have been able to turn | New Scientist (www.newscientist.com, bài viết)

Ảnh bìa: Peulle · CC BY-SA 4.0 · Wikimedia Commons. Bố cục và chữ do Trải Nghiệm Sống thực hiện.