Hàng thiên niên kỷ qua, động đất luôn là nỗi ám ảnh của nhân loại – sự hung bạo bất ngờ của chúng khiến các nền văn minh phải loay hoay tìm cách cảnh báo sớm.
Ngay cả ngày nay, khi một bộ truyện tranh Nhật Bản đưa ra lời dự đoán khó tin về một trận động đất lớn sẽ tấn công đất nước vào ngày 5/7, nó vẫn gây ra sự hoang mang trên diện rộng.
Các nhà khoa học hiện đại khai thác sức mạnh của vệ tinh, siêu máy tính và trí tuệ nhân tạo để theo dõi hoạt động địa chấn. Nhưng gần 2.000 năm trước, một nhà bác học người Trung Quốc tên là Trương Hành được cho là đã phát minh ra một thiết bị không chỉ phát hiện các trận động đất từ xa mà còn chỉ ra được hướng tâm chấn.
Tuy nhiên, dù được đề cập trong sử sách, thiết bị này đã bị một số học giả bác bỏ, coi là truyền thuyết đơn thuần. Thậm chí, nó đã bị loại khỏi chương trình giảng dạy của Trung Quốc vào năm 2017.
Với sự hỗ trợ của khoa học hiện đại và những manh mối mới, một nhóm nghiên cứu tại Trung Quốc đang nỗ lực khôi phục lại kỳ quan thất lạc này của thời cổ đại – cỗ máy "Hậu Phong Địa Động Nghi" – để trả lại vị thế vốn có cho nó.
Cỗ máy huyền thoại
Hãy tưởng tượng một chiếc vò rượu được trang trí tinh xảo, bao quanh là tám con rồng được treo lơ lửng, mỗi con ngậm một quả cầu bằng đồng, phía dưới là những con cóc đang há lớn miệng. Khi mặt đất rung chuyển, một cơ chế ẩn bên trong sẽ khiến một trong những con rồng nhả quả cầu rơi xuống với một tiếng "leng keng" – qua đó chỉ rõ hướng của trận động đất.
Theo sách Hậu Hán Thư , một bộ chính sử của Trung Quốc ghi lại giai đoạn từ năm 6 đến năm 189 sau Công nguyên, cỗ máy này "chính xác như thần linh".
Được chế tạo vào năm 132 sau Công nguyên dưới triều đại Đông Hán, Hậu Phong Địa Động Nghi là một trong những máy đo địa chấn sớm nhất trong lịch sử, đi trước các thiết bị tương tự của phương Tây hơn 1.700 năm. Tên của nó có nghĩa là “dụng cụ đo gió mùa và chuyển động của Trái Đất”. Phải đến năm 1856, thiết bị tương tự đầu tiên ở châu Âu mới được chế tạo bởi nhà khoa học người Ý Luigi Palmieri.
Nhưng rồi, cỗ máy này dường như đã biến mất khỏi các ghi chép lịch sử, khiến giới học giả chia rẽ về sự tồn tại của nó. Một số người cho rằng đây chỉ là huyền thoại, lập luận rằng kỹ thuật thủ công thời cổ đại không thể đạt tới trình độ tinh xảo đến vậy. Trong khi đó, những người khác lại khẳng định đây là một kỳ công kỹ thuật có thật.
Dù đã có nhiều nỗ lực phục dựng dựa trên những mô tả rời rạc trong văn tự cổ, chưa có mô hình nào tái tạo được đầy đủ chức năng như được miêu tả của thiết bị.
Hình ảnh Trương Hành trên một con tem của Trung Quốc.
Giải mã bí ẩn bằng khoa học hiện đại
Phó giáo sư Từ Quốc Đống thuộc Viện Phòng chống Thiên tai ở Hà Bắc đang đặt mục tiêu thay đổi điều đó. Dựa trên kiến thức về địa chấn học hiện đại và động lực học kết cấu, ông và nhóm của mình đã đề xuất một mô hình hoạt động khớp với những gì sử sách ghi lại.
Công trình nghiên cứu ban đầu của ông Từ đã được đăng trên tạp chí Progress in Geophysics vào tháng 3, và các nội dung tiếp theo dự kiến sẽ sớm được công bố.
Mô hình phục dựng của ông gồm ba bộ phận chính: cấu trúc kích thích, cấu trúc truyền động và hệ thống khóa.
Cấu trúc kích thích được lấy cảm hứng từ tài liệu lịch sử: "Ở trung tâm là đô trụ, tám đạo tỏa ra ngoài" – một dòng trong Hậu Hán Thư mà nhiều nhà nghiên cứu trước đây đã tham khảo.
"Việc diễn giải 'đô trụ' này là mấu chốt để suy ra nguyên lý hoạt động của máy," ông Từ chia sẻ với tờ SCMP vào tháng trước. "Các bản phục dựng trước đây hình dung nó là một cây cột không ổn định. Ví dụ, học giả người Anh John Milne coi nó là một cột treo có thể di chuyển theo tám hướng."
"Nhưng phân tích của chúng tôi cho thấy 'đô trụ' mang ý nghĩa trung tâm và uy nghi, không thể là một thanh que dễ đổ. 'Cột' này thực chất nên được hiểu là một thanh công xon dạng con lắc, giống như một chiếc đũa khổng lồ được neo xuống đất."
Thiết kế tài tình này giúp khuếch đại các rung động địa chấn một cách thông minh. "Khi phần đế phát hiện rung chấn mặt đất, phần đỉnh sẽ khuếch đại chuyển động," ông Từ lưu ý. "Tính toán cho thấy, một dịch chuyển 1mm của mặt đất sẽ tạo ra dịch chuyển ít nhất 5mm ở đầu con lắc."
Chuyển động của con lắc được truyền qua một hệ thống đòn bẩy hình chữ L, làm nhả một quả cầu. Cơ chế này sẽ chuyển đổi dao động của con lắc để kích hoạt việc thả một quả cầu đồng, vốn được đặt sẵn trong một hộp chứa bán mở được cân bằng tinh vi, trông như miệng rồng.
Khi chấn động làm phá vỡ sự cân bằng này – dù chỉ là một dịch chuyển 0,5mm khó nhận biết – cơ chế sẽ được kích hoạt, khiến quả cầu rơi xuống miệng con cóc đồng đang chờ sẵn bên dưới.
Hoàn thiện kỳ quan kỹ thuật là một hệ thống khóa đơn giản nhưng tinh vi. Khi quả cầu đầu tiên rơi xuống, va chạm của nó sẽ kích hoạt một vòng đòn bẩy thứ cấp, đẩy các nêm gỗ tương ứng lên, ngay lập tức khóa cứng bảy cơ chế còn lại. Hệ thống đảm bảo chỉ có một hướng được ghi nhận, khớp với mô tả trong lịch sử: "một rồng động, bảy rồng còn lại vẫn yên".
"Toàn bộ hệ thống thể hiện một tầm nhìn cơ học đi trước thời đại, gần như mang tính tiên tri," ông Từ nhận định.
Bên trong cỗ máy Hậu Phong Địa Động Nghi.
Bằng chứng lịch sử
Yêu cầu cốt lõi của máy là phải phát hiện chính xác mà không báo động nhầm. "Tính toán của chúng tôi cho thấy các quả cầu sẽ được nhả ra một cách đáng tin cậy với biên độ dịch chuyển mặt đất nhỏ tới 0,5mm," ông Từ cho biết.
Về khả năng xác định phương hướng, kiến thức hiện đại về sóng địa chấn cho thấy một thiết bị đơn lẻ không thể xác định hướng tâm chấn chính xác 100%. Việc đo hướng chính xác chỉ có thể thực hiện khi thiết bị được đặt ở những vị trí tối ưu so với đới đứt gãy. "Rất có thể những lần phát hiện được ghi lại trong lịch sử đã trùng hợp với các vị trí tối ưu như vậy," ông Từ nói.
Cho đến chưa đầy một thập kỷ trước, sách giáo khoa lịch sử Trung Quốc vẫn ca ngợi Trương Hành và phát minh của ông là một trong những thành tựu vĩ đại nhất của Trung Quốc cổ đại. Tuy nhiên, do những nỗ lực phục dựng thất bại và sự hoài nghi của giới học giả, Bộ Giáo dục đã loại bỏ phần này vào năm 2017.
Ông Từ đã trích dẫn nhiều bằng chứng lịch sử để bảo vệ tính xác thực của thiết bị. Nổi bật nhất là trận động đất ở Lũng Tây năm 138. Sử sách ghi lại, Địa Động Nghi đã phát hiện một trận động đất ở tỉnh Lũng Tây (nay là Cam Túc), cách kinh đô Lạc Dương khoảng 850km, nơi người dân không cảm nhận được rung chấn. Giới quan lại ban đầu nghi ngờ, nhưng vài ngày sau, các phái viên phi ngựa về báo tin đã xác nhận sự việc, khiến mọi người kinh ngạc về độ chính xác của cỗ máy.
Thuyết phục hơn nữa là sự gia tăng đột biến số lượng trận động đất được ghi nhận tại Lạc Dương sau khi thiết bị được lắp đặt vào năm 132. Trong 85 năm (từ năm 46 đến 131), chỉ 3 trong số 33 trận động đất được ghi nhận ở Trung Quốc là chỉ xảy ra tại Lạc Dương. Tuy nhiên, trong 58 năm tiếp theo (từ 132 đến 190), có tới 23 trong số 31 trận động đất được ghi nhận duy nhất tại thành phố này.
"Về mặt địa lý, Lạc Dương là khu vực có hoạt động địa chấn thấp," ông Từ giải thích. "Lời giải thích hợp lý nhất cho sự khác biệt này là thiết bị của Trương Hành đã phát hiện thành công vô số chấn động nhỏ mà giác quan con người không cảm nhận được – những trận động đất lẽ ra đã bị bỏ qua nếu không có công cụ này."
Uy tín của chính Trương Hành cũng là một minh chứng. Ông được bổ nhiệm làm Thái sử lệnh vào năm 115, một chức vụ tương đương với giám đốc đài thiên văn và cục trưởng cục địa chấn ngày nay. Hai năm sau, ông chế tạo ra Hỗn Thiên Nghi, một quả cầu mô phỏng các chòm sao và chuyển động của hành tinh, cho thấy trình độ uyên bác về toán học, thiên văn, địa lý và cơ khí của ông.
Vì sao kỳ quan biến mất?
Về sự biến mất của thiết bị này, một số nghiên cứu cho rằng nguyên nhân có thể nằm ở chính trị. Trong thời đại mà thiên tai bị coi là sự trừng phạt của trời đất, một cỗ máy "báo trước động đất" có thể là mối đe dọa đối với những người cai trị vốn tự xưng là mang "thiên mệnh".
Sử sách ghi lại, Trương Hành đột ngột xin từ quan vào năm 138, chỉ vài năm sau khi phát minh của ông ra đời, gợi ý về khả năng ông đã bị chèn ép. Ông qua đời một năm sau đó.
Tuy nhiên, phó giáo sư Từ nhấn mạnh rằng nhà Đông Hán không thể nào chối bỏ Hậu Phong Địa Động Nghi, vì điều đó đi ngược lại logic chính trị và ghi chép lịch sử, vốn cho thấy các triều đại Trung Hoa luôn coi trọng việc quan sát thiên văn và ghi chép thiên tai.
"Sự thất lạc của Địa Động Nghi có lẽ là hậu quả trực tiếp của chiến tranh và loạn lạc. Nó cũng có thể liên quan đến các gia tộc quyền quý đã thèm muốn, tranh giành và cất giấu cỗ máy cùng các bản vẽ kỹ thuật của nó," ông đưa ra giả thuyết.
"Trong lịch sử Trung Quốc, chỉ có hai bảo vật bằng đồng từng được thần thánh hóa: Cửu Đỉnh của nhà Hạ... và cỗ máy này. Đó là một minh chứng cho tầm quan trọng lịch sử phi thường của nó," ông Từ khẳng định.
Phó giáo sư Từ hiện có kế hoạch phục dựng lại thiết bị bằng các kỹ thuật và vật liệu của thời Đông Hán để kết nối khoảng cách 2.000 năm giữa tài năng của người xưa và khoa học hiện đại. Nghiên cứu này không chỉ là việc tái tạo một cổ vật, mà còn là biểu tượng cho khát vọng vĩnh cửu của nhân loại trong hành trình giải mã những bí ẩn của tự nhiên.
