EUREKA!
Archimedes sống từ khoảng năm 287 đến 212 tCN. Ông là cố vấn khoa học cho Herio II, người thống trị thành phố Syracuse trên đảo Sicily, phía nam Italy. (Sicily khi đó là một phần của thế giới Hi Lạp) Nhà văn La Mã Vitruvius đã viết về một trong những khám phá của Archimedes – một câu chuyện đã trở thành huyền thoại. Câu chuyện kể rằng Herio đã yêu cầu Archimedes kiểm tra xem chiếc mũ miện mà ông vừa cho chế tạo dâng thần thánh được làm bằng vàng nguyên chất hay hỗn hợp của vàng và bạc. Người ta cho rằng Archimedes đã tìm ra câu trả lời trong khi đang ngồi trong bồn tắm. Ông đã nhảy ra khỏi bồn tắm và trần như nhộng chạy khắp các đường phố la toáng lên “Eureka! Eureka!” Đó là tiếng Hi Lạp có nghĩa là “Tôi đã tìm ra rồi”.
Theo câu chuyện trên, Archimedes nhận ra rằng một vật bằng vàng hoặc bằng bạc dìm trong nước sẽ chiếm chỗ, hay đẩy đi, lượng nước bằng với thể tích của nó. (Đây là vì vàng và bạc đậm đặc hơn nước và sẽ chìm, chứ không nổi) Vì vàng cân nặng hơn bạc, nên Archimedes biết rằng một cái mũ miện bằng vàng và bạc sẽ chiếm chỗ nước nhiều hơn so với một cái mũ miện làm bằng vàng nguyên chất có cùng trọng lượng. Cái mũ miện làm bằng vàng và bạc sẽ cồng kềnh hơn do lượng bạc cần thiết thêm vào để cho nó có cùng trọng lượng.
Archimdes thả những vật bằng vàng nguyên chất và bạc nguyên chất vào nước để đo sự thế chỗ. Sau đó, ông thả cái mũ miện vào. Thì ra nó chiếm chỗ của nước nhiều hơn vật bằng vàng nguyên chất. Archimedes kết luận rằng cái mũ miện của nhà vua không được làm bằng vàng nguyên chất.
Các nhà toán học hiện đại từ thời nhà thiên văn học người Italy Galileo, hồi những năm 1600, đã nghi ngờ câu chuyện trên. Họ nói phương pháp này không mang lại một phép đo chính xác cho lắm. Và họ nghi ngờ việc Archimedes đã đo vàng trong cái mũ miện với một phương pháp không chính xác, vì ông là người thông minh. Tuy nhiên, có lẽ Archimedes thật sự đang ở trong bồn tắm khi ông khám phá ra nguyên lí toán học sử dụng trong câu chuyện trên.
NHÀ TOÁN HỌC VĨ ĐẠI NHẤT?
Một số nhà sử học nghĩ rằng Archimedes là thiên tài toán học vĩ đại nhất của thế giới cổ đại. Ông đã sử dụng toán học trong thiết kế máy móc và thực hiện những tiến bộ lớn trong công nghệ tính toán. Thí dụ, khoảng năm 240 tCN, Archimedes đã tính ra một giá trị mới cho pi chính xác hơn nhiều so với những giá trị số trước đó. Sử dụng một công thức số học, ông tìm ra chu vi của một hình 96 cạnh ngoại tiếp bên trong một đường tròn. Sau đó, ông sử dụng công thức trên tính chu vi của một hình khác nội tiếp trong đường tròn. Archimedes biết chu vi của vòng tròn nằm giữa hai con số đó. Ông là người đầu tiên tính ra số pi theo kiểu như thế này thay vì tiến hành những phép đo thực tế. Phương pháp này, gọi là phương pháp vét kiệt, cho ông những kết quả tốt hơn. Ông tìm thấy pi vào giữa 31/7 (khoảng 3,1429) và 310/71 (khoảng 3,1408). Các nhà toán học đã sử dụng giá trị số của ông trong hàng thế kỉ.
Archimedes nghiên cứu các xoắn ốc và tìm ra những tính chất như diện tích bề mặt quét bởi từng vòng của xoắn ốc. Trong nghiên cứu của ông về xoắn ốc, Archimedes đã phát triển những kĩ thuật toán học đặc biệt. Hàng thế kỉ sau này, chúng là cơ sở cho một lĩnh vực toán học gọi là phép tính tích phân.
Archimedes còn nghiên cứu tính chất của hình cầu và hình trụ. Ông viết về những khám phá của mình trong những tập sách như Về xoắn ốc, Về vật nổi, Về phép đo đường tròn, và Về hình cầu và hình trụ.
Trong một trong những tác phẩm cuối đời mình, Bàn tính cát, Archimedes tính xem cần bao nhiêu hạt cát để lấp đầy vũ trụ. Ông đi tới một con số 8 theo sau là 63 số 0. Để tìm ra con số này, Archimedes đã phát triển một hệ tính toán với những con số rất lớn. Nó là cơ sở cho kí hiệu khoa học, một cách viết những con số rất lớn – và rất nhỏ. Theo kí hiệu khoa học, 894.000.000 sẽ được viết là 6,94 x 108, trong đó 108 là số 1 và 8 số 0 theo sau.
CHA ĐẺ CỦA ĐẠI SỐ
Diophantus là nhà toán học sống ở Alexandria vào khoảng năm 275 sCN. Diophantus được gọi là cha đẻ của đại số học. Ông đã nêu ra sử dụng các kí hiệu và phương trình (thí dụ x + y = z) trong toán học và viết bộ Số học, quyển sách đầu tiên trên thế giới về đại số, vào thế kỉ thứ ba sau Công nguyên.
Số học gồm 13 tập và có khoảng 130 bài toán. Nó được sử dụng trong hàng thế kỉ. Nó hỗ trợ các kĩ sư sử dụng đại số để đo đất đai và xây dựng đường xá và nhà cửa.
NGƯỜI CỔ ĐẠI HỌC TỪ NGƯỜI CỔ ĐẠI
Bạn có nhớ các nhà thiên văn Mesopotami đã sử dụng toán học như thế nào để nghiên cứu chuyển động của các thiên thể và dự đoán nhật nguyệt thực? Vào những năm 100 tCN, một nhà thiên văn học người Hi Lạp tên là Hipparchus cũng nghiên cứu các sự kiện thiên văn.
Hipparchus học về hệ đếm phút và giây theo 60 của người Mesopotami. Ông dùng nó để theo dõi vị trí của các thiên thể. Ông còn sử dụng lượng giác để nghiên cứu vị trí của Mặt trời cùng các hành tinh, và có thể đo chính xác hơn chiều dài của một năm. Tính toán của ông đúng trong phạm vi sai số 6,5 phút.
NHỮNG CÁI ĐỒNG HỒ TỐT HƠN
Một kĩ sư người Hi Lạp tên là Ctesibius xứ Alexandria đã chế tạo một dạng sơ khai của cái đồng hồ cơ giới ngày nay của chúng ta vào thế kỉ thứ hai tCN. Nó là một cái đồng hồ nước – clepsydra. Nó tiến bộ hơn cái đồng hồ sử dụng ở Ai Cập cổ đại. Đồng hồ của Ctesibius gồm một vật nổi với một thanh đứng ở phía trên. Một cái tượng kiểu búp bê, với kim chỉ cầm trong tay, gắn với phía trên của thanh. Cái kim cho biết thời gian và ngày tháng bằng cách chỉ vào các vạch trên mặt đồng hồ. Vật nổi được đặt trong một bình chứa nước. Nó dâng lên khi nước đều đều nhỏ giọt vào bình chứa. Khi nước đạt tới mức đỉnh, nó chảy ra để bắt đầu trở lại, và vật nổi hạ xuống thấp. Cái kim cũng di chuyển theo.
Các đồng hồ nước Hi Lạp khác giàu trí tưởng tượng hơn. Kim của chúng được gắn với bánh răng chuyển động khi nước chảy vào đồng hồ. Chuyển động của bánh răng làm cho những viên đá mài nhẵn thả vào bình, hoặc những cái tượng nhỏ quay tròn, đánh dấu sự trôi qua của thời gian.
SỰ SUY TOÀN CỦA THÀNH ALEXANDRIA
Nhà toán học nữ đầu tiên được biết có tên gọi là Hypatia (hình). Bà sinh vào khoảng năm 370. Bà trở thành nhà lãnh đạo của một nhóm lớn gồm những nhà triết học và nhà toán học tại Alexandria, Ai Cập. Hypatia đã viết một số tác phẩm về toán học, bao gồm cả một tập sách về thiên văn học.
Một đám đông giận giữ đã ám sát Hypatia vào năm 415. Vì sao ư? Chẳng ai biết rõ cả. Một số nhà sử học tin rằng vì Hypatia quá nổi tiếng và đám người đó đố kị với bà. Những người khác thì cho rằng kẻ ám sát thuộc phe chống đối các nhà khoa học. Một số tín đồ Cơ đốc nói rằng các nhà khoa học không tin vào Chúa. Đám đông có lẽ đã giết Hypatia vì nguyên do trên.
Nhiều nhà toán học và nhà khoa học đã rời khỏi Alexandria sau vụ ám sát Hypatia. Có lẽ họ sợ họ cũng sẽ bị giết. Trước vụ ám sát đó, Alexandria là trung tâm khoa học, y học, và học thuật của thế giới trong gần bảy trăm năm trời. Các nhà sử học sử dụng cái chết của Hypatia để đánh dấu sự kết thúc của Alexandria với vai trò là trung tâm học thuật toàn cầu.
THÁP ĐỒNG HỒ CỔ
Bạn có nghe nói tới Big Ben chưa? Nó là cái chuông nặng 12 tấn trong Tháp Đồng hồ của Tòa Thị chính London, nước Anh. Người ta đã dùng Big Ben để giữ nhịp thời gian kể từ năm 1859. Tháp Gió ở Athens cổ đại có những đồng hồ mặt trời khổng lồ. Chúng là Big Ben của thế giới cổ đại. Còn gọi là Horologium, Tháp Gió hiện nay vẫn trơ gan cùng tuế nguyệt. Nó là một tháp đá hoa cao 13m và ngang 8m.
Andronicus xứ Cyrrhus, một nhà thiên văn và nhà toán học người Hi Lạp, đã thiết kế tòa tháp vào khoảng năm 100 tCN. Nó có tám mặt, mỗi mặt có một đồng hồ mặt trời chỉ thời gian rất chính xác. Sử dụng hình học, Andronicus đã tính chính xác cái bóng sẽ rơi như thế nào lên trên bề mặt của những đồng hồ mặt trời. Để chỉ thời gian vào ban đêm và những ngày nhiều mây, Andronicus thêm một đồng hồ nước vào bên trong tòa tháp.
MỘT MÁY VI TÍNH CỔ ĐẠI?
Năm 1901, những người thợ lặn bơi ngoài khơi đảo Antikythera, gần Hi Lạp, đã tìm thấy tàn dư của một dụng cụ cơ khác lạ. Nó thuộc về một chiếc tàu đã chìm hồi hai nghìn năm trước. Dụng cụ trên được người ta gọi là Máy cơ Antikythera.
Không ai biết dụng cụ trên là cái gì, mãi cho đến thập niên 1950, khi một nhà khoa học tại trường Đại học Yale, Derek de Solla Price, kết luận rằng nó là một chiếc máy vi tính cổ đại. Nó có ba mươi bánh răng, cùng các kim chỉ và mặt đồng hồ. Chiếc máy quay để tính sự mọc và lặn của Mặt trời và Mặt trăng và chuyển động của những ngôi sao quan trọng. Giáo sư de Solla Price nghĩ Máy cơ Antikythera có lẽ đã từng được trưng bày trong viện bảo tàng hoặc nơi công cộng để mọi người có thể nhìn vào nó và khai thác. Có lẽ, ông nói, nó đã từng được trưng bày trong Tháp Gió.
Vào năm 2005, các nhà khoa học người Hi Lạp và người Anh đã tiến hành những nghiên cứu mới về Máy cơ Antikythera với công nghệ đỉnh cao. Họ đã sử dụng kĩ thuật chụp ảnh bề mặt, chụp ảnh tia X ba chiều, và chụp ảnh kĩ thuật số chi tiết để nhìn vào bên trong cỗ máy. Với dữ liệu mới này, họ đã khai phá những bộ phận bên trong nhỏ nhất của nó.
Công nghệ mới còn chụp ảnh của những chữ khắc quá mờ nhạt hoặc bị che ẩn đi nên người ta không thấy kể từ khi dụng cụ bị chìm cùng với con tàu. Những chữ khắc này làm sáng tỏ thêm về chức năng của dụng cụ. Chiếc máy vi tính cổ đại đó dự đoán nhật thực và còn theo dõi chu kì bốn năm của Thế vận hội Olympic thời cổ đại. Ngoài ra, mặt đồng hồ ở phía sau cỗ máy mang tên gọi 12 tháng của một bộ lịch cổ. Các tên gọi có xuất xứ ở Sicily. Các nhà khoa học cho rằng những tên gọi này có thể gắn kết Máy cơ Antikythera với nhà toán học nổi tiếng nhất của đảo Sicily, Archimedes.
Nhà thiết kế lỗi lạc ẩn sau cỗ máy tính cổ đại này chỉ là một trong nhiều bí ẩn còn tồn đọng. Không có ai phát triển một dụng cụ tính toán tiên tiến hơn Máy cơ Antikythera trong hơn một nghìn năm sau sự sáng tạo ra nó.
VẬN ĐỘNG VIÊN KHÔNG CHẠY
Công nghệ tính toán có thể làm nhiều việc hơn là đi giải những bài toán thực tế. Nó có thể giúp chứng minh hoặc bác bỏ những quan niệm về thế giới tự nhiên. Nhà triết học Hi Lạp Zeno xứ Elea, người sống từ năm 495 đến 430 tCN, đã sử dụng toán học để cố gắng chứng minh hoặc bác bỏ những quan niệm phổ biến về thời gian và không gian.
Quan điểm của ông trở nên nổi tiếng với tên gọi Nghịch lí Zeno. Một nghịch lí là một phát biểu mâu thuẫn hoặc phi lôgic. Lưỡng phân là nghịch lí nổi tiếng nhất của Zeno: Chuyển động không thể tồn tại, vì trước khi vật chuyển động có thể đi tới đích của nó, nó phải đi tới trung điểm của hành trình của nó. Nhưng trước khi nó có thể đi tới trung điểm đó, nó phải đi tới điểm một phần tư. Nhưng trước khi nó đi tới điểm một phần tư, nó phải đi tới điểm một phần tám, và cứ thế. Vì vậy, chuyển động không bao giờ có thể bắt đầu.
Để hiểu nghịch lí trên, hãy giả sử một cô gái muốn chạy đến chỗ người bạn của mình ở cách 30 m đường. Trước tiên, cô phải đi tới vạch 15 m. Trước đó, cô lại phải đến vạch 7,5 m. Để đến đó, cô phải đi tới điểm 3,8 m. Trước đó nữa, cô phải chạy 1,9 m. Vì không gian có thể chia thành một số vô hạn (không có điểm dừng) những đơn vị nhỏ xíu và mỗi đơn vị sẽ cần một lượng thời gian nhất định để đi qua, cho nên cô gái sẽ cần một lượng thời gian vô hạn để đi tới đích của mình.
Nghịch lí này trông có vẻ ngớ ngẩn hoặc phi lôgic. Nhưng nó khiến các nhà toán học phải đau đầu. Trong hàng thế kỉ, không ai có thể chứng minh Zeno sai cả. Cuối cùng thì các nhà toán học đã thành công vào những năm 1800. Họ đã bác bỏ nghịch lí trên, sử dụng lí thuyết những tập hợp vô hạn, đó là một phương pháp toán học mô tả mối liên hệ giữa các vật.
Công nghệ tính toán thời cổ
Michael Woods & Mary B. Woods
Trần Nghiêm dịch
![[Sách] Công nghệ tính toán thời cổ đại](/bai-viet/images/stories/hiepkhachquay3/cntt1.bmp)
