Giovanni Battista Riccioli và câu chuyện g (Phần 2)

Christopher M. Graney (Physics Today, tháng 9/2012)

Một văn tự Latin cổ nhiều thế kỉ tuổi cho biết lực hút của Trái đất lần đầu tiên được đo không phải bởi Galileo mà bởi một nhà thiên văn và linh mục người Italy ít được biết tới.

>> Xem Phần 1

Sự rơi tự do

Almagestum novum được viết vào thời kì mà ý tưởng đơn thuần là một vật thu lấy vận tốc khi nó rơi xuống vẫn là chuyện gây tranh cãi. Và vì thế Riccioli mở đầu bài báo cáo của ông với một nhận xét về những kinh nghiệm thường gặp và những giai thoại văn chương ủng hộ cho quan điểm gia tốc trọng trường: Một quả cầu rơi lên một cái chén kim loại từ độ cao 20 foot tạo ra âm thanh lớn hơn một quả cầu rơi từ 10 foot; một quả cầu rơi từ độ cao lớn làm tay đau nhói khi đưa ra bắt, nhưng một quả cầu thả rơi từ một độ cao nhỏ thì không; theo thần thoại, con chim ưng đã giết chết Aeschylus bằng cách thả một con rùa lên đầu ông ta, từ bản năng nó biết rằng độ cao làm tăng lực tác dụng; một quả cầu thả rơi từ độ cao lớn thì bật trở lên đến một độ cao lớn.¹⁴

Hình 2. Bản đồ mặt trăng chi tiết tìm thấy trong quyển Almagestum novum thiết lập hệ thống hiện đại của danh pháp mặt trăng. Giovanni Riccioli đặt tên cho nhiều chi tiết trên bề mặt mặt trăng theo các hiện tượng thời tiết và đặt tên cho những miệng hố nhất định theo tên những nhà thiên văn danh tiếng. Trong số những chi tiết được Riccioli đặt tên là Mare Tranquillitatis (Biển Chết), địa điểm hạ cánh nổi tiếng của phi thuyền Apollo 11.

Sau đó, Riccioli bắt tay vào “đo không gian mà bất kì vật nặng nào đi được theo lộ trình tự nhiên đi xuống trong những khoảng thời gian bằng nhau”. Ông mô tả thí nghiệm khá chi tiết, nên bất kì ai quan tâm đều có thể lặp lại nó:

[Trước đây] tôi đã chế tạo những con lắc có chiều dài khác nhau sử dụng sự đi qua của những ngôi sao cố định qua chính giữa bầu trời. Với thí nghiệm này, tôi đã chọn con lắc nhỏ nhất, nó có chiều dài đo đến tâm của cái thùy nhỏ là 115% một phần mười hai của một foot La Mã cổ, và một nhịp gõ của nó [tức là một nửa chu kì] bằng 1/6 giây, như tôi đã trình bày và công bố trong quyển 2 chương 21. Vì một giây chính xác bằng sáu nhịp gõ như vậy, nên một nhịp gõ gần bằng thời gian mà những nhịp gõ nửa cung thường được đánh dấu, nếu như người chỉ huy dàn hợp xướng ra lệnh như bình thường.

Dao động hay nhịp gõ của một con lắc ngắn như thế thường rất nhanh và thường xuyên, nhưng tôi tuyệt đối không chấp nhận sai số đếm hoặc sự nhầm lẫn nào do mắt gây ra. Phương pháp đếm thường lệ của chúng tôi là đếm từ 1 đến 10 bằng những tiếng Italy ngắn gọn xứ Bologna (vn, du, tri, quatr, cinq, sei, sett, ott, nov, dies), lặp lại đếm từ 1, và lưu ý mỗi chục nhịp con lắc bằng cách giơ một ngón tay lên từ bàn tay gập lại. Nếu bạn xem đây là nhịp gõ nửa cung mà tôi vừa nói, thì sau tiết tấu âm nhạc đều đặn, bạn sẽ đánh dấu thời gian càng gần với thời gian đánh dấu bởi nhịp con lắc của chúng tôi. Chúng tôi đã tập huấn cho những người khác về phương pháp này, nhất là các ủy viên Hoàng gia Francesco Maria Grimaldi và Giorgio Cassiani, những người tôi đã sử dụng nhiều trong thí nghiệm mà tôi sẽ giải thích ngay sau đây.

Grimaldi, Cassiani, và tôi đã sử dụng hai con lắc; Grimaldi và Cassiani cùng đứng trên đỉnh Tháp Asinelli, tôi thì đứng trên vỉa hè hoặc lan can của tòa tháp; mỗi người ghi chú độc lập trên một tờ giấy số nhịp con lắc đã trôi qua trong khi một vật nặng được thả rơi từ đỉnh tháp xuống chân tháp. Trong những thí nghiệm lặp lại, sự chênh lệch giữa chúng ta chưa bao giờ tới trọn một nhịp con lắc. Tôi biết chỉ có vài người thấy là đáng tin, nhưng tôi đã thật sự kiểm tra kĩ lưỡng, và các cha Nhà thờ vừa nhắc tên sẽ chứng thực cho điều này.

Sau đó, Riccioli mô tả những địa điểm khác nhau đã được sử dụng cho thí nghiệm, mang lại sự chú ý đặc biệt với Tháp Asinelli (xem hình 3):

Nó cao 312 foot cả thảy, và từ nóc tháp đến nền chân tháp là 280 foot. Tháp Asinelli thật tiện cho loại thí nghiệm này, cứ như thể nó đã được xây dựng vì mục đích này. Ngắm nó thật là thích.

Hình 3. Tháp Asinelli, nơi Giovanni Riccioli xem là “hết sức thích hợp” cho các thí nghiệm vật rơi, cao gần 100m tại trung tâm Bologna, Italy. (a) Phác thảo của Riccioli minh họa các kết quả thực nghiệm của ông: Một quả cầu được thả từ nóc tháp, điểm O, đi tới các điểm C, Q, R, S, và T trong những thời gian tương ứng với 5, 10, 15, 20, và 25 nhịp gõ con lắc. (b) Tòa tháp ngày nay.

>> Còn tiếp...