Bài toán thời gian ở thế kỷ 19
Ngày 21/1/1910, Paris bị tàn phá bởi một trong những trận lũ tồi tệ nhất lịch sử châu Âu. Nước sông Seine dâng cao, ngập hầu hết đường phố, khiến tháp Eiffel trở nên cô đơn giữa biển nước. Giao thông, liên lạc, mọi thứ đều hỗn loạn nhưng vẫn có một hệ thống đứng vững, đó là những chiếc đồng hồ trên đường phố Paris.
Theo Primal Nebula, trận lụt lớn khiến hệ thống đồng hồ không thể duy trì vận hành. Tuy nhiên, dù đã tê liệt, tất cả vẫn chính xác. Toàn bộ đồng hồ ở Paris khi ấy đều dừng lại cùng một thời điểm: 10 giờ 50 phút.
Ngày nay, khi đồng hồ điện tử và những phương tiện tính giờ số hóa đã quá phổ biến, sự chính xác về giờ giấc là điều đương nhiên. Nhưng vào cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20, thành tựu ấy là rất ấn tượng.
Đo đạc thời gian khi đó là công việc của những chiếc đồng hồ cơ học. Do hạn chế về công nghệ, thời gian trên mỗi chiếc đồng hồ thường sẽ lệch nhau vài phút tới vài chục phút. Việc lên lịch trình chính xác cho các cuộc gặp, hội họp, đặt lịch tàu lửa, xe ngựa... đều rất khó khăn vì thời gian của mỗi người sở hữu đồng hồ đều khác nhau. Đồng bộ thời gian là nhu cầu lớn của thời kỳ này. Công nghiệp càng phát triển, đời sống càng tiến bộ thì thời gian lại càng quý giá, đòi hỏi chính xác tới từng phút chứ không thể đo bằng đơn vị giờ nữa.
Người Pháp khi đó đã có ý tưởng về một chiếc đồng hồ tổng, đặt tại trung tâm Paris, có thể phát tín hiệu, đồng bộ hóa mọi chiếc đồng hồ trong thành phố. Họ chọn kỹ sư người Áo Viktor Antoine Popp sau khi chứng kiến sản phẩm của ông tại Triển lãm Toàn cầu năm 1879. Hệ thống được xây dựng vào năm 1880.
Ban đầu, Popp nghĩ tới giải pháp truyền tín hiệu điện tử nhưng phương án này bị gạt ngay vì quá tốn kém. Lựa chọn sau đấy là dùng những luồng khí nén bởi chi phí thấp hơn và vẫn bảo đảm sự chính xác.
Những chiếc đồng hồ được đặt trên đường phố và không cần cấp điện. Hệ thống khí nén sẽ đẩy kim đồng hồ tiến lên với cự ly và tốc độ giống hệt tại mọi điểm trong thành phố. Viktor Popp từng thử nghiệm hệ thống tương tự tại Vienna (thủ đô Áo) hồi năm 1877 và đạt được hiệu quả khả quan.
 |
Sơ đồ vận hành đồng hồ của Viktor Antoine Popp. Ảnh: AFP |
Thời gian được “vận chuyển” khắp Paris thế nào?
Theo Primal Space, kế hoạch của Viktor Popp được chính quyền Paris chấp nhận và cho phép triển khai. Họ trao cho ông một hợp đồng kéo dài 50 năm. Công ty Đồng hồ khí nén được thành lập, đặt trụ sở tại trung tâm thành phố và bắt đầu làm việc.
Đầu tiên, họ chế tạo một chiếc đồng hồ chủ (master clock) làm cơ sở cho toàn hệ thống. Chiếc đồng hồ này được theo dõi liên tục bởi các chuyên gia từ đài quan sát (một đài thiên văn học thuộc Trường đại học Khoa học và Văn học Paris). Dựa trên hoạt động của những chòm sao và hành tinh, họ bảo đảm đồng hồ chủ có thể vận hành liên tục 24 giờ một tuần mà vẫn cực kỳ chính xác. Khi có sai lệch phát sinh như do trận lụt năm 1910, họ sẽ điều chỉnh nó về giờ chuẩn xác.
Để đồng hồ chủ không bị phụ thuộc vào điện, nó được thiết kế theo dạng quả lắc. Các yếu tố như trọng lượng quả lắc, chiều dài thanh nối quả lắc, kích thước, độ lớn của từng bánh răng trong chuỗi... đều được tính toán tỉ mỉ để cung cấp năng lượng cho đồng hồ hoạt động chính xác liên tục đủ cả tuần.
Hệ thống bánh răng này chia chiếc đồng hồ làm hai phần. Phần bên trái kiểm soát thời gian với hệ thống đếm giờ, phút, giây. Phần bên phải kiểm soát hoạt động vận chuyển khí nén, nghĩa là “vận chuyển thời gian” tới hàng nghìn chiếc đồng hồ khác trong hệ thống.
Mỗi khi đồng hồ bên trái quay được một vòng (60 giây), nó sẽ tác động lực để mở một van ở bên phải, cho phép khí nén thoát ra trong 20 giây và đóng lại trong 40 giây kế tiếp. Từ ống chính, dòng khí nén sẽ đi vào 10 đường khác nhau, chạy tới các quận của Paris. Các đường ống này kết nối với hệ thống ống sắt, đường thoát nước, cống ngầm Paris vốn đã quá nổi tiếng trong văn học và điện ảnh. Không khí nén tạo thành một làn sóng áp suất, mất tới vài chục giây để đi đến những đồng hồ xa nhất trong mạng lưới.
Khi đến đích, lượng khí nén sẽ làm quay bánh răng của đồng hồ nhận, vừa đủ để tạo ra chuyển động tương tự đồng hồ chủ. Từ đó, “thời gian chính xác” được chuyển tới toàn bộ hệ thống. Công trình của Viktor Popp được ca ngợi bởi khả năng duy trì chuỗi hoạt động chính xác, liên tục suốt thời gian dài.
Thời gian chính xác, chi phí hợp lý
Những chiếc đồng hồ của Popp bắt đầu vận hành từ ngày 15/3/1880 và ngay lập tức phát huy hiệu quả, tác động rõ rệt tới nhiều mặt đời sống Paris, trước hết là trong lĩnh vực giao thông. Đến cuối năm 1880, 14 đồng hồ khí nén công cộng ngoài trời, 33 đồng hồ trong các văn phòng cùng hàng nghìn chiếc tư nhân khác đã được lắp đặt. Bản thân kỹ sư Popp được nhập quốc tịch Pháp năm 1881 và đương nhiên trở nên giàu có. Ở đỉnh cao, hệ thống của Viktor Popp có khoảng 7.800 đồng hồ khắp Paris.
Người Pháp tự hào không chỉ bởi tính chính xác của hệ thống đồng hồ khí nén Paris. Điều tuyệt vời là hệ thống này có thể được chia sẻ tới người dân với mức giá hợp lý. Bất kỳ ngôi nhà nào cũng có thể lắp những chiếc đồng hồ khí nén với mức giá rất rẻ. Dịch vụ này đã nhanh chóng phổ biến và trở nên quan trọng với người Pháp không kém điện, nước hay khí đốt.
Tạp chí Khoa học Phổ thông khi ấy gọi hệ thống này là một “thành tựu tuyệt vời”. Các nhà khoa học khẳng định vẫn có độ trễ thời gian trong quá trình truyền khí nén. Tuy nhiên, sai số này là rất nhỏ. Họ tin rằng kể cả độ trễ có lên tới 10 giây thì cũng là không đáng kể so với hiệu quả hệ thống đem lại.
Dù bị hư hại nặng bởi trận lụt năm 1910, hệ thống đồng hồ khí nén Paris vẫn tiếp tục vận hành tới năm 1927, gần 50 năm hợp đồng mà Viktor Popp đã ký. Sứ mệnh của nó kết thúc khi đồng hồ điện tử đã đủ sức bảo đảm tính chính xác trong thời gian dài, trên không gian rộng.
Ngày nay, hệ thống này không còn tồn tại. Tuy nhiên, những dấu vết vàng son của nó, các cây cột, những đồng hồ trên tường, nắp cống ngầm mang tên Viktor Popp vẫn có thể được tìm thấy khắp Paris hiện đại, như là biểu tượng cho trí tuệ con người ở cuối thế kỷ 19.
