Thông thường, khi nghĩ đến máy tính, chúng ta có thể tưởng tượng đến những CPU, màn hình máy tính, các mạng kết nối internet chia sẻ thông tin kỹ thuật số và nhiều ứng dụng phần mềm - nhưng đó chỉ là một phần của câu chuyện máy tính. Chúng ta thử xem lại những chiếc máy tính cổ đại bí ẩn dùng để quan sát và liên hệ với vũ trụ mà công nghệ hiện nay cũng chưa thể giải thích.
Máy tính tương tự, và sau đó là máy tính cơ học, hiện nay nhân loại đang bắt đầu quá trình phát triển máy tính lượng tử, hứa hẹn một nền công nghệ tiên tiến hơn nữa.
Nhưng liệu chúng ta biết được bao nhiêu về thiên thể vũ trụ? Tại sao con người cổ đại thường để lại những công trình quan sát và tính toán sự vận chuyển không ngừng của vũ trụ?
Stonehenge tính toán ngày đông chí và hạ chí
-
- Stonehenge là một trong những di tích bí ẩn nhất của nhân loại, là công trình của một số nền văn hóa khác nhau và được xây dựng theo từng giai đoạn trong nhiều thiên niên kỷ. (Ảnh: Wikipedia)
Ở đồng bằng Salisbury ở miền nam nước Anh, một bộ sưu tập khoảng 100 viên đá khổng lồ và gần đều nhau được sắp xếp khéo léo tạo thành như một cặp nhẫn đứng, mục đích của công trình còn là một bí ẩn với nhân loại,. Nhưng việc xây dựng bắt đầu trước khi phát minh ra bánh xe và mất ít nhất 1.500 năm để hoàn thành và thậm chí có thể lâu hơn.
Là công trình của một số nền văn hóa khác nhau và được xây dựng theo từng giai đoạn trong nhiều thiên niên kỷ, Stonehenge là một trong những di tích bí ẩn nhất của nhân loại. Vào thời Trung cổ, Stonehenge được một số người cho rằng là tác phẩm của phép thuật của Merlin, trong khi các nhà khảo cổ học sau này cho rằng việc xây dựng nó là do các loại công nghệ thần bí của người Celt - tuy nhiên, nó có trước sự xuất hiện của người Celt ở Anh ít nhất 1.000 năm.
Bất cứ ai đã xây dựng nó (hoặc đóng góp vào việc xây dựng nó ở một thời điểm nào đó) đều hiểu rõ ràng tầm quan trọng của ngày đông chí ở Bắc bán cầu. Đông chí đánh dấu ngày ngắn nhất trong năm và đêm dài nhất, nhưng thay vì là một dịp ảm đạm, ngày đông chí thường được nhiều nền văn hóa kỷ niệm như một bước ngoặt lớn trong thói quen sinh hoạt hàng năm của họ.
-
- Quan sát hoàng hôn tại Stonehenge. (Ảnh: English Heritage)
Nếu hôm nay là đêm dài nhất trong năm, thì ngày mai là lúc cái ảm đạm và lạnh giá của mùa đông bắt đầu lùi dần, nhường chỗ cho mùa xuân và mùa hè. Ngày đông chí thường được coi là dịp để hy vọng và lạc quan. Chính những viên đá trilithon cao nhất ở Stonehenge sẽ đóng khung hoàn hảo cho mặt trời lặn vào ngày đông chí, đánh dấu thời điểm chuyển mùa quan trọng này.
Trong khi đó, trong ngày hạ chí, mặt trời mọc lên từ sau một phiến đá lớn nằm ngay bên rìa của Stonehenge được gọi là Đá Gót (Heel Stone) và chiếu những tia sáng đầu tiên trực tiếp vào trung tâm của di tích. Là ngày dài nhất trong năm, nhiều nền văn hóa trên khắp thế giới trong suốt lịch sử đã đánh dấu ngày hạ chí bằng các bữa tiệc và lễ hội dành cho các vị thần mặt trời và vị thần mùa màng, và các dân tộc tiền sử xung quanh Stonehenge cũng có thể làm như vậy.
Mặc dù chúng ta có thể không xem Stonehenge như một chiếc máy tính, nhưng ở cấp độ rất cơ bản, đó là những gì mà Stonehenge thể hiện ra, mặc dù đó chỉ là một mục đích nhỏ nhất của nó mà khoa học hiện đại phát hiện thấy.
Vị trí của mặt trời trong suốt năm, so với các tảng đá trilithon trong hai vòng của Stonehenge tương đương với các bit kỹ thuật số trong một bộ xử lý: mặt trời mọc hoặc lặn giữa một trilithon có ý nghĩa đúng hoặc sai, 1 hoặc 0. Khi bạn nhìn thấy số 1, bạn biết rằng ngày hạ chí đã đến; nếu không thì 0, và bạn biết rằng bạn phải đợi một thời gian nữa để chạy lại phép tính thô thiển này.
Cỗ máy Antikythera - máy tính analog và mô hình hệ mặt trời
Cỗ máy Antikythera là một máy tính analog và mô hình Hệ mặt trời cơ học phát minh bởi người Hy Lạp cổ đại được sử dụng để dự đoán vị trí của các sự kiện thiên văn và nhật thực cho các mục đích về lịch và chiêm tinh trong nhiều thập niên trước. Nó cũng có thể được sử dụng để canh lịch việc đăng cai tổ chức Thế vận hội Olympic cổ đại 4 năm một lần.
Cỗ máy được phát hiện vào ngày 17 tháng 5 năm 1902 bởi nhà khảo cổ học Valerios Stais, trong số những hiện vật cổ đại được lấy từ xác một con tàu ngoài khơi bờ biển Hy Lạp Antikythera. Cỗ máy bí ẩn này được cho là do các nhà khoa học Hy Lạp thiết kế và xây dựng, có niên đại khoảng năm 87 trước Công nguyên (TCN), hoặc từ 150 đến 100 TCN hoặc tới 205 TCN, hoặc trong một thế hệ trước con tàu đắm, vốn đã có niên đại khoảng năm 70-60 TCN. Như vậy có được thiết kế và chế tạo hơn 2.000 năm trước, vào thời kỳ mà con người được biết đến là chưa thể có công nghệ như vậy. Điều này thật kỳ lạ thay, liệu đây có phải là sản phẩm của nền văn minh tiền sử đã mất?
Nguyên gốc của cỗ máy được đặt trong một hộp, nó là một cụm chi tiết phức tạp với ít nhất 37 bánh răng bằng đồng - nếu các chữ khắc phục hồi trên thiết bị là chính xác - cỗ máy Antikythera đại diện cho một mô hình cơ học của vũ trụ đã được biết đến lúc bấy giờ (về cơ bản là hệ mặt trời cùng với sao Mộc và Sao Thổ).
Nếu đặt một vài mặt số ở mặt trước và xoay một tay quay ở mặt bên của hộp (đã bị phân hủy từ lâu), bạn có thể xem trước lịch Ai Cập và 12 cung hoàng đạo để dự đoán những gì bạn sẽ thấy trong bầu trời đêm vào một ngày nhất định trong tương lai. Nó thậm chí có thể cho bạn biết ngày diễn ra các thế vận hội Olympic Hy Lạp cổ đại tiếp theo.
Các nhà khoa học cũng không tin rằng thiết bị này là duy nhất vào thời đó. Sự phức tạp của thiết lập bánh răng và mô hình vũ trụ mà nó dự đoán có lẽ đã phát triển từ các máy tính cơ học đơn giản hơn, có nghĩa là các thiết bị như vậy có thể đã được sử dụng sớm hơn thế kỷ thứ hai trước Công nguyên.
Đồng hồ Lâu đài của Ismail al-Jazari
Ismail al-Jazari là một nhà phát minh, học giả, kỹ sư cơ khí và nhà toán học ở thế kỷ 12. Ông nổi tiếng với công lao phi thường trong việc phát triển các thiết bị cơ khí vào cuối thời kỳ Hoàng kim Hồi giáo, kéo dài từ thế kỷ VIII đến năm 1258, khi Ghengis Khan xâm lược thủ đô Baghdad của Abbasid caliphate ở Iraq ngày nay.
Sinh ra ở vùng thượng lưu Lưỡng Hà của Jazira, không có nhiều thông tin về al-Jazira ngoài những gì ông viết về bản thân trong Sách Kiến thức về các thiết bị cơ khí khéo léo, nhưng chúng ta biết rằng ông là kỹ sư hoàng gia một triều đại ở phía đông Anatolia, một vị trí mà ông thừa kế từ cha mình.
Ismail al-Jazari thường được biết đến là cha đẻ của ngành chế tạo robot với những bộ máy tự động cơ học tuyệt vời và các thiết bị là đồng hồ nước phức tạp, thường có hình ảnh động vật và có hành động đánh trống để báo giờ theo một chu kỳ nhất định.
Có thể tác phẩm vĩ đại nhất của ông là Đồng hồ nước lâu đài. Mặc dù đồng hồ nước đã được sử dụng từ thời Hy Lạp cổ đại, từ thế kỷ thứ ba trước Công nguyên, và một số đồng hồ nước tiên tiến nhất của Trung Quốc thời trung cổ và thế giới Hồi giáo là những công trình kỹ thuật tuyệt vời, nhưng đồng hồ không phải là điều tương tự như máy tính nói chung.
Ở đây muốn đề cập đến những kiệt tác của kỹ thuật cơ khí, hoạt động phối hợp phức tạp và khả năng "lập trình lại" của nó. Việc điều chỉnh chu kỳ này thông qua điều chỉnh mực nước của cơ cấu lái trong những khoảng thời gian đo được để điều chỉnh độ dài của thời gian trong suốt cả năm khiến nó trở thành chiếc máy tính tương tự có thể lập trình đầu tiên trên thế giới.
Thiết bị quan trắc thiên văn cổ đại - Hỗn Thiên Cầu
Hỗn thiên cầu là một thiết bị thiên văn được tạo thành từ một số vòng liên kết với một tâm điểm. Những chiếc vòng này tượng trưng cho các vòng tròn của trái đất, như đường xích đạo, đường hoàng đạo và kinh tuyến.
-
- Hỗn thiên cầu tại Đài quan sát cổ đại, Bắc Kinh, Trung Quốc (Hans A. Rosbach/ CC BY SA 3.0 )
Hỗn thiên cầu có thể được chia thành hai loại chính dựa trên chức năng của chúng - hỗn thiên cầu chứng minh và hỗn thiên cầu quan sát. Hỗn thiên cầu chứng minh được sử dụng để chứng minh và giải thích sự chuyển động của các thiên thể, trong khi hỗn thiên cầu quan sát được sử dụng để quan sát các thiên thể.
Do đó, các hỗn thiên cầu quan sát thường có kích thước lớn hơn khi so sánh với hỗn thiên cầu chứng minh. Các hỗn thiên cầu quan sát cũng có ít vòng hơn, khiến chúng chính xác hơn và dễ sử dụng hơn.
Nhà thiên văn học Trương Hành (78 – 139) thời kỳ Đông Hán là ngôi sao khổng lồ rực rỡ nhất của nền thiên văn học cổ đại Trung Quốc. Ông là nhân vật tiêu biểu cho Lý thuyết Hỗn thiên trong lý luận kết cấu vũ trụ. Ông cho rằng trời giống như một cái vỏ trứng gà, đất như lòng đỏ trứng gà, trời thì lớn đất thì bé. Trời và đất lợi dụng khí mà dựng lập, tải đầy nước mà nở ra.
Ông từng tự mình thiết kế và chế tạo ra máy định vị thiên thể “Hỗn thiên nghi” tương đương với máy trắc định thiên thể (mô hình quả cầu thiên thể) ngày nay, nguyên là phát minh của Cảnh Thọ Xương thời Tây Hán. Trương Hành cải tiến nó, dùng để tạo ra thiết bị để biểu thị thuyết minh cho Thuyết hỗn thiên.
Trương Hành dùng hệ thống bánh răng để liên kết thiên cầu và đồng hồ nước, đồng hồ nước tích nước thúc đẩy thiên cầu xoay tròn đều đều, một ngày chạy vừa đúng một vòng. Như vậy, người ở trong phòng xem thiên cầu, thì có thể biết một vì sao nào đó lúc ấy đang ở vị trí nào.
Máy tính cơ học Pascaline
-
- Một máy tính cơ học của Pascal, trưng bày tại Musée des Arts et Métiers, Paris. Nguồn: David.Monniaux / Wikimedia Commons
Blaise Pascal được nhiều người coi là một trong những nhân vật vĩ đại của Cách mạng Khoa học, xây dựng một lý thuyết về tất cả mọi thứ, từ xác suất toán học đến khoa học khí quyển. Ông cũng có đóng góp lớn cho lĩnh vực máy tính với Pascaline của mình, được coi là máy tính số học cơ học thực tế đầu tiên trên thế giới.
Năm 1639, cha của Pascal được bổ nhiệm vào một vị trí quản lý thuế khu vực tại thành phố Rouen của Pháp. Ông không cần phải làm bất kỳ phép toán đặc biệt khó khăn nào như tính toán quỹ đạo của sao chổi hay các thiên thể hành tinh, ông chỉ cần theo dõi các số liệu tài khoản, số dư và số liệu thanh toán mà bất kỳ kế toán viên nào cũng phải xử lý.
Vào thời điểm đó, không có cách nào dễ dàng để giảm bớt sự đơn điệu của các phép tính đơn giản lặp đi lặp lại như cộng, trừ, nhân và chia mà không cần đến hàng loạt bảng toán học cồng kềnh với các số liệu được tính toán trước cho các phép toán khác nhau.
Điều này đã truyền cảm hứng cho Pascal để phát triển một chiếc máy có thể cộng và trừ một cách cơ học bằng bánh xe và công tắc (phép nhân và phép chia cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một loạt các phép cộng và trừ). Tuy nhiên, không giống như những nỗ lực trước đây đối với máy tính cơ học, chức năng chuyển từ 9 đến 0 từ bánh xe này sang bánh xe tiếp theo hoàn toàn tự động.
Điều này cho phép người dùng chỉ cần nhập các số và thao tác họ muốn thực hiện và phép tính sẽ tự động xếp tầng các giá trị từ bánh xe này sang bánh xe tiếp theo. Điều này, cùng với những cải tiến cơ học khác, cho phép Pascal thu nhỏ Pascaline của mình thành một kích thước chức năng để nó có thể được sử dụng trong môi trường văn phòng.
Mặc dù đây là một bước phát triển quan trọng trong lịch sử của máy tính kinh doanh, vì những thiết bị như vậy sẽ được biết đến trong kỷ nguyên hiện đại, nhưng điều quan trọng hơn đối với lĩnh vực tính toán là Pascal đã phát triển một giải pháp cơ học để tự động hóa hàm số trong máy thực hiện số học.
Vâng, điều này nghe có vẻ không phải là một vấn đề lớn, nhưng sự đổi mới này rất quan trọng đối với hoạt động của CPU của một máy tính hiện đại. Quá trình tương đương kỹ thuật số với các chức năng chuyển đổi tự động cơ học của Pascaline là điều cho phép CPU hoạt động với tốc độ đáng kinh ngạc như vậy. Vì vậy, theo một nghĩa rất thực tế, Pascaline tương đương với một đơn vị xử lý số học, một trong những thành phần cơ bản nhất của bộ xử lý máy tính hiện đại.
Tất cả những khám phá này dường như chỉ ra rằng nhân loại thời cổ đại đã có những tư duy khoa học khá cao. Thậm chí có những công trình mà chúng ta chưa thật sự hiểu hết được mục đích và ý nghĩa của nó. Phải chăng đã tồn tại những nền văn minh với công nghệ hiện đại khiến nhân loại phải viết lại toàn bộ lịch sử của mình?
Con người chúng ta đang không ngừng tự nhận thức lại mới về lịch sử nhân loại, và quan niệm ban đầu không nhất định là tuyệt đối chính xác. Lịch sử nền văn minh nhân loại chắc chắn cần phải được hệ thống lại.
(t/h)
