Loài người bắt đầu việc đo thời gian như thế nào?

Thời gian là một yếu tố quan trọng, có tác động rất lớn tới đời sống loài người và bài viết muốn chia sẻ cách chúng ta đo lường thời gian và những chiếc đồng hồ đầu tiên của loài người.

Cách loài người từng đo thời gian

Loài người đã tìm cách theo dõi thời gian từ xa xưa nhưng lịch sử không khi nhận thời điểm bắt đầu thực hiện việc này. Tuy nhiên, có những bằng chứng cho thấy tổ tiên chúng ta đã thiết lập lịch nguyên thủy thông qua việc quan sát Mặt trời mọc, lặn và độ cao của Mặt trời. Ví dụ, họ ghi lại vị trí của đường chân trời nơi Mặt trời đi qua mỗi ngày, giúp con người nhận ra sự thay đổi của ngày, mùa theo thời gian. Trong năm, các vị trí này thay đổi dần:

Gần hạ chí, Mặt trời mọc - lặn ở các điểm xa nhất về phía bắc.
Gần đông chí, Mặt trời mọc - lặn ở các điểm xa nhất về phía nam.

Hay với việc theo dõi độ cao của Mặt trời thông qua bóng đổ hoặc sử dụng các góc đo dựa theo đường đi của Mặt trời. Vào buổi trưa mỗi ngày, Mặt trời đạt tới điểm cao nhất trên bầu trời và cao này thay đổi trong suốt năm:

Vào mùa hè, Mặt trời đạt tới điểm cao hơn, cho thấy ngày dài và thời tiết ấm áp hơn.
Vào mùa đông, Mặt trời thấp hơn rất nhiều, dẫn đến ngày ngắn và thời tiết lạnh hơn.

Đế đồng hồ Mặt trời lâu đời nhất được tìm thấy ở Ai Cập.

Lịch sử ghi lại đồng hồ sớm nhất là từ Ai Cập vào năm 1500 trước công nguyên, sau đó được tối ưu bởi người Hy Lạp và La Mã. Theo đó, họ dùng một cái gậy cắm thẳng đứng trên một đế hình bán nguyệt, chia thành 12 phần hình quạt. Bóng đổ của cây gậy này trên đế sẽ cho người AI cập biết được về giờ giấc trong ngày. Con số 12 được lựa chọn để chia thời gian chủ yếu do cách họ quan niệm về thời gian và chuyển động thiên thể hoặc mang ý nghĩa thiêng liêng trong tôn giáo.

Người Ai Cập và người cổ đại còn theo dõi đường đi của Mặt trời theo chiều dài bóng đổ của cây trong ngày. Khi đó, bóng đổ sẽ dài hơn vào buổi sáng và buổi chiều, khi Mặt trời ở vị trí thấp hơn trên bầu trời, và ngắn nhất vào buổi trưa, khi Mặt trời ở vị trí cao nhất. Kết hợp với một thang đo chiều dài của bóng đổ, những đồng hồ Mặt trời này có thể xác định thời gian dựa trên bóng đổ dài hay ngắn tại thời điểm đó, thay vì dựa vào vị trí bóng đổ trên một mặt phẳng nằm ngang.

Đồng hồ Mặt trời của người La Mã tại Pompeii.

Người La Mã cũng đã có đồng hồ Mặt trời đầu tiên của họ vào năm 260 TCN và đồng hồ này có tác động rất lớn lên đời sống của họ. Plautus, một nhà viết kịch người La Mã đã cảm thán rằng trước khi có đồng hồ, ông đếm thời gian bằng cái bao tử của mình khi giờ ăn tới. Nhưng "khốn nạn" thay đứa nào tạo ra đồng hồ từng giây từng phút khi giờ đây ông chỉ được ăn khi đồng hồ điểm giờ trưa.

Đồng hồ nước

Khi loài người thành công trong việc thiết lập các công cụ đo thời gian thì tổ tiên chúng lại tiếp tục tối ưu để cho ra đời các cách thức đo thời gian khác. Đồng hồ nước là một cách khác được người Ai Cập và Babylon phát minh vào cách đây 3500 năm. Những chiếc đồng hồ nước đầu tiên này (clepsydra) bao gồm một bình đá với một lỗ nhỏ ở đáy, cho phép nước nhỏ giọt ra ngoài với tốc độ đều đặn, và thời gian trôi qua được biểu thị bằng mực nước trong bình. Một cách khác mà người Ai Cập cũng áp dụng là cho nước đi vào một hồ chứa có sẵn các chỉ mục để hiển thị việc thời gian tăng dần.

Đồng hồ nước clepsydra của Ai Cập khi nước chảy vào phần đáy ở dưới để chỉ dấu thời gian.

Bên cạnh người Ai Cập, người Trung Quốc cũng đã phát minh ra đồng hồ nước khi lịch sử viết về một nhân vật có tên là Hoàng Đế, một nhân vật vừa lịch sử vừa hư cấu, vào năm 2717 tới 2599 trước TCN.

Tuy nhiên, chiếc hồ nước đầu tiên được ghi nhận ở tại đây xuất hiện vào khoảng 1046 TCN - 771 TCN, trong thời kỳ Nhà Chu Tây. Dạng đồng hồ nước sớm này được gọi là “louke” - bình nước rò rỉ. Cơ chế hoạt động của nó tương tự như chiếc clepsydra của người Ai Cập. Louke thường bao gồm một bình chứa có một lỗ nhỏ cho phép nước nhỏ giọt vào hoặc ra với tốc độ ổn định. Mực nước được sử dụng để đo thời gian, với 100 đơn vị bằng nhau để chỉ các khoảng thời gian từ nửa đêm hôm nay tới nửa đêm sau.

Sau này, trong thời Nhà Hán (202 TCN - 220 SCN), đồng hồ nước trở nên tinh vi hơn, bao gồm nhiều bình chứa và đôi khi có thiết kế phức tạp để cải thiện độ chính xác. Theo thời gian, những chiếc đồng hồ này đã phát triển đáng kể và trở thành công cụ quan trọng cho thiên văn học và việc đo thời gian ở Trung Quốc cổ đại. Đến đầu thế kỷ 8 sau công nguyên, trong thời Nhà Đường, các nhà sư đã phát triển một loại đồng hồ cơ phức tạp hơn. Theo đó, nước sẽ chảy đều vào một bánh xe, khiến bánh xe quay với tốc độ ổn định. Chuyển động quay của bánh xe sau đó được sử dụng để điều khiển các bộ phận cơ học khác của đồng hồ, như bánh răng và đòn bẩy, giúp đo thời gian chính xác. Thiết kế này là một bước đột phá so với các loại đồng hồ nước trước đó, vốn chỉ đo thời gian dựa trên mực nước dâng lên hoặc hạ xuống.

Đồng hồ nước Tô Tùng với các cải tiến cùng hệ thống bánh răng phức tạp.

Và vào năm 1194 sau công nguyên, dưới thời Nhà Tống ở Trung Quốc, một quan chức và nhà bác học tên là Tô Tùng (Su Song) đã cải tiến các thiết kế đồng hồ nước trước đó. Ông đã phát triển một chiếc đồng hồ cơ cao 12 mét vô cùng tiên tiến. Chiếc đồng hồ này là một bước tiến lớn trong việc đo thời gian và hoạt động tương tự như những chiếc đồng hồ cơ với các cơ chế bánh răng phức tạp, vốn sau này sẽ được phát minh ở châu Âu khoảng 200 năm sau đó. Công trình của Tô Tùng là một cột mốc quan trọng trong cả việc đo thời gian và thiết kế cơ khí, thể hiện sự tiên tiến và phức tạp của công nghệ Trung Quốc trong giai đoạn này.

Giờ cố định và giờ theo mùa hoạt động song song

Trong thời hiện đại, một giờ luôn có cùng độ dài cố định là 60 phút, bất kể là ngày hay đêm, mùa hè hay mùa đông. Định nghĩa về giờ cố định với 60 phút thật ra đã có nguồn gốc từ thiên văn học Babylon cổ đại khoảng 2000 TCN, khi người Babylon sử dụng hệ thống tính toán sexagesimal (cơ số 60). Họ chia một ngày thành 24 phần bằng nhau (giờ), mỗi giờ thành 60 phút, và mỗi phút thành 60 giây. Tuy nhiên, khái niệm này chưa được chuẩn hóa ngay lập tức trên toàn thế giới.

Đồng hồ của người Babylon.

Ngoài ra, trong thời cổ đại, cách mà con người đo thời gian linh hoạt và đa dạng hơn tùy theo nền văn hóa. một số nền văn minh cổ đại đã chia ngày theo một loại giờ khác: Họ sử dụng một hệ thống trong đó cả ban ngày và ban đêm đều được chia thành 12 phần. Điều này tương tự như khái niệm của chúng ta về 12 giờ ban ngày và 12 giờ ban đêm.

Tuy nhiên, có một sự khác biệt lớn: độ dài của những giờ này thay đổi trong suốt năm, tùy thuộc vào mùa. Do đó, độ dài của mỗi “giờ” trong ngày hoặc đêm không cố định như hiện nay. Những “giờ theo mùa” này sẽ co giãn hoặc thu ngắn dựa trên lượng ánh sáng ban ngày. Ví dụ, vào mùa hè, khi ban ngày dài, các giờ ban ngày sẽ dài hơn, và các giờ ban đêm sẽ ngắn hơn. Ngược lại, vào mùa đông, các giờ ban đêm sẽ dài hơn, và các giờ ban ngày sẽ ngắn hơn.

Hệ thống đo thời gian này được sử dụng ở những nơi mà độ dài của ban ngày thay đổi trong năm, hầu như là mọi nơi trừ khu vực gần xích đạo, nơi ban ngày và ban đêm gần như cân bằng suốt năm. Cách tiếp cận đo thời gian này có nghĩa là độ dài của một giờ rất linh hoạt và thay đổi theo mùa.

Sự chuyển tiếp sang đồng hồ cơ học: Kỷ nguyên mới của đo thời gian

Sự ra đời của đồng hồ cơ học đánh dấu một bước tiến vượt bậc trong công nghệ đo thời gian. Không giống như đồng hồ nước hay đồng hồ Mặt trời phụ thuộc vào dòng chảy của nước hoặc ánh sáng Mặt trời, đồng hồ cơ học vận hành dựa trên hệ thống bánh răng, quả nặng và cơ chế hồi phức tạp. Sự đổi mới này mang lại độ chính xác cao hơn và chính thức mở ra kỷ nguyên giờ cố định, tác động đáng kể đến cuộc sống thường nhật. Các cộng đồng có thể điều chỉnh hoạt động một cách hiệu quả hơn, theo một hệ thống thời gian có cấu trúc và thống nhất.

Đồng hồ cơ học trở thành một phần không thể thiếu của lịch sử Châu Âu.

Trước khi đồng hồ cơ học ra đời, hệ thống giờ cố định và giờ theo mùa vẫn tồn tại song song mãi cho đến thế kỷ 14 - 15 ở Châu Âu. Hay như ở Nhật, giờ theo mùa vẫn còn được sử dụng mãi cho tới thế kỷ 19. Tuy nhiên, việc Thiên Chúa Giáo ngày một phổ biến kết hợp với sự lan rộng của đồng hồ cơ học từ châu Âu sang các khu vực khác khiến loại đồng hồ này ngày càng được phổ cập. Những chiếc đồng hồ lớn đặt ở quảng trường thị trấn trở thành biểu tượng, đảm bảo mọi người tuân theo cùng một lịch trình. Những chiếc đồng hồ cơ học đầu tiên này đã đặt nền tảng cho nghệ thuật chế tạo đồng hồ hiện đại và mở đường cho các thiết bị đo thời gian chính xác hơn như đồng hồ quả lắc.

Sự phát triển của loại đồng hồ này trên toàn cầu góp phần củng cố sự chuẩn hoá của giờ cố định vào thế kỉ 19, đặc biệt khi thương mại, du lịch và liên lạc quốc tế đòi hỏi một hệ thống thời gian nhất quán. Điều này được chính thức hóa thêm trong Hội nghị Kinh tuyến Quốc tế năm 1884, khi các múi giờ được thiết lập và khái niệm thời gian chuẩn được thống nhất trên toàn cầu.

Từ đó trở đi, con người đã và ngày càng gắn bó chặt chẽ với việc quản lý thời gian và những công cụ này ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người, bao gồm kể cả việc hình thành nên những hệ thống giao dịch tài chính hay GPS với độ chính xác cao.

Cập nhật: 05/10/2024 Tinh Tế