Thông thường, khi nhắc đến máy tính, ta thường hình dung ra CPU, màn hình, mạng Internet và các ứng dụng phần mềm. Nhưng lịch sử máy tính không chỉ dừng lại ở đó. Hãy cùng khám phá những cỗ máy tính cổ đại, những công trình bí ẩn được sử dụng để quan sát vũ trụ mà công nghệ hiện đại vẫn chưa thể giải thích hết.
Máy tính tương tự, và đặc biệt là Máy Tính Cơ Học, đã đánh dấu một bước tiến quan trọng. Ngày nay, chúng ta đang chứng kiến sự phát triển của máy tính lượng tử, hứa hẹn một cuộc cách mạng công nghệ mới.
Tuy nhiên, liệu chúng ta đã hiểu hết về những thành tựu khoa học cổ đại? Tại sao người xưa lại xây dựng những công trình quan sát thiên văn và tính toán quỹ đạo của các thiên thể?
Stonehenge: Chiếc Máy Tính Cổ Đại Tính Toán Thời Gian
Stonehenge, nằm ở đồng bằng Salisbury, miền nam nước Anh, là một tập hợp khoảng 100 tảng đá khổng lồ được sắp xếp thành các vòng tròn. Mục đích thực sự của công trình này vẫn còn là một bí ẩn. Việc xây dựng Stonehenge bắt đầu trước khi bánh xe được phát minh và kéo dài ít nhất 1.500 năm, thậm chí có thể lâu hơn.
Stonehenge là công trình của nhiều nền văn hóa khác nhau, được xây dựng qua nhiều giai đoạn. Trong thời Trung cổ, một số người tin rằng Stonehenge là tác phẩm ma thuật của Merlin, trong khi các nhà khảo cổ học sau này cho rằng nó được xây dựng bằng công nghệ huyền bí của người Celt. Tuy nhiên, Stonehenge có trước sự xuất hiện của người Celt ở Anh ít nhất 1.000 năm.
Bất kể ai đã xây dựng Stonehenge, họ đều hiểu rõ tầm quan trọng của ngày đông chí ở Bắc bán cầu. Đông chí đánh dấu ngày ngắn nhất trong năm và đêm dài nhất. Tuy nhiên, thay vì là một dịp ảm đạm, ngày đông chí thường được nhiều nền văn hóa kỷ niệm như một bước ngoặt lớn trong năm.
Nếu hôm nay là đêm dài nhất trong năm, thì ngày mai sẽ là lúc 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. Các tảng đá trilithon cao nhất ở Stonehenge sẽ “đóng khung” hoàn hảo mặt trời lặn vào ngày đông chí, đánh dấu thời điểm chuyển mùa quan trọng này.
Trong ngày hạ chí, mặt trời mọc lên từ phía sau 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 đã đánh dấu ngày hạ chí bằng các lễ hội dành cho các vị thần mặt trời và mùa màng. Các dân tộc tiền sử xung quanh Stonehenge cũng có thể đã làm như vậy.
Mặc dù chúng ta có thể không xem Stonehenge là một chiếc máy tính, nhưng ở cấp độ cơ bản, nó hoạt động như một công cụ tính toán thời gian dựa trên vị trí của mặt trời.
Vị trí của mặt trời trong năm, so với các tảng đá trilithon, tương đương với các bit kỹ thuật số trong một bộ xử lý: mặt trời mọc hoặc lặn giữa một trilithon có nghĩa là đúng hoặc sai, 1 hoặc 0. Khi bạn 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.
Cỗ Máy Antikythera: Máy Tính Analog và Mô Hình Hệ Mặt Trời Cổ Đại
Cỗ máy Antikythera là một máy tính analog cơ học được 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 lịch và chiêm tinh. 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 này 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. Nó 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, cỗ máy 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.
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. 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, 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 tin rằng thiết bị này không phải 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: Cỗ Máy Tự Động Hóa Thời Gian
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 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 Baghdad.
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. 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.
Tác phẩm vĩ đại nhất của ông có lẽ 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.
Điểm đặc biệt của Đồng hồ nước lâu đài là ở cơ cấu hoạt động 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.
Hỗn Thiên Cầu: Thiết Bị Quan Trắc Thiên Văn Cổ Đại
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 có thể được chia thành hai loại chính: 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.
Các hỗn thiên cầu quan sát thường có kích thước lớn hơn và 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 một nhà thiên văn học nổi tiếng của Trung Quốc cổ đại. Ông là người tiêu biểu cho Lý thuyết Hỗn thiên, cho rằng trời giống như một cái vỏ trứng gà, đất như lòng đỏ trứng gà, trời thì lớn đất thì bé.
Ông tự mình thiết kế và chế tạo ra máy định vị thiên thể “Hỗn thiên nghi”, tương đương với máy trắc định thiên thể ngày nay. 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.
Pascaline: Máy Tính Cơ Học Đầu Tiên
Blaise Pascal được coi là một trong những nhân vật vĩ đại của Cách mạng Khoa học. Ông 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, ông chỉ cần theo dõi các số liệu tài khoản, số dư và số liệu thanh toán.
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.
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). Không giống như những nỗ lực trước đây, chức năng chuyển từ 9 sang 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, 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.
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, 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.
Những khám phá này cho thấy rằng nhân loại thời cổ đại đã có những tư duy khoa học đáng kinh ngạc. 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, và quan niệm ban đầu không nhất thiết là tuyệt đối chính xác. Lịch sử nền văn minh nhân loại chắc chắn cần phải được hệ thống lại.
