Nhà phát minh Hero xứ Alexandria. (Ảnh: Internet)

Heron Alexandrinus, thường được biết đến là Hero xứ Alexandria, là một nhà phát minh người Hy Lạp sinh vào năm 10 SCN tại Alexandria, hiện thuộc Ai Cập. Đây là thành phố lớn thứ hai của nước này, sau Cairo. Không có nhiều điều được biết đến về cuộc đời của Heron, tuy nhiên chúng ta biết rằng cha mẹ ông là người Hy Lạp di cư đến Alexandria sau cuộc xâm lăng của Alexander Đại đế. Heron là một nhà toán học và kỹ sư được xem là một trong những nhà phát minh vĩ đại nhất thời cổ đại.

Vào thời Heron, Đại thư viện Alexandria đã ở trong một thời kỳ cực thịnh, và Heron được cho là đã đứng lớp giảng dạy tại Bảo tàng Alexandria, một nơi các nhà khoa học và học giả gặp gỡ và thảo luận.

Một điều rất ít người biết, do sự lược bỏ các chi tiết quan trọng trong các sách lịch sử, là Heron chính là người đầu tiên phát minh ra động cơ hơi nước, một thiết bị chạy bằng hơi nước được gọi là aeolipile hay ‘cỗ máy Heron’. Cái tên này đến từ từ ‘Aeolus’ trong tiếng Hy Lạp, vốn là vị thần gió.

Động cơ hơi nước aeolipile của nhà phát minh Heron. (Ảnh: Internet)

Tuy rằng đã có một số người khác thảo luận về các thiết bị tương tự aeolipile trước thời Heron, nhưng ông là người đầu tiên miêu tả nó một cách chi tiết và chỉ dẫn cách chế tạo nó trong cuốn sách “Pneumatics (Khí lực hóa)”, trong đó bao gồm hơn 78 thiết bị. Nhiều ý tưởng của Heron là sự cải tiến và mở rộng sản phẩm của một nhà phát minh người Hy Lạp khác ở Alexandria 300 năm trước thời ông, được biết đến với cái tên Ktesibios, người đầu tiên thảo luận về đặc điểm của khí nén.

Vậy aeolipile là cái gì? Đó là một khối cầu được bố trí để khiến nó có thể xoay xung quanh trục. Hai cái vòi đặt đối diện nhau sẽ xả lượng hơi và cả hai cái vòi sẽ sản sinh ra một lực đẩy kết hợp dẫn đến mô men xoắn, khiến khối cầu xoay xung quanh trục của nó. Lực quay sẽ gia tăng tốc độ của khối cầu cho đến khi sức cản từ không khí đưa nó đến một vận tốc quay ổn định.

Video minh họa cơ chế hoạt động của động cơ hơi nước Aeolus của nhà phát minh Hero xứ Alexandria:

Hơi nước được sinh ra từ việc đun sôi nước bên trong hoặc bên dưới khối cầu, như quan sát trong hình. Nếu nồi hơi được đặt bên dưới khối cầu, thì nó sẽ kết nối với khối cầu xoay thông qua một cặp ống vốn đồng thời đóng vai trò hai trục đứng của khối cầu. Bản sao cỗ máy của Heron có thể xoay tại mức vận tốc 1.500 vòng mỗi phút với một mức áp suất rất thấp, khoảng 0,1266 kg/cm².

Hình 50: Minh họa động cơ hơi nước của Hero xứ Alexandria. (Ảnh: Pneumatics)

PLACE a cauldron over a fire: a ball shall revolve on a pivot. A fire is lighted under a cauldron, A B, (fig. 50), containing water, and covered at the mouth by the lid C D; with this the bent tube E F G communicates, the extremity of the tube being fitted into a hollow ball, H K. Opposite to the extremity G place a pivot, L M, resting on the lid C D; and let the ball contain two bent pipes, communicating with it at the opposite extremities of a diameter, and bent in opposite directions, the bends being at right angles and across the lines F G, L M. As the cauldron gets hot it will be found that the steam, entering the ball through E F G, passes out through the bent tubes towards the lid, and causes the ball to revolve, as in the case of the dancing figures.

Đặt một cái vạc trên một ngọn lửa: một quả bóng sẽ xoay tròn quanh trục. Lửa được nhóm bên dưới cái vạc nước, A B, (hình 50), và được che chắn phần miệng bởi cái nắp C D; với cái ống uốn cong E F G kết nối, phần đầu của cái ống được xuyên vào bên trong một quả bóng rỗng, H K. Đối diện với phần đầu G, đặt một cái trục thẳng đứng nữa, L M, đặt trên cái nắp C D; và để quả bóng chứa hai ống cong, xuyên qua nó tại hai đầu đối xứng trên đường kính, và uốn cong theo hai hướng đối diện, với hướng uốn cong nằm vuông góc và dọc theo các đường thẳng F G, L M. Khi cái vạc được đun nóng, luồng hơi nước sẽ tiến vào quả bóng thông qua E F G, đi xuyên qua các ống uốn cong hướng đến cái nắp khiến quả bóng xoay tròn, như những cá nhân đang nhảy múa.

Trích Heron, Pneumatica

Phát minh này đã bị lãng quên và chưa từng được ứng dụng đúng cách cho tới năm 1577, khi động cơ hơi nước được tái phát minh bởi nhà triết học, thiên văn học và kỹ sư, Taqi al-Din. Nhưng về cơ bản ông cũng chỉ miêu tả cùng loại thiết bị như của Heron, trong đó sức nước làm xoay một bánh xe, và lực xoay của bánh xe làm các pít-tông chuyển động. 

Tua bin nước của Taqi al-Din. (Ảnh: Internet)

Video minh họa cơ chế hoạt động của tuabin nước của Taqi al-Din:

Bản vẽ tái lập một trong rất nhiều cỗ máy tự động của Heron. (Ảnh: Internet)

Một phát minh khác của Heron là ‘bánh xe gió’, một loại bánh xe sử dụng sức gió được dùng để cung cấp năng lượng cho một cỗ máy được kết nối với một cây đàn ống. Ông cũng là người đầu tiên phát minh ra chiếc máy bán hàng tự động, cánh cửa tự động, các chuyển động và âm thanh ‘kỳ diệu’ trong các đền thờ, một cỗ máy dập lửa, một đài phun nước độc lập, và nhiều máy móc trong nhà hát Hy Lạp.

Một trong những phát minh cơ giới trong nhà hát của ông bao gồm một vở nhạc kịch cơ giới hoàn toàn tự động bằng cách sử dụng một hệ thống nút thắt đôi và dây rợ cùng các cỗ máy đơn giản, thậm chí có thể tạo ra các âm thanh giả lập mô phỏng tiếng sấm, tiếng giày chuyển động trên sân khấu cùng sự tập trung ánh sáng vào các phần cụ thể của vở diễn.

Các công trình của ông bao gồm việc miêu tả các cỗ máy hoạt động dựa trên áp suất không khí, hơi hay nước, các thiết bị kiến trúc để nâng nhấc vật nặng, các phương pháp tính toán diện tích bề mặt và thể tích – bao gồm một phương pháp tính toán căn bậc hai, các cỗ máy chiến, và việc điều khiển ánh sáng dựa trên tính chất phản xạ và các tấm gương.

Cơ cấu mở cửa tự động của Heron. Tranh minh họa của P. Hausladen và RS Vöhringen.

Rõ ràng Heron là một thiên tài với vốn kiến thức vượt bậc so với thời đại của ông. Điều đáng tiếc là, hầu hết các tư liệu nguyên gốc của ông đã bị thất lạc, và chỉ một vài trong số chúng còn tồn tại cho đến ngày nay trong các bản viết tay tiếng Ả Rập. Ai biết được còn có bao nhiêu phát minh đáng kinh ngạc khác của Heron vào hơn 2.000 năm trước.

Chúng ta đã bị thất truyền bí quyết chế tạo một số phát minh hữu ích nhất trong lịch sử loài người. Và ngay cả với tất cả tài trí và các phát hiện của chúng ta, tổ tiên cách đây hàng nghìn năm vẫn làm chúng ta kinh ngạc với tài trí và những phát hiện của họ. Chúng ta đã tạo ra được một số phiên bản hiện đại của những phát minh này, nhưng cũng chỉ vừa mới gần đây.

1. Lửa Hy Lạp: Vũ khí hóa học bí ẩn

Ảnh từ bản thảo minh họa, Madrid Skylitze, cho thấy Lửa Hy Lạp đang được sử dụng để chống lại đoàn quân nổi loạn Thomas the Slav. Đoạn chữ bên trên chiếc thuyền bên trái viết, “Đội thuyền Hy Lạp phóng hỏa thiêu đốt thuyền quân địch.”(Wikimedia Commons)

Từ thế kỷ 7 đến thế kỷ 12, quân đội của đế quốc Byzantine (đế quốc Đông La Mã hay đế quốc Hy Lạp) thường bắn một chất liệu bí ẩn vào tàu quân địch trong các trận thủy chiến. Loại chất lỏng này được bắn ra từ các ống nước và đốt cháy trong nước, và chỉ có thể dập tắt bằng hỗn hợp dấm, cát, và nước tiểu. Hiện chúng ta vẫn chưa biết loại vũ khí hóa học, gọi là Lửa Hy Lạp này, được làm từ gì. Đế quốc Byzantine canh giữ bí mật này cực kỳ cẩn thận, để đảm bảo rằng chỉ một vài nhóm người được lựa chọn mới được phép biết đến, và vì vậy rốt cuộc nó đã bị thất truyền.

Xem thêm: Bằng chứng khảo cổ: vũ khí hóa học 1.700 năm trước

2. Kính uốn dẻo: Một loại chất liệu vô cùng quý giá

Ba ghi chép cổ đại về một loại chất liệu gọi là vitrum flexile, hay kính uốn dẻo, chưa đủ rõ ràng để có thể kết luận loại chất liệu này thực sự tồn tại. Câu chuyện về phát minh này đã được kể lại lần đầu tiên bởi Petronius (mất năm 63 SCN).

Ông đã viết về một người thợ làm kính, người đã trình lên Hoàng đế Tiberius (trị vì từ 14–37 SCN) một chiếc bình thủy tinh. Ông yêu cầu hoàng đế đưa nó lại cho ông, và đúng lúc đó, người thợ làm kính này đã ném nó xuống sàn. Chiếc bình chỉ hơi sứt mẻ, chứ không bị vỡ, và người thợ làm kính nhanh chóng gõ nó trở lại hình dạng ban đầu. Lo sợ các loại kim loại quý (vàng, bạc) sẽ bị giảm giá trị, Tiberius đã ra lệnh chém đầu người thợ để bí mật về chất liệu vitrum flexile có thể bị chôn vùi cùng với cái chết của ông.

Bức tượng chân dung bằng đá cẩm thạch của Hoàng đế Tiberius, 37 SCN. ( Wikimedia Commons)

Trưởng lão Pliny (Gaius Plinius Secundus) (mất 79 SCN) cũng đã kể lại câu chuyện này. Ông nói rằng, mặc dù câu chuyện này được kể lại thường xuyên, nhưng nó không nhất định đúng hoàn toàn.

Phiên bản được Dio Cassius kể lại khoảng vài trăm năm sau đã biến người thợ làm kính thành một nhà ảo thuật. Thực ra, khi chiếc bình bị ném xuống sàn, nó đã vỡ và người thợ làm kính đã sửa lại chỉ bằng tay không.

Vào năm 2012, công ty sản xuất kính Corning đã ra mắt loại “Kính cây liễu.” Với tính chất kháng nhiệt và mềm dẻo vừa đủ để cuộn lại, loại kính này đã tỏ ra đặc biệt hữu dụng khi chế tạo các tấm năng lượng mặt trời.

Kính uốn dẻo Corning (www.teknologik.fr)

Nếu thợ làm kính người La Mã xấu số này đã thật sự phát minh ra chất vitrum flexile, thì có vẻ như ông đã đi trước thời đại cả nghìn năm.

Xem thêm: Ấn Độ cổ đại đã có công nghệ du hành vũ trụ?

3. Thuốc giải bách độc

Cái gọi là “thuốc giải toàn năng” cho tất cả các loại thuốc độc được cho là đã được tạo ra bởi Vua Mithridates VI của Pontu (trị vì từ 120–63 TCN) và đã được hoàn thiện bởi thầy thuốc riêng của Hoàng đế Nero.

Công thức nguyên thủy đã bị thất truyền, theo Adrienne Mayor, nhà nghiên cứu truyền thống dân gian kiêm sử gia tại Đại học Standford, trong một bài viết năm 2008 với tựa đề “Lửa Hy Lạp, Mũi tên tẩm độc & Bom bọ cạp: Chiến tranh sinh học và hóa học trong thế giới cổ đại.” Nhưng các sử gia thời cổ đại cũng bảo chúng ta rằng trong thành phần của nó có chứa thuốc phiện, rắn hổ lục băm nhỏ, và một sự kết hợp các lượng nhỏ chất độc và thuốc giải của chúng.

Tượng minh họa Vua Mithridates VI xứ Pontus. ( Wikimedia Commons)

Chất liệu quý giá này được gọi là Mithridatium, đặt theo tên Vua Mithridates VI.

Mayor lưu ý rằng Serguei Popov, nhà nghiên cứu vũ khí sinh học hàng đầu trong chương trình Biopreparat của Liên Xô, người đã đào thoát đến Mỹ năm 1992, đã cố gắng tạo ra một liều thuốc Mithridatium hiện đại.

4. Vũ khí tia nhiệt

Hình ảnh miêu tả nhà toán học Ác-si-mét châm lửa đốt những con tàu của La Mã trước thành Syracuse với sự giúp đỡ của các tấm gương dạng parabol. ( Wikimedia Commons)

Nhà toán học người Hy Lạp Ác-si-mét (mất năm 212 TCN) đã phát triển một loại vũ khí tia nhiệt vượt quá kỹ năng của chương trình “Mythbusters” trên kênh Discovery Channel vào năm 2004. Mayor đã miêu tả loại vũ khí này là nhiều hàng lá chắn bằng đồng được đánh bóng giúp phản chiếu các tia sáng mặt trời vào thuyền quân địch.”

Mặc dù chương trình “Mythbusters” đã không thể tái lập lại loại vũ khí cổ đại này và tuyên bố rằng đây chỉ là một truyền thuyết, nhưng các sinh viên Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã thành công chỉ một năm sau đó, vào năm 2005. Họ đã đốt cháy một con thuyền ở bến cảnh San Francisco nhờ sử dụng thứ vũ khí 2.200 năm tuổi này.

Một loại vũ khí tia nhiệt đã được hé lộ bởi Cơ quan Nghiên Cứu Cấp cao Quốc phòng (Defense Advanced Research Projects Agency), sử dụng các tia vi sóng để thâm nhập vào “lớp da nạn nhân, nung nóng nó lên nhiệt độ 54^o C , tạo cho nạn nhân một loại cảm giác như bị đốt bằng lửa,” Mayor giải thích.

Xem thêm: Vũ khí laser mới của Lockheed Martin vô hiệu hóa một chiếc xe tải từ 1,6 km

5. Bê tông La Mã

Khối bê tông gần 2.000 năm tuổi ở Rome. ( Xerones/Flickr)

Các khối kiến trúc La Mã rộng lớn đã tồn tại qua hàng nghìn năm qua là minh chứng cho những ưu điểm mà bê tông La Mã so với bê tông hiện đại, vốn sẽ xuất hiện dấu hiệu xuống cấp sau 50 năm.

Trong những năm gần đây các nhà nghiên cứu đã cố gắng hé mở bí ẩn về độ bền của khối bê tông cổ đại này. Thành phần bí mật của nó là tro bụi núi lửa.

Một bài viết được xuất bản bởi Trung tâm Thông tin của trường Đại học Californa ở Berkeley vào năm 2013 đã tuyên bố rằng đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu đã hiểu được cách hợp chất canxi-nhôm-silicat-hydro cực kỳ bền vững này kết nối các chất liệụ với nhau. Quá trình tạo thành loại bê tông này sẽ tạo ra lượng khí thải CO₂ thấp hơn so với quá trình tạo ra bê tông hiện đại. Tuy nhiên, một số nhược điểm khi sử dụng là nó cần nhiều thời gian hơn để khô, và mặc dù nó tồn tại được lâu hơn, nó vẫn yếu hơn so với bê tông hiện đại.

Xem thêm: Tảng cự thạch cổ đại lớn nhất từng được biết đến—Ai là người tạo ra nó?

6. Sắt Damascus

Một thanh kiếm rèn từ sắt Damascus. ( NearEMPTiness/Wikimedia Commons)

Vào thời trung cổ, các thanh kiếm được làm từ một chất liệu gọi là sắt Damascus đã được sản xuất ở khu vực Trung Đông từ một loại nguyên liệu thô, gọi là sắt Wootz từ Châu Á. Loại sắt này cứng một cách đáng kinh ngạc. Nhưng chỉ đến thời Cách mạng Công nghiệp thì loại sắt cứng như vậy mới có thể được tạo ra một lần nữa. 

Bí mật để rèn ra loại sắt Damascus vùng Trung Đông này chỉ được tái hiện lại nhờ các kính hiển vi điện tử trong phòng thí nghiệm hiện đại. Loại sắt này được sử dụng lần đầu tiên vào khoảng năm 300 TCN và có vẻ như các hiểu biết về loại sắt này đã biến mất một cách kỳ lạ vào khoảng giữa thế kỷ 18.

Công nghệ nano đã được sử dụng trong quá trình sản xuất sắt Damascus, vì các chất liệu được thêm vào trong quá trình rèn sắt để kích phát các phản ứng hóa học ở mức lượng tử, theo giải thích của chuyên gia khảo cổ K. Kris Hirst trên trang About.com. Đây chính là một loại hình giả kim thuật.

Hirst đã trích dẫn một nghiên cứu của Peter Paufler chỉ đạo tại trường Đại học Dresden (Đức) và xuất bản trên tạp chí Nature (Tự nhiên) vào năm 2006. Paufler và đội ngũ của ông đã đưa ra giả thuyết cho rằng các tính chất tự nhiên của nguồn nguyên liệu từ Châu Á (sắt Wootz), khi được kết hợp với các chất liệu ở khu vực Trung Đông, đã kích phát một loại phản ứng: “Chất sắt phát triển một cấu trúc vi mô gọi là ‘carbide nanotubes,’ các ống các-bon cực kỳ cứng được biểu hiện trên bề mặt và tạo ra độ cứng của lưỡi kiếm,” Hirst giải thích.

Các chất liệu được thêm vào trong quá trình sản xuất sắt Damascus bao gồm vỏ cây Cassia auriculata, nhựa cây gòn (milkweed), vanadi, crom, mangan, coban, niken, và một số nguyên tố hiếm gặp khác, và từ các dấu vết có thể suy ra nguồn gốc của chúng có lẽ là đến từ các mỏ quặng Ấn Độ.

Hirst đã viết, “Điều đã xảy ra vào giữa thế kỷ 18 là thành phần hóa học trong chất liệu thô đã thay đổi, tức là số lượng vi tế của một hoặc một số các khoáng chất đã biến mất, có lẽ do mạch quặng riêng biệt nào đó đã bị cạn kiệt.”

Tara MacIsaac, Epoch Times
Lê Anh biên tập

Nước cộng hòa Gabon ở Châu Phi được coi là một nguồn cung cấp quặng uranium phong phú. 42 năm trước, một công ty của Pháp đã nhập khẩu quặng uranium từ Oklo ở Gabon. Tuy nhiên, họ phát hiện thấy chỗ quặng này đã được chiết luyện.

Nó chứa 0,3% uranium-235, trong khi quặng uranium trong tự nhiên chứa đến 0,7% uranium-235.

Vậy 0,4% kia đã đi đâu?

Tại địa điểm tìm thấy quặng uranium nói trên, người ta phát hiện là một lò phản ứng hạt nhân ngầm vô cùng tiên tiến, vượt quá trình độ khoa học của chúng ta hiện nay.

Các nhà khoa học trên khắp thế giới đã rất kinh ngạc trước phát hiện này. Do vậy, họ đã đến để khảo sát trực tiếp.

Kiểm chứng cho thấy lò phản ứng hạt nhân này có niên đại 1,8 tỷ năm tuổi, và nó đã được vận hành khoảng nửa triệu năm.

Nhà khoa học người Pháp Perrin và những người khác đã kết luận rằng mẫu uranium từ mỏ quặng Oklo có cùng mức đồng vị phóng xạ giống như nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng tại các nhà máy điện hạt nhân hiện nay.

Những phát hiện trên đã được công bố tại hội thảo của Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế. Các nhà khoa học đã thảo luận xem tại sao chất thải nhiên liệu và dấu vết của sản phẩm phản ứng phân hạch lại xuất hiện trong nhiều khu vực khác nhau của mỏ quặng.

Lò phản ứng hạt nhân của mỏ quặng này dài vài dặm (1 dặm = 1,6km), và bất kỳ tác động nhiệt nào đến môi trường đều bị giới hạn trong bán kính khoảng 40m xung quanh.

Điều này quả thật khó tin với rất nhiều người. Ban đầu mỏ quặng này đã được dán nhãn là “xảy ra trong môi trường tự nhiên”.

Nhưng cho đến hiện nay, chưa phát hiện thấy một “lò phản ứng tự nhiên” nào khác trên Trái đất.

Tiến sĩ Glen Seaborg đã bác bỏ quan điểm này. Ông từng đoạt giải Nobel với công trình trong lĩnh vực tổng hợp các kim loại nặng, đồng thời là cựu giám đốc Ủy ban Năng lượng Nguyên tử Hoa Kỳ.

TS Seaborg giải thích, cần phải có một loại nước cực kỳ tinh khiết trong quá trình phản ứng hạt nhân, vì chỉ một phần triệu chất gây ô nhiễm cũng là đủ để làm hỏng quá trình phản ứng, và khiến nó bị đình trệ.

Ông rất bối rối khi tuyên bố rằng loại nước đủ tinh khiết để vận hành lò phản ứng này không tồn tại trên Trái Đất, do đó nó phải được sản xuất ra.

Hơn nữa, một số chuyên gia tuyên bố rằng mỏ quặng uranium trong lò phản ứng Gabon chưa bao giờ chứa đủ U-235 để một quá trình phản ứng tự nhiên có thể xảy ra.

Quá trình phân rã phóng xạ của U-235 sẽ rất chậm ngay cả khi các khối quặng mới được bắt đầu hình thành, quá chậm đến nỗi phản ứng hạt nhân không thể xảy ra.

Nhưng có một quá trình phản ứng đã thực sự xảy ra tại đây!

Các nhà khoa học hiện nay rất hứng thú với Oklo, vì chất thải ô nhiễm vẫn còn sót lại gần nơi nó được tạo ra một vài tỷ năm về trước.

Họ hy vọng có thể áp dụng các phát hiện ở Oklo cho các phương pháp xử lý chất thải phóng xạ hiện nay.

Có lẽ trong tương lai sẽ có thêm nhiều bằng chứng được đưa ra ánh sáng về lò phản ứng hạt nhân cỡ lớn này, lò phản ứng duy nhất thuộc loại này trên trái đất.

Một nền văn minh tồn tại khoảng 2 tỷ năm về trước, một nền văn minh tiên tiến hơn chúng ta!

Des Ford, Vison Times
Biên dịch: Quý Khải; Biên tập: Phan A