Những bí ẩn quanh việc Archimedes nhấn chìm chiến thuyền La Mã cổ đại

Từ bài toán về chiếc vương miện

Archimedes (287-212 trước Công nguyên) là một nhà toán học, vật lý học, nhà phát minh vĩ đại của đất nước Hy Lạp cổ đại. Câu nói này có lẽ dùng để giải thích nguyên lý và sức mạnh đòn đẩy của Archimedes cho vua thành bang Synacuse đảo Sicily bên bờ Địa Trung Hải (nay thuộc đất nước Italia).

Cha của Archimedes là một nhà toán học, thiên văn học uyên bác. Được sự dìu dắt và chỉ bảo tận tình của cha, ngay từ nhỏ, Archimedes đã say mê học tập, suy nghĩ về những điều xung quanh mình. Năm 11 tuổi, ông đã vượt biển sang thành Alexandria (Ai Cập) học các bộ môn kiến thức như triết học, toán học, thiên văn học, vật lý học.

Vốn trước đó, ông đã được nghe nhiều người đi trước và chính từ cha mình, ở đó có thầy Conon, học trò nhà bác học Euclid rất giỏi về những lĩnh vực trên. Chính vì thế, Archimedes quyết tâm lặn lội tới vùng đất xa xôi để “tầm sư học đạo” và ông đã nhận được sự ủng hộ từ cha mình. Sau này, quyết định sáng suốt đã được đền đáp khi Archimedes phát huy tài năng trong lĩnh vực vật lý học. Archimedes được tôn vinh là “Người cha của cơ học”.

"Eureka! Tìm ra rồi!"

Sự phát triển của nguyên lý Archimedes là một cống hiến quan trọng của ông đối với động lực học. Tương truyền, vua Hieron có một người thợ khéo tay đến làm một vương miện bằng vàng ròng. Sau khi vương miện làm xong, không những kiểu dáng rất tinh vi, trọng lượng cũng hoàn toàn bằng với số vàng nhà vua trao cho người thợ.

Nhà vua hết sức mừng rỡ, nhưng một vị đại thần thân cận cảm thấy hoài nghi việc vương miện bị ăn bớt trọng lượng. Vị này bèn nhắc nhở nhà vua: “Trọng lượng của vương miện tại sao lại hoàn toàn phù hợp với trọng lượng vàng nhà vua trao cho? Phải chăng trong vương miện này người thợ đã pha thêm một thứ kim loại nào như bạc chẳng hạn?”. Lời nói của vị đại thần khiến nhà vua từ vẻ vui mừng cũng chuyển sang hoài nghi.

Ông ta lập tức phái người đi gọi Archimedes đến, ra lệnh cho ông kiểm tra vương miện có bị pha trộn một số kim loại nào khác hay không. Tất nhiên, nhà vua kèm theo điều kiện rất “bắt buộc”: không được làm biến dạng vương miện hiện có và không được phép tác động cơ học vào vương miện như cưa hay đục. Tuy nhiên, điều quan trọng nhất là phải xem số kim loại pha vào trong vường miện là bao nhiêu? Có thể nói, trước yêu cầu này của nhà vua Hieron hết sức hóc búa.

"Hãy cho tôi một điểm tựa, tôi sẽ nâng bổng Trái đất lên"

Nhiều vị đại thần trong cung điện cũng phải lắc đầu vì không nghĩ ra cách gì khác. Vào thời điểm đó muốn giải quyết một vấn đề như vậy, không phải ìa chuyện dễ dàng khi chưa hề có bất cứ phương pháp nào tách chiết hay đong đếm được. Trước hết đây là một việc chưa có kinh nghiệm của tiền nhân; hai là chưa có sẵn một biện pháp nào dễ ứng dụng.

Thế nhưng, nhận chỉ thị vua ban, Archimedes không hề nao núng, dù biết đó là một vấn đề khó. Ông vẫn tiếp nhận sứ mệnh của nhà vua trao cho. Archimedes suy nghĩ ngày đêm, cố tìm tòi một số lý luận cũng như một số biện pháp thực nghiệm để giải quyết vấn đề, nhưng vẫn hoàn toàn không có cơ sở và một số thực nghiệm của ông đã thất bại.

Một hôm, vua Hieron cho triệu Archimedes vào cung để báo cáo tình hình nghiên cứu đã tiến triển đến đâu. Do Archimedes làm việc quên ăn quên ngủ đã lâu không tắm rửa nên ông quyết định đi tắm xong mới vào cung. Sau khi đi vào phòng tắm, đầu óc ông vẫn tiếp tục suy nghĩ vấn đề về đo chiếc vương miện. Do vậy, nước trong bồn tắm đã dâng cao cho đến miệng bồn. Khi Archimedes bước vào bồn tắm nước liền tràn ra ngoài.

Lúc này, thân người ông đã chìm xuống nước càng sâu, thân thể cúa ông càng cảm thấy nhẹ hơn và nước lại tiếp tục chảy ra ngoài. Mãi đến khi thân thể của ông chìm hẳn xuống nước, nước mới không chảy ra ngoài nữa. Lúc bấy giờ Archimedes vội vàng bước ra khỏi bồn tắm, thấy nước trong bồn do chảy ra ngoài nên mực nước xuống thấp.

Đôi mắt của ông liền sáng lên, chừng như ông đã phát hiện được điều gì đó rất thú vị mà chưa bao giờ Archimedes nghĩ tới. Ông vui mừng như điên, quên mặc cả quần áo chạy đến hoàng cung. Trên đường đi ông vừa chạy vừa kêu to: “Tìm được rồi! Tôi tìm được rồi!” mà quên cả những ánh mắt tò mò xen lẫn thích thú vì nhìn thấy bộ dạng của ông như vậy ở trên đường.

Thì ra, Archimedes qua hiện tượng tưởng như hết sức bình thường đó nhưng ông đã phát hiện được phương pháp để tìm hiểu chiếc vương miện của nhà vua đã bị pha trộn bao nhiêu kim loại khác. Khi đó Archimedes mới gọi người đưa tới 3 vật: một tảng sắt, một tảng vàng ròng, và chiếc vương miện. Cả 3 vật có trọng lượng bằng nhau. Ông lần lượt cho nhúng ngập chúng vào một chiếc bình được đổ đầy nước, và đo lượng nước trào ra.

Kết quả là lượng nước trào ra khi nhúng ngập chiếc vương miện nhiều hơn khi nhúng ngập tảng vàng, ít hơn tảng sắt. Archimedes giải thích: “Đáp án chính là đây! Chiếc vương miện không phải bằng toàn vàng ròng, cũng không phải bằng sắt! Khi thợ kim hoàn làm chiếc vương miện này chắc chắn đã trộn không ít bạc vào đó”. Lý lẽ đanh thép của Archimedes khiến người thợ kim hoàn hết đường chối cãi, phải thú nhận là đã thay một lượng bạc vào để đúc chiếc vương miện. Sự khám phá này không chỉ giúp Archimedes nổi tiếng và được vua Herion thán phục mà bản thân ông còn nhận được sự tán dương của rất nhiều nhà khoa học khi đó.

Tương truyền, Archimedes sau khi tìm hiểu được chiếc vương miện bị pha trộn kim loại khác, ông đã dâng sớ xin vua Herion không trừng phạt người thợ làm kim loại mà chỉ bắt anh này lao động công ích thay vì chịu xử đi đày vì gian dối. Hành động đó của Archimedes càng khiến nhiều người vốn đã yêu quý ông, lại càng cảm khái trước tấm lòng bao dung đó.

Một con người tận tâm cho khoa học

Sự phát hiện của Archimedes về sau đã trở thành nguyên lý cơ bản của “Lưu thể tịnh lực học”. Để ghi ơn nhà khoa học vĩ đại này, người ta đã dùng tên ông để đặt tên cho nguyên lý “Nguyên lý Archimedes” (Archimedes principle). Cả cuộc đời Archimeđes, lúc nào ông cũng dốc hết tinh thần vào việ́c nghiên cứu khoa học, chính vì vậy thành tựu của ông để lại cho nhân loại sau này rất lớn.

Ngoại trừ số học và lực học ra, đối với thiên văn học và quang học, ông cũng có rất nhiều thành tựu nổi bật. Những trước tác của ông còn giữ lại gồm có: “Bàn về hình cầu và trụ tròn” (On the “Trắc địa hình tròn” (Measurement of the Cirele), “Bàn về thể hình nón và thể cầu” (On Conoids and Spheroids), “Bàn về tuyến xoắn” (On Spirals), “Bàn về sự cân bằng của tấm ván mặt phẳng hoặc trọng tâm của mặt phẳng” (On the Equilibrium of Planes or Centres of Gravity of Pianes) “Cách tìm diện tích của hình parabole” (Kuadrature of the Parabola), “Bàn về thể nổi”, (On Floating Bodies), “Cách tính toán của hạt cát” (The Sand Reckoner), “Phương pháp” (The Method), “Dẫn lý tập thành” (Lemmas).

Nhưng trước tác đã bị thất truyền gồm có: “Bàn về đòn bẩy” (On Balances or Levers), “Bàn về trọng tâm” (On Centres of Gravity) và “Bàn về việc chế tạo quả cầu” (On Sphere Making)... Thành quả nghiên cứu khoa học quý báu cúa Archimedes để lại cho hậu thế, cũng như tấm gương sáng chói của ông về tinh thần hiến thân cho khoa học luôn được nhiều nhà sử gia ghi lại.

Điểm đáng quý của ông ở chỗ, ông không sợ khó khăn, mạnh dạn trèo lên những đỉnh cao trong nghiên cứu khoa học, cũng là một di sản quý báu để lại cho người đời sau. Thời đại hiện nay so với thời đại mà Archimedes sống đã hoàn toàn khác nhau. Nhưng người của ngày hôm nay, vẫn có thể tìm được những gợi mở có ích qua các công trình mà Archimedes đã nghiên cứu, thậm chí từ chính con người ông, một người tận tâm và hết lòng cho khoa học.

(Đón đọc: Bí ẩn quanh việc Archimedes đánh đắm chiến thuyền La Mã cổ đại)

Minh Châu - Tuệ Anh