Mô phỏng máy phát hiện địa chấn do Trương Hành phát minh. Ảnh: Science & Society Picture Library
Năm 132, một nhà thiên văn học, toán học và kỹ sư xuất chúng người Trung Quốc tên Trương Hành đã giới thiệu địa chấn kế đầu tiên trên thế giới trước triều đình nhà Hán, gọi là địa động nghi. Đây là thiết bị hé lộ rung động của mặt đất trong một trận động đất. Về cơ bản, bất kỳ quả lắc đang treo nào hoặc vật thể thăng bằng có thể đổ dù chỉ với xáo trộn nhỏ nhất sẽ đóng vai trò như máy đo địa chấn. Những thiết bị như vậy đã tồn tại trước từ trước phát minh của Trương Hành. Nhưng địa chấn kế của Trương Hành đặc biệt ở độ nhạy và khả năng chỉ ra hướng mà trận động đất xuất hiện.
Thiết bị của Trương Hành trông giống một hũ rượu lớn, làm bằng đồng và có đường kính khoảng 1,8 mét. Ở mặt ngoài của hũ có 8 đầu rồng, quay theo 8 hướng cơ bản của la bàn. Nằm bên dưới đầu rồng, ở đáy của hũ, có 8 con ếch với phần miệng mở to và đầu ngẩng lên. Các nhà nghiên cứu chưa rõ có gì trong hũ, nhưng họ nghi ngờ nó có thể chứa một loại cơ cấu con lắc nào đó.
Khi động đất xảy ra, ngay cả khi nó quá yếu để có thể nhận thấy, quả lắc sẽ lắc lư theo nền đất rung động, đẩy viên bi sắt ra khỏi miệng rồng và rơi vào miệng ếch. Hướng viên bi rơi chỉ ra nơi bắt nguồn rung chấn. Viên bi cũng tạo ra tiếng động lớn khi rơi trúng miệng ếch, cảnh báo cho mọi người về động đất.
Ban đầu, đáp lại Trương Hành là thái độ hoài nghi từ mọi người, nhưng vài năm sau, một viên bi rơi xuống. Do không ai cảm thấy bất kỳ rung lắc nào ở kinh đô, những người chỉ trích ông cho rằng thiết bị mới thất bại. Nhưng vài ngày sau, người đưa thư tới kinh thành để báo cáo về trận động đất bắt nguồn từ cách đó hàng trăm kilomet ở hướng chính xác như cỗ máy đã chỉ ra.
Trong nhiều thế kỷ sau khi Trương Hành qua đời, nhiều học giả Trung Quốc khác tái tạo địa chấn kế của ông, nhưng không thiết bị nào còn tồn tại theo thời gian. Các nhà văn đương đại mô tả bản chất của thiết bị, nhưng cơ chế hoạt động bên trong của nó vẫn là điều bí ẩn. Ví dụ, giới nghiên cứu chưa rõ làm cách nào một thiết kế quả lắc cổ đại có thể nhạy như vậy khi phát hiện động đất ở cách đó hàng trăm kilomet, nhưng đủ ổn định để chỉ tác động tới một bộ đòn bẩy mà không chạm vào phần còn lại.
Nhiều học giả nỗ lực chế tạo địa chấn kế của Trương Hành vào thế kỷ 19 và 20 nhưng những bản sao này đều thất bại trong việc đạt tới độ chính xác và độ nhạy như mô tả trong sử sách. Gần đây, năm 2005, một nhóm nhà địa chấn học và khảo cổ học đến từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc thông báo họ đã tạo ra bản sao hoạt động được.
Ở phiên bản của họ, nhóm nghiên cứu chỉ sử dụng một viên bi thay vì 8 viên riêng biệt cho 8 hướng chủ chốt. Viên bi này được đặt cân bằng bên trên một bệ mỏng ở trung tâm thiết bị. Ngay phía trên viên bi là một con lắc treo chạm nhẹ vào nó. Khi con lắc đung đưa, nó đẩy nhẹ viên bi khỏi bệ, lăn xuống một trong 8 rãnh và ra khỏi miệng rồng. Theo cách đó, thiết bị có thể được kích hoạt chỉ một lần và chuyển động sau đó của con lắc không thể đẩy những viên bi khác ra theo hướng khác do không còn bi nữa.
Cỗ máy của Trương Hành có thể hơn 1.800 năm tuổi, nhưng cơ chế hoạt động phía sau nó không thay đổi cho tới thời hiện đại. Địa chấn kế dựa trên quả lắc vẫn được sử dụng cho tới thế kỷ 19. Máy ghi địa chấn hiện đại sử dụng thiết bị điện tử, nhưng cảm biến vẫn là một khối nặng treo lơ lửng như quả lắc, được giữ bởi lực điện thay vì đòn bẩy cơ học. Một số loại khác sử dụng lò xo thay cho quả lắc.
An Khang (Theo Amusing Planet)