Pháp đã tạo ra hệ đo lường mét như thế nào

Hệ đo lường mét là một trong những phát minh quan trọng nhất trong lịch sử loài người, ảnh hưởng tới tất cả mọi khía cạnh, từ kĩ thuật, thương mại quốc tế cho đến hệ thống chính trị.

hệ đo lường mét
Một trong những  ‘mètre étalons’ (thước đo mét tiêu chuẩn) cuối cùng còn sót lại, có thể tìm thấy tại cửa sổ tầng trệt của Bộ Tư pháp ở Paris. (Ảnh: PjrTravel/Alamy)

Trên mặt tiền của của Bộ Tư pháp ở Paris, phía dưới cửa sổ tầng trệt là một cái giá bằng đá cẩm thạch, trên đó có khắc một thanh ngang kèm theo chữ ‘MÈTRE’. Rất khó để nhận ra nó giữa quảng trường Vendôme rộng lớn; thực chất tôi là người duy nhất trong nhóm khách du lịch dừng lại và quan sát. Nhưng cái giá này chính là một trong những ‘mètre étalons’  (thước mét tiêu chuẩn) cuối cùng – cách đây 200 năm những thước mét này được đặt khắp thành phố nhằm giới thiệu một hệ thống đo lường quốc tế mới. Và đây cũng chỉ là một trong những địa điểm tại Paris có ghi lại một lịch sử dài và thú vị của hệ đo lường mét.

“Đo lường là một trong những thứ tầm thường và nhỏ nhặt nhất, nhưng thực ra những thứ mà chúng ta cho là lẽ dĩ nhiên lại có lịch sử thú vị và gây tranh cãi nhất.” – T.S. Ken Alder, giáo sư sử học tại Đại học Northwestern, và cũng là tác giả của cuốn sách ‘The Measure of All Things‘ (sách về lịch sử phát minh của hệ thống mét) cho hay.

Chúng ta thường không hay chú ý đến đơn vị đo lường bởi vì ở đâu cũng giống nhau. Ngày nay, hệ mét – được tạo ra ở Pháp – chính là hệ thống đo lường chính thức của tất cả các quốc gia trên thế giới, ngoại trừ 3 nơi: Hoa Kỳ, Liberia và Myanmar. Kể cả vậy thì hệ mét vẫn được sử dụng trong thương mại quốc tế. Hãy thử tưởng tượng sống trong một thế giới mà mỗi nơi bạn viếng thăm bạn lại phải dùng các phương thức hoán đổi đơn vị giống như cách mà chúng ta áp dụng cho tiền tệ. Đây chính là hiện trạng trước Cách Mạng Pháp cuối thế kỷ 18. Thời điểm đó, không chỉ mỗi quốc gia mà còn mỗi vùng miền trong một nước có những hệ thống đo lường khác nhau. Chỉ riêng ở Pháp, người ta ước lượng có ít nhất khoảng 250,000 đơn vị đo lường được sử dụng vào thời Chế độ cũ (Ancien Régime).

Cách Mạng Pháp đã thay đổi tất cả. Trong những năm đầy biến động từ 1789 đến 1799, những cuộc cách mạng không chỉ tìm cách lật đổ thể chế chính trị, tước đi quyền lực của nền quân chủ và nhà thờ, mà còn muốn thay đổi xã hội một cách cơ bản bằng cách xóa bỏ các truyền thống và tập quán cũ. Trong số những đổi mới đó, Lịch cộng hòa được giới thiệu vào năm 1793; đây loại lịch mà trong đó 1 ngày có 10 giờ, 1 giờ có 100 phút và 1 phút có 100 giây. Bên cạnh việc gỡ bỏ những ảnh hưởng của tôn giáo ra khỏi lịch, làm cho phe Công giáo khó có thể theo sát được các ngày Chủ Nhật và ngày của Thánh, việc giới thiệu loại lịch mới này còn phù hợp với mục tiêu của Chính phủ mới đưa hệ thập phân hóa vào Pháp. Mặc dù Lịch cộng hòa không tồn tại lâu nhưng cơ chế đo lường dựa trên hệ thập phân (là cơ sở cho mét và kilogam) được giữ lại sử dụng cho đến ngày nay.

Trước Cách Mạng Pháp, có ít nhất 250.000 đơn vị đo khác nhau được sử dụng trên lãnh thổ nước Pháp. (Ảnh: Madhvi Ramani)

Nhiệm vụ sáng tạo ra một hệ thống đo lường mới được giao cho những học giả khoa học của Thời kỳ Khai Sáng. Những nhà khoa học quyết tâm tạo ra một bộ đo lường đồng dạng, mới mẻ dựa trên logic thay vì dựa trên truyền thống hay quy định của cơ quan cầm quyền như trước đây. Vì thế, họ xác định rằng đơn vị mét phải dựa hoàn toàn vào tự nhiên, đó là 1/10,000,000 khoảng cách từ Cực Bắc đến đường xích đạo.

Đường kinh tuyến Paris được sử dụng để xác định độ dài của đơn vị tiêu chuẩn mới. Đường kinh tuyến này chia đôi trung tâm Đài Thiên Văn Paris ở Quận 14 và được đánh dấu bởi một dải đồng thau trên sàn đá trắng của Phòng Kinh tuyến, hay còn gọi là Phòng Cassini.

Mặc dù Đài Thiên Văn Paris hiện giờ không mở cửa cho người dân, bạn vẫn có thể tìm được dấu vết của đường kinh tuyến xuyên qua thành phố bằng cách tìm các đĩa nhỏ bằng đồng có chữ ARAGO trên mặt đất. Những đĩa đồng này được tạo ra bởi nghệ sĩ người Hà Lan Jan Dibbets năm 1994 với mục đích tưởng niệm nhà thiên văn người Pháp François Arago. Năm 1792, hai nhà thiên văn học đã khởi hành từ Paris để đo đường kinh tuyến này. Jean-Baptiste-Joseph Delambre đi từ phía Bắc đến Dunkirk, trong khi Pierre Méchain thì bắt đầu từ phía Nam và đi về Barcelona.

Hai nhà khoa học đã sử dụng những công cụ mới nhất, đồng thời dùng quy trình toán học phép đạc tam giác để đo được đường cung kinh tuyến giữa hai địa điểm ngang mực nước biển, sau đó ngoại suy khoảng cách từ Bắc Cực đến Xích đạo bằng cách mở rộng đường cung thành một hình bầu dục. Họ dự định gặp lại nhau ở Paris sau 1 năm để cùng tạo ra một hệ thống đo lường tiêu chuẩn toàn cầu mới. Nhưng cuối cùng họ mất 7 năm để hoàn thành.

Đây là đường kinh độ dùng làm cơ sở để xác định độ dài đơn vị mét. Nó chạy xuyên qua trung tâm Đài Thiên Văn Paris. (Ảnh: Madhvi Ramani)

Trong cuốn sách của mình, T.S. Alder chỉ ra rằng việc đo đường cung kinh tuyến này trong thời kì biến động của chính trị và xã hội là một hành động mang tính chất lịch sử. Hai nhà thiên văn học thường xuyên phải đối đầu với sự nghi kị và thù địch; họ lúc nhận được lúc không sự ủng hộ của chính quyền. Họ thậm chí từng bị thương trong lúc làm việc, bởi vì có lúc họ cần phải leo lên những địa điểm cao chót vót như đỉnh nhà thờ.

Điện Pantheon ban đầu được vua Louis XV ủy quyền xây dựng để làm một nhà thờ, sau đó đã trở thành trạm đo đạc trung tâm tại Paris. Từ vòm điện, Delambre đã ứng dụng phép đạc tam giác để tìm ra vị trí tất cả các điểm xung quanh Paris. Ngày nay, điện Pantheon trở thành nơi chôn cất và tôn vinh những vĩ nhân của nước Pháp như Voltaire, René Descartes và Victor Hugo. Dù vậy, vào thời của Delambre, nó giống như một nhà kho để chứa tất cả các quả cân và thước đo lường cũ được gửi từ các vùng trên khắp nước Pháp trong không khí mong chờ một hệ thống mới.

Không ai muốn sử dụng hệ đo lường mới mặc dù để định nghĩa ra nó các nhà khoa học đã tốn rất nhiều công sức lao động và tri thức kĩ thuật cao cấp. Mọi người đều tỏ ra ngần ngại, không muốn bỏ cách đo cũ vì những cách đo này gắn liền với lễ nghi, tập quán và cơ cấu kinh tế địa phương. Ví dụ, một en (đơn vị đo vải vóc) bằng với độ dài của một khung cửi, trong khi đó đất trồng trọt thì được đo bằng đơn vị ngày, liên quan đến số lượng đất mà người nông dân có thể làm việc trong thời gian đó.

Điện Pantheon tại Paris từng là nơi lưu giữ của những thước đo, quả cân của những hệ đo lường khác nhau được gửi từ khắp nước Pháp trong sự chờ đợi sự ra đời của hệ thống tiêu chuẩn mới. (Ảnh: pocholo/Alamy)

Chính quyền Paris cực kì thất vọng vì người dân không chịu từ bỏ những cách đo cũ, đến mức mà họ phải phái thanh tra cảnh sát đến các khu chợ buôn bán để bắt thi hành sử dụng hệ đo lường mới. Cuối cùng năm 1812, Napoleon từ bỏ hệ thống mét, và mặc dù mét vẫn được dạy ở các trường học nhưng nhà vua để người dân tùy ý sử dụng bất cứ đơn vị đo nào mà họ muốn. Đến tận năm 1840, mét mới được phục hồi và đưa vào sử dụng lần nữa. Theo như T.S. Alder, “Phải mất 100 năm để hầu hết tất cả người dân Pháp bắt đầu sử dụng mét.”

Kết quả này không chỉ là công sức và sự kiên trì của chính quyền Pháp. Lúc đó, Pháp nhanh chóng tiến vào kỉ nguyên cách mạng công nghiệp; kĩ thuật vẽ bản đồ cũng yêu cầu độ chính xác cao hơn vì lí do quân sự, và năm 1851 diễn ra Triển lãm thế giới đầu tiên – nơi mà các quốc gia thể hiện và so sánh tri thức khoa học và công nghiệp. Tất nhiên, những điều này đều khó thực hiện trừ phi bạn phải có một hệ đo lường rõ ràng, tiêu chuẩn hóa như mét và kilogam. Ví dụ, tháp Eiffel được xây dựng nhằm đưa vào giới thiệu tại Triển lãm Thế giới 1889 tại Paris. Với chiều cao 34m, Tháp Eiffel vào thời điểm đó là công trình kiến trúc cao nhất thế giới do con người tạo ra.

Hệ đo lường mét yếu tố thiết yếu để so sánh những kiến thức khoa học và công nghiệp – như chiều cao của Tháp Eiffel tại Triển lãm Thế giới (Ảnh: robertharding/Alamy)

Từ đó, một trong những tổ chức quốc tế lâu đời nhất ra đời: Văn phòng Cân đo Quốc tế (The International Bureau of Weights and Measures – BIPM). Tọa lạc tại  Sèvres ở ngoại ô Paris yên tĩnh, văn phòng BIPM được bao quanh bởi vườn hoa và công viên. Sự thiếu phô trương, hào nhoáng này gợi nhớ cho tôi đến mètre étalon tại Quảng trường Vendôme. Có thể nó chỉ nằm giản dị ở một góc khuất, nhưng sự tồn tại của nó là nền tảng cơ bản của thế giới chúng ta đang sống.

Ban đầu được thành lập nhằm bảo tồn và duy trì những tiêu chuẩn quốc tế, BIPM còn đẩy mạnh sự đồng nhất của 7 đơn vị đo quốc tế sau: mét, kilogam, giây, ampe, kelvin, mol và candela. Đây cũng là nơi lưu giữ thước mét tiêu chuẩn làm bằng platinum, thước gốc chiếu theo để tạo ra các bản sao rồi gửi đến thủ đô các nước. Vào những năm 60, BIPM định nghĩa lại mét theo ánh sáng, khiến độ chính xác của nó cao hơn bao giờ hết. Đến bây giờ, được định nghĩa bởi các định luật vật lý, mét cuối cùng trở thành một đơn vị đo thực sự dựa trên tự nhiên.

Văn phòng Cân đo Quốc tế (BIPM) được thành lập nhằm xúc tiến sự đồng nhất của các đơn vị đo quốc tế.  (Ảnh: Chronicle/Alamy)

Tòa nhà tại Sèvres cũng là nơi lưu trữ của khối kilogam gốc, nằm trong 3 cái bình hình chuông và được đặt trong một cái hầm dưới lòng đất. Để mở được hầm này cần có 3 chiếc chìa khóa khác nhau, mỗi chìa khóa được giữ bởi một người. Quả cân hình trụ nhỏ được đúc từ hợp kim platinum-iridium, và cũng giống như mét, nó sẽ được BIPM định nghĩa lại theo tự nhiên vào tháng 11 này – cụ thể là dựa trên khối lượng lượng tử gọi là hằng số Planck.

“Thiết lập lại một nền tảng cho định nghĩa mới của kilogam là một thách thức công nghệ lớn. Người ta từng miêu tả nó là thí nghiệm khó thứ hai trên thế giới, khó nhất đó là khám phá ra Hạt Higgs,” theo T.S. Martin Milton, giám đốc BIPM, người đã chỉ cho tôi xem phòng lab nơi thực hiện nghiên cứu này.

Trong khi Milton giải thích cho tôi về nguyên lý cân bằng Kibble và cách thức đo lường khối lượng chiếu theo lực của cuộn dây để trong từ trường, tôi không ngừng thán phục trước những kĩ thuật khoa học mới nhất được bày ra trước mắt, trước độ chính xác tỉ mỉ và những cố gắng cá nhân của tất cả những nhà khoa học đang tham gia vào dự án kilogam từ năm 2005 và giờ họ tiến rất gần tới mục tiêu của mình.

Cơ quan BIPM hiện đang lưu giữ thước đo mét tiêu chuẩn nguyên gốc và quả cân kilogam nguyên gốc (Credit: Madhvi Ramani)

Cùng với dự án đo đạc đường kinh tuyến vào thế kỷ 18, định nghĩa khái niệm đo lường tiếp tục là một trong những thách thức khó khăn và quan trọng nhất của chúng ta. Khi bước dần lên phía đỉnh ngọn đồi của công viên bao quanh tòa nhà BIPM và nhìn ra toàn cảnh Paris, tôi nghĩ về cấu trúc đo lường làm nền tảng cho cả thành phố này. Đó là  những máy móc sử dụng trong xây dựng, trao đổi buôn bán và thương mại diễn ra trong thành phố, lượng thuốc chính xác và lượng bức xạ trong điều trị ung thư trong các bệnh viện.

Những gì tạo nên khởi đầu của mét đã hình thành cơ sở cho nền kinh tế hiện đại của chúng ta và dẫn đến toàn cầu hóa. Hệ mét đã hiện thực hóa kĩ thuật với độ chính xác cao và tiếp tục đóng vai trò thiết yếu trong khoa học, nghiên cứu và mở rộng hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.

The Tree Academy
Dịch từ “How France created the metric system” bởi Madhvi Ramani (BBC)

hệ đo lường mét hệ đo lường mét hệ đo lường mét hệ đo lường mét