Nếu đưa một bản sao thiết bị của Heron thành Alexandria cho một kỹ sư thế kỷ XXI, có lẽ điều đầu tiên gây ngạc nhiên không phải là vẻ ngoài đơn giản của nó, mà là nguyên lý hoạt động. Một quả cầu kim loại rỗng, một nồi nước, vài ống dẫn và một ngọn lửa - vậy mà khi nước sôi, quả cầu có thể tự quay.
Ảnh: medium
Thiết bị ấy được gọi là aeolipile, thường được biết đến với tên “động cơ của Heron”. Heron mô tả nó trong tác phẩm Pneumatica, vào khoảng thế kỷ I. Thiết bị gồm một quả cầu rỗng có thể quay quanh trục. Hơi nước từ nồi đun đi vào quả cầu, sau đó thoát ra ngoài qua những vòi phun được bẻ cong theo hướng tiếp tuyến. Phản lực của các luồng hơi nước khiến quả cầu quay.
Về nguyên lý, đây thực chất là một dạng tuabin phản lực hơi nước cực kỳ sơ khai. Khi hơi nước phun ra một hướng, quả cầu nhận phản lực theo hướng ngược lại và bắt đầu quay - ý tưởng có nét tương đồng đáng kinh ngạc với nguyên lý phản lực được sử dụng trong động cơ hiện đại.
Ảnh: novoscriptorium.
Điều thú vị là Heron không chỉ quan tâm đến hơi nước. Ông là một nhà toán học và kỹ sư chuyên nghiên cứu áp suất không khí, nước và chuyển động. Pneumatica mô tả hàng chục thiết bị cơ học, trong đó có những con chim nhân tạo biết “hót”, cơ cấu tự động trong đền thờ, máy bơm và cả một thiết bị dùng nhiệt để tự động mở cửa đền.
Tuy nhiên, sẽ hơi quá nếu gọi aeolipile là “chiếc máy hơi nước đầu tiên” theo nghĩa của James Watt hay những động cơ phục vụ Cách mạng Công nghiệp. Nó tạo ra chuyển động nhưng không được thiết kế để cung cấp công suất hữu ích cho sản xuất. Hiệu suất thấp và khả năng tạo lực hạn chế khiến nó chủ yếu giống một thiết bị trình diễn nguyên lý hoặc một “đồ chơi khoa học” gây kinh ngạc.
Ảnh: v.daum
Thậm chí, Heron có thể cũng không phải người đầu tiên nghĩ ra nguyên lý này. Nhà kiến trúc La Mã Vitruvius đã mô tả những thiết bị liên quan đến aeolipile trước Heron; các ý tưởng về khí nén và thủy lực còn có nguồn gốc xa hơn từ Ctesibius ở Alexandria. Vì vậy, điều chắc chắn hơn là Heron đã hệ thống hóa và mô tả rất rõ một công nghệ hơi nước có khả năng tạo chuyển động quay.
Điều khiến câu chuyện trở nên hấp dẫn nằm ở khoảng cách thời gian. Một nguyên lý mà ngày nay chúng ta liên tưởng đến tuabin, động cơ phản lực và công nghệ năng lượng đã xuất hiện trong thế giới cổ đại - nhưng phải chờ gần hai thiên niên kỷ sau, khi nhu cầu công nghiệp và kỹ thuật thay đổi, hơi nước mới thực sự trở thành động lực làm biến đổi nền văn minh.
Heron có thể chưa mở ra Cách mạng Công nghiệp. Nhưng ông đã chứng minh một điều đáng kinh ngạc: con người cổ đại đã biết biến sức nóng của ngọn lửa thành chuyển động cơ học từ rất lâu trước khi thế giới hiện đại ra đời.
