Người mở đường cho tiền thân hệ mét

Cha Gabriel Mouton (1618 - 1694) là nhà khoa học người Pháp đã đề xuất tiêu chuẩn đo đạc dựa trên chu vi Trái đất, được nhiều chuyên gia ngày nay xem là tiền thân của hệ mét.

Cha Mouton là tiến sĩ thần học đến từ Lyon, nhưng đồng thời cũng vô cùng hứng thú với toán học và thiên văn học. Năm 1670, cha xuất bản quyển Observationes diametrorum solis et lunae apparentium (tạm dịch: Quan sát đường kính biểu kiến của Mặt trời và Mặt trăng), với nội dung đề xuất một tiêu chuẩn đo đạc chiều dài tự nhiên dựa trên chu vi Trái đất và chia theo số thập phân. Dựa trên ý tưởng đó, hơn một thế kỷ sau, năm 1799, hệ thống đo lường dựa trên hệ mét chính thức được đưa vào áp dụng tại nhiều nơi trên thế giới.

Trái đất và Mặt trời

Nhà thần học đam mê khoa học

Cha Mouton chào đời ở Lyon (Pháp) vào ngày 29.8.1618 và hầu như dành cả đời ở thành phố này cho đến khi được Chúa gọi về ngày 28.9.1694. Năm 26 tuổi, ngài lấy bằng tiến sĩ thần học, và sau đó về phục vụ tại giáo xứ Thánh Phaolô ở Lyon từ năm 1646.

Bên cạnh những công việc ở giáo xứ và giáo phận, cha Mouton dành thời gian nghiên cứu toán học, thiên văn học và nhanh chóng tạo dựng được danh tiếng trong hai lĩnh vực này ở thành phố quê nhà. Linh mục Jean Picard, cũng là nhà thiên văn học danh tiếng của Pháp, đánh giá cao cha Mouton về khía cạnh học thuật và thường xuyên ghé thăm ngài khi đến Lyon đo đạc vị trí địa lý của thành phố.

Trong cuộc đời mình, cha Mouton là người tiên phong trong nỗ lực tìm kiếm một đơn vị đo lường tự nhiên, dựa trên thực tế. Những tính toán của ngài về đường kính biểu kiến của Mặt trăng và Mặt trời vào khoảng năm 1670 là kết quả sau quá trình quan sát thiên văn cũng như tính toán dựa trên những công thức do bản thân nghĩ ra. Cha Mouton cũng tính bảng logarit (log) của hàm số lượng giác sin và cosin. Ngài còn chế tạo một con lắc thiên văn với độ chính xác đáng kinh ngạc.

Cha Gabriel Mouton thực hiện những đo đạc

Công trình tiền thân hệ mét

Tác phẩm nổi tiếng nhất của cha Mouton là Observationes diametrorum solis et lunae apparentium (Quan sát đường kính biểu kiến của Mặt trời và Mặt trăng), xuất bản năm 1670về các nghiên cứu nội suy và đề ra tiêu chuẩn đo lường dựa trên con lắc. Trước đó, ngài phát hiện thật sự khó khăn nếu muốn giữ cho các thước đo có độ dài không thay đổi. Vì thế, cha đề xuất sử dụng một tập hợp các phép đo tuyến tính, mà ngài gọi là hình học, đồng thời áp dụng phép chia thập phân.

Biện pháp nội suy được cha Mouton áp dụng cũng tương tự như nhà toán học Henry người Anh sử dụng khi xây dựng bảng tính logarit thập phân (log cơ số 10).Với nghiên cứu này, cha Mouton trở thành người đầu tiên đề xuất hệ thống đo lường thập phân dựa trên kích thước của Trái đất. Cũng chính cha đã đưa ra phép đo tuyến tính tiêu chuẩn, mà cha gọi là mille, dựa trên chiều dài một giây của kinh tuyến trên bề mặt đường xích đạo và chia theo số thập phân.

Con lắc

Cha Mouton đề nghị chia theo các đơn vị đo lường mà cha gọi là milliare, centuria, decuria, virga, virgula, decima, centesimavà millesima, với một virgula vào khoảng 18,5cm. Vị linh mục muốn đưa ra một biện pháp thực tế để xác định chiều dài của virgula, và đề xuất dựa trên tiêu chuẩn chiều dài của một con lắc. Kết quả thí nghiệm cho phép cha rút ra kết luận: một virgula, tương đương một chiều dài con lắc, dao động 3.959,2 lần trong 30 phút.

Đề xuất trên của vị linh mục người Pháp đã được các nhà khoa học cùng thời tiếp nhận hết sức nghiêm túc, ít nhất là về mặt giả thuyết. Cha Jean Picardlà người ủng hộ mạnh mẽ đề xuất trên, và đến năm 1673, nhà toán học Christiaan Huygens nổi tiếng của Hà Lan cũng lên tiếng ủng hộ cha Mouton. Hiệp hội Hoàng gia London (Anh) tiến hành xem xét kết quả nghiên cứu của ngài. Tuy nhiên, phải mất hơn 100 năm, người Pháp mới quay về với đề xuất trên và có những điều chỉnh để cuối cùng chính thức ấn định hệ mét.

Hệ mét - ảnh: Shutterstock

Theo cách đo đạc ngày nay, một milliare của cha Mouton tương đương với một hải lý (1.852m), và một virga đo được 1,852m. Nhiều nhà vật lý Anh, Pháp, Đức, Mỹ xem đây là tiền thân của hệ mét. Bên cạnh đó, vị linh mục đến từ Lyon cũng tính toán được 10 bảng tính logarit hàm hình sin và cosin. Và về lĩnh vực thiên văn học, cha cũng thực hiện những quan sát chính xác một cách ấn tượng về đường kính của Mặt trời.