🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Vật Lý học và chiến tranh (từ mũi tên đến bom nguyên tử) Ebooks Nhóm Zalo VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Từ mũi tên đến bom nguyên tử BARRY PARKER Trần Nghiêm dịch Ebook phát hành miễn phí tại: http://thuvienvatly.com http://123vatly.blogspot.com MỤC LỤC Lời nói đầu ....................................................................................................................................... 1 Chương 1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................................................... 3 Chương 2 CHIẾN TRANH THỜI XƯA VÀ SỰ RA ĐỜI CỦA VẬT LÍ HỌC ....................................... 8 Chương 3 CƠ SỞ VẬT LÍ CỦA VŨ KHÍ THỜI XƯA ............................................................................... 27 Chương 4 SỰ PHÁT TRIỂN VÀ SỤP ĐỔ CỦA ĐẾ CHẾ LA MÃ VÀ NHỮNG CUỘC CHIẾN TRANH ANH-PHÁP NGÀY XƯA ........................................ 42 Chương 5 THUỐC SÚNG VÀ ĐẠI BÁC ....................................................................................................... 57 Chương 6 BA NGƯỜI ĐI TRƯỚC THỜI ĐẠI .......................................................................................... 69 Chương 7 TỪ SÚNG ỐNG SƠ KHAI ĐẾN VŨ KHÍ HỦY DIỆT TOÀN BỘ ...................................... 90 Chương 8 TÁC ĐỘNG CỦA CÁCH MẠNG CÔNG NGHIỆP ............................................................... 113 Chương 9 VŨ KHÍ CỦA NAPOLEON VÀ NHỮNG ĐỘT PHÁ MỚI VỀ VẬT LÍ HỌC ............... 128 Chương 10 CUỘC NỘI CHIẾN NƯỚC MĨ ................................................................................................. 147 Chương 11 VIÊN ĐẠN BAY ĐI ĐÂU? ........................................................................................................ 174 Chương 12 HÊ, NHÌN ĐI… NÓ BAY KÌA! ................................................................................................. 193 Chương 13 CUỘC CHIẾN SÚNG MÁY – THẾ CHIẾN THỨ NHẤT .................................................. 215 Chương 14 CÁC TIA VÔ HÌNH ..................................................................................................................... 236 Chương 15 SONAR VÀ TÀU NGẦM ........................................................................................................... 253 Chương 16 ĐẠI CHIẾN THẾ GIỚI: THẾ CHIẾN II ................................................................................ 268 Chương 17 BOM NGUYÊN TỬ .................................................................................................................... 298 Chương 18 BOM KHINH KHÍ, TÊN LỬA LIÊN LỤC ĐỊA, LASER VÀ TƯƠNG LAI .................. 333 GHI CHÚ THAM KHẢO ........................................................................................................... 363 LỜI NÓI ĐẦU Tôi nói với một người bạn rằng tôi đang viết một quyển sách về vật lí học và chiến tranh. “Vật lí học thì liên quan gì tới chiến tranh chứ?” anh ta hỏi ngay. “Ồ, ý anh muốn nói bom nguyên tử,” anh ta bồi thêm. Và quả vậy, đa số mọi người đều biết rằng vật lí học có dính dáng với bom nguyên tử. Nhưng trên thực tế nó có nhiều đóng góp hơn ngoài bom nguyên tử, và không phải đóng góp nào cũng dẫn tới sự ra đời của vũ khí tấn công gây thiệt hại và tai ương. Nó còn giúp ích cho việc phòng thủ, và một trong những ví dụ tốt nhất cho điều này chính là phát minh radar ngay trước Thế chiến II. Nó cho phép người Anh dõi theo các máy bay Đức đang tới và có hành động phòng thủ trước chúng. Phát minh radar rõ ràng đã cứu sống hàng nghìn sinh mạng trong Trận không chiến nước Anh. Khám phá tia X của Röntgen cũng giữ một vai trò lớn trong chiến tranh, và rõ ràng nó cứu sống nhiều mạng người. Và không phải chỉ vũ khí hiện đại mới hoạt động theo các nguyên lí vật lí. Mặc dù biết không bao nhiêu về vật lí học, nhưng các nền văn minh xa xưa, ví dụ như người Ai Cập, người Assyria, người Hi Lạp, và người La Mã, đã sử dụng vật lí học khi nghĩ ra các vũ khí của họ. Thật vậy, xuyên suốt lịch sử vật lí học giữ một vai trò quan trọng trong việc phát triển vũ khí. Khi các nguyên lí cơ bản của vật lí học được khám phá bởi những con người như Galileo, Newton, Huygens, Einstein, và những người khác, nó đã trở thành một khoa học được xây dựng kiên cố trên một nền tảng vững chắc. Tuy nhiên, đồng thời nó cũng trở nên phức tạp hơn và khó hiểu hơn. Thế nhưng điều quan trọng là mọi người, chứ không phải các nhà khoa học, hiểu được, chí ít đến một chừng mực nào đó, những gì đang diễn ra trong thế giới khoa học, và tôi hi vọng quyển sách này sẽ giúp ích về phương diện này. Tôi cũng muốn 1 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH nhắc rằng mặc dù vật lí học được sử dụng rộng rãi trong chiến tranh, nhưng nó có nhiều ứng dụng cho sự thịnh vượng của loài người. Tôi cố gắng dùng hình thức kể chuyện, ở càng nhiều chỗ càng tốt, để làm cho quyển sách dễ đọc và hào hứng hơn. Tôi sử dụng một vài công thức thôi; tôi hi vọng chúng không làm bạn sợ. Tôi nêu chúng ra cho những ai đặc biệt quan tâm đến các chi tiết vật lí học ẩn sau các món vũ khí. Bạn có thể bỏ qua chúng mà không ảnh hưởng gì. Cuối cùng, tôi muốn cảm ơn họa sĩ của tôi, Lori Beer, vì phần công việc tuyệt vời với các hình vẽ. Tôi cam đoan rằng chúng sẽ giúp cho đa số mọi người. VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 2 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU Trận chiến được ghi chép đầu tiên trong lịch sử thế giới xảy ra vào năm 1457 trước Công nguyên trên Đồng bằng Esdraelon, gần đô thị Megiddo thuộc Syria ngày nay. Nó thường được gọi là Trận chiến Megiddo. Megiddo, cùng với một số đô thị khác thuộc Palestine và Syria, hình thành một liên minh dưới quyền Ông hoàng Kadesh, và quyết tâm tách khỏi Ai Cập. Nhà vua Ai Cập, Thutmose III, quyết ngăn chặn cuộc nổi loạn ấy. Với đội quân gồm mười nghìn đến mười lăm nghìn người, bao gồm bộ binh, cung thủ và kị binh, ông cho quân tiến về Megiddo, áp sát trong phạm vi vài dặm trong tháng Tư. Khi quân đồn trú tại một nơi gọi là Yaham, Thutmose đã hội ý với các tướng lĩnh của ông. Có ba lộ trình từ Yaham đến Megiddo; hai lộ trình tương đối dễ dàng, còn một lộ trình thứ ba, ngắn hơn đi xuyên qua vùng núi non, thì khá khó khăn. Một đoạn của lộ trình này đi qua một khe núi rất hẹp, nơi đó các chiến binh của ông phải băng qua theo hàng một. Ngoài ra, kị binh sẽ phải xuống ngựa và đi phía trước dắt ngựa theo sau. Nếu chọn lộ trình này thì quân lính có thể bị tổn thất nặng nề một khi Ông hoàng Kadesh cho quân tập kích. Các tướng lĩnh của Thutmose khuyên ông nên chọn một trong hai lộ trình dễ đi. Tuy nhiên, Thutmose nhận thấy Ông hoàng Kadesh và phe cánh của ông ta sẽ không trông đợi quân Ai Cập băng qua vùng núi non vì địa hình hiểm trở của nó. Có khả năng họ sẽ tập kích ở đâu đó trên hai lộ trình kia. Vì thế, trước sự thất vọng của các tướng lĩnh, vua Thutmose ra lệnh cho quân tiến xuyên qua vùng núi.1 Và thật vậy, Thutmose đã đúng. Lính của Ông hoàng Kadesh tập kích tại đoạn cuối của hai lộ trình dễ đi. Ông hoàng đã chia quân lực làm hai nhóm, với một nửa ở phía bắc và một nửa ở phía nam. Hơn nữa, ông gần như chẳng để lại quân bảo vệ thành Megiddo. 3 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Ngày hôm sau, Thutmose đưa quân đi qua khe núi hẹp, và khi họ tiến vào vùng đất trống, với thành Megiddo ngay trước mắt, họ thấy nó hầu như chẳng có phòng thủ. Nhưng Thutmose chưa muốn công thành ngay. Ông muốn tiêu diệt quân lực của Kadesh. Trong đêm muộn, ông cho quân hạ trại thâu đêm và chuẩn bị chiến đấu vào sáng hôm sau. Ông chia quân thành ba cánh và di chuyển nhanh để đánh vào mạn sườn của hai nhánh quân lực của Ông hoàng Kadesh. Bị đánh úp bất ngờ từ hướng không lường trước, quân Kadesh vỡ trận. Tàn quân kéo tràn về thành phố.2 Thutmose cho quân truy đuổi, và lúc tiến tới thành Megiddo, ông có thể thấy nhiều quân đã bị mắc kẹt ngoài thành. Quân giữ thành đã nhìn thấy tàn quân tràn đến và mở cổng thành, nhưng khi quân Thutmose vừa đến trong tầm nhìn thì họ lập tức đóng cổng thành, để lại nhiều quân bên ngoài thành. Tuy nhiên, dân cư trong thành phản ứng rất nhanh; họ thả các sợi dây làm bằng vải để kéo những người lính còn mắc kẹt lên tường thành. Thutmose muốn công thành, nhưng lúc ấy phần lớn quân lính của ông đang cướp bóc doanh trại kẻ thù, lấy đi bất cứ thứ gì họ vớ được. Lúc ông cho ổn định lại quân tình thì phần đông kẻ thù, kể cả Ông hoàng Kadesh, đã an toàn trong thành, với tường thành cao, vững chắc bao xung quanh. Thutmose nhận thấy công thành trực tiếp là tự sát, nên ông cho vây hãm thành. Quân của ông có nhiều lương thực, và quanh thành có sẵn nguồn cung lương. Nhưng người trong thành thì bị cắt nguồn lương thực, nên chuyện họ thiếu thức ăn và nhu yếu phẩm chỉ còn là vấn đề thời gian. Cuộc vây thành kéo dài bảy tháng, cuối cùng thì dân cư trong thành và tàn quân đầu hàng. Tuy nhiên, lúc ấy, bằng cách nào đó ông hoàng Kadesh đã trốn thoát. Trận chiến diễn ra lâu hơn ông hi vọng. Tuy nhiên, Thutmose đã tiêu diệt được quân Kadesh, và ông chiếm được thành Megiddo. VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 4 TÓM TẮT QUYỂN SÁCH Giống như mọi nhà cầm quyền và mọi tướng lĩnh khác, Thutmose III đang tìm cái gì đó sẽ đem lại cho ông thế thượng phong, và ông đã tìm thấy nó. Trong trường hợp này đó là một chiến thuật cho mang cho ông yếu tố bất ngờ. Xuyên suốt bề dày lịch sử, và thậm chí ngày nay, các nhà quân sự dự tính chiến tranh, hay tham chiến, vẫn đi tìm một loại lợi thế nào đó so với kẻ thù của họ. Trong khi Thutmose lấy chiến thuật bất ngờ làm ưu thế, thì trong đa phần lịch sử các nhà quân sự đi tìm một “vũ khí thần kì” mới; nói ngắn gọn là một vũ khí mà quân thù không có. Như chúng ta sẽ thấy trong quyển sách này, thường thì vật lí học cung cấp lộ trình đưa đến vũ khí mới này. Vật lí học và khoa học nói chung thật sự có giá trị to lớn đối với các nhà cầm quân. Nó giúp họ hiểu rõ hơn đường đạn nên họ có thể ngắm bắn tốt hơn; nó đem lại cho họ radar để họ có thể phát hiện quân thù trước khi họ bị phát hiện; nó giúp họ hiểu rõ phổ điện từ để họ có thể sử dụng bức xạ trong các ứng dụng quân sự đa dạng; nó giúp họ hiểu khoa học tên lửa và động cơ phản lực, và hiểu được những bí ẩn sâu sắc bên trong nguyên tử để họ có thể chế tạo những loại bom có sức hủy diệt khủng khiếp. Quyển sách này cung cấp một cái nhìn tổng thể của đa số phân ngành vật lí học, và nó trình bày chúng được sử dụng như thế nào cho các ứng dụng quân sự. Quyển sách cũng tóm tắt lịch sử chiến tranh xuyên suốt từ những cung tên đầu tiên và xe ngựa cho đến bom nguyên tử và bom khinh khí. Chúng ta bắt đầu ở chương 2 với Ai Cập, Assyria và Hi Lạp ngày xưa. Chúng ta sẽ điểm qua một số món vũ khí thú vị của họ, ví dụ như máy ném đá, súng bắn đá, và máy bắn đá, tất cả đều liên quan đến các nguyên lí cơ bản của vật lí học. Ở chương 4 chúng ta tìm hiểu sự phát triển và sụp đổ của nền tảng quân sự đồ sộ nhất tính cho đến khi ấy, đó là Đế chế La Mã. Các trận chiến Anh-Pháp ngày xưa cũng được nói đến trong chương này; một trong những trận chiến nổi tiếng nhất trong số này là Trận Agincourt, trong đó quân Anh sử dụng cung tên nên có quân lực mạnh hơn. Đó là vũ khí mới bí mật của họ. 5 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Trong chương 5 chúng ta chứng kiến sự ra đời của những công nghệ mới đã làm thay đổi hoàn toàn bản chất của chiến tranh: thuốc súng và đại bác. Thật vậy, đại bác hiệu nghiệm đến mức chúng đã đưa đến những cuộc chiến kéo dài cả trăm năm. Tuy nhiên, ở giai đoạn này, ta không thể nói vật lí học có những đóng góp to lớn cho nghệ thuật chiến tranh bởi vì, nói chung, nó không tồn tại. Nhưng như chúng ta sẽ thấy trong chương 6, ba con người, trong đó có Galileo, đã đưa đến những tiến bộ quan trọng và giúp xây dựng cho vật lí học một nền tảng vững chắc hơn nhiều. Với những tiến bộ này, chiến tranh trở nên thường xuyên hơn trên khắp châu Âu. Súng có nòng rãnh xoắn được cải tiến đáng kể, bắt đầu với súng hỏa mai và kết thúc với súng kíp sau đó vài năm. Ngoài ra, tàu thuyền lúc này được đóng to hơn, và chúng sớm được trang bị đại bác. Thêm nữa, với những khám phá của William Gilbert liên quan đến lực từ, người ta hiểu rõ hơn sự định vị trên biển, nên các thủy thủ bây giờ có thể hướng mũi thuyền vào những vùng biển mới mà không lo bị lạc hướng. Rồi với những khám phá nổi bật của Isaac Newton, vật lí học phát triển đến những tầm cao nhận thức mới. Những khám phá của ông được nói tới trong chương 7. Sau đó là Cách mạng Công nghiệp, được trình bày trong chương 8. Trong khoảng thời gian chưa tới một trăm năm, thế giới văn minh đã thay đổi rất nhiều. Đặc biệt, một vài kĩ thuật mới, trong đó có sự sản xuất hàng loạt, đã khiến chiến tranh còn tàn khốc hơn nữa. Trong chương 9, chúng ta bàn về Napoleon cùng với các vũ khí và chiến thuật của ông. Không nghi ngờ gì nữa, Napoleon là một trong những chiến lược gia quân sự vĩ đại nhất lịch sử, nhưng lạ thay ông không cho ra đời nhiều vũ khí mới cách tân. Cùng khoảng thời gian này, một cuộc cách mạng khác đang diễn ra trong lĩnh vực vật lí học, và nó sẽ đưa đến một sự thay đổi khủng khiếp trong lĩnh vực chiến tranh. Nó bắt đầu với việc khám phá rằng dòng điện có thể được tạo ra bởi một dụng cụ đơn giản gọi là cột Volta. Không bao lâu sau, hiện tượng mới lan tỏa khắp châu Âu, và nhanh chóng thu hút sự chú ý của những tài năng vật lí vĩ đại: Oersted, Ohm, Ampere, và Faraday. Máy VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 6 phát điện, động cơ điện và các dụng cụ điện khác lần lượt ra đời, và tất nhiên, cuối cùng chúng trở thành tâm điểm cho chiến tranh. Trong chương 10, ta nói về cuộc nội chiến nước Mĩ, đó là cuộc chiến tàn khốc nhất từng diễn ra trên đất Mĩ. Vào lúc này rất nhiều tiến bộ đã ra đời, trong đó có cò súng, chúng nhanh chóng đưa đến những khẩu súng có rãnh xoắn chính xác và nguy hiểm hơn nhiều, cùng với sự triển khai đầu tiên của tàu ngầm, khí cầu, và điện báo trong chiến tranh. Trong chương 12, ta bàn về máy bay. Thế chiến thứ nhất nổ ra chỉ một thập kỉ sau chuyến bay đầu tiên của anh em nhà Wright. Và chẳng mất bao lâu để máy bay được sử dụng trong chiến tranh. “Không chiến” sớm trở nên phổ biến, và máy bay giữ một vai trò then chốt trong chiến tranh kể từ đó. Nhiều vũ khí mới khác cũng được phát triển trong Thế chiến thứ nhất. Chúng bao gồm những khẩu đại bác mới đồ sộ, các xe tăng đầu tiên, khí độc và bom cháy. Không bao lâu sau Thế chiến thứ nhất, radar được phát triển, và cuối cùng thì nó giữ một vai trò trọng yếu trong chiến tranh. Cùng với radar là sự cải tiến to lớn về tàu ngầm, và triển khai sử dụng sonar. Tàu ngầm hoạt động rất hiệu nghiệm cho quân Đức trong Thế chiến thứ nhất và lúc bắt đầu Thế chiến thứ hai. Đến năm 1939, một cuộc chiến khác, khốc liệt hơn, đó là Thế chiến thứ hai, đã đưa đến các vũ khí mới mang tính hiện tượng học. Những phát triển này bao gồm các tiến bộ quan trọng về radar, những máy bay phản lực đầu tiên, những tên lửa đầu tiên, các máy vi tính cỡ lớn đầu tiên, và tất nhiên, cả bom nguyên tử nữa. Toàn bộ những vấn đề này sẽ được đề cập đến. Cuối cùng, trong chương cuối, chúng ta sẽ bàn về bom khinh khí và một số vũ khí có thể có trong tương lai. 7 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH CHƯƠNG 2 CHIẾN TRANH THỜI XƯA VÀ SỰ RA ĐỜI CỦA VẬT LÍ HỌC Như chúng ta sẽ thấy trong tập sách này, mỗi thời đại có “vũ khí thần kì” của nó, và một trong những vũ khí thần kì ra đời sớm nhất là xe ngựa. Được kéo bởi hai hoặc ba con ngựa, xe ngựa cho phép các chiến binh di chuyển nhanh. Xe ngựa thường được điều khiển bởi một phu xe và mỗi cung thủ được trang bị số lượng lớn mũi tên. Các xe ngựa di chuyển nhanh sẽ lao vào bộ binh của phe địch trong khi cung thủ bắn tên, gây ra sự hỗn loạn. Giống như xe tăng ngày nay, xe ngựa trở thành vũ khí chính của quân lực ngày xưa. Hàng nghìn xe ngựa đã tham gia vào các trận chiến ngày xưa. TRẬN KADESH Một trong những trận chiến xe ngựa lớn nhất thế giới xảy ra vào năm 1274 trước Công nguyên gần làng Kadesh (thuộc Syria ngày nay). Có hơn năm nghìn xe ngựa tham chiến. Quân Ai Cập hùng mạnh được chỉ đạo bởi vị tướng 25 tuổi Ramses II. Ông kiêu căng, liều lĩnh nhưng thiếu kinh nghiệm. Phe bên kia là lực lượng Hittite dưới lệnh Muwatallis II, một vị tướng đã kinh qua nhiều trận mạc và có kinh nghiệm đáng gờm. Ramses thống lĩnh một lực lượng gồm khoảng ba mươi lăm nghìn quân, trong đó có khoảng hai nghìn xe ngựa và số lượng lớn cung thủ. Quân Hittite gồm hơn hai mươi bảy nghìn người và gần ba nghìn năm trăm xe ngựa. Xe ngựa của phe Ai Cập chở được hai quân, và chúng nhẹ hơn, nhanh hơn, và cơ động hơn xe ngựa của phe Hittite vốn được chế tạo để chở ba quân. Ramses chia quân làm bốn cánh, mỗi cánh được đặt theo tên một vị thần Ai Cập: Amun, Re, Seth, và Ptah. Ông còn có một cánh lính đánh thuê tên VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 8 là Ne’arin. Dưới quyền chỉ huy của Ramses, quân của ông bắt đầu một trận chiến kéo dài một tháng đánh về Kadesh. Khi còn cách Kadesh chừng bảy dặm, quân Ramses bắt được hai nhóm người du cư Bedouin, họ cho biết từng bị bắt vào quân Hittite nhưng rồi trốn thoát. Ramses thẩm vấn họ và ông cảm thấy hả dạ khi họ cung cấp tin rằng quân Muwatallis còn cách 135 dặm ở một nơi gọi là Aleppo. Thêm nữa, họ khai rằng Muwatallis ngán sợ Ramses cùng quân của ông. Điều này khiến Ramses thêm kiêu ngạo, vì nó có nghĩa là ông có thể chiếm lấy Kadesh mà không phải chạm trán quân Hittite. Không hề xác nhận câu chuyện được nghe kể, ông cho quân tiến nhanh. Thật vậy, ông hăm hở đến mức ông cùng quân cận vệ sớm bỏ xa phần lớn lính của ông đằng sau. Gần đến đích là dòng sông Orontes, con sông khó vượt qua ở đa số khúc sông, nhưng có thể vượt được ở gần Kadesh. Ramses cùng nhóm ít quân cận vệ của ông vượt sông, sau đó đi xuyên qua một khu rừng đến một nơi đồng trống, từ đó ông có thể nhìn thấy Kadesh. Ông hạ lệnh dựng trại, và trong một khoảng thời gian ngắn thì cánh quân Amun của ông đuổi kịp đến nơi, nhưng các cánh quân kia vẫn còn tương đối xa phía sau. Khi quân lính đang dựng trại thì cận vệ của Ramses áp giải hai tên lính Hittite đến trước mặt ông. Ramses bắt đầu thẩm vấn chúng, nhưng chúng không chịu nói năng gì. Chỉ sau khi chịu tra tấn chúng mới mở lời, và lời chúng khai khiến Ramses bị sốc. Chúng khai rằng quân Hittite tập trung ở phía sau thành cổ Kadesh với bộ binh và xe ngựa, và số lượng quân nhiều hơn số hạt cát trên bãi biển. Ramses khó mà tin nổi cái ông đang nghe. Hai nhóm du mục Bedouin mà ông tiếp xúc trước đó đã lừa dối, và thật vậy Muwatallis đã cử họ tới để giăng bẫy. Ramses lúc này còn cách Kadesh vài ba dặm, và ông chỉ có một nửa quân lực trong tay. Chẳng nghi ngờ gì nữa, quân Hittite sẵn sàng tấn công ngay. Ramses phái người đi hối thúc các cánh quân còn lại. Tuy nhiên, ông biết cánh quân Ptah cách không xa lắm, và với nó thì ông có ba phần tư quân lực trong tay rồi nên ông chẳng hề lo lắng. 9 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Trong khi đó, Muwatallis chia quân của ông thành hai cánh chủ lực. Một cánh đánh vào mạn sau của quân Ai Cập; cánh kia, do chính Muwatallis chỉ huy, gồm lực lượng một nghìn xe ngựa và số lượng lớn lính bộ, đánh vào mạn sườn, ngăn quân Ai Cập tháo lui. Quân Hittite dàn thành thế trận, rồi tấn công. Cánh quân Re, đang rải rác phía sau, vừa mới ra khỏi rừng tiến vào vùng đất trống. Hai nghìn năm trăm xe ngựa Hittite càn qua; quân Ai Cập chẳng biết cái gì càn qua họ. Sự hoảng loạn bao trùm lên quân sống sót khi quân Hittite tàn sát phần lớn họ. Tàn dư của cánh quân chạy về nơi an toàn của doanh trại chính thuộc phe Ai Cập, nhưng quân Hittite đuổi theo. Ramses được quân cận vệ bao xung quanh, họ là những người lính giỏi nhất trong quân lực của ông. Các xe ngựa Hittite càn thẳng về phía ông bất chấp các lính cận vệ giỏi giang kia, số lượng lớn lính này nhanh chóng bị tiêu diệt. Ramses đang hối hả điều tướng khi cuộc tấn công ập đến, song ông nhanh chóng ổn định quân tình, và với số quân còn lại ông cho phản công. Tuy nhiên, ông thật sự có một vài lợi thế: các xe ngựa của ông nhanh hơn và dễ điều khiển hơn các xe ngựa Hittite. Hơn nữa, các cung thủ của ông có cung tên tương đối mạnh, và trong thời gian ngắn họ đã gây tổn thất nặng nề cho phe Hittite. Lạ thay, lính bộ Hittite, lực lượng đảm bảo thế trận, không tấn công nữa mà bắt đầu cướp bóc lều trại Ai Cập. Vì thế, họ dễ dàng trở thành mục tiêu cho phe Ai Cập phản công. Họ nhanh chóng bị chặn đường, với phần nhiều chết trên chiến trường. Trận chiến bắt đầu là cuộc thảm sát cho quân Muwatallis II, giờ lại chuyển cán cân sang phe Ai Cập. Tuy nhiên, Muwatallis ra lệnh một đợt tấn công nữa. Trong khi ấy, cánh quân Ne’arin của Ramses tới nơi, đem lại sức mạnh trọn vẹn cho quân của ông, và họ phản công toàn lực. Quân Hittite bị áp đảo, và nhiều quân tháo chạy về hướng Kadesh. Thế nhưng Muwatallis II chẳng dễ gì bỏ cuộc. Tuy nhiên, phần lớn xe ngựa của ông lúc này đang ở bờ bên kia sông Orontes. Họ phải vượt sông để VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 10 tấn công phe Ai Cập. Ramses quan sát tình thế và quyết định để phe địch tấn công; ông đã có sẵn kế sách. Ông để các xe ngựa Hittite vượt sông, vì biết rằng lúc leo bờ sông dốc về phía quân Ai Cập thì các xe ngựa sẽ phải chậm lại. Chính vào lúc này, Ramses hạ lệnh cho xe ngựa của ông tấn công, và họ nhanh chóng dồn quân Hittite xuống nước, gây tổn thất nặng nề. Muwatallis ra lệnh tiếp tục tiến lên, và một lần nữa quân của ông bị đẩy lùi, lần này bị tổn thất còn nặng hơn. Thật vậy, trong ba tiếng đồng hồ sau đó, Muwatallis tiếp tục chiến thuật cũ, cho đến khi phần lớn tướng lĩnh của ông bỏ mạng và nhiều phu xe thiệt mạng, số nhiều là chết đuối. Cuối cùng, khi cánh quân Ptah, cánh quân đi sau cùng của quân Ai Cập tới nơi, thì phe Muwatallis không còn hi vọng nữa. Ông cho lui binh, nhiều quân về đến vùng an toàn ở Kadesh, cùng với số khác tiếp tục lên đường về Aleppo. Trận này Ramses cũng mất nhiều quân. Ông quyết định không tấn công Kadesh mà hồi quân về Ai Cập. Cả hai tướng lĩnh đều nói họ thắng trận, và, thật vậy, Ramses đã áp đảo quân Hittite, nhưng ông chưa đạt được mục tiêu là chiếm thành Kadesh. Mặt khác, Muwatallis tuyên bố ông đã chặn đứng quân Ai Cập, và thật vậy, họ đã rút quân.1 VŨ KHÍ THẦN KÌ Xe ngựa rõ ràng giữ một vai trò to lớn trong Trận Kadesh, nhưng trong nhiều năm sau đó nó tiếp tục là một vũ khí chiến tranh chủ lực. Và chắc chắn khi lần đầu tiên xuất hiện trên trận mạc, nó đã gây ra sự khiếp đảm cho quân địch. Đa phần xe ngựa buổi đầu được chế tạo cho hai người, nhưng sau đó các xe ngựa chở ba và thậm chí bốn người đã được sử dụng. Đa số mọi người quen thuộc với xe ngựa từ bộ phim Ben Hur, với ngôi sao điện ảnh Charlton Heston. Trong phim có một cuộc đua xe ngựa kéo dài chín phút đầy hào hứng đã trở thành một trong những thước phim nổi tiếng nhất trong lịch sử điện ảnh, và chắc chắn nó đã giúp các khán giả hình dung được cảm giác điều khiển xe ngựa là như thế nào. 11 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Mặc dù xe ngựa ban đầu là một vũ khí thần kì, nhưng chẳng bao lâu thì nhiều quân đội đã có chúng. Vì thế, tất nhiên người ta bắt đầu tìm kiếm một vũ khí thần kì mới. Lúc bấy giờ, các nhà chế tạo vũ khí không thể chuyển sang khoa học được bởi vì khoa học chưa ra đời. Tuy vậy, việc tìm kiếm vẫn diễn ra theo hướng nhắm tới một món vũ khí mới sẽ làm kẻ thù chấn động và khiếp đảm. Thật vậy, quá trình ấy là một chu trình lặp vô tận. Một xe ngựa thời xưa ĐỒNG, ĐỒNG THIẾC, VÀ SẮT Thật vậy, các vũ khí thần kì đã xuất hiện. Chẳng nghi ngờ gì nữa, những vũ khí xưa nhất chính là những cái giáo bằng gỗ và những con dao sắc nhọn làm bằng đá, rồi vào khoảng năm 5.000 trước Công nguyên, người dân ở Ba Tư và Afghanistan bắt đầu tìm thấy những tảng đá lạ có thể chế tác thành những hình dạng khác nhau, và họ sớm phát hiện vật liệu ấy có thể nấu chảy ở một nhiệt độ tương đối khiêm tốn. Đó là cái ngày nay chúng ta gọi là đồng, và nó sớm giữ một vai trò to lớn trong cuộc sống của người dân thời kì ấy. Đồng có thể được đúc khuôn thành nhiều hình dạng khác nhau. Nhưng nó mềm, nên dao làm bằng đồng sẽ không giữ được sắc lâu. Người ta cần cái gì đó cứng hơn, và có lẽ do may mắn, hoặc có thể do chịu khó thử nghiệm, người ta phát hiện VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 12 khi thêm một kim loại mềm hơn, tức là thiếc, vào với đồng ở trạng thái nóng chảy, thì kết quả là một kim loại mới, đồng thiếc, cứng hơn cả đồng hoặc thiếc. Đồng thiếc sớm được người ta dùng làm dao, giáo mác, và các vũ khí khác cần cạnh sắc nhọn.2 Khoa học kim loại, hay ngành luyện kim như người ta thường gọi, sớm ra đời. Búa, dao găm, khiên, và cả mũ đội được đúc bằng đồng thiếc, và chúng sớm trở thành vũ khí thần kì mới của chiến tranh. Tuy nhiên, theo năm tháng, người ta quan tâm đến một khoáng chất màu nâu đỏ có thể tìm thấy ở gần mặt đất, và cuối cùng người ta biết nó có thể khai thác được và luyện thành một kim loại mới khác, đó là sắt. Khó nói chính xác được thời đại Đồ Sắt bắt đầu từ khi nào. Sắt được biết tới từ năm 3.000 trước Công nguyên, nhưng mãi đến khoảng năm 1.200 trước Công nguyên thì các kĩ thuật luyện thích hợp mới được phát triển. Luyện sắt khó hơn luyện đồng do nhiệt độ nóng chảy của sắt cao hơn. Ngoài ra, khi lần đầu tiên người ta thu được sắt ở một dạng tương đối tinh khiết, nó không cứng hơn đồng thiếc nhiều lắm, nhưng rồi người ta biết nếu pha thêm carbon vào nó thì nó trở nên cứng hơn nhiều. Một trong những thứ khiến người ta đi tìm một kim loại tốt hơn đồng thiếc là vì thiếc tương đối hiếm, nên thường xuyên bị thiếu hụt. Một lí do nữa là những quốc gia không chế tạo nổi hàng nghìn xe ngựa cần có các vũ khí có thể chống lại sự áp đảo của xe ngựa. Lính bộ không đánh nổi xe ngựa, nhưng một số tướng lĩnh bắt đầu tin rằng với vũ khí thích hợp thì chuyện đó là có thể. Và khi các nhà luyện kim biết rõ thêm về sắt, và biết cách gia cố nó với carbon, những thanh gươm và giáo mác dài hơn nhiều đã ra đời cùng với các tấm khiên sắt mà mũi tên không thể xuyên qua. Và với chúng, lính bộ có thể được trang bị để chống lại xe ngựa. Với những tấm khiên có thể dễ dàng đỡ được tên, và mũ sắt bảo vệ đầu, lính bộ có thể tấn công xe ngựa bằng những thanh gươm và giáo mác dài bằng sắt. 13 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH NGƯỜI ASSYRIA Xe ngựa tiếp tục là vũ khí chủ lực trong nhiều năm sau đó, nhưng một bước đột phá thật sự xảy ra khi các chiến binh trên lưng ngựa bắt đầu thách thức chúng. Trong số các kẻ thù chính của người Assyria là các nhóm người du mục và man rợ ở các quốc gia phía bắc. Cuộc sống của họ diễn ra trên lưng ngựa, và họ đặc biệt thành thạo việc cưỡi ngựa, thường biết cưỡi ngựa từ rất sớm. Và chẳng mấy chốc người ta biết rằng một kị sĩ trên lưng ngựa, được trang bị cung tên hoặc thanh gươm, thì có lợi thế hơn xe ngựa, vì người chiến binh trên lưng ngựa rất linh hoạt và có thể dễ dàng làm xe ngựa mất kiểm soát. Anh ta ở cao so với mặt đất, và với con ngựa ngay bên dưới, anh ta là một thế lực đáng gờm; ngoài ra, anh ta còn đổi hướng di chuyển nhanh, nhanh hơn cả xe ngựa.3 Ngày nay chúng ta gọi lực lượng chiến đấu trên lưng ngựa là kị binh, nhưng vào lúc ấy họ chưa được tổ chức thành cái mà chúng ta thường nghĩ là kị binh. Tuy nhiên, họ chiến đấu rất hiệu quả. Các chiến binh trên yên ngựa buổi đầu không sử dụng yên ngựa, họ vẫn khá thoải mái và ngồi cân bằng mà không cần yên. Bàn đạp ngựa còn xuất hiện muộn hơn nữa. Các chiến binh trên lưng ngựa đến từ phương bắc thường xuyên quấy nhiễu người Assyria. Vì thế, người Assyria nhanh chóng phát triển kị binh riêng của họ. Người Assyria, sau này trở thành đế quốc hùng mạnh nhất trong vùng, có nguồn gốc từ Đế quốc Akkadian phát triển thịnh vượng ở gần thượng nguồn sông Tigris (gần Iraq ngày nay) và tồn tại cho đến khoảng năm 2.100 trước Công nguyên. Đế quốc Akkadian cuối cùng phân chia thành hai lãnh thổ: người Assyria ở phía bắc, và sau này người Babylon ở phía nam, nhưng người Assyria là tộc người đầu tiên thống trị trong vùng. Vào những năm tháng buổi đầu của đế quốc Assyria, Thời đại Đồng Thiếc đang sinh sôi thịnh vượng và đa số vũ khí được làm bằng đồng thiếc. Theo năm tháng, sức mạnh trong vùng của người Assyria có lúc thăng lúc trầm, nhưng có hai thời kì họ đặc biệt hùng mạnh. Thời kì đế quốc hùng mạnh VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 14 thứ nhất của họ kéo dài từ năm 1.365 trước Công nguyên đến năm 1.076 trước Công nguyên. Trong thời gian này, quân đội của họ xâm chiếm phần lớn các nước xung quanh, bao gồm Ai Cập, Babylon, Ba Tư, Phoenicia, Arabia, và Israel. Nhưng sau năm 1.076 trước Công nguyên, sức mạnh Assyria thoái trào. Rồi, vào năm 911 trước Công nguyên, người Assyria một lần nữa phát triển cường thịnh. Đế quốc Assyria cuối cùng trở thành quân đội hùng mạnh nhất thế giới tính cho đến lúc bấy giờ. Sự hồi sinh của nó chủ yếu là nhờ công của Tiglath-pileser III, ông lên ngôi vào năm 745 trước Công nguyên. Tiglath-pileser III bắt đầu đưa ra những thay đổi triệt để. Trước tiên, ông tăng cường hiệu lực của chính quyền Assyria. Sau đó, ông chuyển sự chú ý sang quân đội, lĩnh vực vốn đã yếu đi đáng kể theo năm tháng. Lúc này, quân đội đã có khá nhỏ về quy mô; khi cần một quân đội quy mô hơn, tân binh được tuyển chọn từ giới nông dân và bất cứ ai có thể tuyển được, và lính nhập ngũ thường ít được huấn luyện. Tiglath-pileser xây dựng một quân đội thường trực quy mô lớn, một trong những quân đội mạnh nhất trong lịch sử. Và lính tráng được cấp quân phục và một số vũ khí tối tân nhất thời đại. Ông còn cho tu sửa đường xá trên khắp đất nước Assyria. Xe ngựa vẫn được sử dụng, nhưng Tiglath-pileser nhìn thấy ngay ưu thế của kị binh, ông cho thành lập ngay một lực lượng kị binh đồ sộ. Người Assyria không có nhiều kinh nghiệm với ngựa, và thoạt đầu họ gần như chẳng giỏi cưỡi ngựa như các tộc người man di. Nhưng qua huấn luyện kĩ thuật của họ tiến bộ dần. Thoạt đầu, lính kị binh Assyria chiến đấu theo cặp, với một người điều khiển ngựa còn người kia bắn tên. Nhưng chẳng bao lâu sau thì mỗi chiến binh đều có giáo nhọn và tự điều khiển ngựa của mình. Kị binh cuối cùng trở thành chủ lực của quân đội Assyria, với hàng nghìn lính kị binh trên lưng ngựa. Tất nhiên, điều này có nghĩa là cần có số lượng lớn ngựa, và Tiglath pileser cũng quan tâm điều này. Những trang trại lớn đã được lập ra để nhân số lượng và chăm sóc ngựa. 15 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Một chiến binh Assyria Chẳng nghi ngờ gì nữa, Assyria là “quốc gia hiếu chiến” ngay từ khi khởi thủy. Thật vậy, phần lớn thời gian lúc đương thời, người Assyria luôn trong tình trạng chiến tranh. Và dưới quyền Tiglath-pileser, họ tiếp tục con đường chinh chiến của mình, xâm lược hết nước này đến nước khác. Tiglath-pileser không những xây dựng kị binh; ông còn củng cố đáng kể bộ binh. Lính bộ gồm cung thủ, lính mang khiên, lính ném đá, và lính cầm giáo mác. Lính ném đá được sử dụng thường xuyên để làm xao lãng quân địch. Những tấm khiên lớn được đa số quốc gia sử dụng để bảo vệ quân của họ trước mưa tên. Các mũi tên được bắn lên cao để chúng rơi xuống phe quân địch; vì thế, lính mang khiên phải giữ các tấm khiên chắn trên đầu để bảo vệ lính bộ. Tiglath-pileser sử dụng lính ném đá để ném đá thẳng về phía địch, và để bảo vệ mình họ phải VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 16 có những tấm khiên chắn bên dưới. Cung thủ Assyria khi đó sẽ bắn tên trên đầu của họ sao cho các mũi tên rơi xuống sẽ không bị lệch hướng bởi những tấm khiên của họ. Tiglath-pileser còn cho giáo binh xung trận; họ là lính tráng sử dụng các thanh giáo đặc biệt dài. Chúng dài hơn gươm và, do đó, khi dùng chúng trong tấn công, gươm kiếm sẽ mất tác dụng đối với chúng.4 Tuy nhiên, có một hạn chế nghiêm trọng đối với người Assyria. Vì nhiều quốc gia lúc ấy ở trong tình trạng chiến tranh nên các thành phố và thị tứ liên tục bị đe dọa xâm lược, không chỉ bởi những quốc gia khác, và còn bởi các láng giềng của chúng. Và chúng cần được bảo vệ. Với cái tôi to lớn và lối thức hung hãn, vua chúa và các nhà cai trị luôn hướng cái nhìn đói khát về nguồn tài nguyên và sự giàu có của láng giềng của họ và các nước lân bang. Một vài nhà cai trị cảm thấy thỏa mãn với cái họ có. Chiến tranh là lẽ tự nhiên, và họ gây chiến không chỉ để chiếm đoạt thêm đất đai, mà còn để xây dựng ngân khố của họ. Người Assyria chắc chắn phạm phải điều này. Ngoài ra, toàn bộ kẻ thù của họ ở các nước xung quanh đều biết rằng họ là tộc người hung ác. Họ thường giết hết dân cư, và họ giết chóc không thương tiếc. Họ còn sử dụng sự lưu đày hàng loạt làm vũ khí trấn áp. Nếu có sự nổi dậy ở bất kì lãnh thổ nào mà họ xâm lược, họ sẽ cho lưu đày hàng nghìn con người sang những vùng lãnh thổ khác. Tiglath-pileser nổi tiếng với chuyện lưu đày này. Ví dụ, vào năm 744 trước Công nguyên, ông cho lưu đày sáu mươi lăm nghìn người từ Iran đến biên giới Assyria-Babylon, và vào năm 742 trước Công nguyên ông cho lưu đày ba mươi nghìn người từ Syria đến vùng núi Zagros thuộc Iran ngày nay. Bởi những thực tế này, người ta không tiếc công sức xây dựng những tường thành đồ sộ bao quanh để bảo vệ các thị tứ hay thành phố của họ. Những tường thành này thường dày vài foot và cao ít nhất hai mươi foot. Thông thường mất khoảng vài ba năm để xây dựng chúng. Những tường thành xưa nhất được làm từ bùn trộn với các vật liệu đa dạng khác; chúng đủ dày để mang lại một sự bảo vệ nhất định, nhưng chẳng bao lâu thì chúng để lộ ra 17 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH điểm yếu. Bùn không bền cho lắm. Tuy nhiên, quân địch sẽ phải đi vòng qua thành phố nếu tường thành quá dày và cao. Nó thường gây nhiều rắc rối cho chúng. Tuy nhiên, các tường thành chỉ là một thử thách đối với người Assyria. Họ đâu dễ dừng chân trước chúng, và họ sớm bắt đầu thiết kế và chế tạo các loại dụng cụ chiến tranh để vượt thành. Thật ra chúng chẳng gì hơn là những tấm ván khổng lồ làm bằng gỗ. Ở góc độ nào đó, chúng na ná như một cỗ xe tăng khổng lồ trên các bánh xe. Chúng thường có bốn bánh xe, nhưng một số phiên bản sau này có đến sáu bánh xe. Và bởi vì chúng quá lớn và nặng nề nên thường cần hàng nghìn lính tráng để di chuyển chúng. Trông chúng thật kinh hãi, và lính giữ thành thường chiến đấu với bất cứ thứ gì họ có. Binh lính phải đẩy các dụng cụ phá thành đến gần tường thành, và rõ ràng người đẩy và bất cứ ai ở bên trong cần được bảo vệ trong khi chúng đang tiến lên, vì lính giữ thành sẽ tấn công họ bằng cung tên và ném đá, và khi dụng cụ phá thành tiến sát đến tường thành họ sẽ cố đốt cháy nó. Để bảo vệ, người Assyria chế ra những cái tháp nhỏ trên chóp của dụng cụ phá thành làm chỗ cho cung thủ của họ. Những cung thủ này sẽ bắn trả vào lính giữ thành khi dụng cụ phá thành di chuyển về phía trước. Khi tháp phá thành, thường cao vài ba tầng, tiến tới tường thành, một phiến gỗ khổng lồ với một “mấu” sắt (hoặc đồng thiếc) liên tục móc lên tường thành. Nó được một lực lượng đông binh lính kéo đẩy. Từ từ nó sẽ làm sập tường thành, và khi tường thành sập, trận đánh giáp lá cà sẽ diễn ra giữa quân Assyria và quân giữ thành. Tất nhiên lửa là một vũ khí chủ lực của quân giữ thành, vì thế quân Assyria phải che máy phá thành của họ bằng một tấm da thú lớn được giữ ẩm. Theo năm tháng, các tường thành được xây dựng ngày càng dày hơn, và cuối cùng người ta xây thành bằng đá. Nhưng quân Assyria chế ra các máy phá thành ngày càng to hơn với mấu kim loại có sức công phá khỏe hơn. Khi thành đá được tăng cường xây dựng cho các đô thị thì càng khó khăn cho máy phá VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 18 thành hạ được chúng. Tuy nhiên, chúng liên tục có một số thành công nhất định. Một trong những cỗ máy phá thành đồ sộ nhất thế giới cổ đại là helepolis của người Hi Lạp; cao hơn một trăm foot và để nó cân bằng không lật nhào, nó đồ sộ hơn nhiều so với vũ khí công thành của người Assyria. Theo thời gian, Đế quốc Assyria bắt đầu suy yếu. Nó sụp đổ vào khoảng năm 610 trước Công nguyên. NGƯỜI HI LẠP VÀ SỰ RA ĐỜI CỦA VẬT LÍ HỌC Trong khi Đế quốc Assyria dần suy tàn, thì các quốc gia khác bắt đầu phồn thịnh, bao gồm Babylon, Đế quốc Ba Tư, tồn tại đến năm 330 trước Công nguyên, và Phoenicia, quốc gia trên biển tồn tại đến khoảng năm 539 trước Công nguyên. Nhưng nền văn minh cổ đại có ảnh hưởng to lớn nhất đối với vật lí học là Hi Lạp, quốc gia bao gồm các thị thành bắt đầu nổi lên vào khoảng năm 800 trước Công nguyên. Thật vậy, trước thời Hi Lạp, có rất ít, nếu không nói là chẳng có gì có thể gọi là vật lí học, và có rất ít cái gọi là khoa học nói chung. Thêm nữa, những nhà khoa học đầu tiên đâu được gọi như thế; họ được gọi là nhà triết học. Nhưng chẳng ai nghi ngờ gì một trong những mục tiêu chính của họ là tìm hiểu thế giới xung quanh họ. Họ đặc biệt quan tâm đến chuyển động và vật chất. Tại sao các vật lại rơi? Và đâu là vai trò chính xác của không khí, nước, lửa, và đất dưới chân họ? Thời gian là gì? Trí tò mò của họ mở rộng đến mặt trời, mặt trăng, và các sao. Chúng ở xa bao nhiêu? Chúng to bao nhiêu? Tại sao trông chúng như chuyển động? Ngành khoa học đầu tiên rõ ràng là một dạng vật lí học. Nó không phải là cái như chúng ta nghĩ là vật lí học ngày nay, mà nó thật sự bao gồm nhiều lĩnh vực giống như vậy. Nó được luận ra từ thiên văn học, cơ học, quang học, và các lĩnh vực toán học như hình học. Các triết gia Hi Lạp ngày xưa cố gắng tìm hiểu các bí ẩn của Trái Đất và vũ trụ đã biết, và mặc dù họ đi tới một số quan điểm trông có vẻ lạ lẫm đối với chúng ta ngày nay, nhưng chúng thật sự đưa đến những tiến bộ quan trọng. Một trong những tiến bộ lớn nhất là từ bỏ 19 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH những lí giải thần học cho các hiện tượng mà họ quan sát thấy. Thay vậy, họ phát triển logic học và học cách tìm kiếm các lí giải hợp lí và hợp logic. Một trong những nhà triết học đầu tiên này là Thales, ông sống từ năm 624 đến 546 trước Công nguyên. Ông là người đầu tiên nhấn mạnh tầm quan trọng của các lí giải dựa trên sự hợp lí, và ông đặc biệt quan tâm tại sao vạn vật xảy ra. Do những đóng góp của ông, đôi khi ông được gọi là cha đẻ của khoa học. Người ta nói ông đã dự báo nhật thực ngày 28 tháng 5 năm 585 trước Công nguyên. Tuy nhiên, có một số tranh cãi xung quanh chuyện này, vì đa số các nhà thiên văn học hiện đại cảm thấy một dự báo như thế là không thể vào thời ấy. Nhưng chẳng có tranh cãi nào về đóng góp quan trọng nhất của ông. Lúc ấy, các thủy thủ Hi Lạp chưa từng rời mắt khỏi tầm nhìn vào đất liền vì họ chẳng biết làm thế nào định hướng khi không thể nhìn thấy đất liền. Thales bày họ cách sử dụng sao Bắc Cực để định hướng. Ông còn nghiên cứu các hiện tượng lạ liên quan đến lực từ và hổ phách, và ông đặc biệt lưu tâm hiện tượng thời gian và bản chất cơ bản của vật chất. Hai nhà triết học lớn hậu Thales là Socrates và Plato, đây là hai cây đa cây đề của trường phái duy lí, nhưng cái họ quan tâm chủ yếu là logic học, triết học, và toán học. Socrates được xem là một trong những người thông thái nhất vào thời của ông, nhưng khoa học không phải là trọng tâm trong tư duy của ông. Plato, một học trò của Socrates, có lẽ được biết tới nhất với vai trò người sáng lập Viện hàn lâm Athens. Tuy nhiên, vào năm 384 trước Công nguyên, nhà triết học cổ đại mà chúng ta biết tới nhiều nhất ra đời: Aristotle. Ông có tầm ảnh hưởng lớn vào thời đại của ông, và ông vẫn có tầm ảnh hưởng cho đến ngày nay. Ông đặc biệt quan tâm khoa học, và ông đã có một số đóng góp, nhưng vì sức ảnh hưởng của ông duy trì trong một khoảng thời gian quá dài, cho nên ông thường bị xem là người cản trở sự phát triển của khoa học. Tuy nhiên, các mục tiêu của ông rất đáng nể. Như ông trình bày trong các tác phẩm của mình, mục tiêu chính của ông là khám phá các nguyên lí và các nguyên nhân của sự biến dịch, chứ không chỉ mô tả chúng. Tuy nhiên, phần nhiều cái ông kết luận là không VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 20 đúng. Một trong những giả thuyết chính của ông là có bốn nguyên tố cơ bản: đất, nước, không khí, và lửa. Và ông cho rằng vạn vật được cấu tạo theo một kiểu nào đó từ bốn nguyên tố này. Ông còn đặc biệt quan tâm hiện tượng chuyển động, và ông phân chia mọi chuyển động hoặc là “tự nhiên” hoặc là “cưỡng bức”. Một vật đang rơi có chuyển động tự nhiên; một vật bị ném có chuyển động cưỡng bức. Ông còn tin rằng vạn vật ở bên ngoài Trái Đất – Mặt Trời, Mặt Trăng, và các sao – được cấu tạo bởi một nguyên tố thứ năm mà ông gọi là “ether”.5 Một số nhà khoa học Hi Lạp khác của thời ấy cũng có những đóng góp quan trọng. Eratosthenes (276–194 trước Công nguyên) đã phát minh ra một hệ thống vĩ độ và kinh độ cho Trái Đất. Ông còn tính được chu vi của Trái Đất từ cái bóng của cây gậy cắm ở những vị trí khác nhau. Đặc biệt, ông chỉ rõ rằng nếu Trái Đất là phẳng, thì sẽ không có bóng đổ khi mặt trời ở ngay chính ngọ. Ông sử dụng kiến thức mới của ông để tính chu vi của Trái Đất là hai trăm năm mươi nghìn stade (tuy nhiên, chúng ta vẫn chưa rõ một stade là bao nhiêu). Ông còn tính được khoảng cách đến Mặt Trời và Mặt Trăng, mang lại những ước tính đầu tiên, nhưng rất gần đúng. Một nhà khoa học Hi Lạp quan trọng nữa là Hipparchus, ông ra đời vào năm 175 trước Công nguyên. Ông đem lại cho chúng ta những số đo chính xác hơn của khoảng cách đến Mặt Trời và Mặt Trăng, và ông là người đầu tiên lập ra danh mục phân loại đa số các ngôi sao khả kiến. Vật lí học ban đầu xuất hiện dưới dạng kết quả nghiên cứu và suy luận của các nhà triết học nêu trên. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là những đóng góp của họ có nguồn gốc gần như hoàn toàn từ “tư duy”. Vật lí học thực nghiệm lúc ấy chưa được biết tới, và thật vậy, các nhà triết học ngày xưa không tiến hành bất cứ thí nghiệm nào trong những nỗ lực của họ nhằm chứng minh quan điểm của họ. Tuy vậy, ngay cả khi ấy họ cũng đã nhận ra sự khác biệt giữa cái chúng ta gọi là “vật lí học thuần túy” và “vật lí học ứng dụng”. Vật lí học thuần túy thường được xem là sự tích lũy kiến thức về các phương diện vật chất của thế giới và vũ trụ, ví dụ như các nguyên lí cơ bản của 21 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH không gian, thời gian, vật chất, chuyển động, và vân vân, mà chẳng quan tâm kiến thức này nên được áp dụng như thế nào. Vật lí học ứng dụng, mặt khác, là áp dụng kiến thức nào để cải tạo xã hội theo một hướng nào đó. Thời ấy, ứng dụng chính của vật lí học là thiết kế và chế tạo các dụng cụ chiến tranh. Các nhà triết học xa xưa như Socrates, Plato, và Aristotle cho rằng khoa học không nhất thiết phải có mục tiêu ứng dụng, nhất là các ứng dụng cho chiến tranh. Kiến thức nên được tích lũy vì mục đích riêng của nó. Bất chấp những lập luận như trên, chẳng mất bao lâu sau thì những khám phá mới của vật lí học đã được sử dụng để chế tạo các vũ khí chiến tranh mới. Nhiều vũ khí tiến bộ ngày xưa được người Hi Lạp chế tạo dựa trên một khái niệm vật lí gọi là sự xoắn. Trong vật lí học, xoắn là sự xoáy lại của một vật do một moment xoắn tác dụng. Và thật vậy, sự xoắn sớm trở thành cơ sở của các vũ khí hủy diệt mới thường được gọi với tên gọi máy móc hay động cơ. CÁC VŨ KHÍ THẦN KÌ MỚI Những chiếc máy thần kì mới nổi tiếng nhất ra đời là thành quả của vật lí học Hi Lạp (mặc dù không nhất thiết được chế tạo bởi người Hi Lạp) là máy ném đá, súng bắn đá, máy bắn đá, và các loại máy phóng đá khác. Ở phần trước ta đã nói về máy phá thành được dùng để làm sụp tường thành; một số chiếc máy vừa kể cũng được sử dụng làm máy phá thành. Ta hãy xét kĩ từng chiếc. Máy ném đá được phát minh bởi người Hi Lạp và sau này được cải tiến và sử dụng rộng rãi bởi người La Mã. Nó tựa như một cái nỏ khổng lồ, nhưng nó sử dụng năng lượng xoắn dự trữ trong các cuộn dây bị xoắn. Hai tay gỗ được dùng làm xoắn các cuộn dây; mỗi đầu của chúng được buộc dây, và sợi dây được kéo ngược về “túi” chứa đá ném. Dây được kéo ngược bởi một cái tời. Nó có một chốt gạt, và khi mọi thứ đã sẵn sàng, chốt gạt được kéo vào. Người ta sử dụng các loại đạn ném đa dạng, bao gồm đá, ngọn mác, sào nhọn, và cả các bộ phận cơ thể. Nó có thể ném chúng đi xa vài trăm yard.6 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 22 Máy ném đá Một cải tiến trên máy ném đá xuất hiện muộn hơn một chút ở dạng súng bắn đá, chủ yếu được sử dụng bởi quân La Mã. Nó cũng sử dụng lực xoắn, nhưng về cơ bản là một loại nỏ. Nó gồm một cái khung lớn đặt trên đất. Một khung gỗ thẳng đứng gắn chặt với nó. Khung thẳng đứng này chứa một trục có một cái nan hoặc một tay đòn. Cái nan này buộc với dây kéo (hoặc lò xo) có thể xoắn lại; tay đòn được kéo ngược kháng lại sự hình thành lực xoắn trong dây. Một lần nữa, có một cái chốt để giải phóng nó, và khi cái chốt được đập bằng búa thì vật ném được phóng về phía mục tiêu của nó. Những tảng đá lớn thường được dùng làm vật ném. 23 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Binh lính nạp đạn cho súng bắn đá Loại vũ khí mới thứ ba, máy bắn đá, thật sự là loại mạnh nhất. Nó được người La Mã phát minh và có ba đặc điểm chính: • Nó không khai thác năng lượng xoắn. Năng lượng của nó đến từ trọng lực tác dụng lên đối trọng. • Nó sử dụng cái gọi là “nguyên lí đòn bẩy”, trong đó một tay đòn dài hơn tay đòn kia. Tay đòn ném thường dài gấp bốn đến sáu lần tay đòn đối trọng. • Một băng đeo cùng với một bao nhỏ được buộc vào đầu tay đòn ném để tăng tốc độ của đạn ném. Dụng cụ được nạp đạn bằng cách đặt một hòn đá lớn và thường là rất nặng vào bao. Tay đòn ném khi đó được kéo xuống theo sức nặng của đối trọng. Nó bị kéo xuống cho đến khi sẵn sàng. Khi được cho ném, nó có thể ném những hòn đá ba trăm cân và đi xa hơn vài trăm yard, nhưng nó hầu như không chính xác như máy ném đá hay súng bắn đá.7 Máy ném đá và súng bắn đá đều là một dạng nỏ. Nỏ là dụng cụ thường có một tay đòn được kéo giật ngược bằng lực và rồi thả ra. Một vài dạng khác VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 24 của nỏ cũng được sử dụng, nhưng những loại chính là hai loại nêu trên. Cơ sở vật lí của những dụng cụ trên sẽ được bàn tới trong chương tiếp theo. ALEXANDER ĐẠI ĐẾ Một người từng sử dụng rộng rãi các vũ khí mới là Alexander Đại đế. Chào đời ở Pella, thủ đô Macedonia vào năm 356 trước Công nguyên, Alexander trở thành vị tướng kiệt xuất nhất vào thời của ông, mang quân đi xâm chiếm phần lớn thế giới đã biết. Được Aristotle truyền dạy bắt đầu ở tuổi mười sáu, ông đặc biệt yêu thích khoa học và vật lí học. Khi lên mười chín, ông bắt đầu tháp tùng cha của ông, Philip II, trong một số trận đánh. Tuy nhiên, không lâu sau đó, cha của ông bị ám sát, và vì cha của ông có nhiều vợ, và mẹ của Alexander chỉ là một trong số họ, nên cơ hội cho ông thừa hưởng ngai vàng là không cao. Nhưng ông quyết tâm giành ngai vàng, và ông đã tiến hành những bước cần thiết, giết chết một vài người trong tiến trình đó.8 Khi lên ngôi, ông lập tức đem quân chinh chiến một loạt trận đấu kéo dài gần như mười năm. Về cuối, ông thôn tính Ai Cập, Mesopotamia, Ba Tư, Trung Á, và cả Ấn Độ. Và lúc ba mươi tuổi, ông được xem là một trong những nhà lãnh đạo quân sự tài ba nhất mà thế giới từng có. Aristotle đã gieo mầm ở ông tình yêu kiến thức, và sau khi lên ngôi ông vẫn giữ được tình yêu ấy. Vì thế, ông cho thiết lập những trung tâm học thuật thuộc loại đồ sộ nhất mà thế giới từng chứng kiến. Sau khi xâm chiếm Ai Cập, ông thành lập Alexandria vào năm 331 trước Công nguyên, biến nó thành một trung tâm nghiên cứu khoa học. Mặc dù ông chỉ lưu lại thành phố trong vài ba ngày, nhưng ông đã để lại cho vị tổng trấn cùng một vị tướng tên gọi Ptolemy một bản phác thảo công trình mà ông muốn xây dựng.9 Tại Alexandria, cái gọi là “mouseion” đã được lập ra để nghiên cứu kĩ thuật, thiên văn học, hàng hải, vật lí học, và máy móc chiến tranh. Các nhà khoa học hàng đầu trong nước và các nước láng giềng được mời tới nghiên cứu ở đó, trong đó có Eratosthenes và Hipparchus. 25 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Có lẽ điểm sáng giá nhất của Mouseion mới tại Alexandria là thư viện của nó. Cuối cùng nó đã trở thành thư viện lớn nhất thế giới, nơi lưu giữ hơn bảy trăm nghìn bản thảo. Thư viện phát triển thịnh vượng trong hàng thế kỉ, nhưng phần nhiều tài sản của nó cuối cùng đã bị lửa thiêu trụi. ARCHIMEDES Một trong những người nghiên cứu tại Alexandria là Archimedes, ông sinh năm 87 trước Công nguyên ở Syracuse, Sicily. Ông có đóng góp to lớn cho vật lí học; một trong những đóng góp quan trọng nhất trong số đó là một nguyên lí ngày nay gọi là nguyên lí Archimedes. Nó phát biểu rằng một vật chìm trong một chất lưu chịu một lực nổi bằng với trọng lượng của phần chất lưu mà nó chiếm chỗ. Ông còn thiết kế cái ngày nay gọi là đai ốc Archimedes. Theo ghi chép xưa, vua xứ Syracuse đã ra lệnh cho Archimedes thiết kế một con tàu lớn, nhưng người ta sớm nhận thấy một lượng lớn nước rò rỉ qua thân tàu và khó tát trở ra. Archimedes đã thiết kế một chiếc máy có một cánh hình đai ốc xoay vòng bên trong một ống trụ đưa nước từ đáy tàu lên từ từ cho đến khi nó tràn ra ngoài.10 Archimedes còn là một trong những người đầu tiên giải thích nguyên tắc đòn bẩy. Và theo sử sách, ông đã giúp người dân xứ Syracuse khi họ bị tấn công vào năm 14 trước Công nguyên. Tương truyền, ông cho bố trí những cái gương cong cỡ lớn làm phản xạ ánh sáng mặt trời vào tàu địch, làm chúng bốc cháy. Đa số các nhà khoa học hiện đại nghi ngờ về tính xác thực của câu chuyện này. VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 26 CHƯƠNG 3 CƠ SỞ VẬT LÍ CỦA VŨ KHÍ THỜI XƯA Vai trò của vật lí học đối với các vũ khí chiến tranh thời xưa cũng giống như đối với các vũ khí chiến tranh phức tạp hơn sau này. Cho đến đây, ta mới chủ yếu nói về xe ngựa, lính trên lưng ngựa, cung tên, giáo mác, và những thứ đại loại như máy ném đá, súng bắn đá, máy bắn đá, và máy phóng đá. Vật lí học có mặt trong tất cả những thứ này, nhưng ta chưa làm rõ nó có mặt như thế nào. Trong chương này, ta sẽ làm rõ điều này, nhưng trước tiên ta sẽ thảo luận những khái niệm cơ bản của vật lí học, bắt đầu với những khái niệm cơ bản nhất, ví dụ như tốc độ và gia tốc, rồi đến những khái niệm phức tạp hơn, ví dụ như năng lượng và động lượng. VẬN TỐC VÀ GIA TỐC Mọi người đều biết nếu bạn bắn một mũi tên vào không trung thì nó đi tới một điểm nhất định rồi sẽ rơi trở lại mặt đất. Người ta cũng biết rằng tốc độ của nó khi nó rời cái cung phụ thuộc vào sợi dây đẩy nó căng bao nhiêu, và dễ thấy là tốc độ của nó thay đổi trong khi bay. Tóm lại, nếu bạn bắn một mũi tên thẳng đứng lên cao, thì nó dừng lại ở một điểm nào đó rồi rơi trở lại mặt đất. Tuy nhiên, ta có một trở ngại nhỏ khi giải bài toán chuyển động trên Trái Đất. Mỗi vật phải chuyển động trong không khí, và không khí này có tác dụng lên tốc độ cũng như quỹ đạo của nó. Tuy nhiên, xét tác dụng của không khí thì khá phức tạp, cho nên ta sẽ tạm thời bỏ qua nó. Cái đầu tiên ta có thể nói về một vật đang chuyển động là nó có một tốc độ nhất định so với mặt đất. Tốc độ là một khái niệm hữu ích, nhưng có ích 27 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH hơn nữa (miễn là trong phạm vi vật lí học) là vận tốc. Tốc độ được định nghĩa là quãng đường mà vật đi được trong một đơn vị thời gian, ví dụ trong một giây, hay thậm chí trong một giờ. Chẳng hạn, một mũi tên có thể có tốc độ năm mươi foot trên giây. Vấn đề đối với tốc độ là nó không cho ta biết điều gì về hướng mà mũi tên đang chuyển động. Nếu ta chỉ rõ cả tốc độ lẫn hướng, thì ta có vận tốc. Vận tốc của mũi tên vừa nói, chẳng hạn, có thể là năm mươi foot trên giây theo hướng bắc. Tuy nhiên, nếu ta nhìn kĩ vào mũi tên này một chút nữa, ta dễ thấy là nó không có vận tốc không đổi. Vận tốc của nó liên tục biến đổi, và sự biến đổi lớn nhất sẽ xảy ra khi nó được bắn lên thẳng đứng. Nói chung, nó dừng lại tại điểm cao nhất của nó. Ta gọi sự biến thiên này ở vận tốc là gia tốc. Mũi tên có thể rời cái cung với vận tốc năm mươi foot trên giây, nhưng một vài giây sau đó, nó sẽ chỉ chuyển động mười foot trên giây. Gia tốc rõ ràng khác với vận tốc, và do đó nó cần một đơn vị đo khác. Đơn vị trong trường hợp này là foot trên giây bình phương (trong hệ mét là mét trên giây bình phương). Vận tốc và gia tốc liên hệ nhau bởi một công thức đơn giản: vận tốc (v) bằng gia tốc (a) × thời gian (t), hay đơn giản hơn v = at.1 LỰC VÀ QUÁN TÍNH Liên hệ mật thiết với vận tốc và gia tốc là một khái niệm vật lí quan trọng nữa gọi là lực. Để mũi tên thu được tốc độ − nói cách khác, để mũi tên gia tốc − nó phải chịu lực tác dụng, và như tôi đã nói ở phần trước, chính dây cung tác dụng lực lên mũi tên. Lực được hiểu đơn giản là đẩy hoặc hút. Và lực giống vận tốc ở chỗ nó vừa có độ lớn vừa có chiều (ta gọi một đại lượng như thế là vector).2 Ta có thể liên hệ lực với gia tốc, nhưng trước khi làm vậy, ta hãy làm quen với một khái niệm vật lí quan trọng nữa. Mọi người đều biết về trọng lượng, và biết rằng trọng lượng sẽ tăng khi bạn ăn quá nhiều sôcôla. Cái ta quan tâm có liên hệ gần gũi với trọng lượng, nhưng không phải y hệt vậy. Ta VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 28 gọi nó là khối lượng, và ta kí hiệu nó là m. Khối lượng của một vật là trọng lượng của nó chia cho gia tốc trọng trường, đại lượng này thường được kí hiệu là g. Tôi sẽ lí giải ở phần sau tại sao ta cần khối lượng chứ không phải trọng lượng. Mối liên hệ giữa lực và gia tốc được nêu ra bởi nhà vật lí người Anh Isaac Newton. Ông đưa nó vào ba định luật về chuyển động mà ông công bố trong tác phẩm Principa vào năm 1687. Ông giải thích rằng gia tốc do một lực tác dụng lên một vật gây ra thì tỉ lệ với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật. Ta có thể viết nội dung này ở dạng đại số là a = F/m. Như bạn sẽ thấy, sẽ tiện lợi hơn nếu ta sử dụng hệ mét cho công thức này (thay cho các đơn vị mà có khả năng bạn quen thuộc, đó là foot, dặm, và vân vân, những đơn vị thuộc cái gọi là Hệ đơn vị Anh quốc). Tuy nhiên, trong khuôn khổ hệ mét, có hai hệ đơn vị, gọi là cgs (centi-mét, gram, giây) và mks (mét, kilogram, giây). Trong hệ mks, gia tốc được đo theo mét trên giây bình phương, khối lượng được đo theo kilogram, và đơn vị của lực là Newton. Trong hệ cgs, gia tốc được đo theo centi-mét trên giây bình phương, khối lượng được đo theo gram, và đơn vị của lực là dyne, đó là lực cần thiết để gây ra cho một khối lượng một gram gia tốc một centi-mét trên giây bình phương. Công thức trên thường được viết là F = ma. Vì thế, lực tác dụng lên một vật bằng tích của khối lượng và gia tốc. Ví dụ, nếu bạn muốn gây ra một gia tốc 25 m/s2 cho một mũi tên khối lượng 0,01 kg bạn sẽ cần một lực bằng 0,01 × 25 = 0,25 Newton. Liên hệ gần gũi với khái niệm lực là cái gọi là quán tính. Chúng ta bắt gặp quán tính mỗi ngày; khi bạn đẩy một vật hoặc nâng nó lên, bạn phải tác dụng một lực để làm cho nó dịch chuyển. Nếu một vật không chuyển động – nói cách khác, nó nằm yên tại chỗ – thì nó có xu hướng chống lại chuyển động, và cần một lực để làm nó dịch chuyển. Thật vậy, vật càng nặng thì lực cần thiết càng lớn. Sự “kháng lại” sự thay đổi chuyển động như thế này được gọi là quán tính, và Newton mô tả nó trong định luật thứ nhất về chuyển động: một vật sẽ tiếp tục ở trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều trừ khi có lực tác 29 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH dụng lên nó. Lưu ý rằng định luật không chỉ áp dụng cho vật đứng yên, mà còn áp dụng cho vật chuyển động thẳng đều. Điều này có nghĩa là ta cần lực để vượt qua quán tính, và lực này gây ra gia tốc theo công thức ở trên. Ngoài ra, lực tác dụng luôn luôn đi cùng với hai vật. Nếu một vật bị đẩy, thì vật kia đang tác dụng lực đẩy. Điều này cũng áp dụng cho một vật nằm yên trên sàn; vì trọng lượng ép nó xuống sàn. Nhưng theo Newton, sàn nhà đẩy trở lại một lực bằng về độ lớn nhưng ngược chiều. Newton phát biểu nội dung này trong định luật thứ ba về chuyển động: hễ một vật tác dụng một lực lên vật thứ hai, thì vật thứ hai tác dụng một lực lên vật thứ nhất. Hai lực này bằng về độ lớn và ngược chiều. Chúng thường được gọi là lực “tác dụng” và lực “phản tác dụng”. Bạn có thể thấy một ví dụ của hai lực này khi bạn cầm một ống nhựa phun nước tưới cây. Bạn cảm nhận được một lực tác dụng ngược lên tay bạn; đây là lực phản tác dụng, và đó là lí do tên lửa hoạt động được: chất khí cháy phụt ra phía sau tên lửa, gây ra cho tên lửa lực đẩy về phía trước. ĐỘNG LƯỢNG VÀ XUNG LƯỢNG Một khái niệm vật lí quan trọng nữa là động lượng; nó là tích của khối lượng và vận tốc (m × v). Nó đặc biệt quan trọng khi một vật va chạm với một vật khác. Như bạn đã biết, khi một vật nặng va chạm với một vật nhỏ hơn, nhẹ hơn, thì vật nhỏ hơn chịu biến đổi nhiều nhất. Để hiểu rõ hơn điều này, ta phải tìm hiểu khái niệm xung lượng. Giả sử một người lính dùng khiên đỡ lưỡi gươm của một người lính khác; rõ ràng anh ta tác dụng một lực lên nó, nhưng lực này chỉ tác dụng trong một khoảng thời gian ngắn. Tích của lực này và thời gian nó tác dụng được định nghĩa là xung lượng. Ngoài ra, rõ ràng xung lượng này sắp làm cho cái khiên chuyển động với một vận tốc nhất định, và vận tốc này sẽ phụ thuộc vào khối lượng của cái khiên. Vì thế, xung lượng cũng liên quan với động lượng. Thật vậy, xung lượng làm tăng động lượng; hay, chính xác hơn, vì động lượng của cái khiên bằng không trước khi có xung lượng, nên VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 30 xung lượng tạo ra một sự biến thiên động lượng. Do đó, xung lượng bằng độ biến thiên động lượng.3 Bây giờ ta trở lại với va chạm của hai vật. Trong một va chạm như thế, cái có ý nghĩa đặc biệt quan trọng là nguyên lí bảo toàn động lượng. Nó phát biểu rằng tổng động lượng của một hệ cô lập bất kì giữ nguyên không đổi. Điều này có nghĩa là tổng động lượng trước va chạm sẽ bằng tổng động lượng sau va chạm, giả sử không có tác động nào từ bên ngoài. Giả sử rằng va chạm là trực diện, và hai vật có động lượng bằng nhau (nhưng ngược chiều). Ta dễ dàng thấy là chúng sẽ dừng lại. Thoạt trông giống như là động lượng của chúng biến mất – nhưng không phải vậy. Trước va chạm, chúng có động lượng bằng nhau nhưng ngược chiều, và tổng của hai con số bằng nhau và ngược dấu là bằng không. Sau va chạm, tổng đó vẫn bằng không. Khi va chạm xảy ra, mỗi vật truyền một xung lượng sang vật kia, nhưng hai xung lượng đó bằng nhau và ngược dấu, cho nên hai vật dừng lại. Ta dễ thấy từ ví dụ này là nếu một trong hai vật có động lượng lớn hơn vật kia, thì nó sẽ gây ra một xung lượng lớn hơn lên vật thứ hai, và nếu hai vật dính vào nhau khi chúng va chạm thì chúng sẽ tiếp tục chuyển động với một vận tốc nhất định theo chiều chuyển động của vật có động lượng lớn hơn. TÁC DỤNG CỦA TRỌNG LỰC Mọi người đều biết khi bạn bắn một mũi tên chếch một góc nào đó với phương thẳng đứng thì nó không đi theo đường thẳng. Nó đi lên trong một khoảng thời gian nào đó rồi lao đầu về hướng mặt đất, cuối cùng thì tiếp đất. Đây là bởi lực hút hấp dẫn của Trái Đất lên mũi tên. Trên thực tế, hai vật hút lẫn nhau, nhưng vì Trái Đất đồ sộ hơn mũi tên rất nhiều, cho nên trước mắt ta thấy Trái Đất đang hút mũi tên. Một lần nữa, chính Newton là người giải thích cái đang xảy ra. Ông phát biểu rằng vạn vật trong vũ trụ đều hút lẫn nhau. Thật vậy, ông còn nêu ra một công thức cho lực hút giữa hai vật bất kì. 31 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Bây giờ xét một hòn đá được giữ cách mặt đất một khoảng cách nào đó. Nó được Trái Đất hút với một lực nhất định, và nếu ta buông tay, nó gia tốc xuống dưới cho đến khi chạm đất. Với một dụng cụ tương đối đơn giản, ta có thể đo gia tốc này, và ta tìm được giá trị của nó là 32 ft/s2, hay trong hệ mét là 9,8 m/s2. Trọng lực đặc biệt quan trọng trong liên hệ với chiến tranh bởi vì mọi vật, ví dụ như mũi tên, đạn đại bác, đạn (thường), và vân vân, đều bị nó ảnh hưởng. Những vật bị ném như thế đi theo những quỹ đạo phụ thuộc vào một số yếu tố, ví dụ như khối lượng và tốc độ của chúng, và còn phụ thuộc áp suất không khí. (Ta sẽ nói chi tiết về các quỹ đạo ở phần sau tập sách.) Tuy nhiên, gia tốc trọng trường không phải ở đâu cũng bằng nhau. Nó phụ thuộc vào khối lượng của hành tinh mà bạn đang sinh sống. Vì thế, nếu bạn du hành lên Hỏa tinh hay Mộc tinh, thì gia tốc trọng trường sẽ khác. Do đó, trọng lượng của bạn cũng sẽ khác. Trên Mộc tinh chẳng hạn, bạn sẽ cân nặng gấp 2,34 lần trọng lượng của bạn trên Trái Đất. Cái không đổi là khối lượng của bạn; nó không phụ thuộc vào trường hấp dẫn ở chỗ bạn ở, và đó là lí do nó được sử dụng trong phần lớn các phương trình vật lí cơ bản. Liên hệ giữa khối lượng (m) và trọng lượng (W) là W = mg, trong đó g là gia tốc trọng trường. NĂNG LƯỢNG VÀ CÔNG SUẤT Nếu bạn nâng cái gì đó lên thẳng đứng một quãng đường nhất định thì bạn thực hiện công. Để thực hiện công này cần có năng lượng, và, như bạn biết, có một số dạng năng lượng khác nhau. Hai trong những dạng năng lượng phổ biến nhất là năng lượng gắn liền với chuyển động, và năng lượng gắn liền với vị trí. Năng lượng gắn liền với chuyển động được gọi là động năng, và vì nó phụ thuộc vào chuyển động, nên nó cũng sẽ phụ thuộc vào vận tốc. Ngoài ra, vật có khối lượng lớn hơn thì có nhiều động năng hơn vật có khối lượng nhỏ hơn, vì thế động năng còn phụ thuộc vào khối lượng. Do đó, động năng được VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 32 định nghĩa bằng ½ mv2, trong đó m là khối lượng và v là vận tốc. Đơn vị của nó là trong Hệ đơn vị Anh là foot-pound, và trong hệ mks là Newton-mét. Năng lượng của vị trí được gọi là thế năng. Nó cũng là khả năng thực hiện công. Xét một hòn đá được giữ ở một điểm nào đó phía trên mặt đất. Nếu bạn thả rơi nó, nó thực hiện công lên bụi đất mà nó va chạm; nó làm nén và làm nóng mặt đất lên một chút. Ta định nghĩa thế năng = mgh, trong đó m là khối lượng, g là gia tốc trọng trường, và h là độ cao so với đất mà ta thả vật.4 Giống như động lượng, năng lượng cũng được bảo toàn. Nói ngắn gọn, định luật bảo toàn năng lượng phát biểu rằng năng lượng không tự sinh ra hoặc mất đi; nó chỉ có thể biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Điều này có thể được chứng minh khá đẹp nếu bạn lấy một quả bóng và ném nó lên thẳng đứng. Lúc bị ném, quả bóng có một vận tốc lớn, và năng lượng của nó do đó chủ yếu là động năng. Tuy nhiên, khi nó tiếp tục bay lên cao, nó từ từ chậm lại do lực hút hấp dẫn. Cuối cùng, nó dừng lại, và tại điểm này nó có vận tốc bằng không, và do đó nó không có động năng. Tóm lại, toàn bộ động năng của nó đã biến đổi thành thế năng, và tại điểm này nó chỉ có thế năng. Tuy nhiên, khi nó bắt đầu rơi trở xuống, tốc độ của nó tăng lên, và động năng của nó cũng tăng. Đồng thời, thế năng của nó giảm, và vào lúc nó sắp chạm đất toàn bộ thế năng của nó đã biến đổi lại thành động năng. Hai dạng năng lượng nêu trên không phải là hai dạng năng lượng duy nhất. Những dạng khác là năng lượng biến dạng, nhiệt năng, năng lượng âm thanh, điện năng, hóa năng, và năng lượng hạt nhân. Ví dụ, bạn có thể hỏi điều gì xảy ra với động năng của quả bóng khi nó chạm đất. Nó dường như biến mất, nhưng nó không biến mất. Nó biến đổi thành năng lượng biến dạng và nhiệt năng. Trong nhiều trường hợp, chúng ta không quan tâm đến công (hay năng lượng) đã thực hiện, mà là tốc độ thực hiện công, hay lượng công được triển khai trong một đơn vị thời gian. Đây là công suất. Trong hệ đơn vị mks, công suất được đo theo joule trên giây, và theo định nghĩa thì 1 joule/s là 1 watt. 33 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH MOMENT ĐỘNG LƯỢNG VÀ MOMENT XOẮN Một dạng chuyển động khác có ý nghĩa quan trọng với chiến tranh và vũ khí là chuyển động quay. Bánh xe, hay bất cứ cái gì quay xung quanh một trục, có chuyển động góc hay chuyển động quay. Và tương tự như ta có vận tốc và gia tốc thẳng, ta cũng có vận tốc góc và gia tốc góc. Vận tốc góc được đo là số vòng chuyển động trong đơn vị thời gian. Một đơn vị phổ biến khác là số radian (rad) trên đơn vị thời gian, trong đó radian là 360/2π ≈ 57,3 độ và π bằng chu vi của một đường tròn chia cho đường kính của nó, π = 3,1416. Tất nhiên tốc độ góc có thể biến thiên, và khi nó biến thiên thì nó trở thành gia tốc góc. Đơn vị của gia tốc góc là vòng/s2.5 Tương tự như vậy, ta có một khái niệm tương tự như lực. Đó là tác dụng gây ra chuyển động quay, và nó được gọi là moment xoắn. Nó phải tác dụng cách trục quay một khoảng nào đó, vì thế ta cũng dùng đến khoảng cách. Moment xoắn được định nghĩa là lực × khoảng cách (f × r). Lưu ý rằng bạn tác dụng moment xoắn mỗi khi bạn sử dụng cờ lê hoặc mở cửa. Trước đây, trong trường hợp chuyển động tịnh tiến hay chuyển động thẳng, ta còn có động lượng, và tương tự, trong trường hợp này ta có moment động lượng. Để xác định công thức cho nó ta phải thay khối lượng (m) và vận tốc (v) bởi các đại lượng góc tương ứng. Vận tốc thì không vấn đề gì; ta chỉ việc thay nó bằng vận tốc góc (ω), nhưng m thì hơi có chút phức tạp vì ta đang xử lí một số lượng lớn khối lượng nhỏ, mỗi khối lượng nằm cách trục quay một khoảng nhất định. Nếu ta cộng dồn tất cả những đóng góp nhỏ từ những khối lượng nhỏ này thì ta có thể xác định cái gọi là moment quán tính; nó được kí hiệu là I. Moment động lượng khi đó bằng Iω. MÁY CƠ Nhiều vũ khí thời xưa là cái chúng ta gọi là máy cơ trong vật lí học. Máy cơ là một dụng cụ giúp ta thực hiện công dễ dàng hơn. Một ví dụ đơn giản của máy cơ là một thanh dài dùng để nâng một cái hộp vốn quá nặng để chúng ta VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 34 nâng bằng tay. Nếu bạn đặt một đầu thanh ở dưới cái hộp, và đặt một cục đá (gọi là điểm tựa) ở cách nó vài foot, rồi tác dụng một lực hướng xuống lên đầu kia của thanh, thì bạn thấy bạn có thể dễ dàng nâng cái hộp lên. Điều này có ý nghĩa bởi vì công bằng lực × quãng đường; khi ta tác dụng lực, cái hộp được nâng lên một quãng nhỏ hơn so với quãng mà đầu kia của thanh di chuyển. Như vậy, ta dùng quãng đường tăng thêm để thu về một lực lớn hơn. Công thực hiện là như nhau, nhưng nó dễ dàng hơn cho ta bởi vì ta chỉ phải tác dụng một phần nhỏ của lực mà ta phải tác dụng nếu ta nâng cái hộp lên trực tiếp. Đây là cơ sở cho mọi máy cơ.6 Có nhiều loại máy cơ, và các nguyên lí gắn liền với chúng được sử dụng trong các vũ khí thời xưa. Một số máy cơ thường gặp bao gồm: Ròng rọc: Chúng cho phép nâng các vật nặng lên cao với lực nhỏ hơn; bạn chỉ việc kéo dây một quãng đường lớn hơn quãng đường vật nặng di chuyển. Bánh xe và trục xe: Một lực quay tác dụng tại rìa ngoài của bánh xe gây ra chuyển động mạnh hơn nhưng ngắn hơn lực quay tác dụng gần trục. Đai ốc: Tác dụng một lực quay lớn hơn nhưng dễ dàng hơn gây ra một chuyển động nhỏ hơn về phía trước. CƠ SỞ VẬT LÍ CỦA CUNG TÊN Cung tên được sử dụng rộng rãi trên chiến trường thời xưa. Cung thủ được huấn luyện từ lúc còn trẻ nhỏ. Trong một số trường hợp, họ chạy bộ về 35 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH phía quân địch, mang theo một tấm khiên; trong những trường hợp khác, họ cưỡi xe ngựa. Như ta đã thấy trong chương trước, xe ngựa thường có một phu xe và một cung thủ, và khi xe ngựa tiến đủ gần về phía quân địch, thì cung thủ bắt đầu bắn tên nhanh hết mức có thể. Thật ra, cái cung là một máy cơ đơn giản làm biến đổi một dạng năng lượng này thành dạng năng lượng khác, giúp cung thủ dễ dàng cấp cho mũi tên một vận tốc lớn. Cái cần thiết cho một vận tốc lớn là một chuyển động mũi tên nhanh và mạnh, và tất nhiên cơ bắp có thể làm cả hai yêu cầu đó, nhưng không làm được đồng thời. Để hiểu rõ cơ sở vật lí của cung tên, ta hãy bắt đầu với người cung thủ đang nạp tên và kéo dây cung từ từ ra phía sau. Anh ta sử dụng cơ bắp trên tay để làm việc này. Anh ta kéo dây cung ngược đến độ dãn tối đa của nó, và trong quá trình đó cái cung bị uốn cong. Năng lượng từ sự co cơ của người cung thủ được dự trữ trong sự uốn cong của cái cung. Đây là thế năng. Sau đó, anh ta buông dây cung, tại điểm đó sợi dây chuyển động nhanh về vị trí nghỉ bình thường. Trong quá trình này năng lượng truyền từ cái cung sang mũi tên. Thực chất thế năng biến đổi thành động năng, như trong trường hợp quả bóng rơi. Sự chuyển hóa năng lượng rõ ràng rất nhanh, và điều này mang lại cho mũi tên một tốc độ cao. Lưu ý rằng cung thủ đã tạo ra một lượng năng lượng nhất định, và theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng phải giữ nguyên không đổi. Nhưng cái cung có thể vừa chuyển động với một lực lớn vừa với một vận tốc cao trong tay người cung thủ là điều không thể. Cái cung là một máy cơ dự trữ năng lượng. Năng lượng cơ bắp được dùng để vận hành máy ở tốc độ thấp, rồi máy cơ giải phóng năng lượng ở tốc độ cao. Thật vậy, nếu bạn biết đủ các biến, ví dụ khối lượng của mũi tên, quãng đường cái cung bị kéo ngược, và lực mà nó tác dụng, thì bạn có thể lấy cân bằng thế năng với động năng và tính được mũi tên sẽ rời dây cung với vận tốc bao nhiêu. Ngoài ra, nếu bạn biết góc mũi tên được bắn đi (và bỏ qua áp suất không khí) thì bạn có thể tính được nó bay đi bao xa.7 Theo năm tháng, cung tên được cải tiến dần. Một số yếu tố liên quan đến sức mạnh của một cái cung. Ba yếu tố quan trọng nhất là độ dài của nó, VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 36 hình dạng của nó, và thành phần của nó. Nói chung, cái cung càng dài thì nó sẽ càng mạnh, nhưng những yếu tố kia cũng có vai trò to lớn. Ta sẽ thấy ở phần sau rằng người Anh đã phát triển loại cung dài (tên có gắn lông chim) rất hiệu quả và đã sử dụng nó thành công đáng kể trong những trận đánh với người Pháp. Hình dạng tổng thể của cái cung cũng quan trọng. Những cái cung thời xưa có một đầu cong và làm bằng gỗ. Tuy nhiên, về sau các cung thủ biết rằng nếu hai đầu cung đều uốn cong ra xa người bắn, thì mũi tên sẽ bay đi xa hơn. Đây là do sự uốn cong làm thu hẹp khoảng cách giữa cái cung và sợi dây lúc đứng yên, và do đó sợi dây dịch chuyển xa hơn trước khi đến điểm dừng nơi mũi tên bay ra. Lực đẩy bổ sung này cấp cho mũi tên thêm chút động lượng và tốc độ. Loại cung này được gọi là cung uốn ngược. Thành phần của cái cung, tất nhiên, cũng quan trọng không kém. Loại gỗ, hay vật liệu khác, làm nên cái cung có tác động lớn đối với sức mạnh của nó. Ngoài ra, khối lượng riêng, độ đàn hồi, và ứng suất bền (mức căng mà nó có thể chịu được trước khi hỏng) của cái cung xác định nó có thể dự trữ bao nhiêu năng lượng và mức hồi phục hình dạng ban đầu của nó sau khi bắn. Từ rất sớm, người ta biết rằng cung nỏ làm từ nhiều hơn một vật liệu thì hiệu quả hơn cung nỏ làm đơn giản bằng gỗ. Chúng được gọi là cung ghép. Cung ghép thường được làm bằng gỗ, một đoạn sừng động vật, và dây gân. Đoạn sừng mảnh này được dán với bầu cung ở phía đối diện với cung thủ. Sừng được lấy từ linh dương, trâu nước, và thỉnh thoảng sừng cừu và sừng dê được sử dụng. Đoạn sừng này cho phép có nhiều năng lượng được dự trữ trong cái cung hơn. Hồ dán được làm từ dầu cá. Các dây gân cũng được dán dọc theo phía sau cung, một lần nữa là để tăng mức dự trữ năng lượng. Hai đầu nhọn (đoạn uốn ngược) cũng được gia cố bằng các khúc xương.8 Mũi tên liên tục được cải tiến theo năm tháng. Một trong những yếu tố quan trọng nhất là trọng lượng của mũi tên. Nếu một mũi tên quá nhẹ thì nó sẽ bị ảnh hưởng bởi chuyển động của không khí và sẽ không giữ được quỹ đạo 37 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH bay. Mặt khác, nếu nó quá nặng thì nó sẽ tạo ra lực kéo theo lớn và sẽ rơi quá nhanh. Trọng lượng lí tưởng phải lưng chừng đâu đó. Người ta cũng biết từ sớm rằng lông chim gắn dọc hai bên làm tăng mức ổn định của mũi tên, và độ dài và độ cao của lông chim có tác động đến tầm xa của mũi tên, và đến mức vững vàng của nó trong khi bay. Một cải tiến trên cung tên bình thường là nỏ chữ thập, nó được sử dụng bởi người Hi Lạp xưa. Nó bắn ra đạn thép, và ban đầu cung thủ phải kéo dải rút ngược ra sau và khóa vào vị trí, sau đó buông cò nhả ra. Cách này khiến việc lên đạn chậm, và cần một lực mạnh để kéo dây cung ngược lại. Tuy nhiên, về sau người ta phát triển một hệ thống tời cơ học để lên đạn, và với nó dây cung được kéo với một lực căng lớn hơn nhiều. Do đó, quả đạn thép rời khỏi cung với một vận tốc lớn hơn nhiều, và vì thế nó có tầm xa lớn hơn. Nhưng vấn đề chưa dừng ở đó. Các quả đạn thép không hiệu quả khí động lực học cho lắm, và do đó chúng cũng không chuẩn xác. Ngoài ra, chúng chậm hơn nhiều và khó lên đạn hơn nhiều so với cung tên bình thường. Tối đa một nỏ chữ thập có thể bắn hai lần mỗi phút trong khi một cung thủ giỏi có thể bắn mười hai đến mười lăm mũi tên mỗi phút. Tuy nhiên, thoạt đầu nỏ chữ thập có ưu điểm so với cung bình thường: các quả đạn thép mà chúng bắn ra có thể xuyên thủng khiên chắn bằng thép của quân địch. Hơn nữa, các quả đạn thép có thể dễ dàng tiêu diệt ngựa. Tuy nhiên, cuối cùng người Anh đã phát minh ra cung dài, nó cũng đủ mạnh để xuyên thủng khiên giáp. Mặc dù không được sử dụng trong những cuộc chiến thời xưa, nhưng cuối cùng cung tên vẫn có một tiến bộ đáng kể. Tất nhiên, cái cung khó kéo ngược, nhưng năng lượng bạn tiêu hao cho việc kéo ngược nó càng lớn, thì năng lượng mà nó truyền cho mũi tên càng lớn. Và một lần nữa máy móc xuất hiện cứu vãn tình hình. Cuối cùng, người ta dùng ròng rọc để giúp các cung thủ thực hiện công lớn hơn lên cái cung (và tạo ra thế năng lớn hơn) với sức kéo nhẹ hơn. Cung ghép cho phép cung thủ giữ và kéo cung mà không cần rất nhiều sức căng hay mệt mỏi. VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 38 Nỏ chữ thập CƠ SỞ VẬT LÍ CỦA CÁC VŨ KHÍ KHÁC THỜI XƯA Đa số vũ khí ngày xưa là những dụng cụ thuộc loại này hay loại kia bắn ra mũi tên hoặc đá. Thật vậy, đa số là máy bắn đá thuộc một loại nào đó. Như chúng ta đã nói, ba loại được biết tới nhiều nhất là máy ném đá, máy bắn đá và súng bắn đá. Máy ném đá là một lò xo xoắn, nó dự trữ năng lượng trong một số vòng dây xoắn. Nó có thể ném ra các mũi lao hay đạn đá với kích cỡ đa dạng. Mũi lao được đặt trong một cái máng nông bằng gỗ. Máy ném lao được nhắm bằng cách móc một dây cung vào phía sau mũi lao và quấn ngược nó bằng một cái tời. Nó kéo cái máng trượt và mũi lao bên trong ngược ra sau, và đồng thời nó làm xoắn cuộn dây (dây cung được gắn với hai đầu, mỗi đầu có cuộn dây quấn riêng của nó). Bánh cóc và răng vấu ngăn nó bắn ra khi nó 39 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH được lên dây. Một khi đã lên dây, nó có thể được bắn ra bởi cái cò. Một lần nữa, ta có thế năng của các cuộn dây xoắn, và khi nó nhả ra, thế năng biến đổi thành động năng của mũi lao. Máy ném đá sớm nhất được phát triển vào khoảng năm 400 tCN. Máy tốt nhất có tầm ném khoảng năm trăm yard. Chúng chỉ sử dụng các loại đạn ném nhẹ, nên chúng không chịu lực mạnh, thành ra chúng tương đối chính xác. Máy bắn đá thì mạnh hơn nhiều, và nó hoạt động dựa trên một nguyên lí hoàn toàn khác. Thật vậy, thỉnh thoảng nó được gọi là “máy bắn đá đối trọng” vì nó sử dụng một đối trọng để sinh năng lượng ném đạn đi. Nó được sử dụng đầu tiên bởi người Pháp vào thế kỉ thứ mười hai, và nó hoạt động dựa trên nguyên lí đòn bẩy đã mô tả ở phần trước. Bộ phận chính của nó là một tay đòn dài neo trên đất ở gần một đầu. Tại cuối tay đòn dài là một dây quàng chứa một túi đạn; đây là nơi đặt đạn ném (thường là đá cỡ lớn). Năng lượng thu từ một vật nặng đặt tại đầu của tay đòn ngắn. Nó được nâng lên và giữ tại chỗ cho đến khi sẵn sàng. Một lần nữa, ta có thế năng biến đổi thành động năng của đạn ném. Khi buông cò, túi đạn và tay đòn dài sẽ bật lên theo hướng thẳng đứng. Tại đây, dây quàng sẽ nhả ra và túi đạn mở ra. Đạn sẽ được ném về phía trước với vận tốc đáng kể. Dụng cụ hoạt động nhờ lực hấp dẫn. Ưu điểm của máy bắn đá là nó có thể bắn các hòn đá tới ba trăm pound, có thể làm thiệt hại đáng kể cho phần phía trên của đa số tường thành. Nó có tầm ném khoảng ba trăm yard. Điều quan trọng nên lưu ý là dây quàng giữ một vai trò quan trọng, nó có thể làm tăng gấp đôi sức mạnh của máy ném đá, cho phép máy ném đạn đi xa gấp đôi so với trường hợp không có dây quàng. Loại thứ ba trong số này, gọi là súng bắn đá, giống như súng ném đá ở chỗ nó cũng sử dụng áp lực xoắn tạo ra bởi các dây gân xoắn. Nó gồm một cái khung lớn đặt trên đất cùng với một khung thẳng đứng gắn vào. Một cái nan, hay tay đòn, gắn vào trục đỡ chạy xuyên qua khung thẳng đứng. Một cái gầu hình bát được đặt tại đầu tay đòn này, cùng với đạn đặt trong gầu. Máy được VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 40 lên dây bằng cách kéo tay đòn ngược lại sức xoắn của các dây quấn. Khi buông cò, tay đòn sẽ bật lên theo hình cung, giải phóng đạn tại đỉnh đường bật. Như trong trường hợp các dụng cụ kia, người ta có thể sử dụng các tảng đá lớn làm đạn. Súng bắn đá thường có tầm xa khoảng một trăm hai mươi foot. 41 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH CHƯƠNG 4 SỰ PHÁT TRIỂN VÀ SỤP ĐỔ CỦA ĐẾ CHẾ LA MÃ VÀ NHỮNG CUỘC CHIẾN TRANH ANH-PHÁP NGÀY XƯA Đế chế La Mã là một trong những thế lực quân sự hùng mạnh nhất mà thế giới từng chứng kiến, và nó thống trị thế giới phương Tây trong hơn một nghìn năm trời. Quân La Mã tiến lên thống lĩnh thế giới bắt đầu với Chiến tranh Punic, trận đầu tiên diễn ra vào năm 264 tCN. Những cuộc chiến này nổ ra giữa thành Rome và các quân đội mạnh khác ở vùng Địa Trung Hải, Carthaginis. Cuộc chiến đầu tiên diễn ra phần lớn trên biển, và sau một quãng thời gian dài giằng co, quân La Mã chiếm được ưu thế. Tuy nhiên, trong Chiến tranh Punic lần hai (218 tCN đến 201 tCN), quân La Mã chiến đấu chống lại Hannibal, tướng thống lĩnh Carthaginis, và ông đánh bại họ hết trận này đến trận khác. Hannibal thành công chủ yếu bởi vì ông thông minh hơn quân La Mã. Tự kiêu với khả năng giành phần thắng của mình, quân La Mã dễ dàng rơi vào bẫy, kết quả là trong mười bảy năm sau đó, một trăm nghìn lính La Mã đã thiệt mạng, nhưng cuối cùng thì các tướng lĩnh La Mã bắt đầu rút kinh nghiệm, và sau cùng họ đã đẩy lùi Hannibal. NGƯỜI LA MÃ VÀ VŨ KHÍ CỦA HỌ Sau khi tiêu diệt thành Carthage, người La Mã tiếp tục chiến dịch của họ, cuối cùng họ xâm lược phần lớn khu vực xung quanh Địa Trung Hải, Hi Lạp, phần nhiều Trung Đông, Đức, Bắc Phi, và nước Anh. Thật vậy, họ đã xâm lược một phần lớn thế giới văn minh thời ấy, và trong quá trình ấy họ đã trở thành thế lực quân sự hùng mạnh nhất mà thế giới từng biết. Và họ làm thế nhờ sử dụng các loại vũ khí và chiến thuật tốt nhất được biết khi ấy. Họ sử dụng áo giáp gồm nhiều lớp vật liệu chồng lên nhau. Đa số áo giáp và vũ khí VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 42 của họ được làm bằng đồng hoặc bằng sắt. Họ chưa khám phá ra thép. Họ sử dụng một lưỡi gươm tương đối ngắn, nhưng hiệu quả, gọi là gladius, chủ yếu dùng để đâm. Ngoài ra, người La Mã còn sử dụng cung tên, lao, mác, và một tấm chắn gọi là khiên cao khoảng bốn mươi inch, rộng ba mươi inch, và hơi cong. Khi vây thành, họ sử dụng máy ném đá, súng bắn đá, và các loại máy phóng khác sử dụng các loại lò xo đa dạng. Chiến thuật căn bản của họ khi đối mặt quân địch là triển khai các tấm chắn liền kề nhau để hạn chế tối thiểu những tổn thất do lửa của quân địch. Tuy nhiên, hàng tiên phong xoay tròn để cứ mỗi mười lăm phút là thay mới hoàn toàn. Binh lính đã qua huấn luyện nghiêm ngặt và ác liệt, và kỉ luật được phục tùng chặt chẽ. Mặc dù họ sử dụng máy ném đá, súng bắn đá, và các vũ khí khác mà người Hi Lạp đã sử dụng, nhưng họ không cố gắng cải tiến gì thêm. Thật vậy, người La Mã hầu như chẳng có tiến bộ gì trong lĩnh vực khí cụ quân sự. Tuy nhiên, khi họ để ý thấy phe địch có cái gì đó cách tân và mới mẻ, họ nhanh chóng học theo ngay. Họ dường như chẳng quan tâm gì đến khoa học, dù là khoa học thuần túy hay cái gì đó có thể dùng để phát triển vũ khí mới. Trong phần lớn thời gian thống lĩnh, họ khinh thường khoa học. Khi họ xâm lược Hi Lạp và Alexandria, hàng trăm nghìn tư liệu khoa học đã rơi vào tay họ, nhưng họ chưa hề bận tâm dịch bất cứ tài liệu nào, và họ chưa hề khai thác bất cứ tài liệu nào mà họ chiếm được. Quan điểm của họ là họ đã có đủ mọi thứ cần thiết để giành phần thắng trong các cuộc chiến.1 Thật bất ngờ, mặc dù không xem trọng khoa học, nhưng người La Mã thật sự vượt trội về kĩ thuật. Trong hàng trăm năm trị vì, họ đã xây dựng hàng nghìn dặm đường – một số tuyến đường thuộc loại tốt nhất từng thấy ở châu Âu. Hơn nữa, họ còn xây dựng số lượng lớn đập nước cùng với mạng lưới cống dẫn để đưa nước đi khắp nơi. Và họ đã xây dựng một số công trình to lớn nhất và đồ sộ nhất tính đến khi ấy. Vì vậy, trong khi họ biết ít về vật lí học và chẳng quan tâm mấy đến nó, nhưng họ thật sự đã sử dụng nhiều nguyên lí cơ bản 43 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH của vật lí học. Để có những thành tựu kĩ thuật của mình, họ phải am hiểu các khái niệm như lực, trọng lượng, lực căng và sức căng, và áp lực nước.2 Nền văn minh La Mã kéo dài từ khoảng năm 753 tCN đến khoảng năm 476 sCN. Nó phát triển cực thịnh vào khoảng năm 250 sCN, khi La Mã xâm chiếm phần lớn thế giới văn minh đã biết. Nhưng quy mô lớn của đế chế cuối cùng khiến nó rạn vỡ. Thật khó khăn cho Rome trông nom nhiều miền đất xa xôi và nhiều con người như thế. Ngoài ra, một vài cuộc nội chiến cuối cùng bùng phát. Sau khi Caesar bị ám sát, Octavius và Mark Antony khơi nội chiến trừng phạt những kẻ ám sát, nhưng cuối cùng hai ông lại đánh lẫn nhau. Hơn nữa, do lãnh thổ đế chế quá rộng, họ bắt đầu sáp nhập quân lính từ những miền đất chiếm được vào quân đội của họ, cùng với lính đánh thuê, cuối cùng thì đội quân này trở thành số đông trong quân lực La Mã. Việc này gây ra một biến đổi lớn trong quân đội; những người lính không còn trải qua huấn luyện và kỉ luật khắt khe nữa, và tinh thần cống hiến của họ cho thành Rome bị suy giảm đáng kể. Tuy nhiên, những kẻ thù duy nhất mà họ có là tại biên giới của đế chế, và những kẻ thù này là những tộc người man di chẳng biết gì về chiến tranh có tổ chức, máy móc vây thành, và áo giáp. Và đối với thành Rome, họ chẳng phải là một mối đe dọa gì đáng kể. Nhưng trong khi quân đội La Mã đang suy thoái, thì các tộc người man di đang tìm kiếm cái sẽ đem lại cho họ ưu thế. Và như ta đã thấy ở phần trước, câu trả lời là việc sử dụng các chiến binh trên lưng ngựa. Đa số các tộc người man di đã biết cưỡi ngựa từ nhỏ. Khó khăn lớn nhất là ở vững trên lưng ngựa trong lúc đánh nhau – đặc biệt, việc điều khiển ngựa trong lúc bắn tên và sử dụng gươm cùng với giáo mác. Bước đột phá đầu tiên là việc phát triển yên ngựa; cái yên ngựa đơn giản đầu tiên được nghĩ ra bởi người Scythia ở Đông Âu. Nó là một vật thô sơ với bờm ngựa dùng làm nệm ở phía trước và phía sau người cưỡi. Không lâu sau, người ta bổ sung thêm các thòng lọng vải mắc vào chân người cưỡi. Về sau, người cưỡi sử dụng thêm bộ yên cương để giúp anh ta điều khiển ngựa. Cuối cùng, các vòng thòng lọng vải được thay bằng bàn VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 44 đạp sắt, nó đặc biệt hữu ích trong việc giữ thăng bằng cho người chiến binh lúc tham chiến. Tuy nhiên, có một số ý kiến tranh cãi về việc sử dụng bàn đạp trước năm 376 sCN. Trận chiến Adrianople, như người ta thường gọi, nổ ra vào năm 376 sCN. Một trong những bộ tộc man di, người Goth thuộc Thổ Nhĩ Kì ngày nay, gửi thông điệp đến đế quốc La Mã yêu cầu được chiếm giữ một phần đất đai La Mã chiếm đóng gần sông Danube. Nghĩ rằng họ là những chiến binh giỏi, các tướng lĩnh La Mã cho phép họ chiếm giữ vùng đã nêu. Nhưng hóa ra đó là một sai lầm. Thật vậy, xung đột sớm bùng phát giữa người Goth và người La Mã trong vùng. Trong mấy năm sau đó, đã xảy ra một vài trận chiến.3 Hoàng đế La Mã, Valens, cảm thấy bực mình và ông muốn chấm dứt vấn đề đó một lần và mãi mãi. Năm 378, ông thân chinh cầm quân đến Adrianople. Cầm đầu một đạo quân gồm khoảng ba mươi nghìn lính, Valens đến khu vực Adrianople vào đầu tháng 8. Ông được tin báo có một toán khoảng mười nghìn quân Goth, do thủ lĩnh Fritigern cầm đầu, đang tiến về Adrianople và còn ở xa chừng hai mươi dặm. Valens tiếp tục cho quân tiến về Adrianople và cho quân hạ trại, sẵn sàng cho quân Fritigern tiến đến. Ông được tin báo là có nhiều quân tiếp viện đang hành quân đến hỗ trợ ông, nhưng ông không muốn chờ thêm bất chấp sự can gián từ các tướng lĩnh của ông. Ông nắm chắc rằng quân La Mã hùng mạnh sẽ dễ dàng đánh bại quân phiến loạn. Fritigern cho sứ giả gặp Valens xin cầu hòa và thiết lập liên minh trao đổi một phần lãnh thổ La Mã. Valens quá háo thắng nên ông bác bỏ đề xuất và chuẩn bị tiến công. Hóa ra Fritigern chỉ muốn nghi binh; ông đang chờ năm nghìn kị binh đã qua huấn luyện hành quân đến. Để tiếp tục trì hoãn trận đánh, Fritigern cho quân châm lửa đốt đồng giữa lòng quân địch, và ông cũng phái người điều đình trao đổi tù binh. Việc này thật sự làm hoãn trận đánh, và nó cũng khiến Valens bực bội. Bất ngờ một toán lính La Mã quá lo lắng bắt đầu tấn công không cần mệnh lệnh, nhưng họ dễ dàng bị đẩy lùi bởi quân Fritigern. Tuy nhiên, lúc ấy, đã quá muộn để dừng mọi thứ; các toán quân La Mã khác tiếp tục tấn công và 45 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH phá vỡ hàng phòng thủ xe ngựa của quân Goth. Tuy nhiên, lúc này, năm nghìn lính kị binh nhà nghề đã đến từ mọi hướng và bao vây quân La Mã. Lính kị ngồi trên những con ngựa to khỏe và họ phát triển giáo dài rất hiệu quả. Sức nặng của ngựa phía sau mũi giáo tạo ra một kết hợp chết người, và các tấm chắn của phe La Mã mất lợi thế. La Mã cũng có kị binh, nhưng không địch nổi kị binh Goth. Nhiều kị binh La Mã đào ngũ tháo chạy. Quân La Mã sớm rơi vào thế bát nháo. Trong vài giờ sau đó, quân Goth thảm sát họ. Đó là một trong những thất bại lớn nhất mà quân đội La Mã từng trải qua, và nó là một ngọn gió tàn phá Đế quốc La Mã. Quân chủ lực ở vùng lãnh thổ phía đông của đế quốc bị tiêu diệt. Tuy nhiên, cú sốc lớn nhất là rằng quân La Mã không phải là bất khả chiến bại. Hơn nữa, nhiều tướng lĩnh quan trọng của quân La Mã bị thiệt mạng. Số phận của Valens thì chẳng rõ, nhưng theo một sử liệu thì ông đã thoát ra khỏi chiến trường cùng với một số cận vệ và ẩn náu trong một túp lều tranh của người dân. Quân Fritigern tấn công túp lều, và lính của Valens cố chống trả bằng cách bắn tên. Nhưng quân Goth châm lửa đốt lều và Valens bị thiêu trong ngọn lửa. Trận chiến này thường được xem là khởi đầu của sự sụp đổ sau cùng của Rome, và không nghi ngờ gì nữa nó có một hệ lụy ghê gớm. Nó cho thấy quân La Mã không phải là bất khả chiến bại. Tuy vậy, đế quốc La Mã còn tồn tại trăm năm nữa. Tuy nhiên, trong thời gian này, nó liên tiếp thu hẹp dần lãnh thổ. Đa số những cuộc tấn công vào những năm tháng cuối cùng của đế quốc là bởi một bộ tộc man di khác, người Hun. Nhưng họ sử dụng chiến thuật giống như người Goth. NHỮNG CUỘC CHIẾN TRANH ANH-PHÁP NGÀY XƯA Sau sự sụp đổ của Rome vào năm 476, phương Tây bước vào một thời kì ngày nay gọi là Kỉ nguyên Tăm tối. Chỉ có một vài tiến bộ khoa học xảy ra trong thời gian này. Ngoài ra, có tương đối ít tư liệu lịch sử và tư liệu ghi chép VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 46 khác còn sót lại từ thời kì này, so với các thời kì trước đó và sau này. Kỉ nguyên Tăm tối bắt đầu từ năm 476 đến khoảng năm 1500. Trong thời gian này, các bộ tộc man di – người Mông Cổ, người Hun, người Goth, và cả người Viking từ phương bắc – càn quét xứ châu Âu. Vật lí học, và khoa học nói chung, hầu như dậm chân tại chỗ theo năm tháng, nhưng một ngành khoa học khác thật sự đơm hoa, đó là ngành luyện kim. Các chiến binh trên lưng ngựa nay trở thành chuyên nghiệp, và họ sớm được trang bị áo giáp. Kị binh cuối cùng có được bộ áo giáp làm bằng các vòng kim loại nhỏ đan lên nhau kiểu dây xích. Về sau, vì cung thử thường bắn ngựa mà họ cưỡi, nên ngựa cũng được trang bị giáp. Như vậy, có một sự tìm kiếm liên tục các kim loại giúp che chắn tốt hơn. Và không lâu sau, kị binh nhận thấy các mũi tên đâm xuyên qua áo giáp dạng chuỗi xích của họ, nên các tấm thép liền được phát triển. Trong nhiều năm trời, người kị sĩ mặc giáp trên lưng ngựa cùng với thanh lao hoặc thanh gươm dài ở hàng tiên phong khi chiến sự diễn ra. Những người lính kị như vậy không những rất hiệu nghiệm, mà họ còn có giá trị gây sốc đáng kể. Một số lính bộ phải đứng trên đất mà chống lại lính kị trên lưng ngựa càn xuống họ. Hơn nữa, tốc độ của ngựa lớn hơn nhiều so với người chạy bộ, thành ra lính bộ không có đường nào thoát. Điều này, cộng với tiếng vó ngựa dồn dập, rõ ràng có một tác dụng tâm lí cực lớn. Khó khăn chủ yếu đối với kị binh là chi phí. Áo giáp của họ làm tốn kém, và khi người ta thấy “áo giáp xích”, như nó được gọi, bị tên xuyên thủng, thì các nhà luyện kim lại vất vả làm việc. Tuy nhiên, thép sớm được phát triển, và người ta cho lắp các tấm thép nhỏ trên áo giáp xích. Nhưng ngay cả tấm thép sau cùng cũng bị xuyên thủng bởi nỏ chữ thập, và sau này là cung dài. Nỏ chữ thập bắn ra đạn thép. Khó khăn lớn nhất đối với nỏ chữ thập lúc mới ra đời là nó đòi hỏi chiều dài kéo cung lớn, và do đó, nó có tốc độ bắn đạn chậm. Tuy nhiên, về sau, vào thế kỉ thứ mười một, một hệ thống tời cơ giới đã giúp khắc phục vấn đề lên đạn; hơn nữa, nó cho phép cung thủ tạo ra lực căng dây lớn hơn, cấp cho viên đạn động năng và vận tốc lớn hơn khi nó được giải phóng. 47 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Hạn chế của nỏ chữ thập là đạn thép không mang tính khí động lực học như mũi tên, và do đó chúng kém chính xác hơn. Tuy nhiên, nỏ chữ thập đã trở thành một mối đe dọa thật sự đối với lính kị chỉ mặc áo giáp dạng chuỗi xích. Chiến thuật của thời kì này biểu lộ trong một trong những trận chiến quan trọng nhất xảy ra vào thời kì này: Trận Hastings, diễn ra vào năm 1066. Đó là trận chiến giữa quân Anh dưới quyền vua Harold II và quân Norman dưới quyền Duke William II, và nó diễn ra cách Hastings ở Anh chừng sáu dặm.4 Chiến thuật của William tỏ ra hiệu quả hơn nhiều so với chiến thuật của Harold. Ông có lực lượng cung thủ, kị binh, và lính bộ; còn quân Harold chủ yếu gồm toàn lính bộ. Hai phe có số lính tương đương nhau – xấp xỉ hai mươi nghìn. Quân Anh, chủ yếu là bộ binh, sử dụng mũ kim loại hình nón, áo lót kim loại, và khiên; vũ khí chính của họ là rìu, một số lính thì sử dụng gươm. Quân William tấn công trước, bắn ra những loạt mưa tên, nhưng phần lớn chúng chỉ đâm trúng khiên của quân Anh và có ít tác dụng. Cho rằng việc bắn tên đã làm suy yếu quân Anh, William cho quân tấn công, nhưng quân Anh ném bất cứ thứ gì họ có vào quân William, và quân Anh đánh trả gây nhiều thương vong trong trận chiến giáp lá cà. Chịu thương vong nặng nề, quân Norman tháo lui. Quân Anh chọc thủng hàng và truy sát họ, và trận chiến trở nên ác liệt và hỗn loạn. Ngựa của William bị giết và ông ngã xuống đất, nhưng ông còn sống. Bằng cách nào đó ông tập hợp lại quân lính và cho phản công, nhưng giờ thì ông nhận ra trận mưa tên ban đầu có ít tác dụng, vì vậy ông ra lệnh cho các cung thủ bắn cao qua đầu những người lính cầm khiên ở hàng tiên phong để nhắm vào những hàng lính không được bảo vệ ở phía sau của quân Anh. Chiến thuật này có tác dụng đáng kể. Thật vậy, chính Harold bị trúng một mũi tên vào mắt. VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 48 Quân Anh bắt đầu suy yếu và vỡ trận phía sau hàng khiên phòng ngự. William ra lệnh tấn công đợt nữa, và lần này quân Norman chọc thủng và kết liễu Harold. Không còn người chỉ huy, nhiều lính Anh bắt đầu tháo chạy và đào tẩu. Trận chiến sớm kết thúc và nước Anh có vua mới; William lên ngôi vào ngày lễ Giáng sinh năm 1066, tại Westminster Abbey. Vấn đề chính mà trận chiến trên chứng minh được là tính hiệu quả của các cung thủ − quân Norman xung trận với khoảng tám nghìn cung thủ. Xung đột giữa người Anh và người Pháp tiếp diễn trong nhiều năm. Một trong những vấn đề chính là William, bây giờ là vua nước Anh, cũng là công tước xứ Normandy. Như vậy, các vua Anh phải tôn kính nhà vua Pháp. Nhưng vào năm 1337, Edward III của nước Anh không chịu thuần phục Philip VI của nước Pháp, và điều này đưa đến một loạt cuộc chiến kéo dài hơn một trăm năm (từ 1337 đến 1453). Được gọi là Cuộc chiến Trăm năm, thời kì này mang lại một trong những tiến bộ lớn nhất trong lĩnh vực chế tạo vũ khí. Nó xuất hiện lần đầu tiên trong Trận Crécy vào năm 1346, và nó được gọi là cung dài. Quân Anh do Edward III chỉ huy, còn quân Pháp do Philip VI thống lĩnh. Quân Pháp đông chừng gấp đôi quân Anh, bên Anh gồm khoảng 5.000 cung thủ chạy bộ, 3.250 cung thủ cưỡi ngựa, và 3.500 lính bộ khác. Quân Pháp có khoảng 6.000 cung thủ cầm nỏ chữ thập cùng lực lượng bộ binh đông đúc. Trận chiến diễn ra gần cánh rừng Crécy.5 Philip cho đội cung thủ nỏ chữ thập lên hàng tiên phong, với kị binh hỗ trợ phía sau. Lạ thay, họ bỏ lại các tấm khiên gỗ (vũ khí phòng ngự duy nhất của họ) trên các xe kéo ở phía sau đội hình. Trận chiến bắt đầu với một loạt mưa tên từ các cung thủ nỏ chữ thập bên Pháp, chúng không gây thiệt hại gì nhiều. Quân Anh có một loại cung dài mới, và trong khi các cung thủ nỏ chữ thập chỉ bắn ra ở tốc độ một hoặc hai phát mỗi phút, thì các cung thủ dùng cung dài có thể bắn ra năm hoặc sáu phát cùng lúc. Hơn nữa, cung dài có tầm xa lớn hơn và sức đâm xuyên dữ dội hơn. Tệ hơn nữa, các dây cung của nỏ chữ 49 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH thập bị yếu đi bởi một cơn mưa ngay trước trận đấu. Các cung thủ dùng cung dài thì tháo dây cung ra và bảo vệ chúng tránh nước mưa. Một cái cung dài tiêu biểu được sử dụng tại trận Agincourt. Cơn mưa tên nỏ chữ thập có cự li bắn ngắn, còn sự bắn trả của quân Anh sau đó thì không, và nó có hiệu quả ngay. Sự bắn trả tiếp tục diễn ra, và thế là các cung thủ nỏ chữ thập không thể tiến lên đủ gần để cung của họ phát huy tác dụng. Thấy được tình huống này, nhiều cung thủ nỏ chữ thập bắt đầu rút lui qua hàng kị binh Pháp ở phía sau họ. Bực mình trước sự rút lui đó, các kị sĩ bắt đầu đánh luôn phe mình, giết chết nhiều người trong số họ. Sau đó, họ VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 50 quyết định phản công. Họ thúc ngựa phi qua đám cung thủ rút lui, giẫm lên nhiều cung thủ. Các cung thủ Anh tiếp tục bắn vào lính kị, và trước sự bất ngờ của quân Pháp, nhiều mũi tên xuyên thủng áo giáp của họ. Vì thế, nhiều kị sĩ bắt đầu ngã nhào, càng lúc ngã càng đông, họ bắt đầu cản lối người phía sau, và các xác chết chất chồng lên nhau. Khi trận chiến kết thúc, quân Pháp chịu tổn thất nặng nề. Theo một ước tính, bốn nghìn kị binh Pháp đã thiệt mạng cùng với hai nghìn cung thủ Pháp. Mặt khác, bên quân Anh chịu ít tổn thất – đa số các ước tính là dưới ba trăm quân. Yếu tố mang tính quyết định là loại cung dài mới sử dụng, và nó sẽ tiếp tục giữ một vai trò quan trọng trong một trăm năm tiếp sau đó. Cung dài cũng có tính quyết định trong Trận Agincourt vào tháng 10 năm 1415. Vào lúc này, cung dài đã trở nên hiệu quả hơn nhiều. Một lần nữa người Pháp và người Anh tham chiến; lần này quân Anh gồm khoảng sáu nghìn dưới quyền Henry V, và quân Pháp gồm hơn hai mươi lăm nghìn. Trận chiến diễn ra trên một dải hẹp của vùng đồng trống ở gần Agincourt.6 Với quân số đông gấp bốn đến năm lần, quân Pháp có khả năng đã kiêu ngạo. Họ có tám nghìn lính lực lưỡng, nhưng họ sẽ chỉ phát huy hiệu quả trong đánh giáp lá cà, vì vậy họ phải tiếp cận gần. Hơn nữa, giữa hai phe là một cánh đồng mới cày xong, và trời đã mưa nặng hạt trong những ngày trước đó. Vì vậy, đất đai lầy lội, rất không có lợi cho quân Pháp, vì nhiều lính của họ trang bị áo giáp nặng nề. Còn về phía quân Anh, nhiều lính bộ đổ bệnh và kiệt sức sau nhiều ngày hành quân. Các cung thủ người Anh cắm những cái cọc dài, nhọn vào đất, xiên góc về phía quân Pháp. Hàng cọc này giúp bảo vệ họ trước đội xe ngựa của quân kị phe Pháp. Quân Pháp dàn thành ba hàng, với lính bộ ở trước và cung thủ cùng lính bắn cung chữ thập phía sau. Quân Pháp trông đợi quân Anh mở một cuộc tấn công trực diện, nhưng quân Anh không đánh như thế. Thay vậy, lính bắn cung dài (có gắn lông chim) phe Anh mở ra hàng tên yểm trợ. Các cung thủ được huấn luyện bài bản có thể bắn mười lăm mũi tên mỗi phút, vì vậy trong 51 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH vài ba giây đã có hàng nghìn mũi tên bay trong không khí. Hơn nữa, trước sự bất ngờ của quân Pháp, các mũi tên dễ dàng xuyên qua áo giáp của họ. Nhiều mũi tên bắn trúng lưng ngựa và sườn ngựa, khiến chúng đau đớn; những con ngựa bị thương và hoảng sợ chạy lồng lên lính bộ phía trước, giày xéo họ.7 Lính bộ của Pháp cố gắng tự bảo vệ mình khi tiến về phía trước. Vì mũ sắt của họ là phần yếu thế nhất trong bộ giáp, nên phần lớn họ hạ thấp phần đầu xuống để tránh tên bay trúng mắt hoặc xuyên qua lỗ thở của mũ. Điều này gây cản trở tầm nhìn của họ. Ngoài ra, họ còn phải chạy trên đất bùn lún sâu tới gối, vừa chạy vừa né hoặc nhảy qua đồng đội vừa ngã xuống. Và hàng rào mưa tên dường như không có hồi kết. Chẳng mấy chốc thì lính bộ Pháp kiệt sức và mất nhuệ khí; hơn nữa, họ chẳng thể tiến lên đủ gần để đánh giáp lá cà. Tệ hơn nữa, hàng chiến binh thứ hai và thứ ba của Pháp không biết chuyện gì đang xảy ra phía trước, họ cứ tiếp tục tiến lên, và chẳng mấy chốc thì chịu chung số phận. Trận chiến kéo dài ba giờ đồng hồ, và cuối cùng bốn đến năm nghìn quân Pháp thiệt mạng (theo nhiều ước tính khác nhau), còn phe Anh chết có vài trăm người. Nhiều quý tộc, trong đó có công tước, đốc quân, vương gia, vân vân, bị thiệt mạng. Và một lần nữa, chính cung dài của quân Anh là nhân tố quyết định. NGUỒN GỐC VÀ CƠ SỞ VẬT LÍ CỦA CUNG DÀI Cung dài được phát triển một cách độc lập ở một vài quốc gia. Ở Liên hiệp Anh, nó được phát triển đầu tiên bởi người Welsh. Và không nghi ngờ gì nữa, họ đã thực hiện những cải tiến đáng kể trên cấu trúc của nó, không phải từ việc hiểu rõ bất cứ cơ sở khoa học nào phía sau nó, mà chủ yếu từ thử sai.8 Người Anh nhìn thấy tác dụng của cung dài Welsh từ rất sớm. Nó được sử dụng để chống lại họ, ban đầu chủ yếu trong các trận phục kích và đụng độ nhỏ, nhưng cuối cùng trong những trận chiến lớn hơn, ví dụ như trận chiến năm 1402 trong đó người Welsh đã sử dụng nó khá hiệu quả chống lại người Anh. Tất nhiên, đây được xem là một mối quan ngại cho người Anh, và nó cũng VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 52 khêu gợi sự hiếu kì của họ. Họ sớm sát nhập các cung thủ Welsh vào quân mình và học hỏi kĩ thuật của họ. Cung dài đầu tiên của Anh được làm từ một mẩu gỗ − thường là gỗ thủy tùng vì nó đặc biệt cứng và đàn hồi. Trở ngại chính là thủy tùng chẳng phải cây gỗ phổ biến và tương đối hiếm ở nước Anh. Do vậy, thỉnh thoảng chúng được làm bằng gỗ đu hoặc gỗ tần bì. Cán cung được chọn lựa cẩn thận và trải qua một quá trình chế tạo tương đối dài. Người ta bôi dầu và sáp vào cán cung để làm nó chống thấm nước và giúp bảo quản nó. Nó phải tương đối mảnh, và độ dài thì tùy lựa theo cung thủ. Cán cung dài nhất đo được khoảng sáu foot bốn inch, cán cung ngắn hơn thì đo chừng năm foot. Vì có một tương quan trực tiếp giữa độ dài cung và sức mạnh mà cung sinh ra, cung càng dài thì sức mạnh càng lớn. Tại chỗ dày nhất của nó, cán cung có bề dày khoảng hai inch. Lực cần thiết để kéo cung dài ngược đến độ dãn cực đại của nó biến thiên từ khoảng tám mươi đến một trăm hai mươi pound. Độ biến dạng là từ hai mươi chín đến ba mươi hai inch, và người ta sớm rút kinh nghiệm được rằng cung hoạt động tốt nhất khi dây cung được kéo ngược cho đến mắt cung thủ. Các mũi tên được làm bằng nhiều loại gỗ đa dạng. Gỗ dương, gỗ dương lá rung, gỗ cơm cháy, gỗ cây liễu, và gỗ bu-lô đều được sử dụng, với độ dài trung bình của mũi tên là khoảng ba foot. Người ta nhanh chóng biết rằng gắn lông chim cặp bên mũi tên giúp mũi tên cân bằng trong khi bay, và lông chim gắn vào thường dài từ bảy đến chín inch, và được dán chặt với mũi tên. Dây cung thường được làm từ sợi gai dầu, nhưng về sau người ta dùng vải lanh và tơ lụa. Một trong những trở ngại chính đối với cung dài là việc huấn luyện để làm chủ nó. Do cần lực kéo mạnh để kéo nó ngược ra sau, nên cung thủ phải qua huấn luyện khổ nhọc mới sử dụng nó hiệu quả, nhất là trên chiến trường. Do vậy, thanh niên người Anh thường bắt đầu quá trình huấn luyện từ lúc khoảng bảy tuổi. Họ được huấn luyện rộng rãi, và các cuộc thi được tổ chức ở 53 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH khắp các thôn làng, với những cung thủ giỏi nhất được tuyển cho quân đội. Được làm cung thủ phục vụ quân đội là một đặc lợi, vì cung thủ thường được xem là thuộc tầng lớp quý tộc. Một cung thủ người Anh được huấn luyện trung bình có thể bắn ra ít nhất mười hai mũi tên mỗi phút và nhắm trúng mục tiêu ở cự li hai trăm yard. Thật vậy, nếu bạn bắn tên ở tốc độ chỉ mười mũi tên mỗi phút, thì bạn bị xem là cung thủ dở. Ta vừa mới nhìn vào cơ sở vật lí của cung tên ở phần trước, và phần nhiều cái ta đã nói cũng áp dụng được cho cung dài. Tuy nhiên, ta hãy xem xét nó một cách chi tiết hơn. Cơ sở vật lí có liên quan bao gồm cơ học của dây cung và chuyển động bay của mũi tên. Như ta đã thấy, khi cung thủ kéo ngược dây cung là anh ta thực hiện công được dự trữ dưới dạng thế năng. Khi sợi dây được buông ra, thì thế năng này biến đổi thành động năng của mũi tên. Thật ra, một phần thế năng biến đổi thành chuyển động sau cùng của dây cung (một dao động nhỏ), nhưng thường phần này là nhỏ. Cái quan trọng cần lưu ý là đối với một cái cung cho trước, dây bị kéo ngược ra sau càng nhiều, thì thế năng càng lớn. Đây là lí do cung dài có khả năng truyền nhiều động năng hơn cho mũi tên. Nó dài hơn và do đó có khả năng bị kéo ngược ra sau nhiều hơn.9 Tầm xa, hay quãng đường, mà mũi tên đi được, phụ thuộc vào những yếu tố sau đây: • Vận tốc ban đầu • Trọng lượng của mũi tên • Góc mà mũi tên được bắn ra • Sức cản của không khí • Tác dụng của gió Ta có thể xác định vận tốc ban đầu của mũi tên bằng cách cân bằng thế năng (F × d) của cái cung (với dây cung kéo ngược ra sau) và động năng của mũi tên (½ mv2, trong đó m là khối lượng của mũi tên). Góc ngắm cung có ảnh hưởng mạnh đối với đường đi, hay quỹ đạo, của nó và tầm xa nó đi được. VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 54 Không khó chứng minh, ta thu được tầm xa lớn nhất ứng với góc ngắm bốn mươi lăm độ, nếu bỏ qua sức cản không khí và sức gió. Nhưng như chúng ta sẽ thấy sau này, các biến này cũng quan trọng, và chúng thật sự làm hạn chế tầm bay xa. Đường đi của mũi tên là một parabol. Đây là đường cong nhìn thấy trong đèn pha xe hơi. Nhưng do bởi sức cản không khí, nó có thể là một parabol hơi méo. Sức cản không khí tác dụng một lực lên mũi tên làm nó chậm dần; đây là kết quả của sự truyền một phần động lượng của mũi tên cho không khí. Có hai loại lực cản tác dụng lên mũi tên: lực cản nhớt và lực cản áp suất. Lực cản nhớt xảy ra vì mũi tên kéo không khí liền kề với nó chuyển động cùng với nó. Thật vậy, nếu bạn có thể khảo sát chặt chẽ mũi tên đang bay, bạn sẽ thấy có một dải lớp không khí xung quanh nó, với lớp gần mũi tên nhất bị kéo theo mạnh nhất, lớp thứ hai bị kéo theo nhẹ hơn một chút, và cứ thế. Lực cản nhớt tỉ lệ với vận tốc của không khí chuyển động ra phía sau mũi tên.10 Lực cản áp suất xảy ra do lực cản nhớt tạo ra các dòng xoáy phía sau nó. Các dòng xoáy này tạo ra một mớ hỗn độn phía sau mũi tên theo cách giống như một con thuyền tạo ra lằn sóng khi nó chuyển động trên nước ở tốc độ cao. Và mũi tên bay càng nhanh, thì hỗn độn càng mạnh và lực cản áp suất càng lớn. Về mặt toán học, lực cản áp suất tỉ lệ với bình phương của vận tốc (v2). Nó tác dụng theo phương vuông góc, đẩy mũi tên sang bên và tạo ra các dao động tần số trong chuyển động bay của nó. Hơn nữa, khi mũi tên được buông, nó tạo ra một động năng vuông góc. Với cung thủ thuận tay phải, khi mũi tên được buông dây cung hơi dịch chuyển sang trái, làm cho mũi tên uốn cong sang phải. Rồi dây cung bật trở lại sang phải, làm mũi tên chuyển động sang trái. Toàn bộ quá trình này xảy ra trong khoảng thời gian ngắn mà mũi tên vẫn còn gắn với dây cung. Nhưng khi mũi tên rời khỏi cung, dao động nhỏ phải-trái này vẫn tiếp tục diễn ra trên hành trình bay. Nếu cung thủ thuận tay trái, thì dao động có chiều ngược lại. 55 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Lượng dao động phụ thuộc vào độ cứng của mũi tên. Nếu nó khá mềm thì nó sẽ dao động quá mức, thành ra sẽ làm giảm tốc độ của nó và do đó làm giảm sức đâm xuyên. Mặt khác, nếu nó quá cứng thì mũi tên sẽ không dao động, và điều này ảnh hưởng đến độ chính xác của nó. Vì vậy, mũi tên cần cứng vừa đủ. Tầm tác dụng của cung dài trong tay các cung thủ ngày xưa thường vào khoảng hai trăm yard, và ở cự li đó nó dễ dàng đâm xuyên qua áo giáp chuỗi xích mà đa số kị binh sử dụng. Cuối cùng, các tấm chắn thép được áp lên trên chuỗi xích để bảo vệ tốt hơn. Nhưng các mũi tên từ cung dài có thể đâm xuyên qua tấm chắn thép nếu tầm bắn dưới một trăm yard. Tầm xa cực đại của cung dài vào khoảng bốn trăm yard. Lúc bắt đầu trận chiến, các cung thủ thường bắn ra lượng lớn tên lên cao để toán kị binh tiên phong gặp phải hàng nghìn mũi tên từ trên trời rơi thẳng xuống. Sau đó, khi các kị binh tiên phong đến gần hơn, các cung thủ sẽ chọn bắn hạ từng mục tiêu một. VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 56 CHƯƠNG 5 THUỐC SÚNG VÀ ĐẠI BÁC Những khám phá làm thay đổi nghệ thuật chiến tranh và thay đổi thế giới Trong nhiều năm trời, Thành Cát Tư Hãn, vua xứ Mông Cổ, liên tục dòm ngó Trung Hoa. Vốn phát triển phồn hoa và thịnh vượng, Trung Hoa có nhiều thứ mà người Mông Cổ muốn có. Năm 1205, Thành Cát Tư Hãn quyết định tấn công. Quân Mông Cổ nổi tiếng hung tàn và khủng bố; họ chẳng bắt giữ tù binh nào và thường san bằng toàn bộ các làng mạc.1 Người Trung Hoa phải làm cái gì đó, và họ phải làm cho nhanh. Họ cần một thứ vũ khí để đối phó quân Mông Cổ, và thật vậy họ đã có một thứ có tiềm năng đáng kể: một chất bột trắng mà họ vẫn dùng làm pháo hoa. Thành Cát Tư Hãn tấn công lần nữa vào năm 1207, gây ra nỗi khiếp đảm lớn hơn. Lần tấn công này đã thúc giục người Trung Hoa phát triển cái gọi là “giáo lửa”. Nó là một ống tre dài vài foot được khoan xuyên qua các đốt, chừa đốt dưới cùng lại. Ống tre được quấn bọc để gia cố thêm và một lỗ châm lửa nhỏ được khoan gần đầu dưới. Bột thuốc súng trắng được đổ vào bên dưới, và mũi tên hoặc những đạn ném khác được đặt lên trên nó. Khi bột thuốc súng được mồi qua lỗ châm lửa, mũi tên rời nòng với tốc độ đáng kể, nhưng nó chỉ có tầm xa khoảng mười foot. Họ còn phát triển các vũ khí khác, ví dụ như máy phóng hỏa đơn giản, các tên lửa đa chủng loại, bom có thể ném bằng máy ném đá, và địa lôi. Mông Cổ công khai chiến tranh toàn diện vào năm 1211 và xua quân tàn phá khắp nơi, nhưng người Trung Hoa đã chiến đấu dũng cảm với mọi thứ mà họ có. Người Trung Hoa cầm cự được hai năm, cuối cùng thì quân Mông Cổ thắng, và họ sớm khai thác các vũ khí Trung Hoa mới để tiến đánh những nước khác. 57 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Trong vài thập niên tiếp sau đó, nghệ thuật chiến tranh đã thay đổi đáng kể. Một cuộc cách mạng đã bắt đầu, nhưng lần này chẳng ai lường nổi tầm quan trọng của thuốc súng trong chiến tranh sau này. Tuy nhiên, để kể lại toàn bộ câu chuyện, ta phải bắt đầu với việc khám phá các thành phần của thuốc súng, mà một trong những thành phần quan trọng nhất là saltpeter. Salpeter thật ra là kalium nitrate, và vào thời Mông Cổ xâm lược, nó tương đối hiếm ở Trung Hoa. Một trong những nơi đầu tiên người ta tìm thấy nó là trên vách các hang động, người ta cạo nó ra dưới dạng một chất bột kết tinh màu trắng. Nó thu hút sự chú ý bởi nó cháy lóe lên khi rắc lên trên lửa. Về sau, nó còn được tìm thấy trên sàn lót chuồng ngựa. Các nhà giả kim chứng minh được nó có xuất xứ từ nước đái ngựa. Thành Cát Tư Hãn Trở ngại lớn nhất với dạng ban đầu của saltpeter là thật ra nó là một hỗn hợp gồm kalium nitrate và calcium nitrate. Các kĩ thuật nâng dần độ tinh khiết của nó đã được các nhà giả kim phát triển theo năm tháng, và cuối cùng họ lại quan tâm dùng nó luyện thuốc trường sinh. Tuy nhiên, vào đầu thế kỉ thứ chín, họ bắt đầu pha trộn nó với các hóa chất khác. Một hỗn hợp sớm bắt đầu thu hút sự chú ý là hỗn hợp gồm saltpeter, lưu huỳnh, và carbon (ở dạng VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 58 than). Khi quấn trong giấy và châm lửa, nó gây ra một tiếng nổ lớn, và kết quả là nó sớm được sử dụng ở các lễ ăn mừng và để xua đuổi tà ma. Các nhà giả kim Trung Hoa chắc chắn đã bắt đầu với một hỗn hợp 1:1:1 của ba vật liệu này, nhưng cuối cùng họ tìm thấy một hỗn hợp 4:1:1 (với 4 ứng với saltpeter) cho sức nổ tốt hơn nhiều. Hóa ra saltpeter là chất oxy hóa trong hỗn hợp (vì thế nó không cần không khí để nổ), với lưu huỳnh và carbon đóng vai trò nhiên liệu. Tỉ số giữa ba thành phần thật sự là thiết yếu, và về sau người ta tìm thấy những tỉ số khác mang lại sức nổ còn lớn hơn nữa. Tuy nhiên, đối với thuốc súng, ba thành phần chủ yếu vẫn như cũ. Trong vòng một trăm năm sau khám phá thuốc súng, không có chỉ dấu nào cho biết người Trung Hoa đã sử dụng nó cho mục đích khác ngoài ăn mừng và làm “đồ chơi” cho trẻ nhỏ. Nhưng toàn bộ đã thay đổi khi quân Mông Cổ tấn công. Ban đầu, họ đánh chiếm một vài làng mạc ở phương bắc, nhưng cuối cùng họ không những xâm lược toàn bộ Trung Hoa, mà còn tiếp tục viễn chinh trên khắp châu Âu, cuối cùng chiếm giữ phần lớn châu Âu. Và họ không chỉ sử dụng các vũ khí Trung Hoa mới, mà họ còn phát triển các vũ khí khác và sử dụng chúng trong các trận chiến.2 Tin tức về các vũ khí mới lan đi nhanh chóng. Vào năm 1250, người Arab đã bắt đầu sử dụng thuốc súng trong những khẩu “đại bác” đơn giản mà họ gọi là madfaa. Nó gồm một cái chén gỗ hay một cái bình gỗ được nhét đầy thuốc súng, cùng với mũi tên hoặc các loại đạn ném khác như đá gắn ở phía trên. Khi châm ngòi, mũi tên hoặc viên đá sẽ bay về phía kẻ thù. Chẳng cần nói bạn cũng biết, madfaa rất không chuẩn xác.3 ROGER BACON Tin tức về những chất nổ mới lạ cuối cùng đã lan tới châu Âu vào giữa thế kỉ thứ 13, và một nhà triết học và thầy dòng Franciscan người Anh tên là Roger Bacon đã nghe nói về nó. Một nhà buôn hay một nhà truyền giáo nào đó đã mang đến cho ông một “viên pháo” được chế tạo ở Trung Hoa. Bacon đặc 59 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH biệt quan tâm đến khoa học; thật vậy, cuối cùng ông đã có những đóng góp đáng kể cho nhiều ngành khoa học và toán học, trong đó có quang học và thiên văn học. Hơn nữa, ông có một nền tảng kiến thức hóa học khá tốt. Ông xem xét viên pháo thật tỉ mỉ và xác định chất bột ở bên trong. Phân tích nó, ông tìm thấy nó được làm bằng saltpeter, lưu huỳnh, và than, và chẳng bao lâu thì ông nhận ra một hỗn hợp quan trọng có thể có ứng dụng ý nghĩa trong chiến tranh. Ông lo lắng nếu nó rơi vào tay kẻ xấu; tuy nhiên, vài năm sau ông có đề cập đến khám phá trên trong quyển sách của ông tựa đề Epistolae de Secretis Operibus Artis et Nature et de Nullitate Magiae, bất đắc dĩ ông phải công bố công thức chính xác cho nó. Người ta nói rằng cuối cùng ông quyết định công bố nó ở dạng mật mã, nhưng nhiều người tranh cãi về vấn đề này.4 Một trong những trở ngại với thuốc súng ở giai đoạn này là nó phụ thuộc thiết yếu vào saltpeter, và Bacon sớm phát hiện rằng saltpeter trong hỗn hợp là nguyên chất. Do đó, ông tiến hành nghiên cứu nó và tìm cách tinh lọc nó. Trong khi Bacon thực hiện các khám phá của ông, thì người Trung Hoa vẫn đang chế tạo vũ khí của họ. Trong vài ba năm họ đã phát triển một dạng đại bác thô sơ, nhưng ở giai đoạn này nó khó sử dụng và nguy hiểm khi châm lửa. Và, tất nhiên, đại bác thô sơ của họ hết sức không chính xác. Tuy nhiên, họ để ý thấy nếu các chất khí nổ được chứa trong một buồng chịu lửa và chống nổ, thì “sức nổ” thu được tăng lên đáng kể. Bằng chứng rằng người Trung Hoa đang làm thuốc súng xảy ra vào năm 1280 khi một kho thuốc súng lớn bén lửa. Vụ nổ sau đó có thể nghe thấy từ xa hàng dặm, và theo ghi chép thì hơn một trăm lính bảo vệ đã bị thiệt mạng trong vụ nổ. Hơn nữa, người ta còn tìm thấy các mảnh vỡ của kho lưu trữ ở xa nơi xảy ra vụ nổ hơn hai dặm. VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 60 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA ĐẠI BÁC Đại bác cổ thô sơ được chế tạo bởi người Trung Hoa, người Arab, và người Mông Cổ, nhưng đại bác đầu tiên như chúng ta biết được chế tạo ở Đức và Italy. Tên gọi đại bác (cannon), thật tình cờ, có xuất xứ từ dạng ống trụ của dụng cụ; tiếng Latin gọi nó là canna. Tiếng Latin canon sau này còn được dùng để gọi “súng”.5 Một khẩu đại bác cầm tay của người Trung Hoa xưa Đại bác đầu tiên của người Anh xuất hiện vào năm 1327, và có một số chỉ dấu cho biết người Đức Berthold Schwartz (đôi khi được gọi là “Black Bart”) đã trộn các thành phần của thuốc súng vào khoảng thời gian này và có thể đã chế tạo một đại bác đơn giản. Theo truyền thuyết, ông cho hỗn hợp của mình vào một cái chậu và đậy lên nó bằng một phiến đá lớn, và bằng cách nào đó châm lửa làm nó nổ tung, thổi bay phiến đá lớn xuyên thủng nóc phòng thí nghiệm của ông.6 Năm 1326, hình vẽ đầu tiên của đại bác xuất hiện trong một quyển sách của Walter de Milemete. Và vào năm 1341, một bài thơ mang tựa đề Vịnh Pháo Sắt của Xian Zhang ra đời. Ông tả rằng một quả cầu bắn ra từ đại bác có 61 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH thể “xuyên thủng tim hoặc bụng... và thậm chí có thể xuyên thủng vài người cùng lúc.”7 Tuy nhiên, đại bác vẫn tương đối hiếm ở châu Âu vào những năm 1340, và chúng mới bắn ra tên và đạn chùm. Trong một số trường hợp, mũi tên bốc cháy trong khi bay. Hơn nữa, ở những khẩu đại bác xưa nhất, thuốc súng là một chất bột mịn và vụ nổ thu được không ấn tượng cho lắm. Thật vậy, chỉ một phần thuốc súng thật sự phát nổ. Thuốc súng được cho vào một ống trụ bằng đồng thau hoặc bằng sắt, ống được bịt kín ở đầu dưới, và đạn được đặt lên trên nó. Ban đầu người ta dùng những viên đá lớn làm đạn, nhưng cuối cùng người ta thay chúng bằng những quả cầu sắt. Chúng có dạng cầu vì chuyển động nhào lộn của chúng trong khi bay. Thuốc súng được châm lửa qua một lỗ mồi. Hiểu theo nghĩa nào đó thì nó là một cái công tắc, nhưng thật ra nó gồm một dây thuốc súng hẹp. Khi hỗn hợp thuốc súng được mồi lửa, nó nhanh chóng biến đổi từ dạng rắn sang dạng hơi, làm tăng thể tích của nó lên khoảng bốn nghìn lần. Hơi này bị nén mạnh và tạo ra một lực hết sức lớn khi nó dãn nở, đẩy viên đạn chạy theo rãnh nòng. Cần rất nhiều kiến thức khoa học và công nghệ trong chế tạo đại bác. Luyện kim quan trọng trong khâu chế tạo nòng đại bác và thân bọc; hóa học quan trọng trong việc xác định hỗn hợp tốt nhất cho thuốc súng và đặt lượng bao nhiêu vào đại bác. Quá ít thuốc súng thì đạn không bay đủ xa; quá nhiều thuốc súng thì khẩu đại bác sẽ nổ, làm chết hết những ai ở gần nó. Thật vậy, trong những năm đầu sử dụng, nhiều người lính đã thiệt mạng do đại bác phát nổ. Quy trình bắn đại bác của đội pháo binh đại thể như sau: a) Cho lượng vừa đủ thuốc súng vào nòng, và nó phải được ép xuống. b) Nhét một miếng nùi xốp hay một cái nút lên trên. c) Đặt khẩu đại bác gần bệ phóng và tì lên bệ phóng. d) Nhét thuốc súng vào lỗ châm ngòi. VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 62 e) Mang lửa mồi lỗ châm ngòi. CUỘC CHIẾN TRĂM NĂM Đại bác được người Anh sử dụng lần đầu tiên trong Cuộc chiến Trăm năm, bắt đầu vào năm 1337 và kết thúc vào năm 1453. Đó là một cuộc chiến dai dẳng lúc thắng lúc thua giữa người Pháp và người Anh. Đa số mọi người nhớ vì chiến thắng quan trọng của người Pháp đối với người Anh khi người Pháp được lãnh đạo bởi Jeanne d'Arc, một cô gái nhà quê mười bảy tuổi, cô bị thiêu trên giàn hỏa khi mới mười chín tuổi. Đại bác ít khi được sử dụng trong những năm đầu cuộc chiến. Ở giai đoạn này, chúng vẫn còn kém so với các máy vây thành; chúng không thể chọc thủng tường thành, và chúng có nhiều trục trặc. Tuy nhiên, vào trận chiến cuối tại Castile ở Đức năm 1453, đại bác đã được cải tiến đáng kể, và chúng tỏ ra khá hiệu quả. Ba trăm khẩu đại bác đã được sử dụng trong trận chiến này. BASILICA VÀ TRẬN VÂY THÀNH CONSTANTINOPLE Đại bác cũng giữ một vai trò thiết yếu ở một trong những trận chiến quan trọng nhất của thời kì này – trận chiến dẫn tới sự sụp đổ của Constantinople vào năm 1453. Trong nhiều năm đã xảy ra căng thẳng giữa người Turk Ottoman và Đế quốc Byzantine. Sau đó, vào năm 1451, Sultan Mehmed II lên ngôi. Nhiều người cho rằng ông còn quá non trẻ, vì thế ông sớm chứng minh cho họ thấy là họ sai. Trong vòng hai năm ông đã có lực lượng quân hùng hậu và chuẩn bị tấn công thành trì Cơ đốc giáo tại Constantinople, một thành phố được bảo vệ bởi một bức tường khổng lồ dài mười lăm dặm được mệnh danh là không thể chọc thủng.8 Nhưng Mehmed hạ quyết tâm. Dưới sự chỉ huy của ông, một trong những khẩu đại bác lớn nhất cho đến khi ấy đã được chế tạo, gọi là Basilica. Nó được thiết kế và chế tạo bởi một kĩ sư người Hungary tên là Urban. Người 63 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH ta không biết gì nhiều về ông, nhưng có một điều chắc chắn là ông biết rất nhiều về đại bác. Ban đầu, Urban đến diện kiến Constantine XI xứ Constantinople, nhưng ông bị từ chối (các ghi chép cho biết vì ông ra giá quá cao), vì vậy ông chuyển sang Mehmed và người Ottoman, và họ chấp thuận mức giá của ông. Nòng đại bác Basilica Basilica có nòng dài hai mươi bảy foot, dài hơn bất kì khẩu đại bác nào khi ấy, và được biết nó có khả năng bắn một đạn đá sáu trăm cân đi xa hơn một dặm. Nó khá cồng kềnh, thật vậy, người ta mất ba giờ để nạp đạn cho nó sau mỗi lần bắn. Nhưng nó là một trong những khẩu đại bác đầu tiên có đủ hỏa lực để chọc thủng tường thành. Và nó chẳng phải khẩu đại bác duy nhất mà người Ottoman có. Khi quân lính của họ xếp thành hàng ngoài thành Constantinople, họ có sáu mươi tám khẩu đại bác ngắm vào tường thành. Đa số đều nhỏ hơn nhiều so với Basilica, nhưng do số lượng nhiều nên chúng có thể giáng đòn tổn thất nặng nề. Người Turk dùng đại bác bắn phá thành Constantinople trong năm mươi ngày. Và thật vậy, dưới sự bắn phá ác liệt, tường thành bắt đầu đổ nát khắp nơi. Đại bác phát huy tác dụng, nhưng binh lính trong thành liên tục sửa chữa tường thành với tốc độ nhanh như tốc độ chúng bị chọc thủng. Trong thành có bảy nghìn lính phòng thủ, còn bên ngoài Mehmed có một trăm nghìn đến một trăm năm mươi nghìn quân sẵn sàng tấn công một khi tường thành sụp đổ, vì thế lợi thế nghiêng hẳn về phía ông. Nhưng Mehmed và lính của ông vẫn phải phá thành. Sau năm mươi ngày bắn phá, Mehmed bắt đầu hết kiên nhẫn. Ông gửi một toán lính đánh thử xem có thể VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 64 chọc thủng chỗ yếu nhất của tường thành hay không. Tuy nhiên, quân Cơ đốc đánh lùi họ, và nhiều lính của ông thiệt mạng. Vẫn quyết tâm, Mehmed gửi một toán lính nữa mở đợt tấn công bài bản hơn nhiều. Họ thật sự đánh tràn vào trong thành, nhưng một lần nữa quân Cơ đốc chực chờ sẵn, và, sau một trận chiến ác liệt, quân sống sót của Mehmed buộc phải lui binh. Cuối cùng, vào khoảng nửa đêm ngày 29 tháng 5, Mehmed ra lệnh tổng tiến công. Trong các chủng binh lính của ông, ông đặc biệt thích lực lượng vệ binh đã qua huấn luyện khắt khe. Họ sử dụng mọi thứ có trong tay khi họ tấn công, nhưng dường như một lần nữa họ có thể bị đánh bại. Nhưng rồi may mắn đã xảy đến: ai đó để ý thấy một trong các cánh cổng người ta quên khóa. Một số lính lập tức lẻn vào và mở khóa các cổng khác. Lính của Mehmed nhanh chóng tràn vào thành. Mehmed còn có một vài tàu thuyền neo đậu ở hải cảng cùng với số binh lính nhiều hơn nữa. Khi họ nghe tin, họ cũng gia nhập đoàn tiến công, và trận chiến sớm kết thúc. Sau năm mươi ngày dài đăng đẳng, vất vả, Constantinople thất thủ. Mehmed tuyên bố thành phố theo đạo Hồi và đặt tên lại cho nó là Istanbul. Trong vài năm sau đó, ông đã cho xây dựng vô số đền đài, nhà thờ Hồi giáo, và điện thờ trong khắp thành phố. ĐẠI BÁC TRONG CÁC CUỘC CHIẾN ANH-SCOTLAND Người Anh sử dụng đại bác đầu tiên của họ vào năm 1327 để chống người Scots, và họ cũng sử dụng nó trong Cuộc chiến Trăm năm. Người Scots lần đầu tiên sử dụng đại bác vào năm 1341 để phòng thủ cho một lâu đài. Vua Jame II xứ Scotland đặc biệt yêu thích đại bác. Ông dùng chúng để tấn công Lâu đài Roxburgh vào năm 1460; nó là lâu đài Scots cuối cùng bị người Anh chiếm giữ, và ông quyết tâm giành lại cho bằng được. Lúc tấn công, ông sử dụng một khẩu đại bác tên húy là “Sư tử”. Tuy nhiên, lúc ông đang đứng bên cạnh thì khẩu đại bác phát nổ khiến ông thiệt 65 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH mạng. Tuy vậy, người Scots tiếp tục vây ráp, và trong vòng vài ba ngày họ đã đánh thắng người Anh và chiếm lại tòa lâu đài. Một trong những khẩu đại bác Scotland nổi tiếng nhất tên gọi là Mons Meg. Nó là món quà gửi đến nhà vua Jame II vào năm 1457, và ngày nay nó vẫn được trưng bày tại lâu đài Edinburgh. Nó có chiều dài hơn mười ba foot và đường kính trong hai mươi inch, và nó bắn ra đạn pháo cân nặng bốn trăm cân. Đã có thời nó là khẩu đại bác lớn nhất thế giới. NGƯỜI PHÁP Sau thất bại của họ trước người Anh năm 1415 tại Agincourt, người Pháp biết rằng họ phải tìm kiếm một vũ khí phòng thủ trước cung dài của người Anh. Không bao lâu sau khi lên ngôi, Charles VII quyết tâm làm một cái gì đó. Ông thề tống cổ người Anh ra khỏi Pháp, nhưng ông biết rằng cần có một cách tiếp cận mới. Vì thế, ông tuyển mộ những trí tuệ xuất sắc nhất nước – đặc biệt là các kĩ sư và nhà vật lí – và bố trí cho họ làm việc. Đại bác hiển nhiên có triển vọng đáng kể, nhưng nó có nhiều trục trặc. Lúc ấy, đại bác to lớn, nặng nề, và khó di chuyển, và có vẻ cách duy nhất để cải thiện hiệu năng của nó là chế tạo nó ngày càng to hơn. Tuy nhiên, ngay cả những khẩu to nhất vẫn không hiệu nghiệm lắm ở việc phá vỡ tường thành. Charles yêu cầu đội của ông nghiên cứu khắc phục vấn đề. Những khẩu đại bác tốt nhất lúc ấy làm bằng đồng thau, nhưng chúng đắt tiền. Đội bắt đầu thử nghiệm với sắt đúc và các biến loại khác của sắt. Họ cũng sớm xác định được rằng họ cần nòng súng dài hơn để điều khiển tốt hơn sự dãn nở của chất khí nổ. Họ cải tạo đạn pháo bằng cách làm chúng nhỏ hơn một chút so với lỗ nòng để chúng lắp khít hơn vào súng, nhưng vẫn còn đủ chỗ cho một phần chất khí thoát ra cho an toàn. Họ còn vạt nhọn nòng từ đế nòng tới miệng nòng. Vấn đề súng giật lùi đã diễn ra trong nhiều năm nhưng chẳng ai biết phải làm gì với nó. Ban đầu lính pháo binh cố gắng buộc đại bác của họ lại, VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 66 nhưng lực giật lùi luôn luôn làm đứt mọi xiềng xích mà họ sử dụng. Tất nhiên, ngày nay chúng ta biết lực giật lùi được giải thích bởi định luật Newton thứ ba, nhưng lính pháo ngày ấy làm gì biết các định luật Newton về chuyển động. Cuối cùng, họ tìm thấy giải pháp tốt nhất là bánh xe: cứ cho đại bác giật lùi và chạy lùi trên bánh xe, sau đó nhanh đẩy nó lên cho lần bắn tiếp theo. Bánh xe còn khắc phục một khó khăn khác: khả năng di chuyển. Đại bác nặng nề và không dễ gì di chuyển. Bánh xe giải quyết luôn vấn đề này. Và trong khi chúng đã có thể gây thiệt hại nhất định cho tường thành, nhưng chúng vẫn chưa đủ mức gây khiếp đảm. Chỉ có những siêu đại bác hết sức nặng nề mới có thể gây ra nhiều thiệt hại. Mặc dù không biết cơ sở vật lí tinh vi của động lượng và xung lượng, đội của Charles cuối cùng vẫn nhận ra rằng không phải chỉ khối lượng của đạn bắn mới là vấn đề. Tốc độ đạn khi nó đi tới tường thành cũng thiết yếu. Càng nhanh càng tốt. Vì thế, họ đã làm thử nghiệm với thuốc súng, cố làm cho nó hiệu quả hơn, và họ tìm thấy thuốc súng kết hạt thì tốt hơn. Cuối cùng, quỹ đạo của đạn bắn là một vấn đề. Ban đầu, người ta tin rằng đạn pháo bay lên trong không khí, và tại một điểm nhất định nó rơi thẳng xuống. Mặc dù họ hiểu thêm đôi chút về vấn đề này, nhưng vấn đề không được giải quyết trong nhiều năm. Đồng thời, họ biết rằng góc ngắm đạn bắn cũng có tầm quan trọng thiết yếu. Góc bắn xác định nơi đạn tiếp đất. Góc bắn khác nhau đồng nghĩa là tầm xa khác nhau, vì thế mà họ chế tạo trục quay. Nó sử dụng dây, nêm và các đai ốc đa dạng cho phép đại bác được ngắm ở những góc khác nhau. Cuối cùng, Charles VII đã sẵn sàng, và ông sớm đáp trả người Anh. CHARLES VIII VÀ CHIẾN THẮNG NAPLES Charles VIII hưởng lợi từ nhiều tiến bộ của thời Charles VII. Vào cuối thế kỉ mười lăm, ông đã thiết lập một quân đội hùng hậu và quyết định tấn công một số thành thị ở Italy. Năm 1494, công tước thành Milan và nhiều 67 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH người khác kiến nghị ông tấn công Naples. Vì thế, Charles dẫn quân gồm hai mươi lăm nghìn người tiến đến Naples, họ đi tới ngoại vi thành phố vào tháng Hai năm 1495. Tuy nhiên, giữa ông và Naples là pháo đài đồ sộ Monte San Giovanni. Ai cũng chắc rằng không thể nào tiến qua được. Pháo đài có tường cao, dày vài foot, và trong hàng trăm năm trước đó nó chưa một lần thất thủ trước vô số đợt tấn công.9 Charles cho lính đẩy các khẩu đại bác mới của ông đến cách tường thành ở cự li một trăm năm mươi yard và bắt đầu bắn các viên đạn sắt năm mươi pound về phía thành. Lính phòng thủ tin chắc rằng đạn quá nhỏ để gây thiệt hại gì nhiều. Nhưng Charles biết rõ hơn. Súng liên tục nả đạn vào thành trong tám giờ, và thật vậy, tường thành đổ. Trong vòng vài giờ trận chiến kết thúc, và Charles chẳng mất người lính nào. Rồi ông cho quân tiến vào Naples và lấy thành mà không cần đánh. Sau đó, Charles tự phong mình làm Vua Naples.10 Tin tức vây thành nhanh chóng lan khắp Italy. Người ta ở khắp miền nội địa bị sốc. Thủ lĩnh các thị thành Italy buộc phải hành động nhanh; họ cần vũ khí phòng thủ chống lại những vũ khí mới. Một ai đó sớm tìm thấy rằng nếu họ chất đầy bụi đất phía sau thành, thì việc nã đạn pháo sẽ kém hiệu nghiệm hơn nhiều và sẽ gây ít thiệt hại hơn. Yếu tố then chốt trong những năm tháng ấy là khoa học, đặc biệt là vật lí học và hóa học. Nhưng trên thực tế, ngoài chiến tranh, người ta ít quan tâm đến khoa học. Chiêm tinh học và giả kim thuật vẫn ăn sâu trong xã hội. Vua chúa có các nhà chiêm tinh và nhà giả kim thuật chuyên nghiệp trong vương phủ của họ, chứ không phải các nhà khoa học. Thần học vẫn thống trị. VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 68 CHƯƠNG 6 BA NGƯỜI ĐI TRƯỚC THỜI ĐẠI Da Vinci, Tartaglia, và Galileo Kỉ nguyên Tăm tối kéo dài cho đến khoảng năm 1500, nhưng vào cuối thế kỉ mười lăm, những tiến bộ quan trọng đã ra đời, không những trong công nghệ quân sự mà cả trong nhận thức tự nhiên. Một trong những người dẫn đầu thời kì này về giải quyết được nhiều bí ẩn cơ bản của tự nhiên là Leonardo da Vinci, ông sống từ năm 1452 đến 1519. Tuy nhiên, ông không có ảnh hưởng đáng kể đối với khoa học thuộc thế hệ của ông, phần lớn bởi vì chỉ có vài ba phát minh tài tình của ông thật sự được triển khai, và các ghi chép và hình họa của ông không được công bố lúc ông còn sống. Tuy vậy, ngày nay ông được xem là một trong những thiên tài lỗi lạc nhất từng tại thế, và chẳng ai nghi ngờ rằng nhiều ý tưởng của ông đã đi trước thời đại của ông nhiều năm hoặc thậm chí hàng thế kỉ. Ngày nay, đa số mọi người biết tới ông là một họa sĩ. Hầu như mọi người đều quen thuộc với hai bức họa danh tiếng của ông: Mona Lisa và Bữa tối Cuối cùng. Nhưng ông còn là một kĩ sư bậc thầy, một nhà phát minh, và một nhà khoa học với lòng hiếu kì vô hạn trước tự nhiên và trí tưởng tượng hết sức sáng tạo. Thật vậy, ông là một thiên tài thuộc tầm cỡ số một, và các nghiên cứu của ông bao quát một ngưỡng lĩnh vực rộng, bao gồm vật lí học, thiên văn học, toán học, quang học, thủy động lực học, hóa học, và giải phẫu học. Ông chào đời ở Italy tại thị trấn nhỏ Vinci, gần Florence – là con trai ngoài giá thú của một công chứng viên giàu có và một cô gái nhà quê. Trong 5 năm đầu đời, ông sống cùng với mẹ, rồi ông chuyển đến sống cùng bố, chú, và ông nội. Mặc dù bố ông không có ảnh hưởng nhiều đối với cuộc sống sáng tạo của ông, nhưng chú và ông nội thì có ảnh hưởng. Chú của ông đã truyền dẫn sự hiếu kì về tự nhiên và khoa học, còn ông nội thì lưu giữ các tạp chí trong đó 69 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH ông viết về đời mình và các sự kiện hàng ngày. Leonardo có thói quen này từ ông nội, ông ghi lại các suy nghĩ của ông, các phát minh, và vân vân trong các tạp chí ông lưu giữ hầu như mỗi ngày trong đời mình.1 Năm 1466, ở tuổi mười bốn, Leonardo học việc với họa sĩ lừng danh Verrocchio xứ Florence, một trong những họa sĩ giỏi nhất ở Italy. Leonardo học được rất nhiều trong những năm tháng ông ở cùng Verrocchio. Tuy nhiên, năm 1478, ở tuổi hai mươi sáu, ông rời xưởng vẽ của Verrocchio, và đồng thời rời nhà bố đẻ, và dọn đến ở nhà riêng của ông. Lúc bấy giờ ông đã định danh là “bậc thầy” trong giới hội họa, nhưng ông cảm thấy khó tiếp tục công việc với vai trò người họa sĩ. May mắn thay, ông đã phát triển một tài năng khác. Theo năm tháng, ông đã vẽ nhiều hình phác thảo những loại vũ khí mới trên các tạp chí của ông. Vì nhà nước đang cần kĩ sư quân sự, nên ông đến Milan xin việc với Công tước Ludovico Sforza, thành chủ Milan, nhưng Sforza, không thấy ấn tượng trước những hình vẽ vũ khí kì cục và đi trước thời đại của ông, nên đã từ chối. Tuy vậy, ông vẫn ở lại Milan và làm việc ở đó từ năm 1482 cho đến 1499. Trong khoảng thời gian này, ông tiếp tục các nghiên cứu khoa học và các dụng cụ kĩ thuật và ông nhanh chóng trở thành một nhà phát minh tài năng. Năm 1494, vua Charles VIII của Pháp tấn công Italy. Khi quân đội của ông tiến đến Milan vào năm 1499, Leonardo đã chạy tới Venice, và khi Venice bị tấn công thì ông sớm tìm được việc làm kĩ sư quân sự phụ trách phát minh các phương pháp mới và tốt hơn để phòng thủ thành phố. Năm 1502, ông được thuê bởi Cesare Borgia, một lần nữa làm kĩ sư quân sự. Borgia giao cho ông công việc lập bản đồ chi tiết của khu vực xung quanh thành trì của ông ta. Thời ấy bản đồ là thứ mới mẻ, và có rất ít bản đồ tồn tại, dù là thuộc loại gì. Leonard hăng hái lao vào làm việc, đo đạc các khoảng cách và vân vân một cách tỉ mỉ. Bản đồ của ông khiến Borgia ấn tượng đến mức ông ta lập tức phong Leonardo làm kĩ sư quân sự trưởng của mình. VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 70 Leonardo da Vinci Lúc này Leonardo đã có nhiều học trò, người học việc, và môn đồ, và vào năm 1506 ông trở lại Milan cùng với phần lớn họ. Về sau, ông chuyển đến Vatican ở Rome. LEONARDO VÀ VẬT LÍ HỌC Leonardo luôn ghi chép tỉ mỉ. Cách ông tiếp cận tự nhiên và khoa học chủ yếu là quan sát và nghiên cứu, nhưng trí tưởng tượng của ông luôn luôn phát huy. Ông bỏ ra hàng giờ nghiên cứu dòng nước chảy dưới những điều kiện khác nhau. Ông để ý nó chảy như thế nào xung quanh các rào chắn thuộc loại khác nhau, và nó biến đổi vận tốc như thế nào khi nó di chuyển. Ông đặc biệt quan tâm dòng chảy xoáy và động lực học mà nó hình thành. Và từ cái ông học được, ông đã phát triển nhiều dụng cụ sử dụng sức nước. Ông còn say mê với dòng không khí xung quanh các vật, và ông đã phát minh ra một phong kế để đo tốc độ của nó. Ý tưởng bay trên trời khiến ông say mê suốt cả đời, và ông đã bỏ ra hàng trăm giờ quan sát và nghiên cứu chim chóc khi chúng bay. Làm thế nào chúng làm chủ việc lơ lửng trong không khí? 71 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Làm thế nào mà chúng chao liệng một cách tuyệt diệu như thế? Ông quyết tâm tìm câu trả lời. Ông không làm nhiều thí nghiệm theo kiểu như Galileo và Newton đã làm, mà ông học được nhiều thứ bằng cách quan sát và nghiên cứu. Đồng thời, không giống như các học giả khác cùng thời kì, ông có học vấn chính thống không bao nhiêu, và ông chưa từng vào đại học. Về cơ bản, ông tự học. Tuy nhiên, về sau, ông theo học nhà toán học Luca Pacioli. Thuở đầu, nhiều theo đuổi khoa học của ông gắn liền với niềm đam mê nghệ thuật và hội họa. Ông nghiên cứu tính chất của ánh sáng chi tiết đến đáng nể. Đồng thời, đối với thú hội họa lẫn điêu khắc của mình, ông đều cần kiến thức chi tiết của cấu trúc cơ và giải phẫu học. Mặc dù ông chẳng làm thí nghiệm nào, nhưng ông vẫn lưu giữ các ghi chép chi tiết của những cái ông quan sát thấy và đã làm. Chúng được ghi chép trong mười ba nghìn trang bao gồm những mô tả và những hình vẽ trau chuốt. Đặc biệt, ông để lại số lượng lớn hình vẽ các phát minh quân sự của mình. Lo lắng bị xâm phạm và khả năng một số phát minh quân sự của ông rơi vào tay người xấu, ông sử dụng kĩ thuật ảnh qua gương để ghi chép trong các tạp chí của mình. Bạn chỉ có thể hiểu được nó khi nhìn qua gương. Trong nhiều trường hợp, ông còn cắt bớt thông tin thiết yếu hoặc thay đổi hình vẽ của ông một chút. Lúc còn sống ông ít công bố tác phẩm, nhưng phần lớn cái ông để lại trông như thể nó đã được chuẩn bị để công bố. Nói cách khác, nó ở dạng thích hợp cho công bố. Vậy Leonardo thật sự hiểu được bao nhiêu về vật lí học? Một kiến thức khoa học rõ ràng về phần lớn những nguyên lí cơ bản của vật lí học vẫn chưa được phát triển. Các nguyên lí đó sẽ được thiết lập về sau bởi Galileo, Newton, và những người khác, nhưng chẳng ai nghi ngờ Leonardo đã có một kiến thức trực giác về nhiều cái cơ bản. Ông chắc chắn hiểu được những cái như lực, khối lượng, và quán tính, và ông biết sự khác biệt giữa chuyển động có gia tốc VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 72 và chuyển động đều. Và nhiều dụng cụ của ông sử dụng bánh xe, tay quay, và đĩa tròn, vì thế ông phải hiểu tốc độ góc và chuyển động. Đặc biệt, ông khai thác rộng rãi các máy cơ đơn giản sử dụng đòn bẩy, bánh xe và trục, bánh răng có vấu, đai ốc đa chủng loại, ròng rọc, và mặt phẳng nghiêng. Máy cơ được định nghĩa trong vật lí học là một dụng cụ thực hiện công dễ dàng hơn. Về cơ bản, máy cơ di dời lực từ điểm nó tác dụng đến một điểm khác nơi nó được sử dụng. Một trong những máy cơ đơn giản nhất là đòn bẩy (một thanh đòn và một điểm tựa). Trên hình vẽ dễ thấy rằng ta có thể nâng một vật nặng lên tương đối dễ dàng bằng cách tác dụng một lực nhỏ hơn ở cự li xa hơn tại đầu kia của thanh đòn. CÁC PHÁT MINH QUÂN SỰ CỦA LEONARDO Các thị thành thường gây chiến với nhau, và điều quan trọng là họ luôn muốn chiếm ưu thế khi có thể, cho nên nhu cầu về kĩ sư và nhà phát minh quân sự là rất lớn. Hơn nữa, luôn luôn có nguy cơ xâm lăng từ các nước khác. Vì Leonardo thường xuyên làm việc với vai trò kĩ sư quân sự, cho nên phần lớn phát minh của ông là máy móc chiến tranh. Ta hãy xem xét cụ thể từng phát minh của ông.2 Xe bọc sắt Leonardo đề xuất một thiết kế cho xe bọc sắt trong khi ông đang làm việc cho Ludovico Sforza. Đó là một lớp vỏ bọc kiểu mai rùa hoạt động bởi một hệ thống bánh răng và được đẩy bởi một trục làm quay các bánh xe. Nó dựa trên sức mạnh cơ bắp của sáu người đàn ông. Các khẩu súng bắn ra từ mạn bên theo mọi hướng, cho nên người ta có thể lái nó ra chiến trường, ở đó nó có tác dụng hủy diệt đối với kẻ thù. Nó được thiết kế chống đạn để những người ở bên trong không bị cháy. Tuy nhiên, bản vẽ của Leonardo có một chỗ hở, nhưng có người nghi ngờ ông thêm chỗ hở đó là có mục đích. 73 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Súng máy Súng máy của Leonardo không giống với súng máy hiện đại của chúng ta, súng ngày nay bắn đạn ở tốc độ cao qua một nòng súng. Trong mô hình của Leonaro có mười một nòng súng gắn vào ba bảng gỗ theo cấu hình tam giác. Toàn bộ khẩu súng có thể quay để lớp thứ nhất bắn ra rồi chuyển sang bên nguội đi. Kế tiếp lớp thứ hai bắn ra và chuyển sang nguội đi trong khi lớp thứ nhất đã được nạp đạn lại, và cứ thế. Súng máy của Leonardo (một vài khẩu súng gắn bên cạnh nhau). Máy bay Tầm nhìn của Leonardo về một chiếc máy biết bay cuối cùng được sử dụng trong chiến tranh, nhưng vào lúc ông hình dung ra nó, ông không nghĩ nó là một vũ khí chiến tranh. Như đã lưu ý ở phần trước, trong phần lớn cuộc đời mình Leonardo bị mê hoặc bởi khả năng bay có người điều khiển, và ông VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 74 đã dành rất nhiều thời gian nghiên cứu chim chóc bay lượn. Từ đó, cuối cùng ông đã phát minh ra một dụng cụ mà ông hi vọng sẽ cho phép con người sải cánh trên không trung giống như chim. Nét nổi bật chính của nó là hai cánh được điều khiển bởi một trục quay. Có một số bằng chứng cho thấy ông đã thật sự kiểm tra một mô hình máy bay. Dù Leonardo không chỉ quan tâm đến chuyển động bay trên không trung; ông còn quan tâm đến sự lơ lửng trong không khí cho đến lúc tiếp đất an toàn sau khi nhảy ra từ một độ cao lớn. Mặc dù chắc chắn ông không hiểu trọng trường như chúng ta hiểu ngày nay, nhưng ông có một nhận thức về nó, và ông đã có một hiểu biết căn bản về khí động lực học. Ngày nay chúng ta biết rằng khi bạn nhảy ra từ một độ cao lớn, có hai lực tác dụng lên bạn: trọng lực hút xuống ở tốc độ 9,8 m/s2, và còn có một lực hướng lên do không khí cản chuyển động rơi của bạn. Như vậy, vận tốc của bạn không tăng lên vô hạn, như bạn có thể nghĩ. Lực hướng lên do không khí tác dụng làm bạn chậm dần cho đến cuối cùng bạn đạt tới cái gọi là “vận tốc tới hạn” của bạn. Nó phụ thuộc vào trọng lượng của bạn, hình dáng của bạn, và áp suất không khí. Đối với người nhảy dù (người nhảy lúc dù chưa bung ra), vận tốc tới hạn xấp xỉ 120 dặm trên giờ. Nếu bạn tiếp đất ở tốc độ này thì sẽ chẳng còn lại gì nhiều của bạn nữa đâu. Thứ bạn muốn là cái gì đó làm bạn chậm lại trước khi bạn tiếp đất để bạn còn sống sót, và, tất nhiên, đây là nơi cái dù xuất hiện. Leonardo đã vẽ một bộ khung hình kim tự tháp bọc vải trông khá giống với dù nhảy hiện đại của chúng ta, và theo các thử nghiệm thì có khả năng nó đã hoạt động suôn sẻ. Từ dù nhảy của mình, ông còn thiết kế một tàu lượn cũng có khả năng hoạt động được. Một lần nữa, những tàu lượn đầu tiên mãi một trăm năm sau mới xuất hiện. 75 VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH Trực thăng Gắn chặt với những phát minh ở trên là một trực thăng đơn giản. Leonardo lấy ý tưởng từ một món đồ chơi Trung Quốc mà ông có được. Dụng cụ ông hình dung là một chong chóng xoáy tít khổng lồ có hình đai ốc. Ông biết đủ về khí động lực học để biết rằng khi cánh quạt quay, nó có thể tạo ra một lực hướng lên, và vì lực này hình thành bên dưới cánh quạt, nên nó có thể nâng con tàu lên không trung do áp suất mà nó tạo ra. Trong mô hình của ông, cần một vài người đàn ông trên tay quay để làm quay cánh quạt. Thật đáng tiếc, ông không biết về định luật Newton thứ ba (với mỗi tác dụng có một phản tác dụng bằng về độ lớn và ngược chiều), nên ý tưởng của ông sẽ không hoạt động được. Tuy vậy, nó là một ý tưởng tài tình vào thời ấy. Đồ lặn Một trong những nguy cơ lớn nhất đối với các cảng biển hay thị thành ven sông lớn là sự xâm lăng đến từ nước. Bạn có thể chiến đấu với tàu thuyền bằng cách dùng đại pháo bắn phá chúng từ trên bờ biển, nhưng cách này thường không hiệu nghiệm lắm. Leonardo đi tới một ý tưởng khác để phá hủy chúng. Ông phác thảo những bộ đồ lặn để người ta có thể dùng dưới nước. Theo ý tưởng của ông, họ sẽ khoan các lỗ thủng dưới đáy thuyền và đánh chìm chúng. Thợ lặn sẽ mang những ống thở nối với một cái chuông chứa không khí để họ thở được. Ông còn thiết kế một mặt nạ có kính mắt sẽ cho phép thợ lặn nhìn thấy dưới nước. Tất nhiên, đây chính là ý tưởng được sử dụng phổ biến ngày nay. Đại nỏ chữ thập Mặc dù nỏ chữ thập đã được sử dụng trong nhiều năm, và súng hỏa mai và đại bác đang bắt đầu thay thế chúng, nhưng nỏ chữ thập vẫn là một vũ khí đe dọa đem lại sự uy hiếp đáng kể. Đại nỏ chữ thập của Leonardo có vẻ được thiết kế để hù dọa, đe nẹt, và khủng bố tinh thần kẻ thù. Nó có bề ngang hai mươi bảy yard và được mang trên sáu bánh xe. Nó được thiết kế để bắn ra VẬT LÍ HỌC VÀ CHIẾN TRANH 76