Tính chính xác của đồng hồ là gì, và liệu có ai thực sự quan tâm tới nó?

Tính chính xác: Những gì nó hướng tới chính là lý do để đồng hồ tồn tại. Bỏ đi tất cả những thứ gì định hình nên đồng hồ - biểu hiện của cá tính và phong cách; tính sưu tập; đồ trang sức; những gì tinh tế nhất trong cơ khí – và thứ bạn có là một cỗ máy được làm ra để giữ cho thời gian luôn chính xác.

Vậy thực sự thì tính chính xác là gì, tuy rằng, nó sẽ không đơn giản như những gì bạn nghĩ, và với những đồng hồ nguyên tử có mặt gần như khắp mọi nơi, vẫn sẽ có nhiều điều hay ho – nếu như kỹ thuật cơ khí đồng hồ là thứ mà bạn quan tâm – để nhìn vào tính năng thiết yếu nhất, nhưng ngạc nhiên thay lại ít được bàn tới, của đồng hồ.

Tính chính xác với hầu hết mọi người chỉ mang một ý nghĩa duy nhất: một chiếc đồng hồ có giữ được thời gian chính xác với bất cứ thứ gì ta đang dùng làm tiêu chuẩn thời gian hay không. Nhìn chung, hiện nay, đó là thời gian trên điện thoại; cũng có thể là trên một đồng hồ thông minh. Nếu giờ trên đồng hồ luôn khớp với tiêu chuẩn thời gian (thời gian trên điện thoại của bạn được lấy từ Internet qua một đồng hồ nguyên tử) thì ta sẽ nói rằng đồng hồ đó là chính xác.

Đương nhiên, không có một đồng hồ cơ học nào hoàn hảo, và ta thường quyết định liệu đồng hồ của mình có đủ chính xác cho nhu cầu của chúng ta theo một cách không khoa học: bằng việc nhìn xem ta không hài lòng thế nào với độ thiếu chính xác của nó.

Chiếc đồng hồ được sử dụng với mục đính minh họa ở đây là một đồng hồ bỏ túi của Lange & Söhne, nó được chọn bởi cách mà nó được tạo ra minh họa cho một điểm mấu chốt: mục đích của làm ra đồng hồ chính xác, ngạc nhiên thay, lại không phải là thành tựu của tính chính xác. Đương nhiên, chính xác luôn quan trọng, nhưng nó là kết quả của một thứ căn bản hơn nhiều: tính ổn định của tần suất. Nói một cách đơn giản, là một đồng hồ luôn đánh lượng nhịp không đổi trong một khoảng thời gian nhất định. Một đồng hồ với tần suất ổn định là một đồng hồ chính xác.

Sự khác nhau giữa tính chính xác và độ ổn định tần suất có thể được minh họa bằng việc nghĩ về một đồng hồ kém ổn định: một ngày bạn lệch 6 giây, ngày sau -10, ngày sau nữa -2, ngày thứ tư 7, ngày sau -1. Và sau năm ngày, bạn chỉ lệch với thời gian tiêu chuẩn một giây, và bạn nghĩ rằng đồng hồ của mình chính xác. Tuy nhiên, thực tế bạn đang có một thứ không chính xác cho lắm, và về cơ bản là bạn gặp may mắn,

Mọi máy thời gian đều dựa trên một bộ tạo dao động – nó có thể là quả lắc, một bánh lắc và lò xo, hay có thể là một tinh thể thạch anh được điều khiển bởi dòng điện li ti – bộ dao động càng ổn định, thì máy thời gian sẽ càng chính xác. Một ví dụ kinh điển chính là đồng hồ hàng hải.

Đồng hồ hàng hải sẽ được lấy giờ cực cẩn thận trước khi đem lên tàu, và người ta luôn kỳ vọng vào tính ổn định chứ không phải tính chính xác của nó. Nếu như đồng hồ hàng hải luôn chạy nhanh năm giây mỗi ngày, không thay đổi, bạn sẽ dễ dàng tính toán được thời gian tại Greenwich để có thể định vị được một điểm dựa trên quan sát thiên văn.

Hình trên chính là trái tim của một đồng hồ bỏ túi cao cấp của Lange. Thực sự, nó là một đồng hồ rất chính xác, nhưng hầu hết những gì bạn thấy, nói một cách chuẩn xác, là để đảm bảo độ ổn định của tần suất. Lý do cần có chân kính ruby là bởi trục của bánh lắc làm bằng thép, khi thép và ruby là những ổ trục gần như không ma sát; điều này giữ cho tần số không bị thay đổi khi năng lượng của dây cót thay đổi (ma sát lớn hơn sẽ khiến biên độ của bánh lắc nhạy cảm hơn với sự thay đổi trong năng lượng).

Lò xo bánh lắc sẽ khiến cho bánh lắc ít nhạy cảm hơn với những thay đổi trong năng lượng; dây tóc cân bằng sẽ khiến cho biên độ của bánh lắc – hay xa hơn, tần số - biến động ít hơn với những thay đổi trong vị trí.

Bản thân bánh lắc, bạn có thể thấy, là một chiếc bánh kẹp hình tròn của thép và đồng thau; đường kính của chúng sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi, để bù đắp lại hiệu ứng nhiệt trên lò xo bánh lắc, nhằm tăng tính ổn định của tần số. Thành phần duy nhất ảnh hưởng nhất tới tính chính xác, chứ không phải độ ổn định, chính là bộ điều chỉnh cổ ngỗng – nó được dùng để thay đổi vị trí của kim chỉnh, ở giữa nơi mà cuộn dây phía ngoài của lò xo bánh lắc chạy qua.

Ví trí của đầu kim sẽ quyết định độ dài hiệu quả của lò xo bánh lắc; để đồng hồ giữ được thời gian chuẩn xác so với một bộ tham khảo (đồng hồ nguyên tử) bạn sẽ cần phải chỉnh lại kim đồng hồ, và đó rõ ràng là bước cuối cùng để giữ cho đồng hồ luôn chuẩn xác.

Một vấn đề nữa của bánh lắc: kích cỡ và khối lượng của nó. Độ ổn định tần suất của một bộ dao động hoạt động dựa trên hai thứ: khối lượng, và tần số. Tăng một trong hai thứ đó, hay cả hai, về cơ bản, bạn sẽ có một tần suất ổn định hơn. Hình trên là phần bánh thoát của một đồng hồ quả lắc; với đồng hồ quả lắc thì cách tiếp cận chung là dùng một bộ dao động cực lớn văng qua lại với một chu kì thấp.

Trong lịch sử hàng thế kỉ của công nghệ làm đồng hồ, bạn luôn phải sử dụng bánh lắc lớn nhất có thể cho một bộ máy, nhưng từ thế kỷ 20 tới nay, dần dần đã chuyển sang sử dụng những bánh lắc có tần số cao hơn (28.800 vph đã dần trở thành tiêu chuẩn, đi lên từ 18.000 vph phổ biến trên hầu hết đồng hồ bỏ túi thế kỷ 19). Những việc như vậy đều để đẩy mọi thứ đi xa hơn nữa.

Hình trên là máy của một đồng hồ của Senfine, với bánh thoát Genequand. Bộ dao động có thiết kế và vật liệu rất đặc biệt và nó rung ở tần số 115.200 vph (16 hertz, khiến cho nó có có thể dự trữ năng lượng tới 70 ngày trên lý thuyết).

Khi tần số tăng lên, đương nhiên, khối lượng phải giảm đi. Đồng hồ Quartz vẫn có những bộ dao động cơ học (ta thường quên đi điều này) nhưng khối lượng thường rất nhỏ và tần số tương ứng sẽ cao hơn; tần số thông thường cho một đồng hồ quartz là 32,768 hertz, và tần số cao đó chính là lý do quartz đã đánh bại đồng hồ cơ về tính chính xác trước khi cuộc đua còn chưa bắt đầu.

Đồng hồ nguyên tử sử dụng tần số cộng hưởng của, thông thường là, một nguyên tử caesium, tức là 9.192.631.770 hert (là tần số của bức xạ phát ra khi nguyên tử chuyển đổi giữa hai trạng thái năng lượng).

Vậy còn có ai quan tâm đến tính chính xác? Đương nhiên là ta luôn quan tâm. Nhưng khi nói về tính chính xác, cách mà bạn hiểu về nó cũng thú vị chẳng khác gì việc bạn có được nó. Apple Watch, lấy ví dụ, sử dụng một bộ giao động quartz bù nhiệt (TCXO), vốn được sử dụng trên những máy quartz cao cấp như SuperQuartz của Breitling hay seri Seiko 9f của Grand Seiko, để cập nhật đồng hồ nội bộ của nó. Nhưng, chẳng có bàn tay con người nào phía sau tính chính xác đó, ít nhất là trực tiếp – chiếc đồng hồ đó lấy thời gian từ điện thoại, vốn lấy thời gian từ một giao thức Internet, từ một hệ thống các máy chủ, vốn lấy thời gian từ vệ tinh GPS với những đồng hồ nguyên tử.

Lange đã cho thấy từ lịch sử, với việc thực sự dùng đồng hồ và cẩn thận trong chỉnh sửa và cân chỉnh, thời gian của đồng hồ sẽ có thể được giữ ở mức thay đổi trên dưới một giây mỗi ngày, trên hết là mọi thứ đều đến từ đôi mắt và bàn tay của những nghệ nhân làm đồng hồ.

Đồng hồ cơ chính xác hiện nay không yêu cầu những kỹ năng y như xưa (giờ chẳng còn ai ngoài kia cân chỉnh bánh lắc bù nhiệt bằng tay mỗi ngày nữa) nhưng rất nhiều kỹ thuật cần thiết để tạo ra Lange trong lịch sử vẫn luôn tồn tại cùng chúng ta – một khía cạnh khác của đồng hồ cơ khí khiến cho chúng vẫn và sẽ luôn là những niềm đam mê.

Tổng hợp.