Tại sao 1 ngày có 24 giờ, mỗi giờ chỉ có 60 phút? Lý giải của các nhà khoa học sẽ khiến bạn ngỡ ngàng lắm đấy

Trong thế giới ngày nay, hệ thống chữ số được sử dụng rộng rãi nhất là số thập phân mà có lẽ có được bắt nguồn từ việc giúp con người dễ tính toán bằng các đầu ngón tay. Tuy nhiên, ở nền văn minh đầu tiên đã dùng hệ thập nhị phân và lục thập phân để chia ngày thành các phần nhỏ hơn.

Nhờ các bằng chứng ghi chép được về việc sử dụng đồng hồ mặt trời của người Ai Cập mà nhiều nhà sử học tin rằng đây chính là nền văn minh đầu tiên chia ngày thành các phần nhỏ. Đồng hồ mặt trời được phát minh ra ban đầu chỉ là những cái cọc được cắm xuống đất, hướng và bóng của nó sẽ cho họ biết đang là khoảng thời gian nào trong ngày. Ngay từ năm 1500 trước công nguyên, người Ai Cập đã phát triển đồng hồ mặt trời thành một vật dụng tiên tiến hơn. Họ dùng một thanh hình chữ T cắm vào lòng đất, dụng cụ này đã được điều chỉnh để chia khoảng thời gian từ lúc mặt trời mọc đến khi mặt trời lặn thành 12 phần. Điều này cho thấy người Ai Cập đã sử dụng hệ số thập nhị phân từ sớm. Họ cho rằng số 12 có thể tương hợp với số tuần trăng trong một năm hoặc số đốt trên các ngón tay ở mỗi bàn tay (trừ ngón cái). Các đốt ngón tay có thể giúp ta đếm đến 12 thuận tiện chứ không chỉ dừng lại ở số 10 nếu đếm các ngón tay.

Đồng hồ mặt trời thế hệ tiếp theo nhiều khả năng đã hình thành khái niệm đầu tiên mà chúng ta vẫn thường gọi là "giờ". Mặc dù số giờ trong một ngày gần bằng nhau nhưng độ dài của chúng thay đổi trong năm và dễ nhận ra mùa hè bao giờ cũng sẽ dài hơn nhiều so với mùa đông.

Không có ánh sáng nhân tạo mà người xưa thường coi ban ngày và buổi tối thuộc hai phạm trù đối lập chứ không phải là hai nửa của một ngày. Không có sự trợ giúp của đồng hồ mặt trời nên việc phân chia khoảng thời gian từ lúc hoàng hôn đến sáng hôm sau trở nên phức tạp hơn rất nhiều.Tuy nhiên, từ khi đồng hồ mặt trời được đưa vào sử dụng, các nhà thiên văn học từ Ai Cập cũng lần đầu quan sát thấy một bộ 36 ngôi sao chia bầu trời thành các phần bằng nhau. Màn đêm trôi qua được xác định bằng sự xuất hiện của 18 ngôi sao trong bộ này, ba trong số đó trở thành dấu mốc ở hai khoảng thời gian giữa lúc rạng đông và mặt trời mọc hay giữa lúc hoàng hôn đến khi mặt trời lặn mà người ta vẫn hay nói là chạng vạng. Khoảng thời gian tối hoàn toàn được đánh dấu bằng 12 ngôi sao còn lại, tức là ban đêm sẽ được chia thành 12 phần.

Đồng hồ nước được xem là có độ chính xác nhất thời cổ đại

Từ khoảng năm 1550 đến 1070 trước Công nguyên, hệ thống đo lường này đã được đơn giản hóa bằng việc sử dụng bộ 24 ngôi sao. 12 trong số đó đánh dấu độ dài của ban đêm. Đồng hồ nước cũng được sử dụng để ghi lại khoảng thời gian này và có lẽ những vật dụng này là thiết bị đo thời gian chính xác nhất trong thời kỳ cổ đại. Một vật như thế đã được tìm thấy tại Đền Ammon ở Karnak, được xác định niên đại từ năm 1400 trước Công nguyên.

Khi hai buổi sáng và tối được chia thành 12 phần, khái niệm về một ngày có 24 giờ đã được đưa ra. Tuy nhiên, khái niệm về một giờ kéo dài nhất định trong bao lâu thì không xuất hiện ở thời Hy Lạp, khi đó các nhà thiên văn học Hy Lạp mới bắt đầu sử dụng một hệ mới cho các tính toán trên lý thuyết của họ.

Một biểu đồ sao của các nhà thiên văn học để xác định thời gian

Hipparchus, một nhà thiên văn học đã nghiên cứu trong khoảng thời gian dài từ năm 147 đến năm 127 trước công nguyên để đưa ra đề xuất chia một ngày thành 24 giờ bằng nhau, dựa trên 12 giờ của ngày và 12 giờ của đêm quan sát được vào các ngày xuân phân và thu phân. Bỏ qua ý kiến này mà con người vẫn tiếp tục sử dụng cách tính giờ theo mùa qua nhiều thế kỷ (Chỉ đến khi đồng hồ cơ học xuất hiện ở châu Âu vào thế kỷ 14, người ta mới dần làm quen với cách tính trên).

Hipparchus và các nhà thiên văn học Hy Lạp khác đã sử dụng các kỹ thuật thiên văn học trước đây được phát triển bởi người Babylon ở Mesopotamia để tiếp tục mở rộng các nghiên cứu về thời gian. Người Babylon đã thực hiện các tính toán thiên văn trong hệ thống sexagesimal tức là lục thập phân mà họ được thừa hưởng từ người Sumer, cộng đồng được cho là đã phát triển nó vào khoảng năm 2000 trước Công nguyên. Có thể thấy 60 có thể chia hết cho 6 số tự nhiên đầu tiên và còn chia hết cho cả 5, 10, 12, 15, 20, 30.

Tuy không còn được sử dụng rộng rãi trong tính toán, nhưng hệ số này vẫn được sử dụng để đo góc, tọa độ địa lý và thời gian. Trên thực tế, cả mặt tròn của đồng hồ và hình cầu của một quả địa cầu đều có sự phân chia nhờ vào hệ tính toán trên.

Một chiếc đồng hồ cơ học lâu đời

Nhà thiên văn học người Hy Lạp Eratosthenes (sống vào khoảng năm 276 đến 194 trước Công nguyên) đã phân chia một vòng tròn thành 60 phần để tạo ra một hệ thống địa lý vĩ độ sơ khai, với các đường vĩ tuyến chạy ngang qua các địa điểm nổi tiếng trên trái đất. Một thế kỷ sau, Hipparchus đã hoàn thiện các đường vĩ độ, khiến chúng song song và tuân theo tính chất địa ký của trái đất. Ông cũng đã nghĩ ra một hệ thống các đường kinh độ bao gồm 360 độ chạy từ bắc xuống nam, từ cực này sang cực khác.

Trong chuyên luận của Almagest (khoảng năm 150 sau Công nguyên) của Claudius Ptolemy, ông đã giải thích và củng cố công trình của Hipparchus bằng cách chia 360 độ vĩ độ và kinh độ thành các phân đoạn nhỏ hơn. Mỗi độ được chia thành 60 phần, mỗi phần lại được chia thành 60 phần nhỏ hơn. Phần đầu tiên, partes minutae primae, hay “first minute”, về sau được viết tối giản thành “minute”, tức là “phút”. Ta có 60 phút trong một giờ. Phần thứ hai có tên “partes minutae secundae”, hay “second minute”, được viết gọn thành “second”, hay là “giây” mà ta đang biết. Ta có 60 giây trong một phút.

Claudius Ptolemy, tác giả của chuyên luận Almagest

Tuy nhiên, khái niệm về phút và giây vẫn chưa được đưa vào sử dụng để xác định thời gian cho đến khi chuyên luận Almagest đã khép lại hàng trăm năm. Thời ấy, người ta chỉ chia đồng hồ thành hai nửa, hoặc 3/4 phần hoặc 12 phần nhưng chẳng ai chia chúng đến 60 phần. Trên thực tế, người ta cũng chẳng quan niệm rằng 60 phút là bằng một giờ. Cho đến khi chiếc đồng hồ cơ đầu tiên xuất hiện phút vào thế kỷ thứ 16 thì điều này mới dần được chú ý.

Nhờ những nghiên cứu, đóng góp của người xưa từ thời cổ đại nên xã hội hiện đại mới hình thành những quan niệm như một ngày có 24 giờ, một giờ có 60 phút và một phút lại có 60 giây. Tuy nhiên những tiến bộ khoa học của thời nay đã giúp việc xác định đơn vị thời gian được chính xác hơn. Đã có lúc việc chia giây thành các phần nhỏ dựa vào các sự kiện thiên văn được bàn đến. Năm 1967, các khái niệm tính giây đã được tính toán lại. Theo đó, giây được xác định lại là bằng 9.192.631.770 lần chu kỳ chuyển hóa năng lượng của nguyên tử cesium. Sự tái cấu trúc này mở ra kỷ nguyên của đo lường thời gian nguyên tử (atomic timekeeping) và Giờ phối hợp quốc tế - Coordinated Universal Time (UTC). Như vậy, không phải tất cả các phút đều chứa 60 giây, mà khoảng 8 phút sẽ có 61 giây ở mỗi thập kỷ đi qua.

Theo Scientific American