Từ năm 700 trước Công nguyên, một hình thức cơ bản của đường sắt đã được phát minh và sử dụng trong suốt thời Hy Lạp và La Mã cổ đại. Đây thực ra là một tuyến đường lát đá vôi, được xây dựng tại Corinth, dải đất hẹp nối liền bán đảo Peloponnese với đất liền, giữa hai "thủ phủ" Athens và Sparta. 

Có tên gọi Diolkos, tuyến đường này đóng vai trò vô cùng quan trọng vì nó cho phép tàu buôn, tàu vận chuyển thời xưa tránh được hành trình dài và nguy hiểm vòng quanh bán đảo Peloponnese.

Diolkos kết hợp 2 nguyên tắc cơ bản của đường sắt và vận tải đường bộ bằng tàu thủy. Nó được lát bằng đá vôi, rộng 3-6 mét, với các rãnh song song cách nhau khoảng 1,6 mét.

Các tài liệu cổ cho rằng, việc vận chuyển trên Diolkos được thực hiện bằng một số loại phương tiện có bánh, nhưng không loại trừ khả năng người La Mã cổ đại dùng chính tàu biển để di chuyển trên tuyến đường nhờ tích hợp một hệ thống bánh xe ở phần đáy tàu.

Khái niệm về đường ray ra đời từ những năm 1550 ở Đức, khi người ta xây dựng những tuyến đường với 2 dải gỗ kéo dài, và gọi chúng là "wagonways" (tạm dịch: đường ray xe ngựa).

Sở dĩ có tên gọi này vì thời đó, người Đức chủ yếu dùng ngựa để kéo các toa hàng. Và việc có một đường ray bên dưới bánh sẽ giúp đoàn xe di chuyển nhanh giữa các khu vực so với nền đất. Nó cũng hạn chế việc các bánh xe bị kẹt dưới vũng bùn, hoặc bị tổn hại khi lăn qua đoạn đường gồ ghề.

Đến cuối những năm 1700, đường ray gỗ được thay thế bằng sắt, và trở nên phổ biến khắp châu Âu. 

Tới những năm 1800, các kỹ sư cơ khí bắt đầu ứng dụng đầu máy tàu hỏa chạy bằng hơi nước để thay thế sức ngựa, mang lại hiệu quả cao hơn và khả năng kéo theo nhiều toa tàu. Lúc này, người ta bắt đầu thay đổi cách gọi từ các đoàn xe chở hàng, thành đoàn tàu.

Đường sắt tại Việt Nam

Tại Việt Nam, những tuyến đường sắt đầu tiên được xây dựng vào năm 1899 dưới thời cai trị của thực dân Pháp với mục tiêu ban đầu là vận chuyển lương thực, hòng chiếm lấy thị trường gạo Đông Dương béo bở.

Năm 1936, một đầu máy tàu hỏa lần đầu tiên đi hết toàn bộ chiều dài của tuyến đường sắt với tên thời bấy giờ là tuyến Xuyên Đông Dương (Trans - Indochinois), dài 1.730km với tổng thời gian 60 tiếng.

Đầu máy hơi nước được sử dụng để kéo các toa tàu là loại USRA Light Mikado số 639 (viết tắt: Mike). Loại này được chế tạo và sử dụng lần đầu tiên vào năm 1884 ở Úc. Sau đó, dần trở nên phổ biến ở Mỹ, Pháp, Đức, Nhật Bản, Trung Quốc...

Sau đó, tàu hơi nước dần được thay thế bằng tàu diesel, và hình ảnh biểu trưng của tàu Bắc - Nam với đầu máy của hãng General Electric đã trở nên quen thuộc từ những năm 1970.

Tuyến tàu này dần trở thành "sợi dây" trong cuộc chiến chống Mỹ, giải phóng miền Nam của dân tộc, khi là cầu nối duy nhất giữa 2 miền. Chiến tranh kết thúc vào tháng 4/1975, tuyến đường sắt Bắc - Nam đã hoàn toàn bị chia cắt vì bom đạn.

Theo National Geographic, ước tính có 1.334 cây cầu, 158 nhà ga và 27 đường hầm bị hư hại nặng nề, và cần được sửa chữa.

Thế nhưng chỉ sau hơn 1 năm hăng hái lao động, hơn 6 vạn cán bộ, công nhân, bộ đội và nhân dân dọc tuyến đường sắt đã đào đắp trên 4 triệu m3 đất đá, làm lại 475 chiếc cầu, lắp đặt 660 km đường sắt, xây dựng 150 nhà ga...

Sáng 31/12/1976, một hồi còi tàu kéo dài, khởi trình chuyến tàu Thống Nhất rời ga Hà Nội, hướng tới TPHCM trong sự hoan nghênh nhiệt liệt của người dân. Chuyến tàu là biểu tượng của sự thống nhất Việt Nam, khi đóng vai trò là "cầu nối" giữa 3 miền của Tổ quốc. 

Kể từ thời điểm đoàn tàu Thống nhất Bắc Nam đầu tiên với hành trình kéo dài trên 80 giờ, ngày nay, ngành đường sắt đã có những bước phát triển nhanh chóng. Mỗi ngày có cả chục đoàn tàu Thống nhất lăn bánh để phục vụ hành khách. Trong đó có những đoàn tàu hiện đại, tiện nghi được xếp hạng 5 sao với hành trình Hà Nội - TPHCM rút ngắn chỉ còn 29 giờ.

Chia sẻ với phóng viên Dân trí, ông Đức Huy, 64 tuổi, trú tại phường Phạm Đình Hổ (Hà Nội), cho biết ông là một trong những hành khách lâu năm của Tàu Thống Nhất Bắc - Nam kể từ khi tuyến đường được nối lại. 

"Tàu Thống Nhất có nhiều ý nghĩa với tôi, vì thời ấy, nhiều thành viên của gia đình tôi vẫn sống và làm việc ở TPHCM. Không chỉ các thành viên ít được gặp nhau, mà công việc buôn bán cũng bị ngưng trệ", ông Huy cho biết.

Tới nay, dù đi tàu mất nhiều thời gian hơn so với đường hàng không, nhưng ông Huy vẫn cho rằng trải nghiệm cùng tuyến đường sắt Bắc - Nam là "không thể thay thế": "Ngồi trên tàu, có lẽ nhiều người sẽ giống tôi, cảm thấy thư thái khi đi qua những cung đường nối liền các tỉnh, thành phố. Đó là một trải nghiệm rất khác lạ".

Năm 2023, tuyến đường sắt Bắc - Nam giành vị trí đầu bảng trong số 8 tuyến đường sắt đẹp nhất thế giới, theo Lonely Planet, một trong những website du lịch lớn nhất thế giới, bình chọn.

Trang web này mô tả, tuyến đường sắt dài 2.772km đưa hành khách qua những cánh đồng lúa xanh tươi, những ngôi làng đẹp như tranh vẽ và những thành phố nhộn nhịp. Từ đó, mang đến cái nhìn thoáng qua về bức tranh đa dạng về cuộc sống của người dân Việt Nam.

Tương lai ngành đường sắt tại Việt Nam và trên thế giới

Đường sắt là một trong những phát minh quan trọng nhất của nhân loại từ thời kỳ tiền công nghiệp. Đến nay, nó vẫn là nguồn cảm hứng bất tận để vươn tới những đỉnh cao mới, mang tầm ảnh hưởng của khoa học kỹ thuật lên đời sống con người.

Theo ghi nhận của Tổ chức Kỷ lục Guinness Thế giới, con tàu nhanh nhất thế giới sử dụng công nghệ đệm từ (maglev), đạt tốc độ 603km/h, nghĩa là có thể chạm tới vận tốc của một máy bay thương mại.

Đây là thành tích được ghi nhận bởi tàu Series L0 (A07), do Công ty Đường sắt Trung ương Nhật Bản vận hành trên tuyến đệm từ Yamanashi, tại tỉnh Yamanashi (Nhật Bản) vào  tháng 4/2015.

Thời gian gần đây, tàu đệm từ T-Flight, được chế tạo bởi Tập đoàn Khoa học và Công nghiệp Hàng không Vũ trụ Trung Quốc (CASIC) đã thu hút sự chú ý, khi thậm chí vượt qua con số đó, và lập kỷ lục ở tốc độ 623km/h nhờ công nghệ đệm từ siêu dẫn.

Công nghệ này còn được gọi là "hyperloop", hoạt động bằng cách "nâng" đoàn tàu lên không trung để loại bỏ ma sát, và di chuyển qua một ống chân không được thiết kế đặc biệt.

Theo CASIC, độ chính xác là vô cùng quan trọng, khi mọi chi tiết đều chỉ có độ sai lệch dưới 1 mm đối với bề mặt tiếp xúc. Trong đó, chênh lệch về độ phẳng của đường ray thậm chí không thể vượt quá 0,3 mm.

Nhờ đó, đoàn tàu có thể di chuyển trong điều kiện gần sát chân không, làm giảm lực cản không khí, tiệm cận như một "chuyến bay gần mặt đất" ở tốc độ cực cao.

Các chuyên gia dự đoán công nghệ này có thể cho phép đoàn tàu đạt tốc độ nhanh hơn gần 3 lần so với hiện tại do không còn lực cản không khí, và có thể chạm tới ngưỡng 1.200km/h sau khi được lắp đặt và triển khai.

Việt Nam cũng không nằm ngoài "cuộc chơi", nhưng hiện sẽ chỉ áp dụng nguyên lý cơ bản của đường sắt truyền thống, kết hợp công nghệ nâng cao, hiện đại hơn.

Theo đó, Việt Nam sẽ triển khai tuyến đường sắt cao tốc Bắc - Nam, với tốc độ thiết kế 350km/h, tải trọng 22,5 tấn/trục, có thể vận chuyển hành khách và hàng hóa trên tuyến đường kéo dài từ Hà Nội tới TPHCM.

TS Trương Thị Mỹ Hạnh, Trưởng Bộ môn Quy hoạch và Giao thông đô thị (Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải), cho biết để đạt tốc độ này, đường sắt cao tốc sẽ xóa bỏ giao cắt đường sắt, toàn bộ tuyến đường sắt đã được nâng lên và giao cắt đồng cấp đã bị loại bỏ.

Bên cạnh đó, tải trọng trục sẽ được giảm bởi hệ thống và phương pháp phân phối động lực, giúp gánh nặng cho kết cấu giảm, kết hợp cùng công nghệ hỗ trợ điều khiển tàu.

Chuyên gia này cũng cho biết, loại hình công nghệ này được phát triển, đưa vào khai thác từ năm 1964 tại Nhật Bản, hiện được phát triển tại nhiều nước trên thế giới, đặc biệt tại Trung Quốc trong 2 thập niên gần đây. Tại Việt Nam, công nghệ đường sắt cao tốc đã được kiểm nghiệm để đảm bảo mức độ an toàn, có chi phí đầu tư ở mức trung bình, có khả năng kết nối với mạng đường sắt hiện hành.