Христиан гюйгенс открытия в физике


Христиан Гюйгенс фотоХристиан Гюйгенс – выдающийся нидерландский механик, изобретатель, математик и астроном.

 

В истории науки эта личность была очень важной, поскольку Гюйгенс – один из тех, кто трансформировал «старую» науку в «новую».

 

Среди его изобретений и идей были такие: 

 

 

Маятниковые часы

 

 

Маятниковые часы Это устройство, которое нам кажется таким нехитрым, можно назвать одним из величайших изобретений XVII века. С его появлением механики, математики, геофизики и другие исследователи получили то, чего им не хватало вот уже много столетий.


 

До Гюйгенса точных часов не существовало как таковых. Были механические часы, которые приводились в движение гирями, но их точность была низкая. Был маятник, который использовался для измерения небольших промежутков времени. То, что было достаточным для бытовых нужд, не подходило для научных экспериментов.

 

Известно, что Галилей, когда изучал законы падения, считал удары собственного пульса. Гюйгенс же сконструировал часы, которые обладали хорошей точностью. У них имелся маятник, но считать его удары учёным уже не нужно было – он только приводил в движение часовой механизм.

 

После изобретения своих часов Гюйгенс более 40 лет возвращался к ним, совершенствуя их и изучая законы движения маятника. На основе этих исследований он написал труд, который скромно назывался «Маятниковые часы».

 

Несмотря на такое неброское название, эта книга была революционной для своего времени: там были вычислены квадратуры различных поверхностей вращения, приведены открытия в области анализа и теоретической механики, рассмотрены законы движения.

 

Там же было рассмотрено и следствие закона сохранения энергии, которое Гюйгенс считал самостоятельной закономерностью. Этот труд, как и некоторые другие работы Гюйгенса, оказал влияние на Исаака Ньютона, с которого принято начинать историю уже современной физики.

 

Астрономия


 

Гюйгенс внёс также весомый вклад в астрономию. Специально для этих исследований он усовершенствовал телескоп. Одно из первых открытий в этой области – описание колец Сатурна и нахождение одного из его спутников – Титана. Затем Гюйгенс открыл ледяную шапку в горах Южного полюса Марса, достаточно точно оценил время его вращения вокруг своей оси, открыл туманность Ориона и некоторые другие туманности.

 

Гюйгенс был убеждён, что другие планеты, как и Земля, населены людьми. Его книга «Космотеорос», содержащая философские размышления на астрономические темы, была переведена на многие языки; в частности, это была первая книга по астрономии, переведённая на русский язык (1717 год). Переводчиком был Яков Брюс – знаменитый сподвижник Петра I, издавший книгу по его приказу.

 

Какой формы Земля?

 

Галилей доказал, что Земля имеет форму шара. Однако это не совсем точная характеристика. Гюйгенс на основе открытых им законов движения обосновал, что наша планета несколько сплюснута с боков. Впоследствии эти теоретические выкладки полностью подтвердились.

 

Расстояние до звёзд

 

Гюйгенс пытался определить расстояние от Земли до звёзд. Для этого он сравнивал их яркость с яркостью Солнца, расстояние до которого было известно в то время с достаточной точностью. Однако особо успешными эти попытки не были: так, расстояние до Сириуса, определённое Гюйгенсом, оказалось примерно в двадцать раз меньше истинного.


Источник: 2mir-istorii.ru

(1629–1695)

Христиан Гюйгенс фон Цюйлихен — сын голландского дворянина Константина Гюйгенса, родился 14 апреля 1629 года. «Таланты, дворянство и богатство были, по-видимому, наследственными в семействе Христиана Гюйгенса», — писал один из его биографов. Его дед был литератор и сановник, отец — тайный советник принцев Оранских, математик, поэт. Верная служба своим государям не закрепощала их талантов, и, казалось, Христиану предопределена та же, для многих завидная судьба. Он учился арифметике и латыни, музыке и стихосложению. Генрих Бруно, его учитель, не мог нарадоваться своим четырнадцатилетним воспитанником: «Я признаюсь, что Христиана надо назвать чудом среди мальчиков… Он развёртывает свои способности в области механики и конструкций, делает машины удивительные, но вряд ли нужные».

Учитель ошибался: мальчик всё время ищет пользу от своих занятий. Его конкретный, практический ум скоро найдёт схемы как раз очень нужных людям машин.

Впрочем, он не сразу посвятил себя механике и математике. Отец решил сделать сына юристом и, когда Христиан достиг шестнадцатилетнего возраста, направил его изучать право в Лондонский университет. Занимаясь в университете юридическими науками, Гюйгенс в то же время увлекается математикой, механикой, астрономией, практической оптикой. Искусный мастер, он самостоятельно шлифует оптические стёкла и совершенствует трубу, с помощью которой позднее совершит свои астрономические открытия.


Христиан Гюйгенс был непосредственным преемником Галилея в науке. По словам Лагранжа, Гюйгенсу «было суждено усовершенствовать и развить важнейшие открытия Галилея». Существует рассказ о том, как в первый раз Гюйгенс соприкоснулся с идеями Галилея. Семнадцатилетний Гюйгенс собирался доказать, что брошенные горизонтально тела движутся по параболам, но, обнаружив доказательство в книге Галилея, не захотел «писать „Илиаду“ после Гомера».

Окончив университет, он становится украшением свиты графа Нассауского, который с дипломатическим поручением держит путь в Данию. Графа не интересует, что этот красивый юноша — автор любопытных математических работ, и он, разумеется, не знает, как мечтает Христиан попасть из Копенгагена в Стокгольм, чтобы увидеть Декарта. Так они не встретятся никогда: через несколько месяцев Декарт умрёт.

В 22 года Гюйгенс публикует «Рассуждения о квадрате гиперболы, эллипса и круга». В 1655 году он строит телескоп и открывает один из спутников Сатурна — Титан и публикует «Новые открытия в величине круга». В 26 лет Христиан пишет записки по диоптрике. В 28 лет выходит его трактат «О расчётах при игре в кости», где за легкомысленным с виду названием скрыто одно из первых в истории исследований в области теории вероятностей.


Одним из важнейших открытий Гюйгенса было изобретение часов с маятником. Он запатентовал своё изобретение 16 июля 1657 года и описал его в небольшом сочинении, опубликованном в 1658 году. Он писал о своих часах французскому королю Людовику XIV: «Мои автоматы, поставленные в ваших апартаментах, не только поражают вас всякий день правильным указанием времени, но они годны, как я надеялся с самого начала, для определения на море долготы места». Задачей создания и совершенствования часов, прежде всего маятниковых, Христиан Гюйгенс занимался почти сорок лет: с 1656 по 1693 год. А. Зоммерфельд назвал Гюйгенса «гениальнейшим часовым мастером всех времён».

В тридцать лет Гюйгенс раскрывает секрет кольца Сатурна. Кольца Сатурна были впервые замечены Галилеем в виде двух боковых придатков, «поддерживающих» Сатурн. Тогда кольца были видны, как тонкая линия, он их не заметил и больше о них не упоминал. Но труба Галилея не обладала необходимой разрешающей способностью и достаточным увеличением. Наблюдая небо в 92-кратный телескоп, Христиан обнаруживает, что за боковые звёзды принималось кольцо Сатурна. Гюйгенс разгадал загадку Сатурна и впервые описал его знаменитые кольца.

В то время Гюйгенс был очень красивым молодым человеком с большими голубыми глазами и аккуратно подстриженными усиками.


жеватые, круто завитые по тогдашней моде локоны парика опускались до плеч, ложась на белоснежные брабантские кружева дорогого воротника. Он был приветлив и спокоен. Никто не видел его особенно взволнованным или растерянным, торопящимся куда-то, или, наоборот, погружённым в медлительную задумчивость. Он не любил бывать в «свете» и редко там появлялся, хотя его происхождение открывало ему двери всех дворцов Европы. Впрочем, когда он появляется там, то вовсе не выглядел неловким или смущённым, как часто случалось с другими учёными.

Но напрасно очаровательная Нинон де Ланкло ищет его общества, он неизменно приветлив, не более, этот убеждённый холостяк. Он может выпить с друзьями, но чуть-чуть. Чуть-чуть попроказить, чуть-чуть посмеяться. Всего понемногу, очень понемногу, чтобы осталось как можно больше времени на главное — работу. Работа — неизменная всепоглощающая страсть — сжигала его постоянно.

Гюйгенс отличался необыкновенной самоотдачей. Он сознавал свои способности и стремился использовать их в полной мере. «Единственное развлечение, которое Гюйгенс позволял себе в столь отвлечённых трудах, — писал о нём один из современников, — состояло в том, что он в промежутках занимался физикой. То, что для обыкновенного человека было утомительным занятием, для Гюйгенса было развлечением».

В 1663 году Гюйгенс был избран членом Лондонского королевского общества. В 1665 году, по приглашению Кольбера, он поселился в Париже и в следующем году стал членом только что организованной Парижской академии наук.


В 1673 году выходит в свет его сочинение «Маятниковые часы», где даны теоретические основы изобретения Гюйгенса. В этом сочинении Гюйгенс устанавливает, что свойством изохронности обладает циклоида, и разбирает математические свойства циклоиды.

Исследуя криволинейное движение тяжёлой точки, Гюйгенс, продолжая развивать идеи, высказанные ещё Галилеем, показывает, что тело при падении с некоторой высоты по различным путям приобретает конечную скорость, не зависящую от формы пути, а зависящую лишь от высоты падения, и может подняться на высоту, равную (в отсутствие сопротивления) начальной высоте. Это положение, выражающее по сути дела закон сохранения энергии для движения в поле тяжести, Гюйгенс использует для теории физического маятника. Он находит выражение для приведённой длины маятника, устанавливает понятие центра качания и его свойства. Формулу математического маятника для циклоидального движения и малых колебаний кругового маятника он выражает следующим образом: «Время одного малого колебания кругового маятника относится к времени падения по двойной длине маятника, как окружность круга относится к диаметру».

Существенно, что в конце своего сочинения учёный даёт ряд предложений (без вывода) о центростремительной силе и устанавливает, что центростремительное ускорение пропорционально квадрату скорости и обратно пропорционально радиусу окружности. Этот результат подготовил ньютоновскую теорию движения тел под действием центральных сил.


Из механических исследований Гюйгенса, кроме теории маятника и центростремительной силы, известна его теория удара упругих шаров, представленная им на конкурсную задачу, объявленную Лондонским королевским обществом в 1668 году. Теория удара Гюйгенса опирается на закон сохранения живых сил, количество движения и принцип относительности Галилея. Она была опубликована лишь после его смерти в 1703 году.

Гюйгенс довольно много путешествовал, но никогда не был праздным туристом. Во время первой поездки во Францию он занимался оптикой, а в Лондоне — объяснял секреты изготовления своих телескопов. Пятнадцать лет он проработал при дворе Людовика XIV, пятнадцать лет блестящих математических и физических исследований. И за пятнадцать лет — лишь две короткие поездки на родину, чтобы подлечиться.

Гюйгенс жил в Париже до 1681 года, когда после отмены Нантского эдикта он, как протестант, вернулся на родину. Будучи в Париже, он хорошо знал Рёмера и активно помогал ему в наблюдениях, приведших к определению скорости света. Гюйгенс первый сообщил о результатах Рёмера в своём трактате.

Дома, в Голландии, опять не зная усталости, Гюйгенс строит механический планетарий, гигантские семидесятиметровые телескопы, описывает миры других планет.

Появляется сочинение Гюйгенса на латинском языке о свете, исправленное автором и переизданное на французском языке в 1690 году.


рактат о свете» Гюйгенса вошёл в историю науки как первое научное сочинение по волновой оптике. В этом «Трактате» сформулирован принцип распространения волны, известный ныне под названием принципа Гюйгенса. На основе этого принципа выведены законы отражения и преломления света, развита теория двойного лучепреломления в исландском шпате. Поскольку скорость распространения света в кристалле в различных направлениях различна, то форма волновой поверхности будет не сферической, а эллипсоидальной.

Теория распространения и преломления света в одноосных кристаллах — замечательное достижение оптики Гюйгенса. Гюйгенс описал также исчезновение одного из двух лучей при прохождении их через второй кристалл при определённой ориентировке его относительно первого. Таким образом, Гюйгенс был первым физиком, установившим факт поляризации света.

Идеи Гюйгенса очень высоко ценил его продолжатель Френель. Он ставил их выше всех открытий в оптике Ньютона, утверждая, что открытие Гюйгенса, «быть может, труднее сделать, нежели все открытия Ньютона в области явлений света».

Цвета Гюйгенс в своём трактате не рассматривает, равно как и дифракцию света. Его трактат посвящён только обоснованию отражения и преломления (включая и двойное преломление) с волновой точки зрения. Вероятно, это обстоятельство было причиной того, что теория Гюйгенса, несмотря на поддержку её в XVIII веке Ломоносовым и Эйлером, не получила признания до тех пор, пока Френель в начале XIX века не воскресил волновую теорию на новой основе.

Умер Гюйгенс 8 июля 1695 года, когда в типографии печаталась «Космотеорос» — последняя его книга.

Следующая глава >

Источник: info.wikireading.ru

Великие физики


Христиан ГЮЙГЕНС (Huygens)

(14.04. 1629 — 8.07. 1695)

Гюйгенс Христиан Гюйгенс родился в Гааге 14 апреля 1629 г. в семье Константина Гюйгенса и Сусанны ван Барле, дочери амстердамского купца. Константин Гюйгенс, владелец Зюйлихема, Зеелхема и Монникенланда, был в Нидерландах известным человеком. Он был секретарем Фридриха Генриха Оранского, а затем Вильгельма Второго Оранского, и часто бывал в Англии и Франции. Однако он был не только дипломатом, но и литератором, автором театральных пьес и ученым-любителем. Он был близко знаком со многими известными учеными. Одним из них был Декарт, который в 1628 г. поселился в Голландии и регулярно посещал семью Гюйгенсов.

Когда Христиану было 8 лет, мать умерла. После ее смерти хозяйством семьи, насчитывавшей пять детей, занялась родственница. Старшим сыном в семье был Константин младший, затем следовали Христиан, Людвиг, Сусанна и Филипс. Их обучали домашние учителя. Детям преподавали арифметику, музыку, латинский, греческий, французский и итальянский языки и даже логику; их учили также танцевать и ездить верхом. Во всем этом особенно преуспевал Христиан. В возрасте девяти лет он мог говорить по латыни. За три года он научился играть на виоле да гамба, на лютне и на клавесине. Но особенно большие способности он проявлял в математике. Христиан сам построил себе токарный станок и научился неплохо на нем работать.

В 1645 г. шестнадцатилетний Христиан и его брат Константин, который был старше на один год, поступили на юридический факультет Лейденского университета, готовясь к дипломатической карьере. Однако Христиан занимался главным образом математикой. Его учителем был известный в то время математик Франц ван Схоутен, приверженец Декарта. В то время работы Декарта производили большое впечатление на Гюйгенса.

Другое сильное влияние тоже исходило из Франции. При посредничестве своего отца Христиан начал переписываться с парижским математиком Мерсенном. Эта переписка продолжалась недолго, так как Мерсенн в 1648 г. умер, но она имела для молодого Гюйгенса большое значение. Мерсенн был поражен способностями Христиана и в письме отцу Гюйгенса даже сравнивал его с Архимедом. Возможно, что именно это сравнение дало Константину основание называть своего сына «мой Архимед».

В 1647 г. Христиан перешел из Лейденского университета в только что открывшийся Оранский колледж в Бреде. Предполагалось, что Гюйгенс продолжит в Бреде свое юридическое образование, на сей раз со своим младшим братом Людвигом. Но, как и в Лейдене, Гюйгенс занимался главным образом математикой. Ни он, ни его брат не закончили обучения. В 1650 г. из-за дуэли между Людвигом и одним из студентов отец приказал им возвратиться домой. Христиан не сдал академического экзамена ни в Лейдене, ни в Бреде.

Первый труд Гюйгенса вышел в свет в 1651 г. под заглавием «Теоремы о квадратуре гиперболы, эллипса и круга». Три года спустя был опубликован его труд «Открытие о величине круга». Эта работа окончательно утвердила его репутацию математика. Между тем Гюйгенс решил полностью посвятить себя науке, не занимая никакой официальной должности и живя на собственные средства. Его единственной дипломатической миссией была поездка в 1649 г. в Данию. В этой поездке он сопровождал графа Генриха ван Нассау как его секретарь. Гюйгенс принял должность секретаря главным образом потому, что надеялся встретиться с Декартом, который с недавних пор был философом при дворе королевы Христины в Стокгольме. Но эта встреча не состоялась: Декарт умер в 1650 г.

В пятидесятых годах XVII в. продолжал возрастать интерес Гюйгенса к проблемам физики. Он углубился в законы поведения сталкивающихся тел и сумел получить ряд важных результатов. Хотя он изложил эти результаты в рукописи 1655 г., а некоторые из них огласил — например на заседании Лондонского Королевского общества,- они были полностью опубликованы лишь после его смерти. Рукопись была опубликована в посмертных сочинениях под заголовком «О движении тел под действием удара».

Во времена Гюйгенса знания о явлении столкновений были скудными и неясными. В 1647 г. Декарт разработал 7 правил для столкновения между двумя полностью упругими телами, но по поводу этих правил можно было сделать много замечаний. Во-первых, мыслимы были случаи, в которых эти правила были неприменимы. Кроме того, некоторые из них явно противоречили опыту. Фактически только одно было правильным, как позднее доказал Гюйгенс, а именно правило для случая, когда две частицы одинаковой массы приближаются друг к другу с одинаковой скоростью вдоль прямой траектории и затем сталкиваются друг с другом точно по центру (центральное столкновение).

Гюйгенс предложил аксиому, согласно которой процесс столкновения определяется относительной скоростью частиц. Это имеет следующее важное следствие. Если нам известна начальная и конечная скорость для определенного столкновения, мы можем предсказать также ход всякого другого столкновения, которое происходит с той же начальной относительной скоростью.

Установив, что для движущихся тел имеет физическое значение только относительная скорость этих тел, Гюйгенс стал первым ученым, сформулировавшим принцип относительности движения. Он состоит в том, что системы отсчета, которые движутся по отношению друг к другу с постоянной прямолинейной скоростью, равноценны для описания физических явлений. Эта эквивалентность называется в настоящее время принципом относительности Галилея, но правильнее было бы называть ее принципом относительности Гюйгенса.

Гюйгенс интересовался также оптикой. Он стремился к практической цели: к усовершенствованию существовавших телескопов и не ограничивался теоретическими исследованиями. Когда оказалось, что он не мог приобрести линзы хорошего качества, он стал сам шлифовать линзы. В этом ему помогал его брат Константин. Братья стали отличными шлифовщиками, и их линзы достигли невиданного в то время качества. Другим усовершенствованием был спроектированный Христианом окуляр, состоящий из двух линз (окуляр Гюйгенса).

Используя сконструированный им самим телескоп, Гюйгенс обнаружил в 1655 г. спутник Сатурна, который позднее был назван Титаном. Некоторое время спустя подтвердилась его гипотеза, что загадочные «придатки» Сатурна являются кольцом. Гюйгенс написал о спутнике Сатурна английскому ученому А. Уоллесу, а о кольце Сатурна сообщил с своих работах «Новые наблюдения спутника Сатурна» (1656) и «Система Сатурна» (1659).

Гюйгенс впервые побывал в Париже в 1655 г. Он познакомился со многими выдающимися людьми, таким как философ Гассенди и математик Роберваль, участвовал в обсуждении последних событий в математике и естествознании и познакомился с новыми для него проблемами. Гюйгенс заинтересовался исчислением вероятностей. Его исследования в этой области привели к созданию трактата о расчетах при азартных играх, который был издан в 1657 г. на латинском языке, а позднее, в 1660 г., на голландском. Этот труд содержал в себе основы современной теории вероятностей.

В сентябре 1655 г. Гюйгенс возвратился в Голландию, где для него начался период упорной работы. Наряду с изучением исчисления вероятностей он занялся делом очень практическим: конструкцией точных часов. Такой инструмент был особенно важен для навигации, т.к. мог служить вспомогательным средством для определения долготы на море. За удачное решение этой проблемы было установлено несколько премий, в том числе королем испанским.

В 1657 г. по чертежу Гюйгенса были сконструированы часы, ход которых регулировался маятником. Мысль о том, чтобы использовать маятник, не была новой — еще Галилей пытался осуществить эту мысль на практике, — но Гюйгенс был первым, кто сконструировал пригодные часы с маятником. Проблема определения долготы на море продолжала занимать Гюйгенса до конца его жизни. В 1665 г. было опубликовано «Краткое руководство для использования часов в целях определения долготы». Его старания приспособить часы с маятником для использования на море привели в 1675 г. к конструкции часов с балансиром вместо маятника и спиральной пружиной вместо гирь. Эта конструкция, которая и теперь еще применяется во всех механических часах, завоевала всеобщее признание.

В октябре 1660 г. Гюйгенс снова отправился в Париж. К этому времени он уже пользовался такой известностью, что Людовик XIV дал ему аудиенцию. На этот раз он также с большим энтузиазмом участвовал во встречах в доме де Монморов. Через Лондон, где он познакомился с Р. Бойлем, он возвратился весной 1661 г. домой. Но не надолго. Уже в апреле 1663 г. Гюйгенс опять поехал в Париж; на сей раз он сопровождал своего отца, отправившегося туда с дипломатической миссией. Летом 1663 г. он ездил из Парижа в Лондон, где был принят членом в только что основанное там Королевское общество.

Между тем в Париже возник благоприятный для таких ученых, как Гюйгенс, климат. Новый первый министр «короля-солнца» Кольбер стремился сделать Францию центром культуры и науки. По его предложению король решил предоставить стипендии некоторым видным мастерам искусства и ученым, в том числе Гюйгенсу. Еще до своего возвращения в Голландию в мае 1664 г. он получил значительную для того времени сумму в 1200 ливров.

Кольбер решил основать Академию наук по примеру Лондонского Королевского общества, чтобы эта академия, во славу короля, организовывала встречи. Кольбер хотел, чтобы Гюйгенс занял видное положение в этой академии. Учреждение Академии потребовало немало времени. Только в 1665 г. оно стало фактом, и Гюйгенс смог отправиться в Париж, чтобы начать там свою работу. Он получал от короля ежегодно сумму в 6000 ливров — больше, чем какой-либо другой член академии. Кроме того он жил в квартире в здании Королевской библиотеки, где происходили также совещания членов Академии.

Гюйгенс был с самого начала неоспоримым лидером Академии. Члены Академии собирались два раза в неделю, по средам и субботам. По средам занимались математикой, включая механику и астрономию, а по субботам «естествознанием», к которому принадлежала вся биология. Гюйгенс сам составил несколько научных программ, определявших основные задачи Академии.

Некоторые из этих задач имели весьма конкретный характер, например испытание хода часов с маятником на плавающих кораблях, определение скорости света и определение длины окружности земного шара. В этих программах большое внимание уделялось также астрономии, и Академия интенсивно занималась астрономическими наблюдениями, причем ей очень помогали отличные телескопы и маятниковые часы, спроектированные Гюйгенсом.

То, что астрономия занимала столь важное место, не так удивительно, если принять во внимание, что эта наука положила в XVII в. начало обновлению картины мира. Во всей этой конкретной деятельности Гюйгенс преследовал весьма общую цель. В документе, который он составил в период между 1666 и 1668 г., он, указав на то, как важно накапливать по возможности больше знаний о природе, пишет: «Кроме того, предлагается исследовать первопричины, которые в совершенном согласии обусловливают как строение всех физических тел, так и все наблюдаемые нами явления, полезность чего окажется бесконечной, когда эта цель будет достигнута. Человечество сможет использовать вновь создаваемые объекты, будучи уверенным в том, как они будут себя вести«.

Став членом Академии, Гюйгенс оставался в Париже с двумя перерывами до 1681 г. С 1670 до 1671, затем с 1676 до 1678 г. он находился в Голландии, оба раза, чтобы поправить свое здоровье после тяжелой болезни. В Париже Гюйгенс находился в окружении, которое стимулировало его научную деятельность. Ему там нравилось, и он пользовался большим уважением. В Париже он написал две важных книги: «Маятниковые часы» (1673) и «Трактат о свете», который был опубликован лишь в 1690 г.

«Маятниковые часы» считаются главным произведением Гюйгенса и содержат результаты его исследований, относящихся к этому вопросу. Некоторые разделы имеют технический, другие — чисто математический характер. В «Трактате о свете» излагается совершенно новая теория света; она с успехом используется для разъяснения одного уже в то время известного загадочного явления: двойного преломления света в исландском шпате (расщепление луча света, падающего на кристалл исландского шпата, на два). Гюйгенс сумел объяснить это явление. Менее поразительные свойства света, такие как отражение и обычное преломление, также нашли простое объяснение в его теории.

Теорию света Гюйгенса часто называют теорией волн, но вернее называть ее теорией толчка. Гюйгенс использовал этот механизм для объяснения распространения света. Он предположил существование всюду промежуточной материи, «эфира», который в его представлении состоял из очень плотно упакованных очень мелких твердых частиц. По мнению Гюйгенса, свет был ни чем иным, как регулярно следующими друг за другом толчками, распространяющимися вышеописанным способом от помещенного в какое-то место источника света. Исходя из того, что каждая частица эфира действует как передаточный центр, он смог доказать, что толчки распространяются в пространстве сферообразно.

При создании теории света Гюйгенс исходил из новых тогда опытных данных, что скорость распространения света имеет конечную величину. Долгое время думали, что свет — мгновенное явление в том смысле, что он распространяется с бесконечной скоростью, однако в 1676 г. датский астроном О. Рёмер на основании своих наблюдений над спутниками Юпитера пришел к заключению, что скорость света конечна. Гюйгенс был убежден в правильности этого вывода. На основании наблюдений Ремера он оценил, что скорость света немного больше 200 000 км/с (действительная скорость равна почти 300 000 км/с).

Между теорией толчка Гюйгенса и теорией волн, собственно говоря, мало разницы. Если импульсы излучаются источником света через регулярные интервалы, образуется настоящее волнообразное движение или колебания, причем направление колебаний совпадает с направлением распространения (продольные колебания).

В теории волн свет распространяется, заполняя сферическое пространство. Сферические границы называются в настоящее время «фронтами» волн. Принцип, согласно которому любая частица эфира действует как передаточный центр, в этой теории обычно выражается утверждением, что любая точка фронта волн сама является источником новых вторичных фронтов. Этот принцип, который применим ко всем волновым явлениям в материальных средах, известен как. принцип Гюйгенса.

В 1681 г. Гюйгенс заболел так серьезно, что ему пришлось уехать в Голландию. Ему уже не пришлось вернуться в Париж. Когда через два года его здоровье поправилось, оказалось, что его присутствие в Париже уже нежелательно. После смерти Кольбера в 1683 г. во Франции установился климат нетерпимости, особенно по отношению к протестантам. Это проявилось с полной отчетливостью в отмене в 1685 г. Нантского эдикта. Гюйгенс стал жертвой как этого антипротестантства, так и недоброжелательных чувств его соперников в Академии. Таким образом, он остался в Голландии. Вместе с отцом он провел лето в загородном доме Хофвиик в Ворбурге, а зиму в Гааге. После того как его отец умер в 1687 г. в возрасте 90 лет, Гюйгенс жил один.

Еще один раз он предпринял долгое путешествие. Часть лета 1689 г. он провел в Англии, где у него состоялось несколько встреч с человеком, который постепенно его опережал: Исааком Ньютоном. Мнения Гюйгенса и Ньютона по некоторым вопросам фундаментально расходились.

В основном труде Ньютона «Математические начала натуральной философии» понятие «сила» играет совсем другую роль, чем в механике Гюйгенса. Для Ньютона достаточно знать, как сила действует, и он не спрашивает о ее причине. Сила — основное понятие. Эта исходная точка полностью противоречила механистической философии Гюйгенса, который требовал, чтобы для каждой силы была найдена причина в виде прямого контакта между материальными телами.

Понятие «действие на расстоянии» также было неприемлемо для Гюйгенса. Это понятие играет у Ньютона роль в связи с силой тяготения и означает, что сила не распространяется в среде, а действует мгновенно на расстоянии. Теория силы тяготения, принадлежавшая Гюйгенсу, была чисто механической по своему характеру. В своем труде «О причине тяготения», который был опубликована 1690 г. в одном томе с «Трактатом о свете», он исходил из существования «тонкой материи», состоящей из очень мелких частиц (еще мельче, чем частицы эфира), которые циркулируют вокруг Земли во всех направлениях с очень большой скоростью. Согласно мнению Гюйгенса, сила тяготения возникает из-за того, что при столкновении с частицами материальные тела получают импульс, направленный в сторону Земли. В этой теории, которая являлась развитием идеи Декарта, невозможно было найти удовлетворительного объяснения для некоторых важных фактов, например для того факта, что ускорение силы тяжести одинаково для всех тел. Поэтому неудивительно, что теория Ньютона — гораздо менее искусственная и вполне удовлетворительная также в экспериментальном отношении — быстро нашла всеобщее признание.

В отношении света мнения Ньютона и Гюйгенса также расходились. Ньютон считал, что свет состоит из потока частиц. Теория света Гюйгенса была вскоре отвергнута в пользу теории Ньютона. Но в XIX в. на основании экспериментов ученые пришли к заключению, что теория Ньютона была неправильной, и ее следует заменить теорией волн. В настоящее время свету приписывают как свойства частиц, так и свойства волн.

Третьим пунктом, по которому мнения Гюйгенса и Ньютона расходились, была относительность движения. Мы видели, что Гюйгенс сформулировал принцип относительности для равномерных прямолинейных движений и применил его к явлениям столкновения. Но он пошел еще дальше. Он считал, что все движения, также и вращательные, имеют относительный характер и абсолютного движения не существует. Это противоречило мнению Ньютона, который уверял, что вращения абсолютны, и в доказательство этого указывал на то, что при вращательных движениях всегда действуют центробежные силы.

В последние годы своей жизни Гюйгенс изложил свои предположения о существовании жизни на других планетах в книге, изданной после его смерти в 1698 г. под заглавием «Космотеорос». В ней он считает невероятным, чтобы Земля была единственной планетой, на которой существовали бы живые существа, и приходит к выводу, что формы жизни на других планетах не должны сильно отличаться от форм жизни на Земле.

Весной 1695 г. Гюйгенс заболел. Он скончался 8 июля 1695 г., вероятно, в своей квартире на Ноордэйнде в Гааге. 17 июля Христиан Гюйгенс был похоронен в семейном склепе в церкви Св. Якова в Гааге.

Великие физики: содержание
  Христиан гюйгенс открытия в физике

Христиан гюйгенс открытия в физике

Источник: www.alhimik.ru

Знаменитый голландский, физик, астроном и математик, создатель волновой теории. С 1663 года стал первым голландским членом Лондонского королевского общества. Учился Гюйгенс в Лейденском университете(1645-1647 гг.) и Бредском колледже(1647-1649 гг.), в которых изучал математические и юридические науки.

Свою научную карьеру Христиан Гюйгенс начал с 22 лет. Жил в Париже с 1665 г. по 1681 г., с 1681 г. по 1695 г. – в Гааге. В его честь названы: кратеры Луны и Марса, гора на Луне, астероид, космический зонд, лаборатория Лейденского университета.  Христиан уроженец Гааги, родился 14 апреля 1629 г. в семье знаменитого, зажиточного и успешного тайного советника принцев Оранских, Константина Гюйгенса (Хейгенса). Его отец был небезызвестным литератором, получил замечательное научное образование.

Математику и право молодой Гюйгенс изучал в университете Лейдена, после окончания, которого решил полностью посвятить свой труд науке. В 1651 г. были опубликованы  «Рассуждения  о квадратуре гиперболы, эллипса и круга». В 1654 г. – работа «Об определении величины окружности», которая стала его величайшим вкладом в развитие математической теории.

Первая слава пришла к молодому Христиану после открытия колец Сатурна и спутника этой планеты, Титана. По историческим данным их видел и великий Галилей. Легранж упоминал, что Гюйгенс смог  развить важнейшие открытия Галилея. Уже в 1657 г. Гюйгенс получает голландский патент на создание механизма маятниковых часов.

Над этим механизмом в последние годы жизни трудился Галилей, но не смог закончить работу из-за слепоты. Изобретенный Гюйгенсом механизм позволил создать недорогие маятниковые часы, которые были всемирно популярны и распространены. Вышедший в 1657 г. трактат «О расчетах при игре в кости» стал одним из первых трудов в области теории вероятности.

Вместе с Р. Гуком установил две постоянные точки термометра. В 1659 г. Гюйгенс выпускает классическую работу «Система Сатурна». В ней он описал свои наблюдения колец Сатурна, Титана, а, также, описал туманность Ориона и полосы на Марсе и Юпитере.

В 1665 году Христиану Гюйгенсу предложили стать председателем Французской АН. Он переехал в Париж, в котором прожил, почти не никуда не выезжая до 1681г.. Гюйгенс занимался разработкой «планетной машины» в 1680 г., которая стала прообразом современного планетария. Для этой работы им была создана теория цепных дробей.

Вернувшись в Голландию в 1681 г., из-за отмены Нантского эдикта, Христиан Гюйгенс занялся оптическими изобретениями. С 1681 по 1687 гг. физик занимался шлифовкой и полировкой больших объективов с фокусными расстояниями 37-63 метров. В этот же период Гюйгенсом был сконструирован знаменитый его именем окуляр. Этот окуляр применяется до сих пор.

Знаменитый трактат Христиана Гюйгенса, «Трактат о свете», знаменит до сих пор своей пятой главой. В ней излагается явление двойного лучепреломления в кристаллах. На основе этой главы излагается до сих пор и классическая теория преломления в одноосных кристаллах.

При работе над «Трактатом о свете» Гюйгенс очень близко приблизился к открытию закона всемирного тяготения. Свои рассуждения он изложил в приложении «О причинах тяжести».  Последний трактат Христиана Гюйгенса, «Космотеорис», был опубликован уже посмертно, в 1698 г. Этот же тракт, о множественности миров и их обитаемости, по приказу Петра I, был переведен на русский язык в 1717г..

Христиан Гюйгенс всегда был слаб здоровьем. Тяжелая болезнь, с частыми осложнениями и мучительными рецидивами отяготила и его последние годы жизни. Он страдал и из-за чувства одиночества и меланхолии. Скончался Христиан Гюйгенс в мучительных страданиях 8 июля 1695 года.

Многие работы Гюйгенса  сейчас представляют исключительно историческую ценность. Его теория вращающихся тел и огромный вклад в теорию света имеют научное значение и поныне. Эти теории стали наиболее блестящими и необычными вкладами и в науку современности.

Источник: hogen-mogen.ru

Христиан Гюйгенс (Christiaan Huygens) родился 14 апреля 1629 года в Гааге в семье дипломата. Христиана назвали в честь его деда по отцовской линии. Его дед был литератор и сановник, отец, Константин Гюйгенс (Хёйгенс), был тайным советником принцев Оранских, математиком и поэтом, обладал большой эрудицией в области различных наук и дал сыну прекрасное образование, которое позволило Христиану проявить свою талантливую натуру во многих областях знания. Король Яков I возвёл Константина в сан рыцаря, а Людовик XIII пожаловал орденом Святого Михаила. Отец Христиана был другом Декарта, и декартовская философия (картезианство) оказала большое влияние не только на отца, но и на сына. Его матерью была Сюзанна ван Бэерл. Она умерла в 1637, вскоре после рождения сестры Христиана. У пары было пять детей.

«Таланты, дворянство и богатство были, по-видимому, наследственными в семействе Христиана Гюйгенса», — писал; один из его биографов.

В восемь лет Христиан выучил латынь, знал четыре действия арифметики, а в девять лет он познакомился с географией и началами астрономии, умел определять время восхода и захода Солнца во все времена года. Когда Христиану минуло десять лет, он научился слагать стихи на латыни и играть на скрипке, в одиннадцать познакомился с игрой на лютне, а в двенадцать знал основные правила логики.

После изучения греческого, французского и итальянского языков, а также игры на клавесине, Христиан перешел к механике, которая захватила его целиком. Он конструирует различные машины, например, самостоятельно делает токарный станок. Его учитель писал: «Я признаюсь, что Христиана надо назвать чудом среди мальчиков … Он развёртывает свои способности в области механики и конструкций, делает машины удивительные, но вряд ли нужные». Учитель ошибался: мальчик все время ищет пользу от своих занятий. Его конкретный, практический ум скоро найдет схемы как раз очень нужных людям машин.

Далее Христиан обучается математике, верховой езде и танцам. Сохранился рукописный математический курс для Христиана, составленный известным математиком, другом Декарта, Франциском Схоутеном. В курсе излагались начала алгебры и геометрии, неопределенные уравнения из «Арифметики» Диофанта, иррациональные числа, извлечение квадратного и кубического корней, а также теория алгебраических уравнений высших степеней. Переписана книга Декарта «Геометрия». Затем даны приложения алгебры к геометрии и уравнения геометрических мест. Наконец, рассмотрены конические сечения и даны задачи на построение касательных к различным кривым методами Декарта и Ферма.

Уже в ранние года Гюйгенс проявил исключительные способности к математике. В шестнадцать лет Христиан вместе с братом поступает в Лейденский университет для изучения права и одновременно обучается математике у Схоутена, который отсылает на отзыв Декарту его первые математические работы. Декарт похвально отзывается на «математические изобретения» Христиана: «Хотя он и не вполне получил то, что ему нужно, но это никоим образом не странно, так как он попытался найти вещи, которые еще никому не удавались. Он принялся за это дело таким образом, что я уверен в том, что он сделается выдающимся ученым в этой области».

В это время Христиан изучает Архимеда, «Конические сечения» Аполлония, оптику Вителло и Кеплера, «Диоптрику» Декарта, астрономию Птолемея и Коперника, механику Стевина. Христиан вёл переписку с Марином Мерсенном, францисканским монахом, издателем французского перевода «Механики» Галилея и краткого изложения его «Диалогов…». Мерсенн живо интересовался научными достижениями своего времени и в письмах сообщал о новейших открытиях и наиболее интересных задачах математики и механики. В те времена подобная переписка заменяла отсутствовавшие научные журналы. Гюйгенс обычно писал на французском или латыни.

Мерсенн присылал Христиану интересные задачи. Из его писем тот познакомился с циклоидой и центром качания физического маятника.

В 1647 году Христиан переехал в Бреду, здесь уже вместе с младшим братом Людвигом он учился в Оранском колледже (отец все-таки не оставлял надежду сделать сына юристом). В Бреде Гюйгенс по-прежнему в основном занимался математикой. В 1649–1650 годах он совершил поездку в Данию в качестве секретаря одного вельможи. Правда, основной целью его поездки было отнюдь не стремление начать государственную карьеру. Христиан хотел встретиться с Декартом, который в то время работал при дворе королевы Швеции Кристины. Но из-за смерти Декарта встреча не состоялась, и вскоре Христиан вернулся к учебе. От профессии юриста его «спасла» горячность младшего брата. Людвиг поссорился с одним из студентов колледжа, и дело дошло до дуэли. Узнав об этом, отец вернул дуэлянта, а вместе с ним и Христиана в Гаагу.

Окончив университет, он становится украшением свиты графа Нассауского, который с дипломатическим поручением держит путь в Данию. Графа не интересует, что этот красивый юноша — автор любопытных математических работ, и он, разумеется, не знает, как мечтает Христиан попасть из Копенгагена в Стокгольм, чтобы увидеть Декарта. Так они не встретятся никогда: через несколько месяцев Декарт умрет.

После поездки в Данию и Швецию он напечатал свой первый труд по математике (об определении длины дуги окружности, эллипса и гиперболы), который поставил его в ряд лучших математиков того времени. Гюйгенс получил важные результаты, которые теперь относятся к исчислению бесконечно малых, определил касательные, максимум и минимум некоторых функций, исследовал трактрису, логарифмическую спираль, цепную линию (ввёл этот термин) и другие плоские кривые, занимался спрямлением кривых, вычислением площади поверхности вращения, моментов инерции.

Ему было в то время 22 года.

Степень доктора права он получил в 1655 году в Анже (Франция). Вместе с тем он много времени уделяет занятиям по оптике. Вместе с братом он усовершенствовал телескоп, доведя его до 92-кратного увеличения, и занялся изучением неба. Первая известность пришла к Гюйгенсу, когда он открыл кольца Сатурна (Галилей их тоже видел, но не смог понять, что это такое) и спутник этой планеты, Титан. Он установил, что кольцо Сатурна «тонкое и плоское, нигде не соприкасается с планетой и наклонено к эклиптике». Гюйгенс сам не верил своим глазам — ведь ни чего подобного астрономы еще не знали.

В 1672 году он обнаружил ледяную шапку на Южном полюсе Марса, наблюдал двойные звёзды, оценил (довольно точно) период вращения Марса вокруг оси, наблюдал двойные звезды. Открыл поляризацию света (1678). Объектом его наблюдений была и открытая за 45 лет до этого французом Николя де Перейском туманность в созвездии Ориона. Сегодня туманность Ориона классифицирована в астрономических каталогах под наименованием Мессье 42 (NGC1976). Гюйгенс сделал первичную классификацию объектов туманности и вычисление астрономических координат, начал расчёты размеров туманности и расстояния до Земли.

В семидесятые годы основное внимание Гюйгенса привлекают световые явления. В 1676 году он приезжает в Голландию и знакомится с одним из создателей микроскопии Антони ван Левенгуком, после чего пытается сам изготовить микроскоп.

В 1678 году Гюйгенс приезжает в Париж, где его микроскопы произвели потрясающее впечатление. Он демонстрировал их на заседании Парижской Академии.

В 1681-1687 г.г. он изготовил объективы с очень большими фокусными расстояниями (37, 52, 64 м). Эти объективы крепились на высоких столбах, оборудованных специальными кронштейнами, и благодаря ряду приспособлений с помощью шнура устанавливались в необходимое положение. Труба телескопа отсутствовала, наблюдатель, находящийся внизу, «ловил» изображения и рассматривал его в окуляр.

В 1657 году Гюйгенс получил голландский патент на конструкцию маятниковых часов со спусковым механизмом. В последние годы жизни такой механизм пытался создать Галилей, но ему помешала прогрессирующая слепота. Часы Гюйгенса реально работали и обеспечивали превосходную для того времени точность хода. Центральным элементом конструкции был придуманный Гюйгенсом якорь, который периодически подталкивал маятник и поддерживал незатухающие колебания.

В то время учёные не располагали таким необходимым для экспериментов прибором, как точные часы. Галилей, например, при изучении законов падения считал удары собственного пульса. Часы с колесами, приводимыми в движение

гирями, были в употреблении с давнего времени, но точность их была неудовлетворительна. Маятник же со времен Галилея употребляли отдельно для точного измерения небольших промежутков времени, причём приходилось вести счёт числу качаний. Часы Гюйгенса обладали хорошей точностью, и учёный далее неоднократно, на протяжении почти 40 лет, обращался к своему изобретению, совершенствуя его и изучая свойства маятника. Гюйгенс намеревался применить маятниковые часы для решения задачи определения долготы на море, но существенного продвижения не добился. Надёжный и точный морской хронометр появился только в 1735 году (в Великобритании).

Сконструированные Гюйгенсом точные и недорогие часы с маятником быстро получили широчайшее распространение по всему миру. Позже, в 1673 г., он создал их теорию, изложив теорию колебания маятника в работе «Маятниковые часы или геометрические доказательства, относящиеся к движению маятников, приспособленных к часам». «Маятниковые часы» – исключительно содержательный труд по кинематике ускоренного движения. Эта книга была настольной у Ньютона, который завершил начатое Галилеем и продолженное Гюйгенсом построение основ механики.

Гюйгенс выводит законы равноускоренного движения свободно падающих тел, исходя из предположения, что действие постоянной силы на тело, не зависит от величины и направления начальной скорости. Выводя зависимость между высотой падения и квадратом времени, Гюйгенс делает замечание, что высоты падений относятся как квадраты приобретенных скоростей.

Далее, рассматривая свободное движение тела, брошенного вверх, он находит, что тело поднимается на наибольшую высоту, потеряв всю сообщенную ему скорость, и приобретает её снова при возвращении обратно.

Галилей допускал без доказательства, что при движении по наклонным плоскостям с разным наклоном, но одинаковой высоты тела приобретают равные скорости. Гюйгенс доказывает это следующим образом. Две прямые разного наклонения и равной высоты приставляются нижними концами одна к другой. Если тело, спущенное с верхнего конца одной из них, приобретает большую скорость, чем пущенное с верхнего конца другой, то можно пустить его по первой из такой точки ниже верхнего конца, чтобы приобретенная внизу скорость была достаточна для подъема тела до верхнего конца второй прямой ; но тогда бы получилось, что тело поднялось на высоту, превышающую ту, с которой упало, а этого быть не может.

От движения тела по наклонной прямой Гюйгенс переходит к движению по ломаной линии и далее к движению по любой кривой, причем доказывает, что скорость, приобретаемая при падении с любой высоты по кривой, равна скорости, приобретаемой при свободном вертикальном падении с той же высоты, и что такая же скорость необходима для подъема того же тела на ту же высоту как вертикально вверх, так и по кривой. Затем, переходя к циклоиде и рассмотрев некоторые геометрические свойства, автор доказывает таутохронность движения точки по циклоиде.

Формулу математического маятника для циклоидального движения и малых колебаний кругового маятника он выражает следующим образом:

«Время одного малого колебания кругового маятника относится к времени падения по двойной длине маятника, как окружность круга относится к диаметру»

Существенно, что в конце своего сочинения ученый дает ряд предложений (без вывода) о центростремительной силе и устанавливает, что центростремительное ускорение пропорционально квадрату скорости и обратно пропорционально радиусу окружности. Этот результат подготовил ньютоновскую теорию движения тел под действием центральных сил.

Труды по механике, физике и астрономии создали ему широкую известность в научных кругах. В 1660 году Христиан посетил Париж. Сам король Людовик XIV удостоил ученого аудиенции. В столице Франции Гюйгенс познакомился с Блезом Паскалем, с которым до того состоял в переписке. Из Парижа Христиан отправился в Англию, где, в частности, встретился с Робертом Бойлем. В этих поездках он познакомился с участниками кружков, из которых впоследствии образовались Лондонское королевское общество (1660) и Парижская Академия наук, встречался с И. Ньютоном и Г. Лейбницем. Гюйгенс был первым иностранным членом Лондонского королевского общества (1663).

В 1665 г. по приглашению Кольбера он поселился в Париже и был принят в члены Французской Академии наук. В 1666 г. по предложению Кольбера становится её первым президентом. Гюйгенс руководил Академией 15 лет и выполнил за это время много прекрасных работ.

В 1668 г. Лондонское королевское общество предложило своим членам заняться решением задачи центрального удара. Гюйгенс оригинально решил эту задачу для упругих шаров.

Гюйгенс обосновал (теоретически) сплюснутость Земли у полюсов, а также объяснил влияния центробежной силы на направление силы тяжести и на длину секундного маятника на разных широтах. Он одновременно с Валлисом и Реном (опубликовано посмертно) дал одно из решений вопроса о виде тяжелой однородной цепи, находящейся в равновесии (цепная линия).

Ему (а по другим сведениям – Роберту Гуку), принадлежит изобретение часовой спирали, заменяющей маятник, крайне важное для навигации; первые часы со спиралью были сконструированы в Париже часовым мастером Тюре в 1674 году. В 1675 году запатентовал карманные часы.

Гюйгенс первым призвал выбрать всемирную натуральную меру длины, в качестве которой предложил 1/3 длины маятника с периодом колебаний 1 секунда (это примерно 8 см).

Христиан Гюйгенс стал создателем волновой теории света.

В 1690 г. он написал «Трактат о свете», где изложил и применил к объяснению оптических явлений волновую теорию света. Он изложил там качественную теорию отражения, преломления и двойного лучепреломления в исландском шпате в том самом виде, как она излагается теперь в учебниках физики. Сформулировал «принцип Гюйгенса», позволяющий исследовать движение волнового фронта, впоследствии развитый Френелем и сыгравший важную роль в волновой теории света. Будучи в Париже, он хорошо знал Рёмера и активно помогал ему в наблюдениях, приведших к определению скорости света. Гюйгенс первый сообщил о результатах Рёмера в своём «Трактат о свете». В приложении к трактату «О причинах тяжести» он близко подошел к открытию закона всемирного тяготения.

Гюйгенс считал, что корпускулярная теория света, или теория истечения, противоречит свойствам световых лучей не мешать друг другу при пересечении. Он полагал, что Вселенная заполнена тончайшей, и в высшей степени, подвижной упругой средой — мировым эфиром. Если в каком-либо месте эфира частица начнет колебаться, то колебание передается всем соседним частицам, и в пространстве пробегает эфирная волна от первой частицы как центра.

Волновая теория объясняла явления геометрической оптики, но поскольку Гюйгенс сравнивал световые волны и звуковые и полагал, что они являются продольными и распространяются в виде импульсов, он не смог объяснить явления интерференции и дифракции света, которые зависят от периодичности световых волн. Вообще Гюйгенс гораздо больше интересовался волнами как распространением колебаний в прозрачной среде, чем механизмом самих колебаний, который не был ему ясен.

Сконструированный им окуляр, носящий его имя, применяется до сих пор. Окуляр Гюйгенса, состоит из двух плосковыпуклых линз. Также Гюйгенс является изобретателем диаскопического проектора — так называемого «волшебного фонаря».

Сохранилось и название «модель Гюйгенса», относящееся к развитой им теории фигуры Земли. Он первый утверждал, что Земля сжата у полюсов.

Осторожность и добросовестность — неизменные черты его научного стиля. Математические работы Гюйгенса посвящены развитию анализа бесконечно малых и его применению в геометрии, механике, физике, теории вероятностей. Используя идеи Паскаля и Ферма, Гюйгенс написал учебник по теории вероятностей. Он занимался спрямлением кривых, вычислением площади поверхности вращения, вычислением моментов инерции. Его трактат «О расчётах при игре в кости или о расчётах при азартной игре «(1657) был первым исследованием по теории вероятностей и составил первую главу книги Якоба Бернулли «Искусство предположений» (1713).

В знаменитом труде «О найденной величине круга» (1654) он добился значения числа π, которое Архимед получил с помощью 96 – угольника, взяв лишь 12 – угольник. Причём его вычисления приобрели ещё большую точность благодаря применению некоторых свойств центра тяжести.

Гюйгенс разрабатывал вопрос о создании механического прибора для представления движения тел Солнечной системы и развил для этого теорию непрерывных дробей.

В 1665 он совместно с Р.Гуком он установил постоянные точки термометра — точку таяния льда и точку кипения воды. В 1667 году он показал, что при замерзании вода расширяется.

Гюйгенс установил закон сохранения количества движения, выдвинул «принцип Гюйгенса», изучил двойное лучепреломление, ввёл понятие оси кристалла, ввёл термин цепная линия.

Впоследствии «принцип Гюйгенса» был переформулирован физиком Огюстом Жаном Френелем. Он получил название принцип Гюйгенса – Френеля и стал одним из основополагающих принципов волновой оптики. В более современной формулировке он звучит так: «Каждая точка пространства, которой достигла в данный момент распространяющаяся волна, становится источником элементарных сферических волн. Результат интерференции этих волн – огибающая элементарных сферических волн, образующая волновую поверхность». В дальнейшем Ньютоном была предложена корпускулярная теория света. Противостояние этих двух точек зрения продолжалось вплоть до XX века, когда была сформулирована идея о корпускулярно-волновом дуализме.

Гюйгенс был непосредственным преемником Г.Галилея в науке. По словам Лагранжа, Гюйгенсу «было суждено усовершенствовать и развить важнейшие открытия Галилея». Существует рассказ о том, что 17 – летний Гюйгенс собирался доказать, что брошенные горизонтально тела движутся по параболам, но обнаружил доказательство в книге Галилея и не захотел „писать «Илиаду» после Гомера”. Галилей, обдумывая, почему при вращении Земли тела удерживаются на её поверхности, почти получил формулу для центростремительного ускорения, не сделав буквально последнего шага. Гюйгенс дополнил рассуждения Галилея и получил одну из самых замечательных формул в механике.

Один из современников писал о занятиях Гюйгенса физикой: «То, что для обыкновенного человека было утомительным занятием, для Гюйгенса было развлечением». Проницательный человек, он, тем не менее, отличался удивительным упрямством в отстаивании своих заблуждений. Так, например, он упорно не признавал закона всемирного тяготения и настаивал на том, что Ньютон заблуждается, допуская действия неких сил на расстоянии без участия среды, окружающей тела.

Гюйгенс — красивый молодой человек с большими голубыми глазами. Аккуратно подстриженные усики. Рыжеватые, круто завитые по тогдашней моде локоны парика опускаются до плеч, ложатся на белоснежные брабантские кружева дорогого воротника. Он приветлив и спокоен. Никто не видел его особенно взволнованным или растерянным, торопящимся куда-то или, наоборот, погруженным в медлительную задумчивость. Он не любит бывать в свете и редко там бывает, хотя его происхождение открывает ему двери всех дворцов Европы. Впрочем, когда он появляется там, то вовсе не выглядит неловким или смущенным, как часто бывает с учёными, попавшими в этот пестрый, вздорный мир. Нет, он не чужд этому миру. Мир чужд ему. Напрасно очаровательная Нинон де Ланкло ищет его общества, он неизменно приветлив, не более, этот убежденный холостяк. Он может выпить с друзьями, но чуть-чуть, чуть-чуть попроказничать, чуть-чуть посмеяться. Всего понемногу, очень понемногу, чтобы осталось как можно больше на главное — работу. Работа — неизменная, всепоглощающая страсть — сжигала его постоянно. Он вспыхнул в 20 лет и ровно горел до секунды своей смерти, этот удивительный человек, которого сам Ньютон назвал великим.

На период с декабря 1655 года по октябрь 1660 года приходится наибольший расцвет научной деятельности Гюйгенса. В это время, кроме завершения теории кольца Сатурна и теории удара, были выполнены почти все основные работы Гюйгенса, принесшие ему славу.

Задачей о создании и совершенствовании часов, прежде всего маятниковых, Гюйгенс занимался почти сорок лет: с 1656 по 1693 г.

Пытаясь решить одну из основных задач своей жизни — создать часы, которые можно было бы использовать в качестве морского хронометра, Гюйгенс придумал множество решений. Почему задача создания часов так привлекала известного ученого?

Часы относятся к очень древним изобретениям человека. Сначала это были солнечные, водяные, песочные часы; в эпоху Средневековья появились механические часы. Долгое время они были громоздкими. Существовало несколько способов преобразования ускоренного падения груза в равномерное движение стрелок, но даже известные своей точностью астрономические часы Тихо Браге каждый день «подгонялись» принудительно.

Галилей первым обнаружил, что колебания маятника изохронны и собирался использовать маятник при создании часов. Летом 1636 года он писал голландскому адмиралу Л. Реалю о соединении маятника со счетчиком колебаний (это по существу и есть проект маятниковых часов!). Однако из-за болезни и скорой кончины Галилей не закончил работу.

12 января 1657 года Гюйгенс писал: «На этих днях я нашел новую конструкцию часов, при помощи которой время измеряется так точно, что появляется немалая надежда на возможность измерения при её помощи долготы, даже если придется везти их по морю».

И если в начале Гюйгенс проявил себя как инженер, использующий в известном механизме изохронное свойство маятника, то постепенно все больше проявлялись его возможности физика и математика.

Среди инженерных его находок был ряд поистине выдающихся. В часах Гюйгенса впервые была реализована идея автоколебаний, основанная на обратной связи: энергия сообщалась маятнику так, что «сам источник колебаний определял моменты времени, когда требуется доставка энергии». У Гюйгенса эту роль выполняло простое устройство в виде якоря с косо срезанными зубцами, ритмически подталкивающего маятник.

Гюйгенс обнаружил, что колебания маятника изохронны лишь при малых углах отклонения от вертикали, и решил с целью компенсации отклонений уменьшать длину маятника при увеличении угла отклонения. Гюйгенс догадался, как это реализовать технически.

А. Зоммерфельд назвал его «гениальнейшим часовым мастером всех времён». В некотором смысле главные надежды Гюйгенса не осуществились: ему не удалось создать морской хронометр, а в сухопутных часах циклоидальный маятник, который он считал своим главным изобретением, не прижился. Но математические и физические результаты, получение которых стимулировалось задачей о совершенствовании часов, навсегда остались в анализе бесконечно малых, дифференциальной геометрии, механике.

Он довольно много путешествовал, но никогда не был праздным туристом. Сегодня мы назвали бы такие путешествия научными командировками. Во время первой поездки во Францию он занимается оптикой, через пять лет он снова едет в Париж, а затем в Лондон — объяснять секреты изготовления своих телескопов.

Когда в 1666-м министр Людовика XIV учредил Королевскую академию наук в Париже, одним из первых её членов и основателей стал Гюйгенс. За это ученый получил очень солидную пенсию, кроме того, ему были выделены деньги на обустройство квартиры в Париже, которая находилась не где-нибудь, а в здании королевской библиотеки. Фактически Гюйгенс стал главой Академии, он разрабатывал научные программы, определяющие основные направления ее работы.

Пятнадцать лет Гюйгенс проработал он при дворе французского короля. И за пятнадцать лет — лишь две короткие поездки на родину, чтобы подлечиться.

В 1680 г. Гюйгенс работал над созданием «планетной машины» – прообраза современного планетария, – для конструкции которой разработал достаточно полную теорию цепных, или непрерывных, дробей. Это – последняя работа, выполненная им в Париже.

Волна религиозных гонений и преследований протестантов заставляет 52-летнего Гюйгенса навсегда покинуть Францию. В 1681 году, в связи с намеченной отменой Нантского эдикта, Гюйгенс, как протестант, не желая переходить в католицизм, покинул Париж, вернулся в Голландию и остальную часть своей жизни провёл на родине, занимаясь научными исследованиями. Он жил вместе с отцом, летом в провинции, а зимой в Гааге. В 1687 году Гюйгенс-старший умер, и остаток своей жизни Христиан прожил в одиночестве.

Несмотря на слабое здоровье, в 1689 году ученый предпринял очередную, на этот раз последнюю свою поездку. Он отправился в Лондон, где в Королевском обществе прочел лекции о своей собственной теории гравитации. Работа «О причинах тяготения» в 1690 году вышла вместе с «Трактатом о свете». В ней Гюйгенс объясняет причины тяготения, основываясь на «декартовых вихрях». Он, вслед за Декартом, предположил существование некоей «тонкой материи», частицы которой мельче, чем частицы эфира. Они циркулируют вокруг Земли и, сталкиваясь с телами, передают им импульс, направленный к Земле.

В этой поездке Гюйгенс познакомился с Исааком Ньютоном. Серьезные различия во взглядах на многие теоретические проблемы не стали помехой для плодотворного общения между двумя великими учеными.

В молодости Гюйгенс увлекался системой мира Декарта (картезианством), но позднее стал относиться к ней критически. Ни механика, ни оптика Гюйгенса не похожи на декартовские. В конце жизни Гюйгенс так оценил идеи Декарта: «Сейчас я не нахожу во всей его физике, метафизике или метеорологии ничего, что я мог бы принять за истину».

В философии науки Гюйгенс был ближе к позиции Галилея и Ньютона, чем Декарта — он не выдумывал спекулятивные «первопричины», для Гюйгенса объяснить явление природы значило найти на опытах и выразить математически законы, которым оно подчиняется.

В области физики не существует точных доказательств, а причины можно узнать только через последствия, делать предположения — только на основе опыта или известных явлений и стараться проверить, соответствуют ли этим предположениям другие явления. Многие важные работы Гюйгенса были опубликованы только после его смерти. Собрание его трудов содержит 22 тома. Из них первые 10 томов включают переписку, а остальные 12 посвящаются математике, механике, оптике, астрономии.

Как и у других крупнейших учёных средневековья, у Гюйгенса были талантливые ученики. Наиболее известен из них немецкий математик Готфрид Лейбниц.

Христиан Гюйгенс всегда был слаб здоровьем. Тяжелая болезнь, с частыми осложнениями и мучительными рецидивами отяготила и его последние годы жизни. Он страдал и из-за чувства одиночества и меланхолии. Умер X. Гюйгенс 8 июля 1695 года неожиданно, словно споткнулся на бегу. Было зелёное нидерландское лето; на его похоронах было много тюльпанов. А в типографии в это время печаталась его последняя книга «Космотеорос», в которой он аргументировал возможность жизни на других планетах. Гюйгенс одним из первых европейских учёных выдвинул гипотезу населённости разумными существами других объектов вне Земли. Посмертный научный труд Гюйгенса был переведён на английский, французский, немецкий и шведский языки. Научное завещание Христиана Гюйгенса по личному указу императора Петра I в 1717 году перевёл на русский язык Яков (Джеймс) Брюс. Русскому научному сообществу труд известен как «Книга мирозрения».

Подытоживая многолетние наблюдения за различными объектами Вселенной, Гюйгенс сделал попытку подвести научную основу под существование гелиоцентрической системы Коперника, а также научиться вычислять истинные расстояния до звезд и туманностей на основании их видимой яркости.

Лагранж писал, что Гюйгенсу «было суждено усовершенствовать и развить важнейшие открытия Галилея».

В честь Гюйгенса названы: кратер на Луне; гора Mons Huygens на Луне; кратер на Марсе; астероид 2801 Huygens; европейский космический зонд, достигший Титана; Huygens Laboratory: лаборатория в Лейденском

университете в Нидерландах. В 1997 году к открытому Гюйгенсом спутнику Сатурна Титану стартовал зонд Европейского космического агентства, названный его именем. Миссия космического аппарата была столь же удачной, сколь богатой научными открытиями была жизнь Христиана Гюйгенса.

Рассказывают, что…

* Ньютон и Гюйгенс, хорошо зная работы друг друга, долгое время не были знакомы. Их встреча произошла следующим образом. Королевское общество пригласило Гюйгенса в Лондон и предложило ему выступить с докладом. Такое же приглашение получил и Ньютон. И надо же было случиться так, что оба они выступили с ошибочными теориями. После обмена такими докладами они расстались, не испытывая взаимной симпатии.

* Мировоззрение Гюйгенса складывалось под впечатлением успехов, одерживаемых механикой в объяснении природных явлений. Его можно считать одним из родоначальников механистического подхода к физике. В «Трактате о свете» он писал: «Истинная философия сводит все причины явлений природы к механическим причинам. Именно так надо поступать, по моему мнению, или же вообще оставить всякую надежду понять что-либо в физике».

Источник: www.obzor.lt


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.