Христиан ГЮЙГЕНС (Huygens)

(14.04. 1629 - 8.07. 1695)

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.

Биография

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 .

Математика и механика

Научную деятельность Христиан Гюйгенс начал в 1651 году сочинением о квадратуре гиперболы , эллипса и круга . В 1654 году он открыл теорию эволют и эвольвент .

В первой части труда Гюйгенс описывает усовершенствованный, циклоидальный маятник, который обладает постоянным временем качания независимо от амплитуды . Для объяснения этого свойства автор посвящает вторую часть книги выводу общих законов движения тел в поле тяжести - свободных, движущихся по наклонной плоскости, скатывающихся по циклоиде . Надо сказать, что это усовершенствование не нашло практического применения, поскольку при малых колебаниях повышение точности от циклоидального привеса незначительно. Однако сама методика исследования вошла в золотой фонд науки.

В четвёртой части излагается теория физического маятника; здесь Гюйгенс решает ту задачу, которая не давалась стольким современным ему геометрам, - задачу об определении центра качаний. Он основывается на следующем предложении:

Если сложный маятник, выйдя из покоя, совершил некоторую часть своего качания, большую полуразмаха, и если связь между всеми его частицами будет уничтожена, то каждая из этих частиц поднимется на такую высоту, что общий центр тяжести их при этом будет на той высоте, на которой он был при выходе маятника из покоя.

Это предложение, не доказанное у Гюйгенса, является у него в качестве основного начала, между тем как теперь оно представляет простое следствие закона сохранения энергии .

Теория физического маятника дана Гюйгенсом вполне в общем виде и в применении к телам разного рода. Гюйгенс исправил ошибку Галилея и показал, что провозглашённая последним изохронность колебаний маятника имеет место лишь приближённо. Он отметил также ещё две ошибки Галилея в кинематике : равномерное движение по окружности связано с ускорением (Галилей это отрицал), а центробежная сила пропорциональна не скорости, а квадрату скорости.

В последней, пятой части своего сочинения Гюйгенс дает тринадцать теорем о центробежной силе . Эта глава даёт впервые точное количественное выражение для центробежной силы, которое впоследствии сыграло важную роль для исследования движения планет и открытия закона всемирного тяготения . Гюйгенс приводит в ней (словесно) несколько фундаментальных формул:

В 1657 году Гюйгенс написал приложение «О расчётах в азартной игре » к книге его учителя ван Схоотена «Математические этюды». Это было содержательное изложение начал зарождающейся тогда теории вероятностей . Гюйгенс, наряду с Ферма и Паскалем , заложил её основы. По этой книге знакомился с теорией вероятностей Якоб Бернулли , который и завершил создание основ теории.

Астрономия

Гюйгенс самостоятельно усовершенствовал телескоп; в 1655 году он открыл спутник Сатурна Титан и описал кольца Сатурна . В -м он описал всю систему Сатурна в изданном им сочинении.

Он открыл также туманность Ориона и другие туманности, наблюдал двойные звёзды, оценил (довольно точно) период вращения Марса вокруг оси.

Оптика и теория волн

Банкнота в 25 гульденов с портретом Гюйгенса, 1950-е годы, Нидерланды

• Гюйгенс участвовал в современных ему спорах о природе света. В 1678 году он выпустил «Трактат о свете» - набросок волновой теории света. Другое замечательное сочинение он издал в 1690 году ; там он изложил качественную теорию отражения , преломления и двойного лучепреломления в исландском шпате в том самом виде, как она излагается теперь в учебниках физики. Сформулировал т. н. принцип Гюйгенса , позволяющий исследовать движение волнового фронта, впоследствии развитый Френелем и сыгравший важную роль в волновой теории света, и теории дифракции .

• Ему принадлежит оригинальное усовершенствование телескопа , использованного им в астрономических наблюдениях и упомянутого в параграфе об астрономии. Также он является изобретателем диаскопического проектора - т. н. «волшебного фонаря ».

Другие достижения

Карманные механические часы

• Открытие теоретическим путем сплюснутости Земли у полюсов, а также объяснение влияния центробежной силы на направление силы тяжести и на длину секундного маятника на разных широтах.
• Решение вопроса о соударении упругих тел, одновременно с Валлисом и Реном .
• Одно из решений вопроса о виде тяжелой однородной цепи, находящейся в равновесии: (цепная линия).
• 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.
• Первый призвал выбрать всемирную натуральную меру длины, в качестве которой предложил 1/3 длины маятника с периодом колебаний 1 секунда (это примерно 8 см).

Основные труды

• Horologium oscillatorium , 1673 (Маятниковые часы, на латинском).
• Kosmotheeoros . (английский перевод издания 1698 года) - астрономические открытия Гюйгенса, гипотезы об иных планетах.
• Treatise on Light (Трактат о свете, английский перевод).

Примечания

Литература

Сочинения Гюйгенса в русском переводе

• Архимед. Гюйгенс. Лежандр. Ламберт. О квадратуре круга. С приложением истории вопроса, составленной Ф. Рудио. Пер. С.Н. Бернштейна. Одесса, Mathesis, 1913. (Репринт: М.: УРСС, 2002)
• Гюйгенс Х. Три трактата по механике . М.: Изд. АН СССР, 1951.
• Гюйгенс Х. Трактат о свете, в котором объяснены причины того, что с ним происходит при отражении и преломлении, в частности при странном преломлении исландского кристалла . М.–Л.: ОНТИ, 1935.

Литература о нём

• Веселовский И.Н. Гюйгенс . М.: Учпедгиз, 1959.
• История математики под редакцией А. П. Юшкевича в трёх томах, М.: Наука, Том 2. Математика XVII столетия. (1970)
• Гиндикин С.Г. Рассказы о физиках и математиках. M: МЦНМО, 2001.
• Костабель П. Изобретение Христианом Гюйгенсом циклоидального маятника и ремесло математика. Историко-математические исследования , вып. 21, 1976, с. 143–149.
• Мах Э. Механика. Историко-критический очерк ее развития . Ижевск: РХД, 2000.
• Франкфурт У. И., Френк А.М. Христиан Гюйгенс . М.: Наука, 1962.
• Джон Дж. О’Коннор и Эдмунд Ф. Робертсон. Гюйгенс, Христиан в архиве MacTutor

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Гюйгенс Х." в других словарях:

Гюйгенс: Константин Гюйгенс (4 сентября 1596 28 марта 1687) нидерландский поэт, учёный и композитор. Отец Христиана Гюйгенса. Христиан Гюйгенс (14 апреля 1629 8 июля 1695) голландский математик, физик и астроном. Сын Константина… … Википедия

- (Хейгенс) (Huygens) Христиан (1629 95), нидерландский ученый, один из основоположников волновой теории света. Изобрел маятниковые часы со спусковым механизмом (1657), разработал теорию колебаний физического маятника, заложил основы теории удара.… … Современная энциклопедия

- (Huygens) Христиан (1629 95), нидерландский физик и астроном. В 1655 г. открыл самый большой спутник Сатурна, Титан, а в следующем году установил, что эта планета окружена широким кольцом. Усовершенствовал конструкцию ТЕЛЕСКОПА и сконструировал… … Научно-технический энциклопедический словарь

- (Христиан Huyghensvan Zuylichem), математик, астроном, ифизик, которого Ньютон признал великим (1629 1695). Отец его, синьорван Зюйлихем, секретарь принцев Оранских был замечательным литератором инаучно образован. Научную деятельность Г. начал в… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

I Гюйгенс (Huygens) Константин (1596 1687), нидерландский писатель; см. Хёйгенс К. II Гюйгенс Хёйгенс (Huygens) Христиан (14. 4. 1629, Гаага, 8. 7. 1695, там же), нидерландский механик, физик и математик, создатель волновой теории … Большая советская энциклопедия

Гюйгенс - Г юйгенс, а: пр инцип Г юйгенса (или Г юйгенса Френ еля) … Русский орфографический словарь

Гюйгенс - прізвище * Жіночі прізвища цього типу як в однині, так і в множині не змінюються … Орфографічний словник української мови

Гюйгенс Х. - ГЮ́ЙГЕНС, Хёйгенс (Huygens) Христиан (1629–95), нидерл. естествоиспытатель. В 1665–81 работал в Париже. Изобрёл (1657) маятниковые часы со спусковым механизмом, дал их теорию, установил законы колебаний физ. маятника, заложил основы… … Биографический словарь

Оптика занимает особое место в науке, хотя бы потому, что “свет” – понятие и макроскопическое и микроскопическое, интересы оптики, ее методы простираются от мегамира до микромира, от Вселенной до микрочастиц, а научные выводы, полученные или при изучении оптических явлений, или с помощью оптических методов и средств, не раз меняли представления об устройстве мира, то есть имели и имеют мировоззренческий характер.

Даже на первых этапах развития науки, в эпохи мифологии и философии, еще до возникновения инструментальной оптики, представление о свете, зрении, Солнце играли весомую роль в формировании мировоззрения. Существовала мифологическая, фантастическая "оптика", в которой обожествлялось Солнце, смешивались понятия зрения и света. Тождественность представлений о свете и зрении сохранялась вплоть до XVII в. На фоне выдающихся успехов науки в таких областях, как геодезия, астрономия, математика, механика учение о свете было, по современным понятиям, нелепым. Это может быть объяснено в определенной мере отсутствием оптических инструментов, дающих изображения предметов. Первой оптической системой, "отделившей" свет от зрения, стала камера-обскура, о которой мы уже упоминали. Изображение, даваемое камерой, существовало отдельно от глаза. Как только появились оптические системы, создающие изображение, оптика как наука о зрении (в первородном смысле) стала превращаться в науку о свете, или, в более широком понимании, науку об излучении, его распространении и взаимодействии с веществом. В технике возникает оптическое приборостроение, и по сей день создающее условия для развития многих отраслей науки и техники.

Оптические эксперименты поставили на новом уровне теоретические проблемы в области оптики, важнейшими из которых являются проблемы природы света и скорости его распространения. В постановке и решении этих проблем видное место принадлежит Франческо Гримальди (1618-1663), Олафу Ремеру (1644-1710), Христиану Гюйгенсу (1629-1695), Роберту Гуку (1635-1703).

В ряду достижений оптики XVII в. ярким событием явилось открытие дифракции, принадлежащее итальянскому ученому Гримальди.

Франческо Мария Гримальди родился в семье торговца шелком. С юных лет Гримальди вступил в орден иезуитов и на протяжении многих лет учился в нескольких иезуитских школах и университетах Италии, а затем сам преподавал в иезуитской коллегии в Болонье математику и филисофию. В 1647 году Гримальди получил степень доктора философии, а в 1651 г. принял сан священника.

К вопросам оптики Гримальди пришел от астрономии, которой занимался под влиянием известного итальянского астронома Дж. Риччиолли. Гримальди оказывал ему помощь в подготовке к изданию книги "Новый Альмагест".

Основное научное сочинение Ф. Гримальди, которому он посвятил последние годы жизни, было опубликовано посмертно в 1665 году. Книга под названием "Физико-математический трактат о свете, цветах и радуге" начинается с заявления об открытии дифракции – отклонения света, нарушения прямолинейности его распространения при взаимодействии с препятствием, например при прохождении через малые отверстия. Термин "дифракция" введен самим Гримальди и используется по сей день. Явление дифракции было открыто Гримальди при проведении экспериментов с узкими пучками лучей. Схема одного из опытов показана на рис.7.

Рис.7.Схема опыта Гримальди по дифракции

Через щель CD в пластинке AB проходит пучок лучей – солнечный свет. На пути пучков, прошедших через щель CD, расположена другая щель GH в пластинке EF. Оказалось, что лучи, прошедшие GH, образуют конус, основание которого IK заметно больше, чем это должно следовать из геометрических построений (конусы NDM и LCO). Кроме того, края световых пятен, наблюдаемых на экране, оказались окрашенными, по описанию Гримальди, в красные и голубоватые цвета, тогда как центральное пятно было белым, "залитым чистым светом". Гримальди объясняет это явление образованием за препятствием волн в световом флюиде, отклоняющихся за отверстием.

Долгое время вопрос о скорости света оставался открытым. Замечательным событием в изучении этого вопроса стала дискуссия Р. Декарта и П. Ферма, приведшая Ферма к формулировке принципа "наименьшего времени" при распространеии света. Ферма придерживался мнения о мгновенности распространения света, но искал зерно истины в метафизическом утверждении, известном еще со времен античности, что природа всегда действует по кратчайшему пути. Но что такое кратчайший путь? Как оказалось, это не самый близкий, не самый легкий, не путь с наименьшим сопротивлением, а путь с кратчайшим временем. Этот принцип известен как "принцип Ферма". Приняв гипотезу о конечности скорости света и ее зависимости от свойств среды, соединив эту гипотезу с принципом кратчайшего времени, Ферма получил, к своему удивлению, закон преломления, совпадавший с законом Декарта. Ферма дал и обратную формулировку этого закона, по которой если преломление подчиняется закону Декарта, и если показатель преломления равен отношению скоростей света в первой и второй среде, то свет при распространении из одной среды в другую следует по пути, при котором время распространения является наименьшим.

Имя Пьера Ферма (1601-1665) известно также в связи с его теоремой, доказать которую до сих пор не удается. По профессии Ферма был юристом, работал адвокатом в Тулузе, советником парламента, и математика для него была желанным увлечением. Он любил читать сочинения древних ученых. На полях "Арифметики" Диофанта Александрийского Ферма написал, что нельзя решить уравнение

где n – целое число больше 2. Ферма пишет: "Я нашел удивительное доказательство этого предположения, но здесь слишком мало места, чтобы его поместить". Несмотря на усилия выдающихся математиков, доказательство утверждения Ферма в общем виде не найдено, но получено лишь для некоторых частных случаев.

Вернемся к проблеме скорости света. С помощью экспериментальной техники того времени измерение скорости света было невозможным. Поэтому естественным было использование астрономических наблюдений, то есть наблюдений на расстояниях, при которых время распространения света становится доступным для измерения. Доказательство конечности скорости света принадлежит датскому ученому Олафу Ремеру.

Ремер родился в Ааргузе в семье купца. Учился в Копенгагенском университете, изучал медицину, физику, астрономию. В 1671 г. Ремер принял приглашение работать в Парижской обсерватории. В Париже он принимает активное участие в решении ряда технических проблем в проведении точнейших астрономических наблюдений. Интересно отметить, что он обучал математике наследника французского престола. Именно здесь, в Париже, Ремер доказал конечность скорости света при наблюдении за одним из спутников Юпитера. Схема наблюдений показана на рис.8.

Рис.8.Схема наблюдений Ремера за спутником Юпитера

Пусть A – Солнце, B – Юпитер, D и C – положения спутника Юпитера Ио, входящего в тень в т. C и выходящего из тени в т. D; K, L, G, F – точки наблюдения с Земной орбиты, EH – диаметр Земной орбиты, проходящей через Солнце. Когда Земля удаляется от орбиты Юпитера, перемещаясь из т. L в т. K момент выхода из тени спутника в т. D будет отсрочен на время распространения излучения от т. L к т. K. И, напротив, при перемещении из т. F к т. G момент выхода из тени будет на этот же интервал приближен. По подсчетам Ремера необходимо 22 минуты для прохождения интервала EH, равного диаметру орбиты Земли (современное значение 16 мин. 36 сек.).

Свою теорию Ремер представил Парижской Академии наук, но эта теория встретила в академической среде, где господствовало картезианство, сильное сопротивление. Большинство крупных ученых того времени, среди которых И. Ньютон, Х. Гюйгенс, Г.В. Лейбниц разделяли взгляды Ремера.

После возвращения на родину Ремер создал первоклассную обсерваторию, усовершенствовал ряд астрономических приборов, оснастивших лабораторию. В конце жизни Ремер много сил и времени отдавал государственным делам будучи главой Государственного Совета.

Выдающийся вклад в развитие теоретической оптики, в теорию света был сделан голландским ученым Христианом Гюйгенсом, чье имя увековечено наименованием одного из основополагающих принципов оптической теории – "принципа Гюйгенса".

Х. Гюйгенс родился в Гааге в знатной и богатой семье. Математика и физика увлекала Христиана с детства, однако он получил юридическое образование в Лейденском и Бредском университетах. Математикой Гюйгенс, видимо, занимался самостоятельно. Его наставником в этом деле был известный голландский математик того времени Ван-Шотен. В 1651 году, когда Гюйгенсу было всего 22 года, он написал свой первый трактат по математике "Теоремы о квадратуре гиперболы эллипса и круга и центра тяжести их частей”.

После окончания университета Гюйгенс занимается дипломатической работой, затем едет во Францию, поступает в Анжерский протестантский университет, получает диплом доктора права. Но возвратившись в Голландию, он перестает заниматься юриспруденцией и целиком посвящает себя астрономии, механике, математике и оптике.

Написанный им в 1657г. трактат “О расчетах при азартной игре” стал одной из первых работ по зарождавшейся теории вероятностей.

На протяжении всей жизни Гюйгенс занимался изготовлением оптических систем. Страсть к шлифовке стекол пришла к нему еще в молодости. Гюйгенс изобрел шлифовальный станок для изготовления линз и создал зрительные трубы хорошего качества, позволившие ему открыть “кольцо Сатурна”. В своих зрительных трубах, имевших большое увеличение, Гюйгенс применил схему окуляра, который теперь носит его имя – “окуляр Гюйгенса”. Чтобы объявить о своем открытии кольца, или как он полагал спутника (“луны”) Сатурна, Гюйгенс, согласно тогдашнему обычаю, послал к известным астрономам загадку (анаграмму), составленную из букв, которые образовывали следующую фразу: Saturno luna circumducitur diebus sexdecim, horas quatuor, то есть: “Сатурн сопровождается луной, которая обращается вокруг него в шестнадцать дней и четыре часа”. Он вырезал на объективе своей подзорной трубы эту загадку и слова, служившие ей отгадкой.

Кроме кольца Сатурна Гюйгенс обнаружил “шапки” на Марсе, туманности в созвездии Ориона, полосы на Юпитере. Астрономические наблюдения требовали точных приборов для измерения времени. Хорошие часы нужны были и голландским морякам. Гюйгенс в связи с этим изобретает часы с маятником (патент от 1657г.). Идея часов с маятником принадлежит, как мы уже упоминали, Галилею, но реализовать ее удалось Гюйгенсу. Историки считают, что Гюйгенс пришел к своему изобретению независимо от Галилея. В трактате “Маятниковые часы” (1658г.) Гюйгенс изложил теорию математических и физических маятников, дал формулу для расчета периода колебаний маятника.

Астрономические исследования Гюйгенса и изобретение маятниковых часов сделали его имя известным по всей Европе. В 1663г. Гюйгенс был избран первым иностранным членом Лондонского королевского общества, а в 1665г. его приглашают в Париж в качестве почетного члена Академии наук Франции. В Париже Гюйгенс пробыл 16 лет (1665-1681гг.). Франция стала его второй родиной. Здесь он завязывает международные научные связи, поддерживает контакты с Бойлем, Гуком, Ньютоном, Лейбницем.

В связи с начавшимся во Франции враждебными действиями католиков против протестантов (Гюйгенс был протестантом), он уезжает на родину, несмотря на уговоры Людовика XIV остаться. Гюйгенс считал себя в науке продолжателем Галилея и Торричелли, теории которых он, по его собственному выражению “подтверждал и обобщал”.

Шедевром Гюйгенса в области механики является его произведение “Качающиеся часы, или о движении маятника”. В этой работе, опубликованной в 1673г., приводится описание маятниковых часов, движения тел по циклоиде, развертка и определение длин кривых линий, определение центра колебаний, описание устройства часов с круговым маятником, изложение теоремы о центробежной силе.

С 1659г. Гюйгенс работал над трактатом “О центробежной силе”, опубликованном посмертно в 1703г. В нем Гюйгенс изложил законы, определяющие центробежную силу. Идея о центробежной силе впервые четко выражена Гюйгенсом в его письме к секретарю Лондонского Королевского общества от 4 сентября 1669г. Эта идея была зашифрована в виде анаграммы.

Вывод формулы для центробежной силы имел огромное значение в развитии механики. Когда Ньютона спрашивали, что нужно прочесть, чтобы понимать его работы, он прежде всего указывал на сочинения Гюйгенса.

Большое значение в развитии динамики имеет труд Гюйгенса “О движении тел под влиянием удара”, законченный в 1656г, но опубликованный в 1700г. Гюйгенс рассматривает задачи об упругом соударении тел на основе трех принципов – принципа инерции, принципа относительности и принципа сохранения суммы произведений каждого “тела” на квадрат его скорости до и после удара - эту величину Лейбниц назвал “живой силой” и противопоставил “мертвой силе”, или потенциальной энергии. “Живая сила”, как мы теперь знаем, отражает кинетическую энергию, формула для расчета которой была получена Густавом Кориолисом (1792-1843). Формула Кориолиса которая отличается от формулы “живой силы” Гюйгенса и Лейбница множителем?.

Начиная примерно с 1675г. Гюйгенс целиком занят проблемами оптики. Его работы в этой области обобщены в “Трактате о свете”, изданном в Лейдене (1690г.). В нем он впервые изложил стройную волновую теорию света. Трактат состоит из 6 глав, в которых последовательно рассматривается прямолинейность распространения света, отражение, преломление, атмосферная рефракция, двойное лучепреломление и, наконец, форма линз. Критикуя позиции сторонников корпускулярной теории (в частности, невозможность объяснить с помощью этой теории, почему пересекающиеся пучки лучей не взаимодействуют, если они состоят из отдельных частиц), Гюйгенс приходит к выводу: “Нельзя сомневаться, что свет состоит в движении какого-то вещества”. Гюйгенс, приняв за аксиому существование этого гипотетического вещества, рассматривает механизм распространения света.

Гюйгенс выдвинул принцип волнового распространения света, заключающуюся в том, что каждая точка среды распространения света, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных волн. Этот принцип, носящий имя Гюйгенса, рассмотрен им на примере пламени свечи (рис.9).

Рис.9.Принцип Гюйгенса на примере пламени свечи

Точки А, В, С пламени сообщают движение окружающей среде – эфиру, то есть создают волну. В свою очередь каждая точка эфира как только до нее находит возмущение, сама становится центром новой волны. Таким образом, волновое движение распространяется от точки к точке. Поверхность, касательная ко всем вторичным волнам, представляет собой волновую поверхность – волновой фронт. Предложенный Гюйгенсом принцип формирования волнового фронта позволил блестяще объяснить законы отражения и преломления, при этом принцип Гюйгенса приводит к принципу Ферма, но доказательство Гюйгенса значительно проще.

Уязвимым местом теории распространения света Гюйгенса явилось не вполне удовлетворительное объяснение прямолинейности распространения света. Это объяснение Гюйгенс делает по аналогии с упругим ударом о группу шаров. Он пишет: “Если взять огромное количество одинаковых по величине шаров из очень твердого вещества, расположить их по прямой линии так, чтобы они соприкасались друг с другом, то всякий раз, как такой шар ударит первый из них, движение распространится в одно мгновение к последующему шару, который отделится от ряда так, что никто не заметит, как другие шары также пришли в движение, а тот, который произвел удар, останется неподвижным… Таким образом, обнаруживается передача движения с необыкновенной скоростью, которая тем больше, чем тверже вещество шаров”. Для того, чтобы такой механизм передачи возмущений в эфире был реализуем, эфир необходимо наделить абсолютной твердостью и одновременно свойством проникновения во все тела.

При выдвижении своего принципа Гюйгенс исходил из аналогии со звуком и считал волновые колебания эфира продольными, то есть совпадающими по направлению с распространением волны. Но если принять характер колебания эфира продольным, то ряд эффектов, возникающих в двулучепреломляющих кристаллах, не поддаются объяснению. Эти эффекты объяснялись, если принять гипотезу Гука о поперечности световых волн.

Как мы видим, в оптике XVII века господствовали механические представления. Физики того времени, как правило, были одновременно механиками и оптиками. Особенно это характерно для творчества Роберта Гука – величайшего английского физика.

Гук вышел из семьи духовенства. Его отец хотел видеть Роберта пастором, но уже в ранние годы Гук обнаружил замечательные способности к математике и механике и был отдан на обучение к часовому мастеру, а затем в Оксфордский университет. В возрасте 24 лет он работает ассистентом у Бойля, а в 1662г. Гук приглашается на должность “куратора опытов” в Королевское научное общество. Вскоре Гук становится членом Королевского общества, а в 1667г. – секретарем его.

Лондонское Королевское научное общество того времени обсуждало не только теоретические, но и сугубо практические вопросы. Так, например, 18 марта 1663г. Обществом было одобрено предложение о разведении в Англии картофеля, чтобы “предотвратить в будущем возможность голода”. Клубни картофеля были переданы членам общества для разведения, несколько картофелин получил и Гук.

После сильнейшего пожара, произошедшего в Лондоне в 1666г., Королевскому обществу было поручено разработать план новой застройки. Свой план представил и Гук, но он не был принят, хотя инспектором застройки стал именно Гук. Лондон восстанавливался по плану замечательного архитектора Рена – создателя знаменитого собора Петра и Павла в Лондоне. Должность инспектора застройки Лондона приносила, по-видимому, немалые доходы. После смерти Гука в 1670г. в его кабинете был обнаружен железный ящик, в котором содержалось несколько тысяч фунтов стерлингов.

Гук оставил неоценимое научное наследие. Имя Гука связано с фундаментальным законом, устанавливающим зависимость между механическими напряжениями в упругом теле и вызываемыми ими деформациями. Этот закон Гук опубликовал в 1678г. в виде анаграммы из 14 букв, перевести которую можно так: “Какова сила – таково растяжение”. Закон Гука является основополагающим в науках о сопротивлении материалов.

Гук усовершенствовал многие измерительные приборы: воздушный насос (вместе с Бойлем), барометр с круговой шкалой, анемометр (прибор для измерения силы ветра) и многие другие.

В области оптики выдающееся значение имеет усовершенствование Гуком микроскопа. Изобретение микроскопа приписывают голландскому очковому мастеру Захарию Янсену. Однако для научных исследований микроскоп впервые использовал Гук. Устройство микроскопа описано им в книге “Микрография” (1665г.). С помощью микроскопа Гук увидел клетки тканей организмов. Само слово “клетка” введено именно Гуком. Значение “Микрографии” Гука далеко выходит за пределы проблем, связанных с микроскопом. Гук излагает в этой, получившей особую известность книге, свои представления о природе света, опыты по определению упругости воздуха, астрономические наблюдения, наблюдения тонких слоев (мыльные пузыри, масляные пленки и т.п.), помещенных в световой пучок.

Гук вплотную приблизился к открытию закона всемирного тяготения. В 1674г. в работе “Попытка доказать движение Земли наблюдениями” Гук выдвинул три важнейших предположения, суть которых в следующем.

Во-первых, существует сила притяжения, которой обладают все небесные тела, и эта сила направлена к центру тела.

Во-вторых, Гук следует Галилею в вопросе о законе инерции.

В-третьих, силы притяжения, по Гуку, увеличиваются по мере приближения к притягивающему телу.

В 1679г. Гук указывал, что, если притяжение обратно пропорционально квадрату расстояния, то формой орбиты планет является эллипс. Это предположение Гук сделал в своем письме к Ньютону в Кембридж и предложил его для обсуждения.

В ответном письме Ньютон выразил сожаление, что в его возрасте (Ньютону было тогда 37 лет) трудно заниматься математикой и его более интересуют средневековые алхимические рецепты изготовления золота. Как выяснилось позднее, Ньютон тогда уже был близок к открытию закона всемирного тяготения или даже открыл его, но не спешил с публикациями.

Биографы отмечают неуживчивый характер Р.Гука, его посягательства на научные приоритеты Х.Гюйгенса, Ф. Гримальди, И.Ньютона. Но до своей кончины Гук пользовался глубочайшим уважением ученых Англии и всей Европы.

Биография

Христиан Гюйгенс - нидерландский механик, физик, математик, астроном и изобретатель.

Один из основоположников теоретической механики и теории вероятностей. Внёс значительный вклад в оптику, молекулярную физику, астрономию, геометрию, часовое дело. Открыл кольца Сатурна и Титан (спутник Сатурна). Первый иностранный член Лондонского королевского общества (1663), член Французской академии наук с момента её основания (1666) и её первый президент (1666-1681).

Гюйгенс родился в Гааге в 1629 году. Отец его Константин Гюйгенс (Хёйгенс), тайный советник принцев Оранских, был замечательным литератором, получившим также хорошее научное образование. Константин был другом Декарта, и декартовская философия (картезианство) оказала большое влияние не только на отца, но и на самого Христиана Гюйгенса.

Молодой Гюйгенс изучал право и математику в Лейденском университете, затем решил посвятить себя науке. В 1651 году опубликовал «Рассуждения о квадратуре гиперболы, эллипса и круга». 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.

В 1657 году Гюйгенс получил голландский патент на конструкцию маятниковых часов. В последние годы жизни этот 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. Сконструированные Гюйгенсом точные и недорогие часы с маятником быстро получили широчайшее распространение по всему миру. В 1673 году под названием «Маятниковые часы» вышел чрезвычайно содержательный трактат Гюйгенса по кинематике ускоренного движения. Эта книга была настольной у Ньютона, который завершил начатое Галилеем и продолженное Гюйгенсом построение фундамента механики.

В 1661 году Гюйгенс совершил поездку в Англию. В 1665 году по приглашению Кольбера поселился в Париже, где в 1666 году была создана Парижская Академия наук. По предложению того же Кольбера Гюйгенс стал её первым президентом и руководил Академией 15 лет. В 1681 году, в связи с намеченной отменой Нантского эдикта, Гюйгенс, не желая переходить в католицизм, вернулся в Голландию, где продолжил свои научные исследования. В начале 1690-х годов здоровье учёного стало ухудшаться, он умер в 1695 году. Последним трудом Гюйгенса стал «Космотеорос», в нём он аргументировал возможность жизни на других планетах.

Научная деятельность

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

Математика

Научную деятельность Христиан Гюйгенс начал в 1651 году сочинением о квадратуре гиперболы, эллипса и круга. В 1654 году он разработал общую теорию эволют и эвольвент, исследовал циклоиду и цепную линию, продвинул теорию непрерывных дробей.

В 1657 году Гюйгенс написал приложение «О расчётах в азартной игре» к книге его учителя ван Схоотена «Математические этюды». Это было первое изложение начал зарождающейся тогда теории вероятностей. Гюйгенс, наряду с Ферма и Паскалем, заложил её основы, ввёл фундаментальное понятие математического ожидания. По этой книге знакомился с теорией вероятностей Якоб Бернулли, который и завершил создание основ теории.

Механика

В 1657 году Гюйгенс издал описание устройства изобретённых им часов с маятником. 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).

В 1673 году Гюйгенс опубликовал классический труд по механике «Маятниковые часы» («Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica»). Скромное название не должно вводить в заблуждение. Кроме теории часов, сочинение содержало множество первоклассных открытий в области анализа и теоретической механики. Гюйгенс также проводит там квадратуру ряда поверхностей вращения. Это и другие его сочинения имели огромное влияние на молодого Ньютона.

В первой части труда Гюйгенс описывает усовершенствованный, циклоидальный маятник, который обладает постоянным временем качания независимо от амплитуды. Для объяснения этого свойства автор посвящает вторую часть книги выводу общих законов движения тел в поле тяжести - свободных, движущихся по наклонной плоскости, скатывающихся по циклоиде. Надо сказать, что это усовершенствование не нашло практического применения, поскольку при малых колебаниях повышение точности от циклоидального привеса незначительно. Однако сама методика исследования вошла в золотой фонд науки.

Гюйгенс выводит законы равноускоренного движения свободно падающих тел, основываясь на предположении, что действие, сообщаемое телу постоянной силой, 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 падении по различно наклонным прямым с 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 подъёма тела до верхнего конца второй прямой; но тогда бы вышло, что тело поднялось на высоту, большую той, 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 какой-либо кривой, причём доказывает, что скорость, приобретаемая при падении с какой-либо высоты по кривой, равна скорости, приобретаемой при свободном падении с той же высоты по вертикальной линии, и что такая же скорость необходима для подъёма того же тела на ту же высоту как по вертикальной прямой, так и по кривой. Затем, переходя к циклоиде и рассмотрев некоторые геометрические свойства её, автор доказывает таутохронность движений тяжелой точки по циклоиде.

В третьей части сочинения излагается теория эволют и эвольвент, открытая автором ещё в 1654 году; здесь он находит вид и положение эволюты циклоиды. В четвёртой части излагается теория физического маятника; здесь Гюйгенс решает ту задачу, которая не давалась стольким современным ему геометрам, - задачу об определении центра качаний. Он основывается на следующем предложении:

Если сложный маятник, выйдя из покоя, совершил некоторую часть своего качания, большую полуразмаха, и если связь между всеми его частицами будет уничтожена, то каждая из этих частиц поднимется на такую высоту, что общий центр тяжести их при этом будет на той высоте, на которой он был при выходе маятника из покоя. Это предложение, не доказанное у Гюйгенса, является у него в качестве основного начала, между тем как теперь оно представляет простое следствие закона сохранения энергии.

Теория физического маятника дана Гюйгенсом вполне в общем виде и в применении к телам разного рода. Гюйгенс исправил ошибку Галилея и показал, что провозглашённая последним изохронность колебаний маятника имеет место лишь приближённо. Он отметил также ещё две ошибки Галилея в кинематике: равномерное движение по окружности связано с ускорением (Галилей это отрицал), а центробежная сила пропорциональна не скорости, а квадрату скорости.

В последней, пятой части своего сочинения Гюйгенс дает тринадцать теорем о центробежной силе. Эта глава даёт впервые точное количественное выражение для центробежной силы, которое впоследствии сыграло важную роль для исследования движения планет и открытия закона всемирного тяготения. Гюйгенс приводит в ней (словесно) несколько фундаментальных формул:

Астрономия

Гюйгенс самостоятельно усовершенствовал телескоп; в 1655 году он открыл спутник Сатурна Титан и описал кольца Сатурна. В 1659-м он описал всю систему Сатурна в изданном им сочинении.

В 1672 году он обнаружил ледяную шапку на Южном полюсе Марса. Он открыл также туманность Ориона и другие туманности, наблюдал двойные звёзды, оценил (довольно точно) период вращения Марса вокруг оси.

Последняя книга «ΚΟΣΜΟΘΕΩΡΟΣ sive de terris coelestibus earumque ornatu conjecturae» (на латинском языке; опубликована посмертно в Гааге в 1698 году) - философско-астрономическое размышление о Вселенной. Полагал, что другие планеты также населены людьми. Книга Гюйгенса получила широчайшее распространение в Европе, где была переведена на английский (1698), голландский (1699), французский (1702), немецкий (1703), русский (1717) и шведский (1774) языки. На русский язык по указу Петра I была переведена Яковом Брюсом под названием «Книга мирозрения». Считается первой в России книгой, где излагается гелиоцентрическая система Коперника.

В этом труде Гюйгенс сделал первую (наряду с Джеймсом Грегори) попытку определить расстояние до звёзд. Если предположить, что все звёзды, включая Солнце, имеют близкую светимость, то, сравнивая их видимую яркость, можно грубо оценить отношение расстояний до них (расстояние до Солнца было тогда уже известно с достаточной точностью). Для Сириуса Гюйгенс получил расстояние в 28000 астрономических единиц, что примерно в 20 раз меньше истинного (опубликовано посмертно, в 1698 году).

Оптика и теория волн

Гюйгенс участвовал в современных ему спорах о природе света. В 1678 году он выпустил «Трактат о свете» - набросок волновой теории света. Другое замечательное сочинение он издал в 1690 году; там он изложил 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. Открыл поляризацию света (1678).

Ему принадлежит оригинальное усовершенствование телескопа, использованного им в астрономических наблюдениях и упомянутого в параграфе об астрономии, он изобрел «окуляр Гюйгенса», состоящий из двух плосковыпуклых линз (используется и в наши дни). Также он является изобретателем диаскопического проектора - т. н. «волшебного фонаря».

Другие достижения

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 дал решение вопроса о соударении упругих тел, одновременно с Валлисом и Реном (опубликовано посмертно) и одно из решений вопроса о виде тяжелой однородной цепи, находящейся в равновесии (цепная линия).

Ему 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).

Основные труды

Horologium oscillatorium, 1673 (Маятниковые часы, на латинском).
Kosmotheeoros. (английский перевод издания 1698 года) - астрономические открытия Гюйгенса, гипотезы об иных планетах.
Treatise on Light (Трактат о свете, английский перевод).

Гюйгенс Христиан (1629-1695), нидерландский физик, математик, механик, астроном.

Родился 14 апреля 1629 г. в Гааге. В 16 лет поступил в университет Лейдена, через два года продолжил обучение в университете города Бреда. В основном жил в Париже; был членом Парижской академии наук.

Гюйгенс стал известен как блестящий математик. Однако судьба распорядилась так, что он был современником И. Ньютона, а значит, всегда находился в тени чужого таланта. Гюйгенс явился одним из разработчиков механики после Галилея и Декарта. Ему принадлежит первенство в создании маятниковых часов со спусковым механизмом. Он сумел решить задачу об определении центра колебания физического маятника, установить законы, определяющие центростремительную силу. Он также исследовал и вывел закономерности столкновения упругих тел.

Раньше Ньютона Гюйгенс разработал волновую теорию света. Принцип Гюйгенса (1678 г.) - открытый им механизм распространения света - применим и в наши дни. Опираясь на свою теорию света, Гюйгенс объяснил ряд оптических явлений, с большой точностью измерил геометрические характеристики исландского шпата и обнаружил в нём двойное лучепреломление, затем это же явление увидел в кристаллах кварца. Гюйгенс ввёл понятие «ось кристалла», обнаружил поляризацию света. С большим успехом работал он в области оптики: значительно усовершенствовал телескоп, сконструировал окуляр, ввёл диафрагмы.

Являясь одним из создателей Парижской обсерватории, внёс значительный вклад в астрономию - открыл 8 кольцо Сатурна и Титан, один из самых больших спутников в Солнечной системе, различил полярные шапки на Марсе и полосы на Юпитере. Учёный с большим интересом конструировал так называемую планетарную машину (планетарий) и создавал теорию фигуры Земли. Первым подошёл к заключению, что Земля сжата возле полюсов, и высказал идею измерять силу тяжести с помощью секундного маятника. Гюйгенс вплотную подошёл к открытию закона всемирного тяготения. Его математическими методами в науке пользуются и сегодня.