Christiana Huygensa

Dla liniowca oceanicznego, zobacz MS Christiaan Huygens .

Christiana Huygensa FRS
Huygens autorstwa Caspara Netschera (1671), Museum Boerhaave , Leiden
Urodzić się	( 1629-04-14 ) 14 kwietnia 1629 Haga , Republika Holenderska
Zmarł	08 lipca 1695 ( w wieku 66) ( 08.07.1695 ) Haga, Republika Holenderska
Alma Mater	Uniwersytet w Lejdzie Uniwersytet w Angers
Znany z	Lista Teleskop lotniczy Sprężyna równowagi Dwójłomność Siła odśrodkowa Siła dośrodkowa Formuły kolizyjne Odkrycie Tytana Wyjaśnienie pierścieni Saturna Ewoluta Ruina hazardzisty Silnik Huygensa Okular firmy Huygenian Zasada Huygensa-Fresnela Lemniskata Huygensa Twierdzenie Huygensa-Steinera tryton Huygensa Spiralny Blokada wtrysku Skok powtórzeń Magiczna latarnia Zegar wahadłowy Kwestia punktów Krzywa tautochrony Tractrix Teoria fal 31 strojenie muzyczne o jednakowym temperamencie
Kariera naukowa
Pola	Matematyka Fizyka Astronomia Mechanika Horologia
Instytucje	Towarzystwo Królewskie w Londynie Francuska Akademia Nauk
Doradcy akademiccy	Fransa van Schootena
Wpływy	Galileo Galilei René Descartes
Pod wpływem	Gottfrieda Wilhelma Leibniza Izaaka Newtona
Podpis

Christiaan Huygens , słuchaj ) Lord of Zeelhem , FRS ( / ( h aɪ ɡ ən z / HY -gənz , US także / h ɔɪ ɡ ən z ( / HOY -gənz , holenderski: [ˈkrɪstijaːn ˈɦœyɣə n) s] ; także orkisz Huyghens ; łac . Hugenius ; 14 kwietnia 1629 - 8 lipca 1695) był holenderskim matematykiem , fizykiem , inżynierem , astronomem i wynalazcą , uważanym za jedną z najważniejszych postaci rewolucji naukowej . W fizyce Huygens wniósł znaczący wkład w optykę i mechanikę , a jako astronom znany jest głównie z badań pierścieni Saturna i odkrycia jego księżyca Tytana . Jako inżynier i wynalazca udoskonalił konstrukcję teleskopów i wynalazł zegar wahadłowy , przełom w mierzeniu czasu i najdokładniejszy chronometrażysta od prawie 300 lat. Wyjątkowo utalentowany matematyk i fizyk, Huygens jako pierwszy wyidealizował problem fizyczny za pomocą zestawu parametrów matematycznych i jako pierwszy w pełni zmatematyzował mechanistyczne wyjaśnienie nieobserwowalnego zjawiska fizycznego. Z tych powodów nazywany jest pierwszym fizykiem teoretykiem i jednym z twórców współczesnej fizyki matematycznej .

Huygens po raz pierwszy zidentyfikował prawidłowe prawa zderzeń sprężystych w swojej pracy De Motu Corporum ex Percussione , ukończonej w 1656 r., Ale opublikowanej pośmiertnie w 1703 r. W 1659 r. Huygens wyprowadził geometrycznie wzór z mechaniki klasycznej na siłę odśrodkową w swojej pracy De vi Centrifuga , a dziesięć lat przed Newtonem . W optyce najbardziej znany jest ze swojej falowej teorii światła , którą opisał w Traité de la Lumière (1690). Jego teoria światła została początkowo odrzucona na rzecz korpuskularnej teorii światła Newtona , dopóki Augustin-Jean Fresnel nie przyjął zasady Huygensa, aby w 1821 r. W pełni wyjaśnić efekty prostoliniowej propagacji i dyfrakcji światła. Dziś zasada ta jest znana jako zasada Huygensa – Zasada Fresnela .

Huygens wynalazł zegar wahadłowy w 1657 roku, który opatentował w tym samym roku. Jego badania zegarmistrzowskie zaowocowały obszerną analizą wahadła w Horologium Oscillatorium (1673), uważanym za jedno z najważniejszych dzieł mechaniki XVII wieku. Chociaż zawiera opisy projektów zegarów, większość książki to analiza ruchu wahadłowego i teoria krzywych . W 1655 roku Huygens wraz ze swoim bratem Constantijnem zaczął szlifować soczewki, aby zbudować teleskopy refrakcyjne . Odkrył pierwszy z księżyców Saturna, Tytana, i jako pierwszy wyjaśnił dziwny wygląd Saturna jako „cienki, płaski pierścień, nigdzie się nie dotykający i nachylony do ekliptyki”. W 1662 roku Huygens opracował to, co obecnie nazywa się okularem Huygena , teleskop z dwiema soczewkami zmniejszającymi stopień dyspersji .

Jako matematyk, Huygens rozwinął teorię ewolutów i pisał o grach losowych i problemie punktów w Van Rekeningh w Spelen van Gluck , który Frans van Schooten przetłumaczył i opublikował jako De Ratiociniis w Ludo Aleae (1657). Wykorzystanie wartości oczekiwanych przez Huygensa i innych zainspirowało później Jacoba Bernoulliego do pracy nad teorią prawdopodobieństwa .

Biografia

Portret Constantijna (w środku) i jego pięciorga dzieci (Christiaan, u góry po prawej). Mauritshuis w Hadze .

Christiaan Huygens urodził się 14 kwietnia 1629 roku w Hadze , w bogatej i wpływowej rodzinie holenderskiej, jako drugi syn Constantijna Huygensa . Christiaan został nazwany na cześć swojego dziadka ze strony ojca. Jego matka, Suzanna van Baerle , zmarła wkrótce po urodzeniu siostry Huygensa. Para miała pięcioro dzieci: Constantijna (1628), Christiaana (1629), Lodewijka (1631), Philipsa (1632) i Suzannę (1637).

Constantijn Huygens był dyplomatą i doradcą Domu Orańskiego , oprócz tego, że był poetą i muzykiem. Szeroko korespondował z intelektualistami z całej Europy; wśród jego przyjaciół byli Galileo Galilei , Marin Mersenne i René Descartes . Christiaan kształcił się w domu do szesnastego roku życia i od najmłodszych lat lubił bawić się miniaturami młynów i innych maszyn. Od ojca otrzymał liberalne wykształcenie , ucząc się języków, muzyki , historii , geografii , matematyki , logiki i retoryki , obok tańca , szermierki i jazdy konnej .

W 1644 roku Huygens miał za nauczyciela matematyki Jana Jansza Stampioena , który wyznaczył 15-latkowi wymagający spis lektur z zakresu nauk współczesnych. Kartezjusz był później pod wrażeniem jego umiejętności geometrii, podobnie jak Mersenne, który ochrzcił go „nowym Archimedesem ”.

Lata studenckie

W wieku szesnastu lat Constantijn wysłał Huygensa na studia prawnicze i matematyczne na Uniwersytecie w Leiden , gdzie studiował od maja 1645 do marca 1647. Frans van Schooten był naukowcem w Lejdzie od 1646 roku i został prywatnym nauczycielem Huygensa i jego starszego brata , Constantijn Jr., zastępując Stampioena za radą Kartezjusza. Van Schooten unowocześnił matematyczne wykształcenie Huygensa, zapoznając go z pracami Viète , Kartezjusza i Fermata .

Po dwóch latach, począwszy od marca 1647, Huygens kontynuował naukę w nowo powstałym Orange College w Bredzie , gdzie jego ojciec był kustoszem . Constantijn Huygens był ściśle zaangażowany w nowe Kolegium, które trwało tylko do 1669 roku; rektorem był André Rivet . Christiaan Huygens mieszkał w domu prawnika Johanna Henryka Daubera podczas studiów i miał zajęcia z matematyki u wykładowcy angielskiego Johna Pella . Jego czas w Bredzie zakończył się mniej więcej w czasie, gdy jego brat Lodewijk, który był zapisany do szkoły, pojedynkował się z innym uczniem. Huygens opuścił Bredę po ukończeniu studiów w sierpniu 1649 roku i pracował jako dyplomata na misji z Henrykiem, księciem Nassau . Zabrał go do Bentheim , a następnie do Flensburga . Wyruszył do Danii, odwiedził Kopenhagę i Helsingør i miał nadzieję przekroczyć Sund , aby odwiedzić Kartezjusza w Sztokholmie . Miało nie być.

Chociaż jego ojciec Constantijn chciał, aby jego syn Christiaan był dyplomatą, okoliczności nie pozwalały mu nim zostać. Pierwszy okres bez rezydentów , który rozpoczął się w 1650 r., Oznaczał, że Dom Orański nie był już u władzy, usuwając wpływy Constantijna. Ponadto zdał sobie sprawę, że jego syn nie był zainteresowany taką karierą.

Wczesna korespondencja

Obraz wiszącego łańcucha ( sieci trakcyjnej ) w rękopisie Huygensa.

Huygens na ogół pisał po francusku lub łacinie. W 1646 r., będąc jeszcze studentem college'u w Leiden, rozpoczął korespondencję z przyjacielem swojego ojca, Marinem Mersenne , który zmarł wkrótce potem w 1648 r. Mersenne napisał do Constantijna o talencie syna do matematyki i pochlebnie porównał go do Archimedesa 3 stycznia 1647.

Listy wskazują na wczesne zainteresowanie Huygensa matematyką. W październiku 1646 jest most wiszący i demonstracja, że ​​wiszący łańcuch nie jest parabolą , jak myślał Galileusz. Huygens później nazwał tę krzywą catenaria ( siecią trakcyjną ) w 1690 r., korespondując z Gottfriedem Leibnizem .

W ciągu następnych dwóch lat (1647-48) listy Huygensa do Mersenne'a dotyczyły różnych tematów, w tym matematycznego dowodu prawa swobodnego spadania , twierdzenia Grégoire'a de Saint-Vincenta o kwadraturze koła , co Huygens okazał się błędny, prostowanie elipsy, pocisków i wibrującej struny . Niektóre z ówczesnych problemów Mersenne'a, takie jak cykloida (wysłał traktat Huygensa Torricellego o krzywej), środek oscylacji i stała grawitacji , były sprawami, które Huygens traktował poważnie dopiero pod koniec XVII wieku. Mersenne pisał także o teorii muzyki. Huygens preferował umiarkowany temperament ; wprowadził innowacje w 31 równym temperamencie (co samo w sobie nie było nowym pomysłem, ale znanym Francisco de Salinas ), używając logarytmów do dalszego zbadania go i wykazania jego bliskiego związku z systemem średnich tonów.

W 1654 roku Huygens wrócił do domu swojego ojca w Hadze i mógł całkowicie poświęcić się badaniom. Rodzina miała inny dom niedaleko Hofwijck i spędzał tam czas latem. Życie naukowe, mimo dużej aktywności, nie pozwalało mu uniknąć napadów depresji.

Następnie Huygens rozwinął szerokie grono korespondentów, choć podejmowanie wątków po 1648 r. utrudniała pięcioletnia Fronda we Francji. Odwiedzając Paryż w 1655 roku, Huygens wezwał Ismaela Boulliau , aby się przedstawił, który zabrał go na spotkanie z Claude'em Mylonem . Paryska grupa uczonych, którzy zgromadzili się wokół Mersenne, trzymała się razem do lat pięćdziesiątych XVII wieku, a Mylon, który objął rolę sekretarza, zadał sobie trochę trudu, aby utrzymać kontakt z Huygensem. Poprzez Pierre'a de Carcavi Huygens korespondował w 1656 roku z Pierre'em de Fermatem, którego bardzo podziwiał, choć po tej stronie bałwochwalstwa. To doświadczenie było słodko-gorzkie i nieco zagadkowe, ponieważ stało się jasne, że Fermat wypadł z głównego nurtu badań, a jego twierdzenia o pierwszeństwie prawdopodobnie nie mogły zostać w niektórych przypadkach zrealizowane. Poza tym Huygens starał się już wtedy zastosować matematykę do fizyki, podczas gdy obawy Fermata dotyczyły czystszych tematów.

Debiut naukowy

Christiaan Huygens, płaskorzeźba autorstwa Jean-Jacquesa Clériona (ok. 1670).

Podobnie jak niektórzy jemu współcześni, Huygens często nie spieszył się z publikowaniem swoich wyników i odkryć, woląc zamiast tego rozpowszechniać swoją pracę za pośrednictwem listów. Na początku jego mentor Frans van Schooten udzielał technicznych informacji zwrotnych i był ostrożny ze względu na swoją reputację.

W latach 1651-1657 Huygens opublikował szereg prac, które pokazały jego talent do matematyki i mistrzostwo zarówno w geometrii klasycznej , jak i analitycznej , zwiększając jego zasięg i reputację wśród matematyków. Mniej więcej w tym samym czasie Huygens zaczął kwestionować prawa kolizji Kartezjusza , które były w dużej mierze błędne, wyprowadzając prawidłowe prawa algebraicznie, a później za pomocą geometrii. Pokazał, że dla dowolnego układu ciał środek ciężkości układu pozostaje taki sam pod względem prędkości i kierunku, co Huygens nazwał zachowaniem „ilości ruchu” . Podczas gdy inni badali zderzenia mniej więcej w tym samym czasie, teoria zderzeń Huygensa była bardziej ogólna. Wyniki te były znane z korespondencji i krótkiego artykułu w Journal des Sçavans, ale pozostały w dużej mierze niepublikowane aż do jego śmierci, wraz z publikacją De Motu Corporum ex Percussione ( O ruchu zderzających się ciał ).

Oprócz pracy nad mechaniką dokonał ważnych odkryć naukowych, takich jak identyfikacja księżyca Saturna , Tytana w 1655 r., czy wynalezienie zegara wahadłowego w 1657 r., które przyniosły mu sławę w całej Europie. W dniu 3 maja 1661 r. Huygens obserwował tranzyt planety Merkury nad Słońcem, używając teleskopu producenta instrumentów Richarda Reeve'a w Londynie, wraz z astronomem Thomasem Streete i Reeve'em. Następnie Streete debatował nad opublikowanym zapisem tranzytu Heweliusza , kontrowersją, w której pośredniczył Henry Oldenburg . Huygens przekazał Heweliuszowi rękopis Jeremiasza Horrocksa o tranzycie Wenus, 1639 r ., który po raz pierwszy wydrukowano w 1662 r.

Sir Robert Moray przesłał tablicę życia Huygensa Johna Graunta w 1662 roku, az czasem Huygens i jego brat Lodewijk zajmowali się przewidywaną długością życia . Huygens ostatecznie stworzył pierwszy wykres funkcji rozkładu ciągłego przy założeniu jednolitej śmiertelności i użył go do rozwiązania problemów związanych z rentami łącznymi . W tym samym roku grający na klawesynie Huygens zainteresował się teoriami muzycznymi Simona Stevina ; jednak wykazywał bardzo niewielką troskę o opublikowanie swoich teorii na temat współbrzmienia , z których niektóre zaginęły na wieki. Za jego wkład w naukę Royal Society of London wybrało Huygensa na członka w 1665 roku, czyniąc go swoim pierwszym zagranicznym członkiem, gdy miał zaledwie 36 lat.

Francja

Huygens, na prawo od środka, z L'établissement de l'Académie des Sciences et fondation de l'observatoire , 1666 przez Henri Testelin (ok. 1675).

Akademia Montmor była formą, jaką stary krąg Mersenne przybrał po połowie lat pięćdziesiątych XVII wieku. Huygens brał udział w jej debatach i wspierał swoją „dysydencką” frakcję, która opowiadała się za eksperymentalną demonstracją w celu ograniczenia bezowocnej dyskusji i sprzeciwiała się postawom amatorskim. W 1663 roku odbył swoją trzecią wizytę w Paryżu; Akademia Montmor została zamknięta, a Huygens skorzystał z okazji, by opowiadać się za programem naukowym bardziej Baconowskim . Trzy lata później, w 1666 roku, przeniósł się do Paryża na zaproszenie do objęcia stanowiska w nowej francuskiej Académie des sciences króla Ludwika XIV .

Podczas pobytu w Paryżu Huygens miał ważnego patrona i korespondenta w osobie Jeana-Baptiste'a Colberta , pierwszego ministra Ludwika XIV. Jednak jego stosunki z Akademią Francuską nie zawsze były łatwe iw 1670 roku ciężko chory Huygens wybrał Francisa Vernona , aby w przypadku jego śmierci przekazał swoje dokumenty Towarzystwu Królewskiemu w Londynie. Następstwa wojny francusko-holenderskiej (1672–1678), a zwłaszcza rola Anglii w niej, mogły zaszkodzić jego stosunkom z Towarzystwem Królewskim. Robertowi Hooke'owi , jako przedstawicielowi Towarzystwa Królewskiego, brakowało finezji, by poradzić sobie z sytuacją w 1673 roku.

Fizyk i wynalazca Denis Papin był asystentem Huygensa od 1671 roku. Jednym z ich projektów, który nie zaowocował bezpośrednio, był silnik prochowy . Papin przeniósł się do Anglii w 1678 roku, aby kontynuować prace w tej dziedzinie. Również w Paryżu Huygens prowadził dalsze obserwacje astronomiczne, korzystając z obserwatorium . W 1678 r. przedstawił Nicolaasa Hartsoekera francuskim naukowcom, takim jak Nicolas Malebranche i Giovanni Cassini .

Huygens poznał Leibniza jako młody dyplomata, odwiedzając Paryż w 1672 roku z daremną misją spotkania się z francuskim ministrem spraw zagranicznych Arnauldem de Pomponne . W tym czasie Leibniz pracował nad maszyną liczącą i na początku 1673 roku wraz z dyplomatami z Moguncji przeniósł się do Londynu . Od marca 1673 roku Leibniz pobierał lekcje matematyki u Huygensa, który uczył go geometrii analitycznej. Nastąpiła obszerna korespondencja, w której Huygens początkowo wykazywał niechęć do zaakceptowania zalet rachunku nieskończenie małych Leibniza .

Ostatnie lata

Huygens wrócił do Hagi w 1681 roku po kolejnym ataku poważnej choroby depresyjnej. W 1684 roku opublikował Astroscopia Compendiaria na temat swojego nowego bezdętkowego teleskopu powietrznego . Próbował wrócić do Francji w 1685 r., Ale odwołanie edyktu nantejskiego uniemożliwiło ten ruch. Jego ojciec zmarł w 1687 roku i odziedziczył Hofwijck, w którym w następnym roku zamieszkał.

Podczas swojej trzeciej wizyty w Anglii Huygens spotkał się osobiście z Izaakiem Newtonem 12 czerwca 1689 r. Rozmawiali o szparze islandzkim , a następnie korespondowali o ruchu oporu.

Huygens powrócił do zagadnień matematycznych w ostatnich latach i zaobserwował zjawisko akustyczne znane obecnie jako flanging w 1693 r. Dwa lata później, 8 lipca 1695 r., Huygens zmarł w Hadze i został pochowany w nieoznakowanym grobie w Grote Kerk , podobnie jak jego ojciec przed nim.

Huygens nigdy się nie ożenił.

Matematyka

Huygens po raz pierwszy stał się znany na całym świecie dzięki swojej pracy w dziedzinie matematyki, publikując szereg ważnych wyników, które zwróciły uwagę wielu europejskich geometrów. Preferowaną metodą Huygensa w jego opublikowanych pracach była metoda Archimedesa, chociaż w swoich prywatnych notatnikach szerzej wykorzystywał geometrię analityczną Kartezjusza i techniki nieskończenie małych Fermata .

Opublikowane prace

Theoremata de Quadratura

Pierwsza publikacja Huygensa dotyczyła kwadratury .

Pierwszą publikacją Huygensa była Theoremata de Quadratura Hyperboles, Ellipsis et Circuli ( Twierdzenia o kwadraturze hiperboli, elipsy i koła ), opublikowana przez Elzevierów w Lejdzie w 1651 r. Pierwsza część pracy zawierała twierdzenia do obliczania obszarów hiperboli , elipsy i okręgi, które odpowiadały pracom Archimedesa nad przekrojami stożkowymi, zwłaszcza jego kwadraturą paraboli . Druga część zawierała obalenie twierdzeń Grégoire de Saint-Vincent o kwadraturze koła, o których rozmawiał wcześniej z Mersenne.

Huygens wykazał, że środek ciężkości odcinka dowolnej hiperboli , elipsy lub koła jest bezpośrednio związany z polem tego segmentu. Był wtedy w stanie pokazać relacje między trójkątami wpisanymi w przekroje stożkowe a środkiem ciężkości tych przekrojów. Uogólniając te twierdzenia na wszystkie przekroje stożkowe, Huygens rozszerzył klasyczne metody, aby wygenerować nowe wyniki.

Kwadratura była żywym tematem w latach pięćdziesiątych XVII wieku, a za pośrednictwem Mylona Huygens interweniował w dyskusji na temat matematyki Thomasa Hobbesa . Nieustannie próbując wyjaśnić błędy, w które wpadł Hobbes, zyskał międzynarodową reputację.

De Circuli Magnitudine Inventa

Następną publikacją Huygensa była De Circuli Magnitudine Inventa ( Nowe odkrycia w pomiarze koła ), opublikowana w 1654 r. W tej pracy Huygens był w stanie zmniejszyć lukę między opisanymi i wpisanymi wielokątami znalezionymi w Pomiarze koła Archimedesa , pokazując, że stosunek obwodu do jego średnicy lub π musi leżeć w pierwszej trzeciej tego przedziału.

Używając techniki równoważnej ekstrapolacji Richardsona , Huygens był w stanie skrócić nierówności stosowane w metodzie Archimedesa; w tym przypadku, używając środka ciężkości odcinka paraboli, był w stanie przybliżyć środek ciężkości odcinka koła, co skutkowało szybszym i dokładniejszym przybliżeniem kwadratury koła. Z tych twierdzeń Huygens uzyskał dwa zestawy wartości dla π : pierwszy między 3,1415926 a 3,1415927, a drugi między 3,1415926538 a 3,1415926533.

Huygens wykazał również, że w przypadku hiperboli to samo przybliżenie z segmentami parabolicznymi daje szybką i prostą metodę obliczania logarytmów . Dołączył zbiór rozwiązań klasycznych problemów na końcu pracy pod tytułem Illustrium Quorundam Problematum Constructiones ( Konstrukcja niektórych znamienitych problemów ).

De Ratiociniis w Ludo Aleae

Huygens zainteresował się grami losowymi po wizycie w Paryżu w 1655 roku i wiele lat wcześniej zetknął się z twórczością Fermata, Blaise'a Pascala i Girarda Desarguesa . W końcu opublikował najbardziej spójną wówczas prezentację matematycznego podejścia do gier losowych w De Ratiociniis in Ludo Aleae ( O rozumowaniu w grach losowych ). Frans van Schooten przetłumaczył oryginalny holenderski rękopis na łacinę i opublikował go w swoim Exercitationum Mathematicarum (1657).

Praca zawiera wczesne idee teorii gier i dotyczy w szczególności problemu punktów . Huygens przejął od Pascala koncepcje „uczciwej gry” i sprawiedliwego kontraktu (tj. równego podziału, gdy szanse są równe) i rozszerzył argumentację, aby stworzyć niestandardową teorię wartości oczekiwanych. Jego sukces w zastosowaniu algebry do dziedziny przypadku, która dotychczas wydawała się niedostępna dla matematyków, pokazał moc łączenia euklidesowych dowodów syntetycznych z symbolicznym rozumowaniem, które można znaleźć w pracach Viète i Kartezjusza.

Huygens umieścił na końcu książki pięć trudnych problemów, które stały się standardowym testem dla każdego, kto chce wykazać się umiejętnościami matematycznymi w grach losowych przez następne sześćdziesiąt lat. Nad tymi problemami pracowali między innymi Abraham de Moivre , Jacob Bernoulli, Johannes Hudde , Baruch Spinoza i Leibniz.

Niepublikowana praca

Hofwijck , letni dom Huygensa.

Huygens wcześniej ukończył rękopis w stylu O pływających ciałach Archimedesa, zatytułowany De Iis quae Liquido Supernatant ( O częściach unoszących się nad cieczami ). Został napisany około 1650 roku i składał się z trzech ksiąg. Chociaż wysłał ukończoną pracę do Fransa van Schootena w celu uzyskania opinii, ostatecznie Huygens zdecydował się jej nie publikować iw pewnym momencie zasugerował spalenie. Niektóre znalezione tutaj wyniki zostały ponownie odkryte dopiero w XVIII i XIX wieku.

Huygens najpierw wyprowadza wyniki Archimedesa dotyczące stabilności kuli i paraboloidy przez sprytne zastosowanie zasady Torricellego (tj. ciała w układzie poruszają się tylko wtedy, gdy ich środek ciężkości opada). Następnie udowadnia ogólne twierdzenie, że dla ciała pływającego w równowadze odległość między jego środkiem ciężkości a zanurzoną częścią jest minimalna. Huygens używa tego twierdzenia, aby dojść do oryginalnych rozwiązań stabilności pływających stożków , równoległościanów i cylindrów , w niektórych przypadkach przez pełny cykl obrotu. Jego podejście było więc równoznaczne z zasadą pracy wirtualnej . Huygens był również pierwszym, który uznał, że w przypadku jednorodnych ciał stałych ich ciężar właściwy i wydłużenie są podstawowymi parametrami stabilności hydrostatycznej .

Filozofia naturalna

Huygens był czołowym europejskim filozofem przyrody w okresie między Kartezjuszem a Newtonem. Jednak w przeciwieństwie do wielu jemu współczesnych, Huygens nie lubił wielkich systemów teoretycznych lub filozoficznych i generalnie unikał zajmowania się kwestiami metafizycznymi (pod naciskiem trzymał się filozofii kartezjańskiej i mechanicznej swoich czasów). Zamiast tego Huygens celował w rozszerzaniu pracy swoich poprzedników, takich jak Galileo, w celu uzyskania rozwiązań nierozwiązanych problemów fizycznych, które można było poddać analizie matematycznej. W szczególności szukał wyjaśnień, które opierały się na kontakcie między ciałami i unikały działań na odległość .

Podobnie jak Robert Boyle i Jacques Rohault , Huygens opowiadał się za zorientowaną eksperymentalnie, korpuskularno-mechaniczną filozofią przyrody podczas swoich lat w Paryżu. Podejście to było czasami określane jako „baconowskie”, bez bycia indukcjonistą ani prostego identyfikowania się z poglądami Francisa Bacona .

Po swojej pierwszej wizycie w Anglii w 1661 roku i uczestnictwie w spotkaniu w Gresham College , gdzie dowiedział się bezpośrednio o eksperymentach Boyle'a z pompą powietrzną , Huygens spędził czas na przełomie 1661 i 1662 roku, powielając tę ​​pracę. Okazało się, że był to długi proces, który wydobył na powierzchnię zarówno problem eksperymentalny („anomalne zawieszenie”), jak i problem teoretyczny („ horror vacui ”), i który zakończył się w lipcu 1663 r., Gdy Huygens został członkiem Towarzystwa Królewskiego. Huygens zaakceptował pogląd Boyle'a na temat pustki wbrew kartezjańskiemu zaprzeczeniu jej, podczas gdy replikacja wyników eksperymentów Boyle'a z pompą powietrzną zakończyła się niechlujnie.

Wpływ Newtona na Johna Locke'a był pośredniczony przez Huygensa, który zapewnił Locke'a, że ​​matematyka Newtona jest solidna, co doprowadziło do zaakceptowania przez Locke'a fizyki korpuskularno-mechanicznej.

Prawa ruchu, uderzenia i grawitacji

Metafora łodzi jako sposób myślenia o ruchu względnym , upraszczająca teorię zderzających się ciał, z Oeuvres Complètes Huygensa .

Ogólnym podejściem filozofów mechaniki było postulowanie teorii w rodzaju „działania kontaktowego”. Huygens przyjął tę metodę, ale nie bez dostrzegania jej trudności i niepowodzeń. Leibniz, jego uczeń w Paryżu, później porzucił teorię. Postrzeganie wszechświata w ten sposób sprawiło, że teoria zderzeń stała się centralnym punktem fizyki. Materia w ruchu tworzyła wszechświat i tylko wyjaśnienia w tych kategoriach mogą być naprawdę zrozumiałe. Chociaż był pod wpływem podejścia kartezjańskiego, był mniej doktrynerem. Studiował zderzenia sprężyste w latach pięćdziesiątych XVII wieku, ale opóźnił publikację o ponad dekadę.

Huygens dość wcześnie doszedł do wniosku, że prawa Kartezjusza dotyczące sprężystego zderzenia dwóch ciał muszą być błędne, i sformułował prawidłowe prawa, w tym zachowanie iloczynu masy razy kwadrat prędkości dla ciał twardych oraz zachowanie ilości ruchu w jednym kierunku dla wszystkich ciał. Ważnym krokiem było rozpoznanie galileuszowej niezmienniczości problemów. Huygens faktycznie opracował prawa kolizji od 1652 do 1656 roku w rękopisie zatytułowanym De Motu Corporum ex Percussione , chociaż jego wyniki rozpowszechniły się dopiero po wielu latach. W 1661 roku przekazał je osobiście Williamowi Brounckerowi i Christopherowi Wrenowi w Londynie. To, co Spinoza napisał o nich do Henryka Oldenburga w 1666 roku, podczas drugiej wojny angielsko-holenderskiej , było strzeżone. Wojna zakończyła się w 1667 r., A Huygens ogłosił swoje wyniki Towarzystwu Królewskiemu w 1668 r. Później opublikował je w Journal des Sçavans w 1669 r.

W 1659 roku Huygens znalazł stałą przyspieszenia grawitacyjnego i sformułował coś, co jest obecnie znane jako drugie z praw dynamiki Newtona w formie kwadratowej. Wyprowadził geometrycznie standardowy obecnie wzór na siłę odśrodkową , wywieraną na obiekt oglądany w obracającym się układzie odniesienia , na przykład podczas jazdy po zakręcie. We współczesnej notacji:

${\ Displaystyle F_ {c} = {m \ w ^ {2}} {r}}$

gdzie m masa obiektu , w prędkość kątowa i r promień . _ Huygens zebrał swoje wyniki w traktacie zatytułowanym De vi Centrifuga , niepublikowanym do 1703 roku, w którym kinematyka swobodnego spadania została wykorzystana do stworzenia pierwszej uogólnionej koncepcji siły przed Newtonem. Ogólny wzór na siłę odśrodkową został jednak opublikowany w 1673 roku i był znaczącym krokiem w badaniu orbit w astronomii. Umożliwiło to przejście od ruchu planet Keplera do prawa grawitacji odwrotnego do kwadratu . Jednak interpretacja pracy Newtona na temat grawitacji przez Huygensa różniła się od interpretacji Newtonistów, takich jak Roger Cotes : nie nalegał on na a priori postawę Kartezjusza, ale nie akceptował też aspektów przyciągania grawitacyjnego, które nie były w zasadzie przypisywane kontaktowi. między cząsteczkami.

Podejście zastosowane przez Huygensa również pominęło niektóre centralne pojęcia fizyki matematycznej, które nie zostały utracone w przypadku innych. W swojej pracy nad wahadłami Huygens bardzo zbliżył się do teorii ruchu harmonicznego prostego ; temat ten został jednak po raz pierwszy w pełni omówiony przez Newtona w księdze II Principia Mathematica (1687). W 1678 roku Leibniz wybrał z pracy Huygensa na temat zderzeń ideę prawa zachowania , którą Huygens pozostawił ukrytą.

Horologia

Zegar wahadłowy

Zegar wahadłowy napędzany sprężyną, zaprojektowany przez Huygensa i zbudowany przez Salomona Costera (1657), z kopią Horologium Oscillatorium (1673), w Museum Boerhaave w Lejdzie.

W 1657 roku, zainspirowany wcześniejszymi badaniami nad wahadłami jako mechanizmami regulującymi, Huygens wynalazł zegar wahadłowy, który był przełomem w mierzeniu czasu i stał się najdokładniejszym chronometrażystą przez prawie 300 lat, aż do lat 30. XX wieku. Zegar wahadłowy był znacznie dokładniejszy niż istniejące zegary krawędziowe i foliotowe i od razu stał się popularny, szybko rozprzestrzeniając się w Europie. Zlecił wykonanie swoich projektów zegarów Salomonowi Costerowi w Hadze, który zbudował zegar. Jednak Huygens nie zarobił dużo pieniędzy na swoim wynalazku. Pierre Séguier odmówił mu jakichkolwiek praw francuskich, podczas gdy Simon Douw w Rotterdamie i Ahasuerus Fromanteel w Londynie skopiowali jego projekt w 1658 roku. Najstarszy znany zegar wahadłowy w stylu Huygensa pochodzi z 1657 roku i można go zobaczyć w Museum Boerhaave w Lejdzie .

Częścią zachęty do wynalezienia zegara wahadłowego było stworzenie dokładnego chronometru morskiego , który mógłby być używany do określania długości geograficznej za pomocą nawigacji na niebie podczas podróży morskich. Jednak zegar okazał się nieskuteczny jako morski chronometrażysta, ponieważ kołysanie statku zakłócało ruch wahadła. W 1660 roku Lodewijk Huygens odbył próbę podczas podróży do Hiszpanii i poinformował, że zła pogoda sprawiła, że ​​zegar stał się bezużyteczny. Alexander Bruce wkroczył w pole w 1662 roku, a Huygens wezwał Sir Roberta Moraya i Towarzystwo Królewskie do mediacji i zachowania niektórych jego praw. Próby trwały do ​​​​lat sześćdziesiątych XVII wieku, a najlepsze wieści nadeszły od kapitana Royal Navy Roberta Holmesa działającego przeciwko posiadłościom holenderskim w 1664 roku. Lisa Jardine wątpi, czy Holmes dokładnie przedstawił wyniki procesu, ponieważ Samuel Pepys wyraził wówczas swoje wątpliwości.

proces Akademii Francuskiej na wyprawie do Cayenne . Jean Richer zaproponował korektę kształtu Ziemi . Do czasu Holenderskiej Kompanii Wschodnioindyjskiej w 1686 roku na Przylądek Dobrej Nadziei , Huygens był w stanie dostarczyć poprawkę retrospektywnie.

Horologium Oscillatorium

Diagram przedstawiający ewolucję krzywej.

Szesnaście lat po wynalezieniu zegara wahadłowego, w 1673 r., Huygens opublikował swoją główną pracę dotyczącą horologii zatytułowaną Horologium Oscillatorium: Sive de Motu Pendulorum ad Horologia Aptato Demonstrationes Geometricae (Zegar wahadłowy: lub demonstracje geometryczne dotyczące ruchu wahadeł w odniesieniu do zegarów ). Jest to pierwsza nowoczesna praca z zakresu mechaniki, w której problem fizyczny jest idealizowany za pomocą zestawu parametrów, a następnie analizowany matematycznie.

Motywacja Huygensa wynikała z obserwacji dokonanej przez Mersenne'a i innych, że wahadła nie są całkiem izochroniczne : ich okres zależy od szerokości ich wychylenia, przy czym szerokie wahania trwają nieco dłużej niż wąskie wahania. Zmierzył się z tym problemem, znajdując krzywą, po której masa ześlizgnie się pod wpływem grawitacji w takim samym czasie, niezależnie od punktu początkowego; tak zwany problem tautochrony . Metodami geometrycznymi, które przewidywały rachunek różniczkowy , Huygens wykazał, że jest to cykloida , a nie kołowy łuk wahadła, a zatem wahadła muszą poruszać się po cykloidalnej ścieżce, aby były izochroniczne. Matematyka niezbędna do rozwiązania tego problemu doprowadziła Huygensa do rozwinięcia teorii ewolutów, którą przedstawił w części III swojego Horologium Oscillatorium .

Rozwiązał też problem postawiony wcześniej przez Mersenne'a: ​​jak obliczyć okres wahadła złożonego z wahadłowego ciała sztywnego o dowolnym kształcie. Wymagało to odkrycia środka oscylacji i jego wzajemnego związku z punktem obrotu. W tej samej pracy przeanalizował wahadło stożkowe , składające się z ciężarka na sznurku poruszającego się po okręgu, wykorzystując pojęcie siły odśrodkowej.

Huygens jako pierwszy wyprowadził wzór na okres idealnego wahadła matematycznego (z prętem lub sznurkiem bez masy i długością znacznie większą niż jego wychylenie), we współczesnej notacji:

${\ Displaystyle T = 2 \ pi {\ sqrt {\ Frac {l} {g}}}}$

gdzie T to okres, l długość wahadła i g przyspieszenie grawitacyjne . Studiując okres oscylacji wahadeł złożonych, Huygens wniósł decydujący wkład w rozwój koncepcji momentu bezwładności .

Huygens obserwował również sprzężone oscylacje : dwa jego zegary wahadłowe zamontowane obok siebie na tym samym wsporniku często synchronizowały się, kołysząc się w przeciwnych kierunkach. O wynikach poinformował listownie Towarzystwo Królewskie, co w protokole Towarzystwa określa się jako „ dziwny rodzaj współczucia ”. Ta koncepcja jest obecnie znana jako porywanie .

Równoważny zegarek wiosenny

Rysunek sprężyny balansowej wynalezionej przez Huygensa.

W 1675 roku, badając oscylacyjne właściwości cykloidy, Huygens był w stanie przekształcić wahadło cykloidalne w wibrującą sprężynę dzięki połączeniu geometrii i wyższej matematyki. W tym samym roku Huygens zaprojektował spiralną sprężynę równoważącą i opatentował zegarek kieszonkowy . Zegarki te wyróżniają się brakiem bezpiecznika do wyrównywania momentu obrotowego sprężyny głównej. Wynika z tego, że Huygens myślał, że jego sprężyna spiralna zizochronizuje równowagę w taki sam sposób, w jaki zawieszone krawężniki w kształcie cykloidy na jego zegarach zizochronyzują wahadło.

Później używał spiralnych sprężyn w bardziej konwencjonalnych zegarkach, wykonanych dla niego przez Thuret w Paryżu. Takie sprężyny są niezbędne w nowoczesnych zegarkach z odkręcanym wychwytem dźwigni , ponieważ można je dostosować do izochronizmu . Jednak zegarki w czasach Huygensa wykorzystywały bardzo nieefektywny wychwyt krawędziowy , który zakłócał izochroniczne właściwości dowolnej formy sprężyny balansowej, spiralnej lub innej.

Projekt Huygensa powstał w tym samym czasie, co projekt Roberta Hooke'a, choć niezależnie od niego. Kontrowersje wokół pierwszeństwa sprężyny równoważącej trwały przez wieki. Hampshire w Anglii odkryto dawno zaginioną kopię odręcznych notatek Hooke'a z kilkudziesięciu spotkań Towarzystwa Królewskiego, prawdopodobnie przechylając dowody na korzyść Hooke'a.

Optyka

Dioptria

Teleskop lotniczy Huygensa z Astroscopia Compendiaria (1684).

Huygens od dawna interesował się badaniem załamania światła i soczewek lub dioptrii . Z 1652 roku pochodzą pierwsze szkice łacińskiego traktatu o teorii dioptrii, znanego jako Tractatus , który zawierał obszerną i rygorystyczną teorię teleskopu. Huygens był jednym z nielicznych, którzy stawiali teoretyczne pytania dotyczące właściwości i działania teleskopu, i prawie jedynym, który skierował swoją biegłość matematyczną na rzeczywiste instrumenty używane w astronomii.

Huygens wielokrotnie ogłaszał jego publikację swoim kolegom, ale ostatecznie odkładał ją na rzecz znacznie bardziej kompleksowego leczenia, teraz pod nazwą Dioptrica . Składał się z trzech części. Pierwsza część poświęcona była ogólnym zasadom refrakcji, druga dotyczyła aberracji sferycznej i chromatycznej , natomiast trzecia obejmowała wszystkie aspekty budowy teleskopów i mikroskopów. W przeciwieństwie do dioptrii Kartezjusza, które traktowały tylko soczewki idealne (eliptyczne i hiperboliczne), Huygens zajmował się wyłącznie soczewkami sferycznymi, które były jedynym rodzajem, jaki naprawdę można było wykonać i zastosować w urządzeniach takich jak mikroskopy i teleskopy.

Huygens opracował również praktyczne sposoby minimalizowania skutków aberracji sferycznej i chromatycznej, takie jak długie ogniskowe dla obiektywu teleskopu, wewnętrzne przysłony zmniejszające aperturę oraz nowy rodzaj okularu w postaci zestawu dwóch płaskowypukłych soczewki, obecnie znane jako okular Huygensa. Dioptrica nigdy nie została opublikowana za życia Huygensa i ukazała się w prasie dopiero w 1703 roku, kiedy większość jej treści była już znana światu naukowemu .

soczewki

Wraz ze swoim bratem Constantijnem Huygens zaczął szlifować własne soczewki w 1655 roku, starając się ulepszyć teleskopy. W 1662 roku zaprojektował to, co obecnie nazywa się okularem Huygena , z dwiema soczewkami, jako okular teleskopu. Soczewki były również wspólnym zainteresowaniem, dzięki któremu Huygens mógł spotykać się towarzysko w latach sześćdziesiątych XVII wieku ze Spinozą, który profesjonalnie je uziemił. Mieli raczej różne poglądy na naukę, Spinoza był bardziej zaangażowanym kartezjaninem, a część ich dyskusji przetrwała w korespondencji. Zetknął się z pracami Antoniego van Leeuwenhoeka , innego szlifierza soczewek, w dziedzinie mikroskopii , która zainteresowała jego ojca.

Huygens zbadał również zastosowanie soczewek w projektorach. Jest uznawany za wynalazcę latarni magicznej , opisanej w korespondencji z 1659 r. Są inni, którym przypisuje się takie urządzenie latarni, na przykład Giambattista della Porta i Cornelis Drebbel , chociaż projekt Huygensa wykorzystywał soczewki dla lepszej projekcji ( Athanasius Kircher za to też został uznany).

Traité de la Lumiere

Załamanie fali płaskiej, wyjaśnione za pomocą zasady Huygensa w Traité de la Lumière (1690).

Huygens jest szczególnie pamiętany w optyce ze względu na swoją falową teorię światła, którą po raz pierwszy przekazał w 1678 roku Académie des sciences w Paryżu. Pierwotnie wstępny rozdział jego Dioptrica , teoria Huygensa została opublikowana w 1690 roku pod tytułem Traité de la Lumière ( Traktat o świetle ) i zawiera pierwsze w pełni zmatematyzowane, mechanistyczne wyjaśnienie nieobserwowalnego zjawiska fizycznego (tj. propagacji światła). Huygens odnosi się do Ignace-Gastona Pardiesa , którego rękopis dotyczący optyki pomógł mu w jego teorii falowej.

Wyzwaniem w tamtym czasie było wyjaśnienie optyki geometrycznej , ponieważ większość zjawisk optyki fizycznej (takich jak dyfrakcja ) nie była obserwowana ani doceniana jako problem. Huygens eksperymentował w 1672 roku z podwójnym załamaniem ( dwójłomnością ) w drzewcu islandzkim ( kalcyt ), zjawisko odkryte w 1669 roku przez Rasmusa Bartholina . Początkowo nie mógł wyjaśnić, co znalazł, ale później był w stanie to wyjaśnić za pomocą swojej teorii czoła fali i koncepcji ewolucji. Opracował także pomysły dotyczące żrących substancji . Huygens zakłada, że ​​prędkość światła jest skończona, opierając się na raporcie Ole Christensena Rømera z 1677 r., Ale przypuszcza się, że Huygens już w to uwierzył. Teoria Huygensa zakłada, że ​​​​światło jest promieniującym frontem falowym , przy czym powszechne pojęcie promieni świetlnych przedstawia propagację normalną do tych frontów falowych. Propagacja czoła fali jest następnie wyjaśniana jako wynik fal sferycznych emitowanych w każdym punkcie wzdłuż czoła fali (znanej dziś jako zasada Huygensa-Fresnela). Zakładał wszechobecny eter , z transmisją przez doskonale sprężyste cząstki, rewizję poglądu Kartezjusza. Natura światła była zatem falą podłużną .

korpuskularna teoria światła Newtona , znaleziona w jego Opticks (1704), zyskała większe poparcie. Jednym z silnych zarzutów wobec teorii Huygensa było to, że fale podłużne mają tylko jedną polaryzację , która nie może wyjaśnić obserwowanej dwójłomności. Jednak eksperymenty z interferencją Thomasa Younga w 1801 r. I wykrycie plamki Poissona przez François Arago w 1819 r. Nie mogły być wyjaśnione za pomocą teorii Newtona ani żadnej innej teorii cząstek, ożywiającej idee i modele falowe Huygensa. Fresnel dowiedział się o pracy Huygensa iw 1821 roku był w stanie wyjaśnić dwójłomność w wyniku tego, że światło nie jest falą podłużną (jak zakładano), ale w rzeczywistości falą poprzeczną . Tak nazwana zasada Huygensa-Fresnela była podstawą rozwoju optyki fizycznej, wyjaśniając wszystkie aspekty propagacji światła, aż teoria elektromagnetyczna Maxwella osiągnęła punkt kulminacyjny w rozwoju mechaniki kwantowej i odkryciu fotonu .

Astronomia

System Saturnium

Wyjaśnienie Huygensa dotyczące aspektów Saturna, Systema Saturnium (1659).

W 1655 roku Huygens odkrył pierwszy z księżyców Saturna, Tytana , oraz obserwował i szkicował Mgławicę Oriona za pomocą teleskopu refrakcyjnego o 43-krotnym powiększeniu własnego projektu. Huygensowi udało się podzielić mgławicę na różne gwiazdy (jaśniejsze wnętrze nosi teraz nazwę regionu Huygena na jego cześć) i odkrył kilka mgławic międzygwiezdnych i kilka gwiazd podwójnych . Był także pierwszym, który zasugerował, że pojawienie się Saturna , które wprawiło astronomów w zakłopotanie, było spowodowane „cienkim, płaskim pierścieniem, nigdzie się nie dotykającym i nachylonym do ekliptyki”.

Ponad trzy lata później, w 1659 roku, Huygens opublikował swoją teorię i odkrycia w Systema Saturnium . Jest uważana za najważniejszą pracę dotyczącą astronomii teleskopowej od czasów Sidereus Nuncius Galileusza pięćdziesiąt lat wcześniej. Znacznie więcej niż raport o Saturnie, Huygens dostarczył pomiarów względnych odległości planet od Słońca, wprowadził pojęcie mikrometru i pokazał metodę pomiaru średnic kątowych planet, co ostatecznie pozwoliło na użycie teleskopu jako przyrząd do mierzenia (a nie tylko obserwacji) obiektów astronomicznych. Był także pierwszym, który zakwestionował autorytet Galileusza w sprawach teleskopowych, co miało być powszechne w latach następujących po jego opublikowaniu.

W tym samym roku Huygens był w stanie obserwować Syrtis Major , równinę wulkaniczną na Marsie . Wykorzystał powtarzane obserwacje ruchu tej cechy w ciągu kilku dni, aby oszacować długość dnia na Marsie, co zrobił dość dokładnie do 24 i pół godziny. Liczba ta różni się tylko o kilka minut od faktycznej długości marsjańskiego dnia, który wynosi 24 godziny i 37 minut.

Planetarium

Za namową Jeana-Baptiste'a Colberta, Huygens podjął się budowy mechanicznego planetarium, które mogłoby wyświetlać wszystkie znane wówczas planety i ich księżyce krążące wokół Słońca. Huygens ukończył swój projekt w 1680 roku i zlecił jego zegarmistrzowi Johannesowi van Ceulenowi zbudowanie go w następnym roku. Jednak Colbert zmarł w międzyczasie, a Huygens nigdy nie dostarczył swojego planetarium Francuskiej Akademii Nauk , ponieważ nowy minister François-Michel le Tellier postanowił nie przedłużać kontraktu z Huygensem.

W swoim projekcie Huygens genialnie wykorzystał ułamki ciągłe , aby znaleźć najlepsze racjonalne przybliżenia, dzięki którym mógł wybrać koła zębate o odpowiedniej liczbie zębów. Stosunek między dwoma biegami określał okresy obiegu dwóch planet. Aby poruszać planetami wokół Słońca, Huygens użył mechanizmu zegarowego, który mógł poruszać się w przód iw tył w czasie. Huygens twierdził, że jego planetarium było dokładniejsze niż podobne urządzenie skonstruowane przez Ole Rømera mniej więcej w tym samym czasie, ale jego projekt planetarium został opublikowany dopiero po jego śmierci w Opuscula Posthuma (1703).

Cosmotheoros

Względne rozmiary Słońca i planet w Cosmotheoros (1698).

Na krótko przed śmiercią w 1695 roku Huygens ukończył swoją najbardziej spekulatywną pracę zatytułowaną Cosmotheoros . Na jego polecenie miał zostać opublikowany dopiero pośmiertnie przez jego brata, co Constantijn Jr. zrobił w 1698 r. W tej pracy Huygens spekulował na temat istnienia życia pozaziemskiego , które wyobrażał sobie podobnie do tego na Ziemi. Takie spekulacje nie były wówczas rzadkością, uzasadnione kopernikanizmem lub zasadą pełni , ale Huygens zagłębił się bardziej szczegółowo. Jednak zrobił to bez korzyści wynikających ze zrozumienia praw grawitacji Newtona lub faktu, że atmosfery na innych planetach składają się z różnych gazów. Cosmotheoros, przetłumaczone na język angielski jako Odkryte światy niebieskie , było postrzegane jako część fikcji spekulatywnej w tradycji Francisa Godwina , Johna Wilkinsa i Cyrano de Bergerac . Praca Huygensa była zasadniczo utopijna i zawdzięcza pewną inspirację kosmografii i spekulacjom planetarnym Petera Heylina .

Huygens napisał, że dostępność wody w postaci płynnej jest niezbędna do życia i że właściwości wody muszą się różnić w zależności od planety, aby dostosować się do zakresu temperatur. Wziął swoje obserwacje ciemnych i jasnych plam na powierzchni Marsa i Jowisza za dowód obecności wody i lodu na tych planetach. Twierdził, że Biblia ani nie potwierdza, ani nie zaprzecza życiu pozaziemskiemu, i kwestionował, dlaczego Bóg stworzyłby inne planety, gdyby nie służyły one większemu celowi niż podziwianie ich z Ziemi. Huygens postulował, że duża odległość między planetami oznacza, że ​​Bóg nie chciał, aby istoty na jednej z nich wiedziały o istotach na innych, i nie przewidział, jak bardzo ludzie posuną się naprzód w wiedzy naukowej.

To właśnie w tej książce Huygens opublikował swoje szacunki dotyczące względnych rozmiarów Układu Słonecznego i swoją metodę obliczania odległości gwiazd . Zrobił serię mniejszych otworów w ekranie skierowanym w stronę Słońca, dopóki nie oszacował, że światło ma taką samą intensywność jak gwiazda Syriusz . Następnie obliczył, że kąt tej dziury wynosił 1/27 664 średnicy Słońca, a zatem znajdował się około 30 000 razy dalej, przy (błędnym) założeniu, że Syriusz jest tak samo jasny jak Słońce. Temat fotometrii pozostawał w powijakach aż do czasów Pierre'a Bouguera i Johanna Heinricha Lamberta .

Dziedzictwo

Za jego życia wpływ Huygensa był znaczny, ale zaczął zanikać wkrótce po jego śmierci. Jego umiejętności geometrii i mechaniczne spostrzeżenia wzbudziły podziw wielu jemu współczesnych, w tym Newtona, Leibniza, l'Hôpital i Bernoullich . Za swoją pracę w dziedzinie fizyki Huygens został uznany za jednego z największych naukowców w siedemnastowiecznej Europie i wybitną postać rewolucji naukowej, z którą rywalizował tylko Newton zarówno pod względem głębi wglądu, jak i liczby uzyskanych wyników. Huygens pomógł również rozwinąć ramy instytucjonalne badań naukowych na kontynencie europejskim , czyniąc go czołowym aktorem w tworzeniu nowoczesnej nauki.

Matematyka i fizyka

Portret Christiaana Huygensa autorstwa Bernarda Vaillanta (1686).

W matematyce Huygens opanował metody geometrii starożytnej Grecji , zwłaszcza prace Archimedesa, i był biegłym użytkownikiem geometrii analitycznej i technik nieskończenie małych Kartezjusza, Fermata i innych. Jego styl matematyczny można scharakteryzować jako geometryczną nieskończenie małą analizę krzywych i ruchu. Czerpiąc inspirację i obrazy z mechaniki, pozostał czystą matematyką w formie. Huygens zakończył ten typ analizy geometrycznej, ponieważ więcej matematyków odwróciło się od geometrii klasycznej do rachunku różniczkowego w celu obsługi nieskończenie małych, procesów granicznych i ruchu.

Huygens był ponadto w stanie w pełni wykorzystać matematykę, aby odpowiedzieć na pytania fizyczne. Często wiązało się to z wprowadzeniem prostego modelu opisu skomplikowanej sytuacji, a następnie analizowaniem go od prostych argumentów do ich logicznych konsekwencji, po drodze rozwijając niezbędną matematykę. Jak pisał na końcu szkicu De vi Centrifuga :

Cokolwiek uznasz za niemożliwe, czy to w odniesieniu do grawitacji, ruchu, czy jakiejkolwiek innej materii, jeśli następnie udowodnisz coś w odniesieniu do wielkości linii, powierzchni lub ciała, będzie to prawdą; jak na przykład Archimedes o kwadraturze paraboli , gdzie przyjęto, że tendencja ciężkich przedmiotów działa poprzez równoległe linie.

Huygens preferował aksjomatyczne prezentacje swoich wyników, które wymagają rygorystycznych metod demonstracji geometrycznej: chociaż dopuszczał poziomy niepewności w wyborze podstawowych aksjomatów i hipotez, dowody wyprowadzonych z nich twierdzeń nigdy nie mogły budzić wątpliwości. Styl publikacji Huygensa wywarł wpływ na prezentację przez Newtona jego własnych głównych dzieł .

Oprócz zastosowania matematyki w fizyce i fizyki w matematyce, Huygens polegał na matematyce jako metodologii, a zwłaszcza na jej zdolności do generowania nowej wiedzy o świecie. W przeciwieństwie do Galileusza, który używał matematyki głównie jako retoryki lub syntezy, Huygens konsekwentnie stosował matematykę jako metodę odkrywania i analizy oraz nalegał, aby redukcja tego, co fizyczne, do tego, co geometryczne, spełniała rygorystyczne standardy dopasowania między rzeczywistością a ideałem. Wymagając takiej matematycznej plastyczności i precyzji, Huygens dał przykład osiemnastowiecznym naukowcom, takim jak Johann Bernoulli , Jean le Rond d'Alembert i Charles-Augustin de Coulomb .

Chociaż nigdy nie był przeznaczony do publikacji, Huygens wykorzystał wyrażenia algebraiczne do przedstawienia bytów fizycznych w kilku swoich rękopisach dotyczących kolizji. To uczyniłoby go jednym z pierwszych, którzy zastosowali wzory matematyczne do opisu zależności w fizyce, tak jak to się dzieje dzisiaj. Huygens zbliżył się również do nowoczesnej idei granicy podczas pracy nad swoją Dioptrica, chociaż nigdy nie używał tego pojęcia poza optyką geometryczną.

Późniejszy wpływ

Pozycja Huygensa jako największego naukowca w Europie została przyćmiona przez Newtona pod koniec XVII wieku, pomimo faktu, że, jak zauważa Hugh Aldersey-Williams , „osiągnięcia Huygensa przewyższają osiągnięcia Newtona pod kilkoma ważnymi względami”. Jego bardzo charakterystyczny styl i niechęć do publikowania swoich prac znacznie zmniejszyły jego wpływy w następstwie rewolucji naukowej, gdy zwolennicy rachunku różniczkowego Leibniza i fizyki Newtona zajęli centralne miejsce.

Analizy Huygensa dotyczące krzywych, które spełniają określone właściwości fizyczne, takie jak cykloida , doprowadziły do ​​późniejszych badań wielu innych takich krzywych, takich jak żrąca, brachistochrona , krzywa żagla i sieć trakcyjna. Jego zastosowanie matematyki w fizyce, na przykład w badaniu dwójłomności, zainspiruje nowe osiągnięcia w fizyce matematycznej i mechanice racjonalnej w następnych stuleciach (aczkolwiek w nowym języku rachunku różniczkowego). Ponadto Huygens opracował oscylacyjne mechanizmy pomiaru czasu, wahadło i sprężynę balansu, które od tamtej pory są używane w zegarkach mechanicznych i zegarach . Były to pierwsze niezawodne chronometrażystki nadające się do użytku naukowego (np. po raz pierwszy można było dokonać dokładnych pomiarów nierówności doby słonecznej , czego astronomowie w przeszłości nie mogli dokonać). Jego prace w tej dziedzinie przewidywały połączenie matematyki stosowanej z inżynierią mechaniczną w następnych stuleciach.

Portrety

W ciągu swojego życia Huygens i jego ojciec zlecili wykonanie wielu portretów. Obejmowały one:

• 1639 – Constantijn Huygens pośród swoich pięciorga dzieci – Adriaen Hanneman , malowanie medalionami, Mauritshuis , Haga
• 1671 – Portret autorstwa Caspara Netschera , Museum Boerhaave , Leiden, wypożyczenie z Haags Historisch Museum
• ok. 1675 - Przedstawienie Huygensa w Établissement de l'Académie des Sciences et fondation de l'observatoire, 1666 autorstwa Henri Testelina . Colbert przedstawia członków nowo powstałej Académie des Sciences królowi Francji Ludwikowi XIV. Musée National du Château et des Trianons de Versailles , Wersal
• 1679 - Płaskorzeźbiony portret Medaillon autorstwa francuskiego rzeźbiarza Jean-Jacquesa Clériona
• 1686 – Portret w pastelach autorstwa Bernarda Vaillanta , Muzeum Hofwijck , Voorburg
• 1684 do 1687 – Ryciny G. Edelincka według obrazu Caspara Netschera
• 1688 - Portret autorstwa Pierre'a Bourguignona (malarza) , Królewska Holenderska Akademia Sztuki i Nauki , Amsterdam

upamiętnienia

Jego imieniem nazwano statek kosmiczny Europejskiej Agencji Kosmicznej, który wylądował na Tytanie, największym księżycu Saturna , w 2005 roku .

Wiele pomników upamiętniających Christiaana Huygensa można znaleźć w ważnych miastach Holandii, w tym w Rotterdamie , Delft i Lejdzie .

• 

  Rotterdamie

• 

  Fajans

• 

  Lejda

• 

  Haarlem

• 

  Voorburg

Pracuje

Strona tytułowa Oeuvres Complètes I

Źródło(a):

• 1650 – De Iis Quae Liquido Supernatant ( O częściach unoszących się nad cieczami , niepublikowane).
• 1651 – Theoremata de Quadratura Hyperboles, Ellipsis et Circuli , ponownie opublikowane w Oeuvres Complètes , Tom XI.
• 1651 – Epistola, qua diluuntur ea quibus 'Εξέτασις [Exetasis] Cyclometriae Gregori à Sto. Vincentio impugnata fuit (suplement).
• 1654 – De Circuli Magnitudine Inventa.
• 1654 – Illustrium Quorundam Problematum Constructiones (suplement).
• 1655 – Horologium ( Zegar – krótka broszura o zegarze wahadłowym).
• 1656 O nowej obserwacji księżyca Saturna , opisującej – De Saturni Luna Observatio Nova ( odkrycie Tytana ).
• 1656 – De Motu Corporum ex Percussione , opublikowane pośmiertnie w 1703.
• 1657 – De Ratiociniis in Ludo Aleae ( Van reeckening in spelen van geluck , przetłumaczone na łacinę przez Fransa van Schootena).
• 1659 – Systema Saturnium ( System Saturna ).
• 1659 – De vi Centrifuga ( O sile odśrodkowej ), opublikowana pośmiertnie w 1703 r.
• 1673 – Horologium Oscillatorium Sive de Motu Pendulorum ad Horologia Aptato Demonstrationes Geometricae (zawiera jego teorię ewolucji i projekty zegarów wahadłowych, poświęcone Ludwikowi XIV we Francji).
• 1684 – Astroscopia Compendiaria Tubi Optici Molimine Liberata ( lunety złożone bez tubusu ).
• 1685 – Memoriën aengaende het slijpen van glasen tot verrekijckers (zajmujący się szlifowaniem soczewek).
• 1686 - staroholenderski : Kort onderwijs aengaende het gebruijck der horologën tot het vinden der lenghten van Oost en West (instrukcje dotyczące używania zegarów do ustalania długości geograficznej na morzu).
• 1690 – Traité de la Lumière (traktujący o naturze rozchodzenia się światła).
• 1690 – Discours de la Cause de la Pesanteur ( Rozprawa o grawitacji , dodatek).
• 1691 – Lettre Touchant le Cycle Harmonique (krótki traktat dotyczący systemu 31-tonowego ).
• 1698 – Cosmotheoros (zajmujący się układem słonecznym, kosmologią i życiem pozaziemskim).
• 1703 – Opuscula Posthuma w tym:
  • De Motu Corporum ex Percussione ( O ruchach zderzających się ciał zawiera pierwsze poprawne prawa zderzeń, pochodzące z 1656 r.).
  • Descriptio Automati Planetarii (opis i projekt planetarium ) .
• 1724 – Novus Cyclus Harmonicus (traktat o muzyce, wydany w Lejdzie po śmierci Huygensa).
• 1728 - Christiani Hugenii Zuilichemii, dum viveret Zelhemii Toparchae, Opuscula Posthuma ... (wyd. 1728) Alternatywny tytuł: Opera Reliqua , w tym prace z optyki i fizyki
• 1888-1950 – Huygens, Christiaan. Twórczość kompletna. Kompletne prace, 22 tomy. Redaktorzy D. Bierens de Haan (1–5), J. Bosscha (6–10), DJ Korteweg (11–15), AA Nijland (15), JA Vollgraf (16–22). Haga:
  • Tom I: Korespondencja 1638–1656 (1888).
  • Tom II: Korespondencja 1657–1659 (1889).
  • Tom III: Korespondencja 1660–1661 (1890).
  • Tom IV: Korespondencja 1662–1663 (1891).
  • Tom V: Korespondencja 1664–1665 (1893).
  • Tom VI: Korespondencja 1666–1669 (1895).
  • Tom VII: Korespondencja 1670–1675 (1897).
  • Tom VIII: Korespondencja 1676–1684 (1899).
  • Tom IX: Korespondencja 1685–1690 (1901).
  • Tom X: Korespondencja 1691–1695 (1905).
  • Tom XI: Travaux mathématiques 1645–1651 (1908).
  • Tom XII: Travaux mathématiques pures 1652–1656 (1910).
  • Tom XIII, Fasc. I: Dioptrique 1653, 1666 (1916).
  • Tom XIII, Fasc. II: Dioptryk 1685–1692 (1916).
  • Tom XIV: Calcul des probabilités. Travaux de mathématiques pures 1655–1666 (1920).
  • Tom XV: Obserwacje astronomiques. System Saturne. Travaux astronomiques 1658–1666 (1925).
  • Tom XVI: Mécanique jusqu'à 1666. Perkusja. Question de l'existence et de la perceptibilité du mouvement absolu. Wirówka siłowa (1929).
  • Tom XVII: L'horloge à pendule de 1651 do 1666. Travaux divers de physique, de mécanique et de technology de 1650 do 1666. Traité des couronnes et des parhélies (1662 lub 1663) (1932) .
  • Tom XVIII: L'horloge à pendule lub balanser de 1666 do 1695. Anegdota (1934).
  • Tom XIX: Mécanique théorique et physique de 1666 do 1695. Huygens à l'Académie Royale des Sciences (1937).
  • Tom XX: Musique et mathématique. Muzyka. Mathématiques de 1666 do 1695 (1940).
  • Tom XXI: Kosmologia (1944).
  • Tom XXII: Suplement à la korespondencja. Varia. Biografia Chr. Huygens. Katalog de la vente des livres de Chr. Huygensa (1950).

Zobacz też

• Historia silnika spalinowego
• Lista największych teleskopów optycznych w historii
• Organy Fokkera
• Wahadło sekundowe

Dalsza lektura

• Andriesse, CD (2005). Huygens: Człowiek stojący za zasadą . Przedmowa Sally Miedema. Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge .
• Bell, AE (1947). Christian Huygens i rozwój nauki w XVII wieku
• Boyer, CB (1968). Historia matematyki , Nowy Jork.
• Dijksterhuis, EJ (1961). Mechanizacja obrazu świata: Pitagoras do Newtona
• Hooijmaijers, H. (2005). Mówienie czasu - Urządzenia do pomiaru czasu w Muzeum Boerhaave - Katalog opisowy , Leiden, Muzeum Boerhaave.
• Struik, DJ (1948). Zwięzła historia matematyki
• Van den Ende, H. i in. (2004). Dziedzictwo Huygensa, Złoty wiek zegara wahadłowego , Fromanteel Ltd, Castle Town, Isle of Man.
• Yoder, JG. (2005). „Książka o zegarze wahadłowym” w Ivor Grattan-Guinness , red., Landmark Writings in Western Mathematics . Elsevier: 33–45.

Linki zewnętrzne

Źródła pierwotne, tłumaczenia

• Prace Christiaana Huygensa z Project Gutenberg :
  • C. Huygens (przetłumaczone przez Silvanusa P. Thompsona, 1912), Treatise on Light ; Errata .
• Prace autorstwa Christiaana Huygensa lub o nim w Internet Archive
• Prace Christiaana Huygensa z LibriVox (audiobooki z domeny publicznej)
• Urzędnik, Agnes Mary (1911). „Huygens, Christian” . Encyklopedia Britannica . Tom. 14 (wyd. 11). s. 21–22.
• Korespondencja Christiaana Huygensa z Early Modern Letters Online
• De Ratiociniis w Ludo Aleae lub Wartość wszystkich szans w grach fortuny, 1657 Książka Christiaana Huygensa o teorii prawdopodobieństwa. Tłumaczenie na język angielski opublikowane w 1714 r. Plik tekstowy pdf.
• Horologium oscillatorium (tłumaczenie niemieckie, wyd. 1913) lub Horologium oscillatorium (tłumaczenie angielskie autorstwa Iana Bruce'a) na zegarze wahadłowym
• ΚΟΣΜΟΘΕΩΡΟΣ ( Cosmotheoros ). (Angielskie tłumaczenie łaciny, wyd. 1698; z podtytułem Niebiańskie światy odkryte: lub Przypuszczenia dotyczące mieszkańców, roślin i produkcji światów na planetach ) .
• C. Huygens (przetłumaczone przez Silvanusa P. Thompsona), Traité de la lumière lub Treatise on light , Londyn: Macmillan, 1912, archive.org/details/treatiseonlight031310mbp ; Nowy Jork: Dover, 1962; Projekt Gutenberg, 2005, www.gutenberg.org/ebooks/14725 ; Errata
• Systema Saturnium 1659 jest cyfrowym wydaniem Smithsonian Libraries
• O sile odśrodkowej (1703)
• Praca Huygensa w WorldCat
• Korespondencja Christiaana Huygensa w EMLO
• Biografia i osiągnięcia Christiaana Huygensa
• Portrety Christiaana Huygensa
• Książki Huygensa, faksymile cyfrowe z Linda Hall Library :
  • (1659) Systema Saturnium (łac.)
  • (1684) Astroscopia kompendiaria (łac.)
  • (1690) Traité de la lumiére (francuski)
  • (1698) ΚΟΣΜΟΘΕΩΡΟΣ, sive De terris colestibus (łac.)

Muzea

• Huygensmuseum Hofwijck w Voorburgu w Holandii, gdzie mieszkał i pracował Huygens.
• Huygens Clocks z Science Museum w Londynie
• Wystawa internetowa poświęcona Huygens w Bibliotece Uniwersytetu w Leiden (w języku niderlandzkim)

Inny

• O'Connor, John J .; Robertson, Edmund F. , „Christiaan Huygens” , archiwum MacTutor History of Mathematics , University of St Andrews
• Huygens i teoria muzyki Fundacja Huygens – Fokker — o równym temperamencie Huygensa 31 i sposobach jego wykorzystania
• Christiaan Huygens na banknocie 25 holenderskich guldenów z lat 50. XX wieku.
• Christiaan Huygens w Mathematics Genealogy Project
• Jak wymówić Huygens