Гюйгенс христиан

Мирозрение Гюйгенса

Христиан Гюйгенс, портрет Каспара Нечера, 1671 г.

Последним научным трудом в области астрономии стала статья, опубликованная уже после его смерти, в 1698 году в Гааге. Трактат является компиляцией философии и астрономии в попытке понимания основных физических законов существования и устройства Вселенной. Гюйгенс одним из первых европейских учёных выдвинул гипотезу населённости разумными существами других объектов вне Земли. Посмертный научный труд Гюйгенса был переведён на английский, французский, немецкий и шведский языки. Научное завещание Христиана Гюйгенса по личному указу императора Петра I в 1717 году перевёл на русский язык Яков (Джеймс) Брюс. Русскому научному сообществу труд  известен как «Книга мирозрения.

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

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

Христиан Гюйгенс скончался в Гааге 8 июля 1695 года в возрасте 66 лет. Современники высоко оценили научные достижения знаменитого голландца в области астрономии. В 1997 году к открытому им спутнику Сатурна Титану стартовал зонд Европейского космического агентства, названный его именем. Миссия космического аппарата была столь же удачной, сколь долгой и богатой научными открытиями была жизнь Христиана Гюйгенса.

О своеобразном преломлении в исландском кристалле

1. Из Исландии,
острова Северного моря, расположенного на широте 66°, привозят особого рода
кристалл, или прозрачный камень, который весьма замечателен по своей форме и
другим свойствам, но главным образом своими странными преломлениями света.
Причины этих странных преломлений казались мне тем более достойными тщательного
исследования, что среди прозрачных тел он один не следует обычным правилам по
отношению к световым лучам. Я был даже до некоторой степени вынужден произвести
эти исследования, так как преломления в этом кристалле, казалось, опровергали
наше предшествующее объяснение правильного преломления. Но, как будет видно,
данное нами объяснение, наоборот, весьма подтверждается этими преломлениями,
если их свести к тому же принципу. <…>

18. Так как здесь
имелись два различных преломления, я подумал, что существуют также и две
различные категории распространяющихся волн света и что одна из них может
существовать в эфирной материи, распространенной в теле кристалла. Эта материя,
находясь в гораздо большем количестве, чем составляющие тело частицы, одна
способна обусловить прозрачность согласно вышеприведенному объяснению. Я
приписывал этой категории волн правильное преломление, наблюдаемое в этом камне,
предполагая, что эти волны имеют обыкновенную сферическую форму и
распространяются более медленно внутри кристалла, чем вне его; я показал, что от
этого происходит преломление.

19. Что же касается
другой категории, которая должна была произвести неправильное преломление, то я
хотел испробовать, что будут давать эллиптические или, лучше сказать,
сфероидальные волны. Я предполагал в соответствии с последним способом, которым
я объяснял прозрачность, что эти волны будут распространяться одинаково как в
эфирной материи, содержащейся в кристалле, так и в частицах, из которых он
состоит. Мне казалось, что правильное расположение или размещение этих частиц
могло способствовать образованию сфероидальных волн (для чего требовалось
только, чтобы последовательное движение света распространялось немного быстрее в
одном направлении, чем в другом), и я почти не сомневался в существовании в этом
кристалле такого размещения равных и подобных частиц вследствие определенности и
неизменности его формы и углов. Относительно этих частиц, их формы и
расположения я предложу в конце этого трактата мои соображения и несколько
подтверждающих их опытов4.
<…>

22. Допустив, таким
образом, кроме сферических волн и подобные сфероидальные волны, я приступил к
исследованию, могут ли они служить для объяснения явлений неправильного
преломления и как с помощью этих явлений я мог бы определить форму и положение
сфероидальных волн, в чем я достиг, наконец, желанного успеха.
<…>

КОММЕНТАРИЙ:

Перевод с
латинского «Трактата о свете» выполнен Н. Фредериксом. Отрывки воспроизводятся
по изданию: Гюйгенс X. Трактат о свете, в котором объяснены причины того, что с
ним происходит при отражении и при преломлении, в частности, при странном
преломлении исландского кристалла. М.-Л., 1935.

4Допустив в исландском шпате существование двух волн,
обыкновенной и необыкновенной, Гюйгенс в следующих параграфах этой главы
объясняет наблюдаемые им явления двойного лучепреломления. Но ему нужно здесь,
кроме того, показать причины существования двух таких волн, и в этом отношении
он опять встречает те же затруднения, что и при объяснении причин отражения и
разницы между прозрачными и поглощающими телами.

ЛИТЕРАТУРА:
1		Собрание сочинений X. Гюйгенса:Oeuvres completes de Christiaan Huygens. Т. 1-22. La Haye, 1888-1950.
2		Веселовский И. Н. Христиан Гюйгенс, М., 1959.
3		Франкфурт У. И., Френк А. М. Христиан Гюйгенс. М., 1962.

Восстановление волновой модели

Только в 19 веке, когда волновая модель была восстановлена. Во многом благодаря вкладу Томаса Янга, который смог объяснить все явления света на том основании, что свет — это продольная волна.

В частности, в 1801 году он провел свой знаменитый эксперимент с двумя щелями. В этом эксперименте Юнг проверил схему интерференции света от удаленного источника света, когда он дифрагировал после прохождения через две щели.

Точно так же Юнг также объяснил через волновую модель рассеивание белого света в различных цветах радуги. Он показал, что в каждой среде каждый из цветов, составляющих свет, имеет характерную частоту и длину волны.

Таким образом, благодаря этому эксперименту он продемонстрировал волновую природу света.

Интересно, что со временем этот эксперимент оказался ключом к демонстрации корпускулярной волны света, фундаментальной особенности квантовой механики..

ХРИСТИАН ГЮЙГЕНС (1629-1695)

Первые маятниковые часы изобретены в Германии около 1000 года аббатом Гербертом — будущим папой Сильвестром II, но широкого распространения не получили. Первые башенные часы в Западной Европе построены были в 1288 году английскими мастерами в Вестминстере.

1470 году изобретены часы, работающие от энергии пружины, и устройство для завода пружины.

1480-1511: Мастер из Нюрнберга Питер Хенлейн (нем.Peter Henlein) изготовил первые карманные часы с одной стрелкой, они показывали приблизительное время. Часы имели форму яйца и получили название «Нюрнбергское яйцо».

Позже появились карманные часы, запатентованные в 1675 году Христианом Гюйгенсом, а затем — много позже — и часы наручные. Вначале наручные часы были только женские, богато украшенные драгоценными камнями ювелирные изделия, отличающиеся низкой точностью хода. Ни один уважающий себя мужчина того времени не надел бы часы себе на руку. Но войны изменили порядок вещей и в 1880 году массовое производство наручных часов для армии начала фирма Girard-Perregaux.

Христиа́н Гю́йгенс ван Зёйлихем родился в Гааге в 1629 году. Отец его Константин Гюйгенс (Хёйгенс), тайный советник принцев Оранских, был замечательным литератором, получившим также хорошее научное образование.

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 году 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.

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.

Марс, Сатурн, и дальше, дальше…

Первое же астрономическое открытие Гюйгенса стало научной сенсацией. В 1655 году, наблюдая в телескоп окрестности Сатурна, астроном заметил те же странности, на которые указывал в своих трудах Галилео Галилей. Но итальянец не смог дать чёткое обоснование этого явления. Гюйгенс же правильно определил, что это скопления льда различных размеров, окружающие планету и не покидающие орбиту Сатурна под действием её гигантского притяжения. Рассмотрел Гюйгенс в свой телескоп и спутник Сатурна, названный впоследствии Титаном. Спустя четыре года учёный систематизировал свои открытия колец на орбите Сатурна в научном труде.

Телескоп Христиана Гюйгенса при помощи которого удалось сделать немало астрономических открытий

1656-й год. Сфера астрономических интересов Гюйгенса впервые выходит далеко за пределы Солнечной системы. Объектом наблюдений становится открытая за 45 лет до этого французом Николя де Перейском туманность в созвездии Ориона. Сегодня туманность Ориона классифицирована в астрономических каталогах под наименованием Мессье 42 (NGC1976). Гюйгенс сделал первичную классификацию объектов туманности и вычисление астрономических координат, начал расчёты размеров туманности и расстояния до Земли.

Спустя пятнадцать лет голландец возвратился к астрономическим наблюдениям. Объектом его внимания стала Красная планета. Наблюдая в телескоп Южный полюс Марса, Гюйгенс установил, что он покрыт ледяной шапкой. Уже тогда астрономы были уверены, что на Марсе могут быть определённые условия для существования живых организмов. Астроном довольно точно вычислил период обращения планеты вокруг собственной оси.

Если твой наставник – Декарт, тебе суждено стать гением

Широта интересов Гюйгенса поражает. За время научной деятельности он написал десятки серьезных научных трудов в механике и математике и физике. Признавая заслуги великого голландца в познании окружающего мира и постановке существовавших в то время взглядов на научную основу, королевское научное сообщество оказало Христиану Гюйгенсу честь, избрав его в 1663 году своим членом — первым из иностранных учёных. В 1666 году основали свою академию наук французы. Первым президентом французского научного сообщества стал Гюйгенс.

Одной из многочисленных отраслей науки, обогащенных трудами голландского естествоиспытателя, стала астрономия. Огромное влияние на взгляды юного Христиана оказала дружба его отца, Константина Гюйгенса, с основателем философской теории картезианства Рене Декартом. Гюйгенс увлёкся астрономическими исследованиями. С помощью брата он переделал домашний телескоп таким образом, чтобы достичь максимально возможного увеличения – 92х.

Внешний поиск по URL

Можно также создавать ссылки, которые используют возможности данного расширения, но без самого поля на странице. Например, http://ru.community.wikia.com/index.php?title=Тестовая_страница&preload=Справка:Inputbox&action=edit откроет новую страницу «Тестовая страница» и загрузит в неё содержимое страницы Справка:Inputbox. Можно открывать страницы с настраиваемым сообщением вверху страницы. Например: http://ru.community.wikia.com/index.php?title=Тестовая_страница&editintro=Шаблон:Политика&action=edit загрузит пустую страницу с шаблоном Шаблон:Политика сверху окна редактирования. Можно сочетать эти два параметра и открыть новую страницу с сообщением Шаблон:Политика вверху и содержимым Справка:Inputbox в загруженном окне: http://ru.community.wikia.com/index.php?title=Тестовая_страница&preload=Справка:Inputbox&action=edit&editintro=Шаблон:Политика

О преломлении

<…> Для объяснения
причины этих явлений, согласно нашим принципам, допустим, что прямая АВ

представляет собой плоскую поверхность, которой ограничены прозрачные тела, простирающиеся по
направлению к С и N. Когда я говорю про плоскую поверхность, то
имею в виду при этом не совершенно ровность, но такую же, какую мы принимали,
когда рассматривали отражение, причем по тем же самым соображениям. Пусть линия
АС представляет собой часть световой волны, центр которой, по
предположению, так далек, что эту часть можно рассматривать как прямую линию.
Тогда точка С волны АС в некоторый промежуток времени достигнет
плоскости АВ по прямой СВ, которую нужно представлять себе
исходящей из светящегося центра и которая, следовательно, пересечет АС
под прямыми углами. Если бы материя прозрачного тела передавала движение волны
так же быстро, как материя эфира, то за это же время точка А пришла бы в
точку G по прямой АG, равной и параллельной СВ, и вся часть
волны АС оказалась бы в GВ. Но предположим, что она передает это
движение менее быстро, скажем, на одну треть. Тогда от точки А движение
распространится в материи прозрачного тела на расстояние, равное двум третям
СВ, образовав свою отдельную сферическую волну, согласно сказанному выше.
Эта волна изображена окружностью SNR, центр которой А, а
полудиаметр равен двум третям СВ. Если рассматривать другие точки
Н волны АС, то окажется, что за то время, за которое точка
С придет в В, они не только достигнут поверхности АВ по
прямым НК, параллельным СВ, но сверх того произведут еще из
центров К в прозрачной среде отдельные волны, представленные здесь
окружностями, полудиаметры которых равны двум третям линий КМ, т. е. двум
третям продолжений линий НК до прямой ВG. Эти полудиаметры были бы
равны целым КМ, если бы обе прозрачные среды были одинаковой
проницаемости.

Следовательно, все эти
окружности имеют общей касательной прямую линию BN, т. е. касательную из
точки В к окружности SNR, которую мы рассматривали первой. Легко
видеть, что все другие окружности коснутся той же линии BN от точки
В до точки касания N, совпадающей с точкой, в которую падает
AN, перпендикуляр к BN.

Таким образом, прямая
BN, состоящая из ряда маленьких дуг этих окружностей, заканчивает
движение, которое волна АС передала в прозрачное тело, и на этой прямой
движение находится в большем количестве, чем где-либо в другом месте. И значит,
эта прямая, согласно тому, что было сказано не раз, является распространением
волны АС в тот момент, когда ее точка С достигла точки В.
Действительно, под плоскостью АВ не существует другой линии, которая, как
BN, была бы общей касательной всех указанных отдельных волн. Если хотят
знать, каким образом волна АС постепенно достигла прямой BN, стоит
только на том же рисунке провести прямые КО параллельно BN, а все
KL — параллельно АС. Тогда будет видно, что волна СА из
прямой становится ломаной последовательно во всех LKO, и снова становится
прямой в BN. Это очевидно из того, что уже было показано, и не нуждается
в дальнейших разъяснениях.

Если
на том же рисунке провести прямую EAF, которая пересекла бы плоскость
АВ под прямыми углами в точке А, и если линия AD будет
перпендикулярна волне АС, то линия DA будет обозначать падающий
луч света, а прямая AN, перпендикулярная BN, — луч преломленный:
ведь лучи суть не что иное, как прямые линии, по которым распространяются части
волн.

Отсюда ясно видно главное
свойство преломления: именно синус угла DAE всегда находится в одном и
том же отношении к синусу угла NAF, каким бы ни был наклон луча
DA, и это отношение то же, что и отношение скорости волн в прозрачной
среде, простирающейся в направлении АЕ, к скорости волн в прозрачной
среде, простирающейся в направлении к AF. Действительно, если принять
АВ за радиус круга, то синусом угла ВАС будет ВС, а синусом
угла ABN будет AN. Но угол ВАС равен углу DAE, так
как каждый из них, прибавленный к углу САЕ, образует прямой угол. Угол же
ABN равен углу NAF, так как каждый из них образует прямой угол
вместе с углом BAN. Следовательно, синус угла DAE относится к
синусу угла NAF, как ВС к AN. Но отношение ВС к
AN было равно отношению скоростей света в среде, простирающейся в
направлении к АЕ, и в среде, простирающейся к AF. Таким образом,
синус угла DAE относится к синусу угла NAF, как указанные скорости
света. <…>

Сила воды, разреженной огнем

Практическая направленность творчества Гюйгенса не ускользнула от министра и фактического главы правительства Людовика XIV Жан-Батиста Кольбера. Кольбер мечтал поставить науку на службу промышленности и армии, но для этого ученых надо было организовать. Кольбер предложил королю создать Парижскую академию наук с обильным государственным финансированием (в отличие от уже созданного Лондонского королевского общества, живущего на взносы его членов — состоятельных джентльменов). Встал вопрос о ее главе. 

 Выбор пал на иностранца Гюйгенса, который не мог отказаться ни от большого жалованья — шесть тысяч ливров в год, ни от возможности хорошо профинансировать свои исследования и создать необходимую для них современную приборную базу

Случилось так, что за считаные годы до объявления Кольбером своей инициативы умерли сразу несколько французских звезд первой величины — Декарт, Паскаль, Ферма. Выбор пал на иностранца Гюйгенса, который не мог отказаться ни от большого жалованья — шесть тысяч ливров в год, ни от возможности хорошо профинансировать свои исследования и создать необходимую для них современную приборную базу. Сначала Гюйгенс был разочарован новоиспеченной академией, состоявшей из двух секций — математики и физики. Если математики выглядели вполне прилично, то среди «физиков» он обнаружил медиков и агрономов, предложивших более чем сомнительные исследовательские программы. Гюйгенс приступил к чистке рядов и к интенсивной научной работе, дав Парижской академии здоровый импульс для развития в эпоху Просвещения.

В зените славы и в качестве главы Парижской академии наук Гюйгенс отправляется изучать опыт Лондонского королевского общества. Сильное впечатление на него произвел прибор Бойля — воздушный насос (тот самый, из-за которого произошел знаменитый спор Бойля и Гоббса). Насос, который, выкачивая воздух из сосуда, позволял добиться в нем состояния «пустоты», или относительного вакуума. Гюйгенс немедленно приступает к усовершенствованиям бойлевского девайса и добивается успеха, чем вызывает у Бойля приступ ревности — английский физик отказывается посещать демонстрации Гюйгенса.

Лаборант Гюйгенса Дени Папен и схема его паровой машины

Wikimedia

Работа над все более совершенными версиями воздушного насоса приводят Гюйгенса к революционной мысли о создании на его основе теплового двигателя — разогретый пар или газ будет расширяться, двигая поршень, и совершать полезную механическую работу. Гюйгенс немедленно предлагает последовательную программу исследований Кольберу: «Производить опыт с пустотой при помощи машин и определить вес воздуха. Исследовать силу, заключенную в орудийном порохе, заключая его в небольшом количестве в железный или медный ящик достаточной толщины. Исследовать подобным же образом силу воды, разреженной огнем (то есть пара. — “Стимул”).»

Стоит сказать, что лаборантом Гюйгенса в этих экспериментах был Дени Папен, будущий изобретатель первой паровой машины. Вскоре Гюйгенс представил Парижской академии наук проект порохового двигателя в форме цилиндра с поршнем, Папен внес в него несколько конструктивных улучшений. Обсудив с Гюйгенсом возможность использования в качестве рабочего тела не пороховые газы, а водяной пар, Папен отправился в самостоятельное плавание и через два года представил публике паровой двигатель. Так Гюйгенс приложил руку к еще одной великой инновации, ставшей, с одной стороны, главным драйвером промышленной революции, а с другой — основой для создания новой науки термодинамики.

 Гюйгенс возглавил передовую для того времени научную организацию — Академию наук и согласовал ее научные интересы с интересами власти. Более того, когда это было возможно, он доводил свои изобретения до полезных моделей и патентовал

Гюйгенс возглавил передовую для того времени научную организацию — академию наук — и согласовал ее научные интересы с интересами власти. Более того, когда это было возможно, он доводил свои изобретения до полезных моделей и патентовал, чтобы получать лицензионный доход. Гюйгенс не создавал великих систем, как Декарт, или великих теорий, как Ньютон, его интересовали более частные вопросы познания природы и совершенствования техники. Однако именно решение удивительно большого количества разнообразных «частностей» и делает возможным построение великих теорий и цивилизаций.  

Приватизация точного времени

Есть, может быть, более важный, чем многократное приближение звездного неба над головой, вклад Гюйгенса в нововременную картину мира. Он подарил человечеству точное персональное время, получив первый патент на карманные часы. Впрочем, до Гюйгенса об уверенном измерении времени вообще говорить не приходилось.

 Время было сакральным — о его ходе сообщала церковь. Добавим, что сообщала не слишком точно — превращение энергии падающего груза в равномерное движение стрелок нуждалось в модернизации

Античность хотя и знала водяные, песочные и солнечные часы, в целом к измерению времени относилась равнодушно. Ситуация изменилась в Средневековье, когда механические башенные часы стали главным организатором социальной жизни общины. Как писал Освальд Шпенглер, «днем и ночью с бесчисленных башен Европы звучащий бой, этот жуткий символ уходящего времени, есть, пожалуй самое мощное выражение того, на что вообще способно историческое мироощущение. Ничего подобного мы не найдем в античных странах и городах». Время было сакральным — о его ходе сообщала церковь. Добавим, что сообщала не слишком точно — превращение энергии падающего груза в равномерное движение стрелок нуждалось в модернизации. О времени задумалась и натурфилософия

В шестнадцатом-семнадцатом веках укрепилась метафора часов как устройства Вселенной и Бога как великого часовщика — часы становились мирообразующей метафорой, одинаково важной как для богословия, так и для становящейся науки.

Часы Гюйгенса и его книга 1673 года Horologium Oscillatorium (Маятниковые часы) в музее Boerhaave, Лейден

torenuurwerken-sot.nl

Но для точного счета времени нужна система, которая совершает изохронные колебания. Галилей, рассматривая как-то во время службы качание люстры в Пизанском соборе, обнаружил, что период ее колебаний не зависит от ее отклонения от положения равновесия (Гюйгенс позже установил, что это справедливо только для малых углов), то есть она совершает изохронные колебания. Галилей понял, что к часам с грузом нужно присоединить маятник. Впрочем, воплощением идеи он занялся, уже находясь в заточении в собственном доме по приговору Ватикана и будучи практически слепым. Он сделал с помощью учеников эскизы и, по одной из версий, тайно передал их протестантскому голландскому руководству. Так эскизы попали к Гюйгенсу, но, по его замечанию, они содержали только сырые идеи без настоящей проработки.

Голландия активно вела морские войны и морскую торговлю. Ее интерес к инновации Галилея носил скорее навигационный и военный характер — была надежда, что с помощью маятниковых часов удастся решить проблему определения долготы как точно измеренную разницу во времени между точкой нахождения судна в данный момент и исходной точкой его движения. Созданием надежного и точного морского хронометра для голландского флота и занялся первоначально Гюйгенс.

Он обнаружил, что изохронность колебаний маятника соблюдается только для малых углов отклонения; чтобы ограничить амплитуду колебаний, необходимо уменьшать длину подвеса при увеличении отклонения. Для этого Гюйгенс придумал «щеки» в форме циклоиды, на которые частично наматывалась нить подвеса. Гюйгенс разработал часы с коническим маятником и маятником, движущимся по циклоиде. В книге «Маятниковые часы» Гюйгенс описывает их полную теорию и все свои усовершенствования. По сути, разбираясь с часами, Гюйгенс создал всю современную механику — Ньютону оставалось вывести гюйгенсовские закономерности из более общих законов и применить аппарат исчисления бесконечно малых. 

Проблема, однако, заключалась в том, что многочисленные испытания маятниковых часов в море ни к чему не привели — они останавливались и барахлили во время качки. Тем не менее это не помешало испытывавшему их британцу Александру Брюсу претендовать на английский патент по маятниковым часам и в итоге разделить его с Гюйгенсом и Лондонским королевским обществом (в Голландии и Франции право Гюйгенса на эту интеллектуальную собственность никто не оспаривал).

Гюйгенс предложил еще одну инновацию — заменить маятник пружиной с балансиром. Такие «идеальные» часы по заказу Гюйгенса изготовил парижский часовщик Исаак Тюре — это был первый в истории персональный хронометр, карманные часы, на которые Гюйгенс получил полноценный, «международный», как мы сказали бы сегодня, патент. Успешно применить пружинный механизм для морского хронометра удалось уже после смерти Гюйгенса, но мода на «мобильные часы» завоевала европейскую элиту уже при его жизни.

Анри Тестелен «Кольбер представляет членов Королевской академии наук Людовику XIV в 1667 г.» Гюйгенс отмечен стрелкой
Wikipedia

Образование ученого

К восьми годам маленький Гюйгенс знал латинский язык, четыре действия арифметики и учился пению. К девяти годам познакомился с географией, началами астрономии, научился определять время заката и восхода Солнца для всех времен года. В десять лет мальчик научился складывать стихи на латинском языке, играть на скрипке, потом освоил лютню и правила логики. Далее Христиан освоил еще несколько языков и музыкальных инструментов.

В 1643 году Христиан увлекся механикой, он конструирует разные машины, делает себе токарный станок.

Гюйгенс изучает математику по курсу, который составил для него выдающийся математик, друг Декарта, Франциск Схоутен.

В шестнадцать лет Х. Гюйгенс поступает в Лейденский университет, где изучает право и математику. В это время молодой человек изучает:

• труды Архимеда,
• «Конические сечения» Аполлония,
• оптику Вителло и Кеплера,
• «Диоптрику» Декарта,
• астрономию Птолемея и Коперника,
• механику Стевина.

После двухлетнего обучения в Лейдене Х. Гюйгенс отправляется учиться в университет Бреды юриспруденции, которая его не слишком привлекала. После двухлетнего обучения Гюйгенс вернулся в Гаагу, потом отец направляет его в Голштинию с посольством Генриха Нассаусского. Дипломат оказался не нужен и Х. Гюйгенс оказался свободен для научной деятельности.

Любимым автором молодого ученого был Архимед. Первые самостоятельные работы ученого были о теории плавания тел.

В 1654 году Гюйгенс написал еще одну работу в духе Архимеда, а именно книгу «О квадратуре круга».

В этой работе величину $\pi$ Гюйгенс получил из рассмотрения двенадцати угольников и шестиугольников.

Замечание 1

Величину $\pi$ Архимед нашел, вычисляя периметр 96-угольника.

Основные достижения ученого

• В 1657 году изобрел маятниковые часы со спусковым механизмом, позднее в своей монографии «Маятниковые часы» сделал описание динамики и теории часов. Часы Гюйгенса стали основой для точной экспериментальной техники.

• Получил законы свободного падения тел, движения тел по наклонной плоскости, падение тел по циклоиде.

• Определил свойства циклоидального маятника.

• Выяснил, что при равноускоренном перемещении тел, высоты с которых тела падают, относятся так же как квадраты, полученных ими скоростей.

• Получил один из вариантов решения задачи о неупругом ударе тел. В работе «О движении тел под влиянием удара» Х. Гюйгенс дал теорию центрального удара упругих тел, выяснил закон сохранения количества движения (импульса $\vec p$) и кинетической энергии (тогда «живых сил»).

• Рассматривая колебания физического маятника, решил задачу об определении центра его качаний.

• Объяснил изменение периода колебаний маятника изменением ускорения силы тяжести.

• Первым выдвинул идею о том, что Земля сплюснута у полюсов.

• Предложил закон распространения колебаний, который впоследствии назвали принципом Гюйгенса.

Рассмотрел теорию центробежной силы и вывел формулу этой силы:

$F_{c}=\frac{mv^2}{R},$

где $m$ — масса тела; $v$ — скорость тела при его движении по окружности радиуса $R$. В 1703 году выходит труд Гюйгенса «О центробежной силе» в котором он приводит эту формулу.

• Исследовал движение конического маятника, определил период колебаний маятника.

• Изобрел часовой баланс. Часы его конструкции были сделаны в 1674 году.

• Сконструировал некоторые часовые механизмы, предложил проект «планетной машины», которая должна была воспроизвести движение тел Солнечной системы.

• В одно время с Гуком, Гюйгенс установил постоянные для термометра (точки таяния льда, кипения воды).

• Разработал волновую теорию света. В своей работе «О свете» он рассматривал явление двойного лучепреломления, которое было открыто Э. Бартолином в кристаллах исландского шпата.

• Создал конструкцию окуляра.

• Экспериментально установил величину ускорения силы тяжести на широте Парижа, получив:

$g=979,9 \frac{см}{c^2}.$

В астрономии:

• Сконструировал модель планеты, предположив, что ее масса локализована в центре.
• Исследовал движение спутников Сатурна, открыл его спутник – Титан. Сделал описание колец этой планеты.
• Нашел шапку изо льда на полюсе Марса. Оценил период его вращения около оси.
• Сделал описания некоторых туманностей, в том числе туманности Ориона.
• Делал наблюдения за двойными звездами.
• Гюйгенс был сторонником множественности миров и их населённости.

В области математики:

• Разработал теорию цепных (непрерывных) дробей.
• Нашел квадратуры гиперболы, эллипса и круга.
• Создал теорию эволют и эвольвент.
• Исследовал циклоиду, логарифмическую и цепную линии.
• Издал одну из первых работ по теории вероятностей, которая называется «О расчетах при игре в кости» (1657 год).
• Нашел вид и положение эволюты циклоиды.

Замечание 2

Гюйгенс был первым иностранным членом Лондонского королевского общества, состоял во Французской академии наук, был ее первым Президентом.

Предисловие

<…>
Доказательства, приводимые в этом трактате, отнюдь не обладают той же
достоверностью, как геометрические доказательства, и даже весьма сильно от них
отличаются, так как в то время, как геометры доказывают свои предложения с
помощью достоверных и неоспоримых принципов, в данном случае принципы
подтверждаются при помощи получаемых из них выводов. Природа изучаемого вопроса
не позволяет, чтобы это происходило иначе. Все же при этом можно достигнуть
такой степени правдоподобия, которая часто вовсе не уступает полной очевидности.
Это случается именно тогда, когда вещи, доказанные с помощью этих предполагаемых
принципов, совершенно согласуются с явлениями, обнаруживаемыми на опыте,
особенно когда таких опытов много и, что еще важнее, главным образом, когда
открываются и предвидятся новые явления, вытекающие из применяемых гипотез, и
оказывается, что успех опыта в этом отношении соответствует нашему ожиданию.
Если в проведенном мной исследовании все эти доказательства правдоподобия
имеются, а мне представляется, что дело как раз так и обстоит, то это должно
служить весьма сильным подтверждением успеха моего исследования, и вряд ли
положение вещей может значительно отличаться от того, каким я его изображаю.
<…>