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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

Голландский физик, механик, математик и астроном.

«Крупнейшее математическое открытие Гюйгенса - уравнение колебаний маятника. Это было первое дифференциальное уравнение в истории математики и первое уравнение механики, решениями которого оказались тригонометрические функции.
На основе полученного уравнения Гюйгенс построил точные часы с маятником и доказал, что период колебаний маятника зависит только от его длины и от ускорения свободного падения g в данной точке - на Земле или на другой планете.
Это свойство в XVII веке позволило физикам экспериментально выяснить отклонение формы Земли от шара, а позднее применялось при разведке металлических руд (они имеют повышенную плотность, поэтому вблизи месторождения ускорение свободного падения увеличивается)».

Смирнов С.Г., Задачник по истории науки. От Фалеса до Ньютона, М., «Мирос», 2001 г., с. 280.

В 1657 году Христиан Гюйгенс изобрёл маятниковые часы с механизмом спуска, благодаря которому колебания маятника не затухали. В этом же году он написал трактат: О расчётах при азартных играх / De ratiociniis in ludo aleae – одну из первых работ по теории вероятностей. Его конструкцию часов осуществляла движение центра тяжести маятника по циклоиде - так, чтобы время его качания не зависело от величины размаха.

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

Голландский физик, механик, математик и астроном, Христиан Гюйгенс, был непосредственным преемником Галилея в науке. Лагранж говорил, что Гюйгенсу «было суждено усовершенствовать и развить важнейшие открытия Галилея». В первый раз Гюйгенс соприкоснулся с идеями Галилея в 17 лет: он собирался доказать, что тела, брошенные горизонтально, движутся по параболе, и обнаружил такое доказательство в книге Галилея.

Отец Гюйгенса происходил из голландского дворянского рода и получил прекрасное образование: он знал языки и литературу многих народов и эпох, сам писал поэтические произведения по-латыни и по-нидерландски. Он был также знатоком музыки и живописи, тонким и остроумным человеком. Его интересовали достижения науки в области математики, механики и оптики. Неординарность его личности подтверждает то, что среди его друзей было много известных людей, в том числе и знаменитый Рене Декарт, выдающийся французский ученый.

Влияние Декарта сильно отразилось на формировании мировоззрения его сына, будущего великого ученого.

Детство и юность.

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

После изучения греческого, французского и итальянского языков, а также игры на клавесине, Христиан перешел к механике, которая захватила его целиком. Он конструирует различные машины, например, самостоятельно делает токарный станок. В 1643 году учитель Христиана сообщает отцу: «Христиана нужно назвать чудом среди мальчиков… Он развертывает свои способности в области механики и конструкций, делает машины удивительные…».

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

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

В это время Христиан изучает Архимеда, «Конические сечения» Аполлония, оптику Вителло и Кеплера, «Диоптрику» Декарта, астрономию Птолемея и Коперника, механику Стевина. Знакомясь с последней, Гюйгенс доказывает, что утверждение о том, что фигура равновесия нити, свободно подвешенной между двумя точками, будет параболой, неверно. В настоящее время известно, что нить расположится по так называемой цепной линии.

Христиан вел переписку с Марином Мерсенном, францисканским монахом, издателем французского перевода «Механики» Галилея и краткого изложения его «Диалогов…». Мерсенн живо интересовался научными достижениями своего времени и в письмах сообщал о новейших открытиях и наиболее интересных задачах математики и механики. В те времена подобная переписка заменяла отсутствовавшие научные журналы.

Мерсенн присылал Христиану интересные задачи. Из его писем тот познакомился с циклоидой и центром качания физического маятника. Узнав о критике Гюйгенсом параболической формы нити, Мерсенн сообщил, что такая же ошибка была сделана и самим Галилеем, и попросил прислать полное доказательство.

Заканчивая отчет Мерсенну о своих работах, он писал: «Я решил попробовать доказать, что тяжелые тела, брошенные вверх или в сторону, описывают параболу, но тем временем мне попала в руки книга Галилея об ускоренном движении естественном или насильственном; когда я увидал, что он доказал и это, и многое другое, то я уже не захотел писать Илиаду после Гомера».

Гюйгенс и Архимед.

После Лейдена Христиан с младшим братом Лодевиком едет учиться в «Оранской коллегии». Отец, видимо, готовил Христиана к государственной деятельности, но это Христиана не соблазняло.

В духе Архимеда двадцатитрехлетний Христиан написал книгу о теории плавания тел: «О равновесии тел, плавающих в жидкости». Позднее, в 1654 году, появилось еще одно сочинение в духе Архимеда «Открытия о величине круга», которое представляло прогресс по сравнению с архимедовым «Измерением круга». Гюйгенс получил значение числа «пи» с восемью верными знаками после запятой. Сюда же можно отнести работу «Теоремы о квадратуре гиперболы, эллипса и круга и центра тяжести их частей».

Написанный в 1657 году трактат «О расчетах при азартной игре» является одной из первых известных работ по теории вероятности.

Гюйгенс и оптика.

Еще в 1652 году Гюйгенс заинтересовался темой, которую разрабатывал Декарт. Это была диоптрика - учение о преломлении света. Своему знакомому он пишет: «Я уже имею почти написанные две книги об этом предмете, к которым добавляется и третья: первая говорит о преломлении в плоских и сферических поверхностях…, вторая о видимом увеличении или уменьшении изображений предметов, получающихся при помощи преломления». Третья книга, в которой предполагалось говорить о телескопах и микроскопах, была написана чуть позже. Над «Диоптрикой» Гюйгенс работал с перерывами около 40 лет (с 1652 по 1692 год).

Отдельные главы первой части «Диоптрики» посвящены преломлению света в плоских и сферических поверхностях; автор дает экспериментальное определение показателя преломления разных прозрачных тел и рассматривает задачи преломления света в призмах и линзах. Затем он определяет фокусное расстояние линз и исследует связь между положением предмета на оптической оси линзы и положением его изображения, то есть получает выражение основной формулы линзы. Заканчивается первая часть книги рассмотрением строения глаза и теорией зрения.

Во второй части книги Гюйгенс говорит об обратимости оптической системы.

В третьей части книги автор уделяет большое внимание сферической аберрации (искажению) линз и методам ее исправления. Для ряда частных случаев он находит форму преломляющих поверхностей линз, не дающих сферической аберрации. С целью уменьшения аберраций телескопа Христиан предлагает конструкцию «воздушного телескопа», где объектив и окуляр не связаны между собой. Длина «воздушного телескопа» Гюйгенса составляла 64 м. С помощью этого телескопа он обнаружил у Сатурна спутник, Титан, а также наблюдал четыре спутника Юпитера, открытые ранее Галилеем.

Гюйгенс с помощью своих телескопов сумел объяснить также странный вид Сатурна, смущавший астрономов, начиная с Галилея, - он установил, что тело планеты окружено кольцом.

В 1662 году Гюйгенс также предложил новую оптическую систему окуляра, которая впоследствии была названа его именем. Этот окуляр состоял из двух положительных линз, разделенных большим воздушным промежутком. Такой окуляр по схеме Гюйгенса широко применяется оптиками и в наши дни.

В 1672-1673 годах Гюйгенс знакомится с гипотезой Ньютона о составе белого света. Примерно в это же время у него формируется идея волновой теории света, которая находит свое выражение в знаменитом «Трактате о свете», вышедшем в свет в 1690 году.

Гюйгенс и механика.

Гюйгенса следует поставить в самом начале длинного ряда исследователей, которые принимали участие в установлении всеобщего закона сохранения энергии.

Гюйгенс предлагает способ определения скоростей тел после их соударения. Основной текст его трактата «Теория удара твердых тел» был закончен в 1652 году, но свойственное Гюйгенсу критическое отношение к своим трудам привело к тому, что трактат вышел только после смерти Гюйгенса. Правда, будучи в Англии в 1661 году, он демонстрировал опыты, подтверждающие его теорию удара. Секретарь Лондонского Королевского общества писал: «Был подвешен шар весом один фунт в виде маятника; когда он был отпущен, то по нему ударил другой шар, подвешенный точно так же, но только весом в полфунта; угол отклонения был сорок градусов, и Гюйгенс после небольшого алгебраического вычисления предсказал, каков будет результат, который оказался в точности соответствующим предсказанию».

Гюйгенс и часы.

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

Гюйгенс во многих вопросах наследовал и совершенствовал решение проблем, предпринятое Галилеем. Например, он обратился к исследованию изохронного характера качаний математического маятника (свойство колебаний, проявляющееся в том, что частота малых колебаний практически не зависит от их амплитуды). Вероятно, в свое время это было первым открытием Галилея в механике. Гюйгенсу представилась возможность дополнить Галилея: изохронность математического маятника (то есть независимость периода колебаний маятника определенной длины от амплитуды размаха) оказалась справедливой лишь приближенно и то для малых углов отклонения маятника. И Гюйгенс осуществил идею, которая занимала Галилея в его последние годы жизни: он сконструировал маятниковые часы.

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

Один из основных мемуаров Гюйгенса, посвященных рассмотрению результатов по математике и механике, вышел в 1673 году под названием «Маятниковые часы или геометрические доказательства, относящиеся к движению маятников, приспособленных к часам». Пытаясь решить одну из основных задач своей жизни - создать часы, которые можно было бы использовать в качестве морского хронометра, Гюйгенс придумал множество решений и продумал много проблем, исследуя возможности их приложения к этой задаче: циклоидальный маятник, теория развертки кривых, центробежные силы и их роль и др. Одновременно он решал возникающие математические и механические задачи. Почему же задача создания часов так привлекала известного ученого?

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

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

Нелегкий путь от лабораторных экспериментов до создания маятниковых часов преодолел в 1657 году Христиан Гюйгенс, в то время уже известный ученый. 12 января 1657 года он писал:

«На этих днях я нашел новую конструкцию часов, при помощи которой время измеряется так точно, что появляется немалая надежда на возможность измерения при ее помощи долготы, даже если придется везти их по морю».

С этого момента и до 1693 года он стремится совершенствовать часы. И если в начале Гюйгенс проявил себя как инженер, использующий в известном механизме изохронное свойство маятника, то постепенно все больше проявлялись его возможности физика и математика.

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

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

Волновая теория света.

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

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

Христиан Гюйгенс стал создателем волновой теории света, основные положения которой вошли в современную физику. Свои взгляды он изложил в «Трактате о свете», изданном в 1690 году. Гюйгенс считал, что корпускулярная теория света, или теория истечения, противоречит свойствам световых лучей не мешать друг другу при пересечении. Он полагал, что Вселенная заполнена тончайшей, и в высшей степени, подвижной упругой средой - мировым эфиром. Если в каком-либо месте эфира частица начнет колебаться, то колебание передается всем соседним частицам, и в пространстве пробегает эфирная волна от первой частицы как центра.

Волновые представления позволили Гюйгенсу теоретически сформулировать законы отражения и преломления света. Он дал наглядную модель распространения света в кристаллах.

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

Рассказы об ученых по физике. 2014