Huygens, Christian

Christian Huygens
Christiaan Huygens

Christian Huygens. Porträtt av Kaspar Necher (1671), olja, Boerhaave Museum, Leiden
Födelsedatum 14 april 1629( 1629-04-14 ) [1] [2] [3] […]
Födelseort
Dödsdatum 8 juli 1695( 1695-07-08 ) [1] [2] [3] […] (66 år)eller 8 juni 1695( 1695-06-08 ) [4] (66 år)
En plats för döden
Land
Vetenskaplig sfär matematik , mekanik , fysik , astronomi
Arbetsplats
Alma mater
vetenskaplig rådgivare Frans van Schoten
Jan Jansz de Jonge Stampioen
Studenter Denis Papin och Gottfried Wilhelm Leibniz
Känd som en av grundarna av teoretisk mekanik
 Mediafiler på Wikimedia Commons

Christiaan Huygens [ ˈkrɪstijaːn ˈɦœyɣə ( n  )s] lyssna ; 14 april 1629 , Haag  - 8 juli 1695 , ibid.) var en holländsk mekaniker , fysiker , matematiker , astronom och uppfinnare . Den första utländska medlemmen av Royal Society of London (1663), medlem av den franska vetenskapsakademin sedan dess grundande (1666) och dess första president (1666-1681) [8] .

En av grundarna av teoretisk mekanik och sannolikhetsteorin . Han gjorde ett betydande bidrag till optik , molekylär fysik , astronomi , geometri , urtillverkning . Upptäckte ringarna av Saturnus och Titan (en måne av Saturnus ). Uppfann den första praktiska pendelklockan . Han lade grunden för vågoptik .

Biografi

Huygens föddes i Haag 1629. Hans far Konstantin Huygens (Huygens) , Privy Councilor of Princes of Orange , var en märklig författare som också fick en god vetenskaplig utbildning. Konstantin var en vän med Descartes , och den kartesiska filosofin ( kartesianismen ) hade ett stort inflytande inte bara på hans far, utan även på Christian Huygens själv [9] .

Den unge Huygens studerade juridik och matematik vid universitetet i Leiden , och bestämde sig sedan för att ägna sig åt naturvetenskap. År 1651 publicerade han Diskurser om kvadreringen av hyperbeln , ellipsen och cirkeln . Tillsammans med sin bror förbättrade han teleskopet , förde det till 92x förstoring och började studera himlen. Huygens blev först känd när han upptäckte Saturnus ringar ( Galileo såg dem också, men kunde inte förstå vad de var) och denna planets satellit, Titan [10] [11] .

År 1657 fick Huygens ett holländskt patent på en pendelurdesign. Under de sista åren av sitt liv försökte Galileo skapa denna mekanism , men progressiv blindhet hindrade honom. Andra uppfinnare försökte också skapa klockor baserade på pendeln, men Huygens var den första att hitta en pålitlig och billig design som lämpar sig för massbruk, hans klocka fungerade faktiskt och gav utmärkt noggrannhet för den tiden [12] . Det centrala elementet i designen var ankaret som uppfanns av Huygens, som med jämna mellanrum tryckte på pendeln och bibehöll enhetliga, odämpade svängningar. Pendelklockan designad av Huygens blev snabbt utbredd över hela världen. År 1673 publicerade Huygens en extremt informativ avhandling om kinematiken för accelererad rörelse under titeln "Pendelklocka" . Denna bok var en skrivbordsbok för Newton , som avslutade konstruktionen av grunden för mekanik som påbörjades av Galileo och fortsatte av Huygens [13] .

År 1661 reste Huygens till England. 1665, på inbjudan av Colbert , bosatte han sig i Paris , där Paris vetenskapsakademi inrättades 1666 . På förslag av samme Colbert blev Huygens dess första president och ledde akademin i 15 år. År 1681, i samband med det avsedda upphävandet av Ediktet av Nantes , återvände Huygens, som inte ville konvertera till katolicismen, till Holland, där han fortsatte sin vetenskapliga forskning. I början av 1690-talet började vetenskapsmannens hälsa försämras, han dog 1695. Huygens sista verk var Kosmoteoros, där han argumenterade för möjligheten av liv på andra planeter [14] .

Vetenskaplig verksamhet

Lagrange skrev att Huygens "var avsett att förbättra och utveckla de viktigaste upptäckterna av Galileo" [15] .

Matematik

Christian Huygens började sin vetenskapliga verksamhet 1651 med en uppsats om kvadraturen av hyperbeln , ellipsen och cirkeln . År 1654 utvecklade han en allmän teori om evolutioner och evolventer , undersökte cykloiden och kontaktledningen , avancerade teorin om fortsatta fraktioner [16] [8] .

År 1657 skrev Huygens en bilaga " On Calculations in Gambling " till sin lärare van Schootens bok "Mathematical Etudes". Detta var den första presentationen av början av den då framväxande sannolikhetsteorin . Huygens, tillsammans med Fermat och Pascal , lade sin grund, introducerade det grundläggande begreppet matematiska förväntningar . Från denna bok bekantade sig Jacob Bernoulli med sannolikhetsteorin , som fullbordade skapandet av teorins grunder [17] .

Mekanik

År 1657 publicerade Huygens en beskrivning av designen av klockan han uppfann med en pendel . På den tiden hade forskare inte en sådan enhet som var nödvändig för experiment som en exakt klocka. Galileo , till exempel, när han studerade fallens lagar, räknade takten i sin egen puls. Klockor med hjul som drivs av vikter har använts länge, men deras noggrannhet var otillfredsställande. Sedan Galileos tid har pendeln använts separat för noggrann mätning av små tidsperioder, och det var nödvändigt att räkna antalet svängningar. Huygens klocka hade god noggrannhet, och vetenskapsmannen vände sig sedan upprepade gånger, i nästan 40 år, till sin uppfinning, förbättrade den och studerade pendelns egenskaper. Huygens hade för avsikt att använda en pendelklocka för att lösa problemet med att bestämma longitud till sjöss, men gjorde inga betydande framsteg. En pålitlig och exakt marin kronometer dök upp först 1735 (i Storbritannien) [18] .

År 1673 publicerade Huygens det klassiska mekaniska verket Pendelklockan ( Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica ). Det blygsamma namnet bör inte vara vilseledande. Förutom teorin om klockor, innehöll arbetet många förstklassiga upptäckter inom området analys och teoretisk mekanik . Huygens kvadraturerar också ett antal rotationsytor där. Detta och hans andra skrifter hade ett stort inflytande på den unge Newton [19] .

I den första delen av arbetet beskriver Huygens en förbättrad, cykloidal pendel som har en konstant svängtid oavsett amplitud . För att förklara denna egenskap ägnar författaren den andra delen av boken åt härledningen av de allmänna rörelselagarna för kroppar i ett gravitationsfältfritt, som rör sig längs ett lutande plan, rullar nedför en cykloid . Det måste sägas att denna förbättring inte har funnit praktisk tillämpning, eftersom ökningen i noggrannhet från den cykloidala viktökningen är obetydlig med små fluktuationer. Men själva forskningsmetodiken gick in i vetenskapens gyllene fond [19] .

Huygens härleder lagarna för likformigt accelererad rörelse av fritt fallande kroppar, baserat på antagandet att den verkan som tillförs kroppen av en konstant kraft inte beror på storleken och riktningen av den initiala hastigheten. Huygens härleder förhållandet mellan fallhöjden och tidens kvadrat och gör anmärkningen att fallhöjderna är relaterade till kvadraterna på de förvärvade hastigheterna. Vidare, med tanke på den fria rörligheten för en kropp som kastas uppåt, finner han att kroppen stiger till den största höjden, efter att ha förlorat all den hastighet som kommunicerats till den, och förvärvar den igen när han går tillbaka [19] .

Galileo tillät utan bevis att när de faller längs olika lutande raka linjer från samma höjd, får kroppar samma hastighet. Huygens bevisar detta enligt följande. Två raka linjer med olika lutning och lika höjd är fästa med sina nedre ändar mot varandra. Om en kropp som sänks ned från den övre änden av en av dem får en högre hastighet än den som sjösätts från den övre änden av den andra, kan den skjutas ut längs den första av en sådan punkt under den övre änden så att hastigheten som erhålls nedan är tillräckligt för att lyfta kroppen till den övre änden av den andra raka linjen; men så skulle det visa sig att kroppen höjde sig till en högre höjd än den från vilken den föll, och detta kan inte vara. Från en kropps rörelse längs en lutande rät linje fortsätter Huygens till rörelse längs en streckad linje och sedan till rörelse längs någon kurva, och han bevisar att hastigheten som erhålls när man faller från valfri höjd längs kurvan är lika med hastigheten som förvärvats under fritt fall från samma höjd längs en vertikal linje, och att samma hastighet krävs för att lyfta samma kropp till samma höjd i både en vertikal rak linje och en kurva. Sedan, genom att gå över till cykloiden och med tanke på några av dess geometriska egenskaper, bevisar författaren tautokronismen av rörelserna för den tunga punkten längs cykloiden [19] .

Den tredje delen av uppsatsen beskriver teorin om evolvent och evolvent , upptäckt av författaren redan 1654; här finner han formen och positionen för cykloidens evolution . Den fjärde delen presenterar teorin om den fysiska pendeln; här löser Huygens ett problem som inte gavs till så många geometrar på hans tid, problemet med att bestämma svängningscentrum. Den är baserad på följande förslag [19] :

Om en komplex pendel, efter att ha lämnat vila, har avslutat en viss del av sin svängning, mer än ett halvt sväng, och om förbindelsen mellan alla dess partiklar förstörs, kommer var och en av dessa partiklar att stiga till en sådan höjd att deras gemensamma Tyngdpunkten kommer att vara på den höjden, där han var vid pendelns utgång från vila.

Denna proposition, som inte bevisats av Huygens, framstår för honom som en grundläggande princip, medan den nu är en enkel konsekvens av lagen om energibevarande .

Teorin om den fysiska pendeln gavs av Huygens i en ganska allmän form och tillämpades på kroppar av olika slag. Huygens korrigerade Galileos misstag och visade att isokronismen av pendelsvängningarna som den sistnämnde förkunnade endast äger rum ungefär. Han noterade också ytterligare två fel hos Galileo i kinematik : enhetlig rörelse i en cirkel är förknippad med acceleration (Galileo förnekade detta), och centrifugalkraften är inte proportionell mot hastigheten, utan mot kvadraten på hastigheten [20] .

I den sista, femte delen av sitt arbete ger Huygens tretton satser om centrifugalkraft . Detta kapitel ger för första gången ett exakt kvantitativt uttryck för centrifugalkraften, som sedan spelade en viktig roll i studiet av planeternas rörelse och upptäckten av lagen om universell gravitation . Huygens ger i det (verbalt) flera grundläggande formler [19] :

Astronomi

Huygens förbättrade teleskopet på egen hand; 1655 upptäckte han Saturnus måne Titan och beskrev Saturnus ringar . År 1659 beskrev han hela Saturnus system i ett verk som han publicerade [16] .

År 1672 upptäckte han en inlandsis på Mars sydpol [21] . Han beskrev i detalj Orionnebulosan och andra nebulosor, observerade dubbelstjärnor, uppskattade (ganska exakt) rotationsperioden för Mars runt sin axel.

Den sista boken, ΚΟΣΜΟΘΕΩΡΟΣ sive de terris coelestibus earumque ornatu conjecturae (på latin; publicerad postumt i Haag 1698), är en filosofisk och astronomisk reflektion över universum. Han trodde att andra planeter också är bebodda av människor. Huygens bok fick stor spridning i Europa, där den översattes till engelska (1698), holländska (1699), franska (1702), tyska (1703), ryska (1717) och svenska (1774). Genom dekret av Peter I översattes den till ryska av Yakov Bruce under titeln "The Book of World View". Den anses vara den första boken i Ryssland som beskriver Copernicus heliocentriska system .

I detta arbete gjorde Huygens det första (tillsammans med James Gregory ) försöket att bestämma avståndet till stjärnorna. Om vi ​​antar att alla stjärnor, inklusive solen, har liknande ljusstyrka, så kan vi genom att jämföra deras skenbara ljusstyrka grovt uppskatta förhållandet mellan deras avstånd (avståndet till solen var då redan känt med tillräcklig noggrannhet). För Sirius fick Huygens ett avstånd på 28 000 astronomiska enheter , vilket är ungefär 20 gånger mindre än den sanna (publicerad postumt, 1698) [22] .

Optik och vågteori

Huygens deltog i samtidiga dispyter om ljusets natur. År 1678 publicerade han " Treatise on Light " ( franska:  Traité de la lumière ), en översikt över vågteorin om ljus : Newtons optik, som beskriver en alternativ korpuskulär teori , dök upp 1704.

Ett annat märkligt verk publicerade han 1690; där presenterade han den kvalitativa teorin om reflektion , refraktion och dubbelbrytning i isländsk spar i samma form som den nu presenteras i fysikläroböcker. Han formulerade " Huygensprincipen ", som gör det möjligt att studera vågfrontens rörelse, som senare utvecklades av Fresnel och spelade en viktig roll i vågteorin om ljus. Upptäckte ljusets polarisering (1678) [16] .

Han äger den ursprungliga förbättringen av teleskopet , som han använde i astronomiska observationer och nämnde i stycket om astronomi, han uppfann Huygens okular , bestående av två plankonvexa linser (det används fortfarande idag). Han är också uppfinnaren av den diaskopiska projektorn  – den så kallade. " trolllykta " [16] .

Andra prestationer

Huygens underbyggde (teoretiskt) jordens oblatitet vid polerna och förklarade även centrifugalkraftens inverkan på tyngdkraftens riktning och på längden av den andra pendeln på olika breddgrader. Han gav en lösning på problemet med kollisionen av elastiska kroppar , samtidigt med Wallis och Wren (publicerad postumt) [23] och en av lösningarna på problemet med formen av en tung homogen kedja i jämvikt ( kedjelinje ) [16 ] .

Han äger uppfinningen av timspiralen, som ersätter pendeln, som är oerhört viktig för navigeringen; Den första klockan med spiral designades i Paris av urmakaren Thuret 1674 . 1675 patenterade han ett fickur.

Huygens var den första som krävde valet av ett universellt naturligt längdmått, som han föreslog som 1/3 av pendelns längd med en svängningsperiod på 1 sekund (detta är cirka 8 cm).

Vetenskapsfilosofi

I sin ungdom var Huygens förtjust i Descartes världssystem ( Cartesianism ), men blev senare kritisk till det. Varken mekanik eller Huygens optik liknar Cartesian. I slutet av sitt liv bedömde Huygens Descartes idéer på detta sätt: "Nu hittar jag ingenting i all hans fysik, metafysik eller meteorologi som jag skulle kunna ta för sanning." Inom vetenskapsfilosofin var Huygens närmare Galileos och Newtons position än Descartes - han uppfann inte spekulativa "primära orsaker", för att Huygens skulle förklara ett naturfenomen som var avsett att experimentellt hitta och matematiskt uttrycka de lagar som det lyder [ 12] :

Inom fysikens område finns det inga exakta bevis, och orsaker kan bara kännas till genom konsekvenser, gör antaganden endast på basis av erfarenhet eller kända fenomen och försök kontrollera om andra fenomen motsvarar dessa antaganden.

Stora verk

Översättningar till ryska

Minne

Uppkallad efter Huygens:

Anteckningar

Kommentarer
  1. ↑ Enligt den holländsk-ryska praktiska transkriptionen är det mer korrekt att återge detta namn och efternamn på ryska som Christian Huygens .
Källor
  1. ↑ 1 2 MacTutor History of Mathematics Archive
  2. ↑ 1 2 Christiaan Huygens  (nederländska)
  3. ↑ 1 2 Christiaan Huygens - 2009.
  4. ↑ Christian Hugenius // http://sdei.senckenberg.de/biographies/information.php?id=19852
  5. ↑ Berry A. A Short History of Astronomy  (UK) - London : John Murray , 1898.
  6. ↑ 1 2 Huygens Christian // Great Soviet Encyclopedia : [i 30 volymer] / ed. A. M. Prokhorov - 3:e uppl. — M .: Soviet Encyclopedia , 1969.
  7. ↑ Mathematical Genealogy  (engelska) - 1997.
  8. ↑ 1 2 Matematiker. Mechanics, 1983 , sid. 154..
  9. ↑ Veselovsky I.N., 1959 , sid. 6-9..
  10. ↑ Veselovsky I.N., 1959 , sid. 11-25, 29..
  11. ↑ admin . Stora forskare: Christian Huygens - Space News  (ryska) , Space News  (13 april 2017). Arkiverad från originalet den 14 april 2017. Hämtad 13 april 2017.
  12. ↑ 1 2 Laserna, 2015 , sid. 10-11.
  13. ↑ Gindikin S. G., 2001 , sid. 112-115..
  14. ↑ Veselovsky I.N., 1959 , sid. 108..
  15. ↑ Gindikin S. G., 2001 , sid. 110..
  16. ↑ 1 2 3 4 5 Khramov Yu. A., 1983 , sid. 95..
  17. ↑ History of Mathematics, volym II, 1970 , sid. 89-91..
  18. ↑ Veselovsky I.N., 1959 , sid. 50-58..
  19. ↑ 1 2 3 4 5 6 Huygens, Christian // ESBE
  20. ↑ Kuznetsov B. G. Galileo Galilei. - M. : Nauka, 1964. - S. 165, 174. - 328 sid.
  21. ↑ Allt om planeten Mars . Tillträdesdatum: 31 januari 2016. Arkiverad från originalet den 4 mars 2016. .
  22. ↑ Reshetnikov V. Varför är himlen mörk. Hur universum fungerar. Kapitel 1.5. Shezo och Olbers. - Fryazino: Century 2, 2012. - ISBN 978-5-85099-189-0 .
  23. ↑ Veselovsky I.N., 1959 , sid. 34-49..
  24. ↑ månen — kratern Huygens Peak med bokstäver . Datum för åtkomst: 31 januari 2016. Arkiverad från originalet den 14 juli 2014.

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Foto, video och ljud
Tematiska platser
Ordböcker och uppslagsverk
Släktforskning och nekropol
 Mekanik från 1400-1700-talen
Leonardo da Vinci • Nicolaus Copernicus • Domingo de Soto • Giambatista Benedetti • Guidobaldo del Monte •
S. Stevin • G. Galilei • I. Kepler • D. B. Baliani • I. Beckman • R. Descartes • J. Roberval • B. Pascal • H Huygens • R. Hooke • I. Newton • G. V. Leibniz • P. Varignon