Huygens, Christian

Christiaan Huygens [ ˈkrɪstijaːn ˈɦœyɣə ( n  )s] lyt ; 14. april 1629 , Haag  - 8. juli 1695 , ibid.) var en hollandsk mekaniker , fysiker , matematiker , astronom og opfinder . Det første udenlandske medlem af Royal Society of London (1663), medlem af det franske videnskabsakademi siden dets grundlæggelse (1666) og dets første præsident (1666-1681) [8] .

En af grundlæggerne af teoretisk mekanik og sandsynlighedsteorien . Han ydede et væsentligt bidrag til optik , molekylær fysik , astronomi , geometri , urmageri . Opdagede ringene af Saturn og Titan (en måne af Saturn ). Opfandt det første praktiske pendulur . Han lagde grundlaget for bølgeoptik .

Biografi

Huygens blev født i Haag i 1629. Hans far Konstantin Huygens (Huygens) , Privy Councillor for Princes of Orange , var en bemærkelsesværdig forfatter, som også modtog en god videnskabelig uddannelse. Konstantin var en ven af ​​Descartes , og den kartesiske filosofi ( cartesianismen ) havde stor indflydelse ikke kun på hans far, men også på Christian Huygens selv [9] .

Den unge Huygens studerede jura og matematik ved universitetet i Leiden , og besluttede derefter at hellige sig videnskaben. I 1651 udgav han Discourses on the Squarering of the Hyperbela , Ellipse , and Circle . Sammen med sin bror forbedrede han teleskopet , bragte det til 92x forstørrelse og begyndte at studere himlen. Huygens blev først berømt, da han opdagede Saturns ringe ( Galileo så dem også, men kunne ikke forstå, hvad de var) og denne planets satellit, Titan [10] [11] .

I 1657 modtog Huygens et hollandsk patent på et pendulurdesign. I de sidste år af sit liv forsøgte Galileo at skabe denne mekanisme , men progressiv blindhed forhindrede ham. Andre opfindere forsøgte også at skabe ure baseret på pendulet, men Huygens var den første til at finde et pålideligt og billigt design egnet til massebrug, hans ur fungerede faktisk og leverede fremragende nøjagtighed til den tid [12] . Det centrale element i designet var ankeret opfundet af Huygens, som med jævne mellemrum skubbede pendulet og opretholdt ensartede, udæmpede svingninger. Penduluret designet af Huygens blev hurtigt udbredt over hele verden. I 1673 udgav Huygens en ekstremt informativ afhandling om kinematik af accelereret bevægelse under titlen "Pendulumur" . Denne bog var en skrivebordsbog for Newton , som fuldførte konstruktionen af ​​fundamentet for mekanik påbegyndt af Galileo og videreført af Huygens [13] .

I 1661 rejste Huygens til England. I 1665, på opfordring af Colbert , slog han sig ned i Paris , hvor Paris Academy of Sciences blev oprettet i 1666 . Efter forslag fra samme Colbert blev Huygens dens første præsident og ledede akademiet i 15 år. I 1681, i forbindelse med den påtænkte ophævelse af Nantes-ediktet , vendte Huygens, der ikke ønskede at konvertere til katolicismen, tilbage til Holland, hvor han fortsatte sin videnskabelige forskning. I begyndelsen af ​​1690'erne begyndte videnskabsmandens helbred at forværres, han døde i 1695. Huygens' sidste værk var Kosmoteoros, hvori han argumenterede for muligheden for liv på andre planeter [14] .

Videnskabelig aktivitet

Lagrange skrev, at Huygens "var bestemt til at forbedre og udvikle de vigtigste opdagelser af Galileo" [15] .

Matematik

Christian Huygens begyndte sin videnskabelige virksomhed i 1651 med et essay om kvadraturen af ​​hyperbelen , ellipsen og cirklen . I 1654 udviklede han en generel teori om evolutioner og evolventer , undersøgte cykloiden og kædeledningen , fremførte teorien om fortsatte fraktioner [16] [8] .

I 1657 skrev Huygens et appendiks " On Calculations in Gambling " til sin lærer van Schootens bog "Mathematical Etudes". Dette var den første præsentation af begyndelsen af ​​den dengang nye sandsynlighedsteori . Huygens, sammen med Fermat og Pascal , lagde sit grundlag, introducerede det grundlæggende begreb om matematisk forventning . Fra denne bog stiftede Jacob Bernoulli bekendtskab med sandsynlighedsteorien , som fuldendte skabelsen af ​​teoriens grundlag [17] .

Mekanik

I 1657 udgav Huygens en beskrivelse af designet af det ur, han opfandt med et pendul . På det tidspunkt havde forskerne ikke en sådan enhed, der var nødvendig for eksperimenter, som et nøjagtigt ur. Galileo , for eksempel, når han studerede lovene om fald, tællede taktslagene i sin egen puls. Ure med hjul drevet af vægte har været i brug i lang tid, men deres nøjagtighed var utilfredsstillende. Siden Galileos tid er pendulet blevet brugt separat til præcis måling af små tidsperioder, og det var nødvendigt at tælle antallet af svingninger. Huygens' ur havde god nøjagtighed, og videnskabsmanden vendte sig derefter gentagne gange, i næsten 40 år, til sin opfindelse, forbedrede den og studerede pendulets egenskaber. Huygens havde til hensigt at bruge et pendulur til at løse problemet med at bestemme længdegraden til søs, men opnåede ikke væsentlige fremskridt. Et pålideligt og nøjagtigt marinekronometer dukkede først op i 1735 (i Storbritannien) [18] .

I 1673 udgav Huygens det klassiske mekaniske værk Pendulumuret ( Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica ). Det beskedne navn bør ikke være vildledende. Ud over teorien om ure indeholdt arbejdet mange førsteklasses opdagelser inden for analyse og teoretisk mekanik . Huygens kvadraturerer også en række omdrejningsflader der. Dette og hans andre skrifter havde stor indflydelse på den unge Newton [19] .

I den første del af værket beskriver Huygens et forbedret, cykloidt pendul, der har en konstant svingtid uanset amplitude . For at forklare denne egenskab afsætter forfatteren anden del af bogen til udledningen af ​​de generelle love for bevægelse af legemer i et tyngdefeltfrit, bevægende langs et skråplan, rullende ned ad en cykloid . Det skal siges, at denne forbedring ikke har fundet praktisk anvendelse, da stigningen i nøjagtighed fra den cykloidale vægtforøgelse med små udsving er ubetydelig. Imidlertid kom selve forskningsmetodikken ind i videnskabens gyldne fond [19] .

Huygens udleder lovene for ensartet accelereret bevægelse af frit faldende legemer, baseret på den antagelse, at den handling, som kroppen bibringes af en konstant kraft, ikke afhænger af størrelsen og retningen af ​​den indledende hastighed. Huygens udleder forholdet mellem faldets højde og tidskvadratet og fremsætter den bemærkning, at højderne af faldene er relateret til kvadraterne af de erhvervede hastigheder. I betragtning af den frie bevægelse af en krop, der kastes opad, opdager han, at kroppen hæver sig til den største højde, efter at have mistet al den hastighed, der er kommunikeret til den, og erhverver den igen, når den vender tilbage [19] .

Galileo tillod uden bevis, at når man falder langs forskelligt hældende lige linjer fra samme højde, opnår kroppen lige hastigheder. Huygens beviser dette som følger. To lige linjer med forskellig hældning og samme højde er fastgjort med deres nederste ender til hinanden. Hvis en krop, der er sænket fra den øverste ende af den ene af dem, opnår en større hastighed end den, der affyres fra den øverste ende af den anden, så kan den affyres langs det første af et sådant punkt under den øvre ende, således at den opnåede hastighed nedenfor er tilstrækkelig til at løfte kroppen til den øverste ende af den anden lige linje; men saa skulde det vise sig, at Legemet rejste sig til en større Højde end den, hvorfra det faldt, og det kan det ikke være. Fra bevægelsen af ​​et legeme langs en skrå lige linje, fortsætter Huygens til bevægelse langs en brudt linje og derefter til bevægelse langs en eller anden kurve, og han beviser, at hastigheden opnået, når man falder fra en hvilken som helst højde langs kurven, er lig med hastigheden opnået under frit fald fra samme højde langs en lodret linje, og at der kræves samme hastighed for at løfte den samme krop til samme højde i både en lodret lige linje og en kurve. Derefter, ved at gå over til cykloiden og overveje nogle af dens geometriske egenskaber, beviser forfatteren tautokronismen af ​​bevægelserne af det tunge punkt langs cycloiden [19] .

Den tredje del af essayet opstiller teorien om evolvent og evolvent , opdaget af forfatteren tilbage i 1654; her finder han formen og positionen af ​​cykloidens evolution . Den fjerde del præsenterer teorien om det fysiske pendul; her løser Huygens et problem, der ikke var givet til så mange geometre på hans tid, problemet med at bestemme svingningscentrum. Det er baseret på følgende forslag [19] :

Hvis et komplekst pendul efter at have ladet hvile har fuldført en vis del af sit sving, mere end et halvt sving, og hvis forbindelsen mellem alle dets partikler ødelægges, vil hver af disse partikler stige til en sådan højde, at deres fælles tyngdepunktet vil være i den højde, hvor han var ved udgangen af ​​pendulet fra hvile.

Denne påstand, som ikke er bevist af Huygens, forekommer ham som et grundlæggende princip, mens det nu er en simpel konsekvens af loven om energibevarelse .

Teorien om det fysiske pendul blev givet af Huygens i en ganske generel form og anvendt på kroppe af forskellig art. Huygens korrigerede Galileos fejltagelse og viste, at isokronismen af ​​de pendulsvingninger, som sidstnævnte proklamerede, kun finder sted tilnærmelsesvis. Han bemærkede også yderligere to fejl hos Galileo i kinematik : ensartet bevægelse i en cirkel er forbundet med acceleration (Galileo benægtede dette), og centrifugalkraften er ikke proportional med hastigheden, men med kvadratet af hastigheden [20] .

I den sidste, femte del af sit arbejde, giver Huygens tretten teoremer om centrifugalkraft . Dette kapitel giver for første gang et nøjagtigt kvantitativt udtryk for centrifugalkraften, som efterfølgende spillede en vigtig rolle i studiet af planeternes bevægelse og opdagelsen af ​​loven om universel gravitation . Huygens giver deri (verbalt) flere grundlæggende formler [19] :

• for oscillationsperioden: ;
• for centripetalacceleration: .

Astronomi

Huygens forbedrede teleskopet på egen hånd; i 1655 opdagede han Saturns måne Titan og beskrev Saturns ringe . I 1659 beskrev han hele Saturns system i et værk, han udgav [16] .

I 1672 opdagede han en indlandsis på Mars ' sydpol [21] . Han beskrev detaljeret Orion-tågen og andre tåger, observerede binære stjerner, estimerede (helt præcist) Mars' rotationsperiode omkring sin akse.

Den sidste bog, ΚΟΣΜΟΘΕΩΡΟΣ sive de terris coelestibus earumque ornatu conjecturae (på latin; udgivet posthumt i Haag i 1698), er en filosofisk og astronomisk refleksion over universet. Han mente, at andre planeter også er beboet af mennesker. Huygens' bog blev bredt udbredt i Europa, hvor den blev oversat til engelsk (1698), hollandsk (1699), fransk (1702), tysk (1703), russisk (1717) og svensk (1774). Efter dekret fra Peter I blev den oversat til russisk af Yakov Bruce under titlen "The Book of World View". Det betragtes som den første bog i Rusland, der skitserer Copernicus ' heliocentriske system .

I dette arbejde gjorde Huygens det første (sammen med James Gregory ) forsøg på at bestemme afstanden til stjernerne. Hvis vi antager, at alle stjerner, inklusive Solen, har lignende lysstyrker, så kan vi ved at sammenligne deres tilsyneladende lysstyrke groft estimere forholdet mellem deres afstande (afstanden til Solen var dengang allerede kendt med tilstrækkelig nøjagtighed). For Sirius opnåede Huygens en afstand på 28.000 astronomiske enheder , hvilket er omkring 20 gange mindre end den sande (publiceret posthumt, i 1698) [22] .

Optik og bølgeteori

Huygens deltog i samtidige stridigheder om lysets natur. I 1678 udgav han " Treatise on Light " ( fransk:  Traité de la lumière ), en oversigt over bølgeteorien om lys : Newtons optik, der skitserer en alternativ korpuskulær teori , udkom i 1704.

Et andet bemærkelsesværdigt værk udgav han 1690; der præsenterede han den kvalitative teori om refleksion , refraktion og dobbelt brydning i islandsk spar i samme form, som den nu præsenteres i fysiklærebøger. Han formulerede " Huygens-princippet ", som gør det muligt at studere bølgefrontens bevægelse, som efterfølgende blev udviklet af Fresnel og spillede en vigtig rolle i lysets bølgeteori. Opdagede lysets polarisering (1678) [16] .

Han ejer den originale forbedring af teleskopet , som han brugte i astronomiske observationer og nævnte i afsnittet om astronomi, han opfandt Huygens-okularet , der består af to plan-konvekse linser (det bruges stadig i dag). Han er også opfinderen af ​​den diaskopiske projektor  – den såkaldte. " magisk lanterne " [16] .

Andre præstationer

Huygens underbyggede (teoretisk) Jordens oblatitet ved polerne og forklarede også centrifugalkraftens indflydelse på tyngdekraftens retning og på længden af ​​det andet pendul på forskellige breddegrader. Han gav en løsning på problemet med kollisionen af ​​elastiske legemer , samtidig med Wallis og Wren (udgivet posthumt) [23] og en af ​​løsningerne på problemet med formen af ​​en tung homogen kæde i ligevægt ( kædelinje ) [16 ] .

Han ejer opfindelsen af ​​timespiralen, som erstatter pendulet, som er ekstremt vigtigt for navigationen; Det første ur med en spiral blev designet i Paris af urmageren Thuret i 1674 . I 1675 patenterede han et lommeur.

Huygens var den første til at opfordre til valget af et universelt naturligt længdemål, som han foreslog som 1/3 af pendulets længde med en svingningsperiode på 1 sekund (dette er ca. 8 cm).

Videnskabsfilosofi

I sin ungdom var Huygens glad for Descartes' verdenssystem ( Cartesianism ), men blev senere kritisk over for det. Hverken mekanik eller Huygens' optik ligner Cartesian. I slutningen af ​​sit liv vurderede Huygens Descartes' ideer på denne måde: "Nu finder jeg ikke noget i hele hans fysik, metafysik eller meteorologi, som jeg kunne tage for sandhed." I videnskabsfilosofien var Huygens tættere på Galileos og Newtons position end Descartes - han opfandt ikke spekulative "primære årsager", for Huygens at forklare et naturfænomen beregnet til eksperimentelt at finde og matematisk udtrykke de love, som det adlyder [ 12] :

Inden for fysik er der ingen nøjagtige beviser, og årsager kan kun kendes gennem konsekvenser, lav kun antagelser på baggrund af erfaring eller kendte fænomener og prøv at kontrollere, om andre fænomener svarer til disse antagelser.

Større værker

• Horologium oscillatorium , 1673 (Pendelur, på latin).
• Cosmotheeoros . (engelsk oversættelse af 1698-udgaven ) - Huygens' astronomiske opdagelser, hypoteser om andre planeter.
• Treatise on Light (Treatise on Light, engelsk oversættelse).

Oversættelser til russisk

• "Bogen om verdenssyn og mening om de himmelsk-jordiske glober og deres ornamenter". Om. Jacob Bruce . Petersborg, 1717; 2. udg., 1724 (i den russiske udgave er forfatterens navn og oversætterens navn ikke angivet, men ifølge "ESBE" og "RBSP" var det Christopher Gavensky ).
• Archimedes. Huygens. Legendre. Lambert. Om at kvadrere cirklen. Med et bilag over spørgsmålets historie, udarbejdet af F. Rudio. Om. S. N. Bernstein. Odessa, Mathesis, 1913. (Genoptryk: M.: URSS, 2002).
• Huygens H. Afhandling om lys, som forklarer årsagerne til, hvad der sker med det under refleksion og brydning, især under den islandske krystals mærkelige brydning. M.-L.: ONTI, 1935.
• Huygens H. Tre erindringer om mekanik. M.: Ed. Academy of Sciences of the USSR, 1951. Serie: Classics of Science.
  • Pendul ur.
  • Om bevægelse af kroppe under indflydelse af påvirkning.
  • Om centrifugalkraft.
  • APPS:
    • K. K. Baumgart. Christian Huygens. Kort biografisk skitse.
    • K. K. Baumgart. Christian Huygens' værker om mekanik.

Hukommelse

Opkaldt efter Huygens:

• Huygens Peak på Månen og det nærliggende krater Huygens A [24] ;
• Krater på Mars ;
• Asteroide 2801 Huygens ;
• Europæisk rumsonde , der nåede Titan ;
• Huygens Laboratorium (utilgængeligt link) . Dato for adgang: 31. januar 2016. Arkiveret fra originalen 26. maj 2008.  (ubestemt)  – laboratorium ved Leiden Universitet,Holland

Noter

1. ↑ Ifølge den hollandsk-russiske praktiske transskription er det mere korrekt at gengive dette navn og efternavn på russisk som Christian Huygens .

1. ↑ 1 2 MacTutor History of Mathematics Archive
2. ↑ 1 2 Christiaan Huygens  (hollandsk)
3. ↑ 1 2 Christiaan Huygens - 2009.
4. ↑ Christian Hugenius // http://sdei.sckenberg.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 bind] / red. A. M. Prokhorov - 3. udg. — M .: Soviet Encyclopedia , 1969.
7. ↑ Matematisk genealogi  (engelsk) - 1997.
8. ↑ 1 2 Matematikere. Mechanics, 1983 , s. 154..
9. ↑ Veselovsky I.N., 1959 , s. 6-9..
10. ↑ Veselovsky I.N., 1959 , s. 11-25, 29..
11. ↑ admin . Store videnskabsmænd: Christian Huygens - Space News  (russisk) , Space News  (13. april 2017). Arkiveret fra originalen den 14. april 2017. Hentet 13. april 2017.
12. ↑ 1 2 Laserna, 2015 , s. 10-11.
13. ↑ Gindikin S. G., 2001 , s. 112-115..
14. ↑ Veselovsky I.N., 1959 , s. 108..
15. ↑ Gindikin S. G., 2001 , s. 110..
16. ↑ 1 2 3 4 5 Khramov Yu. A., 1983 , s. 95..
17. ↑ History of Mathematics, bind II, 1970 , s. 89-91..
18. ↑ Veselovsky I.N., 1959 , s. 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 s.
21. ↑ Alt om planeten Mars . Dato for adgang: 31. januar 2016. Arkiveret fra originalen 4. marts 2016.  (ubestemt) .
22. ↑ Reshetnikov V. Hvorfor er himlen mørk. Hvordan universet fungerer. Kapitel 1.5. Shezo og Olbers. - Fryazino: Century 2, 2012. - ISBN 978-5-85099-189-0 .
23. ↑ Veselovsky I.N., 1959 , s. 34-49..
24. ↑ månen — krateret Huygens Peak med bogstaver . Dato for adgang: 31. januar 2016. Arkiveret fra originalen 14. juli 2014. (ubestemt)

Litteratur

• Bogolyubov A. N. Huygens Christian // Matematik. Mekanik. Biografisk guide . - Kiev: Naukova Dumka, 1983. - 639 s.
• Veselovsky I. N. Christian Huygens. - M . : Uchpedgiz, 1959. - 112 s. - (fysikkens klassikere).
• Gindikin S. G. Historier om fysikere og matematikere . - tredje udgave, udvidet. - M. : MTSNMO , 2001. - 465 s. — ISBN 5-900916-83-9 .
• Matematik i det 17. århundrede // Matematikkens historie / Redigeret af A.P. Yushkevich , i tre bind. - M . : Nauka, 1970. - T. II.
• Kolchinsky I. G., Korsun A. A., Rodriguez M. G. Astronomers: A Biographical Guide. - 2. udg., revideret. og yderligere - Kiev: Naukova Dumka, 1986. - 512 s.
• Costabel P. Opfindelsen af ​​det cykloidale pendul af Christian Huygens og en matematikers håndværk // Historisk og matematisk forskning . - M. , 1976. - Udgave. 21 . - S. 143-149 .
• Lacerna, David Blanco. På jagt efter strålen Huygens. Bølgeteori om lys // Nauka. De største teorier. - M . : De Agostini, 2015. - Udgave. 38 . — ISSN 2409-0069 .
• Mach E. Mekanik. Historisk-kritisk skitse af dens udvikling. - Izhevsk: "RHD", 2000. - 456 s. - ISBN 5-89806-023-5 .
• Romain J. og A. Den hollandske kulturs søjler. - M . : Quadriga, 2009.
• Frankfurt W. I., Frank A. M. Christian Huygen. - M . : Nauka, 1962.
• Khramov Yu. A. Huygens Christian // Fysikere: Biografisk vejledning / Red. A. I. Akhiezer . - Ed. 2. rev. og yderligere — M  .: Nauka , 1983. — S. 95. — 400 s. - 200.000 eksemplarer.
• Sjal, Michel . En historisk gennemgang af geometriske metoders oprindelse og udvikling . - 1883. - T. 1. - S. 11-14.

Links

• John J. O'Connor og Edmund F. Robertson . Huygens, Christian  -  Biografi på MacTutor- arkivet .
• Værker af Christiaan Huygens ved Project Gutenberg

Foto, video og lyd	TCDb
Tematiske steder	Matematisk genealogi zbMATH Åbn Arkiv for matematikkens historie MacTutor Projekt Gutenberg RKDartists ECARTICO
Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Brockhaus og Efron jorden rundt Litauisk universal Lille Brockhaus og Efron Musical Riemann kroatisk Allgemeine Deutsche Biographie Britannica (online) Brockhaus Bemærkelsesværdige navnedatabase Universalis
Slægtsforskning og nekropolis	Find en grav WikiTree
I bibliografiske kataloger BIBSYS: 90379757 BNC : a10456673 BNE : XX949106 BNF : 12192922r BPN : 19453564 , 02914459 CiNii : DA02873238 CONOR : 8919395 EGAXA : vtls000878389 GND : 118639749 GTAA : 113126 ICCU : RAVV062416 ISNI : 0000 0001 0868 7618 J9U : 987007312294505171 LCCN : n79134100 LNB : 000172219 NDL : 00468723 NKC : mzk2003202319 NLA : 35216514 NLG : 257294 NLP : A23627876 NTA : 068365462 NUKAT : n97062456 PTBNP : 177822 LIBRIS : gdsvz7w00ds2nss SUDOC : 030533023 VcBA : 495/30857 VIAF : 9894043 WorldCat VIAF : 9894043 ULAN : 500026922 RNB : 7722745 , 7722744