Гюйгенс християн біографія



(14.04.1629 - 08.07.1695)



Християн Гюйгенс народився в Гаазі 14 квітня 1629 року в сім'ї Костянтина Гюйгенса і Сусанни ван Барле, дочки амстердамського купця. Костянтин Гюйгенс, власник Зюйліхема, Зеелхема і Моннікенланда, був в Нідерландах відомою людиною. Він був секретарем Фрідріха Генріха Оранського, а потім Вільгельма Другого Оранського, і часто бував в Англії і Франції. Однак він був не тільки дипломатом, але і літератором, автором театральних п'єс і вченим-любителем. Він був близько знайомий з багатьма відомими вченими. Одним з них був Декарт, який в 1628 р оселився в Голландії і регулярно відвідував сім'ю Гюйгенс.

Коли Християнові було 8 років, мати померла. Після її смерті господарством сім'ї, що налічувала п'ять дітей, зайнялася родичка. Старшим сином у родині був Костянтин молодший, потім слідували Християн, Людвіг, Сусанна і Філіпс. Їх навчали домашні вчителі. Дітям викладали арифметику, музику, латинську, грецьку, французьку та італійську мови і навіть логіку; їх вчили також танцювати і їздити верхи. У всьому цьому особливо процвітав Християн. У віці дев'яти років він міг говорити по латині. За три роки він навчився грати на віолі да гамба, на лютні і на клавесині. Але особливо великі здібності у нього було в математиці. Християн сам побудував собі токарний верстат і навчився непогано на ньому працювати.



У 1645 р шістнадцятирічний Християн і його брат Костянтин, який був старший на один рік, надійшли на юридичний факультет Лейденського університету, готуючись до дипломатичної кар'єри. Однак Християн займався головним чином математикою. Його вчителем був відомий в той час математик Франц ван Шутен, прихильник Декарта. У той час роботи Декарта справляли велике враження на Гюйгенса.

Інша сильний вплив теж виходило з Франції. За посередництва свого батька Християн почав листуватися з паризьким математиком Мерсенном. Ця листування тривало недовго, так як Мерсенн в 1648 р помер, але вона мала для молодого Гюйгенса велике значення. Мерсенн був вражений здібностями Християна і в листі батькові Гюйгенса навіть порівнював його з Архімедом. Можливо, що саме це порівняння дало Костянтину підставу називати свого сина "мій Архімед".



У 1647 р Християн перейшов з Лейденського університету в щойно відкритий Оранський коледж в Бреде. Передбачалося, що Гюйгенс продовжить в Бреде свою юридичну освіту, на цей раз зі своїм молодшим братом Людвігом. Але, як і в Лейдені, Гюйгенс займався головним чином математикою. Ні він, ні його брат не закінчили навчання. У 1650 р через дуелі між Людвігом і одним зі студентів батько наказав їм повернутися додому. Християн не здав академічного іспиту ні в Лейдені, ні в Бреде.

Перший працю Гюйгенса вийшов у світ в 1651 р під назвою "Теореми про квадратуру гіперболи, еліпса і кола". Три роки по тому було опубліковано його працю "Відкриття про величину кола". Ця робота остаточно затвердила його репутацію математика. Тим часом Гюйгенс вирішив повністю присвятити себе науці, не займаючи жодної офіційної посади і живучи на власні кошти. Його єдиною дипломатичною місією була поїздка в 1649 р в Данію. У цій поїздці він супроводжував графа Генріха ван Нассау як його секретар. Гюйгенс прийняв посаду секретаря головним чином тому, що сподівався зустрітися з Декартом, який з недавніх пір був філософом при дворі королеви Христини в Стокгольмі. Але ця зустріч не відбулася: Декарт помер в 1650 р



У п'ятдесятих роках XVII ст. продовжував зростати інтерес Гюйгенса до проблем фізики. Він заглибився в закони поведінки стикаються тел і зумів отримати ряд важливих результатів. Хоча він виклав ці результати в рукописи 1655 року, а деякі з них оголосив - наприклад на засіданні Лондонського Королівського товариства, - вони були повністю опубліковані лише після його смерті. Рукопис була опублікована в посмертних творах під заголовком "Про рух тіл під дією удару".

За часів Гюйгенса знання про явище зіткнень були мізерними і неясними. У 1647 Декарт розробив 7 правил для зіткнення між двома повністю пружними тілами, але з приводу цих правил можна було зробити багато зауважень. По-перше, мислимі були випадки, в яких ці правила були непридатні. Крім того, деякі з них явно суперечили досвіду. Фактично тільки одне було правильним, як пізніше довів Гюйгенс, а саме правило для випадку, коли дві частинки однакової маси наближаються одна до одної з однаковою швидкістю уздовж прямій траєкторії і потім стикаються один з одним точно по центру (центральне зіткнення).



Гюйгенс запропонував аксіому, згідно з якою процес зіткнення визначається відносною швидкістю частинок. Це має наступну важливу слідство. Якщо нам відома початкова і кінцева швидкість для певного зіткнення, ми можемо передбачити також хід будь-якого іншого зіткнення, яке відбувається з тієї ж початкової відносної швидкістю.

Встановивши, що для рухомих тіл має фізичне значення тільки відносна швидкість цих тіл, Гюйгенс став першим вченим, що сформулював принцип відносності руху. Він полягає в тому, що системи відліку, які рухаються по відношенню один до одного з постійною прямолінійною швидкістю, рівноцінні для опису фізичних явищ. Ця еквівалентність називається в даний час принципом відносності Галілея, але правильніше було б називати її принципом відносності Гюйгенса.



Гюйгенс цікавився також оптикою. Він прагнув до практичної мети: до вдосконалення існуючих телескопів і не обмежувався теоретичними дослідженнями. Коли виявилося, що він не міг придбати лінзи хорошої якості, він став сам шліфувати лінзи. У цьому йому допомагав його брат Костянтин. Брати стали відмінними шліфувальників, і їх лінзи досягли небаченого в той час якості. Іншим удосконаленням був спроектований Християном окуляр, що складається з двох лінз (окуляр Гюйгенса).

Використовуючи сконструйований ним самим телескоп, Гюйгенс виявив 1655 р супутник Сатурна, який пізніше був названий Титаном. Деякий час по тому підтвердилася його гіпотеза, що загадкові "придатки" Сатурна є кільцем. Гюйгенс написав про супутнику Сатурна англійському вченому А. Уоллеса, а про кільці Сатурна повідомив з своїх роботах "Нові спостереження супутника Сатурна" (1656) і "Система Сатурна" (1659).



Гюйгенс вперше побував в Парижі 1655 р Він познайомився з багатьма видатними людьми, таким як філософ Гассенди і математик Роберваль, брав участь в обговоренні останніх подій в математиці і природознавстві і познайомився з новими для нього проблемами. Гюйгенс зацікавився обчисленням ймовірностей. Його дослідження в цій галузі призвели до створення трактату про розрахунки при азартних іграх, який був виданий 1657 р латинською мовою, а пізніше, в 1660 р, на голландському. Ця праця містив в собі основи сучасної теорії ймовірностей.

У вересні 1655 р Гюйгенс повернувся в Голландію, де для нього почався період наполегливої ​​роботи. Поряд з вивченням обчислення ймовірностей він зайнявся справою дуже практичним: конструкцією точних годин. Такий інструмент був особливо важливий для навігації, т. К. Міг служити допоміжним засобом для визначення довготи на морі. За вдале рішення цієї проблеми було встановлено кілька премій, в тому числі королем іспанським.



У 1657 р за кресленням Гюйгенса були сконструйовані годинник, хід яких регулювався маятником. Думка про те, щоб використовувати маятник, була нової - ще Галілей намагався здійснити цю думку на практиці, - але Гюйгенс був першим, хто сконструював придатні годинник з маятником. Проблема визначення довготи на морі продовжувала займати Гюйгенса до кінця його життя. У 1665 р було опубліковано "Короткий керівництво для використання годин з метою визначення довготи". Його старання пристосувати годинник з маятником для використання на морі привели 1675 р до конструкції годин з балансиром замість маятника і спіральної пружиною замість гир. Ця конструкція, яка і тепер ще застосовується у всіх механічному годиннику, завоювала загальне визнання.

У жовтні 1660 р Гюйгенс знову відправився в Париж. До цього часу він вже користувався такою популярністю, що Людовик XIV дав йому аудієнцію. На цей раз він також з великим ентузіазмом брав участь у зустрічах в будинку де Монморов. Через Лондон, де він познайомився з Р. Бойл, він повернувся навесні 1661 р додому. Але не надовго. Уже в квітні 1663 р Гюйгенс знову поїхав в Париж; на цей раз він супроводжував свого батька, що відправився туди з дипломатичною місією. Влітку 1663 року він їздив з Парижа в Лондон, де був прийнятий членом у щойно засноване там Королівське суспільство.



Тим часом в Парижі виник сприятливий для таких вчених, як Гюйгенс, клімат. Новий перший міністр "короля-сонця" Кольбер прагнув зробити Францію центром культури і науки. За його пропозицією король вирішив надати стипендії деяким видатним майстрам мистецтва і вченим, в тому числі Гюйгенсу. Ще до свого повернення в Голландію в травні 1664 року він отримав значну на той час суму в 1200 ліврів.

Кольбер вирішив заснувати Академію наук за прикладом Лондонського Королівського товариства, щоб ця академія, на славу короля, організовувала зустрічі. Кольбер хотів, щоб Гюйгенс посів чільне становище в цій академії. Установа Академії зажадало чимало часу. Тільки в 1665 р воно стало фактом, і Гюйгенс зміг відправитися в Париж, щоб почати там свою роботу. Він отримував від короля щорічно суму в 6000 ліврів - більше, ніж будь-який інший член академії. Крім того він жив в квартирі в будівлі Королівської бібліотеки, де відбувалися також наради членів Академії.



Гюйгенс був з самого початку незаперечним лідером Академії. Члени Академії збиралися два рази в тиждень, по середах і суботах. По середах займалися математикою, включаючи механіку і астрономію, а по суботах "природознавством", до якого належала вся біологія. Гюйгенс сам склав декілька наукових програм, які визначали основні завдання Академії.



Деякі з цих завдань мали вельми конкретний характер, наприклад випробування ходу годинника з маятником на плаваючих кораблях, визначення швидкості світла і визначення довжини окружності земної кулі. У цих програмах велика увага приділялася також астрономії, і Академія інтенсивно займалася астрономічними спостереженнями, причому їй дуже допомагали чудові телескопи і маятниковий годинник, спроектовані Гюйгенсом.

Те, що астрономія займала таке важливе місце, не так дивно, якщо взяти до уваги, що ця наука поклала в XVII в. початок оновленню картини світу. У всій цій конкретної діяльності Гюйгенс переслідував дуже спільну мету. У документі, який він склав в період між 1666 і 1668 р він, вказавши на те, як важливо накопичувати по можливості більше знань про природу, пише: "Крім того, пропонується досліджувати першопричини, які в абсолютній згоді обумовлюють як будова всіх фізичних тел, так і всі спостережувані нами явища, корисність чого виявиться нескінченною, коли ця мета буде досягнута. Людство зможе використовувати новостворювані об'єкти, будучи впевненим у тому, як вони будуть себе вести ".



Ставши членом Академії, Гюйгенс залишався в Парижі з двома перервами до 1681 р з 1670 до 1671, потім з 1676 до 1678 року він перебував у Голландії, обидва рази, щоб поправити своє здоров'я після важкої хвороби. У Парижі Гюйгенс знаходився в оточенні, яке стимулювало його наукову діяльність. Йому там подобалося, і він користувався великою повагою. У Парижі він написав дві важливих книги: "Маятниковий годинник" (1673) і "Трактат про світло», який був опублікований лише 1690 р

"Маятниковий годинник" вважаються головним твором Гюйгенса і містять результати його досліджень, що відносяться до цього питання. Деякі розділи мають технічний, інші - чисто математичний характер. У "Трактаті про світло" викладається абсолютно нова теорія світла; вона з успіхом використовується для роз'яснення одного вже в той час відомого загадкового явища: подвійного заломлення світла в ісландському шпату (розщеплення променя світла, що падає на кристал ісландського шпату, на два). Гюйгенс зумів пояснити це явище. Менш вражаючі властивості світла, такі як відображення і звичайне переломлення, також знайшли просте пояснення в його теорії.



Теорію світла Гюйгенса часто називають теорією хвиль, але вірніше називати її теорією поштовху. Гюйгенс використовував цей механізм для пояснення поширення світла. Він припустив існування всюди проміжної матерії, "ефіру", який в його уявленні складався з дуже щільно упакованих дуже дрібних твердих частинок. На думку Гюйгенса, світло було ні чим іншим, як регулярно наступними один за одним поштовхами, що поширюються вищеописаним способом від вміщеного в якесь місце джерела світла. Виходячи з того, що кожна частка ефіру діє як передавальний центр, він зміг довести, що поштовхи поширюються в просторі сферообразних.

При створенні теорії світла Гюйгенс виходив з нових тоді досвідчених даних, що швидкість поширення світла має кінцеву величину. Довгий час думали, що світло - миттєве явище в тому сенсі, що він поширюється з нескінченною швидкістю, проте 1676 р данський астроном О. Ремер на підставі своїх спостережень над супутниками Юпітера прийшов до висновку, що швидкість світла кінцева. Гюйгенс був переконаний в правильності цього висновку. На підставі спостережень Ремер він оцінив, що швидкість світла трохи понад 200 000 км/с (дійсна швидкість дорівнює майже 300 000 км/с).



Між теорією поштовху Гюйгенса і теорією хвиль, власне кажучи, мало різниці. Якщо імпульси випромінюються джерелом світла через регулярні інтервали, утворюється даний хвилеподібний рух або коливання, причому напрямок коливань збігається з напрямком поширення (поздовжні коливання).

В теорії хвиль світло поширюється, заповнюючи сферичне простір. Сферичні кордону називаються в даний час "фронтами" хвиль. Принцип, згідно з яким будь-яка частка ефіру діє як передавальний центр, в цій теорії зазвичай виражається твердженням, що будь-яка точка фронту хвиль сама є джерелом нових вторинних фронтів. Цей принцип, який можна застосувати до всіх хвильовим явищам в матеріальних середовищах, відомий як. принцип Гюйгенса.



У 1681 р Гюйгенс захворів так серйозно, що йому довелося виїхати до Голландії. Йому вже не довелося повернутися в Париж. Коли через два роки його здоров'я покращало, виявилося, що його присутність в Парижі вже небажано. Після смерті Кольбера в 1683 році у Франції встановився клімат нетерпимості, особливо по відношенню до протестантів. Це проявилося з повною виразністю у скасуванні в 1685 р Нантського едикту. Гюйгенс став жертвою як цього антіпротестантства, так і недоброзичливих почуттів його суперників в Академії. Таким чином, він залишився в Голландії. Разом з батьком він провів літо в заміському будинку Хофвіік в Ворбурге, а зиму в Гаазі. Після того як його батько помер в 1687 р у віці 90 років, Гюйгенс жив один.

Ще один раз він зробив довгу подорож. Частина літа 1689 року він провів в Англії, де у нього відбулося кілька зустрічей з людиною, який поступово його випереджав: Ісааком Ньютоном. Думки Гюйгенса і Ньютона з деяких питань фундаментально розходилися.



В основній праці Ньютона "Математичні початки натуральної філософії" поняття "сила" грає зовсім іншу роль, ніж в механіці Гюйгенса. Для Ньютона досить знати, як сила діє, і він не питає про її причини. Сила - основне поняття. Ця вихідна точка повністю суперечила механістичної філософії Гюйгенса, який вимагав, щоб для кожної сили була знайдена причина у вигляді прямого контакту між матеріальними тілами.

Поняття "дія на відстані" також було неприйнятно для Гюйгенса. Це поняття грає у Ньютона роль в зв'язку з силою тяжіння і означає, що сила не поширюється в середовищі, а діє миттєво на відстані. Теорія сили тяжіння, яка належала Гюйгенсу, була чисто механічної за своїм характером. У своїй праці "Про причини тяжіння", який був опублікована 1690 року в одному томі з "Трактат про світло», він виходив з існування "тонкої матерії", що складається з дуже дрібних частинок (ще дрібніше, ніж частки ефіру), які циркулюють навколо Землі в усіх напрямках з дуже великою швидкістю. Відповідно до думки Гюйгенса, сила тяжіння виникає через те, що при зіткненні з частинками матеріальні тіла отримують імпульс, спрямований у бік Землі. У цій теорії, яка була розвитком ідеї Декарта, неможливо було знайти задовільного пояснення для деяких важливих фактів, наприклад для того факту, що прискорення сили тяжіння однаково для всіх тіл. Тому не дивно, що теорія Ньютона - набагато менш штучна і цілком задовільна також в експериментальному відношенні - швидко знайшла загальне визнання.



У відношенні світла думки Ньютона і Гюйгенса також розходилися. Ньютон вважав, що світло складається з потоку частинок. Але в XIX в.