Християн Гюйгенс отримав патент на конструкцію. Коротка біографія Християн Гюйгенс

Оптика займає особливе місце в науці, хоча б тому, що "світло" - поняття і макроскопічне і мікроскопічне, інтереси оптики, її методи простягаються від мегамира до мікросвіту, від Всесвіту до мікрочастинок, а наукові висновки, отримані або при вивченні оптичних явищ, або за допомогою оптичних методів і засобів, не раз міняли уявлення про будову світу, тобто мали і мають світоглядний характер.

Навіть на перших етапах розвитку науки, в епохи міфології і філософії, ще до виникнення інструментальної оптики, уявлення про світло, зір, Сонце грали вагому роль у формуванні світогляду. Існувала міфологічна, фантастична "оптика", в якій обожнювалося Сонце, змішувалися поняття зору і світла. Тотожність уявлень про світло і зір зберігалася аж до XVII ст. На тлі видатних успіхів науки в таких областях, як геодезія, астрономія, математика, механіка вчення про світло було, за сучасними поняттями, безглуздим. Це може бути пояснено в певній мірі відсутністю оптичних інструментів, що дають зображення предметів. Першою оптичною системою, "відокремила" світло від зору, стала камера-обскура, про яку ми вже згадували. Зображення, що дається камерою, існувало окремо від ока. Як тільки з'явилися оптичні системи, що створюють зображення, оптика як наука про зір (в первородний сенсі) стала перетворюватися в науку про світло, або, в більш широкому розумінні, науку про випромінювання, його поширення та взаємодії з речовиною. У техніці виникає оптичне приладобудування, і до цього дня створює умови для розвитку багатьох галузей науки і техніки.

Оптичні експерименти поставили на новому рівні теоретичні проблеми в області оптики, найважливішими з яких є проблеми природи світла і швидкості його поширення. У постановці і вирішенні цих проблем чільне місце належить Франческо Грімальді (1618-1663), Олафа Ремеру (1644-1710), Християни Гюйгенсу (1629-1695), Роберту Гуку (1635-1703).

В ряду досягнень оптики XVII в. яскравою подією стало відкриття дифракції, що належить італійському вченому Грімальді.

Франческо Марія Грімальді народився в сім'ї торговця шовком. З юних років Грімальді вступив в орден єзуїтів і протягом багатьох років навчався в декількох єзуїтських школах та університетах Італії, а потім сам викладав в єзуїтській колегії в Болоньї математику і філісоф. В 1647 Грімальді отримав ступінь доктора філософії, а в 1651 р прийняв сан священика.

До питань оптики Грімальді прийшов від астрономії, якою займався під впливом відомого італійського астронома Дж. Річчіоллі. Грімальді надавав йому допомогу в підготовці до видання книги "Новий Альмагест".

Основний науковий твір Ф. Грімальді, якому він присвятив останні роки життя, було опубліковано посмертно в 1665 році. Книга під назвою "Фізико-математичний трактат про світло, квіти і веселці" починається з заяви про відкриття дифракції - відхилення світла, порушення прямолінійності його поширення при взаємодії з перешкодою, наприклад при проходженні через малі отвори. Термін "дифракція" введений самим Грімальді і використовується донині. Явище дифракції було відкрито Грімальді при проведенні експериментів з вузькими пучками променів. Схема одного з дослідів показана на рис.7.

Ріс.7.Схема досвіду Грімальді по дифракції

Через щілину CD в платівці AB проходить пучок променів - сонячне світло. На шляху пучків, що пройшли через щілину CD, розташована інша щілину GH в платівці EF. Виявилося, що промені, що пройшли GH, утворюють конус, основа якого IK помітно більше, ніж це повинно випливати з геометричних побудов (конуси NDM і LCO). Крім того, краї світлових плям, які спостерігаються на екрані, виявилися пофарбованими, за описом Грімальді, в червоні і блакитні кольори, тоді як центральна пляма було білим, "залитим чистим світлом". Грімальді пояснює це явище освітою за перешкодою хвиль в світловому флюїди, що відхиляються за отвором.

Довгий час питання про швидкість світла залишався відкритим. Чудовою подією у вивченні цього питання стала дискусія Р. Декарта і П. Ферма, яка призвела Ферма до формулювання принципу "найменшого часу" при распространеие світла. Ферма дотримувався думки про миттєвості поширення світла, але шукав зерно істини в метафізичному затвердження, відомому ще з часів античності, що природа завжди діє по найкоротшому шляху. Але що таке найкоротший шлях? Як виявилося, це не найближчий, не найлегший, не шлях з найменшим опором, а шлях з найкоротшим часом. Цей принцип відомий як "принцип Ферма". Прийнявши гіпотезу про кінцівки швидкості світла і її залежності від властивостей середовища, з'єднавши цю гіпотезу з принципом найкоротшого часу, Ферма отримав, на свій подив, закон заломлення, совпадавший з законом Декарта. Ферма дав і зворотний формулювання цього закону, за якою якщо переломлення підкоряється закону Декарта, і якщо показник заломлення дорівнює відношенню швидкостей світла в першій і другій середовищі, то світло при поширенні з одного середовища в іншу слід по шляху, при якому час поширення є найменшим.

Ім'я П'єра Ферма (1601-1665) відомо також у зв'язку з його теоремою, довести яку до сих пір не вдається. За професією Ферма був юристом, працював адвокатом у Тулузі, радником парламенту, і математика для нього була бажаним захопленням. Він любив читати твори стародавніх вчених. На полях "Арифметики" Діофанта Олександрійського Ферма написав, що не можна вирішити рівняння

де n - ціле число більше 2. Ферма пише: "Я знайшов дивовижне доказ цього припущення, але тут занадто мало місця, щоб його помістити". Незважаючи на зусилля видатних математиків, доказ твердження Ферма в загальному вигляді не знайдено, але отримано лише для деяких окремих випадків.

Повернемося до проблеми швидкості світла. За допомогою експериментальної техніки того часу вимірювання швидкості світла було неможливим. Тому природним було використання астрономічних спостережень, тобто спостережень на відстанях, при яких час поширення світла стає доступним для вимірювання. Доказ кінцівки швидкості світла належить датському вченому Олафа Ремеру.

Ремер народився в Ааргузе в сім'ї купця. Навчався в Копенгагенському університеті, вивчав медицину, фізику, астрономію. У 1671 р Ремер прийняв запрошення працювати в Паризької обсерваторії. У Парижі він бере активну участь у вирішенні ряду технічних проблем у проведенні точних астрономічних спостережень. Цікаво відзначити, що він навчав математики спадкоємця французького престолу. Саме тут, в Парижі, Ремер довів кінцівку швидкості світла при спостереженні за одним із супутників Юпітера. Схема спостережень показана на рис.8.

Ріс.8.Схема спостережень Ремер за супутником Юпітера

Нехай A - Сонце, B - Юпітер, D і C - положення супутника Юпітера Іо, що входить в тінь в т. C і виходить з тіні в т. D; K, L, G, F - точки спостереження з Земної орбіти, EH - діаметр Земної орбіти, що проходить через Сонце. Коли Земля віддаляється від орбіти Юпітера, переміщаючись з т. L в т. K момент виходу з тіні супутника в т. D буде відстрочений на час поширення випромінювання від т. L до т. K. І, навпаки, при переміщенні з т. F до т. G момент виходу з тіні буде на цей же інтервал наближений. За підрахунками Ремер необхідно 22 хвилини для проходження інтервалу EH, рівного діаметру орбіти Землі (сучасне значення 16 хв. 36 сек.).

Свою теорію Ремер представив Паризької Академії наук, але ця теорія зустріла в академічному середовищі, де панувало картезианство, сильний опір. Більшість великих вчених того часу, серед яких І. Ньютон, Х. Гюйгенс, Г.В. Лейбніц поділяли погляди Ремер.

Після повернення на батьківщину Ремер створив першокласну обсерваторію, удосконалив ряд астрономічних приладів, оснастити лабораторію. В кінці життя Ремер багато сил і часу віддавав державним справах будучи главою Державної Ради.

Видатний внесок у розвиток теоретичної оптики, в теорію світла був зроблений голландським вченим Християном Гюйгенсом, чиє ім'я увічнене найменуванням одного з основоположних принципів оптичної теорії - "принципу Гюйгенса".

Х. Гюйгенс народився в Гаазі в знатної і багатої сім'ї. Математика і фізика захоплювала Християна з дитинства, однак він отримав юридичну освіту в Лейденському та Бредская університетах. Математикою Гюйгенс, мабуть, займався самостійно. Його наставником в цій справі був відомий голландський математик того часу Ван-Шотен. У 1651 році, коли Гюйгенсу було всього 22 роки, він написав свій перший трактат з математики "Теореми про квадратуру гіперболи еліпса і кола і центру тяжіння їх частин".

Після закінчення університету Гюйгенс займається дипломатичною роботою, потім їде до Франції, надходить в Анжерський протестантський університет, отримує диплом доктора права. Але повернувшись до Голландії, він перестає займатися юриспруденцією і цілком присвячує себе астрономії, механіці, математиці та оптиці.

Написаний ним у 1657р. трактат "Про розрахунки при азартній грі" став однією з перших робіт по зароджувалася теорії ймовірностей.

Протягом усього життя Гюйгенс займався виготовленням оптичних систем. Пристрасть до шліфування скла прийшла до нього ще в молодості. Гюйгенс винайшов шліфувальний верстат для виготовлення лінз і створив зорові труби хорошої якості, що дозволили йому відкрити "кільце Сатурна". У своїх зорових трубах, що мали велике збільшення, Гюйгенс застосував схему окуляра, який тепер носить його ім'я - "окуляр Гюйгенса". Щоб оголосити про своє відкриття кільця, або як він вважав супутника ( "місяця") Сатурна, Гюйгенс, згідно з тодішнім звичаєм, послав до відомим астрономам загадку (анаграма), складену з літер, які утворювали наступну фразу: Saturno luna circumducitur diebus sexdecim, horas quatuor, тобто: "Сатурн супроводжується місяцем, яка обертається навколо нього в шістнадцять днів і чотири години". Він вирізав на об'єктиві своєї підзорної труби цю загадку і слова, що служили їй відгадкою.

Крім кільця Сатурна Гюйгенс виявив "шапки" на Марсі, туманності в сузір'ї Оріона, смуги на Юпітері. Астрономічні спостереження вимагали точних приладів для вимірювання часу. Хороший годинник потрібні були і голландським морякам. Гюйгенс в зв'язку з цим винаходить годинник з маятником (патент від 1657р.). Ідея годин з маятником належить, як ми вже згадували, Галілею, але реалізувати її вдалося Гюйгенсу. Історики вважають, що Гюйгенс прийшов до свого винаходу незалежно від Галілея. У трактаті "Маятниковий годинник" (1658г.) Гюйгенс виклав теорію математичних і фізичних маятників, дав формулу для розрахунку періоду коливань маятника.

Астрономічні дослідження Гюйгенса і винахід маятникових годин зробили його ім'я відомим по всій Європі. У 1663г. Гюйгенс був обраний першим іноземним членом Лондонського королівського товариства, а в 1665г. його запрошують в Париж в якості почесного члена Академії наук Франції. У Парижі Гюйгенс пробув 16 років (1665-1681гг.). Франція стала його другою батьківщиною. Тут він зав'язує міжнародні наукові зв'язки, підтримує контакти з Бойл, Гуком, Ньютоном, Лейбніцем.

У зв'язку з початком у Франції ворожими діями католиків проти протестантів (Гюйгенс був протестантом), він їде на батьківщину, незважаючи на вмовляння Людовика XIV залишитися. Гюйгенс вважав себе в науці продовжувачем Галілея і Торрічеллі, теорії яких він, за його власним висловом "підтверджував і узагальнював".

Шедевром Гюйгенса в області механіки є його твір "Хитні годинник, або про рух маятника". У цій роботі, опублікованій в 1673г., Наводиться опис маятникових годин, руху тіл по циклоїді, розгортка і визначення довжин кривих ліній, визначення центру коливань, опис пристрою годин з круговим маятником, виклад теореми про відцентрової силі.

З 1659.. Гюйгенс працював над трактатом "Про відцентрової сили", опублікованому посмертно в 1703р. У ньому Гюйгенс виклав закони, що визначають відцентрову силу. Ідея про відцентрової силі вперше чітко виражена Гюйгенсом в його листі до секретаря Лондонського Королівського товариства від 4 вересня 1669р. Ця ідея була зашифрована у вигляді анаграми.

Висновок формули для відцентрової сили мав величезне значення в розвитку механіки. Коли Ньютона запитували, що треба прочитати, щоб розуміти його роботи, він перш за все вказував на твори Гюйгенса.

Велике значення в розвитку динаміки має праця Гюйгенса "Про рух тіл під впливом удару", закінчений в 1656г, але опублікований в 1700р. Гюйгенс розглядає завдання про пружному зіткненні тіл на основі трьох принципів - принципу інерції, принципу відносності і принципу збереження суми творів кожного "тіла" на квадрат його швидкості до і після удару - цю величину Лейбніц назвав "живою силою" і протиставив "мертвої силі", або потенційної енергії. "Жива сила", як ми тепер знаємо, відображає кінетичну енергію, формула для розрахунку якої була отримана Густавом Коріоліса (1792-1843). Формула Коріоліса яка відрізняється від формули "живої сили" Гюйгенса і Лейбніца множником ?.

Починаючи приблизно з 1675р. Гюйгенс цілком зайнятий проблемами оптики. Його роботи в цій області узагальнені в "Трактаті про світло", виданому в Лейдені (1690г.). У ньому він вперше виклав струнку хвильову теорію світла. Трактат складається з 6 розділів, в яких послідовно розглядається прямолінійність поширення світла, відображення, заломлення, атмосферна рефракція, подвійне променезаломлення і, нарешті, форма лінз. Критикуючи позиції прихильників нової теорії (зокрема, неможливість пояснити за допомогою цієї теорії, чому пересічні пучки променів не взаємодіють, якщо вони складаються з окремих частинок), Гюйгенс приходить до висновку: "Не можна сумніватися, що світло складається в русі якоїсь речовини" . Гюйгенс, прийнявши за аксіому існування цього гіпотетичного речовини, розглядає механізм поширення світла.

Гюйгенс висунув принцип хвильового поширення світла, яка полягає в тому, що кожна точка середовища поширення світла, до якої дійшло обурення, сама стає джерелом вторинних хвиль. Цей принцип, що носить ім'я Гюйгенса, розглянуто їм на прикладі полум'я свічки (рис.9).

Ріс.9.Прінціп Гюйгенса на прикладі полум'я свічки

Точки А, В, С полум'я повідомляють рух навколишньому середовищу - ефіру, тобто створюють хвилю. У свою чергу кожна точка ефіру як тільки до неї знаходить обурення, сама стає центром нової хвилі. Таким чином, хвильовий рух поширюється від точки до точки. Поверхня, дотична до всіх вторинним хвилях, являє собою хвильову поверхню - хвильовий фронт. Запропонований Гюйгенсом принцип формування хвильового фронту дозволив блискуче пояснити закони відображення і заломлення, при цьому принцип Гюйгенса призводить до принципу Ферма, але доказ Гюйгенса значно простіше.

Вразливим місцем теорії поширення світла Гюйгенса з'явилося не цілком задовільний пояснення прямолінійності поширення світла. Це пояснення Гюйгенс робить по аналогії з пружним ударом про групу куль. Він пише: "Якщо взяти величезну кількість однакових за величиною куль з дуже твердої речовини, розташувати їх по прямій лінії так, щоб вони стикалися один з одним, то всякий раз, як таку кулю вдарить перший з них, рух пошириться в одну мить до подальшого кулі, який відокремиться від ряду так, що ніхто не помітить, як інші кулі також прийшли в рух, а той, який справив удар, залишиться нерухомим ... Таким чином, виявляється передача руху з незвичайною швидкістю, яка тим більше, чим твердіше речовина куль " . Для того, щоб такий механізм передачі збурень в ефірі був реалізуємо, ефір необхідно наділити абсолютної твердістю і водночас властивістю проникнення в усі тіла.

При висуванні свого принципу Гюйгенс виходив з аналогії зі звуком і вважав хвильові коливання ефіру поздовжніми, тобто збігаються за напрямком з поширенням хвилі. Але якщо прийняти характер коливання ефіру поздовжнім, то ряд ефектів, що виникають в двулучепреломляющего кристалах, не піддаються поясненню. Ці ефекти пояснювалися, якщо прийняти гіпотезу Гука про поперечности світлових хвиль.

Як ми бачимо, в оптиці XVII століття панували механічні уявлення. Фізики того часу, як правило, були одночасно механіками і оптиками. Особливо це характерно для творчості Роберта Гука - видатного англійського фізика.

Гук вийшов з сім'ї духовенства. Його батько хотів бачити Роберта пастором, але вже в ранні роки Гук виявив чудові здібності до математики і механіки і був відданий на навчання до вартового майстру, а потім в Оксфордський університет. У віці 24 років він працює асистентом у Бойля, а в 1662г. Гук запрошується на посаду "куратора дослідів" до Королівського наукового товариства. Незабаром Гук стає членом Королівського товариства, а в 1667г. - секретарем його.

Лондонське Королівське наукове товариство того часу обговорював не тільки теоретичні, а й суто практичні питання. Так, наприклад, 18 березня 1663г. Товариством було схвалено пропозицію про розведення в Англії картоплі, щоб "запобігти в майбутньому можливість голоду". Бульби картоплі були передані членам суспільства для розведення, кілька картоплин отримав і Гук.

Після сильної пожежі, що сталася в Лондоні в 1666г., Королівському товариству було доручено розробити план нової забудови. Свій план представив і Гук, але він не був прийнятий, хоча інспектором забудови став саме Гук. Лондон відновлювався за планом чудового архітектора Рена - творця знаменитого собору Петра і Павла в Лондоні. Посада інспектора забудови Лондона приносила, мабуть, чималі доходи. Після смерті Гука в 1670г. в його кабінеті був виявлений залізний ящик, в якому містилося кілька тисяч фунтів стерлінгів.

Гук залишив неоціненний науковий доробок. Ім'я Гука пов'язано з фундаментальним законом, що встановлює залежність між механічними напруженнями в пружному тілі і що викликаються ними деформаціями. Цей закон Гук опублікував в 1678г. у вигляді анаграми з 14 букв, перевести яку можна так: "Яка сила - таке розтягнення". Закон Гука є основоположним в науках про опір матеріалів.

Гук удосконалив багато вимірювальні прилади: повітряний насос (разом з Бойл), барометр з круговою шкалою, анемометр (прилад для вимірювання сили вітру) та багато інших.

В області оптики видатне значення має удосконалення Гуком мікроскопа. Винахід мікроскопа приписують голландському очок майстру Захарія Янсену. Однак для наукових досліджень мікроскоп вперше використав Гук. Пристрій мікроскопа описано ним у книзі "мікрографії" (1665г.). За допомогою мікроскопа Гук побачив клітини тканин організмів. Саме слово "клітина" введено саме Гуком. Значення "мікрографії" Гука далеко виходить за межі проблем, пов'язаних з мікроскопом. Гук викладає в цій, що отримала особливу популярність книзі, свої уявлення про природу світла, досліди по визначенню пружності повітря, астрономічні спостереження, спостереження тонких шарів (мильні бульбашки, масляні плівки і т.п.), поміщених в світловий пучок.

Гук впритул наблизився до відкриття закону всесвітнього тяжіння. У 1674г. в роботі "Спроба довести рух Землі спостереженнями" Гук висунув три найважливіші припущення, суть яких в наступному.

По-перше, існує сила тяжіння, якою володіють всі небесні тіла, і ця сила спрямована до центру тіла.

По-друге, Гук слід Галілею в питанні про закон інерції.

По-третє, сили тяжіння, по Гуку, збільшуються в міру наближення до притягує тілу.

У 1679г. Гук вказував, що, якщо тяжіння обернено пропорційно квадрату відстані, то формою орбіти планет є еліпс. Це припущення Гук зробив в своєму листі до Ньютону в Кембридж і запропонував його для обговорення.

У відповідному листі Ньютон висловив жаль, що в його віці (Ньютону було тоді 37 років) важко займатися математикою і його більш цікавлять середньовічні алхімічні рецепти виготовлення золота. Як з'ясувалося пізніше, Ньютон тоді вже був близький до відкриття закону всесвітнього тяжіння або навіть відкрив його, але не поспішав з публікаціями.

Біографи відзначають важкий характер Р.Гука, його посягання на наукові пріоритети Х. Гюйгенса, Ф. Грімальді, И.Ньютона. Але до своєї кончини Гук користувався глибокою повагою вчених Англії і всієї Європи.

Велика Радянська Енциклопедія: Гюйгенс, Хейгенс (Huygens) Християн (14.4.1629, Гаага, - 8.7.1695, там же), нідерландський механік, фізик і математик, творець хвильової теорії світла. Перший іноземний член Лондонського королівського товариства (з 1663). Г. навчався в університетах Лейдена і Бреди, де вивчав юридичні науки і математику. У 22 роки він опублікував роботу про визначення довжини дуг кола, еліпса і гіперболи. У 1654 з'явилася його робота «Про визначення величини окружності», що стала найважливішим внеском в теорію визначення відношення кола до діаметру (обчислення числа p). Потім пішли інші значні математичні трактати по дослідженню циклоїди, логарифмічної і ланцюгової лінії та ін. Його трактат «Про розрахунки при грі в кості» (1657) - одне з перших досліджень в області теорії ймовірностей. Г. спільно з Р. Гуком встановив постійні точки термометра - точку танення льоду і точку кипіння води. У ці ж роки Г. працює над удосконаленням об'єктивів астрономічних труб, прагнучи збільшити їх світлосилу і усунути хроматичну аберацію. З їх допомогою Р. відкрив в 1655 супутник планети Сатурн (Титан), визначив період його звернення і встановив, що Сатурн оточений тонким кільцем, ніде до нього не прилеглим і похилим до екліптики. Всі спостереження приведені Р. в класичній роботі «Система Сатурна» (1659). У цій же роботі Р. дав перший опис туманності в сузір'ї Оріона і повідомив про смуги на поверхнях Юпітера і Марса.
Астрономічні спостереження вимагали точного і зручного виміру часу. У 1657 Г. винайшов перший маятниковий годинник, забезпечені спусковим механізмом; свій винахід Р. описав в роботі «Маятниковий годинник» (1 658). Друге, розширене видання цієї роботи вийшло в 1673 в Парижі. У перших 4 частинах її Р. досліджував ряд проблем, пов'язаних з рухом маятника. Він дав рішення задачі про знаходження центру гойдання фізичного маятника - першої в історії механіки завдання про рух системи зв'язаних матеріальних точок в заданому силовому полі. У цій же роботі Р. встановив таутохронность руху по циклоїди і, розробивши теорію еволют плоских кривих, довів, що еволюта циклоїди є також циклоїда, але по-іншому розташована відносно осей.
У 1665, при підставі Французької АН, Г. був запрошений до Парижа як її голови, де і прожив майже безвиїзно 16 років (1665-81). У 1680 Г. працював над створенням «планетної машини» - прообразу сучасного планетарію, - для конструкції якої розробив досить повну теорію ланцюгових, або безперервних, дробів. Це - остання робота, виконана їм в Парижі.
У 1681, повернувшись на батьківщину, Г. знову зайнявся оптичними роботами. У 1681-87 він виробляв шліфовку об'єктивів з величезними фокусними відстанями в 37, 54,63 м. Тоді ж Г. сконструював окуляр, що носить його ім'я, який застосовується до цих пір (див. Окуляр). Весь цикл оптичних робіт Г. завершується знаменитим «Трактат про світло» (1690). У ньому вперше в абсолютно чіткою формі викладається і застосовується до пояснення оптичних явищ хвильової теорії світла. У розділі 5 «Трактату про світло» Р. дав пояснення явища подвійного променезаломлення, відкритого в кристалах ісландського шпату; класична теорія заломлення в оптично одновісних кристалах досі викладається на основі цієї глави.
До «Трактату про світло» Р. додав у вигляді додатка міркування «Про причини тяжкості», в якому він близько підійшов до відкриття закону всесвітнього тяжіння. У своєму останньому трактаті «Космотеорос» (1698), опублікованому посмертно, Г. грунтується на теорії про множинність світів і їх населеності. У 1717 трактат був переведений на рус. мова за наказом Петра I.

Гюйгенс (Huygens), Християн

Голландський механік, фізик і математик, творець хвильової теорії світла Християн Гюйгенс ван Зюйліхем народився в Гаазі в багатій і знатній родині великого політичного діяча. Навчався в університетах Лейдена (1645-1647) і Бреди (1647-1649), де вивчав юридичні науки і математику. У 1665-1681 рр. жив і працював в Парижі, з 1681 року - в Гаазі. Перший іноземний член Лондонського королівського товариства (з 1663).

Наукову діяльність Гюйгенс почав у 22 роки, опублікувавши роботу про визначення довжини дуг кола, еліпса і гіперболи (1651). У 1654 р з'явилася його робота «Про визначення величини окружності», що стала найважливішим внеском в теорію визначення відношення кола до діаметру (обчислення числа π). Потім пішли інші значні математичні трактати по дослідженню циклоїди, логарифмічної і ланцюгової лінії та ін. Його трактат «Про розрахунки при грі в кості» (1657) - одне з перших досліджень в області теорії ймовірностей. Гюйгенс спільно з Робертом Гуком встановив постійні точки термометра - точку танення льоду і точку кипіння води. У ці ж роки Гюйгенс працює над удосконаленням об'єктивів астрономічних труб, прагнучи збільшити їх світлосилу і усунути хроматичну аберацію. З їх допомогою Гюйгенс відкрив 1655 р супутник планети Сатурн (Титан), визначив період його звернення і встановив, що Сатурн оточений тонким кільцем, ніде до нього не прилеглим і похилим до екліптики. Всі спостереження приведені Гюйгенсом в класичній роботі «Система Сатурна» (одна тисяча шістсот п'ятьдесят дев'ять). У цій же роботі Гюйгенс дав перший опис туманності в сузір'ї Оріона і повідомив про смуги на поверхнях Юпітера і Марса.

Астрономічні спостереження вимагали точного і зручного виміру часу. У 1657 р Гюйгенс винайшов перший маятниковий годинник, забезпечені спусковим механізмом; свій винахід він описав в роботі «Маятниковий годинник» (+1658). Друге, розширене видання цієї роботи вийшло в 1673 в Парижі. У перших 4 частинах її Гюйгенс досліджував ряд проблем, пов'язаних з рухом маятника. Він дав рішення задачі про знаходження центру гойдання фізичного маятника - першої в історії механіки завдання про рух системи зв'язаних матеріальних точок в заданому силовому полі. У цій же роботі Гюйгенс встановив таутохронность руху по циклоїди і, розробивши теорію еволют плоских кривих, довів, що еволюта циклоїди є також циклоїда, але по-іншому розташована відносно осей.

У 1665 р, при підставі Французької АН, Гюйгенс був запрошений до Парижа як її голови, де і прожив майже безвиїзно 16 років (1665-1681). У 1680 р Гюйгенс працював над створенням «планетної машини» - прообразу сучасного планетарію, - для конструкції якої розробив досить повну теорію ланцюгових, або безперервних, дробів. Це - остання робота, виконана їм в Парижі.

У 1681 р, повернувшись на батьківщину, Гюйгенс знову зайнявся оптичними роботами. У 1681-1687 рр. він виробляв шліфовку об'єктивів з величезними фокусними відстанями в 37, 54, 63 м. Тоді ж Гюйгенс сконструював окуляр, що носить його ім'я, який застосовується до цих пір. Весь цикл оптичних робіт Гюйгенса завершується знаменитим «Трактат про світло» (1690). У ньому вперше в абсолютно чіткою формі викладається і застосовується до пояснення оптичних явищ хвильової теорії світла. У розділі 5 «Трактату про світло» Гюйгенс пояснив явища подвійного променезаломлення, відкритого в кристалах ісландського шпату; класична теорія заломлення в оптично одновісних кристалах досі викладається на основі цієї глави.

До «Трактату про світло» Гюйгенс додав у вигляді додатку міркування «Про причини тяжкості», в якому він близько підійшов до відкриття закону всесвітнього тяжіння. У своєму останньому трактаті «Космотеорос» (1 698), опублікованому посмертно, Гюйгенс грунтується на теорії про множинність світів і їх населеності. У 1717 р трактат був переведений на російську мову за наказом Петра I.

Знаменитий голландський, фізик, астроном і математик, творець хвильової теорії. З 1663 року стало першим голландським членом Лондонського королівського товариства. Навчався Гюйгенс в Лейденському університеті (1645-1647 рр.) І Бредская коледжі (1647-1649 рр.), В яких вивчав математичні та юридичні науки.

Свою наукову кар'єру Християн Гюйгенс почав з 22 років. Жив в Парижі з 1665 р 1681, з 1681 р 1695 г. - в Гаазі. У його честь названі: кратери Місяця і Марса, гора на Місяці, астероїд, космічний зонд, лабораторія Лейденського університету. Християн уродженець, Народився 14 квітня 1629 року в родині знаменитого, заможного і успішного таємного радника принців Оранських, Костянтина Гюйгенса (Хейгенса). Його батько був відомим літератором, отримав чудове наукову освіту.

Математику і право молодий Гюйгенс вивчав в університеті Лейдена, після закінчення, якого вирішив повністю присвятити свою працю науці. У 1651 р були опубліковані «Міркування про квадратуру гіперболи, еліпса і кола». У 1654 р - робота «Про визначення величини окружності», яка стала його найбільшим внеском в розвиток математичної теорії.

Перша слава прийшла до молодого Християнові після відкриття кілець Сатурна і супутника цієї планети, Титана. За історичними даними їх бачив і великий Галілей. Легранж згадував, що Гюйгенс зміг розвинути найважливіші відкриття Галілея. Уже 1657 р Гюйгенс отримує голландський патент на створення механізму маятникових годин.

Над цим механізмом в останні роки життя працював Галілей, але не зміг закінчити роботу через сліпоти. Винайдений Гюйгенсом механізм дозволив створити недорогі маятниковий годинник, які були всесвітньо популярні і поширені. Що вийшов 1657 р трактат «Про розрахунки при грі в кості» став одним з перших праць в області теорії ймовірності.

Разом з Р. Гуком встановив дві постійні точки термометра. У 1659 Гюйгенс випускає класичну роботу «Система Сатурна». У ній він описав свої спостереження кілець Сатурна, Титана, а, також, описав туманність Оріона і смуги на Марсі і Юпітері.

У 1665 році Християнові Гюйгенсу запропонували стати головою Французької АН. Він переїхав до Парижа, в якому прожив, майже не нікуди не виїжджаючи до 1681г .. Гюйгенс займався розробкою «планетної машини» в 1680 р, яка стала прообразом сучасного планетарію. Для цієї роботи їм була створена теорія ланцюгових дробів.

Повернувшись до Голландії в 1681 р, через скасування Нантського едикту, Християн Гюйгенс зайнявся оптичними винаходами. З 1681 по 1687 рр. фізик займався шліфуванням і поліруванням великих об'єктивів з фокусною відстанню 37-63 метрів. В цей же період Гюйгенсом був сконструйований знаменитий його ім'ям окуляр. Цей окуляр застосовується до цих пір.

Знаменитий трактат Християна Гюйгенса, «Трактат про світло», знаменитий досі своєю п'ятою главою. У ній викладається явище подвійного променезаломлення в кристалах. На основі цієї глави викладається досі і класична теорія заломлення в одновісних кристалах.

При роботі над «Трактат про світло» Гюйгенс дуже близько наблизився до відкриття закону всесвітнього тяжіння. Свої міркування він виклав у додатку «Про причини тяжкості». Останній трактат Християна Гюйгенса, «Космотеоріс», був опублікований вже посмертно, в 1698 г. Цей же тракт, про множинність світів і їх населеності, за наказом Петра I, був переведений на російську мову в 1717р ..

Християн Гюйгенс завжди був слабкий здоров'ям. Важка хвороба, з частими ускладненнями і болісними рецидивами обтяжила і його останні роки життя. Він страждав і через почуття самотності і меланхолії. Помер Християн Гюйгенс в болісних страждання 8 липня 1695 року.

Багато роботи Гюйгенса зараз представляють виключно історичну цінність. Його теорія обертових тіл і величезний внесок в теорію світла мають наукове значення і понині. Ці теорії стали найбільш блискучими і незвичайними вкладами і в науку сучасності.

план:

1 Біографія
2 Наукова діяльність
- 2.1 Математика і механіка
- 2.2 Астрономія
- 2.3 Оптика і теорія хвиль
- 2.4 інші досягнення
3 Основні праці
4 Примітки

5.1 Твори Гюйгенса в російській перекладі
5.2 Література про нього

Вступ

Портрет роботи Каспара нечер (1671), масло, музей Boerhaave, Лейден

Християн Гюйгенс (listen (інф.)) Ван Зёйліхем (Нід. Christiaan Huygens, МФА: [Krɪstijaːn ɦœyɣə (n) s], 14 квітня 1629, Гаага - 8 липня 1695, був там же) - нідерландський механік, фізик, математик, астроном і винахідник.

1. Біографія

Гюйгенс народився в Гаазі. Батько його Костянтин Гюйгенс (Хейгенс), таємний радник принців Оранських, був чудовим літератором, який отримав також гарне наукову освіту.

Молодий Гюйгенс вивчав право і математику в Лейденському університеті, потім вирішив присвятити себе науці.

Разом з братом він удосконалив телескоп, довівши його до 92-кратного збільшення, і зайнявся вивченням неба. Перша популярність прийшла до Гюйгенсу, коли він відкрив кільця Сатурна (Галілей їх теж бачив, але не зміг зрозуміти, що це таке) і супутник цієї планети, Титан.

У 1657 році Гюйгенс отримав голландський патент на конструкцію маятникових годин. В останні роки життя цей механізм намагався створити Галілей, але йому завадила прогресуюча сліпота. Годинники Гюйгенса реально працювали і забезпечували чудову для того часу точність ходу. Центральним елементом конструкції був придуманий Гюйгенсом якір, який періодично підштовхував маятник і підтримував незгасаючі коливання. Сконструйовані Гюйгенсом точні і недорогий годинник з маятником швидко отримали широке розповсюдження по всьому світу.

У 1665 році на запрошення Кольбера оселився в Парижі і був прийнятий в число членів Академії наук. У 1666 році за пропозицією того ж Кольбера стає її першим президентом. Гюйгенс керував Академією 15 років.

У 1673 році під назвою «Маятниковий годинник» виходить виключно змістовний працю з кінематики прискореного руху. Ця книга була настільною у Ньютона, який завершив розпочату Галілеєм і продовжене Гюйгенсом побудова фундаменту механіки.

1681 рік: в зв'язку з наміченої скасуванням Нантського едикту Гюйгенс, не бажаючи переходити в католицизм, повернувся в Голландію, де продовжив свої наукові дослідження.

На честь Гюйгенса названі:

кратер на Місяці;
гора Mons Huygens на Місяці;
кратер на Марсі;
астероїд 2801 Huygens;
європейський космічний зонд, який досяг Титана;
Huygens Laboratory: лабораторія в Лейденському університеті, Нідерланди.

2. Наукова діяльність

Лагранж писав, що Гюйгенсу «судилося вдосконалити і розвинути найважливіші відкриття Галілея».

2.1. Математика і механіка

християн Гюйгенс
Гравюра з картини Каспара нечер роботи Г. Еделінка, 1684-1687 рр.

Наукову діяльність Християн Гюйгенс почав в 1651 році твором про квадратуру гіперболи, еліпса і кола. У 1654 році він відкрив теорію еволют і евольвент.

У 1657 році Гюйгенс видав опис пристрою винайдених ним годин з маятником. У той час вчені не мали таким необхідним для експериментів приладом, як найточніший годинник. Галілей, наприклад, при вивченні законів падіння вважав удари власного пульсу. Годинники з колесами, які приводилися в рух гирями, були у вжитку з давнього часу, але точність їх була незадовільна. Маятник же з часів Галілея вживали окремо для точного вимірювання невеликих проміжків часу, причому доводилося вести рахунок числу хитань. Годинники Гюйгенса володіли хорошою точністю, і вчений далі неодноразово, протягом майже 40 років, звертався до свого винаходу, удосконалюючи його і вивчаючи властивості маятника. Гюйгенс мав намір застосувати маятниковий годинник для вирішення завдання визначення довготи на морі, але істотного просування не добився. Надійний і точний морський хронометр з'явився тільки в 1735 році (в Великобританії).

У 1673 році Гюйгенс опублікував класичну працю з механіки «Маятниковий годинник» ( « Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica»). Скромна назва не повинна вводити в оману. Крім теорії годин, твір містив безліч першокласних відкриттів в області аналізу і теоретичної механіки. Гюйгенс також проводить там квадратуру ряду поверхонь обертання. Це та інші його твори мали величезний вплив на молодого Ньютона.

У першій частині праці Гюйгенс описує вдосконалений, циклоїдальний маятник, який володіє постійним часом коливання незалежно від амплітуди. Для пояснення цієї властивості автор присвячує другу частину книги висновку загальних законів руху тіл в полі тяжіння - вільних, що рухаються по похилій площині, що скочуються по циклоїді. Треба сказати, що це удосконалення не знайшло практичного застосування, оскільки при малих коливаннях підвищення точності від циклоїдальних приросту незначно. Однак сама методика дослідження увійшла в золотий фонд науки.

Гюйгенс виводить закони рівноприскореного руху вільно падаючих тіл, грунтуючись на припущенні, що дія, що повідомляється тілу постійною силою, не залежить від величини і напрямки початкової швидкості. Виводячи залежність між висотою падіння і квадратом часу, Гюйгенс зауважує, що висоти падінь відносяться як квадрати придбаних швидкостей. Далі, розглядаючи вільний рух тіла, кинутого вгору, він знаходить, що тіло піднімається на найбільшу висоту, втративши всю повідомлену йому швидкість, і набуває її знову при поверненні назад.

Галілей допускав без доказу, що при падінні з різному похилим прямим з однаковою висоти тіла набувають рівних швидкості. Гюйгенс доводить це в такий спосіб. Дві прямі різного способу і рівної висоти приставляються нижніми кінцями одна до іншої. Якщо тіло, спущене з верхнього кінця однієї з них, набуває велику швидкість, ніж пущене з верхнього кінця іншої, то можна пустити його по першій з такої точки нижче верхнього кінця, щоб придбана внизу швидкість була достатня для підйому тіла до верхнього кінця другої прямої; але тоді б вийшло, що тіло піднялося на висоту, більшу за ту, з якої впало, а цього бути не може.

Від руху тіла по похилій прямій Гюйгенс переходить до руху по ламаній лінії і далі до руху по будь-якої кривої, причому доводить, що швидкість, яку купують при падінні з будь-якої висоти по кривій, дорівнює швидкості, що купується при вільному падінні з тієї ж висоти по вертикальній лінії, і що така ж швидкість необхідна для підйому того ж тіла на ту ж висоту як по вертикальній прямій, так і по кривій. Потім, переходячи до циклоїди і розглянувши деякі геометричні властивості її, автор доводить таутохронность рухів важкої точки по циклоїді.

У третій частині твору викладається теорія еволют і евольвент, відкрита автором ще в 1654 р .; тут він знаходить вигляд і положення еволюти циклоїди.

У четвертій частині викладається теорія фізичного маятника; тут Гюйгенс вирішує ту задачу, яка не давалася стільком сучасним йому геометрам, - завдання про визначення центру хитань. Він грунтується на наступному реченні:

Якщо складний маятник, вийшовши з спокою, здійснив деяку частину свого гойдання, велику полуразмаха, і якщо зв'язок між усіма його частками буде знищена, то кожна з цих частинок підніметься на таку висоту, що загальний центр ваги їх при цьому буде на тій висоті, на якої він був при виході маятника з спокою.

Ця пропозиція, не доведену у Гюйгенса, є у нього в якості основного початку, між тим як тепер воно являє простий наслідок закону збереження енергії.

Теорія фізичного маятника дана Гюйгенсом цілком у загальному вигляді та в застосуванні до тіл різного роду. Гюйгенс виправив помилку Галілея і показав, що проголошена останнім синхронізм коливань маятника має місце лише наближено. Він зазначив також ще дві помилки Галілея в кінематиці: рівномірний рух по колу пов'язано з прискоренням (Галілей це заперечував), а відцентрова сила пропорційна не швидкість, а квадрату швидкості.

В останній, п'ятій частині свого твору Гюйгенс дає тринадцять теорем про відцентрової силі. Ця глава дає вперше точне кількісне вираження для відцентрової сили, яке згодом відіграло важливу роль для дослідження руху планет і відкриття закону всесвітнього тяжіння. Гюйгенс приводить в ній (словесно) декілька фундаментальних формул:

У 1657 році Гюйгенс написав додаток « Про розрахунки в азартній грі»До книги його вчителя ван Схоотена« Математичні етюди ». Це було змістовне виклад почав зароджується тоді теорії ймовірностей. Гюйгенс, поряд з Ферма та Паскалем, заклав її основи. По цій книзі знайомився з теорією ймовірностей Якоб Бернуллі, який і завершив створення основ теорії.

Титульна сторінка популярного астрономічного і філософського трактату Гюйгенса «Cosmotheoros»

2.2. Астрономія

Гюйгенс самостійно удосконалив телескоп; в 1655 році він відкрив супутник Сатурна Титан і описав кільця Сатурна. У 1659-му він описав всю систему Сатурна в виданому ним творі.

У 1672 році він виявив крижану шапку на Південному полюсі Марса.

Він відкрив також туманність Оріона та інші туманності, спостерігав подвійні зірки, оцінив (досить точно) період обертання Марса навколо осі.

Остання книга «ΚΟΣΜΟΘΕΩΡΟΣ sive de terris coelestibus earumque ornatu conjecturae» (латинською мовою; опублікована в Гаазі в 1698) - філософсько-астрономічне роздум про Всесвіт. Гадав, що інші планети також населені людьми. Книга Гюйгенса отримала широке розповсюдження в Європі, де була переведена на англійську (в 1698 році), голландський (1699), французький (1702), німецький (1703) і шведський (1774) мови. На російську мову за указом Петра I була переведена Яковом Брюсом в 1717 році під назвою «Книга мірозренія». Вважається першої в Росії книгою, де викладається геліоцентрична система Коперника.

2.3. Оптика і теорія хвиль

Гюйгенс брав участь в сучасних йому суперечках про природу світла. У 1678 році він випустив «Трактат про світло» - начерк хвильової теорії світла. Інше чудове твір він видав у 1690 році; там він виклав якісну теорію відображення, заломлення і подвійного променезаломлення в ісландському шпату в тому самому вигляді, як вона викладається тепер у підручниках фізики. Сформулював т. Зв. принцип Гюйгенса, що дозволяє досліджувати рух хвильового фронту, згодом розвинений Френелем і зіграв важливу роль в хвильової теорії світла, і теорії дифракції.

Йому належить оригінальне удосконалення телескопа, використаного їм в астрономічних спостереженнях і згаданого в параграфі про астрономію. Також він є винахідником діаскопічній проектора - т. Зв. «Чарівного ліхтаря».
Винайшов окуляр Гюйгенса, що складається з двох плосковипуклих лінз.

2.4. інші досягнення

Кишенькові механічний годинник

Відкриття теоретичним шляхом сплюснутости Землі біля полюсів, а також пояснення впливу відцентрової сили на напрямок сили тяжіння і на довжину секундного маятника на різних широтах.
Вирішення питання про зіткненні пружних тіл, одночасно з Валлісом і Реном.
Одне з рішень питання про вид важкої однорідного ланцюга, що знаходиться в рівновазі: (ланцюгова лінія).
Винахід годинникової спіралі, що замінює маятник, вкрай важливе для навігації; перші години зі спіраллю були сконструйовані в Парижі годинниковим майстром Тюре в 1674 році.
У 1675 році запатентував кишеньковий годинник.
Перший закликав вибрати всесвітню натуральну міру довжини, в якості якої запропонував 1/3 довжини маятника з періодом коливань 1 секунда (це приблизно 8 см).

3. Основні праці

Horologium oscillatorium, 1 673 (Маятниковий годинник, латинською).
Kosmotheeoros. (Англійський переклад видання 1698 роки) - астрономічні відкриття Гюйгенса, гіпотези про інших планетах.
Treatise on Light (Трактат про світло, англійський переклад).

4. Примітки

Згідно нідерландсько-російської практичної транскрипції, ці ім'я та прізвище по-російськи правильніше відтворювати як Крістіан Хейгенс .
Гиндикин С. Г. Розповіді про фізиків і математиків - www.mccme.ru/free-books/gindikin/index.html. - видання третє, розширене. - М.: МЦНМО, 2001. - С. 110. - ISBN 5-900916-83-9
Кузнецов Б. Г. Галілео Галілей. - М .: Наука, 1964, стор. 165, 174.
Все про планету Марс - x-mars.narod.ru/investig.htm

література

5.1. Твори Гюйгенса в російській перекладі

Гюенс Х. Книга мірозренія і думка про небесно-земних глобусах і їх украшеяніях. Пер. Якова Брюса. Санкт-Петербург, 1717; 2-е изд., 1724 (в російській виданні не вказані ім'я автора і ім'я перекладача)
Архімед. Гюйгенс. Лежандр. Ламберт. Про квадратуру кола. З додатком історії питання, складеної Ф. Рудіо. Пер. С. Н. Бернштейна. Одеса, Mathesis, 1913. (Репринт: М .: УРСС, 2002)
Гюйгенс Х. Трактат про світло, в якому пояснено причини того, що з ним відбувається при відображенні і ламанні, зокрема за дивним ламанні ісландського кристала. М.-Л .: ОНТИ, 1935.
Гюйгенс Х. Три мемуара з механіки. - publ.lib.ru/ARCHIVES/G/GYUYGENS_Hristian/Gyuygens_H._Tri_memuara_po_mehanike.(1951)..zip М .: Изд. АН СРСР, 1951. Серія: Класики науки.
- Маятниковий годинник.
- Про рух тіл під впливом удару.
- Про відцентрової сили.
- Додатки:
  - К. К. Баумгарт. Християн Гюйгенс. Короткий біографічний нарис.
  - К. К. Баумгарт. Роботи Християна Гюйгенса з механіки.
- Іменний покажчик.

5.2. Література про нього

Веселовський І. Н. Гюйгенс. М .: Учпедгиз, 1959.
Історія математики під редакцією А. П. Юшкевича в трьох томах, М .: Наука, Том 2. Математика XVII століття. (1970) - ilib.mccme.ru/djvu/istoria/istmat2.htm
Гиндикин С. Г. Розповіді про фізиків і математиків. - www.mccme.ru/free-books/gindikin/index.html M: МЦНМО, 2001..
Костабель П. Винахід Християном Гюйгенсом циклоїдальних маятника і ремесло математика. Історико-математичні дослідження, Вип. 21, 1976, с. 143-149.
Мах Е. Механіка. Історико-критичний нарис її розвитку. Іжевськ: РГД, 2000..
Франкфурт У. І., Френк А. М. Християн Гюйгенс. М .: Наука, 1962.
Шаль, Мішель. Історичний огляд походження і розвитку геометричних методів - ru.wikisource.org/wiki/Исторический_обзор_происхождения_и_развития_геометрических_методов/Гюйгенс. Т. 1, n. 11-14. М., 1883.
Джон Дж. О'Коннор і Едмунд Ф. Робертсон. Християн Гюйгенс - www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Huygens.html (англ.) В архіві MacTutor.
Роботи Christiaan Huygens - www.gutenberg.org/author/Christiaan Huygens в проекті «Гутенберг»