17-й век был очень благоприятным временем для наук, благодаря достижениям в области физики, математики, химии и естественных наук. В течение столетия впервые были обнаружены несколько планет и лун, были сделаны точные модели для предсказания движений планет, и был разработан закон всемирного тяготения.
Посреди этого имя Кристиана Гюйгенса выделяется среди остальных. Будучи одним из выдающихся ученых своего времени, он сыграл ключевую роль в разработке часов, механики и оптики. А в области астрономии он открыл Кольца Сатурна и его самую большую луну - Титан. Благодаря Гюйгенсу последующие поколения астрономов были вдохновлены на исследование внешней Солнечной системы, что привело к открытию других лун Крониана, Урана и Нептуна в следующем столетии.
Ранние годы:
Кристиан Гюйгенс родился в Гааге 14 апреля 1629 года в богатой и влиятельной голландской семье. Кристиан был вторым сыном Константина Гюйгенса и Сюзанны ван Баерле, которые назвали Кристиана в честь своего деда по отцовской линии. Константин, известный поэт, композитор и советник Дома Оранжевых, дружил со многими современными философами, включая Галилея Галилея, Марина Мерсенна и Рене Декарта.
Связи его отца и личные связи позволили Кристиану получить всестороннее образование в области искусства и науки и позволили ему стать изобретателем и астрономом. До шестнадцати лет Кристиан обучался на дому и получил гуманитарное образование, изучая языки, музыку, историю, географию, математику, логику, риторику, а также танцы, фехтование и верховую езду.
Образование:
В 1645 году Кристиана отправили изучать право и математику в Лейденский университет на юге Нидерландов. Через два года Гюйгенс продолжил учебу в недавно основанном колледже Оранжа в Бреде, где его отец был куратором, до окончания в 1649 году. Хотя его отец надеялся, что он станет дипломатом, интерес Кристиана к математике и науки были очевидны.
В 1654 году Гюйгенс вернулся в дом своего отца в Гааге и начал полностью посвящать себя исследованиям. Многое из этого произошло в другом доме, принадлежавшем его семье, в соседнем Хофвейке, где он провел большую часть лета. В это время у Гюйгенса был широкий круг корреспондентов, в том числе Мерсенн и круг ученых, с которыми он окружал себя в Париже.
К 1655 году Гюйгенс несколько раз посещал Париж и принимал участие в дебатах, проводившихся в Академии Монтмор, которая перешла к кругу Мерсенна после его смерти в 1648 году. Находясь в Академии Монтмор, Гюйгенс защищал научный метод и эксперименты над традиционными православия и то, что он видел в любительских отношениях.
В 1661 году Гюйгенс совершил свой первый визит в Англию, где он присутствовал на собрании группы колледжа Грешам - общества ученых под влиянием нового научного метода (поддерживаемого Фрэнсисом Бэконом). В 1663 году Гюйгенс стал членом Королевского общества, которое сменило группу Грешама, и встретился с такими влиятельными учеными, как Исаак Ньютон и Роберт Бойл, участвуя во многих дебатах и дискуссиях с другими людьми подобного рода.
В 1666 году Гюйгенс переехал в Париж и стал одним из основателей новой французской Академии наук Людовика XIV. Находясь там, он использовал Парижскую обсерваторию, чтобы сделать свои величайшие открытия в области астрономии (см. Ниже), вел переписку с Королевским обществом и работал вместе с другим астрономом Джованни Кассини (который обнаружил спутники Сатурна Япет, Рея, Тетис и Диона). ,
Его работа с Академией дала ему пенсию больше, чем у любого другого члена, и квартиру в ее здании. Помимо случайных визитов в Голландию, он жил в Париже с 1666 по 1681 год и познакомился с немецким математиком и философом Готфридом Вильгельмом Лейбницем, с которым он оставался в дружеских отношениях до конца своей жизни.
Достижения в астрономии:
С 1652 по 53 год Гюйгенс начал изучать сферические линзы с теоретической точки зрения, с конечной целью понимания телескопов. К 1655 году, в сотрудничестве со своим братом Константином, он начал шлифовать и полировать собственные линзы и в конце концов разработал то, что сейчас называется окуляром Гюйгениана - окуляр телескопа, состоящий из двух линз.
К 1660-м годам его работа с линзами позволила ему встретиться с Барухом Спинозой - известным голландским философом, ученым и рационалистом, который профессионально обосновал их. Используя эти улучшения, которые он представил в линзах, которые он в свою очередь использовал для создания собственных телескопов, Гюйгенс начал изучать планеты, звезды и вселенную.
В 1655 году с помощью рефракторного телескопа мощностью 50 единиц, который он спроектировал сам, он стал первым астрономом, который определил кольца Сатурна, которые он правильно измерил форму четырехлетней давности. В своей работеСистема Сатурниум (1659), он утверждал, что Сатурн был «окружен тонким плоским кольцом, нигде не касаясь, и склонен к эклиптике».
Также в 1655 году он стал первым астрономом, который наблюдал самую большую из лун Сатурна - Титан. В то время он назвал луну Сатурни Луна (В переводе с латыни «луна Сатурна»), которую он описал в своем трактате, озаглавленном De Saturni Luna Observatio Nova (“Новое наблюдение луны Сатурна »).
В том же году он использовал свой современный телескоп для наблюдения туманности Ориона и успешно разделил ее на разные звезды. Он также подготовил первую в истории иллюстрацию, которую он также опубликовал в Система Сатурниум в 1659 году. Из-за этого более яркая внутренняя область была названа Гуйгенский регион в его честь.
Незадолго до своей смерти в 1695 году Гюйгенс завершил Cosmotheoros, который был опубликован посмертно в 1698 году (из-за его довольно еретических положений). В нем Гюйгенс размышлял о существовании внеземной жизни на других планетах, которая, как он предполагал, будет похожа на Землю. Такие предположения не были редкостью в то время, отчасти благодаря коперниканской (гелиоцентрической) модели.
Но Гюйгенс углубился в подробности, заявив, что наличие воды в жидкой форме имеет важное значение для жизни и что свойства воды должны варьироваться от планеты к планете, чтобы соответствовать температурному диапазону. Свои наблюдения за темными и светлыми пятнами на поверхности Марса и Юпитера он использовал в качестве доказательства наличия воды и льда на этих планетах.
Говоря о возможности библейских испытаний, он утверждал, что внеземная жизнь не была ни подтверждена, ни опровергнута Библией, и задал вопрос, почему Бог сотворил другие планеты, если они не должны были быть населены как Земля. Также в этой книге Гюйгенс опубликовал свой метод оценки звездных расстояний, основанный на предположении (позднее доказанном неверным), что все звезды были такими же яркими, как Солнце.
В 1659 году Гюйгенс также заявил, что теперь известно как второй из законов движения Ньютона в квадратичной форме. В то время он вывел то, что сейчас является стандартной формулой центростремительной силы, оказываемой объектом, описывающим круговое движение, например, на струне, к которой оно прикреплено. В математической форме это выражается как Fc = mv² / rгде m масса объекта, v скорость и r радиус.
Публикация общей формулы для этой силы в 1673 году - хотя и связана с его работой в маятниковых часах, а не в астрономии (см. Ниже) - была значительным шагом в изучении орбит в астрономии. Это позволило перейти от третьего закона движения планет Кеплера к закону гравитации обратного квадрата.
Другие достижения:
Его интерес как астронома к точному измерению времени также привел его к открытию маятника в качестве регулятора для часов. Его изобретение маятниковых часов, которые он прототипировал к концу 1656 года, стало прорывом в хронометраже, позволив получить более точные часы, чем было доступно в то время.
В 1657 году Гюйгенс заключил контракт с часовыми мастерами в Гааге на изготовление часов и подал заявку на местный патент. В других странах, таких как Франция и Великобритания, он был менее успешным, и дизайнеры зашли так далеко, что украли его дизайн для собственного использования. Тем не менее, опубликованная работа Хайгена над концепцией гарантировала, что ему приписывают изобретение. Самые старые из известных маятниковых часов в стиле Гюйгенса датируются 1657 годом и их можно увидеть в музее Boerhaave в Лейдене (показан выше).
В 1673 году Гюйгенс опубликовал Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum (Теория и конструкция маятниковых часов), его основные работы по маятникам и часовому делу. В нем он рассмотрел проблемы, поднятые предыдущими учеными, которые считали маятники не изохронными - то есть их период зависит от ширины их колебания, причем широкие колебания занимают немного больше времени, чем узкие колебания.
Гюйгенс проанализировал эту проблему, используя геометрические методы (раннее использование исчисления), и определил, что время, которое требуется, одинаково, независимо от его начальной точки. Кроме того, он решил вопрос о том, как рассчитать период маятника, описывая обратную связь между центром колебаний и точкой поворота. В той же работе он проанализировал конический маятник - груз на шнуре, движущийся по кругу, который использует концепцию центробежной силы.
Гюйгенсу также приписывают разработку часов с пружинами баланса в тот же период, что и Роберта Гука (1675). Споры о том, кто был первым, продолжались веками, но широко распространено мнение, что развитие Хейгена происходило независимо от развития Гука.
Гюйгенса также помнят за его вклад в оптику, особенно за его волновую теорию света. Эти теории были впервые сообщены в 1678 году Парижской академии наук и опубликованы в 1690 году в его «Traité de la lumière» (“Трактат о свете«). В нем он приводил пересмотренную версию представлений Декарта, в которой скорость света бесконечна и распространяется посредством сферических волн, излучаемых вдоль фронта волны.
В 1690 году также был опубликован трактат Гайгена о гравитации:Discours de la de de pesanteur » (“Рассуждение о причине гравитации«), Который содержал механическое объяснение гравитации на основе декартовых вихрей. Это представляло собой отход от теории тяготения Ньютона, которая, несмотря на его общее восхищение Ньютоном, была признана Гюйгеном лишенной какого-либо математического принципа.
Другие изобретения Гюйгенса включали его конструкцию двигателя внутреннего сгорания в 1680 году, который работал на порохе, хотя никаких прототипов не было построено. Гюйгенс также построил три телескопа собственного дизайна с фокусным расстоянием 37,5, 55 и 64 метра (123, 180 и 210 футов), которые впоследствии были представлены Королевскому обществу.
Смерть и наследие:
Гюйгенс вернулся в Гаагу в 1681 году после серьезного приступа депрессивной болезни, которая мучила его всю жизнь. Он попытался вернуться во Францию в 1685 году, но аннулирование Нантского эдикта - которое позволило французским протестантам (гугенотам) свободно исповедовать свою религию - препятствовало этому. Когда его отец умер в 1687 году, он унаследовал Hofwijck, который он сделал своим домом в следующем году.
В 1689 году он совершил свой третий и последний визит в Англию, снова встретившись с Исааком Ньютоном для обмена идеями о движении и оптике. Он скончался в Гааге 8 июля 1695 года, когда страдал от плохого здоровья, и был похоронен в Гроте Синт-Якобскерк - Великой церкви или церкви св. Джеймса, известной протестантской церкви в Гааге.
За работу в своей жизни и вклад во многие области науки Гюйген был удостоен различными наградами. В знак признания его пребывания в Лейденском университете была построена лаборатория Гюйгенса, в которой находится физический факультет университета. Европейское космическое агентство (ESA) также создало здание Huygens, которое расположено напротив Европейского центра космических исследований и технологий (ESTEC) в космическом бизнес-парке в Нордвейке, Нидерланды.
Университет Radbound, расположенный в Неймегене, Нидерланды, также имеет здание имени Гюйгенса, которое является одним из главных зданий научного факультета университета. Христианский колледж Гюйгенс, средняя школа, расположенная в Эйндховене, Нидерланды, также назван в его честь, как и стипендиальная программа Хейгена - специальная стипендия для иностранных и голландских студентов.
Существует также двухэлементный окуляр для телескопов, разработанный Гюйгенсом, который поэтому известен как окуляр Гюйгена. Пакет для обработки изображений с микроскопа, известный как Huygens Software, также был назван в его честь. В честь и Кристиана, и его отца, еще одного известного голландского ученого и ученого, в Национальном суперкомпьютерном комплексе Нидерландов в Амстердаме был создан суперкомпьютер Huygens.
И благодаря его вкладу в области астрономии, многие небесные объекты, особенности и транспортные средства были названы в честь Гюйгенса. К ним относятся Астероид 2801 Гюйгенскратер Гюйгенс на Марсе и гора Монс Гюйгенс на Луне. И, конечно же, есть зонд Гюйгенс, посадочный аппарат, используемый для исследования поверхности Титана, как часть миссии Кассини-Гюйгенс на Сатурн.
В космическом журнале есть много интересных статей о Кристиане Гюйгенсе и его открытиях. Например, вот один из признаний 375-летия Кристиана Гюйгенса, статья о Лунном Титане Сатурна и подробности о миссии Гюйгена и о том, что она рассказала об атмосфере Титана.
В Astronomy Cast также есть некоторый информативный подкаст на эту тему, Эпизод 230: Кристиан Гюйгенс и Эпизод 150: Телескопы, следующий уровень
Для получения дополнительной информации посетите страницу НАСА по исследованию солнечной системы, посвященную Кристиану Гюйгенсу, и биографию Кристиана Гюйгенса.
