Ученый гюйгенс. Гюйгенс, христиан. Оптика и теория волн

Голландский физик, механик, математик и астроном, Христиан Гюйгенс, был непосредственным преемником Галилея в науке. Лагранж говорил, что Гюйгенсу «было суждено усовершенствовать и развить важнейшие открытия Галилея». В первый раз Гюйгенс соприкоснулся с идеями Галилея в 17 лет: он собирался доказать, что тела, брошенные горизонтально, движутся по параболе, и обнаружил такое доказательство в книге Галилея.

Отец Гюйгенса происходил из голландского дворянского рода и получил прекрасное образование: он знал языки и литературу многих народов и эпох, сам писал поэтические произведения по-латыни и по-нидерландски. Он был также знатоком музыки и живописи, тонким и остроумным человеком. Его интересовали достижения науки в области математики, механики и оптики. Неординарность его личности подтверждает то, что среди его друзей было много известных людей, в том числе и знаменитый Рене Декарт, выдающийся французский ученый.

Влияние Декарта сильно отразилось на формировании мировоззрения его сына, будущего великого ученого.

Детство и юность.

В восемь лет Христиан выучил латынь, знал четыре действия арифметики, а в девять лет он познакомился с географией и началами астрономии, умел определять время восхода и захода Солнца во все времена года. Когда Христиану минуло десять лет, он научился слагать стихи на латыни и играть на скрипке, в одиннадцать познакомился с игрой на лютне, а в двенадцать знал основные правила логики.

После изучения греческого, французского и итальянского языков, а также игры на клавесине, Христиан перешел к механике, которая захватила его целиком. Он конструирует различные машины, например, самостоятельно делает токарный станок. В 1643 году учитель Христиана сообщает отцу: «Христиана нужно назвать чудом среди мальчиков… Он развертывает свои способности в области механики и конструкций, делает машины удивительные…».

Далее Христиан обучается математике, верховой езде и танцам. Сохранился рукописный математический курс для Христиана, составленный известным математиком, другом Декарта, Франциском Схоутеном. В курсе излагались начала алгебры и геометрии, неопределенные уравнения из «Арифметики» Диофанта, иррациональные числа, извлечение квадратного и кубического корней, а также теория алгебраических уравнений высших степеней. Переписана книга Декарта «Геометрия». Затем даны приложения алгебры к геометрии и уравнения геометрических мест. Наконец, рассмотрены конические сечения и даны задачи на построение касательных к различным кривым методами Декарта и Ферма.

В шестнадцать лет Христиан вместе с братом поступает в Лейденский университет для изучения права и одновременно обучается математике у Схоутена, который отсылает на отзыв Декарту его первые математические работы. Декарт похвально отзывается на «математические изобретения» Христиана: «Хотя он и не вполне получил то, что ему нужно, но это никоим образом не странно, так как он попытался найти вещи, которые еще никому не удавались. Он принялся за это дело таким образом, что я уверен в том, что он сделается выдающимся ученым в этой области».

В это время Христиан изучает Архимеда, «Конические сечения» Аполлония, оптику Вителло и Кеплера, «Диоптрику» Декарта, астрономию Птолемея и Коперника, механику Стевина. Знакомясь с последней, Гюйгенс доказывает, что утверждение о том, что фигура равновесия нити, свободно подвешенной между двумя точками, будет параболой, неверно. В настоящее время известно, что нить расположится по так называемой цепной линии.

Христиан вел переписку с Марином Мерсенном, францисканским монахом, издателем французского перевода «Механики» Галилея и краткого изложения его «Диалогов…». Мерсенн живо интересовался научными достижениями своего времени и в письмах сообщал о новейших открытиях и наиболее интересных задачах математики и механики. В те времена подобная переписка заменяла отсутствовавшие научные журналы.

Мерсенн присылал Христиану интересные задачи. Из его писем тот познакомился с циклоидой и центром качания физического маятника. Узнав о критике Гюйгенсом параболической формы нити, Мерсенн сообщил, что такая же ошибка была сделана и самим Галилеем, и попросил прислать полное доказательство.

Заканчивая отчет Мерсенну о своих работах, он писал: «Я решил попробовать доказать, что тяжелые тела, брошенные вверх или в сторону, описывают параболу, но тем временем мне попала в руки книга Галилея об ускоренном движении естественном или насильственном; когда я увидал, что он доказал и это, и многое другое, то я уже не захотел писать Илиаду после Гомера».

Гюйгенс и Архимед.

После Лейдена Христиан с младшим братом Лодевиком едет учиться в «Оранской коллегии». Отец, видимо, готовил Христиана к государственной деятельности, но это Христиана не соблазняло.

В духе Архимеда двадцатитрехлетний Христиан написал книгу о теории плавания тел: «О равновесии тел, плавающих в жидкости». Позднее, в 1654 году, появилось еще одно сочинение в духе Архимеда «Открытия о величине круга», которое представляло прогресс по сравнению с архимедовым «Измерением круга». Гюйгенс получил значение числа «пи» с восемью верными знаками после запятой. Сюда же можно отнести работу «Теоремы о квадратуре гиперболы, эллипса и круга и центра тяжести их частей».

Написанный в 1657 году трактат «О расчетах при азартной игре» является одной из первых известных работ по теории вероятности.

Гюйгенс и оптика.

Еще в 1652 году Гюйгенс заинтересовался темой, которую разрабатывал Декарт. Это была диоптрика - учение о преломлении света. Своему знакомому он пишет: «Я уже имею почти написанные две книги об этом предмете, к которым добавляется и третья: первая говорит о преломлении в плоских и сферических поверхностях…, вторая о видимом увеличении или уменьшении изображений предметов, получающихся при помощи преломления». Третья книга, в которой предполагалось говорить о телескопах и микроскопах, была написана чуть позже. Над «Диоптрикой» Гюйгенс работал с перерывами около 40 лет (с 1652 по 1692 год).

Отдельные главы первой части «Диоптрики» посвящены преломлению света в плоских и сферических поверхностях; автор дает экспериментальное определение показателя преломления разных прозрачных тел и рассматривает задачи преломления света в призмах и линзах. Затем он определяет фокусное расстояние линз и исследует связь между положением предмета на оптической оси линзы и положением его изображения, то есть получает выражение основной формулы линзы. Заканчивается первая часть книги рассмотрением строения глаза и теорией зрения.

Во второй части книги Гюйгенс говорит об обратимости оптической системы.

В третьей части книги автор уделяет большое внимание сферической аберрации (искажению) линз и методам ее исправления. Для ряда частных случаев он находит форму преломляющих поверхностей линз, не дающих сферической аберрации. С целью уменьшения аберраций телескопа Христиан предлагает конструкцию «воздушного телескопа», где объектив и окуляр не связаны между собой. Длина «воздушного телескопа» Гюйгенса составляла 64 м. С помощью этого телескопа он обнаружил у Сатурна спутник, Титан, а также наблюдал четыре спутника Юпитера, открытые ранее Галилеем.

Гюйгенс с помощью своих телескопов сумел объяснить также странный вид Сатурна, смущавший астрономов, начиная с Галилея, - он установил, что тело планеты окружено кольцом.

В 1662 году Гюйгенс также предложил новую оптическую систему окуляра, которая впоследствии была названа его именем. Этот окуляр состоял из двух положительных линз, разделенных большим воздушным промежутком. Такой окуляр по схеме Гюйгенса широко применяется оптиками и в наши дни.

В 1672-1673 годах Гюйгенс знакомится с гипотезой Ньютона о составе белого света. Примерно в это же время у него формируется идея волновой теории света, которая находит свое выражение в знаменитом «Трактате о свете», вышедшем в свет в 1690 году.

Гюйгенс и механика.

Гюйгенса следует поставить в самом начале длинного ряда исследователей, которые принимали участие в установлении всеобщего закона сохранения энергии.

Гюйгенс предлагает способ определения скоростей тел после их соударения. Основной текст его трактата «Теория удара твердых тел» был закончен в 1652 году, но свойственное Гюйгенсу критическое отношение к своим трудам привело к тому, что трактат вышел только после смерти Гюйгенса. Правда, будучи в Англии в 1661 году, он демонстрировал опыты, подтверждающие его теорию удара. Секретарь Лондонского Королевского общества писал: «Был подвешен шар весом один фунт в виде маятника; когда он был отпущен, то по нему ударил другой шар, подвешенный точно так же, но только весом в полфунта; угол отклонения был сорок градусов, и Гюйгенс после небольшого алгебраического вычисления предсказал, каков будет результат, который оказался в точности соответствующим предсказанию».

Гюйгенс и часы.

На период с декабря 1655 года по октябрь 1660 года приходится наибольший расцвет научной деятельности Гюйгенса. В это время, кроме завершения теории кольца Сатурна и теории удара, были выполнены почти все основные работы Гюйгенса, принесшие ему славу.

Гюйгенс во многих вопросах наследовал и совершенствовал решение проблем, предпринятое Галилеем. Например, он обратился к исследованию изохронного характера качаний математического маятника (свойство колебаний, проявляющееся в том, что частота малых колебаний практически не зависит от их амплитуды). Вероятно, в свое время это было первым открытием Галилея в механике. Гюйгенсу представилась возможность дополнить Галилея: изохронность математического маятника (то есть независимость периода колебаний маятника определенной длины от амплитуды размаха) оказалась справедливой лишь приближенно и то для малых углов отклонения маятника. И Гюйгенс осуществил идею, которая занимала Галилея в его последние годы жизни: он сконструировал маятниковые часы.

Задачей о создании и совершенствовании часов, прежде всего маятниковых, Гюйгенс занимался почти сорок лет: с 1656 по 1693 год.

Один из основных мемуаров Гюйгенса, посвященных рассмотрению результатов по математике и механике, вышел в 1673 году под названием «Маятниковые часы или геометрические доказательства, относящиеся к движению маятников, приспособленных к часам». Пытаясь решить одну из основных задач своей жизни - создать часы, которые можно было бы использовать в качестве морского хронометра, Гюйгенс придумал множество решений и продумал много проблем, исследуя возможности их приложения к этой задаче: циклоидальный маятник, теория развертки кривых, центробежные силы и их роль и др. Одновременно он решал возникающие математические и механические задачи. Почему же задача создания часов так привлекала известного ученого?

Часы относятся к очень древним изобретениям человека. Сначала это были солнечные, водяные, песочные часы; в эпоху Средневековья появились механические часы. Долгое время они были громоздкими. Существовало несколько способов преобразования ускоренного падения груза в равномерное движение стрелок, но даже известные своей точностью астрономические часы Тихо Браге каждый день «подгонялись» принудительно.

Именно Галилей первым обнаружил, что колебания маятника изохронны и собирался использовать маятник при создании часов. Летом 1636 года он писал голландскому адмиралу Л. Реалю о соединении маятника со счетчиком колебаний (это по существу и есть проект маятниковых часов!). Однако из-за болезни и скорой кончины Галилей не закончил работу.

Нелегкий путь от лабораторных экспериментов до создания маятниковых часов преодолел в 1657 году Христиан Гюйгенс, в то время уже известный ученый. 12 января 1657 года он писал:

«На этих днях я нашел новую конструкцию часов, при помощи которой время измеряется так точно, что появляется немалая надежда на возможность измерения при ее помощи долготы, даже если придется везти их по морю».

С этого момента и до 1693 года он стремится совершенствовать часы. И если в начале Гюйгенс проявил себя как инженер, использующий в известном механизме изохронное свойство маятника, то постепенно все больше проявлялись его возможности физика и математика.

Среди инженерных его находок был ряд поистине выдающихся. В часах Гюйгенса впервые была реализована идея автоколебаний, основанная на обратной связи: энергия сообщалась маятнику так, что «сам источник колебаний определял моменты времени, когда требуется доставка энергии». У Гюйгенса эту роль выполняло простое устройство в виде якоря с косо срезанными зубцами, ритмически подталкивающего маятник.

Гюйгенс обнаружил, что колебания маятника изохронны лишь при малых углах отклонения от вертикали, и решил с целью компенсации отклонений уменьшать длину маятника при увеличении угла отклонения. Гюйгенс догадался, как это реализовать технически.

Волновая теория света.

В семидесятые годы основное внимание Гюйгенса привлекают световые явления. В 1676 году он приезжает в Голландию и знакомится с одним из создателей микроскопии Антони ван Левенгуком, после чего пытается сам изготовить микроскоп.

В 1678 году Гюйгенс приезжает в Париж, где его микроскопы произвели потрясающее впечатление. Он демонстрировал их на заседании Парижской Академии.

Христиан Гюйгенс стал создателем волновой теории света, основные положения которой вошли в современную физику. Свои взгляды он изложил в «Трактате о свете», изданном в 1690 году. Гюйгенс считал, что корпускулярная теория света, или теория истечения, противоречит свойствам световых лучей не мешать друг другу при пересечении. Он полагал, что Вселенная заполнена тончайшей, и в высшей степени, подвижной упругой средой - мировым эфиром. Если в каком-либо месте эфира частица начнет колебаться, то колебание передается всем соседним частицам, и в пространстве пробегает эфирная волна от первой частицы как центра.

Волновые представления позволили Гюйгенсу теоретически сформулировать законы отражения и преломления света. Он дал наглядную модель распространения света в кристаллах.

Волновая теория объясняла явления геометрической оптики, но поскольку Гюйгенс сравнивал световые волны и звуковые и полагал, что они являются продольными и распространяются в виде импульсов, он не смог объяснить явления интерференции и дифракции света, которые зависят от периодичности световых волн. Вообще Гюйгенс гораздо больше интересовался волнами как распространением колебаний в прозрачной среде, чем механизмом самих колебаний, который не был ему ясен.

Рассказы об ученых по физике. 2014

(14. IV .1629 - 8. VII .1695) - голландский физик, механик, математик и астроном. Р. в Гааге. Учился в ун-тах Лейдена (1645-47) и Бреда (1647-49). В 1665 - 81 жил в Париже, был избран чле­ном Парижской АН, с 1681 - снова в Гааге. Физические исследования в области механики, оптики, молекулярной физики. Сконструировал первые маятниковые часы со спусковым механизмом (1656), разработал их теорию (1673) и ряд проблем, связанных с ними. В частности, решил задачу об определении центра колебания физического маятника и его периода колебаний, установил законы, определяющие центростремительную силу. Исследовал также столкновение упругих тел и вывел его законы (1669), установил законы сохранения количества движения и «живых» сил.

В 1678 в мемуарах, представленных в Парижскую АН, разработал волновую теорию света (опубликована в «Трактате о свете» в 1690). Объясняя механизм распространения света, выдвинул известный принцип, названный его именем (принцип Гюйгенса). Исходя из своей теории света, объяснил ряд оптических явлений. Изучал также двойное лучепреломление и установил некоторые его закономерности, с большой точностью измерил геометрические характеристики исландского шпата, в котором наблюдалось это явление, и обнаружил его в кристаллах кварца. Ввел понятие «ось кристалла». Открыл в 1678 поляризацию света.

Литература:

1. И.Н. Веселовский. Христиан Гюйгенс . Учпедгиз, 1959. (Серия "Классики науки")
2. Арнольд В. И. Гюйгенс и Барроу, Ньютон и Гук - первые шаги математического анализа и теории катастроф, от эвольвент до квазикристаллов / Серия «Современная математика для студентов» - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит.- 1989

Знаменитый голландский, физик, астроном и математик, создатель волновой теории. С 1663 года стал первым голландским членом Лондонского королевского общества. Учился Гюйгенс в Лейденском университете(1645-1647 гг.) и Бредском колледже(1647-1649 гг.), в которых изучал математические и юридические науки.

Свою научную карьеру Христиан Гюйгенс начал с 22 лет. Жил в Париже с 1665 г. по 1681 г., с 1681 г. по 1695 г. - в Гааге. В его честь названы: кратеры Луны и Марса, гора на Луне, астероид, космический зонд, лаборатория Лейденского университета. Христиан уроженец , родился 14 апреля 1629 г. в семье знаменитого, зажиточного и успешного тайного советника принцев Оранских, Константина Гюйгенса (Хейгенса). Его отец был небезызвестным литератором, получил замечательное научное образование.

Математику и право молодой Гюйгенс изучал в университете Лейдена, после окончания, которого решил полностью посвятить свой труд науке. В 1651 г. были опубликованы «Рассуждения о квадратуре гиперболы, эллипса и круга». В 1654 г. - работа «Об определении величины окружности», которая стала его величайшим вкладом в развитие математической теории.

Первая слава пришла к молодому Христиану после открытия колец Сатурна и спутника этой планеты, Титана. По историческим данным их видел и великий Галилей. Легранж упоминал, что Гюйгенс смог развить важнейшие открытия Галилея. Уже в 1657 г. Гюйгенс получает голландский патент на создание механизма маятниковых часов.

Над этим механизмом в последние годы жизни трудился Галилей, но не смог закончить работу из-за слепоты. Изобретенный Гюйгенсом механизм позволил создать недорогие маятниковые часы, которые были всемирно популярны и распространены. Вышедший в 1657 г. трактат «О расчетах при игре в кости» стал одним из первых трудов в области теории вероятности.

Вместе с Р. Гуком установил две постоянные точки термометра. В 1659 г. Гюйгенс выпускает классическую работу «Система Сатурна». В ней он описал свои наблюдения колец Сатурна, Титана, а, также, описал туманность Ориона и полосы на Марсе и Юпитере.

В 1665 году Христиану Гюйгенсу предложили стать председателем Французской АН. Он переехал в Париж, в котором прожил, почти не никуда не выезжая до 1681г.. Гюйгенс занимался разработкой «планетной машины» в 1680 г., которая стала прообразом современного планетария. Для этой работы им была создана теория цепных дробей.

Вернувшись в Голландию в 1681 г., из-за отмены Нантского эдикта, Христиан Гюйгенс занялся оптическими изобретениями. С 1681 по 1687 гг. физик занимался шлифовкой и полировкой больших объективов с фокусными расстояниями 37-63 метров. В этот же период Гюйгенсом был сконструирован знаменитый его именем окуляр. Этот окуляр применяется до сих пор.

Знаменитый трактат Христиана Гюйгенса, «Трактат о свете», знаменит до сих пор своей пятой главой. В ней излагается явление двойного лучепреломления в кристаллах. На основе этой главы излагается до сих пор и классическая теория преломления в одноосных кристаллах.

При работе над «Трактатом о свете» Гюйгенс очень близко приблизился к открытию закона всемирного тяготения. Свои рассуждения он изложил в приложении «О причинах тяжести». Последний трактат Христиана Гюйгенса, «Космотеорис», был опубликован уже посмертно, в 1698 г. Этот же тракт, о множественности миров и их обитаемости, по приказу Петра I, был переведен на русский язык в 1717г..

Христиан Гюйгенс всегда был слаб здоровьем. Тяжелая болезнь, с частыми осложнениями и мучительными рецидивами отяготила и его последние годы жизни. Он страдал и из-за чувства одиночества и меланхолии. Скончался Христиан Гюйгенс в мучительных страданиях 8 июля 1695 года.

Многие работы Гюйгенса сейчас представляют исключительно историческую ценность. Его теория вращающихся тел и огромный вклад в теорию света имеют научное значение и поныне. Эти теории стали наиболее блестящими и необычными вкладами и в науку современности.

План:

Введение

• 1 Биография
• 2 Научная деятельность
  • 2.1 Математика и механика
  • 2.2 Астрономия
  • 2.3 Оптика и теория волн
  • 2.4 Другие достижения
• 3 Основные труды
• 4 Примечания
Литература
• 5.1 Сочинения Гюйгенса в русском переводе
• 5.2 Литература о нём

Введение

Портрет работы Каспара Нечера (1671), масло, музей Boerhaave, Лейден

Христиа́н Гю́йгенс (listen (инф.) ) ван Зёйлихем (нидерл. Christiaan Huygens , МФА: [ˈkrɪstijaːn ˈɦœyɣə(n)s] , 14 апреля 1629, Гаага - 8 июля 1695, там же) - нидерландский механик, физик, математик, астроном и изобретатель.

1. Биография

Гюйгенс родился в Гааге. Отец его Константин Гюйгенс (Хёйгенс), тайный советник принцев Оранских, был замечательным литератором, получившим также хорошее научное образование.

Молодой Гюйгенс изучал право и математику в Лейденском университете, затем решил посвятить себя науке.

Вместе с братом он усовершенствовал телескоп, доведя его до 92-кратного увеличения, и занялся изучением неба. Первая известность пришла к Гюйгенсу, когда он открыл кольца Сатурна (Галилей их тоже видел, но не смог понять, что это такое) и спутник этой планеты, Титан.

В 1657 году Гюйгенс получил голландский патент на конструкцию маятниковых часов. В последние годы жизни этот механизм пытался создать Галилей, но ему помешала прогрессирующая слепота. Часы Гюйгенса реально работали и обеспечивали превосходную для того времени точность хода. Центральным элементом конструкции был придуманный Гюйгенсом якорь, который периодически подталкивал маятник и поддерживал незатухающие колебания. Сконструированные Гюйгенсом точные и недорогие часы с маятником быстро получили широчайшее распространение по всему миру.

В 1665 году по приглашению Кольбера поселился в Париже и был принят в число членов Академии наук. В 1666 году по предложению того же Кольбера становится её первым президентом. Гюйгенс руководил Академией 15 лет.

В 1673 году под названием «Маятниковые часы» выходит исключительно содержательный труд по кинематике ускоренного движения. Эта книга была настольной у Ньютона, который завершил начатое Галилеем и продолженное Гюйгенсом построение фундамента механики.

1681 год: в связи с намеченной отменой Нантского эдикта Гюйгенс, не желая переходить в католицизм, вернулся в Голландию, где продолжил свои научные исследования.

В честь Гюйгенса названы:

• кратер на Луне;
• гора Mons Huygens на Луне;
• кратер на Марсе;
• астероид 2801 Huygens ;
• европейский космический зонд, достигший Титана;
• Huygens Laboratory: лаборатория в Лейденском университете, Нидерланды.

2. Научная деятельность

Лагранж писал, что Гюйгенсу «было суждено усовершенствовать и развить важнейшие открытия Галилея» .

2.1. Математика и механика

Христиан Гюйгенс
Гравюра с картины Каспара Нечера работы Г. Эделинка, 1684-1687 гг.

Научную деятельность Христиан Гюйгенс начал в 1651 году сочинением о квадратуре гиперболы, эллипса и круга. В 1654 году он открыл теорию эволют и эвольвент.

В 1657 году Гюйгенс издал описание устройства изобретённых им часов с маятником. В то время учёные не располагали таким необходимым для экспериментов прибором, как точные часы. Галилей, например, при изучении законов падения считал удары собственного пульса. Часы с колесами, приводимыми в движение гирями, были в употреблении с давнего времени, но точность их была неудовлетворительна. Маятник же со времен Галилея употребляли отдельно для точного измерения небольших промежутков времени, причём приходилось вести счёт числу качаний. Часы Гюйгенса обладали хорошей точностью, и учёный далее неоднократно, на протяжении почти 40 лет, обращался к своему изобретению, совершенствуя его и изучая свойства маятника. Гюйгенс намеревался применить маятниковые часы для решения задачи определения долготы на море, но существенного продвижения не добился. Надёжный и точный морской хронометр появился только в 1735 году (в Великобритании).

В 1673 году Гюйгенс опубликовал классический труд по механике «Маятниковые часы» («Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica »). Скромное название не должно вводить в заблуждение. Кроме теории часов, сочинение содержало множество первоклассных открытий в области анализа и теоретической механики. Гюйгенс также проводит там квадратуру ряда поверхностей вращения. Это и другие его сочинения имели огромное влияние на молодого Ньютона.

В первой части труда Гюйгенс описывает усовершенствованный, циклоидальный маятник, который обладает постоянным временем качания независимо от амплитуды. Для объяснения этого свойства автор посвящает вторую часть книги выводу общих законов движения тел в поле тяжести - свободных, движущихся по наклонной плоскости, скатывающихся по циклоиде. Надо сказать, что это усовершенствование не нашло практического применения, поскольку при малых колебаниях повышение точности от циклоидального привеса незначительно. Однако сама методика исследования вошла в золотой фонд науки.

Гюйгенс выводит законы равноускоренного движения свободно падающих тел, основываясь на предположении, что действие, сообщаемое телу постоянной силой, не зависит от величины и направления начальной скорости. Выводя зависимость между высотой падения и квадратом времени, Гюйгенс делает замечание, что высоты падений относятся как квадраты приобретенных скоростей. Далее, рассматривая свободное движение тела, брошенного вверх, он находит, что тело поднимается на наибольшую высоту, потеряв всю сообщенную ему скорость, и приобретает её снова при возвращении обратно.

Галилей допускал без доказательства, что при падении по различно наклонным прямым с одинаковой высоты тела приобретают равные скорости. Гюйгенс доказывает это следующим образом. Две прямые разного наклонения и равной высоты приставляются нижними концами одна к другой. Если тело, спущенное с верхнего конца одной из них, приобретает большую скорость, чем пущенное с верхнего конца другой, то можно пустить его по первой из такой точки ниже верхнего конца, чтобы приобретенная внизу скорость была достаточна для подъёма тела до верхнего конца второй прямой; но тогда бы вышло, что тело поднялось на высоту, большую той, с которой упало, а этого быть не может.

От движения тела по наклонной прямой Гюйгенс переходит к движению по ломаной линии и далее к движению по какой-либо кривой, причём доказывает, что скорость, приобретаемая при падении с какой-либо высоты по кривой, равна скорости, приобретаемой при свободном падении с той же высоты по вертикальной линии, и что такая же скорость необходима для подъёма того же тела на ту же высоту как по вертикальной прямой, так и по кривой. Затем, переходя к циклоиде и рассмотрев некоторые геометрические свойства её, автор доказывает таутохронность движений тяжелой точки по циклоиде.

В третьей части сочинения излагается теория эволют и эвольвент, открытая автором ещё в 1654 г.; здесь он находит вид и положение эволюты циклоиды.

В четвёртой части излагается теория физического маятника; здесь Гюйгенс решает ту задачу, которая не давалась стольким современным ему геометрам, - задачу об определении центра качаний. Он основывается на следующем предложении:

Если сложный маятник, выйдя из покоя, совершил некоторую часть своего качания, большую полуразмаха, и если связь между всеми его частицами будет уничтожена, то каждая из этих частиц поднимется на такую высоту, что общий центр тяжести их при этом будет на той высоте, на которой он был при выходе маятника из покоя.

Это предложение, не доказанное у Гюйгенса, является у него в качестве основного начала, между тем как теперь оно представляет простое следствие закона сохранения энергии.

Теория физического маятника дана Гюйгенсом вполне в общем виде и в применении к телам разного рода. Гюйгенс исправил ошибку Галилея и показал, что провозглашённая последним изохронность колебаний маятника имеет место лишь приближённо. Он отметил также ещё две ошибки Галилея в кинематике: равномерное движение по окружности связано с ускорением (Галилей это отрицал), а центробежная сила пропорциональна не скорости, а квадрату скорости.

В последней, пятой части своего сочинения Гюйгенс дает тринадцать теорем о центробежной силе. Эта глава даёт впервые точное количественное выражение для центробежной силы, которое впоследствии сыграло важную роль для исследования движения планет и открытия закона всемирного тяготения. Гюйгенс приводит в ней (словесно) несколько фундаментальных формул:

В 1657 году Гюйгенс написал приложение «О расчётах в азартной игре » к книге его учителя ван Схоотена «Математические этюды». Это было содержательное изложение начал зарождающейся тогда теории вероятностей. Гюйгенс, наряду с Ферма и Паскалем, заложил её основы. По этой книге знакомился с теорией вероятностей Якоб Бернулли, который и завершил создание основ теории.

Титульная страница популярного астрономического и философского трактата Гюйгенса «Cosmotheoros»

2.2. Астрономия

Гюйгенс самостоятельно усовершенствовал телескоп; в 1655 году он открыл спутник Сатурна Титан и описал кольца Сатурна. В 1659-м он описал всю систему Сатурна в изданном им сочинении.

В 1672 году он обнаружил ледяную шапку на Южном полюсе Марса.

Он открыл также туманность Ориона и другие туманности, наблюдал двойные звёзды, оценил (довольно точно) период вращения Марса вокруг оси.

Последняя книга «ΚΟΣΜΟΘΕΩΡΟΣ sive de terris coelestibus earumque ornatu conjecturae» (на латинском языке; опубликована в Гааге в 1698) - философско-астрономическое размышление о Вселенной. Полагал, что другие планеты также населены людьми. Книга Гюйгенса получила широчайшее распространение в Европе, где была переведена на английский (в 1698 году), голландский (1699), французский (1702), немецкий (1703) и шведский (1774) языки. На русский язык по указу Петра I была переведена Яковом Брюсом в 1717 году под названием «Книга мирозрения». Считается первой в России книгой, где излагается гелиоцентрическая система Коперника.

2.3. Оптика и теория волн

• Гюйгенс участвовал в современных ему спорах о природе света. В 1678 году он выпустил «Трактат о свете» - набросок волновой теории света. Другое замечательное сочинение он издал в 1690 году; там он изложил качественную теорию отражения, преломления и двойного лучепреломления в исландском шпате в том самом виде, как она излагается теперь в учебниках физики. Сформулировал т. н. принцип Гюйгенса, позволяющий исследовать движение волнового фронта, впоследствии развитый Френелем и сыгравший важную роль в волновой теории света, и теории дифракции.

• Ему принадлежит оригинальное усовершенствование телескопа, использованного им в астрономических наблюдениях и упомянутого в параграфе об астрономии. Также он является изобретателем диаскопического проектора - т. н. «волшебного фонаря».
• Изобрел окуляр Гюйгенса, состоящий из двух плосковыпуклых линз.

2.4. Другие достижения

Карманные механические часы

• Открытие теоретическим путем сплюснутости Земли у полюсов, а также объяснение влияния центробежной силы на направление силы тяжести и на длину секундного маятника на разных широтах.
• Решение вопроса о соударении упругих тел, одновременно с Валлисом и Реном.
• Одно из решений вопроса о виде тяжелой однородной цепи, находящейся в равновесии: (цепная линия).
• Изобретение часовой спирали, заменяющей маятник, крайне важное для навигации; первые часы со спиралью были сконструированы в Париже часовым мастером Тюре в 1674 году.
• В 1675 году запатентовал карманные часы.
• Первый призвал выбрать всемирную натуральную меру длины, в качестве которой предложил 1/3 длины маятника с периодом колебаний 1 секунда (это примерно 8 см).

3. Основные труды

• Horologium oscillatorium, 1673 (Маятниковые часы, на латинском).
• Kosmotheeoros. (английский перевод издания 1698 года) - астрономические открытия Гюйгенса, гипотезы об иных планетах.
• Treatise on Light (Трактат о свете, английский перевод).

4. Примечания

1. Согласно нидерландско-русской практической транскрипции, эти имя и фамилию по-русски правильнее воспроизводить как Кристиан Хёйгенс .
2. Гиндикин С. Г. Рассказы о физиках и математиках - www.mccme.ru/free-books/gindikin/index.html. - издание третье, расширенное. - М .: МЦНМО, 2001. - С. 110. - ISBN 5-900916-83-9
3. Кузнецов Б. Г. Галилео Галилей. - М.: Наука, 1964, стр. 165, 174.
4. Всё о планете Марс - x-mars.narod.ru/investig.htm

Литература

5.1. Сочинения Гюйгенса в русском переводе

• Гюенс Х. Книга мирозрения и мнение о небесно-земных глобусах и их украшеяниях. Пер. Якова Брюса. Санкт-Петербург, 1717; 2-е изд., 1724 (в русском издании не указаны имя автора и имя переводчика)
• Архимед. Гюйгенс. Лежандр. Ламберт. О квадратуре круга. С приложением истории вопроса, составленной Ф. Рудио. Пер. С. Н. Бернштейна. Одесса, Mathesis, 1913. (Репринт: М.: УРСС, 2002)
• Гюйгенс Х. Трактат о свете, в котором объяснены причины того, что с ним происходит при отражении и преломлении, в частности при странном преломлении исландского кристалла. М.-Л.: ОНТИ, 1935.
• Гюйгенс Х. Три мемуара по механике. - publ.lib.ru/ARCHIVES/G/GYUYGENS_Hristian/Gyuygens_H._Tri_memuara_po_mehanike.(1951)..zip М.: Изд. АН СССР, 1951. Серия: Классики науки.
  • Маятниковые часы.
  • О движении тел под влиянием удара.
  • О центробежной силе.
  • ПРИЛОЖЕНИЯ:
    • К. К. Баумгарт. Христиан Гюйгенс. Краткий биографический очерк.
    • К. К. Баумгарт. Работы Христиана Гюйгенса по механике.
  • Именной указатель.

5.2. Литература о нём

• Веселовский И. Н. Гюйгенс. М.: Учпедгиз, 1959.
• История математики под редакцией А. П. Юшкевича в трёх томах, М.: Наука, Том 2. Математика XVII столетия. (1970) - ilib.mccme.ru/djvu/istoria/istmat2.htm
• Гиндикин С. Г. Рассказы о физиках и математиках. - www.mccme.ru/free-books/gindikin/index.html M: МЦНМО, 2001.
• Костабель П. Изобретение Христианом Гюйгенсом циклоидального маятника и ремесло математика. Историко-математические исследования , вып. 21, 1976, с. 143-149.
• Мах Э. Механика. Историко-критический очерк её развития. Ижевск: РХД, 2000.
• Франкфурт У. И., Френк А. М. Христиан Гюйгенс. М.: Наука, 1962.
• Шаль, Мишель. Исторический обзор происхождения и развития геометрических методов - ru.wikisource.org/wiki/Исторический_обзор_происхождения_и_развития_геометрических_методов/Гюйгенс. Т. 1, n. 11-14. М., 1883.
• Джон Дж. О’Коннор и Эдмунд Ф. Робертсон . Гюйгенс, Христиан - www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Huygens.html (англ.) в архиве MacTutor.
• Работы Christiaan Huygens - www.gutenberg.org/author/Christiaan Huygens в проекте «Гутенберг»

Гюйгенс Христиан (14.4. 1629-8.7.1695) Гюйгенс родился в Гааге в 1628г. По окончанию Университета в 1651г. он опубликовал работу об определении длин дуг окружностей, эллипса, гиперболы, а в 1654г. - "Об определении величины окружности". Гюйгенс значительно усовершенствовал астрономическую оптику, изобрел двухлинзовый окуляр, носящий его имя. Он построил 24-футовый телескоп. Пользуясь им, в 1655-1659гг. он установил, что кольцо Сатурна "тонкое и плоское, нигде не соприкасается с планетой и наклонено к эклиптике". Гюйгенс сам не верил своим глазам - ведь ни чего подобного астрономы еще не знали. Он открыл спутник Сатурна Титан, полярные шапки Марса и полосы на Юпитере .

В 1657г. он изобрел маятниковые часы с механизмом спуска гири, благодаря которому колебания маятника не затухали. Такие часы были необходимы для регистрации точных моментов астрономических наблюдений. Он усовершенствовал балансир для карманных часов. В 1665г. при основании Парижской академии наук Гюйгенс был приглашен в Париж в качестве ее председателя. В Париже он прожил 16 лет. В 1680г. он работает над "планетной машиной", для конструкции которой разрабатывает теорию непрерывных дробей. По возвращению на родину Гюйгенс продолжает исследования по оптике, которые завершаются "Трактатом о свете" (1690г.). В нем впервые в отчетливой форме излагаются и применяются к исследованию оптических явлений волновая теория света. В трактате "Космотеорос" Гюйгенс изложил теорию о множественности миров и их обитаемости. Он умер в 1695г.

Труды Гюйгенса по механике, физике и астрономии создали ему широкую известность в научных кругах той эпохи. Математические работы Гюйгенса посвящены развитию анализа бесконечно малых и его применению в геометрии, механике, физике, теории вероятностей и в других математических дисциплинах. В 22 г. Гюйгенс опубликовал работу об определении длин окружности, дуг эллипса и гиперболы. Гюйгенс получил важные результаты, которые теперь относятся к исчислению бесконечно малых, определил касательные, максимум и минимум некоторых функций, исследовал трактрису, логарифмическую спираль, цепную линию (ввел этот термин) и другие плоские кривые, занимался спрямлением кривых, вычислением площади поверхности вращения, моментов инерции. Трактат Гюйгенса "О расчетах при игре в кости или о расчетах при азартной игре" (1657г.) был первым исследованием по теории вероятностей и составил первую часть "Искусства предположений" (1713г.) Якоба I Бернулли.

В механике Гюйгенсу принадлежат изобретение маятниковых часов (1657г.) и разработка их теории (1673г.). Решил задачу о нахождении центра качания физического маятника, высказал ряд важных положений о центробежной силе. Совместно с Р. Гуком установил постоянные точки термометра - точку таяния льда и точку кипения воды. В астрономии с помощью сконструированного им объектива открыл спутник Сатурна - Титан (1665г.) и установил, что у Сатурна есть кольца. В 1680г. в Париже разрабатывал планетную машину (прообраз планетария), при этом создал достаточно полную теорию цепных, или непрерывных, дробей и пользовался подходящими дробями как наилучшими приближенными значениями заданных иррациональных отношений периодов обращения небесных тел. В оптике Гюйгенс тоже сделал ряд выдающихся открытий. Сконструировал окуляр, названный его именем и применяемый до сих пор. В "Трактате о свете" (1690г.) изложил и применил к объяснению оптических явлений волновую теорию света. В приложении к этому трактату - сочинении "О причинах тяжести" Гюйгенс близко подошел к открытию закона всемирного тяготения. Развил теорию фигуры Земли; сохранилось название "модель Гюйгенса ".