Гюйгенс Христиан

Файл:Christiaan Huygens-painting.jpeg\textbarмини\textbarХристианГюйгенс\textbarПортрет работы Каспара Нечера (1671), масло, музейBoerhaave, Лейденнидерландско-русской практической транскрипции, эти имяи фамилию по-русски правильнее воспроизводить как КристианХёйгенс. ван Зёйлихем''' ( 14 апреля 1629, Гаага — 8 июля 1695, тамже) — нидерландский , , , и изобретатель.
 Один из основоположников теоретической механики и теории вероятностей.Внёс значительный вклад в оптику, молекулярную физику, астрономию,геометрию, часовое дело. Открыл кольца Сатурна и Титан (спутникСатурна). Первый иностранный член Лондонского королевского общества(1663), член Французской академии наук с момента её основания (1666) иеё первый президент (1666—1681).

Биография


 Гюйгенс родился в Гааге в 1629 году. Отец его Константин Гюйгенс(Хёйгенс), тайный советник принцев Оранских, был замечательнымлитератором, получившим также хорошее научное образование. Константинбыл другом Декарта, и декартовская философия (картезианство) оказалабольшое влияние не только на отца, но и на самого Христиана Гюйгенса.
 Молодой Гюйгенс изучал право и математику в Лейденском университете,затем решил посвятить себя науке. В 1651 году опубликовал «Рассуждения оквадратуре гиперболы, эллипса и круга». Вместе с братом онусовершенствовал телескоп, доведя его до 92-кратного увеличения, изанялся изучением неба. Первая известность пришла к Гюйгенсу, когда оноткрыл кольца Сатурна (Галилей их тоже видел, но не смог понять, что этотакое) и спутник этой планеты, Титан.
 В 1657 году Гюйгенс получил голландский патент на конструкциюмаятниковых часов. В последние годы жизни этот механизм пытался создатьГалилей, но ему помешала прогрессирующая слепота. Часы Гюйгенса реальноработали и обеспечивали превосходную для того времени точность хода.Центральным элементом конструкции был придуманный Гюйгенсом якорь,который периодически подталкивал маятник и поддерживал незатухающиеколебания. Сконструированные Гюйгенсом точные и недорогие часы смаятником быстро получили широчайшее распространение по всему миру. В1673 году под названием «Маятниковые часы» вышел чрезвычайносодержательный трактат Гюйгенса по кинематике ускоренного движения. Этакнига была настольной у Ньютона, который завершил начатое Галилеем ипродолженное Гюйгенсом построение фундамента механики.
 В 1661 году Гюйгенс совершил поездку в Англию. В 1665 году поприглашению Кольбера поселился в Париже, где в 1666 году была созданаПарижская Академия наук. По предложению того же Кольбера Гюйгенс стал еёпервым президентом и руководил Академией 15 лет. В 1681 году, в связи снамеченной отменой Нантского эдикта, Гюйгенс, не желая переходить вкатолицизм, вернулся в Голландию, где продолжил свои научныеисследования. В начале 1690-х годов здоровье учёного стало ухудшаться,он умер в 1695 году. Последним трудом Гюйгенса стал «Космотеорос», в нёмон аргументировал возможность жизни на других планетах.

Научнаядеятельность


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

Математика


 Файл:Christiaan Huygens.gif\textbarмини\textbarХристианГюйгенс\\Гравюра с картины Каспара Нечера работы Г. Эделинка,1684—1687 гг.квадратуре гиперболы, эллипса и круга. В 1654 году онразработал общую теорию эволют и эвольвент, исследовал циклоиду и цепнуюлинию, продвинул теорию непрерывных дробей.
 В 1657 году Гюйгенс написал приложение «О расчётах в азартнойигре» к книге его учителя ван Схоотена «Математические этюды». Это былопервое изложение начал зарождающейся тогда теории вероятностей. Гюйгенс,наряду с Ферма и Паскалем, заложил её основы, ввёл фундаментальноепонятие математического ожидания. По этой книге знакомился с теориейвероятностей Якоб Бернулли, который и завершил создание основ теории.

Механика


 В 1657 году Гюйгенс издал описание устройства изобретённых им часов смаятником. В то время учёные не располагали таким необходимым дляэкспериментов прибором, как точные часы. Галилей, например, при изучениизаконов падения считал удары собственного пульса. Часы с колесами,приводимыми в движение гирями, были в употреблении с давнего времени, ноточность их была неудовлетворительна. Маятник же со времен Галилеяупотребляли отдельно для точного измерения небольших промежутковвремени, причём приходилось вести счёт числу качаний. Часы Гюйгенсаобладали хорошей точностью, и учёный далее неоднократно, на протяжениипочти 40 лет, обращался к своему изобретению, совершенствуя его и изучаясвойства маятника. Гюйгенс намеревался применить маятниковые часы длярешения задачи определения долготы на море, но существенного продвиженияне добился. Надёжный и точный морской хронометр появился только в 1735году (в Великобритании).
 В 1673 году Гюйгенс опубликовал классический труд по механике«Маятниковые часы» («Horologium oscillatorium, sive de motupendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica»). Скромноеназвание не должно вводить в заблуждение. Кроме теории часов, сочинениесодержало множество первоклассных открытий в области анализа итеоретической механики. Гюйгенс также проводит там квадратуру рядаповерхностей вращения. Это и другие его сочинения имели огромное влияниена молодого Ньютона.
 В первой части труда Гюйгенс описывает усовершенствованный,циклоидальный маятник, который обладает постоянным временем качаниянезависимо от амплитуды. Для объяснения этого свойства автор посвящаетвторую 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 практическогоприменения, поскольку при малых колебаниях повышение точности отциклоидального привеса незначительно. Однако сама методика исследованиявошла в золотой фонд науки.
 Гюйгенс выводит законы равноускоренного движения свободно падающих тел,основываясь на предположении, что действие, сообщаемое телу постояннойсилой, не зависит от величины и направления начальной скорости. Выводязависимость между высотой падения и квадратом времени, Гюйгенс делаетзамечание, что высоты падений относятся как квадраты приобретенныхскоростей. Далее, рассматривая свободное движение тела, брошенноговверх, он находит, что тело поднимается на наибольшую высоту, потеряввсю сообщенную ему скорость, и приобретает её снова при возвращенииобратно.
 Галилей допускал без доказательства, что при падении по различнонаклонным прямым с одинаковой высоты тела приобретают равные скорости.Гюйгенс доказывает это следующим образом. Две прямые разного наклоненияи 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 изтакой точки ниже верхнего конца, чтобы приобретенная внизу скорость быладостаточна для подъёма тела до верхнего конца второй прямой; но тогда бывышло, что тело поднялось на высоту, большую той, с которой упало, аэтого быть не может. От движения тела по наклонной прямой Гюйгенспереходит к движению по ломаной линии и далее к движению по какой-либокривой, причём доказывает, что скорость, приобретаемая при падении скакой-либо высоты по кривой, равна скорости, приобретаемой при свободномпадении с той же высоты по вертикальной линии, и что такая же скоростьнеобходима для подъёма того же тела на ту же высоту как по вертикальнойпрямой, так и по кривой. Затем, переходя к циклоиде и рассмотревнекоторые геометрические свойства её, автор доказывает таутохронностьдвижений тяжелой точки по циклоиде.
 В третьей части сочинения излагается теория эволют и эвольвент, открытаяавтором ещё в 1654 году; здесь он находит вид и положение эволютыциклоиды. В четвёртой части излагается теория физического маятника;здесь Гюйгенс решает ту задачу, которая не давалась стольким современнымему геометрам, — задачу об определении центра качаний. Он основываетсяна следующем предложении:
 Если сложный маятник, выйдя из покоя, совершил некоторую часть своегокачания, большую полуразмаха, и если связь между всеми его частицамибудет уничтожена, то каждая из этих частиц поднимется на такую высоту,что общий центр тяжести их при этом будет на той высоте, на которой онбыл при выходе маятника из покоя. Это предложение, не доказанное уГюйгенса, является у него в качестве основного начала, между тем кактеперь оно представляет простое следствие закона сохранения энергии.
 Теория физического маятника дана Гюйгенсом вполне в общем виде и вприменении к телам разного рода. Гюйгенс исправил ошибку Галилея ипоказал, что провозглашённая последним изохронность колебаний маятникаимеет место лишь приближённо. Он отметил также ещё две ошибки Галилея вкинематике: 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 теоремо центробежной силе. Эта глава даёт впервые точное количественноевыражение для центробежной силы, которое впоследствии сыграло важнуюроль для исследования движения планет и открытия закона всемирноготяготения. Гюйгенс приводит в ней (словесно) несколько фундаментальныхформул:

  • для периода колебаний: T=2πlg;
  • для центростремительного ускорения: a=v2r.

Астрономия


 Гюйгенс самостоятельно усовершенствовал телескоп; в 1655 году он открылспутник Сатурна Титан и описал кольца Сатурна. В 1659-м он описал всюсистему Сатурна в изданном им сочинении.
 В 1672 году он обнаружил ледяную шапку на Южном полюсе Марса. Онподробно описал туманность Ориона и другие туманности, наблюдал двойныезвёзды, оценил (довольно точно) период вращения Марса вокруг оси.
 Последняя книга «ΚΟΣΜΟΘΕΩΡΟΣ sive de terris coelestibus earumque ornatuconjecturae» (на латинском языке; опубликована посмертно в Гааге в 1698году) — философско-астрономическое размышление о Вселенной. Полагал,что другие планеты также населены людьми. Книга Гюйгенса получилаширочайшее распространение в Европе, где была переведена на английский(1698), голландский (1699), французский (1702), немецкий (1703), русский(1717) и шведский (1774) языки. На русский язык по указу Петра I былапереведена Яковом Брюсом под названием «Книга мирозрения». Считаетсяпервой в России книгой, где излагается гелиоцентрическая системаКоперника.
 В этом труде Гюйгенс сделал первую (наряду с Джеймсом Грегори) попыткуопределить расстояние до звёзд. Если предположить, что все звёзды,включая Солнце, имеют близкую светимость, то, сравнивая их видимуюяркость, можно грубо оценить отношение расстояний до них (расстояние доСолнца было тогда уже известно с достаточной точностью). Для СириусаГюйгенс получил расстояние в 28000 астрономических единиц, что примернов 20 раз меньше истинного (опубликовано посмертно, в 1698 году).

Оптика и теорияволн


 Гюйгенс участвовал в современных ему спорах о природе света. В 1678 годуон выпустил «»  — набросок волновой теории света: ньютоновская сизложением вышла в 1704.
 Другое замечательное сочинение он издал в 1690 году; там он изложилкачественную теорию отражения, преломления и двойного лучепреломления висландском шпате в том самом виде, как она излагается теперь в учебникахфизики. Сформулировал «принцип Гюйгенса», позволяющий исследоватьдвижение волнового фронта, впоследствии развитый Френелем и сыгравшийважную роль в волновой теории света. Открыл поляризацию света (1678).
 Ему принадлежит оригинальное усовершенствование телескопа,использованного им в астрономических наблюдениях и упомянутого впараграфе об астрономии, он изобрел окуляр Гюйгенса, состоящий издвух плосковыпуклых линз (используется и в наши дни). Также он являетсяизобретателем диаскопического проектора — т. н. «волшебного фонаря».

Другиедостижения


 Гюйгенс обосновал (теоретически) сплюснутость Земли у полюсов, а такжеобъяснил влияния центробежной силы на направление силы тяжести и надлину секундного маятника на разных широтах. Он дал решение вопроса осоударении упругих тел, одновременно с Валлисом и Реном (опубликованопосмертно) и одно из решений вопроса о виде тяжелой однородной цепи,находящейся в равновесии (цепная линия).
 Ему принадлежит изобретение часовой спирали, заменяющей маятник, крайневажное для навигации; первые часы со спиралью были сконструированы вПариже часовым мастером Тюре в 1674 году. В 1675 году запатентовалкарманные часы.
 Гюйгенс первым призвал выбрать всемирную натуральную меру длины, вкачестве которой предложил 1/3 длины маятника с периодом колебаний 1секунда (это примерно 8 см).

Основныетруды



  • 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).

Переводы на русскийязык



  • Гюйгенс Х. Книга мирозрения и мнение о небесно-земных глобусах и их украшениях. 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. [http://publ.lib.ru/ARCHIVES/G/GYUYGENS_Hristian/Gyuygens_H._Tri_memuara_po_mehanike.(1951). Три мемуара по механике.] 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.

Память


 В честь Гюйгенса названы:

  • Пик Гюйгенса на Луне и расположенный рядом кратер Гюйгенс А;
  • Кратер на Марсе;
  • Астероид 2801 Huygens;
  • Европейский космический зонд, достигший Титана;
  • — лаборатория в Лейденском университете, Нидерланды