Християн Гюйгенс

Християн Гюйгенс
нід. Christiaan Huygens
Народився	14 квітня 1629(1629-04-14)[…] Гаага, Республіка Об’єднаних провінцій Нідерландів
Помер	8 липня 1695(1695-07-08)[…] (66 років) Гаага, Республіка Об’єднаних провінцій Нідерландів
Поховання	Grote of Sint-Jacobskerkd
Країна	Республіка Об’єднаних провінцій Нідерландів
Діяльність	астроном, математик, фізик, музикознавець, винахідник, теоретик музики, фізик-теоретик, ентомолог, виробник інструментів
Галузь	оптика
Відомий завдяки	хвильова теорія світла
Alma mater	Лейденський університет (1647), Університет Анже (1655) і Orange College of Bredad (1649)
Науковий керівник	Франс ван Схаутен і Jan Jansz de Jonge Stampioend
Відомі учні	Дені Папен і Ґотфрід Вільгельм Лейбніц
Знання мов	латина і нідерландська
Заклад	Французька академія наук
Членство	Лондонське королівське товариство і Французька академія наук
Magnum opus	Horologium Oscillatoriumd, De Saturni Luna Observatio Novad, Systema Saturniumd, Treatise on Lightd, De Circuli Magnitudine Inventad і Q124414243?
Конфесія	Нідерландська реформатська церква
Батько	Константин Гюйгенс
Мати	Suzanna van Baerled
Родичі	Christiaan Huygensd
Брати, сестри	Lodewijck Huygensd, Constantijn Huygens Jr.d, Philips Huygensd і Susanna Huygensd
Нагороди	член Лондонського королівського товариства
Висловлювання у Вікіцитатах  Медіафайли у Вікісховищі

Христия́н Гю́йгенс або Христия́н Гю́йґенс, також Хрістіан Гюйгенс (нід. Christiaan Huygens МФА: [ˈkrɪstijaːn ˈɦœy̯ɣə(n)s]; 14 квітня 1629, Гаага, Нідерланди — 8 липня 1695, Гаага, Нідерланди) — нідерландський фізик, механік, математик і астроном, винахідник маятникового годинника з анкерним обмежувачем, автор хвильової теорії світла та праць з оптики і теорії імовірностей, відкривач кілець Сатурна і його супутника.

Життєпис

Гюйгенс народився в Гаазі. Його батько Константин Гюйгенс (Хейгенс) був таємним радником принців Оранських, літератором, який мав хорошу освіту.

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

У 1651 році опублікував «Розмірковування про квадратуру гіперболи, еліпса і круга».

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

1657 року Гюйгенс отримав голландський патент на конструкцію маятникового годинника. В останні роки життя цей механізм намагався створити Галілей, але йому завадила прогресуюча сліпота. Годинник Гюйгенса реально працював і забезпечував чудову на той час точність ходу. Центральним елементом конструкції був придуманий Гюйгенсом анкер, який періодично підштовхував маятник і підтримував незатухаючі коливання. Сконструйований Гюйгенсом точний і недорогий годинник з маятником швидко отримав неабияке поширення у світі.

У 1665 році на запрошення Жана-Батиста Кольбера оселився у Парижі та був прийнятий до членів Французької Академії наук. У 1666 році на пропозицію Кольбера став її першим президентом. Гюйгенс керував Академією 15 років.

У 1673 році під назвою «Маятниковий годинник» виходить надзвичайно змістовна праця з кінематики прискореного руху. Ця книга була настільною у Ньютона, який завершив розпочату Галілеєм і продовжену Гюйгенсом побудову основ механіки.

У 1681 році у зв'язку з наміченим скасуванням Нантського едикту Гюйгенс, не бажаючи переходити в католицтво, повернувся в Голландію, де продовжив свої наукові дослідження.

Ім'я Гюйгенса вшановане в астрономічних та інших назвах:

• кратер на Місяці;
• гора Гюйгенс на Місяці;
• кратер на Марсі;
• астероїд 2801 Huygens;
• європейський космічний зонд, який досліджував Титан;
• Huygens Laboratory: лабораторія в Лейденському університеті, Нідерланди.

Наукова діяльність

Жозеф-Луї Лагранж писав, що Гюйгенсу «судилося вдосконалити й розвинути найважливіші відкриття Галілея».

Математика і механіка

Християн Гюйгенс
Гравюра з картини Каспара Нетшера роботи Р. Еделінка, 1684–1687 рр.

Наукову діяльність Християн Гюйгенс почав у 1651 р. твором про квадратуру гіперболи, еліпса і круга. У 1654 р. він розробив теорію еволют і евольвент.

1657 року Гюйгенс опублікував опис будови винайденого ним годинника із маятником. Тоді вчені не мали такого необхідного для експериментів приладу, як точний годинник. Галілео Галілей, наприклад, для вивчення законів падіння вимірював час за ударами власного пульсу. Годинники із колесами, які приводилися в рух гирями, були у вжитку здавна, але мали незадовільну точність. А от маятник із часів Галілея вживали окремо для точного вимірювання невеликих проміжків часу, коли доводилося підраховувати кількість гойдань. Годинник Гюйгенса мав хорошу точність, і вчений далі неодноразово, протягом 40 років, звертався до свого винаходу, удосконалюючи його й вивчаючи його властивості. Гюйгенс мав намір застосувати маятниковий годинник для вирішення завдання визначення довготи на морі, але істотного прогресу не здобув. Надійний і точний морський хронометр з'явився 1735 року (у Великій Британії).

1673 року 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. Окрім теорії годинника, твір містив безліч першокласних досягнень у галузі аналізу та теоретичної механіки. Гюйгенс також наводить там квадратуру низки поверхонь обертання. Цей та інші його твори мали величезний вплив на молодого Ісаака Ньютона.

У першій частині праці Гюйгенс описав вдосконалений, циклоїдальний маятник, який мав постійний період коливань незалежно від амплітуди. Поясненню цієї властивості він присвятив другу частину книги: виведення загальних законів руху тіл у полі тяжіння — вільних, на похилій площині, та таких, що котяться циклоїдою. Слід зазначити, що це вдосконалення не знайшло практичного застосування, оскільки при малих коливаннях підвищення точності від циклоїдального руху незначне. Проте методика дослідження увійшла до золотого фонду науки.

Гюйгенс вивів закони рівноприскореного руху тіл у вільному падінні, виходячи з припущення, що дія сталої сили на тіло, не залежить від величини й напряму початковій швидкості. Виводячи залежність між висотою падіння і квадратом часу, Гюйгенс зробив зауваження, що висоти падінь відносяться як квадрати набутих швидкостей. Далі, розглядаючи вільний рух тіла, підкинутого вгору, він дійшов до висновку, що тіло підіймається на найбільшу висоту, втративши всю надану йому швидкість, і отримує її знову при поверненні назад.

Галілей допускав без доказу, що під час сковзання вниз похилими площинами із різним нахилом, але однаковою висотою, тіла набувають рівних вертикальних швидкостей. Гюйгенс доводив це таким чином. Дві прямі різного нахилу й рівної висоти приставляються нижніми кінцями одна до іншої. Якщо тіло, спущене з верхнього кінця однієї з них, набуває більшої швидкості, ніж спущене з верхнього кінця іншої, то можна пустити його по першій з такої точки нижче за верхній кінець, щоб набута 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 воно впало, а цього бути не може.

Від руху тіла похилою прямою Гюйгенс перейшов до руху ламаною лінією і далі до руху будь-якою кривою, і довів, що швидкість, яку тіло набуває при падінні з будь-якої висоти за кривою траекторією, дорівнює швидкості, яку тіло набуває при вільному вертикальному падінні з тієї ж висоти, і що така ж швидкість необхідна для підйому того ж тіла на ту ж висоту (як вертикально, так і кривою). Потім перейшов до циклоїди і розглянув деякі її геометричні властивості, Гюйгенс довів таутохронність руху матеріальної точки перевернутою циклоїдою (відпущене з будь-якої точки циклоїди пробне тіло досягає найнижчої точки за однаковий час).

У третій частині твору він виклав теорію еволют і евольвент, розроблену ще 1654 р.; подано вигляд і положення еволюти для циклоїди.

У четвертій частині викладено теорію фізичного маятника; Гюйгенс розв'язав задачу, яке давалася багатьом сучасним йому геометрам, — про визначення центру коливань. Він ґрунтувався на такому припущенні:

Якщо складений маятник вийшов зі стану спокою, здійснив певну частину свого коливання, більшу ніж половина розмаху, і зв'язок між його складовими частинами знищений, то кожна з цих частин підніметься на таку висоту, що їх спільний центр тяжіння буде на тій висоті, на якій він був при виведенні маятника із стану спокою.

Цю тезу Гюйгенс не довів, він сформулював лише основну ідею, тоді як тепер вона є простим наслідком закону збереження енергії.

Теорію фізичного маятника Гюйгенс подав у повному обсязі, в загальному вигляді й у застосуванні до різноманітних тіл. Гюйгенс виправив помилку Галілея й довів, що проголошена останнім ізохронність коливань маятника справедлива лише приблизно.

У останній, п'ятій, частині свого твору Гюйгенс подав тринадцять теорем про відцентрову силу. У цій частині вперше подано точний кількісний вираз для відцентрової сили, який згодом зіграв важливу роль у дослідженні руху планет і відкритті закону всесвітнього тяжіння. Також у ній Гюйгенс словесно подав декілька фундаментальних формул:

• для періоду коливань: $T=2\pi {\sqrt {\frac {l}{g}}}$;
• для доцентрового прискорення: $a={\frac {v^{2}}{r}}$.

1657 року Гюйгенс написав додаток «Про рахунки в азартній грі» до книжки свого вчителя ван Схаутена «Математичні етюди». Це був змістовний виклад початків теорії ймовірності, що зароджувалася в той час. Гюйгенс, разом із Ферма і Паскалем, заклав її основи. За цією книжкою ознайомився з теорією ймовірності Якоб Бернуллі, який і завершив формулювання основних принципів теорії.

Астрономія

Титульна сторінка астрономічного й філософського трактату Гюйгенса «Cosmotheoros»

Гюйгенс самостійно удосконалив телескоп, зробив багато вдосконалень техніки виготовлення та випробування лінз і практики астрономічних спостережень. Користуючись хорошим телескопом, відкрив полярні шапки Марса, смуги на Юпітері, в 1655 році він відкрив супутник Сатурна Титан і описав кільця Сатурна. У 1659 році він описав усю систему Сатурна.

Гюйгенс відкрив також туманність Оріона та інші туманності, спостерігав подвійні зорі, досить вдало оцінив період обертання Марса навколо своєї осі.

У 1681—1687 роках виготовив об'єктиви з дуже великими фокусними відстанями (37, 52, 64 м). Ці об'єктиви кріпилися на високих стовпах, обладнаних спеціальними кронштейнами, і завдяки низці пристосувань за допомогою шнура встановлювалися в необхідне положення. Труба телескопа була відсутня, спостерігач, що перебував унизу, «ловив» зображення й розглядав його в окуляр. Гюйгенс винайшов окуляр (що носить його ім'я), який складається з двох пласко-випуклих лінз, обернених опуклістю до об'єктиву. У книзі «Трактат про світло» (1690) підбив підсумок своїх робіт з оптики й розвинув хвильову теорію світла, зокрема висунув принцип, що носить його ім'я. В останньому з написаних ним трактатів «Космотеорос» (1698) захищав ідею про множинність населених світів.

Оптика і теорія хвиль

Гюйгенс брав участь у сучасних йому диспутах про природу світла. У 1678 році він випустив «Трактат про світло» — нарис хвильової теорії світла. Інший твір він видав у 1690 році. Там він виклав якісну теорію відбиття, заломлення й подвійного променезаломлення в ісландському шпаті у тому вигляді, як викладається нині в підручниках фізики. Він також сформулював так званий принцип Гюйгенса, що дозволяє досліджувати рух хвильового фронту. Розвинутий далі Френелем цей принцип зіграв значну роль у хвильовій теорії світла й теорії дифракції.

Гюйгенсу належить оригінальне вдосконалення телескопа, застосованого ним в астрономічних спостереженнях і згаданого в параграфі про астрономію. Він також є винахідником діаскопічного проєктора — так званого «чарівного ліхтаря».

Інші досягнення

Кишеньковий механічний годинник

• Відкриття теоретичним шляхом сплюснутості Землі біля полюсів, і також пояснення впливу відцентрової сили на напрям сили тяжіння й довжину секундного маятника на різних широтах.
• Рішення питання про зіткнення пружних тіл, одночасно з Валлісом і Реном.
• Один із розв'язків задачі про рівноважну форму важкого однорідного ланцюга (ланцюгова лінія).
• Винахід годинникової спіралі, що замінює маятник, вкрай важливий для навігації; перший годинник зі спіраллю був сконструйований у Парижі годинниковим майстром Тюре в 1674.
• У 1675 р. запатентував кишеньковий механічний годинник.
• Першим закликав обрати всесвітню природну міру довжини, для якої запропонував третину довжини маятника з періодом коливань 1 секунда (приблизно 8 см).

Основні праці

Роботи Гюйгенса зібрані в 22-томному Повному зібранні творів, виданому в 1888—1950.

• Horologium oscillatorium, 1673 (Маятниковий годинник, латинською).
• Kosmotheeoros [Архівовано 20 лютого 2007 у Wayback Machine.]. (англійський переклад видання 1698) — астрономічні відкриття Гюйгенса, гіпотези стосовно інших планетах.
• Treatise on Light [Архівовано 24 вересня 2009 у Wayback Machine.] (Трактат про світло, англійський переклад).

Див. також

• Принцип Гюйгенса
• 2801 Гюйгенс

Джерела

• Боголюбов А. Н. Гюйгенс Христиан // Математики. Механики. Биографический справочник. — К. : Наукова думка, 1983. — 639 с.
• Храмов Ю. А. Гюйгенс Христиан // Физики: Биографический справочник. — Изд. 2-е, испр. и доп. — М., 1983. — 400 с.

Посилання

• Гейгенс Хрістіан // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.
• Гюйгенс [Архівовано 16 січня 2017 у Wayback Machine.] // Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
• Джон Дж. О'Коннор та Едмунд Ф. Робертсон. Християн Гюйгенс в архіві MacTutor (англ.)
• Твори Christiaan Huygens у проєкті «Гутенберг»
• Твори та інформація про Християн Гюйгенс у Інтернет-архіві