ISSN 0351-6652 Letnik 22 (1994/1995) Številka 6 Strani 358-363 Janez Strnad: CHRISTIAN HUYGENS, Ob tristoletnici smrti Ključne besede: novice, Christian Huygens (1629 - 1695), fizika, zgodovina fizike, biografije, Huygensovo načelo, merjenje časa. Elektronska verzija: http://www.presek.si/22/1238-Strnad-Christian.pdf © 1995 Društvo matematikov, fizikov in astronomov Slovenije © 2010 DMFA - založništvo nom CHRISTIAN HUYGENS Ob tristoletnici smrti Christian Huygens (slika 1} je bi! rojen leta 1629 v Haagu. Na začetku ga je poučeval oče, ki je bil visok vladni uradnik in si je pridobil obsežno znanje jezikoslovja, glasbe in matematike. Christian je na univerzi v Leidenu končal študij prava. Že v mladosti ga je pritegnila tudi matematika in prve uspehe je dosegel pri sedemnajstih letih. Pri dvaindvajsetih je objavil dognanja o ploščini stožnic, pri petindvajsetih tedaj najnatančnejši podatek za tt, pozneje se je ukvarja! tudi z verjetnostjo. V naravoslovje je Huygensa pripeljalo zanimanje za astronomijo. Z bratom je izdelal daljnogled po lastni zamisli. Tudi nekateri današnji daljnogledi imajo Huygen$ov okular, - " V Z nekaj manj kot osem metrov dol- ^ r Huygens ^ lg29 gim daljnogledom je odkril Saturnov do s.junija i&95) obroč in Saturnovo luno Titan1, Orionovo meglico in opazoval Marsovo površje. S privzetkom, da seva Sirij kot Sonce, je ocenil njegovo razdaljo na 0,42 svetlobnega leta. Sirij seva izdatneje kot Sonce, zato je razdaljo dvajsetkrat podceni!. Izdelal je mikrometer za merjenje kotov med zvezdami na nekaj kotnih sekund natančno. Pri astronomskih opazovanjih se je Huygens zavedal, kako pomembno je natančno meriti čas. Njegovo prizadevanje, da bi izdelal natančno uro, je pripeljalo do patenta leta 1656. Odkritje je objavil šele leta 1673 v knjigi z 1 Galileo Galilei s slabšim daljnogledom obroča še ni mogel videti, pozoren pa je postal na "trojno" sliko Saturna. Huygens je mislil, da v Osončju poteg šestih planetov Merkurja, Venere, Zemlje, Marsa, Jupitra in Saturna obstaja samo Sest lun: Luna, štiri Jupitrove lune, ki jih je odkril Galilei, in Titan. naslovom 0 uri na nihalo (slika 2). Ob tem je ugotovil, da je sicer nihajni čas nitnega nihala z dolžino I zares sorazmeren s \ft, kakor je misfil Galilei, a je pri večjih amplitudah odvisen od amplitude, kar je Galilei spregledal. Ob iskanju nihala, ki nima te pomanjkljivosti, je odkril rikioidno nihalo (slika 3). Njegov nihajni čas ni odvisen od amplitude Obravnaval je nihanje fizičnega nihala. togega telesa, vrtljivega okoli vodoravne osi. ki ne gre skozi težišče. Leta 1669 je Huygens predložil razpravo o trkih, v kateri je prvi v celoti pojasnil prožne in popolnoma neprožne trke. Razprava je izšla veliko pozneje (1703) Raziskal je enakomerno kroženje in določil pospešek. Ugotovil je tudi, da je Zemlja sploščena na polih. Slika 2, Načrt za uro na nihalo. Tedaj so začeli vodne ure nadomeščati z mehaničnimi urami, v katerih seje počasi spuščata ute!. Te ure so bile sicer manj natančne kot vodne, a so zahtevale manj skrbi in so imele dobro viden kazalec. Z nihalom je Huygens dal uri notranjo enoto, zaradi katere je ura tekla veliko bolj enakomerno. Preko zobatega kolesa in zasunka je nihalo krmiiilo utei, da seje pravi čas znižala in z delom krila izgube zaradi trenja in upora. I Leta 1678 je Huygens obdelal teorijo svetlobe, ki jo je objavil V Razpravi o svetlobi leta 1690. Knjigo je nameraval prevesti v latinščino, a tega zaradi pomanjkanja časa ni storil. Tako je vsaj utemeljil njen pozni izid. Huygens ni obravnaval sinusnega valovanja v današnjem smislu, ampak motnjo, ki potuje po snovi, sestavljeni, na primer, iz samih dotikajočih se kroglic Motnja se Slika 3, Cikloidno nihalo (levo) in cikloida (desno). Cikloida y = ^/(1 — cosíj t), x = = ^/(ui+sinwr) nastane, ko se krog z radijem ^/kotali po spodnji strani premice y = Lotno dolíino cikloide od najniije točke zaznamujemo z s. Nitno nihalo z dolíino 1, ki je obešeno v točki P, ntha z nihajnim časom 2tt \/ ¡ / g ne glede na amplitudo, če se utež giblje po tej cikioidi. s trki prenaša od kroglice do kroglice. Tako je postavil Huygensovo načelo: Vsaka točka valovnega čela je izvir elementarnih valov. Ovojnica elementarnih valov da novo valovno čelo. Raziskal je dvojni lom in je pri tem moral vpeljati dve različni hitrosti svetlobe, saj je motnjo razumel kot longitudinalno Določil je optične lastnosti islandskega dvolornca, to je ene izmed kristalnih oblik apnenca, in odkril polarizacijo svetlobe. Huygens si je s svojim delom v fiziki pridobil velik ugled. Leta 1660 je obiskal Anglijo. Tri leta pozneje so ga sprejeli med ustanovne člane Kraljeve družbe, angleške akademije znanosti. Na Colbertov predlog ga je Ludvik XIV leta 1666 postavil za predsednika francoske akademije znanosti V Parizu je ostal do leta 1681, ko so ukinili zakon, ki je protestantom dovoljeval bivanje v Franciji. Umrl je leta 1695 v Haagu. Huygens je ves svoj čas posvetil raziskovanju. Nanj sta vplivala Galilei in predvsem Rene Descartes. Pozneje je Descartesa kritiziral: "Gospod Descartes je znal doseči, da so njegova ugibanja in predstave veljale za resnične. Bralcem njegovih Principov [Principia philosophiae 1644] seje godilo kot bralcem romana, ki jim knjiga ugaja in imajo vtis, da gre za resnično zgodbo. Oblike majhnih delcev in lastnosti vrtincev sprejmejo v splošnem za pravilne. Tudi meni se je zdelo, da je vse v najlepšem redu, ko sem knjigo prvič bral. Tedaj sem bi star 14 ali 15 let Ko sem naletel na težave, sem mislil, da sem bil kriv sam, ker sem napačno razumel njegove zamisli." Descartes je izhajal iz treh splošnih trditev, ob katerih pomislimo na današnje ohranitvene zakone: 1. Vsaka stvar (gibanje, oblika ...) ostane nespremenjena, dokler je ne spremeni zunanji vzrok. 2. Gibanje se nadaljuje v ravni črti. 3. Pri trku se gibanje ohrani. Z njimi naj bi pojasnili vse pojave in dosegli enotnost fizike. Ves prostor naj bi izpolnjevala telesa iz etra, ki naj bi v obliki vrtincev poganjala planete okoli Sonca Drugo na drugo naj bi namreč delovala le telesa, ki se dotikajo. Huygens ni postavljal meglenih splošnih trditev, ampak je svoje izreke izvajal iz opazovanj in merjenj za določen primer. Huygens ni sprejel Newtonove zamisli o splošni gravitaciji, čeprav se je leta 1689 srečal z njim v Londonu, Še naslednje leto je trdil, da izvira teža iz razlike med centrifugalno silo teles na Zemlji, ki naredijo na njenem površju en obhod v 24 urah, in delci etra v Vesolju ob Zemlji, katerih obhodni Čas je krajši. Po njegovem mnenju bi biti cetrifugalna sila in teža v ravnovesju, če bi delci etra obkrožili Zemljo v poldrugi uri (kot današnji umetni sateliti). Pri tem seje skliceval na opazovanje vrteče se posode z vodo, v kateri silijo majhna telesa iz lesa proti osi. Po Huygensovem mnenju v praznem prostoru, kakršnega je imel v mislih Newton, ne bi bilo mogoče pojasniti ne teže ne svetlobe. To je bil davek Descartesovemu prepričanju, da telo lahko deluje le na telo, ki se ga dotika. Za razliko od številnih sodobnikov je Huygens priznaval tuje uspehe, čeprav je posvetil vse življenje znanosti, se je zanimal še za kaj drugega. Spesnil je nekaj pesmi, ki jih je posvetil nekaterim lepoticam tistega časa. V zapuščini so našli znanstveno-fantastični roman o prebivalcih na Luni in risbo stroja z notranjim zgorevanjem. Christian Huygens je bil eden izmed največjih umov sedemnajstega stoletja. Njegova odkritja so segala na vsa področja tedanje fizike in astronomije Po uspešnosti ga je presegel najbrž samo Isaac Newton, ki mu je Huygens s svojim delom pomagal pripraviti pot (slika 4). LEtSNIZ 1646 do 1716 NEWTON 1643 do 1727 HUYGENS 1629 do 1695 KEPLER 1571 do 1630 DESCARTES 1596 do 1650 ^ j ^ ^ (G) J.