Kdo je bil Christian Huygens?

17. stoletje je bilo zelo ugoden čas za znanosti, saj je bil dosežen napredek na področju fizike, matematike, kemije in naravoslovja. Toda morda so bili največji dosežki doseženi na področju astronomije. V stoletju je bilo prvič opazovanih več planetov in lun, izdelani so bili natančni modeli za napovedovanje gibanja planetov in zasnovan je bil zakon univerzalne gravitacije.

Sredi tega med ostalimi izstopa ime Christiaana Huygensa. Kot eden najpomembnejših znanstvenikov svojega časa je bil ključnega pomena pri razvoju ur, mehanike in optike. In na področju astronomije je odkril Saturnovi prstani in njena največja luna – Titan . Zahvaljujoč Huygensu so bile naslednje generacije astronomov navdihnjene za raziskovanje zunanjega Osončja, kar je pripeljalo do odkritja drugih kronskih lun, Urana in Neptuna v naslednjem stoletju.

Zgodnje življenje:

Christiaan Huygens se je rodil v Haagu 14. aprila 1629 v bogati in vplivni nizozemski družini. Christiaan je bil drugi sin Constantijna Huygensa in Suzanne van Baerle, ki sta poimenovala Christiaan po očetu. Constantijn – slavni pesnik, skladatelj in svetovalec hiše Orange – je bil prijatelj s številnimi sodobnimi filozofi, med drugim Galileo Galilei , Marin Mersenne in René Descartes.

Očetove povezave in osebne pripadnosti so Christiaanu omogočile, da je prejel celovito izobrazbo na področju umetnosti in znanosti, ter ga postavila na pot, da postane izumitelj in astronom. Do svojega šestnajstega leta se je Christiaan šolal doma in je prejel svobodno izobrazbo, študiral je jezike, glasbo, zgodovino, geografijo, matematiko, logiko, retoriko, pa tudi ples, sabljanje in jahanje.

Portret Constantijna Huygensa (1596-1687) Casparja Netscherja (1672). Zasluge: Rijksmuseum Amsterdam

Izobrazba:

Leta 1645 je bil Christiaan poslan na študij prava in matematike Univerza v Leidnu , na jugu Nizozemske. Po dveh letih je Huygens nadaljeval študij na novoustanovljenem College of Orange v Bredi, kjer je bil njegov oče kustos, do diplome leta 1649. Medtem ko je oče upal, da bo postal diplomat, se je Christiaan zanimal za matematiko. in znanosti so bile očitne.

Leta 1654 se je Huygens vrnil v očetovo hišo v Haagu in se začel v celoti posvečati raziskovanju. Večino tega se je zgodilo v drugi hiši, ki jo je imela njegova družina v bližnjem Hofwijcku, kjer je preživel večji del poletja. Huygens je v tem času razvil široko paleto dopisnikov, ki so vključevali Mersenna in krog akademikov, s katerimi se je obkrožal v Parizu.

Do leta 1655 je Huygens večkrat obiskoval Pariz in sodeloval v razpravah, ki jih je vodila akademija Montmor – ki je prevzela Mersennov krog po njegovi smrti leta 1648. Medtem ko je bil na akademiji Montmor, je Huygens zagovarjal znanstveno metodo in eksperimentiranje namesto tradicionalnih pravoslavnosti in tega, kar je videl kot amaterske odnose.

Leta 1661 je Huygens prvič obiskal Anglijo, kjer se je udeležil srečanja skupine Gresham College – društva znanstvenikov, na katere je vplivala nova znanstvena metoda (kot je zagovarjal Francis Bacon). Leta 1663 je Huygens postal štipendist Kraljeva družba , ki je nasledil Gresham Group, in srečal tako vplivne znanstvenike, kot so Isaac Newton in Robert Boyle, ki sodeluje v številnih debatah in razpravah z drugimi podobnimi.

Univerza Leiden, ena najstarejših nizozemskih izobraževalnih ustanov, kjer je Huygens študiral od 1645 do 1649. Zasluge: strw.leidenuniv.nl

Leta 1666 se je Huygens preselil v Pariz in postal eden od ustanovnih članov novega Ludvika XIV. Francoska akademija znanosti . Medtem ko je bil tam, je uporabljal Pariški observatorij da bi naredil svoja največja odkritja na področju astronomije (glej spodaj), vodil korespondenco s Kraljevo družbo in delal skupaj s kolegom astronomom Giovannijem Cassinijem (ki je odkril Saturnove lune Japet , Rhea , Tethys in Dione ).

Njegovo delo na Akademiji mu je prineslo pokojnino, višjo kot kateri koli drug član, in stanovanje v njeni stavbi. Poleg občasnih obiskov na Nizozemskem je od 1666 do 1681 živel v Parizu in se spoznal z nemškim matematikom in filozofom Gottfriedom Wilhelmom Leibnizom, s katerim je ostal v prijateljskih odnosih do konca življenja.

Dosežki v astronomiji:

Od leta 1652-53 je Huygens začel preučevati sferične leče s teoretičnega vidika, s končnim ciljem razumevanja teleskopov. Do leta 1655 je v sodelovanju s svojim bratom Constantijnom začel brušenje in poliranje lastnih leč in sčasoma oblikoval tisto, kar se danes imenuje Huygenijev okular – teleskopsko okular, sestavljen iz dveh leč.

Do 1660-ih let mu je delo z lečami omogočilo, da se je družabno srečal z Baruchom Spinozo – slavnim nizozemskim filozofom, učenjakom in racionalistom –, ki jih je profesionalno utemeljil. S temi izboljšavami, ki jih je uvedel v leče, ki jih je nato uporabil za izdelavo lastnih teleskopov, je Huygens začel preučevati planete, zvezde in vesolje.

Ilustracija teleskopa brez cevi iz Christiaana Huygensa 'Sestavljeni teleskopi brez cevi' (1684). Kredit: phys.uu.nl

Leta 1655 je z uporabo lomnega teleskopa s 50 močmi, ki ga je zasnoval sam, postal prvi astronom, ki je identificiral Saturnove prstane, ki jih je štiri leta pozneje pravilno izmeril. V svojem delu Systema Saturnium (1659) je trdil, da je Saturn »obdan s tankim ploščatim obročem, ki se nikjer ne dotika in je nagnjen k ekliptiki«.

Prav tako je leta 1655 postal prvi astronom, ki je opazoval največjo Saturnovo luno - Titan . Takrat je poimenoval lunoSaturnova luna(latinsko za »Saturnova luna«), ki jo je opisal v svojem traktu z naslovom De Saturni Luna Observatio Nova ('Novo opazovanje Saturnove lune').

Istega leta je s svojim sodobnim teleskopom opazoval Orionovo meglico in jo uspešno razdelil na različne zvezde. Izdelal je tudi prvo njeno ilustracijo – v kateri je tudi objavilSystema Saturniumleta 1659. Zaradi tega so svetlejšo notranjost poimenovaliHuygenska regijav njegovo čast.

Malo pred smrtjo leta 1695 je Huygens dokončal Cosmotheoros , ki je izšel posmrtno leta 1698 (zaradi precej heretičnih predlogov). V njem je Huygens ugibal o obstoju nezemeljskega življenja na drugih planetih, za katerega si je predstavljal, da bi bilo podobno Zemljinemu. Takšna ugibanja takrat niso bila redka, deloma po zaslugi kopernikanskega (heliocentričnega) modela.

Diagram, ki prikazuje, kako se nam Saturnov videz spreminja zaradi spreminjanja položaja Zemlje (E) in Saturna, ko krožita okoli Sonca (G), iz Huygenove Systema Saturnium (1659). Zasluge: sil.su.edu

Toda Huygens je šel v več podrobnosti in izjavil, da je razpoložljivost vode v tekoči obliki bistvena za življenje in da se morajo lastnosti vode od planeta do planeta razlikovati, da ustrezajo temperaturnemu območju. Svoja opazovanja temnih in svetlih lis na površinah Marsa in Jupitra je vzel za dokaz vode in ledu na teh planetih.

V zvezi z možnostjo svetopisemskih izzivov je trdil, da Sveto pismo ni ne potrdilo ne zanikalo nezemeljskega življenja, in se spraševal, zakaj bi Bog ustvaril druge planete, če ne bi bili naseljeni kot Zemlja. Prav v tej knjigi je Huygens objavil svojo metodo za ocenjevanje razdalj med zvezdami, ki temelji na predpostavki (kasneje dokazano napačno), da so vse zvezde svetleče kot Sonce.

Leta 1659 je Huygens navedel tudi tisto, kar je zdaj znano kot drugi od Newtonovi zakoni gibanja v kvadratni obliki. Takrat je izpeljal to, kar je zdaj standardna formula za centripetalno silo, ki jo izvaja predmet, ki opisuje krožno gibanje, na primer na vrvici, na katero je pritrjen. V matematični obliki je to izraženo kotFc = mv²/r, kjer je m masa predmeta, v hitrost in r polmer.

Objava splošne formule za to silo leta 1673 – čeprav je bila povezana z njegovim delom na nihalnih urah in ne z astronomijo (glej spodaj) – je bila pomemben korak pri preučevanju orbit v astronomiji. Omogočil je prehod iz Keplerjev tretji zakon o gibanju planetov na inverzni kvadratni zakon gravitacije.

Drugi dosežki:

Njegovo zanimanje kot astronoma za natančno merjenje časa ga je pripeljalo tudi do odkritja nihala kot regulatorja za ure. Njegov izum ure z nihalom, ki ga je prototipiziral do konca leta 1656, je bil preboj v merjenju časa, ki je omogočil natančnejše ure, kot so bile takrat na voljo.

Ura z nihalom na vzmet, ki jo je zasnoval Huygens, in kopija Horologium Oscillatorium. Zasluge: Museum Boerhaave, Leiden/Rob Koopman

Leta 1657 je Huygens sklenil pogodbo z izdelovalci ur v Haagu za izdelavo njegove ure in zaprosil za lokalni patent. V drugih državah, kot sta Francija in Velika Britanija, je bil manj uspešen, saj so oblikovalci šli tako daleč, da so njegov dizajn ukradli za lastno uporabo. Vendar je Huygenovo objavljeno delo o konceptu zagotovilo, da je bil zaslužen za izum. Najstarejša znana nihalna ura v Huygensovem slogu je iz leta 1657 in jo je mogoče videti v muzeju Boerhaave v Leidnu (prikazano zgoraj).

Leta 1673 je Huygens objavil Oscilatorna ura ali gibanje nihala (Teorija in načrtovanje ure z nihalom), njegovo glavno delo o nihalih in uri. V njem je obravnaval probleme, ki so jih izpostavili prejšnji znanstveniki, ki so menili, da nihala niso izokrona – torej njihova doba je odvisna od širine njihovega zamaha, pri čemer široki zamahi trajajo nekoliko dlje kot ozki zamahi.

Huygens je ta problem analiziral z uporabo geometrijskih metod (zgodnja uporaba računa) in ugotovil, da je čas, ki ga potrebuje, enak, ne glede na začetno točko. Poleg tega je rešil problem, kako izračunati dobo nihala, pri čemer je opisal vzajemno razmerje med središčem nihanja in vrtilno točko. V istem delu je analiziral stožčasto nihalo – utež na vrvi, ki se giblje v krogu, ki uporablja koncept centrifugalne sile.

Huygens je zaslužen tudi za razvoj uravnotežene vzmetne ure v istem obdobju kot Robert Hooke (1675). Spor o tem, kdo je bil prvi, traja že stoletja, vendar je splošno prepričanje, da se je Huygenov razvoj zgodil neodvisno od Hookejevega.

Huygens Systema Saturna, z naslovno stranjo prikazano na desni in njegovo ilustracijo Saturnovih prstanov na levi. Zasluge: sil.si.edu

Huygensa se spominjajo tudi po njegovih prispevkih k optiki, predvsem po valovni teoriji svetlobe. Te teorije so bile prvič sporočene leta 1678 Pariški akademiji znanosti in objavljene leta 1690 v njegovem' Razprava o svetlobi '('Traktat o svetlobi“). V njem je utemeljil revidirano različico Descartesovih pogledov, v katerih je hitrost svetlobe neskončna in se širi s pomočjo sferičnih valov, ki se oddajajo vzdolž valovne fronte.

Leta 1690 je bila objavljena tudi Huygenova razprava o gravitaciji, ' Razprava o vzroku gravitacije '('Razprava o vzroku gravitacije«), ki je vseboval mehansko razlago gravitacije na podlagi kartezijskih vrtincev. To je predstavljalo odmik od Newtonove teorije gravitacije, za katero je Huygen kljub njegovemu splošnemu občudovanju Newtona menil, da je brez kakršnega koli matematičnega principa.

Drugi Huygensovi izumi so vključevali njegovo zasnovo motorja z notranjim zgorevanjem leta 1680, ki je tekel iz smodnika, čeprav prototipi niso bili nikoli izdelani. Huygens je izdelal tudi tri teleskope po lastni zasnovi z goriščnimi razdaljami 37,5, 55 in 64 metrov (123, 180 in 210 čevljev), ki so bili kasneje predstavljeni Kraljevi družbi.

Smrt in zapuščina:

Huygens se je vrnil v Haag leta 1681, potem ko je trpel za hudo depresivno boleznijo, ki ga je mučila vse življenje. Leta 1685 se je poskušal vrniti v Francijo, vendar je preklic Nanteškega edikta, ki je francoskim protestantom (hugenotom) dovolil svobodo izpovedovanja vere, to preprečil. Ko je njegov oče leta 1687 umrl, je podedoval Hofwijck, ki si ga je naslednje leto uredil.

Hiša Hofwijck, v kateri živi Christiaan Huygens od leta 1688 do njegove smrti leta 1695. Zasluge: Wikipedia Commons/Jane023

Leta 1689 je opravil svoj tretji in zadnji obisk v Angliji, kjer je še enkrat videl Isaaca Newtona zaradi izmenjave idej o gibanju in optiki. Umrl je v Haagu 8. julija 1695 zaradi slabega zdravja in je bil pokopan v Grote of Sint-Jacobskerk – Great ali St James Church, znameniti protestantski cerkvi v Haagu.

Za svoje življenjsko delo in prispevke na številnih področjih znanosti je bil Huygen nagrajen na različne načine. Kot priznanje za čas na univerzi v Leidnu je Huygensov laboratorij je bila zgrajena, kjer je dom univerzitetnega oddelka za fiziko. Evropska vesoljska agencija (ESA) je ustvarila tudi stavbo Huygens, ki se nahaja nasproti Evropski center za vesoljske raziskave in tehnologije (ESTEC) v Space Business parku v Noordwijku na Nizozemskem.

Univerza Radbound , ki se nahaja v Nijmegenu na Nizozemskem, ima tudi stavbo, poimenovano po Huygensu, ki je ena večjih zgradb univerzitetnega oddelka za naravoslovje. The College Christiaan Huygens V njegovo čast je poimenovana tudi srednja šola v Eindhovnu na Nizozemskem, prav tako Huygen Scholarship Program – posebna štipendija za mednarodne in nizozemske študente.

Obstaja tudi dvoelementni okular za teleskope, ki ga je zasnoval Huygens, ki je zato znan kot okular Huygenov. V njegovo čast je bil poimenovan tudi paket za obdelavo slik mikroskopa, znan kot Huygens Software. V čast tako Christiaanu kot njegovemu očetu je bil še en priznani nizozemski učenjak in znanstvenik Nizozemski nacionalni superračunalnik v Amsterdamu je ustvaril superračunalnik Huygens.

In zaradi njegovih prispevkov na področju astronomije so mnogi nebesni objekti, značilnosti in vozila poimenovali po Huygensu. Tej vključujejoAsteroid 2801 Huygens, krater Huygens na Marsu in Mons Huygens, gora na Luni. In seveda obstaja Huygensova sonda , pristajalnik, ki je bil uporabljen za raziskovanje površine Titana, kot del Cassini – Huygens misija na Saturn.

Universe Today ima veliko zanimivih člankov o Christiaanu Huygensu in njegovih odkritjih. Na primer, tukaj je eno priznanje 375. rojstni dan Christiaana Huygensa , članek o Saturnovi luni Titan , in podrobnosti o Huygenovo poslanstvo in kaj je razkrilo Titanovo vzdušje .

Astronomy Cast ima tudi nekaj informativnih podcastov na to temo, Epizoda 230: Christiaan Huygens in Epizoda 150: Teleskopi, naslednja raven

Za več informacij si oglejte NASA-ino stran za raziskovanje sončnega sistema na Christiaan Huygens in biografija Christiaana Huygensa .