Христиан Гюйгенс ван Зейлихем был выдающимся ученым XVII века. Его интересы распространялись на:
- математику;
- оптику;
- теоретическую и практическую механику;
- астрономию.
В 1629 году, когда родился будущий ученый (место рождения Гаага), исполнилось двадцать лет с тех пор, когда феодальная и католическая Испания признала официально независимость протестантской Голландии – первого буржуазного государства.
В первой половине VII века Голландия была самой просвещенной и самой свободной страной Европы. В Голландии печатались книги, которые из-за своего прогрессивного характера не могли появиться в другой стране в это время. В этой стране находили приют свободомыслящие люди всех вероисповеданий, тогда как в Германии шла Тридцатилетняя война между католиками и протестантами, а в Италии и Испании свирепствовала инквизиция.
Образование ученого
К восьми годам маленький Гюйгенс знал латинский язык, четыре действия арифметики и учился пению. К девяти годам познакомился с географией, началами астрономии, научился определять время заката и восхода Солнца для всех времен года. В десять лет мальчик научился складывать стихи на латинском языке, играть на скрипке, потом освоил лютню и правила логики. Далее Христиан освоил еще несколько языков и музыкальных инструментов.
В 1643 году Христиан увлекся механикой, он конструирует разные машины, делает себе токарный станок.
Гюйгенс изучает математику по курсу, который составил для него выдающийся математик, друг Декарта, Франциск Схоутен.
В шестнадцать лет Х. Гюйгенс поступает в Лейденский университет, где изучает право и математику. В это время молодой человек изучает:
- труды Архимеда,
- «Конические сечения» Аполлония,
- оптику Вителло и Кеплера,
- «Диоптрику» Декарта,
- астрономию Птолемея и Коперника,
- механику Стевина.
После двухлетнего обучения в Лейдене Х. Гюйгенс отправляется учиться в университет Бреды юриспруденции, которая его не слишком привлекала. После двухлетнего обучения Гюйгенс вернулся в Гаагу, потом отец направляет его в Голштинию с посольством Генриха Нассаусского. Дипломат оказался не нужен и Х. Гюйгенс оказался свободен для научной деятельности.
Любимым автором молодого ученого был Архимед. Первые самостоятельные работы ученого были о теории плавания тел.
В 1654 году Гюйгенс написал еще одну работу в духе Архимеда, а именно книгу «О квадратуре круга».
В этой работе величину $\pi$ Гюйгенс получил из рассмотрения двенадцати угольников и шестиугольников.
Величину $\pi$ Архимед нашел, вычисляя периметр 96-угольника.
Основные достижения ученого
В 1657 году изобрел маятниковые часы со спусковым механизмом, позднее в своей монографии «Маятниковые часы» сделал описание динамики и теории часов. Часы Гюйгенса стали основой для точной экспериментальной техники.
Получил законы свободного падения тел, движения тел по наклонной плоскости, падение тел по циклоиде.
Определил свойства циклоидального маятника.
Выяснил, что при равноускоренном перемещении тел, высоты с которых тела падают, относятся так же как квадраты, полученных ими скоростей.
Получил один из вариантов решения задачи о неупругом ударе тел. В работе «О движении тел под влиянием удара» Х. Гюйгенс дал теорию центрального удара упругих тел, выяснил закон сохранения количества движения (импульса $\vec p$) и кинетической энергии (тогда «живых сил»).
Рассматривая колебания физического маятника, решил задачу об определении центра его качаний.
Объяснил изменение периода колебаний маятника изменением ускорения силы тяжести.
Первым выдвинул идею о том, что Земля сплюснута у полюсов.
Предложил закон распространения колебаний, который впоследствии назвали принципом Гюйгенса.
Рассмотрел теорию центробежной силы и вывел формулу этой силы:
$F_{c}=\frac{mv^2}{R},$
где $m$ - масса тела; $v$ - скорость тела при его движении по окружности радиуса $R$. В 1703 году выходит труд Гюйгенса «О центробежной силе» в котором он приводит эту формулу.
Исследовал движение конического маятника, определил период колебаний маятника.
Изобрел часовой баланс. Часы его конструкции были сделаны в 1674 году.
Сконструировал некоторые часовые механизмы, предложил проект «планетной машины», которая должна была воспроизвести движение тел Солнечной системы.
В одно время с Гуком, Гюйгенс установил постоянные для термометра (точки таяния льда, кипения воды).
Разработал волновую теорию света. В своей работе «О свете» он рассматривал явление двойного лучепреломления, которое было открыто Э. Бартолином в кристаллах исландского шпата.
Создал конструкцию окуляра.
Экспериментально установил величину ускорения силы тяжести на широте Парижа, получив:
$g=979,9 \frac{см}{c^2}.$
В астрономии:
- Сконструировал модель планеты, предположив, что ее масса локализована в центре.
- Исследовал движение спутников Сатурна, открыл его спутник – Титан. Сделал описание колец этой планеты.
- Нашел шапку изо льда на полюсе Марса. Оценил период его вращения около оси.
- Сделал описания некоторых туманностей, в том числе туманности Ориона.
- Делал наблюдения за двойными звездами.
- Гюйгенс был сторонником множественности миров и их населённости.
В области математики:
- Разработал теорию цепных (непрерывных) дробей.
- Нашел квадратуры гиперболы, эллипса и круга.
- Создал теорию эволют и эвольвент.
- Исследовал циклоиду, логарифмическую и цепную линии.
- Издал одну из первых работ по теории вероятностей, которая называется «О расчетах при игре в кости» (1657 год).
- Нашел вид и положение эволюты циклоиды.
Гюйгенс был первым иностранным членом Лондонского королевского общества, состоял во Французской академии наук, был ее первым Президентом.
Волновая природа света
Гюйгенс принимал участие в бушевавших в то время спорах о природе света. В 1678 году ученый завершил книгу «Трактат о свете». Она содержала эскиз волновой теории света.
Гюйгенс считал, что световые возбуждения – это упругие импульсы в эфире. В этой же работе он сформулировал принцип построения огибающей волны (принцип Гюйгенса).
Ученый обнаружил явление поляризации света, которое трактовал как разложение колебаний естественного света в кристалле в двух взаимно нормальных направлениях.
Альтернативная корпускулярная теория была изложена в работе Ньютона в его книге «Оптика» (1704 год).
Гюйгенс четко и последовательно изложил свои представления об отражении, преломлении и двойном лучепреломлении света. Записал принцип (сейчас принцип Гюйгенса), который дает возможность к исследованию перемещения фронта волны, который далее развивал Френель.
