Christiaan Huygens

Mary Stone | 24 prosince, 2022

Post Views: 13

Souhrn

Christiaan Huygens, Lord of Zeelhem, FRS (14. dubna 1629 – 8. července 1695) byl nizozemský matematik, fyzik, astronom a vynálezce, který je považován za jednoho z největších vědců všech dob a významnou osobnost vědecké revoluce. Ve fyzice Huygens přispěl převratnými poznatky v oblasti optiky a mechaniky, zatímco jako astronom je znám především díky svým studiím Saturnových prstenců a objevu jeho měsíce Titanu. Jako vynálezce zdokonalil konstrukci dalekohledů a vynalezl kyvadlové hodiny, které se staly průlomem v měření času a byly nejpřesnějším časoměřičem po dobu téměř 300 let. Huygens byl mimořádně nadaný matematik a fyzik, který jako první idealizoval fyzikální problém pomocí souboru parametrů a následně jej matematicky analyzoval a jako první plně matematicky vysvětlil mechanisticky nepozorovatelný fyzikální jev. Z těchto důvodů je označován za prvního teoretického fyzika a jednoho ze zakladatelů moderní matematické fyziky.

Huygens poprvé určil správné zákony pružné srážky ve svém díle De Motu Corporum ex Percussione, dokončeném v roce 1656, ale vydaném posmrtně v roce 1703. V roce 1659 Huygens geometricky odvodil standardní vzorce klasické mechaniky pro odstředivou sílu ve svém díle De vi Centrifuga, deset let před Newtonem. V optice je nejznámější svou vlnovou teorií světla, kterou navrhl v roce 1678 a popsal ve svém díle Traité de la Lumière (1690). Jeho matematická teorie světla byla zpočátku odmítána ve prospěch Newtonovy korpuskulární teorie světla, dokud Augustin-Jean Fresnel v roce 1821 nepřijal Huygensův princip a nepodal úplné vysvětlení přímočarého šíření a difrakčních jevů světla. Dnes je tento princip znám jako Huygensův-Fresnelův princip.

Huygens vynalezl kyvadlové hodiny v roce 1657 a ještě téhož roku si je nechal patentovat. Jeho výzkum v oblasti horologie vyústil v rozsáhlou analýzu kyvadla v díle Horologium Oscillatorium (1673), které je považováno za jedno z nejvýznamnějších děl o mechanice 17. století. Zatímco první a poslední část obsahuje popisy konstrukcí hodin, většinu knihy tvoří analýza pohybu kyvadla a teorie křivek. V roce 1655 začal Huygens se svým bratrem Constantijnem brousit čočky, aby zkonstruoval refrakční dalekohled pro astronomický výzkum. Objevil první ze Saturnových měsíců, Titan, a jako první vysvětlil zvláštní vzhled Saturnu jako důsledek „tenkého, plochého prstence, který se nikde nedotýká a je nakloněn k ekliptice“. V roce 1662 Huygens vyvinul takzvaný Huygenův okulár, dalekohled se dvěma čočkami, který zmenšoval rozptyl.

Jako matematik Huygens rozvinul teorii evolut a napsal o hazardních hrách a problému bodů v díle Van Rekeningh in Spelen van Gluck, které Frans van Schooten přeložil a vydal jako De Ratiociniis in Ludo Aleae (1657). Použití hodnot očekávání Huygensem a dalšími později inspirovalo Jacoba Bernoulliho k práci o teorii pravděpodobnosti.

Christiaan Huygens se narodil 14. dubna 1629 v Haagu v bohaté a vlivné nizozemské rodině jako druhý syn Constantijna Huygense. Christiaan dostal jméno po svém dědečkovi z otcovy strany. Jeho matka Suzanna van Baerle zemřela krátce po porodu Huygensovy sestry. Manželé měli pět dětí: Constantijn (1628), Christiaan (1629), Lodewijk (1631), Philips (1632) a Suzanna (1637).

Constantijn Huygens byl kromě básníka a hudebníka také diplomatem a poradcem Oranžského rodu. Hojně si dopisoval s intelektuály z celé Evropy; mezi jeho přátele patřili Galileo Galilei, Marin Mersenne a René Descartes. Christiaan se až do svých šestnácti let vzdělával doma a od mládí si rád hrál s miniaturami mlýnů a jiných strojů. Otec mu poskytl liberální vzdělání: studoval jazyky, hudbu, historii, zeměpis, matematiku, logiku a rétoriku, ale také tanec, šerm a jízdu na koni.

V roce 1644 byl Huygensovým učitelem matematiky Jan Jansz Stampioen, který patnáctiletému chlapci zadal náročnou četbu o soudobé vědě. Descartes byl později ohromen jeho schopnostmi v geometrii, stejně jako Mersenne, který ho pokřtil „novým Archimédem“.

Přečtěte si také, zivotopisy – Giordano Bruno

Studentské roky

V šestnácti letech poslal Constantijn Huygense studovat práva a matematiku na univerzitu v Leidenu, kde studoval od května 1645 do března 1647. Frans van Schooten působil na akademické půdě v Leidenu od roku 1646 a stal se soukromým učitelem Huygense a jeho staršího bratra Constantijna mladšího, když na radu Descarta nahradil Stampioena. Van Schooten aktualizoval jeho matematické vzdělání, zejména ho seznámil s pracemi Vièta, Descarta a Fermata.

Po dvou letech, od března 1647, pokračoval Huygens ve studiu na nově založené Oranžské koleji v Bredě, kde byl jeho otec kurátorem. Jeho pobyt v Bredě nakonec skončil, když jeho bratr Lodewijk, který byl již zapsán, skončil v souboji s jiným studentem. Constantijn Huygens byl úzce zapojen do činnosti nové koleje, která trvala pouze do roku 1669; rektorem byl André Rivet. Christiaan Huygens bydlel během studia na koleji v domě právníka Johanna Henryka Daubera a měl hodiny matematiky s anglickým lektorem Johnem Pellem. Studium dokončil v srpnu 1649. Poté působil jako diplomat na misi u Jindřicha, vévody z Nassau. Jeho cesta vedla do Bentheimu a poté do Flensburgu. Odjel do Dánska, navštívil Kodaň a Helsingør a doufal, že se dostane přes Øresund a navštíví Descarta ve Stockholmu. K tomu však nedošlo.

Přestože si jeho otec Constantijn přál, aby se jeho syn Christiaan stal diplomatem, okolnosti mu v tom zabránily. První bezvládí, které začalo v roce 1650, znamenalo, že rod Oranžských již nebyl u moci, což Constantijna zbavilo vlivu. Navíc si uvědomil, že jeho syn nemá o takovou kariéru zájem.

Přečtěte si také, zivotopisy – Édouard Manet

Raná korespondence

Huygens psal zpravidla francouzsky nebo latinsky. V roce 1646, ještě jako student na univerzitě v Leidenu, si začal dopisovat s otcovým přítelem, inteligentem Mersennem, který poměrně brzy poté, v roce 1648, zemřel. Mersenne psal Constantijnovi o talentu jeho syna pro matematiku a 3. ledna 1647 ho lichotivě přirovnal k Archimédovi.

Dopisy ukazují Huygensův raný zájem o matematiku. V říjnu 1646 se objevuje závěsný most a důkaz, že visící řetěz není parabola, jak se domníval Galileo. Huygens později v roce 1690 při dopisování s Gottfriedem Leibnizem označil tuto křivku jako catenaria (katenár).

V následujících dvou letech (1647-48) se Huygensovy dopisy Mersennovi týkaly různých témat, včetně matematického důkazu zákona volného pádu, tvrzení Grégoira de Saint-Vincenta o kvadratuře kruhu, které Huygens označil za nesprávné, rektifikace elipsy, projektilů a vibrující struny. Některými Mersennovými tehdejšími problémy, jako byla cykloida (Huygensovi poslal Torricelliho pojednání o křivce), střed kmitání a gravitační konstanta, se Huygens vážně zabýval až koncem 17. století. Mersenne psal také o hudební teorii. Huygens dával přednost meantonové temperaci; inovoval 31 rovnoměrnou temperaci (která sama o sobě nebyla novou myšlenkou, ale byla známa Franciscu de Salinasovi), použil logaritmy, aby ji dále prozkoumal a ukázal její úzký vztah k meantonovému systému.

V roce 1654 se Huygens vrátil do otcova domu v Haagu a mohl se plně věnovat výzkumu. Rodina měla nedaleko Hofwijcku ještě jeden dům, kde trávil čas během léta. Přestože byl velmi aktivní, jeho vědecký život mu nedovolil vyhnout se záchvatům deprese.

Následně Huygens rozvinul širokou škálu korespondentů, ačkoli pokračování po roce 1648 bylo ztíženo pětiletou frontou ve Francii. Při návštěvě Paříže v roce 1655 Huygens zavolal Ismaela Boulliaua, aby se mu představil, a ten ho zavedl za Claudem Mylonem. Pařížská skupina savantů, která se shromáždila kolem Mersenna, se udržela pohromadě až do padesátých let 16. století a Mylon, který převzal roli sekretáře, se od té doby snažil udržovat s Huygensem kontakt. Prostřednictvím Pierra de Carcavi si Huygens v roce 1656 dopisoval s Pierrem de Fermatem, kterého velmi obdivoval, i když na této straně zbožňoval. Tato zkušenost byla hořkosladká a poněkud matoucí, protože se ukázalo, že Fermat vypadl z hlavního proudu výzkumu a jeho prioritní nároky pravděpodobně nemohly být v některých případech naplněny. Kromě toho se Huygens tou dobou snažil aplikovat matematiku na fyziku, zatímco Fermatovy zájmy směřovaly k čistším tématům.

Přečtěte si také, dejiny – Nový svět

Vědecký debut

Stejně jako někteří jeho současníci i Huygens často otálel s publikováním svých výsledků a objevů a raději je šířil prostřednictvím dopisů. V jeho začátcích mu jeho učitel Frans van Schooten poskytoval technickou zpětnou vazbu a byl opatrný kvůli jeho pověsti.

V letech 1651-1657 Huygens publikoval řadu prací, které prokázaly jeho matematický talent a mistrovství v klasické i analytické geometrii, což mu umožnilo zvýšit si pověst a renomé mezi matematiky. Přibližně ve stejné době začal Huygens zpochybňovat Descartovy srážkové zákony, které byly z velké části chybné, a správné zákony odvodil algebraicky a později pomocí geometrie. Ukázal, že pro jakoukoli soustavu těles zůstává těžiště soustavy stejné co do rychlosti i směru, což Huygens nazval zachováním „množství pohybu“. Jeho teorie srážek byla nejblíže k myšlence kinetické energie, ke které měl někdo před Newtonem. Tyto výsledky byly známy z korespondence a z krátkého článku v časopise Journal des Sçavans, ale zůstaly z velké části nepublikovány až do doby po jeho smrti, kdy byla vydána kniha De Motu Corporum ex Percussione (O pohybu srážejících se těles).

Kromě práce v oboru mechaniky učinil i významné vědecké objevy, například v roce 1655 identifikoval Saturnův měsíc Titan a v roce 1657 vynalezl kyvadlové hodiny, které mu přinesly slávu po celé Evropě. Dne 3. května 1661 Huygens společně s astronomem Thomasem Streetem a Reevem pozoroval přechod planety Merkur přes Slunce pomocí dalekohledu výrobce přístrojů Richarda Reeva v Londýně. Streete poté diskutoval o publikovaném záznamu Heveliova tranzitu, přičemž tuto polemiku zprostředkoval Henry Oldenburg. Huygens předal Hevelovi rukopis Jeremiaha Horrockse o tranzitu Venuše z roku 1639, který tak byl poprvé vytištěn v roce 1662.

V témže roce se Huygens, který hrál na cembalo, zajímal o hudební teorie Simona Steinina, avšak o zveřejnění jeho teorií o souzvuku, z nichž některé byly po staletí ztraceny, projevil jen malý zájem. Za jeho přínos vědě ho Královská společnost v Londýně v roce 1665, kdy Huygensovi bylo pouhých 36 let, zvolila členem.

Přečtěte si také, zivotopisy – Bill Brandt

Francie

Montmorská akademie měla podobu starého Mersennova kroužku po polovině 50. let 16. století. Huygens se účastnil jeho debat a podporoval jeho „disidentskou“ frakci, která dávala přednost experimentálním demonstracím, aby omezila neplodné diskuse, a vystupovala proti amatérským postojům. V roce 1663 uskutečnil svou třetí návštěvu Paříže; Montmorská akademie byla uzavřena a Huygens využil příležitosti k prosazování baconovského programu ve vědě. O tři roky později, v roce 1666, se na pozvání krále Ludvíka XIV. přestěhoval do Paříže, aby obsadil místo v nové Francouzské akademii věd.

Během svého pobytu v Paříži měl Huygens významného mecenáše a korespondenta v osobě Jeana-Baptisty Colberta, prvního ministra Ludvíka XIV. Jeho vztahy s Akademií však nebyly vždy jednoduché a v roce 1670 si vážně nemocný Huygens vybral Francise Vernona, aby v případě jeho smrti provedl darování jeho spisů Královské společnosti v Londýně. Důsledky francouzsko-nizozemské války (1672-78), a zejména role Anglie v ní, mohly poškodit jeho vztahy s Královskou společností. Robert Hooke jako představitel Královské společnosti neměl v roce 1673 dostatek jemnosti, aby situaci zvládl.

Fyzik a vynálezce Denis Papin byl od roku 1671 Huygensovým asistentem. Jedním z jejich projektů, který však nepřinesl přímé ovoce, byl motor na střelný prach. Papin se v roce 1678 přestěhoval do Anglie, aby pokračoval v práci v této oblasti. Také v Paříži Huygens prováděl další astronomická pozorování s využitím observatoře, která byla nedávno dokončena v roce 1672. V roce 1678 seznámil Nicolaase Hartsoekera s francouzskými vědci, jako byli Nicolas Malebranche a Giovanni Cassini.

Huygens se setkal s mladým diplomatem Gottfriedem Leibnizem, který v roce 1672 navštívil Paříž, aby se marně setkal s francouzským ministrem zahraničí Arnauldem de Pomponne. V té době Leibniz pracoval na počítacím stroji a počátkem roku 1673 se s diplomaty z Mohuče přesunul do Londýna. Od března 1673 se Leibniz učil matematice u Huygense, který ho učil analytické geometrii. Následovala rozsáhlá korespondence, v níž Huygens zpočátku projevoval neochotu přijmout výhody Leibnizova infinitezimálního kalkulu.

Přečtěte si také, zivotopisy – Lucas van Valckenborch

Poslední roky

V roce 1681 se Huygens vrátil do Haagu poté, co prodělal další vážnou depresivní chorobu. V roce 1684 vydal publikaci Astroscopia Compendiaria o svém novém beztrubicovém leteckém dalekohledu. V roce 1685 se pokusil vrátit do Francie, ale zrušení ediktu nantského mu tento krok znemožnilo. V roce 1687 zemřel jeho otec a on zdědil Hofwijck, který se v následujícím roce stal jeho domovem.

Při své třetí návštěvě Anglie se Huygens 12. června 1689 osobně setkal s Isaacem Newtonem. Hovořili spolu o islandské jiskře a následně si dopisovali o odporovém pohybu.

V posledních letech svého života se Huygens vrátil k matematickým tématům a v roce 1693 pozoroval akustický jev, který je dnes známý jako flanging. O dva roky později, 8. července 1695, Huygens zemřel v Haagu a byl pohřben v neoznačeném hrobě v tamním kostele Grote Kerk, stejně jako jeho otec před ním.

Huygens se nikdy neoženil.

Huygens se nejprve stal mezinárodně známým díky své práci v matematice a publikoval řadu důležitých výsledků, které přitáhly pozornost mnoha evropských geometrů. Huygens ve svých publikovaných pracích upřednostňoval Archimédovu metodu, ačkoli ve svých soukromých zápisnících hojněji využíval Descartovu analytickou geometrii a Fermatovy infinitezimální techniky.

Přečtěte si také, zivotopisy – Richard Rodgers

Theoremata de Quadratura

Huygensovou první publikací byla Theoremata de Quadratura Hyperboles, Ellipsis et Circuli (Věty o kvadratuře hyperboly, elipsy a kruhu), kterou vydali Elzevierové v Leidenu v roce 1651. První část díla obsahovala věty pro výpočet ploch hyperbol, elips a kružnic, které navazovaly na Archimédovu práci o kuželosečkách, zejména na jeho Kvadraturu paraboly. Druhá část obsahovala vyvrácení tvrzení Grégoira de Saint-Vincenta o kvadratuře kružnice, o němž předtím diskutoval s Mersennem.

Huygens dokázal, že těžiště úsečky libovolné hyperboly, elipsy nebo kružnice přímo souvisí s plochou této úsečky. Poté dokázal ukázat vztahy mezi trojúhelníky vepsanými do kuželoseček a těžištěm těchto úseček. Zobecněním těchto tvrzení na všechny kuželosečky Huygens rozšířil klasické metody a získal nové výsledky.

Kvadratura byla v 50. letech 16. století živým tématem a Huygens prostřednictvím Mylona zasáhl do diskuse o matematice Thomase Hobbese. Vytrvale se snažil vysvětlit chyby, do kterých se Hobbes dostal, a získal si tak mezinárodní renomé.

Přečtěte si také, zivotopisy – Walker Evans

De Circuli Magnitudine Inventa

Další Huygensovou publikací byla kniha De Circuli Magnitudine Inventa (Nové poznatky o měření kruhu), která vyšla v roce 1654. V tomto díle Huygens dokázal zmenšit mezeru mezi obvodem a vepsaným mnohoúhelníkem, kterou nalezl v Archimédově díle Měření kruhu, a ukázal, že poměr obvodu k jeho průměru neboli π musí ležet v první třetině tohoto intervalu.

Pomocí techniky ekvivalentní Richardsonově extrapolaci dokázal Huygens zkrátit nerovnosti používané v Archimédově metodě; v tomto případě pomocí těžiště úsečky paraboly dokázal aproximovat těžiště úsečky kruhu, což vedlo k rychlejší a přesnější aproximaci kvadratury kruhu. Z těchto tezí Huygens získal dvě sady hodnot pro π: první mezi 3,1415926 a 3,1415927 a druhou mezi 3,1415926538 a 3,1415926533.

Huygens také ukázal, že v případě hyperboly je stejná aproximace s parabolickými úsečkami rychlou a jednoduchou metodou pro výpočet logaritmů. Na konec díla připojil sbírku řešení klasických problémů pod názvem Illustrium Quorundam Problematum Constructiones (Konstrukce některých slavných problémů).

Přečtěte si také, zivotopisy – Saródžiní Naidúová

De Ratiociniis in Ludo Aleae

Huygens se začal zajímat o hazardní hry poté, co v roce 1655 navštívil Paříž a setkal se s prací Fermata, Blaise Pascala a Girarda Desarguese. Nakonec publikoval v knize De Ratiociniis in Ludo Aleae (O uvažování v hazardních hrách), která v té době představovala nejucelenější prezentaci matematického přístupu k hazardním hrám. Frans van Schooten přeložil původní nizozemský rukopis do latiny a vydal jej ve svém díle Exercitationum Mathematicarum (1657).

Práce obsahuje rané myšlenky teorie her a zabývá se zejména problémem bodů. Huygens převzal od Pascala pojmy „spravedlivá hra“ a spravedlivá smlouva (tj. rovné dělení při rovnosti šancí) a rozšířil argumentaci o nestandardní teorii očekávaných hodnot.

V roce 1662 poslal sir Robert Moray Huygensovi tabulku délky života Johna Graunta a Huygens a jeho bratr Lodewijk se časem začali zabývat délkou života.

Přečtěte si také, zivotopisy – Jindřich Mořeplavec

Nepublikovaná práce

Huygens již dříve dokončil rukopis na způsob Archimédova spisu O plovoucích tělesech s názvem De Iis quae Liquido Supernatant (O částech vznášejících se nad kapalinami). Vznikl kolem roku 1650 a skládal se ze tří knih. Přestože Huygens poslal dokončené dílo Fransu van Schootenovi k vyjádření, nakonec se rozhodl ho nevydat a v jednu chvíli navrhl, aby bylo spáleno. Některé výsledky zde nalezené byly znovu objeveny až v osmnáctém a devatenáctém století.

Huygens nejprve znovu odvodil Archimédovy výsledky pro stabilitu koule a paraboloidu pomocí chytré aplikace Torricelliho principu (tj. že tělesa v soustavě se pohybují pouze tehdy, pokud jejich těžiště klesá). Poté dokázal obecnou větu, že pro plovoucí těleso v rovnováze je vzdálenost mezi jeho těžištěm a jeho ponořenou částí minimální. Huygens pomocí této věty dospěl k originálnímu řešení stability plovoucích kuželů, rovnoběžníků a válců, v některých případech i přes celý cyklus otáčení. Jeho přístup tak odpovídal principu virtuální práce. Huygens také jako první rozpoznal, že pro homogenní tělesa jsou jejich specifická hmotnost a poměr stran základními parametry hydrostatické stability.

Huygens byl předním evropským přírodovědcem mezi Descartem a Newtonem. Na rozdíl od mnoha svých současníků však Huygens neměl zálibu ve velkých teoretických nebo filozofických systémech a obecně se vyhýbal metafyzickým otázkám (pokud byl nucen, držel se karteziánské a mechanické filozofie své doby). Místo toho Huygens vynikal v rozšiřování prací svých předchůdců, jako byl Galileo, aby odvodil řešení nevyřešených fyzikálních problémů, které bylo možné podrobit matematické analýze. Zejména se snažil o vysvětlení, která se opírala o kontakt mezi tělesy a vyhýbala se působení na dálku.

Stejně jako Robert Boyle a Jacques Rohault zastával Huygens během svých pařížských let experimentálně orientovanou, korpuskulárně-mechanickou přírodní filozofii. Tento přístup byl někdy označován jako „baconovský“, aniž by byl induktivistický nebo se zjednodušeně ztotožňoval s názory Francise Bacona.

Po své první návštěvě Anglie v roce 1661 a účasti na setkání v Gresham College, kde se přímo seznámil s Boylovými pokusy se vzduchovým čerpadlem, strávil Huygens na přelomu let 1661 a 1662 čas replikováním této práce. Ukázalo se, že to byl dlouhý proces, který vynesl na povrch experimentální problém („anomální suspenze“) a teoretickou otázku horror vacui, a skončil v červenci 1663, kdy se Huygens stal členem Královské společnosti. Říká se, že Huygens nakonec přijal Boyleův názor na prázdnotu oproti karteziánskému popírání a také že replikace výsledků z Leviathana a vzduchové pumpy se vlekla chaoticky.

Newtonův vliv na Johna Locka zprostředkoval Huygens, který Locka ujistil, že Newtonova matematika je správná, což vedlo k Lockovu přijetí korpuskulárně-mechanické fyziky.

Přečtěte si také, bitvy – Bitva na řece Trebia (antika)

Zákony pohybu, nárazu a gravitace

Obecný přístup mechanických filozofů spočíval v postulování teorií, které se dnes nazývají „kontaktní působení“. Huygens tuto metodu přijal, ale ne bez toho, aby viděl její obtíže a chyby. Leibniz, jeho pařížský žák, později tuto teorii opustil. Díky tomuto pohledu na vesmír se teorie srážek stala ústředním bodem fyziky. Vesmír tvořila hmota v pohybu a pouze vysvětlení v těchto termínech mohlo být skutečně srozumitelné. I když byl ovlivněn karteziánským přístupem, nebyl tak doktrinářský. V padesátých letech 16. století se zabýval elastickými srážkami, ale s jejich zveřejněním otálel více než deset let.

Huygens došel poměrně brzy k závěru, že Descartovy zákony pro pružnou srážku dvou těles musí být chybné, a formuloval správné zákony. Důležitým krokem bylo jeho uznání galileovské invariance problémů. Huygens skutečně vypracoval zákony srážky v letech 1652-6 v rukopise nazvaném De Motu Corporum ex Percussione, i když trvalo mnoho let, než byly jeho výsledky rozšířeny. V roce 1661 je osobně předal Williamu Brounckerovi a Christopheru Wrenovi v Londýně. To, co o nich Spinoza napsal Jindřichu Oldenburgovi v roce 1666, což bylo v době druhé anglo-holandské války, bylo střeženo. Válka skončila v roce 1667 a Huygens své výsledky oznámil Královské společnosti v roce 1668. Později je publikoval v Journal des Sçavans v roce 1669.

V roce 1659 Huygens zjistil konstantu gravitačního zrychlení a formuloval to, co je dnes známo jako druhý Newtonův pohybový zákon ve čtvercovém tvaru. Geometricky odvodil dnes již standardní vzorec pro odstředivou sílu, která působí na objekt při pohledu v rotující vztažné soustavě, například při jízdě po zatáčce. V moderním zápisu:

kde m je hmotnost objektu, w úhlová rychlost a r poloměr. Své výsledky shrnul do pojednání s názvem De vi Centrifuga, které vyšlo posmrtně v roce 1703. Obecný vzorec pro odstředivou sílu však publikoval až v roce 1673 a znamenal významný krok při studiu oběžných drah v astronomii. Umožnil přechod od Keplerova třetího zákona pohybu planet k inverznímu kvadratickému gravitačnímu zákonu. Huygensova interpretace Newtonovy práce o gravitaci se však lišila od interpretace newtoniánů, jako byl Roger Cotes; netrval na apriorním Descartově postoji, ale ani nechtěl akceptovat aspekty gravitační přitažlivosti, které v principu nelze přičítat kontaktu částic.

Přístup, který Huygens použil, se také míjel s některými hlavními pojmy matematické fyziky, což ostatním neuniklo. Ve své práci o kyvadlech se Huygens velmi přiblížil teorii jednoduchého harmonického pohybu; toto téma však poprvé plně pokryl Newton ve druhé knize Principia Mathematica (1687). V roce 1678 Leibniz vybral z Huygensovy práce o srážkách myšlenku zákona zachování, kterou Huygens ponechal implicitní.

Přečtěte si také, zivotopisy – Yves Tanguy

Horologie

V roce 1657 vynalezl Huygens kyvadlové hodiny, inspirovaný svým dřívějším výzkumem kyvadla jako regulačního mechanismu, které znamenaly průlom v měření času a staly se nejpřesnějším časoměřičem na téměř 300 let až do 30. let 20. století. Kyvadlové hodiny byly mnohem přesnější než dosavadní verge a foliotové hodiny a okamžitě si získaly oblibu, která se rychle rozšířila po celé Evropě. Konstrukci svých návrhů hodin zadal Salomonovi Costerovi v Haagu, který hodiny postavil. Huygens však na svém vynálezu příliš nevydělal. Pierre Séguier mu odmítl jakákoli francouzská práva, zatímco Simon Douw v Rotterdamu a Ahasuerus Fromanteel v Londýně jeho návrh v roce 1658 okopírovali. Nejstarší známé kyvadlové hodiny Huygensova typu jsou datovány rokem 1657 a jsou k vidění v Muzeu Boerhaave v Leidenu.

Jedním z podnětů k vynálezu kyvadlových hodin byla snaha vytvořit přesný námořní chronometr, který by se dal použít k určení zeměpisné délky pomocí nebeské navigace během námořních plaveb. Hodiny se však jako námořní časomíra neosvědčily, protože houpavý pohyb lodi narušoval pohyb kyvadla. V roce 1660 provedl Lodewijk Huygens zkušební plavbu do Španělska a oznámil, že kvůli silnému počasí jsou hodiny nepoužitelné. V roce 1662 se do sporu vložil Alexander Bruce a Huygens vyzval sira Roberta Moraye a Královskou společnost, aby se stali prostředníky a zachovali některá jeho práva. Pokusy pokračovaly i v 60. letech 16. století, přičemž nejlepší zprávy přinesl kapitán královského námořnictva Robert Holmes operující proti nizozemským državám v roce 1664. Lisa Jardineová pochybuje, že Holmes podal o výsledcích procesu přesnou zprávu, protože Samuel Pepys tehdy vyjádřil své pochybnosti.

Zkouška pro Francouzskou akademii na expedici do Cayenne skončila špatně. Jean Richer navrhl opravu postavy Země. V době expedice Nizozemské východoindické společnosti k mysu Dobré naděje v roce 1686 byl Huygens schopen dodat korekci zpětně.

Šestnáct let po vynálezu kyvadlových hodin, v roce 1673, vydal Huygens své hlavní dílo o horologii s názvem Horologium Oscillatorium: Sive de Motu Pendulorum ad Horologia Aptato Demonstrationes Geometricae (Kyvadlové hodiny: aneb Geometrické demonstrace o pohybu kyvadla aplikované na hodiny). Jedná se o první moderní dílo o mechanice, v němž je fyzikální problém idealizován pomocí souboru parametrů a následně matematicky analyzován.

Motivací pro Huygense bylo pozorování Mersenna a dalších, že kyvadla nejsou zcela izochronní: jejich perioda závisí na šířce výkyvu, přičemž široké výkyvy trvají o něco déle než úzké. Tento problém řešil nalezením křivky, po které se těleso pod vlivem gravitace posune za stejnou dobu bez ohledu na jeho výchozí bod; tzv. problém tautochronu. Geometrickými metodami, které předjímaly výpočet, Huygens ukázal, že se jedná o cykloidu, nikoliv o kruhový oblouk kyvadla, a že tedy kyvadla se musí pohybovat po cykloidní dráze, aby byla izochronní. Matematika potřebná k vyřešení tohoto problému vedla Huygense k vytvoření jeho teorie evolut, kterou představil v části III svého díla Horologium Oscillatorium.

Vyřešil také problém, který si již dříve položil Mersenne: jak vypočítat periodu kyvadla tvořeného libovolně tvarovaným kývajícím se tuhým tělesem. K tomu bylo zapotřebí zjistit střed kmitání a jeho vzájemný vztah k bodu otáčení. V téže práci analyzoval kuželové kyvadlo sestávající ze závaží na šňůře pohybující se po kružnici pomocí pojmu odstředivé síly.

Huygens jako první odvodil vzorec pro periodu ideálního matematického kyvadla (s tyčí nebo šňůrou bez hmotnosti a délkou mnohem větší, než je jeho kyv) v moderním zápisu:

kde T je perioda, l délka kyvadla a g gravitační zrychlení. Svým studiem periody kmitání složených kyvadel Huygens zásadně přispěl k rozvoji koncepce momentu setrvačnosti.

Huygens také pozoroval spřažené oscilace: dvoje jeho kyvadlové hodiny umístěné vedle sebe na stejné podložce se často synchronizovaly a kývaly se opačným směrem. O výsledcích informoval dopisem Královskou společnost a v zápisech Společnosti je to označeno jako „zvláštní druh sympatie“. Tento koncept je dnes znám jako entrainment.

V roce 1675 Huygens při zkoumání kmitavých vlastností cykloidy dokázal kombinací geometrie a vyšší matematiky přeměnit cykloidní kyvadlo na vibrující pružinu. V témže roce Huygens navrhl spirálovou vyvažovací pružinu a patentoval kapesní hodinky. Tyto hodinky se vyznačují tím, že postrádají pojistku pro vyrovnávání momentu hlavní pružiny. Z toho vyplývá, že Huygens se domníval, že jeho spirálová pružina bude izochronizovat rovnováhu stejným způsobem, jakým cykloidní závěsné obrubníky na jeho hodinách izochronizují kyvadlo.

Později použil spirálové pružiny v běžnějších hodinkách, které pro něj vyrobila firma Thuret v Paříži. Tyto pružiny jsou v moderních hodinkách s odděleným pákovým mechanismem nezbytné, protože je lze nastavit na izochronismus. Hodinky v Huygensově době však používaly velmi neúčinný svislý závěr, který narušoval izochronní vlastnosti jakékoli formy vyvažovací pružiny, ať už spirálové nebo jiné.

Huygensův návrh vznikl ve stejné době jako návrh Roberta Hooka, i když nezávisle na něm. Spory o prioritu pružiny rovnováhy přetrvávaly po staletí. V únoru 2006 byla ve skříni v anglickém Hampshire objevena dlouho ztracená kopie Hookových ručně psaných poznámek z několika desetiletí zasedání Královské společnosti, což pravděpodobně přiklonilo důkazy v Hookův prospěch.

Přečtěte si také, dejiny – Velký hladomor 1315–1317

Optika

Huygens se dlouhodobě zajímal o studium lomu světla a čoček neboli dioptrií. Z roku 1652 pocházejí první návrhy latinského pojednání o teorii dioptrií, známého jako Tractatus, které obsahovalo komplexní a důkladnou teorii dalekohledu. Huygens byl jedním z mála, kdo vznesl teoretické otázky týkající se vlastností a fungování dalekohledu, a téměř jediným, kdo zaměřil své matematické znalosti na skutečné přístroje používané v astronomii.

Huygens opakovaně oznamoval svým kolegům její vydání, ale nakonec ji odložil ve prospěch mnohem obsáhlejšího pojednání, nyní pod názvem Dioptrica. Skládala se ze tří částí. První část byla zaměřena na obecné principy refrakce, druhá se zabývala sférickou a chromatickou aberací, zatímco třetí pokrývala všechny aspekty konstrukce dalekohledů a mikroskopů. Na rozdíl od Descartovy dioptrie, která se zabývala pouze ideálními (eliptickými a hyperbolickými) čočkami, se Huygens zabýval výhradně sférickými čočkami, které byly jediným druhem čoček, jež bylo možné skutečně vyrobit a zabudovat do zařízení, jako jsou mikroskopy a dalekohledy.

Huygens také vypracoval praktické způsoby, jak minimalizovat účinky sférické a chromatické aberace, například dlouhé ohniskové vzdálenosti pro objektiv dalekohledu, vnitřní zarážky pro snížení apertury a nový druh okuláru v podobě soustavy dvou planokonvexních čoček, dnes známé jako Huygensův okulár. Dioptrica nebyla za Huygensova života nikdy publikována a tiskem vyšla až v roce 1703, kdy už byla většina jejího obsahu vědeckému světu známa.

Huygens se v optice proslavil zejména svou vlnovou teorií světla, kterou poprvé přednesl v roce 1678 na zasedání pařížské Akademie věd. Huygensova teorie, která byla původně úvodní kapitolou jeho knihy Dioptrica, byla publikována v roce 1690 pod názvem Traité de la Lumière (Pojednání o světle) a obsahuje první plně matematizované, mechanistické vysvětlení nepozorovatelného fyzikálního jevu (tj. šíření světla). Huygens se odvolává na Ignace-Gastona Pardiese, jehož rukopis o optice mu pomohl při jeho vlnové teorii.

Výzvou té doby bylo vysvětlit geometrickou optiku, protože většina fyzikálních optických jevů (např. difrakce) nebyla pozorována a nebyla považována za problém. Huygens v roce 1672 experimentoval s dvojlomem (dvojlomem) v islandské jiskře (kalcitu), což byl jev, který v roce 1669 objevil Rasmus Bartholin. Zpočátku nedokázal objasnit, co zjistil, ale později to dokázal vysvětlit pomocí své teorie vlnoplochy a koncepce evolut. Rozvinul také myšlenky o kaustice. Huygens předpokládá, že rychlost světla je konečná, což vychází ze zprávy Oleho Christensena Rømera z roku 1677, o níž se však předpokládá, že jí Huygens věřil již dříve. Huygensova teorie předpokládá světlo jako vyzařující vlnoplochy, přičemž běžná představa světelných paprsků znázorňuje šíření normálou k těmto vlnoplochám. Šíření vlnoploch je pak vysvětleno jako výsledek sférických vln, které jsou vyzařovány v každém bodě podél vlnoplochy (dnes známé jako Huygensův-Fresnelův princip). Předpokládal všudypřítomný éter s přenosem přes dokonale pružné částice, což byla revize Descartova názoru. Podstatou světla tedy bylo podélné vlnění.

Jeho teorie světla nebyla široce přijímána, zatímco Newtonova konkurenční korpuskulární teorie světla, jak ji uvádí ve své knize Optika (1704), získala větší podporu. Jednou ze silných námitek proti Huygensově teorii bylo, že podélné vlny mají pouze jedinou polarizaci, což nemůže vysvětlit pozorovaný dvojlom. Interferenční experimenty Thomase Younga v roce 1801 a detekce Poissonovy skvrny Françoisem Aragem v roce 1819 však nebylo možné vysvětlit pomocí Newtonovy ani jiné částicové teorie, což oživilo Huygensovy myšlenky a vlnové modely. Fresnel se seznámil s Huygensovou prací a v roce 1821 dokázal vysvětlit dvojlom jako důsledek toho, že světlo není podélné (jak se předpokládalo), ale ve skutečnosti příčné vlnění. Takto pojmenovaný Huygensův-Fresnelův princip byl základem pro rozvoj fyzikální optiky a vysvětloval všechny aspekty šíření světla až do Maxwellovy elektromagnetické teorie, která vyvrcholila rozvojem kvantové mechaniky a objevem fotonu.

Spolu se svým bratrem Constantijnem začal Huygens v roce 1655 brousit vlastní čočky ve snaze vylepšit dalekohled. V roce 1662 navrhl okulár, který se dnes nazývá Huygeniův okulár se dvěma čočkami, jako okulár dalekohledu. Čočky byly také společným zájmem, díky němuž se Huygens mohl v 60. letech 16. století společensky setkávat s Baruchem Spinozou, který je brousil profesionálně. Měli poněkud odlišné názory na vědu, Spinoza byl oddanější kartezián a některé jejich diskuse se dochovaly v korespondenci. V oblasti mikroskopie se setkal s prací Antoniho van Leeuwenhoeka, dalšího brusiče čoček, která jeho otce zaujala.

Huygens také zkoumal použití čoček v projektorech. Je považován za vynálezce kouzelné lucerny, kterou popsal v korespondenci z roku 1659. Existují i další lidé, kterým je takové zařízení s lucernou připisováno, například Giambattista della Porta a Cornelis Drebbel, ačkoli Huygensův návrh používal čočky pro lepší projekci (to je připisováno také Athanasiu Kircherovi).

Přečtěte si také, zivotopisy – Joseph Heller

Astronomie

V roce 1655 Huygens objevil první Saturnův měsíc Titan a pozoroval a načrtl mlhovinu v Orionu pomocí lomeného dalekohledu s 43násobným zvětšením vlastní konstrukce. Huygensovi se podařilo mlhovinu rozdělit na různé hvězdy (jasnější vnitřek dnes nese na jeho počest název Huygeniova oblast) a objevil několik mezihvězdných mlhovin a několik dvojhvězd. Byl také prvním, kdo navrhl, že vzhled Saturnu, který astronomy vyvedl z míry, je způsoben „tenkým, plochým prstencem, který se nikde nedotýká a je skloněn k ekliptice“.

O více než tři roky později, v roce 1659, Huygens publikoval svou teorii a poznatky v Systema Saturnium. Je považována za nejvýznamnější dílo o teleskopické astronomii od Galileova Sidereus Nuncius, který vyšel o padesát let dříve. Huygens v něm poskytl mnohem více než jen zprávu o Saturnu, a to měření relativních vzdáleností planet od Slunce, zavedl pojem mikrometru a ukázal metodu měření úhlových průměrů planet, což konečně umožnilo používat dalekohled jako přístroj k měření (nikoliv pouze k pozorování) astronomických objektů. Byl také prvním, kdo zpochybnil Galileovu autoritu v otázkách dalekohledu, což byl názor, který byl v následujících letech po jeho vydání běžný.

V témže roce se Huygensovi podařilo pozorovat Syrtis Major, sopečnou planinu na Marsu. Opakovaná pozorování pohybu tohoto útvaru v průběhu několika dní využil k odhadu délky dne na Marsu, který provedl poměrně přesně na 24 1

Na popud Jeana-Baptisty Colberta se Huygens ujal úkolu sestrojit mechanické planetárium, které by zobrazovalo všechny tehdy známé planety a jejich měsíce obíhající kolem Slunce. Huygens dokončil svůj návrh v roce 1680 a v následujícím roce ho nechal postavit svým hodinářem Johannesem van Ceulenem. Colbert však mezitím zemřel a Huygens své planetárium Francouzské akademii věd nikdy nedodal, protože nový ministr Fracois-Michel le Tellier se rozhodl Huygensovi smlouvu neprodloužit.

Huygens při svém návrhu důmyslně použil pokračující zlomky, aby našel nejlepší racionální aproximace, pomocí kterých mohl zvolit ozubená kola se správným počtem zubů. Poměr mezi dvěma ozubenými koly určoval oběžné doby dvou planet. K pohybu planet kolem Slunce Huygens použil hodinový mechanismus, který mohl jít dopředu i dozadu v čase. Huygens tvrdil, že jeho planetárium je přesnější než podobné zařízení, které ve stejné době sestrojil Ole Rømer, ale jeho návrh planetária byl zveřejněn až po jeho smrti ve sborníku Opuscula Posthuma (1703).

Krátce před svou smrtí v roce 1695 Huygens dokončil Cosmotheoros. Na jeho pokyn měl být vydán až posmrtně jeho bratrem, což Constantijn ml. učinil v roce 1698. V něm spekuloval o existenci mimozemského života na jiných planetách, který byl podle jeho představ podobný tomu na Zemi. Takové spekulace nebyly v té době nijak neobvyklé, zdůvodňovaly se kopernikánstvím nebo principem plnosti. Huygens však zašel do větších podrobností, i když bez toho, že by chápal Newtonovy gravitační zákony nebo skutečnost, že atmosféry na jiných planetách se skládají z různých plynů. Dílo, které bylo v roce vydání přeloženo do češtiny a nazváno The celestial worlds discover“d (Nebeské světy objevené), bylo považováno za dílo navazující na fantaskní tradici Francise Godwina, Johna Wilkinse a Cyrana de Bergerac a v podstatě utopické; a také za dílo, které svým pojetím planety vděčí kosmografii ve smyslu Petra Hejlína.

Huygens napsal, že pro život je nezbytná dostupnost vody v kapalném skupenství a že vlastnosti vody se musí na jednotlivých planetách lišit podle teplotního rozsahu. Pozorování tmavých a světlých skvrn na povrchu Marsu a Jupiteru považoval za důkaz existence vody a ledu na těchto planetách. Tvrdil, že mimozemský život Bible ani nepotvrzuje, ani nepopírá, a kladl si otázku, proč by Bůh stvořil ostatní planety, kdyby neměly sloužit k něčemu většímu než k obdivování ze Země. Huygens postuloval, že velká vzdálenost mezi planetami znamená, že Bůh nezamýšlel, aby bytosti na jedné z nich věděly o bytostech na ostatních, a nepředpokládal, jak moc lidé pokročí ve vědeckém poznání.

V této knize také Huygens zveřejnil svou metodu odhadu hvězdných vzdáleností. Do stínítka obráceného ke Slunci udělal řadu menších otvorů, dokud neodhadl, že světlo má stejnou intenzitu jako světlo hvězdy Sírius. Poté vypočítal, že úhel tohoto otvoru je 1

Huygensův vliv byl za jeho života velký, ale krátce po jeho smrti začal slábnout. Jeho schopnosti jako geometra a jeho mechanické poznatky vyvolaly obdiv mnoha jeho současníků, včetně Newtona, Leibnize, l“Hospitalu a Bernoulliho. Pro svou práci v oblasti fyziky byl Huygens považován za jednoho z největších vědců v dějinách a významnou postavu vědecké revoluce, které v hloubce poznání i počtu dosažených výsledků konkuroval pouze Newton. Huygens se rovněž zasloužil o rozvoj institucionálního rámce vědeckého výzkumu na evropském kontinentu, čímž se stal předním činitelem při budování moderní vědy.

Přečtěte si také, bitvy – Bitva v Manilské zátoce

Matematika a fyzika

V matematice Huygens ovládal metody starořecké geometrie, zejména Archimédovo dílo, a byl zdatným uživatelem analytické geometrie a infinitezimálních technik Descarta, Fermata a dalších. Jeho matematický styl lze charakterizovat jako geometrickou infinitezimální analýzu křivek a pohybu. Čerpal inspiraci a představy z mechaniky, ale formálně zůstával čistou matematikou. Huygens přivedl tento typ geometrické analýzy k jejímu největšímu vrcholu, ale také k jejímu závěru, protože stále více matematiků se odvracelo od klasické geometrie ke kalkulu pro práci s infinitezimálními čísly, limitními procesy a pohybem.

Huygens byl navíc jedním z prvních, kdo plně využil matematiku k zodpovězení fyzikálních otázek. Často to znamenalo zavést jednoduchý model pro popis složité situace a poté ji analyzovat od jednoduchých argumentů až k jejich logickým důsledkům, přičemž cestou rozvíjel potřebnou matematiku. Jak napsal na konci návrhu De vi Centrifuga:

Ať už jste se domnívali, že to není nemožné, ať už jde o gravitaci nebo pohyb nebo o jakoukoli jinou věc, dokážete-li pak něco o velikosti přímky, povrchu nebo tělesa, bude to pravda; jako například Archimedes o kvadratuře paraboly, kde se předpokládalo, že tendence těžkých předmětů působí prostřednictvím rovnoběžek.

Huygens dával přednost axiomatické prezentaci svých výsledků, která vyžaduje přísné metody geometrického dokazování: při výběru primárních axiomů a hypotéz připouštěl určitou míru nejistoty; na druhé straně důkazy tvrzení z nich odvozených nemohly být nikdy zpochybněny. Huygensovy publikované práce byly považovány za přesné, jednoznačné a elegantní a měly velký vliv na Newtonovu prezentaci jeho vlastních hlavních prací.

Kromě aplikace matematiky na fyziku a fyziky na matematiku se Huygens spoléhal na matematiku jako metodologii, zejména na její prediktivní schopnost vytvářet nové poznatky o světě. Na rozdíl od Galilea, který matematiku používal především jako rétoriku nebo syntézu, Huygens důsledně používal matematiku jako metodu objevování a analýzy a kumulativní efekt jeho přístupu vytvořil normu pro vědce osmnáctého století, jako byl Johann Bernoulli.

Ačkoli Huygens nikdy nebyl určen k publikaci, použil algebraické výrazy k vyjádření fyzikálních entit v několika svých rukopisech o srážkách. Byl tak jedním z prvních, kdo použil matematické vzorce k popisu vztahů ve fyzice, jak se to dělá dnes.

Huygensovo postavení největšího vědce v Evropě bylo na konci 17. století zastíněno Newtonovým postavením, přestože, jak poznamenává Hugh Aldersey-Williams, „Huygensovy úspěchy v některých důležitých ohledech převyšují Newtonovy“. Jeho velmi svérázný styl a neochota publikovat své práce značně oslabily jeho vliv v období po vědecké revoluci, kdy se do popředí dostali stoupenci Leibnizova kalkulu a Newtonovy fyziky.

Jeho analýza křivek, které splňují určité fyzikální vlastnosti, jako je cykloida, vedla k pozdějším studiím mnoha dalších křivek, jako je kaustika, brachistochron, plachetní křivka a katenára. Jeho aplikace matematiky ve fyzice, například při analýze dvojlomu, bude inspirací pro nový vývoj matematické fyziky a racionální mechaniky v následujících stoletích (i když v jazyce kalkulu). Kromě toho Huygens vyvinul kmitavé časoměrné mechanismy, kyvadlo a vyvažovací pružinu, které se od té doby používají v mechanických hodinkách a hodinách. Byly to první spolehlivé časomíry vhodné pro vědecké použití. Jeho práce v této oblasti předznamenala spojení aplikované matematiky se strojírenstvím v následujících stoletích.

Přečtěte si také, zivotopisy – Federico García Lorca

Portréty

Během svého života si Huygens a jeho otec nechali vytvořit řadu portrétů. Patřily k nim:

Přečtěte si také, zivotopisy – Viktor Emanuel II.

Vzpomínkové akce

Byla po něm pojmenována sonda Evropské kosmické agentury, která v roce 2005 přistála na Titanu, největším Saturnově měsíci.

Řada pomníků Christiaana Huygense se nachází ve významných nizozemských městech včetně Rotterdamu, Delftu a Leidenu.

Zdroj(e):

Přečtěte si také, zivotopisy – Bernd a Hilla Becherovi

Další

Zdroje

Christiaan Huygens
Christiaan Huygens
^ I. Bernard Cohen; George E. Smith (25 April 2002). The Cambridge Companion to Newton. Cambridge University Press. p. 69. ISBN 978-0-521-65696-2. Archived from the original on 16 September 2020. Retrieved 15 May 2013.
^ Niccolò Guicciardini (2009). Isaac Newton on mathematical certainty and method. MIT Press. p. 344. ISBN 978-0-262-01317-8. Archived from the original on 16 September 2020. Retrieved 15 May 2013.
^ „Huygens, Christiaan“. Lexico UK English Dictionary. Oxford University Press. Archived from the original on 18 March 2020.
^ „Huygens“. Merriam-Webster Dictionary. Retrieved 13 August 2019.
^ a b Simonyi, K. (2012). A Cultural History of Physics. CRC Press. pp. 240–255. ISBN 978-1568813295.
Cela malgré des calculs assez improbables pour y parvenir[2]
Encore sous-évalué[3]
a b Dijksterhuis, E.J.: De mechanisering van het wereldbeeld
Hooykaas, R.: Geschiedenis der natuurwetenschappen, Utrecht, 1976
Boyer, C.B.: A history of mathematics, New York, 1968
a b Andriesse, C.D.: Titan kan niet slapen: een biografie van Christiaan Huygens
Согласно нидерландско-русской практической транскрипции, эти имя и фамилию по-русски правильнее воспроизводить как Кристиан Хёйгенс.