Christiaan Huygens

Mary Stone | Februar 10, 2023

Zusammenfassung

Christiaan Huygens, Lord of Zeelhem, FRS (14. April 1629 – 8. Juli 1695) war ein niederländischer Mathematiker, Physiker, Astronom und Erfinder, der als einer der größten Wissenschaftler aller Zeiten und als eine wichtige Figur der wissenschaftlichen Revolution gilt. In der Physik leistete Huygens bahnbrechende Beiträge zur Optik und Mechanik, während er als Astronom vor allem für seine Studien über die Ringe des Saturns und die Entdeckung des Saturnmondes Titan bekannt ist. Als Erfinder verbesserte er die Konstruktion von Teleskopen und erfand die Pendeluhr, einen Durchbruch in der Zeitmessung und den genauesten Zeitmesser für fast 300 Jahre. Als außergewöhnlich begabter Mathematiker und Physiker war Huygens der erste, der ein physikalisches Problem durch eine Reihe von Parametern idealisierte und dann mathematisch analysierte, und der erste, der eine mechanistische Erklärung für ein nicht beobachtbares physikalisches Phänomen vollständig mathematisierte. Aus diesen Gründen wird er als der erste theoretische Physiker und einer der Begründer der modernen mathematischen Physik bezeichnet.

Huygens ermittelte die korrekten Gesetze des elastischen Aufpralls erstmals in seinem Werk De Motu Corporum ex Percussione, das 1656 fertiggestellt, aber erst 1703 posthum veröffentlicht wurde. Im Jahr 1659 leitete Huygens in seinem Werk De vi Centrifuga die Standardformeln der klassischen Mechanik für die Zentrifugalkraft geometrisch ab, ein Jahrzehnt vor Newton. In der Optik ist er vor allem für seine Wellentheorie des Lichts bekannt, die er 1678 vorschlug und in seinem Traité de la Lumière (1690) beschrieb. Seine mathematische Lichttheorie wurde zunächst zugunsten von Newtons Korpuskeltheorie des Lichts abgelehnt, bis Augustin-Jean Fresnel 1821 das Huygens“sche Prinzip übernahm, um die geradlinige Ausbreitung und die Beugungseffekte des Lichts vollständig zu erklären. Heute ist dieses Prinzip als Huygens-Fresnel-Prinzip bekannt.

Huygens erfand 1657 die Pendeluhr, die er im selben Jahr patentieren ließ. Seine Forschungen im Bereich der Uhrmacherei führten zu einer umfassenden Analyse des Pendels in Horologium Oscillatorium (1673), das als eines der wichtigsten Werke des 17. Jahrhunderts über Mechanik gilt. Während der erste und der letzte Teil Beschreibungen von Uhrendesigns enthalten, besteht der größte Teil des Buches aus einer Analyse der Pendelbewegung und einer Theorie der Kurven. 1655 begann Huygens zusammen mit seinem Bruder Constantijn Linsen zu schleifen, um Linsenfernrohre für die astronomische Forschung zu bauen. Er entdeckte den ersten der Saturnmonde, Titan, und war der erste, der das seltsame Aussehen des Saturns mit einem dünnen, flachen Ring erklärte, der sich nirgends berührte und zur Ekliptik geneigt war. 1662 entwickelte Huygens das so genannte Huygensche Okular, ein Teleskop mit zwei Linsen, das die Streuung verringerte.

Als Mathematiker entwickelte Huygens die Theorie der Evoluten und schrieb über Glücksspiele und das Problem der Punkte in Van Rekeningh in Spelen van Gluck, das Frans van Schooten übersetzte und als De Ratiociniis in Ludo Aleae (1657) veröffentlichte. Die Verwendung von Erwartungswerten durch Huygens und andere sollte später Jacob Bernoullis Arbeiten zur Wahrscheinlichkeitstheorie inspirieren.

Christiaan Huygens wurde am 14. April 1629 in Den Haag in eine reiche und einflussreiche niederländische Familie als zweiter Sohn von Constantijn Huygens geboren. Christiaan wurde nach seinem Großvater väterlicherseits benannt. Seine Mutter, Suzanna van Baerle, starb kurz nach der Geburt von Huygens“ Schwester. Das Paar hatte fünf Kinder: Constantijn (1628), Christiaan (1629), Lodewijk (1631), Philips (1632) und Suzanna (1637).

Constantijn Huygens war Diplomat und Berater des Hauses Oranien, außerdem war er Dichter und Musiker. Er korrespondierte viel mit Intellektuellen in ganz Europa; zu seinen Freunden gehörten Galileo Galilei, Marin Mersenne und René Descartes. Christiaan wurde bis zu seinem sechzehnten Lebensjahr zu Hause unterrichtet und spielte von klein auf gerne mit Miniaturen von Mühlen und anderen Maschinen. Sein Vater vermittelte ihm eine liberale Erziehung: Er studierte Sprachen, Musik, Geschichte, Geografie, Mathematik, Logik und Rhetorik, aber auch Tanzen, Fechten und Reiten.

1644 hatte Huygens seinen mathematischen Tutor Jan Jansz Stampioen, der dem 15-Jährigen eine anspruchsvolle Leseliste der zeitgenössischen Wissenschaft auferlegte. Descartes war später von seinen geometrischen Fähigkeiten beeindruckt, ebenso wie Mersenne, der ihn „den neuen Archimedes“ taufte.

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Studentische Jahre

Im Alter von sechzehn Jahren schickte Constantijn Huygens zum Studium der Rechtswissenschaften und der Mathematik an die Universität Leiden, wo er von Mai 1645 bis März 1647 studierte. Frans van Schooten war ab 1646 Akademiker in Leiden und wurde auf Anraten von Descartes Privatlehrer von Huygens und seinem älteren Bruder Constantijn jr. und ersetzte Stampioen. Van Schooten brachte seine mathematische Ausbildung auf den neuesten Stand und machte ihn insbesondere mit den Arbeiten von Viète, Descartes und Fermat vertraut.

Nach zwei Jahren, die im März 1647 begannen, setzte Huygens sein Studium am neu gegründeten Orange College in Breda fort, wo sein Vater Kurator war. Seine Zeit in Breda endete schließlich, als sein Bruder Lodewijk, der bereits eingeschrieben war, in einem Duell mit einem anderen Studenten endete. Constantijn Huygens war eng in das neue College eingebunden, das nur bis 1669 bestand; Rektor war André Rivet. Christiaan Huygens wohnte während seines Studiums im Haus des Juristen Johann Henryk Dauber und hatte Mathematikunterricht bei dem englischen Dozenten John Pell. Er schloss sein Studium im August 1649 ab. Danach war er als Diplomat in einer Mission bei Heinrich, Herzog von Nassau, tätig. Sie führte ihn nach Bentheim, dann nach Flensburg. Er machte sich auf den Weg nach Dänemark, besuchte Kopenhagen und Helsingør und hoffte, den Öresund zu überqueren, um Descartes in Stockholm zu besuchen. Daraus wurde nichts.

Obwohl es der Wunsch seines Vaters Constantijn war, dass sein Sohn Christiaan Diplomat werden sollte, verhinderten die Umstände, dass er dies wurde. Die erste stadthalterlose Periode, die 1650 begann, bedeutete, dass das Haus Oranien nicht mehr an der Macht war und Constantijns Einfluss schwand. Außerdem erkannte er, dass sein Sohn kein Interesse an einer solchen Karriere hatte.

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Frühe Korrespondenz

Huygens schrieb im Allgemeinen auf Französisch oder Latein. Im Jahr 1646, als er noch Student in Leiden war, begann er einen Briefwechsel mit dem väterlichen Freund, dem Gelehrten Mersenne, der bald darauf, 1648, starb. Mersenne schrieb an Constantijn über das mathematische Talent seines Sohnes und verglich ihn am 3. Januar 1647 schmeichelhaft mit Archimedes.

Die Briefe zeigen Huygens“ frühes Interesse an der Mathematik. Im Oktober 1646 findet sich die Hängebrücke und der Nachweis, dass eine hängende Kette keine Parabel ist, wie Galilei dachte. Huygens bezeichnete diese Kurve später, im Jahr 1690, in der Korrespondenz mit Gottfried Leibniz als Catenaria (Kettenlinie).

In den folgenden zwei Jahren (1647-48) behandelte Huygens in seinen Briefen an Mersenne verschiedene Themen, darunter einen mathematischen Beweis für das Gesetz des freien Falls, die Behauptung von Grégoire de Saint-Vincent über die Quadratur des Kreises, die Huygens als falsch erwies, die Entzerrung der Ellipse, Projektile und die schwingende Saite. Einige der damaligen Anliegen von Mersenne, wie die Zykloide (er schickte Huygens Torricellis Abhandlung über die Kurve), das Schwingungszentrum und die Gravitationskonstante, wurden von Huygens erst gegen Ende des 17. Jahrhunderts ernst genommen. Mersenne hatte auch über Musiktheorie geschrieben. Huygens bevorzugte die mitteltönige Stimmung; er führte die gleichschwebende Stimmung ein (die an sich keine neue Idee war, sondern Francisco de Salinas bekannt war) und verwendete Logarithmen, um sie weiter zu untersuchen und ihre enge Beziehung zum mitteltönigen System aufzuzeigen.

Im Jahr 1654 kehrte Huygens in das Haus seines Vaters in Den Haag zurück und konnte sich ganz der Forschung widmen. Die Familie besaß ein weiteres Haus in der Nähe von Hofwijck, wo er den Sommer verbrachte. Obwohl er sehr aktiv war, konnte ihn sein wissenschaftliches Leben nicht von Depressionen befreien.

In der Folgezeit baute Huygens ein breites Spektrum an Korrespondenten auf, doch wurde die Weiterführung der Kontakte nach 1648 durch die fünfjährige Fronde in Frankreich behindert. Als Huygens 1655 Paris besuchte, stellte er sich bei Ismael Boulliau vor, der ihn zu Claude Mylon brachte. Die Pariser Gruppe von Gelehrten, die sich um Mersenne versammelt hatte, blieb bis in die 1650er Jahre zusammen, und Mylon, der die Rolle des Sekretärs übernommen hatte, bemühte sich fortan, den Kontakt zu Huygens zu halten. Über Pierre de Carcavi korrespondierte Huygens 1656 mit Pierre de Fermat, den er sehr bewunderte, wenn auch diesseits der Abgötterei. Die Erfahrung war bittersüß und etwas rätselhaft, denn es wurde deutlich, dass Fermat aus dem Mainstream der Forschung herausgefallen war und seine Prioritätsansprüche in einigen Fällen wahrscheinlich nicht eingelöst werden konnten. Außerdem war Huygens zu diesem Zeitpunkt auf der Suche nach einer Anwendung der Mathematik auf die Physik, während sich Fermats Anliegen auf reinere Themen bezog.

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Wissenschaftliches Debüt

Wie einige seiner Zeitgenossen zögerte Huygens oft, seine Ergebnisse und Entdeckungen zu veröffentlichen, und zog es stattdessen vor, seine Arbeit durch Briefe zu verbreiten. In seiner Anfangszeit gab sein Mentor Frans van Schooten technische Rückmeldungen und war um seines Rufes willen vorsichtig.

Zwischen 1651 und 1657 veröffentlichte Huygens eine Reihe von Werken, in denen er seine mathematische Begabung und seine Beherrschung der klassischen und analytischen Geometrie unter Beweis stellte, was es ihm ermöglichte, seine Reichweite und sein Ansehen unter den Mathematikern zu steigern. Etwa zur gleichen Zeit begann Huygens, die Kollisionsgesetze von Descartes zu hinterfragen, die weitgehend falsch waren, und leitete die richtigen Gesetze algebraisch und später mit Hilfe der Geometrie ab. Er zeigte, dass für jedes System von Körpern der Schwerpunkt des Systems bei gleicher Geschwindigkeit und Richtung gleich bleibt, was Huygens die Erhaltung der „Bewegungsmenge“ nannte. Seine Theorie der Kollisionen kam der Idee der kinetischen Energie bis zu Newton am nächsten. Diese Ergebnisse waren durch Korrespondenz und einen kurzen Artikel im Journal des Sçavans bekannt, blieben aber bis nach seinem Tod mit der Veröffentlichung von De Motu Corporum ex Percussione (Über die Bewegung kollidierender Körper) weitgehend unveröffentlicht.

Neben seinen Arbeiten zur Mechanik machte er wichtige wissenschaftliche Entdeckungen, wie die Identifizierung des Saturnmondes Titan im Jahr 1655 und die Erfindung der Pendeluhr im Jahr 1657, die ihn in ganz Europa berühmt machten. Am 3. Mai 1661 beobachtete Huygens mit dem Teleskop des Instrumentenbauers Richard Reeve in London zusammen mit dem Astronomen Thomas Streete und Reeve den Transit des Planeten Merkur über die Sonne. Streete diskutierte daraufhin mit dem Astronomen Thomas Reeve über die veröffentlichte Aufzeichnung des Transits von Hevelius, eine Kontroverse, die von Henry Oldenburg vermittelt wurde. Huygens übergab Hevelius ein Manuskript von Jeremiah Horrocks über den Venustransit von 1639, das damit 1662 erstmals gedruckt wurde.

Im selben Jahr interessierte sich Huygens, der Cembalo spielte, für die Musiktheorien von Simon Stevin; er zeigte jedoch wenig Interesse an der Veröffentlichung seiner Theorien über die Konsonanz, von denen einige jahrhundertelang verloren gingen. Für seine Beiträge zur Wissenschaft wählte ihn die Royal Society of London 1665, als Huygens erst 36 Jahre alt war, zum Fellow.

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Frankreich

Die Akademie von Montmor war die Form, die der alte Mersenne-Kreis ab Mitte der 1650er Jahre annahm. Huygens beteiligte sich an ihren Debatten und unterstützte die „dissidente“ Fraktion, die experimentelle Demonstrationen bevorzugte, um fruchtlose Diskussionen einzuschränken, und sich gegen dilettantische Haltungen wandte. Im Jahr 1663 besuchte er zum dritten Mal Paris; die Akademie von Montmor wurde geschlossen, und Huygens nutzte die Gelegenheit, um sich für ein stärker baconianisches Programm in der Wissenschaft einzusetzen. Drei Jahre später, im Jahr 1666, folgte er einer Einladung nach Paris, um eine Stelle an der neuen Académie des sciences von König Ludwig XIV. anzunehmen.

In Paris hatte Huygens in Jean-Baptiste Colbert, dem Ersten Minister Ludwigs XIV, einen wichtigen Förderer und Korrespondenten. Seine Beziehung zur Akademie war jedoch nicht immer einfach, und 1670 wählte Huygens, der schwer erkrankt war, Francis Vernon aus, um im Falle seines Todes eine Schenkung seiner Papiere an die Royal Society in London zu veranlassen. Die Folgen des französisch-niederländischen Krieges (1672-78) und insbesondere die Rolle Englands in diesem Krieg könnten seine Beziehung zur Royal Society beeinträchtigt haben. Robert Hooke fehlte als Vertreter der Royal Society das nötige Fingerspitzengefühl, um die Situation im Jahr 1673 zu meistern.

Der Physiker und Erfinder Denis Papin war ab 1671 Assistent von Huygens. Eines ihrer Projekte, das nicht direkt Früchte trug, war der Schießpulvermotor. Papin ging 1678 nach England, um seine Arbeit in diesem Bereich fortzusetzen. Ebenfalls in Paris führte Huygens weitere astronomische Beobachtungen mit Hilfe des 1672 fertiggestellten Observatoriums durch. Er machte Nicolaas Hartsoeker 1678 mit französischen Wissenschaftlern wie Nicolas Malebranche und Giovanni Cassini bekannt.

Huygens lernte den jungen Diplomaten Gottfried Leibniz kennen, der 1672 auf einer vergeblichen Mission nach Paris kam, um den französischen Außenminister Arnauld de Pomponne zu treffen. Leibniz arbeitete zu dieser Zeit an einer Rechenmaschine und reiste Anfang 1673 mit Mainzer Diplomaten nach London weiter. Ab März 1673 wurde Leibniz von Huygens in Mathematik unterrichtet, der ihn in analytischer Geometrie unterrichtete. Es entwickelte sich ein umfangreicher Briefwechsel, in dem Huygens die Vorteile von Leibniz“ Infinitesimalrechnung zunächst nur zögerlich akzeptierte.

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Letzte Jahre

Nach einer weiteren schweren depressiven Erkrankung zog Huygens 1681 zurück nach Den Haag. Im Jahr 1684 veröffentlichte er die Astroscopia Compendiaria über sein neues röhrenloses Luftfernrohr. 1685 versuchte er, nach Frankreich zurückzukehren, aber die Aufhebung des Edikts von Nantes verhinderte dies. Sein Vater starb 1687, und er erbte Hofwijck, das er im folgenden Jahr zu seinem Wohnsitz machte.

Bei seinem dritten Besuch in England traf Huygens am 12. Juni 1689 persönlich mit Isaac Newton zusammen. Sie sprachen über den Islandspat und korrespondierten anschließend über die Widerstandsbewegung.

In seinen letzten Lebensjahren wandte sich Huygens wieder mathematischen Themen zu und beobachtete 1693 das akustische Phänomen, das heute als Flanging bekannt ist. Zwei Jahre später, am 8. Juli 1695, starb Huygens in Den Haag und wurde dort in einem nicht gekennzeichneten Grab in der Grote Kerk beigesetzt, wie schon sein Vater vor ihm.

Huygens hat nie geheiratet.

Huygens wurde zunächst durch seine mathematischen Arbeiten international bekannt und veröffentlichte eine Reihe wichtiger Ergebnisse, die die Aufmerksamkeit vieler europäischer Geometer auf sich zogen. Huygens bevorzugte in seinen veröffentlichten Werken die Methode von Archimedes, obwohl er in seinen privaten Notizbüchern die analytische Geometrie von Descartes und die Infinitesimaltechniken von Fermat intensiver nutzte.

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Quadratur-Theoreme

Huygens“ erste Veröffentlichung war Theoremata de Quadratura Hyperboles, Ellipsis et Circuli (Theoreme über die Quadratur der Hyperbel, der Ellipse und des Kreises), die 1651 von den Elzeviers in Leiden veröffentlicht wurde. Der erste Teil des Werks enthielt Theoreme zur Berechnung der Flächen von Hyperbeln, Ellipsen und Kreisen, die Parallelen zu den Arbeiten von Archimedes über Kegelschnitte aufwiesen, insbesondere zu seiner Quadratur der Parabel. Der zweite Teil enthielt eine Widerlegung der Behauptungen von Grégoire de Saint-Vincent über die Kreisquadratur, die er zuvor mit Mersenne diskutiert hatte.

Huygens wies nach, dass der Schwerpunkt eines Segments einer Hyperbel, Ellipse oder eines Kreises direkt mit der Fläche dieses Segments zusammenhängt. Er war dann in der Lage zu zeigen, die Beziehungen zwischen Dreiecken eingeschrieben in Kegelschnitten und der Schwerpunkt für diese Abschnitte. Durch die Verallgemeinerung dieser Theoreme auf alle Kegelschnitte erweiterte Huygens die klassischen Methoden, um neue Ergebnisse zu erzielen.

Die Quadratur war in den 1650er Jahren ein aktuelles Thema, und über Mylon mischte sich Huygens in die Diskussion über die Mathematik von Thomas Hobbes ein. Er versuchte beharrlich, die Irrtümer, in die Hobbes verfallen war, zu erklären und machte sich damit international einen Namen.

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De Circuli Magnitudine Inventa

Die nächste Veröffentlichung von Huygens war De Circuli Magnitudine Inventa (Neue Erkenntnisse über die Messung des Kreises), die 1654 erschien. In diesem Werk konnte Huygens die Lücke zwischen dem umschriebenen und dem eingeschriebenen Vieleck aus Archimedes“ Messung des Kreises schließen, indem er zeigte, dass das Verhältnis zwischen Umfang und Durchmesser oder π im ersten Drittel dieses Intervalls liegen muss.

Mit einer Technik, die der Richardson-Extrapolation entspricht, konnte Huygens die in der archimedischen Methode verwendeten Ungleichungen verkürzen; in diesem Fall konnte er durch Verwendung des Schwerpunkts eines Parabelsegments den Schwerpunkt eines Kreissegments annähern, was zu einer schnelleren und genaueren Annäherung an die Kreisquadratur führte. Aus diesen Theoremen ermittelte Huygens zwei Werte für π: den ersten zwischen 3,1415926 und 3,1415927 und den zweiten zwischen 3,1415926538 und 3,1415926533.

Huygens zeigte auch, dass im Falle der Hyperbel die gleiche Annäherung mit parabolischen Segmenten eine schnelle und einfache Methode zur Berechnung von Logarithmen ergibt. Am Ende des Werks fügte er eine Sammlung von Lösungen für klassische Probleme unter dem Titel Illustrium Quorundam Problematum Constructiones (Konstruktion einiger illustrer Probleme) an.

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De Ratiociniis in Ludo Aleae

Huygens begann sich für Glücksspiele zu interessieren, nachdem er 1655 Paris besucht hatte und dort auf die Arbeiten von Fermat, Blaise Pascal und Girard Desargues gestoßen war. Schließlich veröffentlichte er in De Ratiociniis in Ludo Aleae (Über das Denken in Glücksspielen) die damals kohärenteste Darstellung eines mathematischen Ansatzes für Glücksspiele. Frans van Schooten übersetzte das niederländische Originalmanuskript ins Lateinische und veröffentlichte es in seinem Exercitationum Mathematicarum (1657).

Das Werk enthält frühe spieltheoretische Ideen und befasst sich insbesondere mit dem Problem der Punkte. Huygens übernahm von Pascal die Konzepte eines „fairen Spiels“ und eines gerechten Vertrags (d. h. gleiche Aufteilung bei gleichen Chancen) und erweiterte das Argument, um eine nicht standardisierte Theorie der Erwartungswerte aufzustellen.

Im Jahr 1662 schickte Sir Robert Moray Huygens John Graunts Lebenstabelle, und mit der Zeit beschäftigten sich Huygens und sein Bruder Lodewijk mit der Lebenserwartung.

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Unveröffentlichte Arbeit

Huygens hatte zuvor ein Manuskript in der Art von Archimedes“ Über schwimmende Körper mit dem Titel De Iis quae Liquido Supernatant (Über Teile, die über Flüssigkeiten schweben) fertiggestellt. Es wurde um 1650 geschrieben und bestand aus drei Büchern. Obwohl er das fertige Werk an Frans van Schooten mit der Bitte um Rückmeldung schickte, entschied sich Huygens letztendlich gegen eine Veröffentlichung und schlug sogar vor, es zu verbrennen. Einige der hier gefundenen Ergebnisse wurden erst im achtzehnten und neunzehnten Jahrhundert wiederentdeckt.

Huygens leitet zunächst die Ergebnisse von Archimedes zur Stabilität der Kugel und des Paraboloids durch eine geschickte Anwendung des Torricelli-Prinzips ab (d. h., dass sich Körper in einem System nur bewegen, wenn ihr Schwerpunkt sinkt). Anschließend beweist er das allgemeine Theorem, dass für einen schwimmenden Körper im Gleichgewicht der Abstand zwischen seinem Schwerpunkt und seinem untergetauchten Teil ein Minimum ist. Huygens nutzt dieses Theorem, um originelle Lösungen für die Stabilität von schwimmenden Kegeln, Quadern und Zylindern zu finden, in einigen Fällen über einen ganzen Rotationszyklus hinweg. Sein Ansatz entsprach damit dem Prinzip der virtuellen Arbeit. Huygens war auch der erste, der erkannte, dass bei homogenen Festkörpern ihr spezifisches Gewicht und ihr Seitenverhältnis die wesentlichen Parameter der hydrostatischen Stabilität sind.

Huygens war der führende europäische Naturphilosoph zwischen Descartes und Newton. Im Gegensatz zu vielen seiner Zeitgenossen hatte Huygens jedoch keine Vorliebe für große theoretische oder philosophische Systeme und vermied es im Allgemeinen, sich mit metaphysischen Fragen zu befassen (wenn er dazu gedrängt wurde, hielt er sich an die cartesianische und mechanische Philosophie seiner Zeit). Stattdessen zeichnete sich Huygens dadurch aus, dass er die Arbeit seiner Vorgänger, wie etwa Galilei, erweiterte, um Lösungen für ungelöste physikalische Probleme zu finden, die sich einer mathematischen Analyse unterziehen ließen. Insbesondere suchte er nach Erklärungen, die sich auf den Kontakt zwischen Körpern stützten, und vermied Aktionen aus der Ferne.

Gemeinsam mit Robert Boyle und Jacques Rohault vertrat Huygens in seinen Pariser Jahren eine experimentell orientierte, korpuskular-mechanische Naturphilosophie. Dieser Ansatz wurde zuweilen als „baconianisch“ bezeichnet, ohne dass er induktivistisch war oder sich in einfältiger Weise mit den Ansichten von Francis Bacon identifizierte.

Nach seinem ersten Besuch in England im Jahr 1661 und der Teilnahme an einem Treffen am Gresham College, bei dem er direkt von Boyles Luftpumpenexperimenten erfuhr, verbrachte Huygens Ende 1661 und Anfang 1662 einige Zeit damit, diese Arbeit zu wiederholen. Dies erwies sich als langwieriger Prozess, der ein experimentelles Problem („anomale Suspension“) und das theoretische Problem des horror vacui an die Oberfläche brachte und im Juli 1663 damit endete, dass Huygens Fellow der Royal Society wurde. Es wurde gesagt, dass Huygens schließlich Boyles Ansicht über die Leere akzeptierte, im Gegensatz zur kartesianischen Leugnung derselben, und dass die Replikation der Ergebnisse von Leviathan und der Luftpumpe unordentlich verlief.

Der Einfluss Newtons auf John Locke wurde durch Huygens vermittelt, der Locke versicherte, dass Newtons Mathematik solide sei, was dazu führte, dass Locke eine korpuskular-mechanische Physik akzeptierte.

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Gesetze der Bewegung, des Aufpralls und der Gravitation

Der allgemeine Ansatz der mechanischen Philosophen bestand darin, Theorien der Art zu postulieren, die heute „Kontaktwirkung“ genannt wird. Huygens übernahm diese Methode, aber nicht ohne ihre Schwierigkeiten und Fehler zu erkennen. Leibniz, sein Schüler in Paris, gab die Theorie später auf. Diese Sichtweise des Universums machte die Theorie der Kollisionen zum Kernstück der Physik. Das Universum besteht aus bewegter Materie, und nur solche Erklärungen können wirklich verständlich sein. Obwohl er vom kartesianischen Ansatz beeinflusst war, war er weniger doktrinär. Er untersuchte elastische Kollisionen in den 1650er Jahren, verzögerte aber die Veröffentlichung um mehr als ein Jahrzehnt.

Huygens kam schon früh zu dem Schluss, dass die Gesetze von Descartes für den elastischen Zusammenstoß zweier Körper falsch sein mussten, und er formulierte die richtigen Gesetze. Ein wichtiger Schritt war die Anerkennung der galileischen Invarianz der Probleme. Huygens hatte die Kollisionsgesetze in den Jahren 1652-6 in einem Manuskript mit dem Titel De Motu Corporum ex Percussione tatsächlich ausgearbeitet, doch es dauerte viele Jahre, bis seine Ergebnisse in Umlauf kamen. Im Jahr 1661 gab er sie persönlich an William Brouncker und Christopher Wren in London weiter. Was Spinoza 1666, also während des Zweiten Englisch-Niederländischen Krieges, darüber an Henry Oldenburg schrieb, wurde geheim gehalten. Der Krieg endete 1667, und Huygens gab seine Ergebnisse 1668 der Royal Society bekannt. Später veröffentlichte er sie im Journal des Sçavans im Jahr 1669.

1659 fand Huygens die Konstante der Gravitationsbeschleunigung und formulierte das, was heute als zweites Newtonsches Bewegungsgesetz bekannt ist, in quadratischer Form. Er leitete geometrisch die heute übliche Formel für die Zentrifugalkraft ab, die auf ein Objekt wirkt, wenn es in einem rotierenden Bezugssystem betrachtet wird, zum Beispiel beim Fahren um eine Kurve. In moderner Schreibweise:

mit m der Masse des Objekts, w der Winkelgeschwindigkeit und r dem Radius. Er sammelte seine Ergebnisse in einer Abhandlung mit dem Titel De vi Centrifuga, die 1703 posthum veröffentlicht wurde. Die allgemeine Formel für die Zentrifugalkraft wurde jedoch erst 1673 veröffentlicht und war ein bedeutender Schritt bei der Untersuchung von Umlaufbahnen in der Astronomie. Sie ermöglichte den Übergang von Keplers drittem Gesetz der Planetenbewegung zum inversen Quadratgesetz der Gravitation. Huygens interpretierte Newtons Arbeiten zur Gravitation jedoch anders als Newtonianer wie Roger Cotes; er bestand nicht auf der apriorischen Haltung von Descartes, wollte aber auch keine Aspekte der Gravitationsanziehung akzeptieren, die nicht grundsätzlich auf den Kontakt von Teilchen zurückzuführen waren.

Der von Huygens verwendete Ansatz verpasste auch einige zentrale Begriffe der mathematischen Physik, die anderen nicht entgangen sind. In seiner Arbeit über Pendel kam Huygens der Theorie der einfachen harmonischen Bewegung sehr nahe; das Thema wurde jedoch zum ersten Mal von Newton in Buch II der Principia Mathematica (1687) vollständig behandelt. 1678 griff Leibniz aus Huygens“ Arbeit über Kollisionen die Idee des Erhaltungssatzes auf, die Huygens implizit gelassen hatte.

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Uhrmacherei

1657 erfand Huygens, inspiriert durch frühere Forschungen über Pendel als Regulierungsmechanismus, die Pendeluhr, die einen Durchbruch in der Zeitmessung darstellte und bis in die 1930er Jahre hinein fast 300 Jahre lang der genaueste Zeitmesser war. Die Pendeluhr war viel genauer als die bestehenden Spindel- und Foliot-Uhren und wurde sofort populär und verbreitete sich schnell in ganz Europa. Er beauftragte Salomon Coster in Den Haag mit der Konstruktion seiner Uhr, der die Uhr auch baute. Huygens verdiente jedoch nicht viel Geld mit seiner Erfindung. Pierre Séguier verweigerte ihm die französischen Rechte, während Simon Douw in Rotterdam und Ahasuerus Fromanteel in London seinen Entwurf 1658 kopierten. Die älteste bekannte Pendeluhr im Huygens-Stil stammt aus dem Jahr 1657 und ist im Museum Boerhaave in Leiden zu sehen.

Ein Grund für die Erfindung der Pendeluhr war die Schaffung eines präzisen Marinechronometers, das zur Bestimmung des Längengrads durch Himmelsnavigation auf Seereisen verwendet werden konnte. Die Uhr erwies sich jedoch als Zeitmesser für die Schifffahrt als ungeeignet, da die Schaukelbewegung des Schiffes die Bewegung des Pendels störte. 1660 machte Lodewijk Huygens auf einer Reise nach Spanien einen Versuch und berichtete, dass die Uhr bei schwerem Wetter unbrauchbar war. Alexander Bruce mischte sich 1662 in den Streit ein, und Huygens schaltete Sir Robert Moray und die Royal Society ein, um zu vermitteln und einige seiner Rechte zu wahren. Die Versuche wurden bis in die 1660er Jahre fortgesetzt, wobei die besten Nachrichten von einem Kapitän der Royal Navy, Robert Holmes, kamen, der 1664 gegen die niederländischen Besitztümer operierte. Lisa Jardine bezweifelt, dass Holmes die Ergebnisse des Prozesses korrekt wiedergegeben hat, da Samuel Pepys damals seine Zweifel zum Ausdruck brachte.

Ein Versuch für die französische Akademie auf einer Expedition nach Cayenne endete schlecht. Jean Richer schlug eine Korrektur für die Figur der Erde vor. Bei der Expedition der Niederländischen Ostindien-Kompanie zum Kap der Guten Hoffnung im Jahr 1686 konnte Huygens die Korrektur nachträglich liefern.

Sechzehn Jahre nach der Erfindung der Pendeluhr, im Jahr 1673, veröffentlichte Huygens sein Hauptwerk zur Uhrmacherei mit dem Titel Horologium Oscillatorium: Sive de Motu Pendulorum ad Horologia Aptato Demonstrationes Geometricae (Die Pendeluhr: oder Geometrische Demonstrationen über die Bewegung von Pendeln, angewandt auf Uhren). Es ist das erste moderne Werk über Mechanik, in dem ein physikalisches Problem durch eine Reihe von Parametern idealisiert und dann mathematisch analysiert wird.

Huygens“ Motivation war die von Mersenne und anderen gemachte Beobachtung, dass Pendel nicht ganz isochron sind: Ihre Periode hängt von der Schwingungsweite ab, wobei weite Schwingungen etwas länger dauern als enge. Er ging dieses Problem an, indem er die Kurve fand, auf der eine Masse unter dem Einfluss der Schwerkraft in der gleichen Zeit hinuntergleitet, unabhängig von ihrem Ausgangspunkt; das so genannte Tautochronenproblem. Mit geometrischen Methoden, die die Infinitesimalrechnung vorwegnahmen, zeigte Huygens, dass es sich um eine Zykloide handelt und nicht um den Kreisbogen einer Pendelkugel, und dass sich Pendel auf einer Zykloide bewegen müssen, um isochron zu sein. Die zur Lösung dieses Problems erforderliche Mathematik führte Huygens zur Entwicklung seiner Theorie der Evoluten, die er in Teil III seines Horologium Oscillatorium vorstellte.

Er löste auch ein Problem, das bereits von Mersenne gestellt worden war: die Berechnung der Periode eines Pendels, das aus einem beliebig geformten, schwingenden starren Körper besteht. Dazu musste er den Schwingungsschwerpunkt und seine wechselseitige Beziehung zum Drehpunkt herausfinden. In der gleichen Arbeit analysierte er das konische Pendel, das aus einem Gewicht an einer Schnur besteht, das sich auf einem Kreis bewegt, mit Hilfe des Konzepts der Zentrifugalkraft.

Huygens war der erste, der die Formel für die Periode eines idealen mathematischen Pendels (mit masseloser Stange oder Schnur und einer Länge, die viel größer ist als seine Schwingung) in moderner Notation ableitete:

wobei T die Periode, l die Länge des Pendels und g die Erdbeschleunigung ist. Mit seiner Untersuchung der Schwingungsdauer von zusammengesetzten Pendeln leistete Huygens einen entscheidenden Beitrag zur Entwicklung des Konzepts des Trägheitsmoments.

Huygens beobachtete auch gekoppelte Schwingungen: Zwei seiner Pendeluhren, die nebeneinander auf demselben Träger montiert waren, schwangen oft synchron in entgegengesetzter Richtung. Er berichtete der Royal Society in einem Brief von seinen Ergebnissen, die im Protokoll der Gesellschaft als „eine seltsame Art von Sympathie“ bezeichnet werden. Dieses Konzept ist heute als Entrainment bekannt.

Bei der Untersuchung der Schwingungseigenschaften der Zykloide gelang es Huygens 1675, ein Zykloidenpendel durch eine Kombination aus Geometrie und höherer Mathematik in eine schwingende Feder zu verwandeln. Im selben Jahr entwirft Huygens eine Spiralfeder und patentiert eine Taschenuhr. Diese Uhren zeichnen sich durch das Fehlen einer Schnecke zum Ausgleich des Drehmoments der Triebfeder aus. Huygens dachte also, dass seine Spiralfeder die Unruh isochronisieren würde, so wie die zykloidenförmigen Aufhängungen seiner Uhren das Pendel isochronisieren würden.

Später verwendete er Spiralfedern in konventionelleren Uhren, die von Thuret in Paris für ihn hergestellt wurden. Solche Federn sind in modernen Uhren mit loser Ankerhemmung unverzichtbar, da sie auf Isochronismus eingestellt werden können. Zu Huygens“ Zeiten wurde jedoch die sehr unwirksame Spindelhemmung verwendet, die die isochronen Eigenschaften jeder Art von Unruhspirale, ob spiralförmig oder nicht, beeinträchtigte.

Der Entwurf von Huygens entstand etwa zur gleichen Zeit wie der von Robert Hooke, wenn auch unabhängig davon. Die Kontroverse über die Priorität der Unruhfeder hielt über Jahrhunderte an. Im Februar 2006 wurde in einem Schrank in Hampshire, England, eine lange vermisste Kopie von Hookes handschriftlichen Notizen aus mehreren Jahrzehnten von Sitzungen der Royal Society entdeckt, was vermutlich den Ausschlag zugunsten von Hooke gab.

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Optik

Huygens interessierte sich seit langem für das Studium der Lichtbrechung und der Linsen oder Dioptrien. Aus dem Jahr 1652 stammen die ersten Entwürfe einer lateinischen Abhandlung über die Theorie der Dioptrien, bekannt als Tractatus, die eine umfassende und strenge Theorie des Fernrohrs enthält. Huygens war einer der wenigen, die theoretische Fragen zu den Eigenschaften und der Funktionsweise des Fernrohrs aufwarfen, und fast der einzige, der seine mathematischen Kenntnisse auf die in der Astronomie tatsächlich verwendeten Instrumente ausrichtete.

Huygens kündigte die Veröffentlichung gegenüber seinen Kollegen wiederholt an, verschob sie aber schließlich zugunsten einer viel umfassenderen Abhandlung, die nun den Namen Dioptrica trägt. Sie bestand aus drei Teilen. Der erste Teil befasste sich mit den allgemeinen Prinzipien der Lichtbrechung, der zweite mit der sphärischen und chromatischen Aberration, während der dritte alle Aspekte der Konstruktion von Fernrohren und Mikroskopen behandelte. Im Gegensatz zu Descartes“ Dioptrik, die nur ideale (elliptische und hyperbolische) Linsen behandelte, befasste sich Huygens ausschließlich mit sphärischen Linsen, die als einzige wirklich hergestellt und in Geräte wie Mikroskope und Teleskope eingebaut werden konnten.

Huygens erarbeitete auch praktische Möglichkeiten, um die Auswirkungen sphärischer und chromatischer Aberration zu minimieren, z. B. lange Brennweiten für das Objektiv eines Fernrohrs, interne Blenden zur Verringerung der Öffnung und eine neue Art von Okular in Form eines Satzes von zwei Plankonvexlinsen, die heute als Huygens-Okular bekannt sind. Die Dioptrica wurde zu Lebzeiten von Huygens nie veröffentlicht und erschien erst 1703 im Druck, als der Großteil ihres Inhalts der wissenschaftlichen Welt bereits bekannt war.

In der Optik ist Huygens vor allem für seine Wellentheorie des Lichts bekannt, die er erstmals 1678 der Académie des sciences in Paris vorstellte. Ursprünglich ein einleitendes Kapitel seiner Dioptrica, wurde Huygens“ Theorie 1690 unter dem Titel Traité de la Lumière (Abhandlung über das Licht) veröffentlicht und enthält die erste vollständig mathematisierte, mechanistische Erklärung eines nicht beobachtbaren physikalischen Phänomens (d. h. der Lichtausbreitung). Huygens bezieht sich auf Ignace-Gaston Pardies, dessen Manuskript über Optik ihm bei seiner Wellentheorie half.

Die Herausforderung bestand damals darin, die geometrische Optik zu erklären, da die meisten Phänomene der physikalischen Optik (wie z. B. die Beugung) noch nicht beobachtet oder als Problem erkannt worden waren. Huygens hatte 1672 mit der Doppelbrechung im Islandspat (einem Kalzit) experimentiert, ein Phänomen, das 1669 von Rasmus Bartholin entdeckt worden war. Zunächst konnte er das Phänomen nicht erklären, doch später gelang es ihm, es mit seiner Wellenfronttheorie und dem Konzept der Evolute zu erklären. Er entwickelte auch Ideen zur Kaustik. Huygens geht davon aus, dass die Lichtgeschwindigkeit endlich ist, und stützt sich dabei auf einen Bericht von Ole Christensen Rømer aus dem Jahr 1677, an den Huygens aber bereits geglaubt haben soll. Huygens“ Theorie stellt das Licht als strahlende Wellenfronten dar, wobei die gängige Vorstellung von Lichtstrahlen die Ausbreitung normal zu diesen Wellenfronten beschreibt. Die Ausbreitung der Wellenfronten wird dann als das Ergebnis kugelförmiger Wellen erklärt, die an jedem Punkt entlang der Wellenfront emittiert werden (heute als Huygens-Fresnel-Prinzip bekannt). Dabei wurde von einem allgegenwärtigen Äther ausgegangen, der durch vollkommen elastische Teilchen übertragen wird, was eine Revision der Auffassung von Descartes darstellt. Die Natur des Lichts war also eine Längswelle.

Seine Lichttheorie fand keine breite Akzeptanz, während Newtons konkurrierende Korpuskeltheorie des Lichts, die er in seinen Opticks (1704) aufstellte, mehr Unterstützung fand. Ein starker Einwand gegen Huygens“ Theorie war, dass Longitudinalwellen nur eine einzige Polarisation haben, die die beobachtete Doppelbrechung nicht erklären kann. Die Interferenzexperimente von Thomas Young im Jahr 1801 und die Entdeckung des Poisson-Flecks durch François Arago im Jahr 1819 konnten jedoch weder mit der Newtonschen noch mit einer anderen Teilchentheorie erklärt werden, wodurch Huygens“ Ideen und Wellenmodelle wiederbelebt wurden. Fresnel wurde auf die Arbeiten von Huygens aufmerksam und konnte 1821 die Doppelbrechung dadurch erklären, dass das Licht nicht (wie bisher angenommen) eine Longitudinal-, sondern eine Transversalwelle ist. Das so genannte Huygens-Fresnel-Prinzip bildete die Grundlage für die Weiterentwicklung der physikalischen Optik und erklärte alle Aspekte der Lichtausbreitung, bis Maxwells elektromagnetische Theorie in der Entwicklung der Quantenmechanik und der Entdeckung des Photons gipfelte.

Zusammen mit seinem Bruder Constantijn begann Huygens 1655, seine eigenen Linsen zu schleifen, um Fernrohre zu verbessern. Im Jahr 1662 entwarf er das sogenannte Huygenssche Okular mit zwei Linsen als Fernrohrokular. Linsen waren auch ein gemeinsames Interesse, durch das sich Huygens in den 1660er Jahren mit Baruch Spinoza, der sie beruflich erdete, gesellschaftlich treffen konnte. Sie hatten recht unterschiedliche Auffassungen von Wissenschaft, wobei Spinoza der engagiertere Cartesianer war, und einige ihrer Diskussionen sind in der Korrespondenz überliefert. Er stieß auf die Arbeiten von Antoni van Leeuwenhoek, einem weiteren Linsenschleifer, auf dem Gebiet der Mikroskopie, die seinen Vater interessierte.

Huygens untersuchte auch die Verwendung von Linsen in Projektoren. Er gilt als Erfinder der Zauberlaterne, die in einem Briefwechsel von 1659 beschrieben wird. Es gibt andere, denen eine solche Laterne zugeschrieben wird, wie Giambattista della Porta und Cornelis Drebbel, obwohl Huygens“ Entwurf Linsen für eine bessere Projektion verwendete (auch Athanasius Kircher wird dies zugeschrieben).

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Astronomie

Im Jahr 1655 entdeckte Huygens den ersten Saturnmond, den Titan, und beobachtete und skizzierte den Orionnebel mit einem Refraktor mit 43-facher Vergrößerung, den er selbst entwickelt hatte. Huygens gelang es, den Nebel in verschiedene Sterne zu unterteilen (das hellere Innere trägt heute ihm zu Ehren den Namen Huygensche Region), und er entdeckte mehrere interstellare Nebel und einige Doppelsterne. Er war auch der erste, der vorschlug, dass die Erscheinung des Saturn, die die Astronomen verwirrt hat, auf einen dünnen, flachen Ring zurückzuführen ist, der sich nirgends berührt und zur Ekliptik geneigt ist“.

Mehr als drei Jahre später, im Jahr 1659, veröffentlichte Huygens seine Theorie und seine Erkenntnisse in Systema Saturnium. Es gilt als das wichtigste Werk der teleskopischen Astronomie seit Galileis Sidereus Nuncius fünfzig Jahre zuvor. Huygens lieferte nicht nur einen Bericht über den Saturn, sondern auch Messungen der relativen Entfernungen der Planeten von der Sonne, führte das Konzept des Mikrometers ein und zeigte eine Methode zur Messung des Winkeldurchmessers von Planeten, die es schließlich ermöglichte, das Fernrohr als Instrument zur Messung (und nicht nur zum Anvisieren) astronomischer Objekte zu verwenden. Er war auch der erste, der die Autorität Galileis in Fragen der Teleskopie in Frage stellte, eine Meinung, die in den Jahren nach seiner Veröffentlichung weit verbreitet sein sollte.

Im selben Jahr konnte Huygens Syrtis Major, eine vulkanische Ebene auf dem Mars, beobachten. Er nutzte wiederholte Beobachtungen der Bewegung dieser Ebene über mehrere Tage hinweg, um die Tageslänge auf dem Mars zu schätzen, was ihm bis auf 24 1

Auf Anregung von Jean-Baptiste Colbert machte sich Huygens daran, ein mechanisches Planetarium zu konstruieren, das alle damals bekannten Planeten und ihre Monde, die um die Sonne kreisen, darstellen konnte. Huygens stellte seinen Entwurf 1680 fertig und ließ es im folgenden Jahr von seinem Uhrmacher Johannes van Ceulen bauen. Allerdings verstarb Colbert in der Zwischenzeit, und Huygens konnte sein Planetarium nie an die französische Akademie der Wissenschaften übergeben, da der neue Minister, Fracois-Michel le Tellier, beschloss, Huygens“ Vertrag nicht zu verlängern.

In seinem Entwurf machte Huygens einen genialen Gebrauch von fortgesetzten Brüchen, um die besten rationalen Näherungen zu finden, mit denen er die Zahnräder mit der richtigen Anzahl von Zähnen auswählen konnte. Das Verhältnis zwischen zwei Zahnrädern bestimmte die Umlaufzeiten zweier Planeten. Um die Planeten um die Sonne zu bewegen, verwendete Huygens einen Uhrmechanismus, der in der Zeit vorwärts und rückwärts gehen konnte. Huygens behauptete, sein Planetarium sei genauer als ein ähnliches Gerät, das Ole Rømer etwa zur gleichen Zeit konstruiert hatte, aber sein Planetariumsentwurf wurde erst nach seinem Tod in den Opuscula Posthuma (1703) veröffentlicht.

Kurz vor seinem Tod im Jahr 1695 vollendete Huygens den Kosmotheoros. Auf seine Anweisung hin sollte es erst posthum von seinem Bruder veröffentlicht werden, was Constantijn Jr. 1698 tat. Darin spekulierte er über die Existenz von außerirdischem Leben auf anderen Planeten, das er sich ähnlich wie das auf der Erde vorstellte. Solche Spekulationen waren zu jener Zeit nicht ungewöhnlich und wurden mit dem Kopernikanismus oder dem Plenaritätsprinzip begründet. Huygens ging jedoch noch weiter ins Detail, obwohl er weder die Newtonschen Gravitationsgesetze noch die Tatsache kannte, dass die Atmosphären anderer Planeten aus unterschiedlichen Gasen bestehen. Das Werk, das im Jahr seiner Veröffentlichung ins Englische übersetzt wurde und den Titel The celestial worlds discover“d trägt, wurde als in der phantasievollen Tradition von Francis Godwin, John Wilkins und Cyrano de Bergerac stehend und grundsätzlich utopisch angesehen; außerdem sei es in seinem Konzept des Planeten der Kosmographie im Sinne von Peter Heylin zu verdanken.

Huygens schrieb, dass das Vorhandensein von Wasser in flüssiger Form für das Leben unerlässlich sei und dass die Eigenschaften des Wassers von Planet zu Planet unterschiedlich sein müssten, um dem Temperaturbereich zu entsprechen. Seine Beobachtungen von dunklen und hellen Flecken auf der Oberfläche von Mars und Jupiter wertete er als Beweis für Wasser und Eis auf diesen Planeten. Er argumentierte, dass außerirdisches Leben in der Bibel weder bestätigt noch geleugnet wird, und stellte in Frage, warum Gott die anderen Planeten erschaffen hat, wenn sie nicht einem höheren Zweck als dem der Bewunderung von der Erde aus dienen sollten. Huygens postulierte, die große Entfernung zwischen den Planeten bedeute, dass Gott nicht beabsichtigt habe, dass die Lebewesen auf dem einen Planeten von den Lebewesen auf den anderen Planeten wüssten, und dass er nicht vorausgesehen habe, wie weit die Menschen in ihren wissenschaftlichen Kenntnissen fortschreiten würden.

In diesem Buch veröffentlichte Huygens auch seine Methode zur Schätzung von Sternentfernungen. Er machte eine Reihe kleinerer Löcher in einen der Sonne zugewandten Schirm, bis er schätzte, dass das Licht die gleiche Intensität hatte wie das des Sterns Sirius. Er berechnete dann, dass der Winkel dieses Lochs 1

Zu Lebzeiten war Huygens“ Einfluss groß, begann jedoch kurz nach seinem Tod zu verblassen. Seine Fähigkeiten als Geometer und seine mechanischen Erkenntnisse riefen die Bewunderung vieler seiner Zeitgenossen hervor, darunter Newton, Leibniz, l“Hospital und die Bernoullis. Für seine Arbeiten in der Physik gilt Huygens als einer der größten Wissenschaftler der Geschichte und als herausragende Figur der wissenschaftlichen Revolution, die nur von Newton in Bezug auf die Tiefe der Erkenntnisse und die Anzahl der erzielten Ergebnisse übertroffen wird. Huygens war auch maßgeblich an der Entwicklung eines institutionellen Rahmens für die wissenschaftliche Forschung auf dem europäischen Kontinent beteiligt, was ihn zu einem führenden Akteur bei der Etablierung der modernen Wissenschaft macht.

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Mathematik und Physik

In der Mathematik beherrschte Huygens die Methoden der antiken griechischen Geometrie, insbesondere die Arbeiten von Archimedes, und war ein versierter Anwender der analytischen Geometrie und der Infinitesimaltechniken von Descartes, Fermat und anderen. Sein mathematischer Stil kann als geometrische Infinitesimalanalyse von Kurven und Bewegungen bezeichnet werden. Er ließ sich von der Mechanik inspirieren, blieb aber in seiner Form reine Mathematik. Huygens brachte diese Art der geometrischen Analyse zu ihrer größten Blüte, aber auch zu ihrem Ende, als sich immer mehr Mathematiker von der klassischen Geometrie abwandten und sich der Infinitesimalrechnung zuwandten, um Infinitesimale, Grenzprozesse und Bewegungen zu behandeln.

Huygens war außerdem einer der ersten, der die Mathematik vollständig zur Beantwortung physikalischer Fragen einsetzte. Oft bedeutete dies, dass er ein einfaches Modell zur Beschreibung einer komplizierten Situation einführte und diese dann ausgehend von einfachen Argumenten bis hin zu ihren logischen Konsequenzen analysierte, wobei er auf dem Weg dahin die notwendige Mathematik entwickelte. So schrieb er am Ende eines Entwurfs von De vi Centrifuga:

Was auch immer Sie angenommen haben, nicht unmöglich, entweder über die Schwerkraft oder Bewegung oder jede andere Angelegenheit, wenn Sie dann beweisen, etwas über die Größe einer Linie, Oberfläche oder Körper, wird es wahr sein, wie zum Beispiel, Archimedes auf die Quadratur der Parabel, wo die Tendenz der schweren Objekte wurde angenommen, dass durch parallele Linien.

Huygens bevorzugte axiomatische Darstellungen seiner Ergebnisse, die strenge Methoden der geometrischen Beweisführung erfordern: Bei der Auswahl der primären Axiome und Hypothesen ließ er ein gewisses Maß an Ungewissheit zu; die Beweise der daraus abgeleiteten Theoreme hingegen durften niemals in Zweifel gezogen werden. Die von Huygens veröffentlichten Werke galten als präzise, eindeutig und elegant und übten einen großen Einfluss auf Newtons Präsentation seiner eigenen Hauptwerke aus.

Neben der Anwendung der Mathematik auf die Physik und der Physik auf die Mathematik verließ sich Huygens auf die Mathematik als Methodik, insbesondere auf ihre Vorhersagekraft, um neue Erkenntnisse über die Welt zu gewinnen. Im Gegensatz zu Galilei, der die Mathematik in erster Linie als Rhetorik oder Synthese verwendete, setzte Huygens die Mathematik konsequent als Entdeckungs- und Analysemethode ein, und die kumulative Wirkung seines Ansatzes schuf eine Norm für Wissenschaftler des achtzehnten Jahrhunderts wie Johann Bernoulli.

Obwohl nie zur Veröffentlichung vorgesehen, verwendete Huygens in einer Handvoll seiner Manuskripte über Kollisionen algebraische Ausdrücke zur Darstellung physikalischer Einheiten. Damit war er einer der ersten, der mathematische Formeln zur Beschreibung physikalischer Zusammenhänge verwendete, wie es heute üblich ist.

Jahrhunderts von Newton in den Schatten gestellt, obwohl, wie Hugh Aldersey-Williams feststellt, „die Leistungen von Huygens die von Newton in einigen wichtigen Punkten übertreffen“. Sein sehr eigenwilliger Stil und seine Zurückhaltung bei der Veröffentlichung seiner Arbeiten trugen dazu bei, dass sein Einfluss nach der wissenschaftlichen Revolution stark zurückging, als die Anhänger der Leibnizschen Infinitesimalrechnung und der Newtonschen Physik in den Vordergrund traten.

Seine Analyse von Kurven, die bestimmte physikalische Eigenschaften erfüllen, wie z. B. die Zykloide, führte zu späteren Studien vieler anderer solcher Kurven wie der Kaustik, der Brachistochrone, der Segelkurve und der Kettenlinie. Seine Anwendung der Mathematik auf die Physik, z. B. in seiner Analyse der Doppelbrechung, sollte in den folgenden Jahrhunderten neue Entwicklungen in der mathematischen Physik und der rationalen Mechanik inspirieren (wenn auch in der Sprache der Infinitesimalrechnung). Darüber hinaus entwickelte Huygens die oszillierenden Zeitmessmechanismen, das Pendel und die Unruh, die seither in mechanischen Uhren verwendet werden. Dies waren die ersten zuverlässigen Zeitmesser, die für den wissenschaftlichen Gebrauch geeignet waren. Seine Arbeiten auf diesem Gebiet nahmen die Verbindung von angewandter Mathematik und Maschinenbau in den folgenden Jahrhunderten vorweg.

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Porträts

Im Laufe seines Lebens gaben Huygens und sein Vater eine Reihe von Porträts in Auftrag. Dazu gehörten:

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Gedenkfeiern

Die Raumsonde der Europäischen Weltraumorganisation, die 2005 auf Titan, dem größten Saturnmond, landete, wurde nach ihm benannt.

Eine Reihe von Denkmälern für Christiaan Huygens findet man in wichtigen Städten der Niederlande, darunter Rotterdam, Delft und Leiden.

Quelle(n):

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Andere

Quellen

1. Christiaan Huygens
2. Christiaan Huygens
3. ^ 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.
4. ^ 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.
5. ^ „Huygens, Christiaan“. Lexico UK English Dictionary. Oxford University Press. Archived from the original on 18 March 2020.
6. ^ „Huygens“. Merriam-Webster Dictionary. Retrieved 13 August 2019.
7. ^ a b Simonyi, K. (2012). A Cultural History of Physics. CRC Press. pp. 240–255. ISBN 978-1568813295.
8. Cela malgré des calculs assez improbables pour y parvenir[1]
9. Encore sous-évalué[2]
10. a b Dijksterhuis, E.J.: De mechanisering van het wereldbeeld
11. Hooykaas, R.: Geschiedenis der natuurwetenschappen, Utrecht, 1976
12. Boyer, C.B.: A history of mathematics, New York, 1968
13. a b Andriesse, C.D.: Titan kan niet slapen: een biografie van Christiaan Huygens
14. Genealogie online, Jan Henrickzn van Baerle
15. Согласно нидерландско-русской практической транскрипции, эти имя и фамилию по-русски правильнее воспроизводить как Кристиан Хёйгенс.