Vida de Christian Huygens
Christian Huygens, holandés, es un físico, astrónomo, matemático e inventor de renombre mundial, además del inventor del reloj mecánico (el reloj de péndulo que inventó es un reloj mecánico).
Huygens era inteligente desde que era niño. Cuando tenía 13 años, hizo un torno y demostró una gran habilidad práctica. De 1645 a 1647 estudió derecho y matemáticas en la Universidad de Leiden; de 1647 a 1649 se trasladó al Breda College para continuar sus estudios. Bajo la influencia directa de las obras de Arquímedes y otros y de Descartes y otros, se dedicó a la investigación de la mecánica, las ondas luminosas, la astronomía y las matemáticas. Es bueno combinando la práctica científica y la investigación teórica para resolver problemas a fondo, por lo que ha logrado logros sobresalientes en la invención del reloj de péndulo, el diseño de instrumentos astronómicos, la colisión de cuerpos elásticos y la teoría ondulatoria de la luz. En 1663, fue nombrado primer miembro extranjero de la Real Sociedad de Inglaterra. En 1666, la recién creada Real Academia de Ciencias de Francia lo eligió académico. Huygens era frágil y enfermizo, se dedicó a la ciencia y nunca se casó. Murió en La Haya el 8 de julio de 1695. También anuló la teoría de partículas de Newton. Huygens era inteligente desde que era niño. Cuando tenía 13 años, hizo un torno y demostró una gran habilidad práctica. Su abuelo, también llamado Christian Huygens, fue secretario de Guillermo el Silencioso y del Príncipe Mauricio. En 1625, su padre Constantijn se convirtió en secretario del príncipe Federico Enrique y, al igual que el hermano de Christian, el otro Constantijn, en los años siguientes. A lo largo de su carrera, ha estado al servicio de la familia Orange.
Siguiendo esta tradición de servicio diplomático en la casa de Orange, la familia Huygens cuenta con una sólida tradición educativa y cultural. Su abuelo participó activamente en la educación de sus hijos y el padre de Huygens tenía grandes conocimientos tanto de literatura como de ciencia. Mantuvo correspondencia con Mersenne y con Descartes, quien fue bien recibido por Huygens en La Haya. Constantino fue un hombre con gran gusto por el arte, talento para la pintura, músico, compositor versátil y, sobre todo, un poeta destacado. Sus capítulos escritos en holandés y latín hicieron que alcanzara un lugar perdurable en la historia literaria holandesa;
Al igual que su padre, Constantino se comprometió activamente con la educación de sus hijos. Christian y su hermano mayor Constantine fueron educados en casa por su padre y tutores privados hasta los 16 años. Los hermanos se destacaron en música (Christian podía cantar y tocar la viola de gamba, el laúd y el clavecín), latín, griego, francés, algo de italiano y tenían experiencia en lógica, matemáticas, mecánica y geografía. Christian, un estudiante muy talentoso, demostró a una edad temprana una combinación de intereses teóricos y una visión de las aplicaciones prácticas y la construcción que más tarde caracterizarían su trabajo científico.
Desde mayo de 1645 hasta marzo de 1647, Christian estudió derecho y matemáticas en la Universidad de Leiden. Las matemáticas las aprendió Frans van Schooten. Estudió matemáticas clásicas y los métodos modernos de Viète, Descartes y Fermat. Durante este período, su padre le contó a Mason sobre la investigación de su hijo sobre el problema de la caída de cuerpos, lo que atrajo la atención de Mason y así comenzó una correspondencia directa entre Christian y Mason. Descartes, cuyo trabajo había influido profundamente en el joven Huygens durante estos años, también expresó interés y aprecio por el trabajo de Christian. Desde marzo de 1647 hasta agosto de 1649, Christian estudió Derecho en el recién fundado Collegium Arausiacum [Colegio de Orange] en Breda, del que su padre era director y Pell enseñaba matemáticas.
Después de sus estudios, Huygens no eligió la diplomacia, una carrera que habría sido más natural para su nacimiento y educación. No quería esa carrera y, en cualquier caso, con la muerte de Guillermo II en 1650, la familia Huygens perdió su primera oportunidad de hacer una carrera diplomática. Huygens permaneció en casa hasta 1666, salvo tres viajes a París y Londres. La financiación de su padre le permitió dedicarse por completo al estudio de la naturaleza. Estos años (1650 a 1666) fueron los más productivos de la carrera de Huygens.
Inicialmente Huygens se concentró en las matemáticas: la determinación del área y el volumen, y problemas algebraicos inspirados en el trabajo de Pappus. En 1651 se escribió "Theoremata de quadratura hipérboles, ellipsis et circuli" (Theoremata de quadratura hipérboles, ellipsis et circuli) [1], que incluía un análisis de los círculos de Gregorio de San Vicente y una refutación a la búsqueda de productos. Luego vino "De circuli magnitudne inventa" (De circuli magnitudne inventa) en 1654 [2]. En los años siguientes, Huygens estudió la longitud de una parábola, el área de su superficie de revolución, muchas curvas como la leucofisis, la cicloide (relacionada con un problema planteado públicamente por Pascal en 1658) y curvas logarítmicas. Problemas de tangente y área. En 1657, Huygens publicó su artículo sobre cuestiones de probabilidad, "Tractatus de ratiociniis in aleae ludo" [4].
En 1650 se completó un manuscrito [20] sobre hidrostática. En 1652, Huygens formuló la ley de la colisión elástica y comenzó a estudiar la óptica geométrica. En 1655 se instaló con su hermano en el pulido de lentes. Construyeron microscopios y telescopios. En el invierno de 1655-1656, Huygens descubrió los satélites de Saturno e identificó los anillos de Saturno. Ambos fueron reportados en "De Saturni luna observatio nova [3]" y "Saturno System" respectivamente (Systema Saturnium [6]). .
Huygens inventó el reloj de péndulo en 1656. Esto se describe en el Horologium [5] de 1658 (que no debe confundirse con el posterior Horologium oscillatorium). Esto también le creó oportunidades para descubrir el tautocronismo (1659) y estudiar la teoría de la evolución y el centro de oscilación. Las investigaciones de Huygens sobre la fuerza centrífuga también comenzaron en 1659. Durante estos años proliferó su correspondencia con muchos eruditos, entre ellos Gregorio de San Vicente, Wallis, Firestone y Sluse. Después de 1660, dedicó gran parte de su tiempo a estudiar la aplicación de los relojes de péndulo para determinar la longitud en el mar.
En cuanto al viaje mencionado anteriormente, la primera vez fue de julio a septiembre de 1655. Huygens llegó a París, donde conoció a Gassendi y Roberval, Sorbiere y Boulliau, los mismos eruditos que más tarde formaron la Academia. Real de las Ciencias. Como su hermano, aprovechó su estancia en Francia para doctorarse en derecho civil y derecho canónico "utriusque juris" en Angers. Cuando permaneció en París por segunda vez, de octubre de 1660 a marzo de 1661, conoció a Pascal, Auzout y Desargues. Posteriormente marchó a Londres y permaneció allí hasta mayo de 1661.
Allí, Huygens asistió a reuniones en el Gresham College, conoció a Moray, Wallis y Oldenburg, y los experimentos con bombas de aire de Boyle lo impresionaron mucho. La tercera vez que vino a París fue de abril de 1663 a mayo de 1664, con un viaje a Londres (junio a septiembre de 1663). Se convirtió en miembro de la recién formada Royal Society de Londres. Luego regresó a París, donde recibió de Luis XIV su primer salario por trabajos científicos.
En 1664, Thévenot se acercó a Huygens y le pidió que se convirtiera en miembro de una academia que se establecería en París. Una reunión informal de eruditos celebrada en París, a la que se le otorgaría un estatus oficial y financiación. En 1666 se fundó la Académie Royale des Sciences, Huygens aceptó ser miembro y viajó a París en mayo de ese año. Permaneció en París hasta 1681, con sólo dos períodos en La Haya por motivos de salud. Huygens no gozaba de buena salud y, a principios de 1670, sufrió una grave enfermedad. En septiembre se recuperó parcialmente y viajó a La Haya, regresando a París en junio de 1671. En el otoño de 1675, la enfermedad regresó y Huygens permaneció nuevamente en La Haya desde julio de 1676 hasta junio de 1678.
Como el miembro más distinguido de la Sociedad, Huygens recibía un salario elevado y vivía en una habitación de la Bibliothéque Royal. En la Sociedad, Huygens impulsó un programa baconiano para el estudio de la naturaleza. Participó activamente en observaciones astronómicas (como las de Saturno) y experimentos con bombas de aire. En 1669 formuló su teoría de la causa de la gravedad, y en 1678 escribió Traité de la lumière [12], en el que anunciaba la teoría ondulatoria de la luz que había desarrollado en 1676-1677 (Estrictamente hablando, es el pulso teoría de la luz). En 1668-1669 estudió teórica y experimentalmente el movimiento de objetos en medios resistentes. En 1673, colaboró con Papin para construir un motor de combustión interna (moteur à explosion). A partir de entonces también mantuvo contactos regulares con Leibniz. Huygens comenzó su investigación sobre el movimiento armónico simple en 1673 y diseñó un reloj con resortes en lugar de péndulos para fijar la hora, y se produjo una disputa de prioridad entre él y Hooke. En 1677 utilizó un microscopio para realizar investigaciones.
En 1672, estalló una guerra entre la República Holandesa y Luis XIV y sus aliados. Guillermo III de Orange llegó al poder y el padre y el hermano de Huygens asumieron cargos importantes en los Países Bajos. Mientras Huygens permaneció en París, aunque estaba profundamente preocupado por la causa holandesa, continuó su trabajo en la Sociedad bajo la protección de Colbert. En 1673 publicó Horologium oscillatorium [10], la primera obra de Huygens tras acceder a un cargo patrocinado por Luis XIV, que dedicó al rey de Francia. La medida ayudó a fortalecer su posición en París, pero provocó cierta oposición en los Países Bajos.
Debido a una nueva enfermedad, Huygens abandonó París en 1681 y se recuperó antes de 1683, pero al mismo tiempo Colbert murió, y sin su apoyo en París, Huygens se vio obligado a abandonar Su nacionalidad, su fe protestante y sus vínculos familiares con los La Casa de Orange le habría generado una fuerte oposición, por lo que decidió quedarse en Holanda. Como resultado, su situación financiera no es tan segura como antes y puede obtener ingresos de la propiedad de la tierra de su familia. Huygens nunca se casó. En La Haya y en el relativo aislamiento de la casa de campo familiar Hofwijck, cerca de Voorburg, continuó sus investigaciones ópticas, construyó muchos relojes y los probó en varios viajes de larga distancia, y escribió "El mundo celestial descubierto" (Cosmotheoros [14]). . De junio a septiembre de 1689 visitó Inglaterra, donde conoció a Newton.
Los Principia de Newton despertaron la admiración de Huygens pero también provocaron fuertes desacuerdos. Se pueden encontrar pruebas de ambos en Discourse on Light y Discourses de la cause de la pesanteur [13], un suplemento de este libro. Las conversaciones con Fatio de Duillier, la correspondencia con Leibniz y el interés por su cálculo hicieron que Huygens volviera a prestar atención a las matemáticas en sus últimos años. Huygens se concentró primero en estudiar problemas matemáticos, como las catenarias (descubrió que las catenarias son la diferencia entre cicloides y parábolas), trayectorias, espirales logarítmicas, etc., y también estudió la teoría de la probabilidad y los logros en puntos.
"Sobre el cálculo en los juegos de azar", publicado en 1657, es un artículo científico sobre la teoría de la probabilidad (es el fundador de la teoría de la probabilidad), que muestra sus logros en matemáticas. A partir de 1651 publicó algunos tratados sobre circunferencias, curvas cuadráticas, curvas complejas, catenarias, cuestiones de probabilidad, etc. También estudió cuerpos flotantes y problemas como la búsqueda del centro de gravedad de objetos de diversas formas. El principio de Huygens es una teoría básica importante de la óptica moderna. Pero aunque puede predecir la existencia de fenómenos de difracción de la luz, no puede explicarlos. Es decir, puede determinar la dirección de propagación de las ondas de luz, pero no puede determinar la amplitud de las vibraciones que se propagan en diferentes direcciones. Por tanto, el principio de Huygens es una comprensión aproximada de los fenómenos ópticos por parte de los humanos. No fue hasta más tarde que Fresnel desarrolló y complementó la teoría óptica de Huygens y creó el "principio de Huygens-Fresnel" que pudo explicar mejor el fenómeno de la difracción y completar toda la teoría ondulatoria de la luz.
Huygens expuso su principio de onda luminosa, concretamente el principio de Huygens, en su carta a la Academia de Ciencias de París en 1678 y en su libro "Sobre la luz" publicado en 1690. El principio de Huygens sostiene que para cualquier tipo de onda, cualquier punto de la superficie de la onda emitida por la fuente de onda puede usarse como fuente de onda de la onda, y la superficie circundante de cada superficie de onda de la fuente de onda es la siguiente nueva superficie de onda. superficie de la onda. Creía que cada partícula luminosa transmite un pulso a una partícula adyacente de medio difuso ("éter"), y cada partícula excitada se convierte en el centro de una ondícula esférica. Partiendo de la teoría de la colisión elástica, creía que aunque tal grupo de partículas no avanzaba, podían propagar pulsos que viajaban en todas direcciones al mismo tiempo, por lo que los rayos de luz interactuaban entre sí sin afectarse entre sí. Sobre esta base, utilizó diagramas para explicar el comportamiento de la luz. La reflexión, la refracción y otros fenómenos. La parte más interesante de la "Teoría de la Luz" es el modelo propuesto para la birrefringencia, que utiliza esferas y elipsoides para explicar los fenómenos extraños provocados por los fenómenos ordinarios. Luz y luz extraordinaria. Hay docenas de figuras geométricas complejas en el libro. La imagen es suficiente para mostrar sus habilidades matemáticas.
Además, Huygens se dedicó a la investigación de la óptica mientras trabajaba en París. En 1678, se opuso públicamente a la teoría de partículas de la luz de Newton en un discurso en la Academia de Ciencias de Francia. Si la luz fuera partícula, dijo, cambiaría de dirección debido a las colisiones cuando cruza. Pero este fenómeno no se descubrió en aquel momento y utilizar la teoría de partículas para explicar el fenómeno de la refracción llevaría a resultados contradictorios con la realidad. Por lo tanto, Huygens propuso formalmente la teoría ondulatoria de la luz en su libro "Sobre la luz" publicado en 1690, y estableció el famoso principio de Huygens. Sobre la base de este principio, dedujo las leyes de reflexión y refracción de la luz, explicó con éxito la razón por la cual la velocidad de la luz disminuye en medios ópticamente densos y también explicó el fenómeno de birrefringencia causado por la luz que entra en la piedra del continente helado. Esto se debe a la forma ovalada de las partículas moleculares de icebergita. Huygens hizo grandes contribuciones a la astronomía. Los instrumentos ópticos y astronómicos que diseñó y fabricó son exquisitos y sobresalientes, como lentes de pulido, telescopios mejorados (usándolos para descubrir los anillos de Saturno, etc.) y microscopios "Telescope" (sin cámara, de larga distancia focal, acromáticos). "máquina planetaria" que muestra el cielo estrellado (el prototipo del actual museo de astronomía), etc.
Puso mucha energía en desarrollar y mejorar los instrumentos ópticos. Mientras Huygens todavía estaba en los Países Bajos, él y su hermano diseñaron y aterrizaron con éxito lentes de telescopios con una precisión sin precedentes, mejorando así el telescopio de Kepler. Huygens utilizó el telescopio que desarrolló para realizar una gran cantidad de observaciones astronómicas. Entonces su recompensa fue resolver un antiguo misterio astronómico. Galileo observó una vez a Saturno a través de un telescopio y descubrió que "Saturno tiene oídos". Más tarde, descubrió que los "oídos" de Saturno desaparecieron. Los científicos posteriores a Galileo también estudiaron esta cuestión, pero no llegaron al grano.
El "extraño fenómeno de Saturno" se ha convertido en un misterio en la astronomía. Cuando Huygens apuntó su telescopio mejorado al planeta, descubrió un anillo delgado y plano junto a Saturno, y estaba muy inclinado con respecto al plano orbital de revolución de la Tierra. Las "orejas de Saturno" descubiertas por Galileo desaparecieron porque los anillos de Saturno a veces parecían lineales. Posteriormente, Huygens descubrió Titán, la luna de Saturno, y también observó la nebulosa de Orión, el casquete polar de Marte, etc. Huygens fue un pionero en la creación de la mecánica clásica. En el estudio de la mecánica, Huygens partió de la base creada por Galileo. En su estudio del péndulo, aclaró muchos conceptos y leyes dinámicas (incluida la ecuación de movimiento del péndulo, los conceptos de fuerza centrífuga, centro de oscilación y momento de inercia), utilizó el péndulo para medir la aceleración de la gravedad y Señaló que la fuerza centrífuga que experimenta un objeto en el ecuador de la tierra es 1 de su peso /289, autor de "Sobre el movimiento del péndulo" (1673). Descubrió la ley de colisión de cuerpos elásticos al mismo tiempo que J. Wallis (1616 ~ 1703) y C. Wren (1632 ~ 1723).
En 1668-1669, fue uno de los ganadores del premio de la Royal Society británica por artículos sobre problemas de colisiones. Estudió en detalle el problema de las colisiones perfectamente elásticas (llamadas en ese momento "colisiones centradas"). Se publicó una síntesis póstuma en "Sobre la colisión y el movimiento de los cuerpos" (1703), que incluía 5 hipótesis y 13 proposiciones. Corrigió el error de Descartes de no considerar la direccionalidad del momento y propuso por primera vez la conservación de las colisiones perfectamente elásticas antes y después. También estudió la colisión de pequeñas bolas en las manos de dos personas en la orilla y en el barco y aplicó el principio de la relatividad al estudio de los fenómenos de colisión. Alrededor de 1669, Huygens ya había propuesto una ley para resolver el problema de las colisiones: el principio de conservación de la "vitalidad", que se convirtió en el pionero de la conservación de la energía.
Huygens estudió el péndulo y su teoría tanto de forma práctica como teórica. Propuso la famosa fórmula para el período de un péndulo simple. Al estudiar la elevación y descenso del centro de gravedad del péndulo, Huygens descubrió el centro de gravedad del sistema de objetos y lo que Euler más tarde llamó el momento de inercia. También introdujo un dispositivo de retroalimentación: la idea física de "retroalimentación". aún más significativo hoy. Diseñó resortes de equilibrio para relojes marinos y relojes, reduciendo en gran medida el tamaño de los relojes. También usó un péndulo para encontrar el valor exacto de la aceleración debida a la gravedad y sugirió usar la longitud del péndulo de segundos como estándar de longitud natural.
Huygens también propuso su teorema de la fuerza centrífuga. También estudió el movimiento circular, el péndulo, la fuerza centrífuga cuando el sistema de objetos gira, y el aplanamiento de la bola de barro y la tierra cuando giran, etc. Estos estudios contribuyeron al posterior establecimiento de la ley de la gravitación universal. Planteó muchas preguntas interesantes e instructivas sobre la fuerza centrífuga. Huygens también dio su propuesta básica sobre la llamada "fuerza centrífuga" en su libro "Sobre el péndulo". Propuso que un objeto en movimiento circular tiene tendencia a alejarse del centro y que la fuerza centrífuga que ejerce sobre el centro es proporcional al cuadrado de la velocidad e inversamente proporcional al radio de movimiento. Esta es también su expansión de la teoría del péndulo galileano relacionada.
Más tarde, Huygens y Hooke descubrieron el isocronismo de oscilación del alambre de resorte en espiral, lo que creó las condiciones para la invención de los modernos relojes de bolsillo y de espiral.