Βιογραφία

Ο Christiaan Huygens ήταν Ολλανδός μηχανικός, φυσικός, μαθηματικός, αστρονόμος και εφευρέτης.

Ένας από τους ιδρυτές της θεωρητικής μηχανικής και της θεωρίας πιθανοτήτων. Έκανε σημαντική συμβολή στην οπτική, τη μοριακή φυσική, την αστρονομία, τη γεωμετρία και την ωρολογοποιία. Ανακάλυψε τους δακτυλίους του Κρόνου και του Τιτάνα (δορυφόρος του Κρόνου). Το πρώτο ξένο μέλος της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου (1663), μέλος της Γαλλικής Ακαδημίας Επιστημών από την ίδρυσή της (1666) και ο πρώτος της πρόεδρος (1666-1681).

Ο Χάιγκενς γεννήθηκε στη Χάγη το 1629. Ο πατέρας του Konstantin Huygens (Huygens), μυστικός σύμβουλος των Πρίγκιπες του Πορτοκαλιού, ήταν ένας αξιόλογος συγγραφέας που έλαβε επίσης καλή επιστημονική εκπαίδευση. Ο Κωνσταντίνος ήταν φίλος του Ντεκάρτ και η φιλοσοφία του Ντεκάρτ (καρτεσιανισμός) είχε μεγάλη επιρροή όχι μόνο στον πατέρα του, αλλά και στον ίδιο τον Κρίστιαν Χάιγκενς.

Ο νεαρός Χάιγκενς σπούδασε νομικά και μαθηματικά στο Πανεπιστήμιο του Λάιντεν και στη συνέχεια αποφάσισε να αφοσιωθεί στην επιστήμη. Το 1651 δημοσίευσε «Ομιλίες για το τετράγωνο μιας υπερβολής, μιας έλλειψης και ενός κύκλου». Μαζί με τον αδελφό του, βελτίωσε το τηλεσκόπιο, φέρνοντάς το σε μεγέθυνση 92x και άρχισε να μελετά τον ουρανό. Ο Χάιγκενς έγινε για πρώτη φορά διάσημος όταν ανακάλυψε τους δακτυλίους του Κρόνου (τους είδε και ο Γαλιλαίος, αλλά δεν μπορούσε να καταλάβει τι ήταν) και τον δορυφόρο αυτού του πλανήτη, τον Τιτάνα.

Το 1657 Huygensέλαβε ένα ολλανδικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για το σχεδιασμό ενός ρολογιού εκκρεμούς. Τα τελευταία χρόνια της ζωής του, ο Γαλιλαίος προσπάθησε να δημιουργήσει αυτόν τον μηχανισμό, αλλά η προοδευτική του τύφλωση τον εμπόδισε. Το ρολόι του Huygens πραγματικά λειτουργούσε και παρείχε εξαιρετική ακρίβεια για εκείνη την εποχή. Το κεντρικό στοιχείο του σχεδίου ήταν η άγκυρα που εφευρέθηκε από τον Huygens, η οποία ωθούσε περιοδικά το εκκρεμές και διατηρούσε αδιάκοπες ταλαντώσεις. Το ακριβές και φθηνό ρολόι με εκκρεμές που σχεδιάστηκε από τον Huygens έγινε γρήγορα διαδεδομένο σε όλο τον κόσμο. Το 1673, υπό τον τίτλο «Pendulum Clock», δημοσιεύτηκε η εξαιρετικά κατατοπιστική πραγματεία του Huygens για την κινηματική της επιταχυνόμενης κίνησης. Αυτό το βιβλίο ήταν ένα βιβλίο αναφοράς για τον Νεύτωνα, ο οποίος ολοκλήρωσε την κατασκευή του θεμελίου της μηχανικής που ξεκίνησε από τον Γαλιλαίο και συνεχίστηκε από τον Χάιγκενς.

Το 1661, ο Huygens ταξίδεψε στην Αγγλία. Το 1665, μετά από πρόσκληση του Κολμπέρ, εγκαταστάθηκε στο Παρίσι, όπου το 1666 δημιουργήθηκε η Ακαδημία Επιστημών του Παρισιού. Με πρόταση του ίδιου Κολμπέρ, ο Χάιγκενς έγινε ο πρώτος της πρόεδρος και ηγήθηκε της Ακαδημίας για 15 χρόνια. Το 1681, σε σχέση με τη σχεδιαζόμενη κατάργηση του Διατάγματος της Νάντης, ο Huygens, μη θέλοντας να ασπαστεί τον καθολικισμό, επέστρεψε στην Ολλανδία, όπου συνέχισε την επιστημονική του έρευνα. Στις αρχές της δεκαετίας του 1690, η υγεία του επιστήμονα άρχισε να επιδεινώνεται και πέθανε το 1695. Το τελευταίο έργο του Huygens ήταν το Cosmoteoros, στο οποίο υποστήριξε την πιθανότητα ύπαρξης ζωής σε άλλους πλανήτες.

Επιστημονική δραστηριότητα

Ο Lagrange έγραψε ότι ο Huygens «ήταν προορισμένος να βελτιώσει και να αναπτύξει τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις του Galileo».

Μαθηματικά

Ο Christian Huygens ξεκίνησε την επιστημονική του δραστηριότητα το 1651 με ένα δοκίμιο για τον τετραγωνισμό της υπερβολής, της έλλειψης και του κύκλου. Το 1654, ανέπτυξε μια γενική θεωρία των εξελίξεων και των ελικοειδή, μελέτησε το κυκλοειδές και το αλυσοειδές και προώθησε τη θεωρία των συνεχιζόμενων κλασμάτων.

Το 1657, ο Huygens έγραψε ένα παράρτημα «Σχετικά με τους υπολογισμούς σε ένα τυχερό παιχνίδι» στο βιβλίο του δασκάλου του van Schooten «Mathematical Etudes». Αυτή ήταν η πρώτη παρουσίαση των αρχών της τότε αναδυόμενης θεωρίας των πιθανοτήτων. Ο Huygens, μαζί με τον Fermat και τον Pascal, έθεσαν τα θεμέλιά του και εισήγαγαν τη θεμελιώδη έννοια της μαθηματικής προσδοκίας. Από αυτό το βιβλίο, ο Jacob Bernoulli εξοικειώθηκε με τη θεωρία των πιθανοτήτων, ο οποίος ολοκλήρωσε τη δημιουργία των θεμελίων της θεωρίας.

Μηχανική

Το 1657, ο Huygens δημοσίευσε μια περιγραφή της δομής του ρολογιού με εκκρεμές που εφηύρε. Ενώ ΕπιστήμονεςΔεν είχαν τόσο απαραίτητο όργανο για πειράματα όσο ακριβές ρολόι. Ο Γαλιλαίος, για παράδειγμα, όταν μελετούσε τους νόμους της πτώσης, μετρούσε τους παλμούς του δικού του παλμού. Τα ρολόγια με τροχούς που κινούνται με βάρη χρησιμοποιούνται εδώ και πολύ καιρό, αλλά η ακρίβειά τους δεν ήταν ικανοποιητική. Από την εποχή του Γαλιλαίου, το εκκρεμές χρησιμοποιήθηκε ξεχωριστά για τη μέτρηση με ακρίβεια σύντομων χρονικών περιόδων και ήταν απαραίτητο να μετρηθεί ο αριθμός των ταλαντώσεων. Το ρολόι του Huygens είχε καλή ακρίβεια και ο επιστήμονας στη συνέχεια επανειλημμένα, για σχεδόν 40 χρόνια, στράφηκε στην εφεύρεση του, βελτιώνοντάς τη και μελετώντας τις ιδιότητες του εκκρεμούς. Ο Huygens σκόπευε να χρησιμοποιήσει ρολόγια εκκρεμούς για να λύσει το πρόβλημα του προσδιορισμού του γεωγραφικού μήκους στη θάλασσα, αλλά δεν σημείωσε σημαντική πρόοδο. Ένα αξιόπιστο και ακριβές θαλάσσιο χρονοόμετρο εμφανίστηκε μόνο το 1735 (στη Μεγάλη Βρετανία).

Το 1673, ο Huygens δημοσίευσε ένα κλασικό έργο για τη μηχανική, το ρολόι του εκκρεμούς (Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum an horologia aptato demonstrationes geometrica). Το σεμνό όνομα δεν πρέπει να είναι παραπλανητικό. Εκτός από τη θεωρία των ρολογιών, το έργο περιείχε πολλές πρωτοκλασάτες ανακαλύψεις στον τομέα της ανάλυσης και της θεωρητικής μηχανικής. Ο Huygens τετράγωνα επίσης μια σειρά από επιφάνειες επανάστασης εκεί. Αυτό και τα άλλα γραπτά του είχαν τεράστια επιρροή στον νεαρό Νεύτωνα.

Στο πρώτο μέρος της εργασίας, ο Huygens περιγράφει ένα βελτιωμένο, κυκλοειδές εκκρεμές, το οποίο έχει σταθερό χρόνο αιώρησης ανεξάρτητα από το πλάτος. Για να εξηγήσει αυτή την ιδιότητα, ο συγγραφέας αφιερώνει το δεύτερο μέρος του βιβλίου στην εξαγωγή των γενικών νόμων κίνησης των σωμάτων σε ένα βαρυτικό πεδίο - ελεύθερο, κινούμενο κατά μήκος ενός κεκλιμένου επιπέδου, κύλιση κατά μήκος ενός κυκλοειδούς. Πρέπει να πούμε ότι αυτή η βελτίωση δεν έχει βρει πρακτική εφαρμογή, αφού για μικρές διακυμάνσεις η αύξηση της ακρίβειας από την κυκλοειδή αύξηση βάρους είναι ασήμαντη. Ωστόσο, η ίδια η ερευνητική μεθοδολογία έγινε μέρος του χρυσού ταμείου της επιστήμης.

Ο Huygens εξάγει τους νόμους της ομοιόμορφα επιταχυνόμενης κίνησης των σωμάτων που πέφτουν ελεύθερα, με βάση την υπόθεση ότι η δράση που προσδίδεται σε ένα σώμα από μια σταθερή δύναμη δεν εξαρτάται από το μέγεθος και την κατεύθυνση της αρχικής ταχύτητας. Εξάγοντας τη σχέση μεταξύ του ύψους της πτώσης και του τετραγώνου του χρόνου, ο Huygens κάνει την παρατήρηση ότι τα ύψη των πτώσεων σχετίζονται με τα τετράγωνα των επίκτητων ταχυτήτων. Επιπλέον, λαμβάνοντας υπόψη την ελεύθερη κίνηση ενός σώματος που ρίχνεται προς τα πάνω, διαπιστώνει ότι το σώμα ανεβαίνει στο μέγιστο ύψος, έχοντας χάσει όλη την ταχύτητα που του έχει μεταδοθεί, και το αποκτά ξανά όταν επιστρέφει πίσω.

Ο Γαλιλαίος παραδέχτηκε χωρίς απόδειξη ότι όταν τα σώματα πέφτουν κατά μήκος ευθειών με διαφορετική κλίση από το ίδιο ύψος, αποκτούν ίσες ταχύτητες. Ο Huygens το αποδεικνύει ως εξής. Δύο ευθείες γραμμές διαφορετικών κλίσεων και ίσων υψών τοποθετούνται με τα κάτω άκρα τους το ένα δίπλα στο άλλο. Εάν ένα σώμα που εκτοξεύεται από το πάνω άκρο του ενός από αυτά αποκτήσει μεγαλύτερη ταχύτητα από το ένα που εκτοξεύεται από το πάνω άκρο του άλλου, τότε μπορεί να εκτοξευθεί κατά μήκος του πρώτου από τέτοιο σημείο κάτω από το άνω άκρο ώστε η ταχύτητα που αποκτάται από κάτω να είναι επαρκής για να σηκώσετε το σώμα στο πάνω άκρο της δεύτερης γραμμής. αλλά τότε θα αποδεικνυόταν ότι το σώμα ανέβηκε σε ύψος μεγαλύτερο από αυτό από το οποίο έπεσε, αλλά αυτό δεν μπορεί να είναι. Από την κίνηση ενός σώματος κατά μήκος μιας κεκλιμένης ευθείας γραμμής, ο Huygens προχωρά σε κίνηση κατά μήκος μιας διακεκομμένης γραμμής και στη συνέχεια σε κίνηση κατά μήκος οποιασδήποτε καμπύλης και αποδεικνύει ότι η ταχύτητα που αποκτάται όταν πέφτει από οποιοδήποτε ύψος κατά μήκος μιας καμπύλης είναι ίση με την ταχύτητα που αποκτάται κατά τη διάρκεια μια ελεύθερη πτώση από το ίδιο ύψος κατά μήκος μιας κατακόρυφης γραμμής και ότι η ίδια ταχύτητα απαιτείται για να ανυψωθεί το ίδιο σώμα στο ίδιο ύψος τόσο κατά μήκος μιας κάθετης ευθείας γραμμής όσο και κατά μήκος μιας καμπύλης. Στη συνέχεια, προχωρώντας στο κυκλοειδές και λαμβάνοντας υπόψη ορισμένες από τις γεωμετρικές του ιδιότητες, ο συγγραφέας αποδεικνύει την ταυτοχρονικότητα των κινήσεων του βαρέως σημείου κατά μήκος του κυκλοειδούς.

Το τρίτο μέρος του έργου σκιαγραφεί τη θεωρία των εξελίξεων και των ενελίξεων, που ανακαλύφθηκε από τον συγγραφέα το 1654. εδώ βρίσκει τον τύπο και τη θέση της εξέλιξης του κυκλοειδούς. Το τέταρτο μέρος περιγράφει τη θεωρία του φυσικού εκκρεμούς. Εδώ ο Huygens λύνει το πρόβλημα που δεν δόθηκε σε τόσους γεωμέτρους της εποχής του - το πρόβλημα του προσδιορισμού του κέντρου ταλάντωσης. Βασίζεται στην ακόλουθη πρόταση:

Εάν ένα σύνθετο εκκρεμές, έχοντας αφήσει ανάπαυση, έχει ολοκληρώσει κάποιο μέρος της αιώρησής του, μεγαλύτερο από τη μισή ταλάντευση, και εάν η σύνδεση μεταξύ όλων των σωματιδίων του καταστραφεί, τότε καθένα από αυτά τα σωματίδια θα ανέλθει σε τέτοιο ύψος ώστε το κοινό τους κέντρο της βαρύτητας θα βρίσκεται σε εκείνο το ύψος, στο οποίο βρισκόταν όταν το εκκρεμές έφυγε από την ηρεμία. Αυτή η πρόταση, που δεν αποδείχθηκε από τον Huygens, του εμφανίζεται ως θεμελιώδης αρχή, ενώ τώρα αντιπροσωπεύει μια απλή συνέπεια του νόμου της διατήρησης της ενέργειας.

Η θεωρία του φυσικού εκκρεμούς δόθηκε από τον Huygens σε εντελώς γενική μορφή και εφαρμόστηκε σε σώματα διαφόρων ειδών. Ο Huygens διόρθωσε το λάθος του Γαλιλαίου και έδειξε ότι ο ισοχρονισμός των ταλαντώσεων του εκκρεμούς, που διακηρύχθηκε από τον τελευταίο, λαμβάνει χώρα μόνο κατά προσέγγιση. Σημείωσε επίσης δύο ακόμη λάθη του Galileo στην κινηματική: η ομοιόμορφη κυκλική κίνηση συνδέεται με την επιτάχυνση (ο Galileo το αρνήθηκε αυτό) και η φυγόκεντρος δύναμη είναι ανάλογη όχι με την ταχύτητα, αλλά με το τετράγωνο της ταχύτητας.

Στο τελευταίο, πέμπτο μέρος της εργασίας του, ο Huygens δίνει δεκατρία θεωρήματα για τη φυγόκεντρη δύναμη. Αυτό το κεφάλαιο παρέχει για πρώτη φορά μια ακριβή ποσοτική έκφραση για τη φυγόκεντρη δύναμη, η οποία αργότερα έπαιξε σημαντικό ρόλο στη μελέτη της κίνησης των πλανητών και στην ανακάλυψη του νόμου της παγκόσμιας έλξης. Ο Huygens δίνει σε αυτό (προφορικά) αρκετούς θεμελιώδεις τύπους:

Αστρονομία

Ο Huygens βελτίωσε ανεξάρτητα το τηλεσκόπιο. το 1655 ανακάλυψε το φεγγάρι του Κρόνου Τιτάνα και περιέγραψε τους δακτυλίους του Κρόνου. Το 1659, περιέγραψε ολόκληρο το σύστημα του Κρόνου σε ένα έργο που δημοσίευσε.

Το 1672, ανακάλυψε ένα κάλυμμα πάγου στο Νότιο Πόλο του Άρη. Ανακάλυψε επίσης το νεφέλωμα του Ωρίωνα και άλλα νεφελώματα, παρατήρησε διπλά αστέρια και υπολόγισε (με μεγάλη ακρίβεια) την περίοδο περιστροφής του Άρη γύρω από τον άξονά του.

Το τελευταίο βιβλίο «ΚΟΣΜΟΘΕΩΡΟΣ sive de terris coelestibus earumque ornatu conjecturae» (στα λατινικά, εκδόθηκε μεταθανάτια στη Χάγη το 1698) είναι ένας φιλοσοφικός και αστρονομικός προβληματισμός για το Σύμπαν. Πίστευε ότι και άλλοι πλανήτες κατοικούνταν από ανθρώπους. Το βιβλίο του Huygens διαδόθηκε ευρέως στην Ευρώπη, όπου μεταφράστηκε στα αγγλικά (1698), στα ολλανδικά (1699), στα γαλλικά (1702), στα γερμανικά (1703), στα ρωσικά (1717) και στα σουηδικά (1774). Με διάταγμα του Πέτρου Α, μεταφράστηκε στα ρωσικά από τον Jacob Bruce με τον τίτλο "The Book of the World View". Θεωρείται το πρώτο βιβλίο στη Ρωσία που εκθέτει το ηλιοκεντρικό σύστημα του Κοπέρνικου.

Σε αυτό το έργο, ο Huygens έκανε την πρώτη (μαζί με τον James Gregory) προσπάθεια να καθορίσουν την απόσταση από τα αστέρια. Αν υποθέσουμε ότι όλα τα αστέρια, συμπεριλαμβανομένου του Ήλιου, έχουν παρόμοια φωτεινότητα, τότε συγκρίνοντας τη φαινομενική τους φωτεινότητα, μπορούμε να υπολογίσουμε χονδρικά την αναλογία των αποστάσεων προς αυτά (η απόσταση από τον Ήλιο τότε ήταν ήδη γνωστή με επαρκή ακρίβεια). Για τον Σείριο, ο Χάιγκενς απέκτησε απόσταση 28.000 αστρονομικών μονάδων, που είναι περίπου 20 φορές μικρότερη από την αληθινή (δημοσιεύτηκε μετά θάνατον, το 1698).

Οπτική και κυματική θεωρία

Ο Huygens συμμετείχε σε σύγχρονες συζητήσεις σχετικά με τη φύση του φωτός. Το 1678, δημοσίευσε την πραγματεία του για το φως, μια περίληψη της κυματικής θεωρίας του φωτός. Δημοσίευσε ένα άλλο αξιόλογο έργο το 1690. εκεί σκιαγράφησε την ποιοτική θεωρία της ανάκλασης, της διάθλασης και της διπλής διάθλασης στην Ισλανδία spar με την ίδια μορφή που παρουσιάζεται τώρα στα εγχειρίδια φυσικής. Διατύπωσε την «αρχή Huygens», η οποία επιτρέπει σε κάποιον να μελετήσει την κίνηση ενός μετώπου κύματος, η οποία αναπτύχθηκε αργότερα από τον Fresnel και έπαιξε σημαντικό ρόλο στην κυματική θεωρία του φωτός. Ανακάλυψε την πόλωση του φωτός (1678).

Ανήκε στην αρχική βελτίωση του τηλεσκοπίου, το οποίο χρησιμοποίησε σε αστρονομικές παρατηρήσεις και το ανέφερε στην παράγραφο για την αστρονομία· εφηύρε τον «προσοφθάλμιο του Huygens», που αποτελείται από δύο επίπεδο-κυρτούς φακούς (χρησιμοποιείται ακόμη σήμερα). Είναι επίσης ο εφευρέτης του διασκοπικού προβολέα - του λεγόμενου. "μαγικό φανάρι"

Άλλα επιτεύγματα

Ο Χάιγκενς τεκμηρίωσε (θεωρητικά) την λοξότητα της Γης στους πόλους και εξήγησε επίσης την επίδραση της φυγόκεντρης δύναμης στην κατεύθυνση της βαρύτητας και στο μήκος του δεύτερου εκκρεμούς σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη. Έδωσε μια λύση στο πρόβλημα της σύγκρουσης ελαστικών σωμάτων, ταυτόχρονα με τους Wallis και Wren (δημοσιεύτηκε μετά θάνατον) και μια από τις λύσεις στο πρόβλημα της μορφής μιας βαριάς ομοιογενούς αλυσίδας σε ισορροπία (γραμμή αλυσίδας).

Είναι ο εφευρέτης της σπείρας του ρολογιού, που αντικαθιστά το εκκρεμές, το οποίο είναι εξαιρετικά σημαντικό για την πλοήγηση. Το πρώτο ρολόι με σπείρα σχεδιάστηκε στο Παρίσι από τον ωρολογοποιό Thuret το 1674. το 1675 κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ένα ρολόι τσέπης.

Ο Huygens ήταν ο πρώτος που ζήτησε την επιλογή ενός καθολικού φυσικού μέτρου μήκους, για το οποίο πρότεινε το 1/3 του μήκους ενός εκκρεμούς με περίοδο ταλάντωσης 1 δευτερόλεπτο (αυτό είναι περίπου 8 cm).

Σημαντικά έργα

Horologium oscillatorium, 1673 (Pendulum clock, στα λατινικά).
Κοσμοθεέωρος. (Αγγλική μετάφραση της έκδοσης του 1698) - αστρονομικές ανακαλύψεις του Huygens, υποθέσεις για άλλους πλανήτες.
Πραγματεία για το φως (Treatise on Light, αγγλική μετάφραση).

Ο Ολλανδός φυσικός, μηχανικός, μαθηματικός και αστρονόμος, Christiaan Huygens, ήταν ο άμεσος διάδοχος του Galileo στην επιστήμη. Ο Lagrange είπε ότι ο Huygens «ήταν προορισμένος να βελτιώσει και να αναπτύξει τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις του Galileo». Ο Χάιγκενς ήρθε για πρώτη φορά σε επαφή με τις ιδέες του Γαλιλαίου σε ηλικία 17 ετών: επρόκειτο να αποδείξει ότι τα σώματα που ρίχνονταν οριζόντια κινούνται σε μια παραβολή και ανακάλυψε μια τέτοια απόδειξη στο βιβλίο του Γαλιλαίου.

Ο πατέρας του Huygens καταγόταν από ολλανδική οικογένεια ευγενών και έλαβε εξαιρετική εκπαίδευση: γνώριζε τις γλώσσες και τη λογοτεχνία πολλών λαών και εποχών και ο ίδιος έγραψε ποιητικά έργα στα λατινικά και τα ολλανδικά. Ήταν επίσης γνώστης της μουσικής και της ζωγραφικής, ένας λεπτός και πνευματώδης άνθρωπος. Ενδιαφέρθηκε για επιστημονικά επιτεύγματα στους τομείς των μαθηματικών, της μηχανικής και της οπτικής. Η πρωτοτυπία της προσωπικότητάς του επιβεβαιώνεται από το γεγονός ότι ανάμεσα στους φίλους του υπήρχαν πολλοί διάσημοι, μεταξύ των οποίων και ο διάσημος Ρενέ Ντεκάρτ, ένας εξαιρετικός Γάλλος επιστήμονας.

Η επιρροή του Ντεκάρτ επηρέασε σε μεγάλο βαθμό τη διαμόρφωση της κοσμοθεωρίας του γιου του, του μελλοντικού μεγάλου επιστήμονα.

Παιδική και νεανική ηλικία.

Σε ηλικία οκτώ ετών, ο Κρίστιαν έμαθε λατινικά, γνώριζε τις τέσσερις πράξεις της αριθμητικής και σε ηλικία εννέα ετών γνώρισε τη γεωγραφία και τις αρχές της αστρονομίας και ήξερε πώς να προσδιορίζει την ώρα της ανατολής και της δύσης του ηλίου όλες τις εποχές. Όταν ο Κρίστιαν ήταν δέκα ετών, έμαθε να συνθέτει ποίηση στα λατινικά και να παίζει βιολί, στα έντεκα γνώρισε το λαούτο και στα δώδεκα γνώρισε τους βασικούς κανόνες της λογικής.

Αφού σπούδασε ελληνικά, γαλλικά και ιταλικά, καθώς και έπαιξε τσέμπαλο, ο Κρίστιαν προχώρησε στη μηχανική, που τον συνεπήρε εντελώς. Σχεδιάζει διάφορα μηχανήματα, για παράδειγμα, φτιάχνει τον δικό του τόρνο. Το 1643, ο δάσκαλος του Κρίστιαν είπε στον πατέρα του: «Ο Χριστιανός πρέπει να αποκαλείται θαύμα ανάμεσα στα αγόρια... Αναπτύσσει τις ικανότητές του στον τομέα της μηχανικής και των σχεδίων, κατασκευάζει καταπληκτικές μηχανές...».

Ο Christian σπουδάζει περαιτέρω μαθηματικά, ιππασία και χορό. Σώζεται ένα χειρόγραφο μαθηματικό μάθημα για τον Christian, που συνέταξε ο διάσημος μαθηματικός, φίλος του Descartes, Francis Schouten. Το μάθημα κάλυψε τις αρχές της άλγεβρας και της γεωμετρίας, τις αόριστες εξισώσεις από την Αριθμητική του Διόφαντου, τους παράλογους αριθμούς, τις τετραγωνικές και κυβικές ρίζες και τη θεωρία των αλγεβρικών εξισώσεων υψηλότερης τάξης. Το βιβλίο του Ντεκάρτ «Γεωμετρία» ξαναγράφτηκε. Στη συνέχεια δίνονται εφαρμογές της άλγεβρας στη γεωμετρία και οι εξισώσεις των τόπων. Τέλος, εξετάζονται κωνικές τομές και δίνονται προβλήματα για την κατασκευή εφαπτομένων σε διάφορες καμπύλες με τις μεθόδους των Descartes και Fermat.

Σε ηλικία δεκαέξι ετών, ο Christian και ο αδερφός του μπήκαν στο Πανεπιστήμιο του Leiden για να σπουδάσουν νομικά και παράλληλα σπούδασαν μαθηματικά με τον Schouten, ο οποίος έστειλε τα πρώτα του μαθηματικά έργα στον Descartes για αναθεώρηση. Ο Ντεκάρτ επαινεί τις «μαθηματικές εφευρέσεις» του Κρίστιαν: «Αν και δεν πήρε ακριβώς αυτό που χρειαζόταν, αυτό δεν είναι καθόλου παράξενο, αφού προσπάθησε να βρει πράγματα που κανείς άλλος δεν είχε καταφέρει να βρει. Ασχολήθηκε με αυτό το θέμα με τέτοιο τρόπο που είμαι βέβαιος ότι θα γίνει ένας εξαιρετικός επιστήμονας σε αυτόν τον τομέα».

Την εποχή αυτή, ο Κρίστιαν μελέτησε τον Αρχιμήδη, τις «Κωνικές τομές» του Απολλώνιου, την οπτική του Βιτέλο και του Κέπλερ, τη «Διοπτρία» του Καρτέσιου, την αστρονομία του Πτολεμαίου και του Κοπέρνικου, τη μηχανική του Στίβιν. Γνωρίζοντας το τελευταίο, ο Huygens αποδεικνύει ότι η δήλωση ότι το σχήμα ισορροπίας ενός νήματος που αιωρείται ελεύθερα μεταξύ δύο σημείων θα είναι παραβολή είναι λανθασμένη. Αυτή τη στιγμή είναι γνωστό ότι το νήμα θα βρίσκεται κατά μήκος της λεγόμενης γραμμής αλυσίδων.

Ο Christian αλληλογραφούσε με τον Marin Mersenne, έναν Φραγκισκανό μοναχό, εκδότη της γαλλικής μετάφρασης του Galileo's Mechanics και μιας περίληψης των Διαλόγων του... Ο Μέρσεν ενδιαφερόταν έντονα για τα επιστημονικά επιτεύγματα της εποχής του και με επιστολές που ανέφεραν τις τελευταίες ανακαλύψεις και τα πιο ενδιαφέροντα προβλήματα στα μαθηματικά και τη μηχανική. Εκείνες τις μέρες, μια τέτοια αλληλογραφία αντικατέστησε τα επιστημονικά περιοδικά που έλειπαν.

Ο Μερσέν έστειλε στον Κρίστιαν ενδιαφέροντα προβλήματα. Από τα γράμματά του γνώρισε τον κυκλοειδή και το κέντρο αιώρησης ενός φυσικού εκκρεμούς. Έχοντας μάθει για την κριτική του Huygens για το παραβολικό σχήμα του νήματος, ο Mersenne ανέφερε ότι το ίδιο λάθος είχε κάνει και ο ίδιος ο Galileo και ζήτησε μια πλήρη απόδειξη.

Ολοκληρώνοντας την αναφορά του στον Mersenne για το έργο του, έγραψε: «Αποφάσισα να προσπαθήσω να αποδείξω ότι τα βαριά σώματα που πετάχτηκαν προς τα πάνω ή στο πλάι περιγράφουν μια παραβολή, αλλά στο μεταξύ συνάντησα το βιβλίο του Galileo για την επιταχυνόμενη κίνηση, φυσική ή εξαναγκασμένη. όταν είδα ότι απέδειξε αυτό και πολλά άλλα, δεν ήθελα πια να γράψω την Ιλιάδα μετά τον Όμηρο».

Huygens και Αρχιμήδης.

Μετά το Leiden, ο Christian και ο μικρότερος αδελφός του Lodewyk πηγαίνουν για σπουδές στο College of Orange. Ο πατέρας του, προφανώς, προετοίμαζε τον Κρίστιαν για κυβερνητικές δραστηριότητες, αλλά ο Κρίστιαν δεν δελεάστηκε από αυτό.

Στο πνεύμα του Αρχιμήδη, ο εικοσιτριάχρονος Κρίστιαν έγραψε ένα βιβλίο για τη θεωρία των πλωτών σωμάτων: «Σχετικά με την ισορροπία των σωμάτων που επιπλέουν σε ένα υγρό». Αργότερα, το 1654, εμφανίστηκε ένα άλλο έργο στο πνεύμα του Αρχιμήδη, «Ανακαλύψεις για το μέγεθος του κύκλου», που αντιπροσώπευε μια πρόοδο στο «Μέτρηση του Κύκλου» του Αρχιμήδη. Ο Huygens έλαβε την τιμή του pi με οκτώ σωστά δεκαδικά ψηφία. Αυτό περιλαμβάνει επίσης το έργο «Θεωρήματα για το τετράγωνο μιας υπερβολής, έλλειψης και κύκλου και το κέντρο βάρους των μερών τους».

Γράφτηκε το 1657, η πραγματεία «On Calculations in Gambling» είναι ένα από τα πρώτα γνωστά έργα σχετικά με τη θεωρία πιθανοτήτων.

Huygens και οπτική.

Πίσω στο 1652, ο Huygens άρχισε να ενδιαφέρεται για το θέμα που ανέπτυξε ο Descartes. Ήταν η διοπτρία - η μελέτη της διάθλασης του φωτός. Γράφει στον φίλο του: «Έχω ήδη γράψει σχεδόν δύο βιβλία για αυτό το θέμα, στα οποία προστίθεται ένα τρίτο: το πρώτο μιλάει για διάθλαση σε επίπεδες και σφαιρικές επιφάνειες..., το δεύτερο για την ορατή αύξηση ή μείωση των εικόνων των αντικειμένων που λαμβάνονται μέσω διάθλασης». Το τρίτο βιβλίο, που υποτίθεται ότι μιλούσε για τηλεσκόπια και μικροσκόπια, γράφτηκε λίγο αργότερα. Ο Huygens εργάστηκε στο Dioptrics κατά διαστήματα για περίπου 40 χρόνια (από το 1652 έως το 1692).

Ξεχωριστά κεφάλαια του πρώτου μέρους της «Διοπτρίας» είναι αφιερωμένα στη διάθλαση του φωτός σε επίπεδες και σφαιρικές επιφάνειες. Ο συγγραφέας δίνει έναν πειραματικό προσδιορισμό του δείκτη διάθλασης διαφόρων διαφανών σωμάτων και εξετάζει τα προβλήματα της διάθλασης του φωτός σε πρίσματα και φακούς. Στη συνέχεια καθορίζει την εστιακή απόσταση των φακών και εξετάζει τη σχέση μεταξύ της θέσης του αντικειμένου στον οπτικό άξονα του φακού και της θέσης της εικόνας του, δηλαδή λαμβάνει την έκφραση του βασικού τύπου φακού. Το πρώτο μέρος του βιβλίου τελειώνει με μια θεώρηση της δομής του ματιού και της θεωρίας της όρασης.

Στο δεύτερο μέρος του βιβλίου, ο Huygens μιλά για την αναστρεψιμότητα του οπτικού συστήματος.

Στο τρίτο μέρος του βιβλίου, ο συγγραφέας δίνει μεγάλη σημασία στη σφαιρική εκτροπή (παραμόρφωση) των φακών και στις μεθόδους διόρθωσής της. Για μια σειρά ειδικών περιπτώσεων, βρίσκει το σχήμα των διαθλαστικών επιφανειών των φακών που δεν δίνουν σφαιρική εκτροπή. Προκειμένου να μειωθούν οι εκτροπές του τηλεσκοπίου, ο Christian προτείνει ένα σχέδιο «αεροτηλεσκοπίου», όπου ο φακός και το προσοφθάλμιο δεν συνδέονται μεταξύ τους. Το μήκος του «εναέριου τηλεσκοπίου» του Huygens ήταν 64 μ. Χρησιμοποιώντας αυτό το τηλεσκόπιο, ανακάλυψε τον δορυφόρο του Κρόνου, τον Τιτάνα, και παρατήρησε επίσης τέσσερις δορυφόρους του Δία, που ανακαλύφθηκαν προηγουμένως από τον Γαλιλαίο.

Ο Huygens, με τη βοήθεια των τηλεσκοπίων του, μπόρεσε επίσης να εξηγήσει την παράξενη εμφάνιση του Κρόνου, που είχε μπερδέψει τους αστρονόμους από τον Γαλιλαίο - διαπίστωσε ότι το σώμα του πλανήτη περιβαλλόταν από έναν δακτύλιο.

Το 1662, ο Huygens πρότεινε επίσης ένα νέο οπτικό σύστημα προσοφθάλμιου φακού, το οποίο αργότερα πήρε το όνομά του. Αυτός ο προσοφθάλμιος φακός αποτελούνταν από δύο θετικούς φακούς που χωρίζονταν από ένα μεγάλο διάκενο αέρα. Ένας τέτοιος προσοφθάλμιος φακός σύμφωνα με το σχήμα Huygens χρησιμοποιείται ευρέως από τους οπτικούς σήμερα.

Το 1672-1673, ο Huygens εξοικειώθηκε με την υπόθεση του Νεύτωνα για τη σύνθεση του λευκού φωτός. Την ίδια περίπου εποχή, διαμόρφωσε την ιδέα της κυματικής θεωρίας του φωτός, η οποία βρήκε την έκφρασή της στην περίφημη «Πραγματεία για το φως», που δημοσιεύτηκε το 1690.

Huygens και μηχανική.

Ο Huygens θα πρέπει να τοποθετηθεί στην αρχή μιας μακράς σειράς ερευνητών που συμμετείχαν στην καθιέρωση του παγκόσμιου νόμου της διατήρησης της ενέργειας.

Ο Huygens προτείνει μια μέθοδο για τον προσδιορισμό των ταχυτήτων των σωμάτων μετά τη σύγκρουσή τους. Το κύριο κείμενο της πραγματείας του «The Theory of Impact of Solid Bodies» ολοκληρώθηκε το 1652, αλλά η χαρακτηριστική κριτική στάση του Huygens στα έργα του οδήγησε στο γεγονός ότι η πραγματεία δημοσιεύτηκε μόνο μετά το θάνατο του Huygens. Είναι αλήθεια ότι, ενώ βρισκόταν στην Αγγλία το 1661, παρουσίασε πειράματα που επιβεβαίωναν τη θεωρία του για τον αντίκτυπο. Ο Γραμματέας της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου έγραψε: «Μια μπάλα που ζύγιζε μια λίβρα ήταν κρεμασμένη με τη μορφή εκκρεμούς. όταν απελευθερώθηκε, χτυπήθηκε από μια άλλη μπάλα, κρεμασμένη με τον ίδιο τρόπο, αλλά ζύγιζε μόνο μισή λίβρα. η γωνία εκτροπής ήταν σαράντα μοίρες και ο Huygens, μετά από λίγο αλγεβρικό υπολογισμό, προέβλεψε ποιο θα ήταν το αποτέλεσμα, το οποίο αποδείχθηκε ακριβώς όπως είχε προβλεφθεί».

Ο Χάιγκενς και το ρολόι.

Η περίοδος από τον Δεκέμβριο του 1655 έως τον Οκτώβριο του 1660 γνώρισε τη μεγαλύτερη άνθηση της επιστημονικής δραστηριότητας του Huygens. Αυτή την εποχή, εκτός από την ολοκλήρωση της θεωρίας του δακτυλίου του Κρόνου και της θεωρίας της κρούσης, ολοκληρώθηκαν σχεδόν όλα τα κύρια έργα του Χάιγκενς, που του έφεραν φήμη.

Ο Huygens με πολλούς τρόπους κληρονόμησε και βελτίωσε τις λύσεις στα προβλήματα που ανέλαβε ο Galileo. Για παράδειγμα, στράφηκε στη μελέτη της ισόχρονης φύσης των ταλαντώσεων ενός μαθηματικού εκκρεμούς (μια ιδιότητα των ταλαντώσεων που εκδηλώνεται στο γεγονός ότι η συχνότητα των μικρών ταλαντώσεων είναι πρακτικά ανεξάρτητη από το πλάτος τους). Αυτή ήταν πιθανώς η πρώτη ανακάλυψη του Γαλιλαίου στη μηχανική στην εποχή του. Ο Huygens είχε την ευκαιρία να συμπληρώσει τον Galileo: ο ισοχρονισμός ενός μαθηματικού εκκρεμούς (δηλαδή η ανεξαρτησία της περιόδου ταλάντωσης ενός εκκρεμούς ορισμένου μήκους από το πλάτος της ταλάντευσης) αποδείχθηκε αληθής μόνο κατά προσέγγιση και στη συνέχεια για μικρό γωνίες εκτροπής του εκκρεμούς. Και ο Χάιγκενς συνειδητοποίησε την ιδέα που απασχόλησε τον Γαλιλαίο στα τελευταία χρόνια της ζωής του: σχεδίασε ένα ρολόι με εκκρεμές.

Ο Huygens εργάστηκε στο έργο της δημιουργίας και βελτίωσης ρολογιών, κυρίως εκκρεμών, για σχεδόν σαράντα χρόνια: από το 1656 έως το 1693.

Ένα από τα κύρια απομνημονεύματα του Huygens, αφιερωμένο στην εξέταση των αποτελεσμάτων στα μαθηματικά και τη μηχανική, δημοσιεύτηκε το 1673 με τον τίτλο «Ρολόγια εκκρεμούς ή γεωμετρικές αποδείξεις που σχετίζονται με την κίνηση των εκκρεμών προσαρμοσμένων στα ρολόγια». Προσπαθώντας να λύσει ένα από τα κύρια προβλήματα της ζωής του - να δημιουργήσει ένα ρολόι που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως θαλάσσιο χρονοόμετρο, ο Huygens βρήκε πολλές λύσεις και σκέφτηκε πολλά προβλήματα, διερευνώντας τις δυνατότητες εφαρμογής τους σε αυτό το πρόβλημα: το κυκλοειδές εκκρεμές , τη θεωρία της ανάπτυξης των καμπυλών, τις φυγόκεντρες δυνάμεις και τον ρόλο τους κ.λπ. Παράλληλα, έλυσε αναδυόμενα μαθηματικά και μηχανικά προβλήματα. Γιατί το έργο της δημιουργίας ενός ρολογιού προσέλκυσε τόσο πολύ τον διάσημο επιστήμονα;

Τα ρολόγια είναι μια από τις αρχαιότερες ανθρώπινες εφευρέσεις. Στην αρχή ήταν ήλιος, νερό, κλεψύδρα. Κατά τον Μεσαίωνα εμφανίστηκαν μηχανικά ρολόγια. Για πολύ καιρό ήταν ογκώδεις. Υπήρχαν διάφοροι τρόποι μετατροπής της επιταχυνόμενης πτώσης ενός βάρους σε ομοιόμορφη κίνηση των χεριών, αλλά ακόμη και το αστρονομικό ρολόι του Tycho Brahe, γνωστό για την ακρίβειά του, αναγκαζόταν να «ρυθμίζεται» κάθε μέρα.

Ήταν ο Γαλιλαίος που ανακάλυψε πρώτος ότι οι ταλαντώσεις ενός εκκρεμούς είναι ισόχρονες και επρόκειτο να χρησιμοποιήσει το εκκρεμές για να δημιουργήσει ένα ρολόι. Το καλοκαίρι του 1636, έγραψε στον Ολλανδό ναύαρχο L. Real σχετικά με τη σύνδεση ενός εκκρεμούς με έναν μετρητή ταλάντωσης (αυτό είναι ουσιαστικά το έργο για ένα ρολόι εκκρεμούς!). Ωστόσο, λόγω ασθένειας και επικείμενου θανάτου, ο Γαλιλαίος δεν ολοκλήρωσε το έργο.

Ο Christian Huygens, εκείνη την εποχή ήδη διάσημος επιστήμονας, ξεπέρασε το δύσκολο μονοπάτι από τα εργαστηριακά πειράματα μέχρι τη δημιουργία ρολογιών με εκκρεμές το 1657. Στις 12 Ιανουαρίου 1657 έγραψε:

«Αυτές τις μέρες βρήκα ένα νέο σχέδιο ενός ρολογιού, με τη βοήθεια του οποίου ο χρόνος μετριέται με τόση ακρίβεια που υπάρχει μεγάλη ελπίδα να μπορέσω να μετρήσω το γεωγραφικό μήκος με τη βοήθειά του, ακόμα κι αν πρέπει να μεταφερθούν δια θαλάσσης».

Από αυτή τη στιγμή μέχρι το 1693, προσπαθεί να βελτιώσει τα ρολόγια. Και αν στην αρχή ο Huygens εμφανίστηκε ως μηχανικός που χρησιμοποιούσε την ισόχρονη ιδιότητα ενός εκκρεμούς σε έναν γνωστό μηχανισμό, τότε σταδιακά οι ικανότητές του ως φυσικός και μαθηματικός έγιναν όλο και πιο εμφανείς.

Ανάμεσα στις μηχανολογικές του ανακαλύψεις υπήρχαν πολλές πραγματικά εξαιρετικές. Το ρολόι του Huygens ήταν το πρώτο που εφάρμοσε την ιδέα των αυτο-ταλαντώσεων με βάση την ανάδραση: η ενέργεια μεταδόθηκε στο εκκρεμές με τέτοιο τρόπο ώστε «η ίδια η πηγή των ταλαντώσεων καθόριζε τις χρονικές στιγμές που απαιτούνταν η παροχή ενέργειας». Για τον Huygens, ο ρόλος αυτός εκτελούνταν από μια απλή συσκευή σε μορφή άγκυρας με λοξά κομμένα δόντια, που σπρώχνει ρυθμικά το εκκρεμές.

Ο Huygens ανακάλυψε ότι οι ταλαντώσεις του εκκρεμούς είναι ισόχρονες μόνο σε μικρές γωνίες απόκλισης από την κατακόρυφο και για να αντισταθμίσει τις αποκλίσεις, αποφάσισε να μειώσει το μήκος του εκκρεμούς καθώς η γωνία απόκλισης αυξανόταν. Ο Huygens κατάλαβε πώς να το εφαρμόσει τεχνικά.

Κυματική θεωρία του φωτός.

Στη δεκαετία του εβδομήντα, η κύρια προσοχή του Huygens προσέλκυσε τα ελαφριά φαινόμενα. Το 1676, ήρθε στην Ολλανδία και γνώρισε έναν από τους δημιουργούς της μικροσκοπίας, τον Antonie van Leeuwenhoek, μετά τον οποίο προσπάθησε να φτιάξει ο ίδιος ένα μικροσκόπιο.

Το 1678, ο Huygens έφτασε στο Παρίσι, όπου τα μικροσκόπια του έκαναν εκπληκτική εντύπωση. Τα έδειξε σε μια συνάντηση της Ακαδημίας του Παρισιού.

Ο Christiaan Huygens έγινε ο δημιουργός της κυματικής θεωρίας του φωτός, οι κύριες διατάξεις της οποίας συμπεριλήφθηκαν στη σύγχρονη φυσική. Περιέγραψε τις απόψεις του στην Πραγματεία του για το φως, που δημοσιεύτηκε το 1690. Ο Huygens πίστευε ότι η σωματική θεωρία του φωτός, ή η θεωρία της εκροής, έρχεται σε αντίθεση με τις ιδιότητες των ακτίνων φωτός να μην παρεμβαίνουν μεταξύ τους κατά τη διέλευση. Πίστευε ότι το Σύμπαν είναι γεμάτο με το πιο λεπτό και εξαιρετικά ευκίνητο ελαστικό μέσο - τον παγκόσμιο αιθέρα. Εάν σε οποιοδήποτε σημείο στον αιθέρα ένα σωματίδιο αρχίσει να ταλαντώνεται, τότε η ταλάντωση μεταδίδεται σε όλα τα γειτονικά σωματίδια και ένα αιθέριο κύμα διατρέχει το χώρο από το πρώτο σωματίδιο ως κέντρο.

Οι κυματικές έννοιες επέτρεψαν στον Huygens να διατυπώσει θεωρητικά τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός. Έδωσε ένα οπτικό μοντέλο της διάδοσης του φωτός στους κρυστάλλους.

Η κυματική θεωρία εξήγησε τα φαινόμενα της γεωμετρικής οπτικής, αλλά επειδή ο Huygens συνέκρινε τα φωτεινά κύματα και τα ηχητικά κύματα και πίστευε ότι ήταν διαμήκη και διαδίδονταν με τη μορφή παλμών, δεν μπορούσε να εξηγήσει τα φαινόμενα παρεμβολής και περίθλασης του φωτός, τα οποία εξαρτώνται από περιοδικότητα των κυμάτων φωτός. Γενικά, ο Huygens ενδιαφερόταν πολύ περισσότερο για τα κύματα ως τη διάδοση των ταλαντώσεων σε ένα διαφανές μέσο παρά για τον μηχανισμό των ίδιων των ταλαντώσεων, κάτι που δεν του ήταν ξεκάθαρο.

Ιστορίες για επιστήμονες της φυσικής. 2014

Τα πρώτα μηχανικά ρολόγια που εφευρέθηκαν από τους Κινέζους κινούνταν με τεράστιες, αργά περιστρεφόμενες ξύλινες ρόδες νερού. Στη δεκαετία του 1300 Εμφανίστηκαν ρολόγια τροχών που λειτουργούσαν με μείωση των βαρών, αλλά αυτά τα ρολόγια ήταν αναξιόπιστα και ανακριβή. Τα ρολόγια απαιτούσαν έναν μηχανισμό για τη ρύθμιση της κίνησής τους, ο οποίος εφευρέθηκε το 1600. Ένας τέτοιος μηχανισμός ήταν το μενταγιόν, που βρήκε την πρώτη του πρακτική εφαρμογή στα ρολόγια.

Το 1582, ο Ιταλός επιστήμονας Galileo Galilei έδειξε ότι ένα εκκρεμές - ένα βάρος που αιωρείται σε μια λεπτή ράβδο - ταλαντεύεται πάντα με σταθερή ταχύτητα. Επιπλέον, απέδειξε ότι η ταχύτητα της ταλάντωσης εξαρτάται μόνο από το μήκος του εκκρεμούς και όχι από το μέγεθος του βάρους που συνδέεται στο άκρο του. Για παράδειγμα, ένα εκκρεμές μήκους 1 m κάνει μία ταλάντωση (μπρος-πίσω) σε 1 δευτερόλεπτο. Αλλά αν ένα εκκρεμές αυτού του μήκους συνεχίζει να ταλαντεύεται, τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του χρόνου σε δευτερόλεπτα. Ο Γαλιλαίος είχε αυτή την ιδέα και το 1641 - ένα χρόνο πριν από το θάνατό του - είπε στον γιο του Vincenzo πώς να φτιάξει ένα ρολόι του οποίου η κίνηση ρυθμιζόταν από ένα εκκρεμές. Αλλά ο Vincenzo δεν είχε χρόνο να ολοκληρώσει τη δουλειά. Τα πρώτα ρολόγια με εκκρεμές εμφανίστηκαν μόλις το 1657. Σχεδιάστηκαν από τον Ολλανδό επιστήμονα Christiaan Huygens και κατασκευάστηκαν από τον ωρολογοποιό Solomon Coster στη Χάγη. Έμειναν πίσω ή έτρεχαν 5 δευτερόλεπτα την ημέρα, κάτι που ξεπερνούσε σημαντικά την ακρίβεια όλων των ρολογιών εκείνης της εποχής.

Τα εκκρεμή ρολογιών δεν χρησιμοποιούσαν κλωστές, αλλά μεταλλικές ράβδους. Αλλά το μέταλλο επηρεάζεται από τη θερμοκρασία, έτσι το μήκος των ράβδων άλλαξε, γεγονός που επηρέασε την ακρίβεια του ρολογιού. Σε ζεστό καιρό, η μεταλλική ράβδος επιμήκυνε και σε κρύο βράχυνε. Για παράδειγμα, για ένα ρολόι με εκκρεμές ενός δευτερολέπτου, για να χάνει ένα δευτερόλεπτο την ημέρα, αρκεί να αυξηθεί το μήκος του εκκρεμούς κατά 0,025 mm, κάτι που συμβαίνει με αύξηση της θερμοκρασίας μόνο 2 "C. Οι εφευρέτες έλυσαν σύντομα αυτό το πρόβλημα δημιουργώντας ένα εκκρεμές σταθερού μήκους.Το 1722, ο Άγγλος μηχανικός George Graham εφηύρε το εκκρεμές υδραργύρου (το οποίο ανακοίνωσε το 1726) συνδέοντας ένα γυάλινο δοχείο που περιέχει υδράργυρο στο άκρο του εκκρεμούς.Όταν το εκκρεμές επιμήκυνε προς τα κάτω λόγω αυξάνοντας τη θερμοκρασία, αυτό αντισταθμίστηκε από τη διαστολή του υδραργύρου στο δοχείο, ενεργώντας προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Μια άλλη λύση ήταν ένα δικτυωτό εκκρεμές κατασκευασμένο από εναλλασσόμενες λωρίδες χάλυβα και χαλκού, που εφευρέθηκε από τον Άγγλο ωρολογοποιό John Harris το 1728. Ο χαλκός διαστέλλεται περισσότερο από τον χάλυβα, επομένως η διαστολή του αντισταθμίστηκε από τη μικρότερη διαστολή του χάλυβα. Σήμερα, οι ράβδοι εκκρεμούς κατασκευάζονται από invar, ένα κράμα σιδήρου και νικελίου που σχεδόν δεν διαστέλλεται όταν θερμαίνεται. Αυτό το κράμα χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή μετροταινιών και πιρουνιών συντονισμού, για τα οποία το σταθερό μήκος είναι πολύ σημαντικό.

Ο μαθητής του Γαλιλαίου, ο Ιταλός επιστήμονας Vincenzo Viviani, έκανε αυτό το σκίτσο ενός ρολογιού με εκκρεμές. Για την ανακατασκευή του εκκρεμούς, βλ. μας. 13.

Αυτό το μοντέλο ρολογιού με εκκρεμές δημιουργήθηκε τον 19ο αιώνα. βασισμένο σε ένα σκίτσο του έργου του Galileo που έκανε η Viviani. Η πηγή ενέργειας για το ρολόι δεν υποδεικνύονταν εκεί, επομένως μπορεί να υποτεθεί ότι οδηγήθηκε από τη μείωση των βαρών.

Σε ένα μηχανικό ρολόι, ο ρυθμός με τον οποίο απελευθερώνεται η ενέργεια ενός κατερχόμενου βάρους ελέγχεται από έναν μηχανισμό που ονομάζεται διαφυγή. Ένα σφυρί που κρέμεται σε ένα εκκρεμές προκαλεί την αιώρηση της άγκυρας. Στη συνέχεια, η άγκυρα σταματά και στη συνέχεια απελευθερώνει τον τροχό διαφυγής, επιτρέποντάς του να απελευθερώσει σταδιακά την ενέργεια του κατερχόμενου φορτίου, οδηγώντας τον κύριο τροχό. Ένας ωροδείκτης είναι προσαρτημένος στον άξονα του κύριου τροχού.

Έχοντας σεβαστεί ιερά τη μνήμη του δασκάλου του, ο Βιβιάνι τραυματίστηκε βαθιά όταν, 16 χρόνια μετά το θάνατο του Γαλιλαίου, συνάντησε ένα μικρό βιβλίο που εκδόθηκε στην Ολλανδία: «Πραγματεία για τις ώρες». Ο συγγραφέας του, Huygens, αποκάλεσε τον εαυτό του εφευρέτη των ρολογιών με εκκρεμές, όχι τον Γαλιλαίο. Έγραψε ότι το 1657 παρήγγειλε έναν μηχανισμό από τον πλοίαρχο Solomon Coster στη Χάγη και του παραχώρησε το προνόμιο που παραχωρήθηκε για αυτήν την εφεύρεση από τα Κράτη Στρατηγικά της Ολλανδίας. Η Βιβιάνι έγραψε ένα διαψευτικό φυλλάδιο και ο πρίγκιπας Λεοπόλδος των Μεδίκων, στον οποίο απευθύνθηκε, ανέλαβε το ρόλο του μεσολαβητή σε αυτό το λεπτό θέμα.

Όταν ο Χάιγκενς έλαβε το γράμμα του πρίγκιπα, του ακούστηκε σαν μπουλόνι από καθαρό ουρανό. Κατηγορήθηκε για λογοκλοπή! Πώς να αποδείξει ότι δεν υποπτευόταν καν την πρόθεση του σεβαστού Γαλιλαίου του να κατασκευάσει ένα τέτοιο ρολόι; Και το γράμμα σημαδεύει απευθείας τα i: κατάφερε κρυφά να εξοικειωθεί με τη μυστική αλληλογραφία του Γαλιλαίου με τον Στρατηγό των Κτημάτων και χρησιμοποίησε τα σχέδιά του. Επισυνάπτονται αντίγραφα των σχεδίων του Galileo - δείτε, συγκρίνετε...

Ο Χάιγκενς, ευτυχώς, ήταν διάσημος. Μαθηματικός, αστρονόμος, οπτικός, στα 29 του έχει ήδη αναγνωριστεί από τον επιστημονικό κόσμο της Ολλανδίας, της Γαλλίας και της Αγγλίας. Του επετράπη να έχει πρόσβαση στα μυστικά αρχεία της Ολλανδίας και δόθηκε αλληλογραφία με τον Galileo για να διαβάσει. Αποδεικνύεται ότι δεν μιλάει για ρολόγια, αλλά για μια μέθοδο που ανακάλυψαν Ιταλοί επιστήμονες για τον προσδιορισμό του γεωγραφικού μήκους από τους δορυφόρους του Δία, σαφώς ορατή από το τηλεσκόπιο του Γαλιλαίου.

Δεύτερον, όχι λιγότερο σημαντική περίσταση: ο μηχανισμός του Galileo δεν είναι καθόλου παρόμοιος με τον μηχανισμό που εφευρέθηκε από τον Huygens.

Ο νεαρός Ολλανδός τα περιέγραψε όλα αυτά σε μια ευγενική απάντηση στον Πρίγκιπα των Μεδίκων. Στο τέλος πρόσθεσε ότι θεωρεί μεγάλη τιμή να λύσει το πρόβλημα της δημιουργίας ενός ρολογιού εκκρεμούς, με το οποίο ο μεγάλος Γαλιλαίος δεν μπορούσε να αντιμετωπίσει, αλλά αναγνωρίζει άνευ όρων την πρωτοκαθεδρία του Γαλιλαίου στην ανακάλυψη των ιδιοτήτων του εκκρεμούς. (Πιθανώς, όλοι οι συμμετέχοντες στη διαμάχη θα ήταν έκπληκτοι αν μάθαιναν ότι 200 ​​χρόνια πριν από τον Huygens και τον Galileo, ο Leonardo da Vinci εφηύρε τα ρολόγια εκκρεμούς. Αλλά τα έγγραφα του Leonardo ανακαλύφθηκαν μόνο μετά από άλλους τρεις αιώνες.)

Έχοντας αποδείξει το αβάσιμο των κατηγοριών, ο Huygens δημοσίευσε το 1673 τη δεύτερη έκδοση της Πραγματείας για τις Ώρες, αλλά όχι μια σύντομη περιγραφή του μηχανισμού, αλλά μια εις βάθος ανάλυση του προβλήματος. Στα πέντε μέρη που αποτελούσαν το βιβλίο, μόνο το πρώτο ήταν αφιερωμένο στο ίδιο το ρολόι. Στη συνέχεια, μελετήθηκε το εκκρεμές - τόσο το ιδανικό, μαθηματικό όσο και το πραγματικό, φυσικό, η λειτουργία του οποίου αποδείχθηκε, όπως συμβαίνει πάντα, πολύ πιο δύσκολο να κατανοηθεί από τις αρχές λειτουργίας του ιδανικού. Ο Χάιγκενς συνέδεσε το μήκος ενός φυσικού εκκρεμούς και την περίοδο των ταλαντώσεών του με τη δύναμη της βαρύτητας (ο Γαλιλαίος δεν μπορούσε να εξαγάγει αυτόν τον τύπο) και υπολόγισε το περίφημο σολ- η σταθερά της βαρύτητας, και με πολύ υψηλή ακρίβεια για εκείνη την εποχή. Με μια λέξη, όπως γράφει ο διάσημος σοβιετικός ιστορικός τεχνολογίας Ν.Ι. Idelson, το βιβλίο «μπήκε στην ιστορία της επιστήμης ως παράδειγμα συγχώνευσης τεχνικών, εποικοδομητικών προβλημάτων με μια εντελώς νέα θεωρητική βάση για την πλήρη επίλυσή του».

Και ένα άλλο εξαιρετικά σημαντικό θέμα συζητήθηκε στο βιβλίο του Huygens. Αποδείχθηκε μαθηματικά ότι, σε αντίθεση με τον Γαλιλαίο, η περίοδος ταλάντωσης ενός εκκρεμούς εξαρτάται από το πλάτος της ταλάντευσης. Η διαφορά δεν μπορεί να παρατηρηθεί χρησιμοποιώντας τον δικό του παλμό για μετρήσεις - δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι ο Galileo δεν γνώριζε για αυτήν την ανομοιομορφία.

Στην πράξη, αυτό σήμαινε πάλι το ίδιο: το ρολόι θα έλεγε ψέματα. Η ατέλεια της διαδρομής θα οδηγήσει στο γεγονός ότι η δύναμη που πιέζει το εκκρεμές θα αλλάζει συνεχώς. Το πλάτος των ταλαντώσεων και η περίοδος θα είναι μεταβλητά και τα δευτερόλεπτα που μετράει το εκκρεμές θα είναι διαφορετικά. Φυσικά, τα σφάλματα μπορούν να μειωθούν με τη μείωση του πλάτους, αλλά είναι ουσιαστικά αναπόφευκτα.

Τι να κάνω? Η Πραγματεία περιέγραφε όχι μόνο την ασθένεια, αλλά και την ιατρική. Το εκκρεμές μπορεί να διορθωθεί κάνοντας το βάρος του να ταλαντεύεται κατά μήκος ενός τόξου όχι ενός κύκλου, αλλά ενός κυκλοειδούς (τα σημεία ενός τροχού που κυλά κατά μήκος ενός επίπεδου δρόμου κινούνται κατά μήκος αυτής της κυματιστή καμπύλης). Ο Huygens πρότεινε να γίνει η ράβδος του εκκρεμούς εύκαμπτη και να σφίγγεται στο σημείο ανάρτησης ανάμεσα σε δύο αποκλίνοντα μάγουλα, καθένα από τα οποία είναι καμπυλωμένο κατά μήκος ενός κυκλοειδούς. Τότε, υποστήριξε ο Huygens, η ράβδος κάμψης θα κάνει τη φακή του εκκρεμούς να κινηθεί επίσης κατά μήκος του κυκλοειδούς.

Αλίμονο, η εφεύρεση δεν άντεξε στη δοκιμασία της πρακτικής. Η τριβή της ράβδου στα μάγουλα επηρέασε την περίοδο πιο σημαντικά από τη μεταβλητότητα του ανοίγματος. Για τα καλά ρολόγια, το κυκλοειδές εκκρεμές δεν πρόσθεσε ακρίβεια, αλλά για τα κακά απλά δεν χρειαζόταν. Μετά από αρκετές ανεπιτυχείς προσπάθειες, ο ίδιος ο Huygens το εγκατέλειψε. Το εκκρεμές έμαθε να περιγράφει ένα κανονικό κυκλοειδές χωρίς μάγουλα μόνο τριακόσια χρόνια αργότερα χάρη στην εφεύρεση του σοβιετικού ωρολογοποιού F.M. Fedchenko, για το έργο του οποίου θα μιλήσουμε αργότερα.

Αλλά ακόμη και στην απλούστερη μορφή του, το εκκρεμές ως ρυθμιστής ήταν ακόμα ένα υπέροχο εύρημα. Το σφάλμα στις ενδείξεις ρολογιών μειώθηκε αμέσως κατά 15...20 φορές και σταμάτησαν να παραπονιούνται για τους ωρολογοποιούς. Η ακρίβεια δεν μετρήθηκε πλέον σε ένα τέταρτο της ώρας, αλλά σε λεπτά και ακόμη και σε αρκετές δεκάδες δευτερόλεπτα την ημέρα. Η «τεχνολογική καταλληλότητα» της εφεύρεσης έπαιξε κολοσσιαίο ρόλο στην ταχεία εξάπλωση της καινοτομίας. Σε αντίθεση με τη διαδρομή του εκκρεμούς του Galileo, η διαδρομή του Huygens δεν απαιτούσε σχεδόν καμία τροποποίηση στον μηχανισμό: ήταν απαραίτητο μόνο να πετάξετε έξω τα bilyanets και να τοποθετήσετε στη θέση τους μερικούς επιπλέον τροχούς και να οργανώσετε μια ανάρτηση εκκρεμούς. Και οι δύο ήταν μέσα στις δυνατότητες ενός ωρολογοποιού μέσης ειδίκευσης. Δεν χρειάστηκε να ρυθμίσετε το ρολόι μετά την τροποποίηση: άρχισε να λειτουργεί αμέσως. Η καινοτομία εξαπλώθηκε γρήγορα σε όλη την Ευρώπη. Δεν παρέκαμψε ούτε τη Ρωσία.

Μέχρι τα τέλη του 17ου αιώνα. Η επιστήμη στην Ευρώπη τελικά έρχεται σε ρήξη με τον σχολαστικισμό του Αριστοτέλη και ξεκινά μια νέα εποχή για αυτήν - μια εποχή εμπιστοσύνης στην εμπειρία. Ο σημαντικότερος ρόλος σε αυτή τη στροφή ανήκει στον Galileo Galilei (1564-1642). Αλλά από όλες τις πολυάριθμες μελέτες του, θα επικεντρωθούμε μόνο σε εκείνες όπου τον κύριο ρόλο έπαιξαν οι παρατηρήσεις των πιο συνηθισμένων φαινομένων, που αγνοήθηκαν από πολλούς ανθρώπους πριν από αυτόν. Κάποτε, όταν ο 19χρονος Γαλιλαίος καθόταν στον καθεδρικό ναό της Πίζας κατά τη διάρκεια ενός μεγάλου κηρύγματος, ο λειτουργός που άναβε κεριά έσπρωξε αδέξια τη λάμπα που ήταν κρεμασμένη σε ένα μακρύ σχοινί και άρχισε να αιωρείται. Ο Γαλιλαίος σημείωσε πόσοι παλμοί του παλμού του αντιστοιχούσαν σε μία πλήρη ταλάντωση της λάμπας, αλλά μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, όταν το εύρος των ταλαντώσεων μειώθηκε αισθητά, παρατήρησε έκπληκτος ότι ο αριθμός των παλμών παρέμεινε ο ίδιος. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα τον ισοχρονισμό, δηλαδή την ανεξαρτησία της περιόδου ταλάντωσης του εκκρεμούς από το πλάτος!

Σημειώνει επίσης ότι όλοι οι λαμπτήρες με το ίδιο μήκος ανάρτησης, αλλά ακόμη και διαφορετικές μάζες, ταλαντώνονται με την ίδια συχνότητα, δηλαδή, η περίοδος των ταλαντώσεων τους εξαρτάται μόνο από το μήκος της ανάρτησης και δεν εξαρτάται από τη μάζα και το σχήμα του λαμπτήρα . Έτσι, οι φυσικοί είχαν μια συσκευή που καθιστούσε δυνατή την εύκολη μέτρηση του χρόνου (πριν χρησιμοποιούσαν κλεψύδρες ή ρολόγια νερού, ήταν όλα διαφορετικά, κάτι που δεν επέτρεπε τη σύγκριση των αποτελεσμάτων διαφορετικών παρατηρήσεων).

Επειδή ο Γαλιλαίος διορίστηκε καθηγητής μαθηματικών στην Πίζα, σύμφωνα με το μύθο, είχε την ευκαιρία να πραγματοποιήσει πειράματα στον περίφημο κεκλιμένο πύργο. Εδώ παρατηρεί ότι, ας πούμε, ένα τούβλο και ένα μάτσο τα ίδια τούβλα πέφτουν κάτω στον ίδιο χρόνο. Συμπέρασμα: η ταχύτητα πτώσης δεν εξαρτάται - ή σχεδόν δεν εξαρτάται - από τη μάζα, κάποια διαφορά προκύπτει από την αντίσταση του αέρα, αλλά αυτό έγινε κατανοητό αργότερα. (Πιθανότατα, αυτό είναι απλώς ένας μύθος: ήταν ευκολότερο για τον Γαλιλαίο να μελετήσει τους νόμους της πτώσης εκτοξεύοντας μπάλες διαφορετικής μάζας σε κεκλιμένο επίπεδο - η διαδικασία παρατείνεται στο χρόνο και η αντίσταση του αέρα μειώνεται. Η ρίψη τούβλων από έναν πύργο θα μπορούσε είναι απαραίτητο μόνο ως μια θεαματική επίδειξη, που αγαπήθηκε στην προ-τηλεοπτική εποχή. ) Με βάση τα πειράματά του, ο Galileo μπόρεσε να ορίσει την έννοια της επιτάχυνσης, η οποία έχει παραμείνει αμετάβλητη μέχρι σήμερα. Αλλά αυτά τα πειράματα οδήγησαν στο γεγονός ότι αυτός, ως αντίπαλος του Αριστοτέλη, εκδιώχθηκε από την Πίζα, ωστόσο, τα συνέχισε σε άλλο μέρος: ένας πύργος δεν χρειαζόταν πλέον για έρευνα, ένα κεκλιμένο αεροπλάνο ήταν αρκετό. Παρεμπιπτόντως, ο χρόνος κίνησης της μπάλας κατά μήκος ολόκληρου του αεροπλάνου, κατά μήκος του μισού του κ.λπ. μέτρησε επίσης με τον όγκο του νερού που χύνεται από μια στενή σχισμή του δοχείου. Ο Γαλιλαίος, φυσικά, δεν σταματά εκεί: είναι απαραίτητο να μελετήσουμε την κίνηση ενός σώματος που ρίχνεται οριζόντια. Εδώ καταφέρνει να γενικεύσει τις παρατηρήσεις του Tartaglia, να αντλήσει τον κανόνα για την πρόσθεση ταχυτήτων και να δείξει ότι η τροχιά ενός τέτοιου σώματος είναι μια ημιπαραβολή.

Από τα πειράματα του Γαλιλαίου, είναι ενδιαφέρον να περιγράψουμε ένα άλλο, στο οποίο, για πρώτη φορά μετά από σχεδόν δύο χιλιάδες χρόνια, δοκιμάστηκε και αποδείχθηκε η θεωρία του Αρχιμήδη για τα πλωτά σώματα (αμφιβολίες γι' αυτό προκλήθηκαν από το γεγονός ότι οι παγοκράτες επιπλέουν στο επιφάνεια του νερού, και εκείνη την εποχή, ακολουθώντας τον Αριστοτέλη, έγινε αποδεκτό ότι οποιαδήποτε η ουσία πρέπει να συμπιέζεται κατά τη σκλήρυνση). Το πείραμα ήταν το εξής: μια μπάλα κεριού, όπως μπορεί εύκολα να επαληθευτεί, βυθίζεται σε καθαρό νερό, αλλά προσθέτοντας αλάτι στο νερό, μπορείτε να κάνετε την μπάλα να επιπλέει και προσθέτοντας νερό, μπορείτε να την κάνετε να βυθιστεί ξανά. Έτσι, αποδεικνύεται ότι οι συνθήκες επίπλευσης (στερεών) σωμάτων καθορίζονται από την αναλογία των πυκνοτήτων τους προς την πυκνότητα του υγρού.

Λίγο νωρίτερα, και προφανώς ταυτόχρονα, αρκετοί οπτικοί (ελληνικά «οπτικός» - οπτικός) άρχισαν να κατασκευάζουν σωληνάκια με δύο φακούς, που χρησιμοποιούνταν κυρίως ως παιχνίδια: οι άνθρωποι ανέβαιναν στο καμπαναριό και εξέταζαν το περιβάλλον (αγανάκτηση πολλών προκλήθηκε από το γεγονός ότι αυτό ήταν δυνατό να κοιτάξετε στα παράθυρα άλλων ανθρώπων), οι κυβερνήσεις προσπάθησαν να ταξινομήσουν αυτές τις συσκευές για να τις χρησιμοποιήσουν για στρατιωτικούς σκοπούς. Ο Γαλιλαίος ήταν ο πρώτος που σκέφτηκε να κοιτάξει τον ουρανό μέσα από έναν τέτοιο σωλήνα και οι ανακαλύψεις έπεσαν σαν χιονοστιβάδα: βουνά στη Σελήνη, οι δορυφόροι του Δία και αργότερα οι δακτύλιοι του Κρόνου, έτσι ώστε η αστρονομία μεταμορφώθηκε ριζικά. Σύμφωνα με ορισμένες αναφορές, προσπάθησε επίσης να κατασκευάσει το πρώτο μικροσκόπιο· για τις άλλες εφευρέσεις του θα μιλήσουμε παρακάτω. Ο Γαλιλαίος, φυσικά, έπρεπε να φτιάξει τα δικά του όργανα.

Είναι αδύνατο να περιγράψουμε ή ακόμα και να απαριθμήσουμε όλα τα επιτεύγματα του Γαλιλαίου στη φυσική και την αστρονομία. Αλλά το κύριο πράγμα είναι διαφορετικό: είναι προφανές ότι τα σωματίδια σκόνης πέφτουν πιο αργά από μια πέτρα, και ο Galileo δείχνει ότι δεν μπορεί κανείς να εμπιστευτεί τυφλά τα προφανή στοιχεία. Σε αυτήν την αρχή, στο γεγονός ότι ήταν ο Γαλιλαίος που ήταν ο πρώτος που έδειξε και απέδειξε την ανάγκη για πειραματική επαλήθευση όλων των κατασκευών στη φυσική και, ταυτόχρονα, τη λεπτομερή μαθηματική περιγραφή τους, που είναι η διαρκής αξία του, και επομένως είναι αυτός που μπορεί να θεωρηθεί ο ιδρυτής της σύγχρονης πειραματικής επιστήμης.

Το 1633, ο Γαλιλαίος, όπως είναι γνωστό, καταδικάστηκε από την εκκλησία και ανακηρύχθηκε «αιχμάλωτος της Ιεράς Εξέτασης» για τη δήλωση ότι το ηλιοκεντρικό μοντέλο του Κοπέρνικου δεν έρχεται σε αντίθεση με τις Αγίες Γραφές (σημειώστε ότι πριν από τον Γαλιλαίο γράφτηκαν όλα τα επιστημονικά έργα σε απρόσιτα λατινικά, αλλά μεταπήδησε στα ιταλικά). Μόλις 350 χρόνια αργότερα, το 1984, το Βατικανό, με πρωτοβουλία του Πάπα Ιωάννη Παύλου Β', αφού εξέτασε την «υπόθεση» του Γαλιλαίου, παραδέχτηκε ότι αυτό το μοντέλο «δεν έρχεται σε αντίθεση» με την Αγία Γραφή και ότι ο επιστήμονας «αποκαταστάθηκε»!

Τώρα πρέπει να περάσουμε στον μεγαλύτερο ίσως επιστήμονα εκείνης της εποχής - τον Johannes Kepler (1571 - 1630). Για να κατανοήσουμε τον ρόλο του στην ανάπτυξη της επιστήμης, είναι απαραίτητο να υπενθυμίσουμε την τότε γενικά αποδεκτή άποψη ότι η φύση και όλα όσα συμβαίνουν σε αυτήν αντικατοπτρίζουν τη θεία βούληση, και επομένως το ερώτημα των αιτιών του φαινομένου είναι απλώς ακατάλληλο και ανάξιο ενός αληθινού πιστού. Ο Κέπλερ ήταν ο πρώτος που έκανε μια τέτοια ερώτηση σχετικά με την κίνηση των πλανητών και έπρεπε να ψάξει τον τρόπο με τον οποίο θα μπορούσε να απαντήσει: να αναζητήσει μια σύνδεση κατά μήκος της διαδρομής των θρησκευτικών συμβόλων ή να βρει κάποιο νέο μονοπάτι. (Στην πρώτη έκδοση του βιβλίου του «Secrets of the Universe» γράφει για τις ψυχές των πλανητών και του Ήλιου· στη δεύτερη έκδοση αντικαθιστά τη λέξη «ψυχή» με τη λέξη «δύναμη».)

Ο Κέπλερ ήταν ο βοηθός (στην πραγματικότητα, ο κληρονόμος) του αξιοσημείωτου αστρονόμου-παρατηρητή Tycho Brahe, ο οποίος έκανε ακριβείς μετρήσεις της θέσης του Ήλιου και των πλανητών (θυμηθείτε ότι δεν υπήρχαν ακόμη τηλεσκόπια). Συγκεκριμένα, ο Μπράχε καθόρισε με ακρίβεια τις ημέρες της ισημερίας, τα χειμερινά και τα θερινά ηλιοστάσια. Αυτά τα αποτελέσματα, μαζί με τα δικά του, ήταν που ο Κέπλερ μπόρεσε να σκεφτεί και να επεξεργαστεί. Όπως γνωρίζετε, στις 21 Μαρτίου και στις 21 Σεπτεμβρίου, η διάρκεια της ημέρας και της νύχτας είναι ακριβώς ίση - αυτές είναι οι ημέρες της εαρινής και φθινοπωρινής ισημερίας, φαίνεται να χωρίζουν το έτος σε δύο μέρη. Αλλά αν μετρήσετε τον αριθμό των ημερών από τις 21 Σεπτεμβρίου έως τις 21 Μαρτίου και μετά το αντίστροφο, αποδεικνύεται ότι αυτά τα διαστήματα δεν είναι ίσα: 181 ημέρες περνούν από τη φθινοπωρινή ισημερία στην εαρινή και 184 ημέρες περνούν από το φθινόπωρο στην άνοιξη. ισημερία, τρεις μέρες ακόμα!

Σχεδόν όλοι έχουν ένα ημερολόγιο στα χέρια τους και όλοι θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν αυτούς τους υπολογισμούς και να τους σκεφτούν. Αλλά χρειάστηκε η ιδιοφυΐα του Johannes Kepler για να δώσει σοβαρή προσοχή σε ένα τέτοιο ασήμαντο και να βγάλει από αυτό ένα πολύ εκτεταμένο συμπέρασμα, που τώρα ονομάζεται Πρώτος Νόμος του Kepler: όλοι οι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από τον Ήλιο σε ελλείψεις, σε μία από τις εστίες των οποίων οι Sun βρίσκεται. Και ο Κέπλερ βασίστηκε σε αυτό. Εάν οι πλανήτες περιστρέφονταν σε κύκλους, όπως πίστευαν και ο Πτολεμαίος και ο Κοπέρνικος, τότε θα ταξίδευαν σε κάθε μισό του κύκλου στο ίδιο χρονικό διάστημα. Επειδή όμως, όπως βλέπουμε, δεν ισχύει κάτι τέτοιο, σημαίνει ότι δεν κινούνται κυκλικά, αλλά σε κάποιες τροχιές κοντά τους. Η ομαλή καμπύλη που βρίσκεται πιο κοντά σε έναν κύκλο είναι μια έλλειψη, η οποία είναι επίσης καλά μελετημένη.

«Τα ίχνη της γεωμετρίας αποτυπώνονται στον κόσμο σαν να ήταν η γεωμετρία το πρωτότυπο του κόσμου», είπε ο ίδιος ο Κέπλερ. Αλλά αυτό εξακολουθεί να είναι μόνο μια υπόθεση· απαιτεί τις πιο δύσκολες, ειδικά για εκείνη την εποχή, μακροχρόνιες παρατηρήσεις, τις δικές του και του αείμνηστου Tycho Brahe (μόνο προς το τέλος του έργου ο Kepler εφηύρε ένα αδύναμο τηλεσκόπιο!) υπολογισμοί - σε χαρτί, σε στήλη! Και τώρα περίπου αυτές οι τρεις ημέρες - αυτό είναι συνέπεια του Δεύτερου Νόμου του Κέπλερ, σύμφωνα με τον οποίο οι πλανήτες κινούνται πιο γρήγορα κοντά στον Ήλιο, στο περιήλιο, παρά στο μακρινό μέρος της έλλειψης, στο αφήλιο. Ο Κέπλερ είναι ένας λαμπρός επιστήμονας: καταλαβαίνει ότι οποιεσδήποτε θεωρίες πρέπει να δοκιμάζονται σε διαφορετικά αντικείμενα. Ως εκ τούτου, αναλαμβάνει, ήδη με το πρωτόγονο τηλεσκόπιό του, απίστευτες σε πολυπλοκότητα και ακρίβεια μετρήσεις των τροχιών των δορυφόρων του Δία, που ανακάλυψε πρόσφατα ο Γαλιλαίος, και αποδεικνύει ότι οι κινήσεις τους υπακούουν στους ίδιους νόμους με τις κινήσεις των πλανητών - η θεωρία του Κέπλερ μπορεί να θεωρηθεί αποδεδειγμένο! (Η πολυπλοκότητα και το απροσδόκητο των συμπερασμάτων του Κέπλερ αποδεικνύεται ήδη από το γεγονός ότι ο σύγχρονος Γαλιλαίος δεν συμφωνούσε μαζί του και συνέχισε να θεωρεί τις τροχιές των πλανητών κυκλικές!)

Και το πιο σημαντικό στο έργο του Κέπλερ: ήταν ο πρώτος που προσπάθησε να βρει παγκόσμιους νόμους βασισμένους στην γήινη φυσική, αλλά και που διέπουν τα ουράνια σώματα - πριν από αυτόν, η ιδέα της ενότητας των σχέσεων δεν προέκυψε καθόλου ( Δεν υπάρχουν ακόμη δυνάμεις, οι έννοιες των οποίων εισήχθησαν από τον Νεύτωνα ) στη φύση: έγινε αποδεκτό ότι κάποιοι νόμοι ισχύουν στη Γη και εντελώς διαφορετικοί στους ουρανούς. Είναι πολύ σημαντικό ότι το βιβλίο του Κέπλερ «New Astronomy» έχει τον υπότιτλο «New Physics» - έτσι επιβεβαιώνεται η ενότητά τους.

Είναι αδύνατο να μην πω λίγα λόγια για τον Κέπλερ ως άνθρωπο. Η μητέρα του, μια εντελώς αναλφάβητη γυναίκα, κατηγορείται για μαγεία και οδηγείται σε δίκη από την Ιερά Εξέταση, κάτι που σχεδόν σίγουρα σημαίνει κάψιμο στην πυρά. Ο Κέπλερ, άγνωστος ακόμη σε κανέναν, περπατώντας, διασχίζοντας τη μισή Γερμανία, φτάνει στον τόπο της δίκης και -τότε ακούγεται σαν θαύμα- με τον παθιασμένο και λογικό λόγο του πετυχαίνει την αθώωση της μητέρας του.

Αξιολογώντας τα πλεονεκτήματα του Κέπλερ, ο Α. Αϊνστάιν έγραψε: «Πόσο βαθιά ήταν η πίστη του σε ένα τέτοιο μοτίβο, αν, δουλεύοντας μόνος, υποστηριζόταν και δεν ήταν κατανοητός από κανέναν, για πολλές δεκαετίες αντλούσε δύναμη από αυτό για μια δύσκολη και επίπονη εμπειρική μελέτη της κίνησης του πλανήτες και οι μαθηματικοί νόμοι αυτής της κίνησης!

Οι ιδιότητες ενός μαγνήτη να προσελκύει σιδερένια αντικείμενα ήταν γνωστές στην Αρχαία Ελλάδα· οι Κινέζοι μπορεί να χρησιμοποιούσαν κάποιο είδος πυξίδας. Αλλά η πρώτη σοβαρή έρευνα πραγματοποιήθηκε μόνο από τον William Gilbert (1544-1603), τον προσωπικό ιατρό της βασίλισσας Ελισάβετ Α: παραδόξως, ήταν ο πρώτος που προσπάθησε -όπως θα έπρεπε να έκανε κάθε περίεργο αγόρι- να σπάσει έναν μαγνήτη, το είδε. σε κομμάτια και δείτε τι θα προκύψει από αυτό: αποδείχθηκε ότι κάθε μέρος είναι επίσης ένας μαγνήτης.

Τότε ο Χίλμπερτ σκέφτηκε την πιο σημαντική συσκευή στη φυσική: μάντεψε να κρεμάσει μια μαγνητισμένη βελόνα σε μια κλωστή και με τη βοήθειά της απέδειξε ότι κάθε μαγνήτης έχει δύο και μόνο δύο πόλους. (Στη συνέχεια θα αναφέρουμε τον συμπατριώτη του P.A.M. Dirac, ο οποίος εξέφρασε αμφιβολίες σχετικά με αυτή τη δήλωση ήδη από τον 20ο αιώνα.) Σε αυτήν την περίπτωση, όπως οι πόλοι απωθούν, και σε αντίθεση με τους πόλους έλκονται. Η δύναμη έλξης, όπως διαπίστωσε ο Gclbert, αυξάνεται εάν ένας οπλισμός είναι συνδεδεμένος με έναν μαγνήτη - ο καθαρός σίδηρος, ο οποίος δεν μαγνητίζεται από μόνος του, δεν μπορεί να γίνει μόνιμος μαγνήτης, αλλά αποκτά τέτοιες ιδιότητες μόνο σε ένα μαγνητικό πεδίο.

Έχοντας φτιάξει μια σιδερένια μπάλα και τη μαγνήτισε, ο Gclbert έδειξε, με τη βοήθεια βελόνων, ότι αυτή η μπάλα είχε τις ίδιες ιδιότητες με τη Γη, και ως εκ τούτου ονόμασε τη Γη μεγάλο μαγνήτη. (Προηγουμένως θεωρείτο ότι η μαγνητική βελόνα μιας πυξίδας έλκεται σε κάποιο σημείο του ουρανού.) Εκτός από τον μαγνητισμό, ο Gilbert ασχολήθηκε επίσης με τη μελέτη ηλεκτρικών φαινομένων. Εδώ, από την εποχή του Θαλή της Μιλήτου (640-550 π.Χ.), το μόνο που ήταν γνωστό ήταν ότι το κεχριμπάρι τριμμένο στο μαλλί έλκει ελαφριά μικρά σώματα (καλαμάκια, κομμάτια χαρτιού). Ο Gilbert άρχισε να προσπαθεί να ηλεκτρίσει άλλες ουσίες με τριβή και έδειξε ότι πολλές περισσότερες από αυτές έχουν τις ίδιες ιδιότητες και, έχοντας εφεύρει το πρώτο ηλεκτροσκόπιο, άρχισε να συγκρίνει ποσοτικά τις ιδιότητες αυτών των σωμάτων, τον ρυθμό μείωσης της ποσότητας ηλεκτρισμού ανάλογα με το φωτισμό, την υγρασία κ.λπ. Για όλες αυτές τις ιδιότητες πρότεινε το όνομα «ηλεκτρισμός» από την ελληνική λέξη «ηλεκτρόνιο» - κεχριμπάρι. Ας σημειώσουμε ότι στα επόμενα εκατό χρόνια δεν προστέθηκε τίποτα νέο στα αποτελέσματα και τις εφευρέσεις του, πραγματικά λαμπρό στην απλότητά τους.

Ο Αριστοτέλης, όπως θυμόμαστε, εισήγαγε την αρχή «η φύση φοβάται το κενό» και, με τη βοήθεια αυτού του φόβου του κενού (horror vacui), εξήγησε τη συνέχιση της κίνησης των σωμάτων απουσία δυνάμεων. Ο Γαλιλαίος προσπάθησε να μετρήσει τη δύναμη αυτού ακριβώς του φόβου: γέμισε ένα γυάλινο σωλήνα, σφραγισμένο στο ένα άκρο, με νερό, τον έκλεισε με ένα κινητό έμβολο και το αναποδογύρισε και μετά έδεσε βάρη στο έμβολο για να μετρήσει κάτω από τι φορτίο ένα άδειο ο χώρος θα εμφανιζόταν στην κορυφή της στήλης του νερού, δηλαδή η δύναμη του φόβου του κενού θα ξεπεραστεί. (Τώρα καταλαβαίνουμε, φυσικά, ότι έτσι μετρήθηκε η δύναμη πρόσφυσης της στήλης νερού.)

Το πρόβλημα επιδεινώθηκε όταν οι κηπουροί του Δούκα των Μεδίκων ήρθαν στον παλιό και σχεδόν τυφλό Γαλιλαίο: είχαν σκάψει ένα βαθύ πηγάδι, περίπου 12 μέτρα, και για κάποιο λόγο ούτε μια αντλία δεν ανέβασε νερό από εκεί στην επιφάνεια. Ο Γαλιλαίος ζήτησε από τον νεοαφιχθέντα μαθητή του Torricelli (1608-1647) να καταλάβει το πρόβλημα. Οι μακροχρόνιες σκέψεις δεν οδήγησαν σε τίποτα, μέχρι που ο Torricelli συνειδητοποίησε ότι αντί για μια στήλη νερού 12 μέτρων, πρέπει να προσπαθήσετε να κάνετε πειράματα με υδράργυρο, ο οποίος είναι 13,6 φορές βαρύτερος, και επομένως θα χρειαστείτε μια στήλη ύψους μικρότερη από ένα μέτρο (μπορούμε να υποθέσουμε ότι αυτή τη στιγμή προέκυψε μια μέθοδος μοντελοποίησης!).

Στο πρώτο πείραμα, για λογαριασμό του Torricelli, πραγματοποιήθηκε το 1643 από τον Vincenzo Viviani (1622-1703), ο υδράργυρος χύθηκε σε ένα γυάλινο σωλήνα μήκους περίπου 1 μέτρου, σφραγισμένο στο ένα άκρο. Ο Βιβιάνι έκλεισε την ελεύθερη τρύπα με το δάχτυλό του, γύρισε τον σωλήνα και τον κατέβασε κάθετα σε ένα δοχείο με υδράργυρο. Ο υδράργυρος άρχισε να ξεχύνεται και σταμάτησε σε ύψος περίπου 76 εκατοστών, τότε μια δεύτερη ιδέα ξημέρωσε στον Torricelli: πάνω από τον υδράργυρο υπάρχει κενό (τώρα ονομάζεται κενότητα Torricelli) και το ύψος της στήλης υδραργύρου αντιστοιχεί στην ατμοσφαιρική πίεση - το Ο περιβόητος «φόβος του κενού» δεν έχει καμία σχέση με αυτό!

Στην πραγματικότητα, ο Torricelli χρησιμοποίησε τον νόμο της επικοινωνίας των δοχείων με έναν εντελώς νέο τρόπο: ήταν από καιρό γνωστό ότι εάν δύο κατακόρυφα δοχεία με νερό συνδεθούν από κάτω με έναν σωλήνα, τότε το νερό θα ρέει μεταξύ τους μέχρι να σταθεροποιηθεί και στους δύο αγκώνες. στο ίδιο επίπεδο. Αν αυτά τα γόνατα περιέχουν διαφορετικά υγρά, για παράδειγμα νερό και οινόπνευμα, τότε το ύψος της στήλης του αναπτήρα αποδεικνύεται μεγαλύτερο: θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι με αυτόν τον τρόπο αντισταθμίζεται η ελαφρότητά του.

Λοιπόν, τι γίνεται αν σε ένα από τα γόνατα δεν υπάρχει υγρό, αλλά αέρας; Ας συγκρίνουμε τα ύψη των στηλών του νερού και του υδραργύρου: σύμφωνα με τις παρατηρήσεις των κηπουρών, το νερό ανεβαίνει μόνο σε επίπεδο περίπου 10 μέτρων· σύμφωνα με τις μετρήσεις της Viviani, ο υδράργυρος ανεβαίνει σε επίπεδο 76 cm. Έτσι, η αναλογία των υψών είναι κάπου γύρω στο 13-15, που είναι κοντά στην αναλογία ειδικού βάρους υδραργύρου και νερού. Επομένως, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι σε αυτό το πείραμα το ένα πόδι ήταν ένας σωλήνας με υδράργυρο και το άλλο ήταν ολόκληρη η ατμόσφαιρα. Ωστόσο, αυτή η ιδέα, η ιδέα της ατμοσφαιρικής πίεσης, ήταν τόσο νέα και φαινόταν τόσο παράδοξη που χρειάστηκε η ευρηματικότητα πολλών επιστημόνων για να την κάνουν να φαίνεται φυσική και αυτονόητη.

Ο διπλωμάτης και μακροχρόνιος (επί 32 χρόνια!) βουργός της ένδοξης εμπορικής πόλης του Μαγδεμβούργου, Otto von Guericke (1602-1686), μπόρεσε να αποδείξει ξεκάθαρα σε όλο τον κόσμο την ύπαρξη του κενού και τον ρόλο της ατμοσφαιρικής πίεσης μετά εφηύρε την αντλία αέρα.

«Έχω εφεύρει και κατασκευάσει έναν αριθμό οργάνων και συσκευών για να αποδείξω την ύπαρξη ενός μέχρι στιγμής μη αναγνωρισμένου κενού», έγραψε ο Guericke. Και η εμπειρία που έδειξε στα μέλη του γερμανικού Ράιχσταγκ στις 8 Μαΐου 1654, στην εποχή μας θα ήταν η πρώτη γραμμή σε όλα τα παγκόσμια τηλεοπτικά κανάλια. Αυτό το πείραμα, που απεικονίζεται συχνότερα σε βιβλία ιστορίας, έγινε έτσι. Ο αέρας αντλήθηκε από μια μεγάλη χάλκινη σφαίρα, χωρισμένη εύκολα σε δύο ημισφαίρια (όταν εφαρμόστηκαν μεταξύ τους, η σύνδεση σφραγίστηκε με δερμάτινο παρέμβυσμα). Στη συνέχεια, οκτώ βαριά άλογα τεντώθηκαν στους δακτυλίους στα ημισφαίρια και στις δύο πλευρές, αλλά ανεξάρτητα από το πώς οδηγήθηκαν, δεν μπορούσαν να σχίσουν τα ημισφαίρια το ένα από το άλλο. Μετά από αυτό, όποιος ήθελε να ανοίξει τη βρύση, όρμησε αέρας στην μπάλα με ένα τρομερό βρυχηθμό και ξεκολλούσε εύκολα με τα χέρια του. (Τώρα καταλαβαίνουμε ότι δεν είναι απαραίτητο να δέσουμε οκτώ άλογα σε κάθε πλευρά: η μία πλευρά θα μπορούσε να δεθεί στον τοίχο, αλλά, πρώτον, το αποτέλεσμα θα ήταν μικρότερο και, δεύτερον, ο Τρίτος Νόμος του Νεύτωνα δεν έχει ακόμη ανακαλυφθεί.)

Εκτός από την πρώτη αντλία αέρα και τα ακουστικά πειράματα, ο Guericke έγινε διάσημος για το γεγονός ότι εφηύρε μια ηλεκτροστατική μηχανή, ένα υγρόμετρο, ανακάλυψε τα φαινόμενα της ηλεκτροστατικής επαγωγής, της λάμψης όταν λήγουν τα φορτία κ.λπ. Αλλά τώρα μας ενδιαφέρει κάτι άλλο: όταν μια μέρα, το 1660, οι μετρήσεις του εφευρεθέντος βαρόμετρου νερού άρχισαν να πέφτουν απότομα, ο Gericke συνειδητοποίησε ότι αν η πίεση του αέρα εδώ μειωνόταν πολύ, τότε σύντομα ρεύματα αέρα θα χύονταν σε αυτό το μέρος από όλες τις πλευρές και θα άρχιζε μια καταιγίδα. για το οποίο προειδοποίησε όλους τους κατοίκους. Αυτή ήταν η αρχή της επιστημονικής πρόβλεψης καιρού.

Ωστόσο, οι επιστημονικές αλήθειες δεν γίνονται τόσο εύκολα κατανοητές. Για να γίνει γενικά αποδεκτή η μέθοδος του Guericke, χρειάστηκαν σχεδόν δύο αιώνες και μια καταστροφή με πολλά θύματα: στις 2 Αυγούστου 1837, ο λιμενάρχης του Πουέρτο Ρίκο προειδοποίησε τους ναυτικούς για μια απίστευτα απότομη πτώση στις ενδείξεις του βαρόμετρου και μια επερχόμενη καταιγίδα. Δεν τον άκουσαν, και τα 33 πλοία στο λιμάνι βυθίστηκαν!

Ο Blaise Pascal (1623–1662) ήταν το πιο αξιόλογο παιδί θαύμα και ένας από τους πιο ευέλικτους άνδρες στην ιστορία. Έκανε τις πρώτες του ανακαλύψεις σε ηλικία... 5 ετών: ο πατέρας του μπήκε στο νηπιαγωγείο με τους καλεσμένους του και είδε ότι το αγόρι έφτιαχνε τρίγωνα από ραβδιά στο πάτωμα - αποδείχθηκε ότι είχε ανακαλύψει ξανά ανεξάρτητα μια σειρά αρχικών θεωρήματα της γεωμετρίας. Βοηθώντας τον πατέρα του, φορολογικό επιθεωρητή, με μεγάλους υπολογισμούς, εφηύρε και κατασκεύασε, ​​προφανώς σε ηλικία 14 ετών, την πρώτη μηχανική μηχανή πρόσθεσης, σε ηλικία 16 ετών έγραψε ένα βιβλίο για τα μαθηματικά, όπου περιέγραψε μια σειρά από νέα αποτελέσματα , και αργότερα έθεσε τα θεμέλια για τη θεωρία των πιθανοτήτων. Μόνο για τρία χρόνια, από το 1647 έως το 1650, ο Πασκάλ ασχολήθηκε εντατικά με τη φυσική, όπου έκανε πολλές ανακαλύψεις και από το 1653 ήταν σχεδόν εντελώς βυθισμένος στη θρησκεία, γράφοντας δύο βιβλία, με τα οποία, κατά πολλούς, ξεκίνησε η σύγχρονη γαλλική λογοτεχνία.

Έχοντας μάθει για το πείραμα του Torricelli, ο Pascal αποφασίζει ότι ο αέρας, υπό την επίδραση του βάρους του, θα πρέπει να συμπυκνωθεί προς τα κάτω, δηλαδή η ατμοσφαιρική πίεση να πέφτει με το ύψος. Ως εκ τούτου, αυτός, ένας πολύ άρρωστος και σωματικά αδύναμος άνθρωπος, ζητά από τον γαμπρό του F. Perrier να κατασκευάσει δύο βαρόμετρα σύμφωνα με τις περιγραφές του Torricelli και με το ένα από αυτά να ανέβει στο βουνό (το δεύτερο, για σύγκριση, παραμένει στους πρόποδες) . Στις 19 Σεπτεμβρίου 1648, ο Perrier πραγματοποιεί αυτό το πείραμα (και ως εκ τούτου περνά στην ιστορία): ενώ σκαρφαλώνει σε ένα βουνό, βλέπει στην πραγματικότητα μια συνεχή μείωση στη στήλη του υδραργύρου - η υπόθεση έχει αποδειχθεί, η πίεση εξαρτάται πραγματικά από το βάρος της στήλης αέρα. Ο Πασκάλ δημοσιεύει ένα φυλλάδιο που περιγράφει τα πειράματά του: ο φόβος του κενού, το περιβόητο horror vacui, δεν υπάρχει πια!

Λοιπόν, την εξάρτηση της πίεσης από το ύψος της στήλης του νερού, τον τύπο για τον οποίο εξήγαγε ο Πασκάλ, απέδειξε με μια μεγάλη συγκέντρωση ευγενών υπό την ηγεσία του βασιλιά στην πόλη Κλερμόν-Φεράν. Ένας λεπτός, ψηλός, μέχρι τον τρίτο όροφο, γυάλινος σωλήνας εισήχθη σε ένα ισχυρό καλαφατισμένο δρύινο βαρέλι, γεμάτο με νερό. όταν χύθηκε μόνο ένα ποτήρι νερό σε αυτόν τον σωλήνα από το κατάλληλο ύψος, το βαρέλι των σαράντα κάδου δεν άντεξε την πίεση και έσκασε - το κοινό είδε με τα μάτια του ότι η πίεση δεν εξαρτάται από τη μάζα του νερού, αλλά μόνο στο ύψος της στήλης του.

Ο Ρόμπερτ Μπόιλ (1627-1691), ο 14ος γιος του κόμη του Κορκ, δεν ήταν μόνο ένας εξαιρετικός χημικός, φυσικός και φιλόσοφος, αλλά και κοινωνικός, φίλος του βασιλιά Κάρολο Β', ο οποίος ενδιαφέρθηκε ο ίδιος για την επιστήμη και τα πειράματα. Ως εκ τούτου, ο Boyle ήταν σε θέση να συντηρεί βοηθούς και βοηθούς εργαστηρίου για να εκτελούν εργασίες γρυλίσματος σε πολλά πειράματα. (Ο Μπόιλ, ένας θρησκευόμενος, είπε ότι φοβόταν να πεθάνει μόνο επειδή «στον επόμενο κόσμο» όλα είναι ήδη προκαθορισμένα και δεν μπορεί κανείς να πειραματιστεί!)

Ιδιαίτερα χρειάστηκαν πολλές παρόμοιες μετρήσεις όταν ο Boyle άρχισε να μελετά την πίεση στα αέρια, η οποία δεν είχε μελετηθεί από κανέναν πριν. Έτσι, μια μέρα, λένε, όταν πήγαινε σε μια μπάλα, έδωσε εντολή στον εργαστηριακό βοηθό του να συνεχίσει να μετράει τις αλλαγές στον όγκο του αερίου σε ένα κλειστό δοχείο όταν αλλάζει η πίεση. Ο Μπόιλ επέστρεψε από τη μπάλα απροσδόκητα νωρίς και ανακάλυψε αγανακτισμένος ότι ο βοηθός κοιμόταν στη γωνία και δίπλα του έβαζε ένα κομμάτι χαρτί με όμορφα γραμμένες μακριές στήλες με μετρημένες πιέσεις και όγκους. Ο εργαστηριακός, ξυπνημένος από τις κλωτσιές, φλυαρούσε ότι δεν χρειαζόταν μέτρηση, ότι το γινόμενο όγκου και πίεσης ήταν σταθερό, αλλά, φυσικά, αποβλήθηκε με ντροπή.

Και τότε ο Μπόιλ σκέφτηκε κάπως: τι θα γινόταν αν; Ξεκίνησε επίπονη και μακρά δουλειά, αλλά η ιδέα, που κατά λάθος εκφράστηκε από έναν αγράμματο βοηθό, αποδείχθηκε σωστή μετά από όλους τους ελέγχους. Έτσι προέκυψε ο νόμος Boyle-Mariotte. (Ο δεύτερος συγγραφέας το ανακάλυψε ξανά λίγο αργότερα, αλλά στα αγγλικά βιβλία υπάρχει ακόμα ο νόμος του Boyle, και στα γαλλικά βιβλία υπάρχει ο νόμος της Edme Mariotte (1620-1684), ενός φυσικού και βοτανικής.) Ο Boyle έλυσε επίσης τον παλιό γρίφο για τι είναι πιο εύκολο - νερό ή πάγος: γέμισε μια ισχυρή κάννη όπλου με νερό, την εξέθεσε στο κρύο και δύο ώρες αργότερα η κάννη έσκασε. Έγινε σαφές σε όλους ότι ο πάγος διαστέλλεται όταν παγώνει.

Ο Ρόμπερτ Χουκ (1635-1703) ξεκίνησε την επιστημονική του καριέρα ως βοηθός του Μπόιλ. Στη συνέχεια έγινε ο «επιμελητής πειραμάτων» της νεοσύστατης Βασιλικής Εταιρείας της υπάρχουσας πλέον Βρετανικής Ακαδημίας Επιστημών. Καθήκον του Χουκ ήταν να επαναλαμβάνει και να ελέγχει τα μηνύματα που λαμβάνει η κοινωνία σχετικά με νέες ανακαλύψεις, καθώς και να προετοιμάζει και να επιδεικνύει νέα πειράματα στα μέλη της κοινωνίας (σε κάθε συνάντηση!). Από τη μια, αυτό βοήθησε την απίστευτη ευελιξία του ως επιστήμονα, αλλά από την άλλη, οδήγησε στη βιασύνη, στη μετάβαση από μια έρευνα που ξεκίνησε στην άλλη, και ως εκ τούτου συχνά εξέφραζε ιδέες χωρίς να έχει χρόνο να τις σκεφτεί και να τις μελετήσει. και στη συνέχεια οδήγησε ατελείωτες συζητήσεις σχετικά με την προτεραιότητα (ιδιαίτερα, με τον Νεύτωνα για τον νόμο της παγκόσμιας έλξης).

Ο Χουκ ήταν ο πρώτος που συνειδητοποίησε ότι για να εξεταστούν καλύτερα οι ουσίες και τα αντικείμενα στο μικροσκόπιο, πρέπει να κοπούν σε λεπτά στρώματα και να τα δούμε μέσα από το φως. Έτσι, βάζοντας ό,τι μπορούσε στο μικροσκόπιο, ανακάλυψε ότι όλα τα φυτά έχουν κυτταρική δομή και βρήκε τη λέξη «κύτταρο». Απέδειξε περαιτέρω μικροσκοπικά ότι οι νιφάδες χιονιού έχουν κρυσταλλική δομή κ.λπ. Μια άλλη ιδέα, που τώρα φαίνεται πολύ απλή, αλλά δεν είχε σκεφτεί ποτέ κανέναν πριν από τον Χουκ, είναι ότι τα στερεά πρέπει να παραμορφώνονται υπό φορτίο (όλοι δέχτηκαν, χωρίς να ελέγξουν ότι τα στερεά, σε αντίθεση με τα αέρια και τα υγρά, έχουν πάντα σταθερό σχήμα· θυμηθείτε ότι το καουτσούκ εφευρέθηκε πολύ αργότερα). Για να δοκιμάσει αυτή τη θέση, ο Χουκ ερεύνησε την πιθανότητα τεντώματος στερεών υπό την επίδραση φορτίου - απλώς ανάρτησε στενές λωρίδες από διάφορα μέταλλα, προσάρτησε ένα κύπελλο στο κάτω μέρος των λωρίδων στις οποίες ήταν τοποθετημένα βάρη και μέτρησε (μερικές φορές χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο ) το ποσό της επιμήκυνσης.

Έτσι ανακάλυψε ότι η επιμήκυνση είναι πάντα ευθέως ανάλογη με το μέγεθος της εφαρμοζόμενης δύναμης - αυτός είναι ο διάσημος νόμος του Χουκ. (Ο Hooke εκείνη την εποχή δεν μπορούσε να εφαρμόσει ένα τέτοιο φορτίο στο οποίο αυτός ο νόμος αρχίζει να παραβιάζεται, έτσι τώρα το διάγραμμα επιμήκυνσης των σωμάτων υπό φορτίο χωρίζεται σε Hookean και non Hookean μέρη.) Αυτές οι μελέτες του Hooke διευκρινίστηκαν μόλις το 1807 από ο συμπατριώτης του Thomas Young (περισσότερα γι 'αυτόν - παρακάτω): ανακάλυψε πώς ο συντελεστής του Hooke εξαρτάται από το μήκος και τη διατομή του τεντωμένου σώματος. Ο Χουκ απέδειξε περαιτέρω με παρόμοια πειράματα ότι όλες οι ουσίες διαστέλλονται όταν θερμαίνονται. (Αργότερα διαπιστώθηκε ότι αυτή η δήλωση δεν είναι απολύτως αληθινή: το νερό συστέλλεται όταν θερμαίνεται από το μηδέν στους 4 ° C, η συμπεριφορά του ημιμεταλλικού βισμούθιου και ορισμένων άλλων αποκλίνει από αυτόν τον νόμο, αλλά τέτοιες εξαιρέσεις είναι πολύ σπάνιες και εξηγήσεις για αυτές βρέθηκαν μόνο τον 20ο αιώνα. ) Έτσι, ο Χουκ ήταν στην πραγματικότητα ο ιδρυτής της φυσικής στερεάς κατάστασης.

Ας πάμε λίγο πίσω στο χρόνο και ας εξετάσουμε ένα αξιοσημείωτο οπτικό πείραμα που πραγματοποιήθηκε από τον Francesco Maria Grimaldi (1618-1663), έναν Ιησουίτη μοναχό και φυσικό. Το πείραμα ήταν πολύ απλό και είχε γίνει πολλές φορές στο παρελθόν: μια δέσμη φωτός πέρασε σε ένα σκοτεινό δωμάτιο μέσα από μια μικρή τρύπα, η οποία μετατράπηκε σε κώνο στο δωμάτιο, έτσι ώστε να δημιουργηθεί ένας φωτεινός κύκλος ή έλλειψη στην οθόνη. Όλα αυτά ήταν γνωστά. Στη συνέχεια όμως ο Γκριμάλντι έβαλε σε αυτόν τον κώνο, σε αρκετά μεγάλη απόσταση από την τρύπα, ένα ραβδί, η σκιά του οποίου υποτίθεται ότι τέμνει έναν φωτεινό κύκλο στην οθόνη. Και απροσδόκητα αποδείχθηκε ότι, πρώτον, η σκιά ήταν ευρύτερη από ό,τι θα έπρεπε, με βάση την ιδέα της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός, και δεύτερον, και στις δύο πλευρές της κεντρικής σκιάς ένα, δύο ή τρεις σκοτεινές διακρίνονταν ρίγες, ανάλογα με τη φωτεινότητα του ηλιακού φωτός, και τρίτον, οι άκρες αυτών των λωρίδων ήταν μπλε από το κέντρο και κοκκινωπές από την απέναντι άκρη.

Όταν ο Γκριμάλντι έκανε δύο στενές τρύπες στα παντζούρια, μπόρεσε να παρατηρήσει πολλά νέα χαρακτηριστικά όταν οι φωτεινοί κύκλοι στην οθόνη επικαλύπτονταν: σκούροι δακτύλιοι εμφανίστηκαν γύρω από καθένα από αυτά, οι διασταυρώσεις των οποίων ήταν πιο ανοιχτόχρωμες από τους δύο δακτυλίους. Σε περαιτέρω πειράματα, άλλαξε τα σχήματα και τα μεγέθη των οπών και τους συνδυασμούς τους. Έτσι, ο Γκριμάλντι ανακάλυψε ότι εκτός από την ανάκλαση (αντανάκλαση) και τη διάθλαση (διάθλαση), υπάρχει και ένα φαινόμενο που ονόμασε περίθλαση και το οποίο συνίσταται στη μερική κάμψη του φωτός γύρω από εμπόδια.

Ο Christiaan Huygens (1629-1685), ένας λαμπρός φυσικός και μαθηματικός, έμεινε στην ιστορία κυρίως ως ο μεγαλύτερος ωρολογοποιός όλων των εποχών, που εφηύρε το ρολόι με εκκρεμές και στη συνέχεια εφηύρε ένα ρολόι με ισορροπία ελατηρίου. Το νερό και οι κλεψύδρες υπάρχουν εδώ και δύο χιλιετίες, αλλά κάθε περίπτωση διακρίνεται από τα δικά της χαρακτηριστικά, την «ταχύτητα» της. Ηλιακό ρολόι, δηλ. μια κατακόρυφη στήλη, η σκιά της οποίας κινείται με την κίνηση του ήλιου και δείχνει την ώρα σε ένα σχεδιασμένο καντράν, πρέπει να έχει πολλές κλίμακες, τουλάχιστον για κάθε μήνα του έτους, και ένα τέτοιο ρολόι, φυσικά, δεν λειτουργεί σε κακοκαιρία και τη νύχτα.

Ήδη στους XIII-XIV αιώνες. Άρχισαν να κατασκευάζουν τροχοφόρα ή μηχανικά ρολόγια, κυρίως πύργους. Τίθονταν σε κίνηση από μεγάλα βάρη, τα οποία στη συνέχεια κατέβαιναν και περιστρέφονταν συστήματα τροχών και βέλη. Αλλά τα βάρη επιταχύνθηκαν σταδιακά καθώς κατέβαιναν και ο χρόνος «άρχισε να περνάει πιο γρήγορα».

Όταν ο Γαλιλαίος ανακάλυψε τον ισοχρονισμό του εκκρεμούς, του έγινε σαφές ότι το εκκρεμές μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση χρονικών περιόδων. Ήταν δυνατόν, για παράδειγμα, να γράψουμε ότι κατά τη διάρκεια του χαμηλώματος του φορτίου από τόσο κεκλιμένο επίπεδο, ένα εκκρεμές μήκους 1,5 m έκανε πέντε ταλαντώσεις και στη συνέχεια οποιοδήποτε άλλο άτομο μπορούσε να επαναλάβει αυτό το πείραμα και να ελέγξει την ποσοτική ορθότητα του αποτέλεσμα. Αλλά δεν μπορούσαμε να καθίσουμε και να μετράμε τον αριθμό των ταλαντώσεων όλη την ώρα: έγινε σαφές ότι έπρεπε να εφεύρουμε και με κάποιο τρόπο να συνδέσουμε έναν μετρητή για αυτές τις ταλαντώσεις στο εκκρεμές.

Οι εφευρέτες παλεύουν με αυτό το πρόβλημα για περίπου εβδομήντα χρόνια - χωρίς αποτέλεσμα. Και ο Χάιγκενς έλυσε το πρόβλημα με εξαιρετικά απλό τρόπο (ένα από τα σημάδια μιας λαμπρής ανακάλυψης ή εφεύρεσης είναι ότι όταν ολοκληρωθεί, φαίνεται σε όλους ότι ο καθένας θα μπορούσε να το σκεφτεί μόνος του). Γιατί, αποφάσισε, να εφεύρει κάποιο είδος μετρητή, τελικά, υπάρχουν ήδη μηχανικά ρολόγια, είναι επίσης ένας μετρητής: απλά πρέπει να συνδέσετε μια τέτοια καστάνια, ένα "πόδι", έτσι ώστε με κάθε ταλάντωση του εκκρεμούς, ένα βάρος σε μια μακριά ράβδο, αυτό το πόδι επιτρέπει στον κινητήριο τροχό να περιστρέφεται ανά ένα δόντι. (Και τώρα μπορείτε να βρείτε πολύ απλά ρολόγια με βάρος, πιο συχνά σε παιδικά σετ κατασκευών, τα οποία αντιγράφουν ακριβώς το ρολόι του Huygens.)

Έτσι, λύθηκε το πιο δύσκολο πρόβλημα της τεχνολογίας μέτρησης εκείνη την εποχή. Στη συνέχεια ο Huygens εφηύρε ένα ρολόι με ισορροπία ελατηρίου, τσέπη ή καρπό (εδώ ο Hooke, και όχι μόνο αυτός, προσπάθησε να αμφισβητήσει την προτεραιότητά του). Αυτό το ρολόι μπόρεσε να λύσει το πιο σημαντικό πρόβλημα του προσδιορισμού της θέσης ενός πλοίου στη θάλασσα: το Βρετανικό Ναυαρχείο ανακοίνωσε έναν ανοιχτό διαγωνισμό για να βρει τον καλύτερο τρόπο προσδιορισμού του μήκους ενός πλοίου με ένα τεράστιο έπαθλο για εκείνη την εποχή. (Το γεωγραφικό πλάτος θα μπορούσε να προσδιοριστεί από τη γωνία ως προς τον ήλιο το μεσημέρι, εάν υπήρχαν διαθέσιμοι προ-υπολογισμένοι πίνακες.)

Η εφεύρεση του ανοιξιάτικου ρολογιού έλυσε πλήρως αυτό το πρόβλημα. Εάν το πλοίο έχει ένα ακριβές ρολόι, ένα χρονοόμετρο που δείχνει την ώρα κατά μήκος του μεσημβρινού του Γκρίνουιτς, τότε προσδιορίζοντας την μέτρησή του το μεσημέρι ενός δεδομένου τόπου, δηλαδή τη στιγμή που οι σκιές είναι μικρότερες, μπορείτε να προσδιορίσετε το γεωγραφικό σας μήκος: διαφορά ενός ώρα σημαίνει διαφορά από τον μεσημβρινό του Γκρίνουιτς κατά 15° κ.λπ. (Ο Ήλιος κάνει έναν πλήρη κύκλο 360° σε 24 ώρες, επομένως προκύπτει αυτός ο αριθμός.) Σημειώστε ότι προηγουμένως τα ίδια νησιά είχαν ανακαλυφθεί ξανά πολλές φορές και οι θέσεις τους στους χάρτες διέφεραν κατά χιλιάδες μίλια.

Απλώς μην νομίζετε ότι τα επιτεύγματα του Huygens περιορίζονται στα ρολόγια, αν και αυτό θα ήταν αρκετό για την αθανασία στην ιστορία: ανέπτυξε την κυματική θεωρία του φωτός και πρότεινε την αρχή που πήρε το όνομά του και εξακολουθεί να είναι το θεμέλιο όλων των κυματικών θεωριών, συμπεριλαμβανομένων οπτική και ακουστική. Αλλά εδώ είναι μια ενδιαφέρουσα και διδακτική ιστορία, που περιγράφεται από τον ίδιο σε ένα γράμμα το 1693. Στο κάστρο Chantilly κοντά στο Παρίσι, ο Huygens παρατήρησε ότι αν σταθείτε ανάμεσα στις σκάλες και ένα σιντριβάνι, μπορείτε να ακούσετε έναν ήχο που θυμίζει μουσικό τόνο : πρότεινε ότι αυτό οφείλεται σε αντανακλάσεις από ίσα απέχοντα βήματα. Έχοντας μετρήσει το πλάτος των σκαλοπατιών, ο Huygens φτιάχνει έναν χάρτινο σωλήνα του ίδιου μήκους και διαπιστώνει ότι εκπέμπει τον ίδιο τόνο - στην πραγματικότητα, η σκάλα εξάγει μια συχνότητα συντονισμού από τον θόρυβο του σιντριβανιού και ο Huygens βρήκε ένα παράδειγμα αποσύνθεσης του θορύβου σε ένα ακουστικό φάσμα.