Tiểu sử

Christian Huygens là một nhà cơ khí, vật lý, toán học, thiên văn học và nhà phát minh người Hà Lan.

Một trong những người sáng lập ra cơ học lý thuyết và lý thuyết xác suất. Ông đã có đóng góp đáng kể cho quang học, vật lý phân tử, thiên văn học, hình học, chế tạo đồng hồ. Đã khám phá ra các vành đai của Sao Thổ và Titan (một mặt trăng của Sao Thổ). Thành viên nước ngoài đầu tiên của Hiệp hội Hoàng gia London (1663), thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Pháp từ khi thành lập (1666) và chủ tịch đầu tiên của nó (1666-1681).

Huygens sinh năm 1629 tại The Hague. Cha của ông là Konstantin Huygens (Huygens), cố vấn bí mật cho các hoàng tử của Orange, là một nhà văn đáng chú ý, người cũng nhận được một nền giáo dục khoa học tốt. Constantine là bạn của Descartes, và triết học Descartes (chủ nghĩa Descartes) có ảnh hưởng lớn không chỉ đến cha ông, mà còn với chính Christian Huygens.

Chàng trai trẻ Huygens theo học luật và toán học tại Đại học Leiden, sau đó quyết định cống hiến hết mình cho khoa học. Năm 1651, ông xuất bản các Bài giảng về Bình phương của Hyperbol, Ellipse và Vòng tròn. Cùng với anh trai của mình, ông đã cải tiến kính thiên văn, đưa nó lên độ phóng đại 92x, và bắt đầu nghiên cứu bầu trời. Danh tiếng đầu tiên đến với Huygens khi ông phát hiện ra các vành đai của Sao Thổ (Galileo cũng nhìn thấy chúng, nhưng không thể hiểu chúng là gì) và vệ tinh của hành tinh này, Titan.

Năm 1657 Huygensđã nhận được bằng sáng chế của Hà Lan cho thiết kế đồng hồ quả lắc. Trong những năm cuối đời, Galileo đã cố gắng tạo ra cơ chế này, nhưng chứng mù lòa tiến triển đã ngăn cản ông. Đồng hồ của Huygens thực sự đã hoạt động và cung cấp độ chính xác tuyệt vời cho thời gian đó. Yếu tố trung tâm của thiết kế là mỏ neo do Huygens phát minh, nó định kỳ đẩy con lắc và duy trì dao động không bị dập. Được thiết kế bởi Huygens, một chiếc đồng hồ quả lắc chính xác và rẻ tiền nhanh chóng được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới. Năm 1673, Huygens xuất bản một chuyên luận cực kỳ bổ ích về động học của chuyển động có gia tốc với tiêu đề "Đồng hồ quả lắc". Cuốn sách này là một cuốn sách dành cho máy tính để bàn cho Newton, người đã hoàn thành việc xây dựng nền tảng của cơ học do Galileo bắt đầu và được tiếp tục bởi Huygens.

Năm 1661, Huygens đến Anh. Năm 1665, theo lời mời của Colbert, ông đến định cư tại Paris, nơi vào năm 1666, Viện Hàn lâm Khoa học Paris được thành lập. Theo đề nghị của cùng một Colbert, Huygens trở thành chủ tịch đầu tiên của nó và lãnh đạo Học viện trong 15 năm. Năm 1681, liên quan đến kế hoạch bãi bỏ Sắc lệnh Nantes, Huygens, không muốn chuyển sang Công giáo, trở về Hà Lan, nơi ông tiếp tục nghiên cứu khoa học của mình. Đầu những năm 1690, sức khỏe của nhà khoa học bắt đầu xấu đi, ông mất năm 1695. Tác phẩm cuối cùng của Huygens là Kosmoteoros, trong đó ông lập luận về khả năng có sự sống trên các hành tinh khác.

Hoạt động khoa học

Lagrange đã viết rằng Huygens "được định sẵn để hoàn thiện và phát triển những khám phá quan trọng nhất của Galileo."

Toán học

Christian Huygens bắt đầu hoạt động khoa học của mình vào năm 1651 với một bài luận về cầu phương của hyperbol, elip và đường tròn. Năm 1654, ông phát triển một lý thuyết chung về tiến hóa và tiến hóa, khám phá xycloid và dây xích, nâng cao lý thuyết về phân số liên tục.

Năm 1657, Huygens viết phụ lục "Về các phép tính trong cờ bạc" cho cuốn sách "Đạo đức toán học" của giáo viên Van Schooten. Đây là sự trình bày đầu tiên về sự khởi đầu của lý thuyết xác suất mới nổi sau đó. Huygens, cùng với Fermat và Pascal, đặt nền móng, đưa ra khái niệm cơ bản về kỳ vọng toán học. Từ cuốn sách này, Jacob Bernoulli đã làm quen với lý thuyết xác suất, lý thuyết này đã hoàn thành việc hình thành nền tảng của lý thuyết.

Cơ học

Năm 1657, Huygens công bố bản mô tả thiết kế của đồng hồ do ông phát minh ra với quả lắc. Trong khi các nhà khoa học không có một thiết bị cần thiết cho các thí nghiệm như một chiếc đồng hồ chính xác. Galileo, ví dụ, khi nghiên cứu quy luật rơi, đã đếm nhịp đập của mạch đập của chính mình. Đồng hồ có bánh xe dẫn động bằng quả cân đã được sử dụng từ lâu nhưng độ chính xác không đạt yêu cầu. Kể từ thời Galileo, con lắc đã được sử dụng riêng để đo chính xác các khoảng thời gian nhỏ, và cần phải đếm số lần lắc. Đồng hồ của Huygens có độ chính xác tốt, và nhà khoa học sau đó liên tục, trong gần 40 năm, đã chuyển sang phát minh của mình, cải tiến nó và nghiên cứu các đặc tính của quả lắc. Huygens định dùng đồng hồ quả lắc để giải bài toán xác định kinh độ trên biển, nhưng không đạt được tiến bộ đáng kể. Một máy đo thời gian hàng hải đáng tin cậy và chính xác chỉ xuất hiện vào năm 1735 (ở Anh).

Năm 1673, Huygens xuất bản tác phẩm cơ học kinh điển Chiếc đồng hồ con lắc (Horologium Oscillatorium, sive de motu condulorum an horologia aptato Demonsrationes hình học). Tên khiêm tốn không nên gây hiểu lầm. Ngoài lý thuyết về đồng hồ, công trình còn chứa đựng nhiều khám phá đầu tiên trong lĩnh vực phân tích và cơ học lý thuyết. Huygens cũng nâng cấp một số khía cạnh của cuộc cách mạng ở đó. Điều này và các tác phẩm khác của ông đã có ảnh hưởng sâu sắc đến Newton thời trẻ.

Trong phần đầu tiên của tác phẩm, Huygens mô tả một con lắc xoáy thuận, cải tiến, có thời gian dao động không đổi bất kể biên độ. Để giải thích tính chất này, tác giả dành phần thứ hai của cuốn sách để suy ra các quy luật chung về chuyển động của các vật thể trong trường hấp dẫn - tự do, chuyển động dọc theo mặt phẳng nghiêng, lăn xuống một xoáy thuận. Phải nói rằng sự cải tiến này chưa tìm thấy ứng dụng thực tế, vì với những dao động nhỏ, sự gia tăng độ chính xác từ độ tăng trọng lượng của lốc xoáy là không đáng kể. Tuy nhiên, bản thân phương pháp nghiên cứu đã đi vào quỹ vàng của khoa học.

Huygens suy ra các định luật về chuyển động có gia tốc đều của vật thể rơi tự do, dựa trên giả thiết rằng tác dụng truyền lên vật thể bằng một lực không đổi không phụ thuộc vào độ lớn và hướng của vận tốc ban đầu. Bắt nguồn từ mối quan hệ giữa độ cao của ngã và bình phương thời gian, Huygens đưa ra nhận xét rằng độ cao của ngã có quan hệ như bình phương của vận tốc thu được. Hơn nữa, khi xem xét chuyển động tự do của một cơ thể bị ném lên trên, anh ta thấy rằng cơ thể tăng đến độ cao lớn nhất, đã mất tất cả tốc độ truyền với nó, và có lại khi quay trở lại.

Galileo cho phép mà không có bằng chứng rằng khi rơi dọc theo các đường thẳng nghiêng khác nhau từ cùng một độ cao, các vật thể có vận tốc bằng nhau. Huygens chứng minh điều này như sau. Hai đoạn thẳng có độ nghiêng khác nhau và chiều cao bằng nhau được nối với hai đầu dưới của chúng. Nếu một cơ thể được hạ xuống từ đầu trên của một trong số họ nhận được tốc độ lớn hơn tốc độ được phóng từ đầu trên của vật kia, thì nó có thể được phóng dọc theo điểm đầu tiên của điểm như vậy bên dưới đầu trên sao cho tốc độ đạt được bên dưới là đủ để nâng cơ thể đến đầu trên của đoạn thẳng thứ hai; nhưng sau đó hóa ra là cơ thể đã tăng lên cao hơn chiều cao mà nó rơi xuống, và điều này không thể xảy ra. Từ chuyển động của một cơ thể dọc theo một đường thẳng nghiêng, Huygens tiến tới chuyển động dọc theo một đường đứt khúc và sau đó chuyển động dọc theo một đường cong nào đó, và ông chứng minh rằng tốc độ có được khi rơi từ bất kỳ độ cao nào dọc theo đường cong bằng tốc độ có được trong quá trình rơi tự do từ cùng một độ cao theo một đường thẳng đứng và phải có cùng vận tốc để nâng một vật lên cùng một độ cao theo cả đường thẳng thẳng đứng và đường cong. Sau đó, chuyển sang xycloid và xem xét một số tính chất hình học của nó, tác giả chứng minh tính chất tautochronism của chuyển động của điểm nặng dọc theo xycloid.

Trong phần thứ ba của tác phẩm, thuyết tiến hóa và tiến hóa, được tác giả khám phá từ năm 1654, được trình bày; ở đây anh ta tìm thấy hình thức và vị trí của quá trình tiến hóa của lốc xoáy. Phần thứ tư trình bày lý thuyết về con lắc vật lý; ở đây Huygens đã giải quyết được vấn đề mà không có quá nhiều máy đo địa đương thời đưa ra - vấn đề xác định tâm của dao động. Nó dựa trên mệnh đề sau:

Nếu một con lắc phức tạp, sau khi nghỉ ngơi, đã hoàn thành một phần nhất định của chuyển động của nó, hơn một nửa chu kỳ, và nếu kết nối giữa tất cả các hạt của nó bị phá hủy, thì mỗi hạt này sẽ tăng lên đến độ cao bằng mức chung của chúng. trọng tâm sẽ ở độ cao đó, tại đó anh ta đang ở vị trí thoát khỏi con lắc từ trạng thái nghỉ. Định đề này, không được Huygens chứng minh, đối với ông ấy dường như là một nguyên lý cơ bản, trong khi bây giờ nó là một hệ quả đơn giản của định luật bảo toàn năng lượng.

Lý thuyết về con lắc vật lý được Huygens đưa ra ở dạng khá tổng quát và được áp dụng cho nhiều loại vật thể khác nhau. Huygens đã sửa chữa sai lầm của Galileo và chỉ ra rằng tính đẳng thời của dao động con lắc mà người sau công bố chỉ diễn ra một cách xấp xỉ. Ông cũng lưu ý thêm hai lỗi nữa của Galileo trong chuyển động học: chuyển động đều trong một vòng tròn có liên quan đến gia tốc (Galileo bác bỏ điều này), và lực ly tâm không tỷ lệ với tốc độ, mà là bình phương tốc độ.

Trong phần cuối cùng, phần thứ năm của công trình của mình, Huygens đưa ra mười ba định lý về lực ly tâm. Chương này lần đầu tiên đưa ra một biểu thức định lượng chính xác cho lực ly tâm, lực này sau đó đóng một vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu chuyển động của các hành tinh và khám phá ra định luật vạn vật hấp dẫn. Huygens đưa ra (bằng lời nói) một số công thức cơ bản:

Thiên văn học

Huygens đã tự mình cải tiến kính thiên văn; năm 1655, ông phát hiện ra mặt trăng Titan của sao Thổ và mô tả các vành đai của sao Thổ. Năm 1659, ông mô tả toàn bộ hệ thống của Sao Thổ trong một tác phẩm do ông xuất bản.

Năm 1672, ông phát hiện ra một chỏm băng ở cực Nam của sao Hỏa. Ông cũng phát hiện ra Tinh vân Orion và các tinh vân khác, quan sát các sao đôi, ước tính (khá chính xác) chu kỳ quay của Sao Hỏa quanh trục của nó.

Cuốn sách cuối cùng "ΚΟΣΜΟΘΕΩΡΟΣ sive de terris coelestibus earumque ornatu conjecturae" (bằng tiếng Latinh; được xuất bản sau khi đăng ở The Hague năm 1698) là một phản ánh triết học và thiên văn học về Vũ trụ. Ông tin rằng các hành tinh khác cũng có người sinh sống. Sách của Huygens được phân phối rộng rãi ở châu Âu, nơi nó được dịch sang các thứ tiếng Anh (1698), Hà Lan (1699), Pháp (1702), Đức (1703), Nga (1717) và Thụy Điển (1774). Theo sắc lệnh của Peter I, nó đã được dịch sang tiếng Nga bởi Yakov Bruce với tiêu đề "Cuốn sách của Thế giới quan". Nó được coi là cuốn sách đầu tiên ở Nga mô tả hệ nhật tâm của Copernicus.

Trong tác phẩm này, Huygens lần đầu tiên (cùng với James Gregory) cố gắng xác định khoảng cách tới các vì sao. Nếu chúng ta giả định rằng tất cả các ngôi sao, bao gồm cả Mặt trời, đều có độ sáng tương tự, thì bằng cách so sánh độ sáng biểu kiến ​​của chúng, chúng ta có thể ước tính gần đúng tỷ lệ khoảng cách của chúng (khoảng cách tới Mặt trời khi đó đã được biết với độ chính xác đủ lớn). Đối với Sirius, Huygens thu được khoảng cách là 28.000 đơn vị thiên văn, ít hơn khoảng 20 lần so với khoảng cách thực (được công bố sau di cảo, năm 1698).

Quang học và lý thuyết sóng

Huygens đã tham gia vào các cuộc tranh cãi đương thời về bản chất của ánh sáng. Năm 1678, ông xuất bản cuốn A Treatise on Light, một đại cương về lý thuyết sóng của ánh sáng. Một tác phẩm đáng chú ý khác mà ông xuất bản năm 1690; ở đó ông đã trình bày lý thuyết định tính về sự phản xạ, khúc xạ và khúc xạ kép ở Icelandic spar ở dạng tương tự như hiện nay nó được trình bày trong sách giáo khoa vật lý. Ông đã xây dựng nên "nguyên lý Huygens", giúp nghiên cứu chuyển động của mặt trước sóng, sau đó được Fresnel phát triển và đóng một vai trò quan trọng trong lý thuyết sóng của ánh sáng. Ông đã phát hiện ra sự phân cực của ánh sáng (1678).

Ông sở hữu cải tiến ban đầu của kính thiên văn được ông sử dụng trong quan sát thiên văn và được đề cập trong đoạn về thiên văn học, ông đã phát minh ra "thị kính Huygens", bao gồm hai thấu kính lồi-plano (nó vẫn được sử dụng cho đến ngày nay). Ông cũng là người phát minh ra máy chiếu kính hiển vi - cái được gọi là. "đèn lồng ma thuật"

Những thành tựu khác

Huygens đã chứng minh (về mặt lý thuyết) độ lệch của Trái đất tại các cực, đồng thời giải thích ảnh hưởng của lực ly tâm lên hướng của trọng lực và chiều dài của con lắc thứ hai ở các vĩ độ khác nhau. Ông đã đưa ra một giải pháp cho vấn đề va chạm của các vật thể đàn hồi, đồng thời với Wallis và Wren (được công bố sau khi đăng) và một trong những giải pháp cho vấn đề dạng của một chuỗi đồng chất nặng ở trạng thái cân bằng (đường dây xích).

Ông sở hữu phát minh ra vòng xoắn chỉ giờ, thay thế con lắc, một vật cực kỳ quan trọng đối với việc điều hướng; Chiếc đồng hồ đầu tiên có hình xoắn ốc được thiết kế tại Paris bởi nhà sản xuất đồng hồ Thuret vào năm 1674. năm 1675, ông được cấp bằng sáng chế cho một chiếc đồng hồ bỏ túi.

Huygens là người đầu tiên kêu gọi sự lựa chọn của một số đo chiều dài tự nhiên phổ quát, mà ông đề xuất là 1/3 chiều dài của con lắc với chu kỳ dao động là 1 giây (khoảng 8 cm).

Các tác phẩm chính

Horologium Oscillatorium, 1673 (Đồng hồ quả lắc, bằng tiếng Latinh).
Kosmotheeoros. (Bản dịch tiếng Anh của ấn bản năm 1698) - Những khám phá thiên văn của Huygens, giả thuyết về các hành tinh khác.
Luận về Ánh sáng (Treatise on Light, bản dịch tiếng Anh).

Nhà vật lý, cơ học, toán học và thiên văn học người Hà Lan, Christian Huygens, là người kế nhiệm ngay lập tức của Galileo trong lĩnh vực khoa học. Lagrange nói rằng Huygens "được mệnh để cải thiện và phát triển những khám phá quan trọng nhất của Galileo." Lần đầu tiên Huygens tiếp xúc với ý tưởng của Galileo vào năm 17 tuổi: ông định chứng minh rằng các vật thể bị ném ngang chuyển động dọc theo một parabol, và đã tìm thấy một bằng chứng như vậy trong cuốn sách của Galileo.

Cha của Huygens xuất thân từ một gia đình quý tộc Hà Lan và nhận được một nền giáo dục xuất sắc: ông biết ngôn ngữ và văn học của nhiều dân tộc và thời đại, bản thân ông đã viết các tác phẩm thơ bằng tiếng Latinh và tiếng Hà Lan. Ông cũng là một người sành nhạc và hội họa, một người tinh tế và hóm hỉnh. Ông quan tâm đến những thành tựu của khoa học trong lĩnh vực toán học, cơ học và quang học. Tính cách độc đáo của ông được khẳng định bởi trong số những người bạn của ông có rất nhiều người nổi tiếng, trong đó có Rene Descartes, một nhà khoa học lỗi lạc người Pháp.

Ảnh hưởng của Descartes thể hiện mạnh mẽ trong việc hình thành thế giới quan của con trai ông, nhà khoa học vĩ đại trong tương lai.

Tuổi thơ và tuổi trẻ.

Lên tám tuổi, Christian đã học tiếng Latinh, biết bốn bước số học, lên chín tuổi làm quen với địa lý và thiên văn học sơ khai, biết cách xác định thời điểm mặt trời mọc và lặn trong tất cả các mùa. Khi Christian mười tuổi, anh học sáng tác các câu thơ bằng tiếng Latinh và chơi đàn vĩ cầm, năm 11 tuổi anh làm quen với chơi đàn luýt, và lên mười hai tuổi anh biết các quy tắc cơ bản của logic.

Sau khi học tiếng Hy Lạp, tiếng Pháp và tiếng Ý, cũng như chơi đàn harpsichord, Christian chuyển sang ngành cơ khí, điều này đã khiến anh hoàn toàn bị cuốn hút. Anh ấy thiết kế nhiều loại máy khác nhau, chẳng hạn như anh ấy tự chế tạo máy tiện. Năm 1643, thầy giáo của Christian nói với cha mình: "Christian phải được gọi là một phép màu trong số các cậu bé ... Anh ấy phát triển khả năng của mình trong lĩnh vực cơ khí và kết cấu, chế tạo ra những cỗ máy tuyệt vời ...".

Xa hơn, Christian học toán, cưỡi ngựa và khiêu vũ. Một khóa học toán học viết tay dành cho Cơ đốc nhân, được biên soạn bởi nhà toán học nổi tiếng, bạn của Descartes, Francis Schouten, đã được bảo tồn. Khóa học bao gồm các nguyên tắc của đại số và hình học, các phương trình vô định từ Số học của Diophantus, các số vô tỷ, trích xuất các căn bậc hai và lập phương, và lý thuyết về các phương trình đại số ở cấp độ cao hơn. Cuốn sách viết lại của Descartes "Hình học". Sau đó, các ứng dụng của đại số vào hình học và phương trình quỹ tích được đưa ra. Cuối cùng, các phần hình nón được xem xét và các bài toán được đưa ra để xây dựng các tiếp tuyến với các đường cong khác nhau bằng các phương pháp của Descartes và Fermat.

Năm 16 tuổi, Christian cùng với anh trai vào Đại học Leiden để học luật và đồng thời học toán với Schouten, người đã gửi cho Descartes công trình toán học đầu tiên của mình để xem xét. Descartes ca ngợi “những phát minh toán học” của Christian: “Mặc dù anh ấy không hoàn toàn có được thứ mình cần, nhưng điều này không có gì là lạ, vì anh ấy đã cố gắng tìm ra những thứ mà chưa ai thành công trong đó. Anh ấy đã giải quyết vấn đề này theo cách mà tôi chắc chắn rằng anh ấy sẽ trở thành một nhà khoa học xuất sắc trong lĩnh vực này.

Vào thời điểm này, Christian nghiên cứu về Archimedes, "Phần conic" của Apollonius, quang học của Vitello và Kepler, "Dioptrics" của Descartes, thiên văn học của Ptolemy và Copernicus, và cơ học của Stevin. Làm quen với phần sau, Huygens chứng minh rằng phát biểu rằng hình cân bằng của một sợi dây treo tự do giữa hai điểm là một parabol là sai. Hiện tại, người ta biết rằng sợi chỉ sẽ nằm dọc theo cái gọi là dây xích.

Christian đã trao đổi thư từ với Marin Mersenne, một giáo sĩ dòng Phanxicô, nhà xuất bản bản dịch tiếng Pháp về Cơ học của Galileo và bản tóm tắt các Cuộc đối thoại của anh ấy .... Mersenne đặc biệt quan tâm đến những thành tựu khoa học trong thời đại của mình và trong những bức thư báo cáo về những khám phá mới nhất và những vấn đề thú vị nhất trong toán học và cơ học. Trong những ngày đó, những thư từ như vậy đã thay thế các tạp chí khoa học bị thiếu.

Mersenne gửi cho Christian những bài toán thú vị. Từ những bức thư của mình, anh ấy đã làm quen với xoáy thuận và tâm dao động của con lắc vật lý. Khi biết được lời chỉ trích của Huygens về dạng parabol của dây tóc, Mersenne báo cáo rằng chính Galileo đã mắc sai lầm tương tự và yêu cầu gửi đầy đủ bằng chứng.

Hoàn thành bản báo cáo với Mersenne về công việc của mình, anh viết: “Tôi quyết định cố gắng chứng minh rằng những vật nặng bị ném lên hoặc sang một bên mô tả một hình parabol, nhưng trong khi chờ đợi, tôi đã xem qua cuốn sách của Galileo về chuyển động tự nhiên hoặc bạo lực gia tốc; khi tôi thấy rằng anh ấy đã chứng minh được điều này và hơn thế nữa, tôi không còn muốn viết Iliad sau Homer nữa.

Huygens và Archimedes.

Sau Leiden, Christian cùng với em trai Lodevik đến học tại Orange Collegium. Người cha, rõ ràng, đang chuẩn bị cho Christian hoạt động nhà nước, nhưng điều này không cám dỗ Christian.

Theo tinh thần của Archimedes, chàng thanh niên hai mươi ba tuổi theo đạo thiên chúa đã viết một cuốn sách về lý thuyết các vật thể trôi nổi: "Về trạng thái cân bằng của các vật thể trôi nổi trong chất lỏng." Sau đó, vào năm 1654, một công trình khác xuất hiện theo tinh thần của Archimedes, Những khám phá về kích thước của vòng tròn, đại diện cho một bước tiến về Đo vòng tròn của Archimedes. Huygens nhận được giá trị của số pi với đúng tám chữ số thập phân. Điều này cũng bao gồm công trình "Các định lý về phương của hyperbol, hình elip và đường tròn và trọng tâm của các bộ phận của chúng."

Được viết vào năm 1657, chuyên luận Về tính toán trong cờ bạc là một trong những tác phẩm đầu tiên được biết đến về lý thuyết xác suất.

Huygens và quang học.

Ngay từ năm 1652, Huygens đã bắt đầu quan tâm đến chủ đề do Descartes phát triển. Đó là dioptrics - học thuyết về sự khúc xạ ánh sáng. Anh ấy viết cho người bạn của mình: “Tôi gần như đã viết hai cuốn sách về chủ đề này, trong đó cuốn thứ ba được thêm vào: cuốn thứ nhất nói về sự khúc xạ trong các bề mặt phẳng và hình cầu ..., cuốn thứ hai nói về sự tăng hoặc giảm có thể nhìn thấy được trong các hình ảnh. của các vật thể thu được bằng cách khúc xạ. Cuốn sách thứ ba, được cho là nói về kính thiên văn và kính hiển vi, được viết sau đó một chút. Huygens đã làm việc liên tục trên Dioptric trong khoảng 40 năm (từ 1652 đến 1692).

Các chương riêng biệt của phần đầu tiên của "Dioptrics" được dành cho sự khúc xạ của ánh sáng trong các bề mặt phẳng và hình cầu; tác giả đưa ra một thực nghiệm xác định chiết suất của các vật thể trong suốt khác nhau và xem xét các vấn đề khúc xạ ánh sáng trong lăng kính và thấu kính. Sau đó, anh ta xác định tiêu cự của thấu kính và nghiên cứu mối quan hệ giữa vị trí của vật thể trên trục quang học của thấu kính và vị trí ảnh của nó, tức là anh ta thu được biểu thức của công thức chính của thấu kính. Phần đầu của cuốn sách kết thúc với việc xem xét cấu trúc của mắt và lý thuyết về thị lực.

Trong phần thứ hai của cuốn sách, Huygens nói về tính thuận nghịch của một hệ thống quang học.

Trong phần thứ ba của cuốn sách, tác giả rất chú trọng đến hiện tượng quang sai cầu (biến dạng) của thấu kính và các phương pháp hiệu chỉnh nó. Đối với một số trường hợp đặc biệt, ông tìm ra hình dạng của các bề mặt khúc xạ của thấu kính không tạo ra quang sai cầu. Để giảm quang sai của kính thiên văn, Christian đề xuất thiết kế "kính thiên văn không khí", nơi thấu kính và thị kính không được nối với nhau. Chiều dài của "kính thiên văn trên không" của Huygens là 64 m. Với sự trợ giúp của kính thiên văn này, ông đã phát hiện ra một vệ tinh của Sao Thổ, Titan, và cũng quan sát được 4 vệ tinh của Sao Mộc, trước đó đã được Galileo phát hiện.

Huygens, với sự trợ giúp của kính thiên văn, cũng có thể giải thích sự xuất hiện kỳ ​​lạ của Sao Thổ, điều khiến các nhà thiên văn học bối rối, bắt đầu từ Galileo - ông cho rằng thiên thể của hành tinh này được bao quanh bởi một vòng.

Năm 1662, Huygens cũng đề xuất một hệ thống quang học mới cho thị kính, hệ thống này sau này được đặt theo tên của ông. Thị kính này gồm hai thấu kính dương cách nhau một khe khí lớn. Thị kính như vậy theo sơ đồ Huygens được sử dụng rộng rãi bởi các nhà nhãn khoa ngày nay.

Năm 1672-1673 Huygens làm quen với giả thuyết của Newton về thành phần của ánh sáng trắng. Cũng trong khoảng thời gian đó, ông đã hình thành ý tưởng về lý thuyết sóng ánh sáng, lý thuyết này được thể hiện trong tác phẩm nổi tiếng "Treatise on Light", xuất bản năm 1690.

Huygens và cơ học.

Huygens nên được đặt ở vị trí đầu tiên của một hàng dài các nhà nghiên cứu đã tham gia vào việc thiết lập định luật bảo toàn năng lượng phổ quát.

Huygens đề xuất một phương pháp xác định vận tốc của các vật thể sau va chạm của chúng. Nội dung chính của chuyên luận "Lý thuyết về tác động của chất rắn" được hoàn thành vào năm 1652, nhưng thái độ phê phán đặc trưng của Huygens đối với các tác phẩm của ông đã dẫn đến thực tế là chuyên luận này chỉ được xuất bản sau khi Huygens qua đời. Đúng như vậy, khi ở Anh vào năm 1661, ông đã chứng minh các thí nghiệm xác nhận lý thuyết về tác động của mình. Thư ký của Hiệp hội Hoàng gia London đã viết: “Một quả bóng nặng một pound được treo dưới dạng một con lắc; khi anh ta được thả ra, anh ta bị một quả bóng khác va vào, cũng bị treo giò theo cách tương tự, nhưng chỉ nặng nửa tạ; góc lệch là bốn mươi độ, và Huygens, sau một chút tính toán đại số, đã dự đoán kết quả sẽ như thế nào, hóa ra lại chính xác như dự đoán.

Huygens và đồng hồ.

Khoảng thời gian từ tháng 12 năm 1655 đến tháng 10 năm 1660 chứng kiến ​​sự nở rộ nhất trong hoạt động khoa học của Huygens. Vào thời điểm này, ngoài việc hoàn thành lý thuyết về vành đai của Sao Thổ và lý thuyết về sự va chạm, hầu như tất cả các công trình chính của Huygens, những thứ mang lại danh tiếng cho ông đều đã được hoàn thành.

Về nhiều mặt, Huygens đã kế thừa và cải tiến cách giải quyết các vấn đề do Galileo đảm nhận. Ví dụ, ông chuyển sang nghiên cứu tính chất đẳng thời của dao động của một con lắc toán học (một tính chất của dao động biểu hiện ở chỗ tần số của dao động nhỏ thực tế không phụ thuộc vào biên độ của chúng). Có thể, đã có lúc đây là khám phá đầu tiên của Galileo về cơ học. Huygens có cơ hội bổ sung cho Galileo: tính đẳng thời của con lắc toán học (nghĩa là sự độc lập của chu kỳ dao động của con lắc có độ dài nhất định đối với biên độ dao động) hóa ra chỉ có giá trị xấp xỉ, và thậm chí khi đó cho góc lệch của con lắc nhỏ. Và Huygens nhận ra ý tưởng đã chiếm giữ Galileo trong những năm cuối đời: ông thiết kế một chiếc đồng hồ quả lắc.

Nhiệm vụ tạo ra và cải tiến đồng hồ, đặc biệt là đồng hồ quả lắc, Huygens đã thực hiện trong gần bốn mươi năm: từ năm 1656 đến năm 1693.

Một trong những hồi ký chính của Huygens, dành cho việc xem xét các kết quả trong toán học và cơ học, được xuất bản vào năm 1673 với tiêu đề "Đồng hồ con lắc hoặc các chứng minh hình học liên quan đến chuyển động của các hạt đồng hồ được lắp vào đồng hồ". Cố gắng giải quyết một trong những vấn đề chính của cuộc đời mình - tạo ra một chiếc đồng hồ có thể được sử dụng như một máy đo thời gian hàng hải, Huygens đã đưa ra nhiều giải pháp và suy nghĩ thông qua nhiều vấn đề, khám phá khả năng ứng dụng của chúng cho vấn đề này: con lắc xoáy thuận , lý thuyết về đường cong quét, lực ly tâm và vai trò của chúng, v.v ... Đồng thời, ông đã giải quyết các vấn đề toán học và cơ học mới nổi. Tại sao nhiệm vụ tạo ra đồng hồ lại thu hút nhà khoa học nổi tiếng đến vậy?

Đồng hồ là một trong những phát minh cổ xưa nhất của con người. Lúc đầu, nó là năng lượng mặt trời, nước, đồng hồ đeo tay; Vào thời Trung cổ, đồng hồ cơ xuất hiện. Trong một thời gian dài chúng đã cồng kềnh. Có một số cách để chuyển đổi gia tốc rơi của tải trọng thành chuyển động đồng đều của các kim, nhưng ngay cả đồng hồ thiên văn của Tycho Brahe, được biết đến với độ chính xác của nó, cũng được "điều chỉnh" một cách cưỡng bức mỗi ngày.

Galileo là người đầu tiên phát hiện ra rằng dao động của con lắc là đẳng thời gian và sẽ sử dụng con lắc để tạo ra đồng hồ. Vào mùa hè năm 1636, ông viết thư cho đô đốc Hà Lan L. Real về việc kết nối một con lắc với một máy đếm dao động (đây thực chất là dự án đồng hồ quả lắc!). Tuy nhiên, vì bệnh tật và cái chết sắp xảy ra, Galileo đã không hoàn thành công việc.

Con đường khó khăn từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đến việc tạo ra đồng hồ quả lắc đã được vượt qua vào năm 1657 bởi Christian Huygens, một nhà khoa học nổi tiếng vào thời điểm đó. Vào ngày 12 tháng 1 năm 1657, ông viết:

"Những ngày này, tôi đã tìm thấy một thiết kế đồng hồ mới, trong đó thời gian được đo chính xác đến mức không có hy vọng nhỏ là có thể đo kinh độ với nó, ngay cả khi chúng phải vận chuyển bằng đường biển."

Từ thời điểm đó cho đến năm 1693, ông đã cố gắng cải tiến đồng hồ. Và nếu lúc đầu Huygens thể hiện mình là một kỹ sư, sử dụng tính chất đẳng thời của con lắc trong một cơ chế đã biết, thì dần dần khả năng trở thành nhà vật lý và toán học của anh ngày càng được bộc lộ.

Trong số những khám phá kỹ thuật của ông, có một số khám phá thực sự xuất sắc. Đồng hồ của Huygens là người đầu tiên thực hiện ý tưởng về hiện tượng tự dao động dựa trên phản hồi: năng lượng được truyền vào con lắc theo cách mà "nguồn dao động tự xác định thời điểm cần cung cấp năng lượng." Đối với Huygens, vai trò này được thực hiện bởi một thiết bị đơn giản dưới dạng một mỏ neo với các răng cắt xiên, đẩy con lắc một cách nhịp nhàng.

Huygens phát hiện ra rằng dao động của con lắc là đẳng tích chỉ ở những góc lệch nhỏ so với phương thẳng đứng, và quyết định giảm chiều dài của con lắc với góc lệch tăng dần để bù cho những sai lệch. Huygens đã tìm ra cách thực hiện nó về mặt kỹ thuật.

Thuyết sóng của ánh sáng.

Trong những năm bảy mươi, sự chú ý chính của Huygens được tập trung vào các hiện tượng ánh sáng. Năm 1676, ông đến Hà Lan và gặp một trong những người sáng tạo ra kính hiển vi, Anthony van Leeuwenhoek, sau đó ông đã cố gắng tự chế tạo kính hiển vi.

Năm 1678, Huygens đến Paris, nơi những chiếc kính hiển vi của ông đã tạo ra một ấn tượng tuyệt vời. Ông đã chứng minh chúng tại một cuộc họp của Học viện Paris.

Christian Huygens đã trở thành người sáng tạo ra lý thuyết sóng ánh sáng, các quy định chính của lý thuyết này đã đi vào vật lý hiện đại. Ông nêu quan điểm của mình trong Luận về ánh sáng, xuất bản năm 1690. Huygens tin rằng lý thuyết ánh sáng, hay lý thuyết hết hạn, mâu thuẫn với đặc tính của các tia sáng là không giao thoa với nhau khi truyền qua. Ông tin rằng Vũ trụ chứa đầy môi trường đàn hồi di động mỏng nhất và ở mức độ cao nhất - ête thế giới. Nếu một hạt bắt đầu dao động ở bất kỳ vị trí nào của ête, thì dao động sẽ được truyền cho tất cả các hạt lân cận, và một sóng ête chạy trong không gian từ hạt đầu tiên là trung tâm.

Các khái niệm về sóng cho phép Huygens hình thành về mặt lý thuyết các định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng. Ông đã đưa ra một mô hình trực quan về sự truyền ánh sáng trong tinh thể.

Lý thuyết sóng giải thích các hiện tượng quang học hình học, nhưng vì Huygens so sánh sóng ánh sáng và sóng âm thanh và tin rằng chúng theo phương dọc và lan truyền dưới dạng xung, ông không thể giải thích các hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng, chúng phụ thuộc vào tính tuần hoàn của sóng ánh sáng. Nói chung, Huygens quan tâm nhiều đến sóng vì sự truyền dao động trong môi trường trong suốt hơn là về cơ chế của chính dao động, điều mà ông không rõ ràng.

Những câu chuyện về các nhà khoa học trong lĩnh vực vật lý. 2014

Chiếc đồng hồ cơ học đầu tiên do người Trung Quốc phát minh được chạy bằng những bánh xe nước khổng lồ, quay từ từ bằng gỗ. Trong những năm 1300 đã có đồng hồ bánh xe được điều khiển bằng cách hạ thấp trọng lượng, nhưng những đồng hồ này không đáng tin cậy và không chính xác. Đồng hồ cần một cơ chế để điều chỉnh tỷ lệ, được phát minh vào những năm 1600. Đồng xu đã trở thành một cơ chế như vậy, được tìm thấy ứng dụng thực tế đầu tiên trong đồng hồ.

Năm 1582, nhà khoa học người Ý Galileo Galilei đã chứng minh rằng một con lắc - một vật nặng treo trên một thanh mảnh - luôn luôn dao động với tốc độ không đổi. Ngoài ra, ông đã chứng minh rằng tốc độ dao động chỉ phụ thuộc vào chiều dài của con lắc, chứ không phụ thuộc vào kích thước của quả nặng gắn vào đầu của nó. Ví dụ, một con lắc dài 1m thực hiện một dao động (tới lui) trong 1 giây. Nhưng nếu một con lắc có chiều dài này tiếp tục dao động, thì nó có thể được sử dụng để đo thời gian bằng giây. Galileo có ý tưởng này, và vào năm 1641 - một năm trước khi ông qua đời - ông đã nói với con trai mình là Vincenzo cách chế tạo đồng hồ, đồng hồ được điều chỉnh bởi một con lắc. Nhưng Vincenzo không có thời gian để hoàn thành công việc; những chiếc đồng hồ quả lắc đầu tiên chỉ xuất hiện vào năm 1657. Chúng được thiết kế bởi nhà khoa học người Hà Lan Christian Huygens và được chế tạo bởi thợ đồng hồ Solomon Coster ở The Hague. Chúng bị tụt lại phía sau hoặc bỏ chạy 5 giây mỗi ngày, vượt quá đáng kể độ chính xác của tất cả các đồng hồ thời đó.

Mặt dây chuyền đồng hồ không sử dụng sợi chỉ, mà là thanh kim loại. Nhưng nhiệt độ ảnh hưởng đến kim loại, do đó, chiều dài của các thanh thay đổi, điều này được phản ánh trong độ chính xác của đồng hồ. Trong thời tiết nóng, thanh kim loại dài ra, và ngắn lại khi thời tiết lạnh. Ví dụ, đối với đồng hồ có quả lắc một giây, mỗi ngày mất đi một giây thì đủ để tăng chiều dài của con lắc thêm 0,025 mm, hiện tượng này xảy ra khi nhiệt độ chỉ tăng thêm 2 ”C. Các nhà phát minh đã sớm giải được. Vấn đề này bằng cách tạo ra một con lắc có chiều dài không đổi. tăng nhiệt độ, điều này được bù đắp bằng sự giãn nở của thủy ngân trong bình, tác động theo hướng ngược lại.

Một giải pháp khác là con lắc mạng gồm các dải thép và đồng xen kẽ, được phát minh bởi thợ đồng hồ người Anh John Harrison vào năm 1728. Đồng nở ra nhiều hơn thép, vì vậy độ giãn nở của nó được bù đắp bằng sự giãn nở ít hơn của thép. Bây giờ các thanh con lắc được làm bằng Invar, một hợp kim của sắt và niken, hầu như không giãn nở khi bị nung nóng. Hợp kim này cũng được sử dụng để chế tạo thước dây và nĩa điều chỉnh, trong đó chiều dài không đổi là rất quan trọng.

Một học sinh của Galileo, nhà khoa học người Ý Vincenzo Viviani đã thực hiện bản phác thảo đồng hồ quả lắc này; xem sự tái tạo của con lắc trong hình. chúng ta. 13.

Mẫu đồng hồ quả lắc này được tạo ra vào thế kỷ 19. dựa trên bản phác thảo của Viviani về dự án của Galileo. Nguồn năng lượng cho đồng hồ không được chỉ ra ở đó, vì vậy có thể giả định rằng nó được điều khiển bởi trọng lượng giảm dần.

Trong đồng hồ cơ học, tốc độ giải phóng năng lượng của một trọng lượng giảm dần được kiểm soát bởi một cơ chế gọi là bộ thoát. Một cái búa được treo trên một con lắc làm cho neo lắc lư. Neo luân phiên dừng lại và nhả bánh xe thoát, cho phép nó giải phóng dần năng lượng của trọng lượng giảm dần dẫn động bánh xe chính. Kim giờ được gắn vào trục của bánh xe chính.

Để tưởng nhớ đến người thầy của mình một cách thiêng liêng, Viviani vô cùng đau lòng khi 16 năm sau cái chết của Galileo, anh đã rơi vào tay một cuốn sách nhỏ xuất bản ở Hà Lan: A Treatise on Clocks. Tác giả của nó là Huygens đã gọi người phát minh ra đồng hồ quả lắc không phải là Galileo, mà là chính ông ấy. Ông viết rằng vào năm 1657, ông đã đặt hàng một cơ chế từ La Hay để làm chủ Solomon Koster và nhường lại cho ông đặc ân do Tổng thống Hoa Kỳ của Hà Lan cấp cho phát minh này. Viviani đã viết một cuốn sách nhỏ bác bỏ, và Hoàng tử Leopold de 'Medici, người mà ông đã từ chối, đảm nhận vai trò hòa giải trong vấn đề tế nhị này.

Khi Huygens nhận được lá thư của hoàng tử, nó nghe như sấm sét từ một bầu trời quang đãng đối với anh ta. Anh ta bị buộc tội đạo văn! Làm thế nào để chứng minh rằng anh ta thậm chí không nghi ngờ về ý định của Galileo, người được anh ta vô cùng kính trọng, để chế tạo một chiếc đồng hồ như vậy? Và lá thư trực tiếp chấm chữ i: anh ta bí mật tìm cách làm quen với thư từ bí mật của Galileo với Quốc tướng, anh ta sử dụng các bức vẽ của mình. Đính kèm là bản sao các bản vẽ của Galileo - nhìn, cân bằng ...

May mắn thay, Huygens đã nổi tiếng. Là một nhà toán học, thiên văn học, nhãn khoa học, ở tuổi 29, ông đã được giới khoa học Hà Lan, Pháp và Anh công nhận. Anh ta được nhận vào kho lưu trữ bí mật của Hà Lan, được giao cho để đọc thư từ với Galileo. Hóa ra nó không nói về giờ, mà là về một phương pháp do một nhà khoa học người Ý tìm ra để xác định kinh độ từ các vệ tinh của Sao Mộc, có thể nhìn thấy rõ ràng trong kính thiên văn Galilean.

Tình huống thứ hai, không kém phần quan trọng: Cơ chế của Galileo hoàn toàn không giống với cơ chế do Huygens phát minh.

Tất cả những điều này chàng thanh niên Hà Lan đã nói trong một câu trả lời lịch sự với hoàng tử Medici. Cuối cùng, ông cho rằng ông coi đó là một vinh dự lớn khi giải quyết được vấn đề tạo ra một chiếc đồng hồ quả lắc, điều mà Galileo vĩ đại đã không chịu thua, nhưng vô điều kiện công nhận tài năng của Galileo trong việc khám phá ra các đặc tính của con lắc. (Có thể, tất cả những người tham gia tranh chấp sẽ ngạc nhiên nếu họ biết rằng 200 năm trước Huygens và Galileo, Leonardo da Vinci đã phát minh ra đồng hồ quả lắc. Nhưng các giấy tờ của Leonardo chỉ được phát hiện sau ba thế kỷ nữa.)

Sau khi chứng minh sự mâu thuẫn của những lời buộc tội, năm 1673, Huygens đã xuất bản ấn bản thứ hai của cuốn Luận thuyết về chiếc đồng hồ, nhưng không phải mô tả ngắn gọn về cơ chế mà là một phân tích sâu sắc về vấn đề. Trong năm phần tạo nên cuốn sách, chỉ phần đầu tiên được dành cho chính chiếc đồng hồ. Hơn nữa, con lắc đã được nghiên cứu - cả lý tưởng, toán học và thực tế, vật lý, công việc của nó hóa ra, như mọi khi, khó hiểu hơn nhiều so với các nguyên tắc của lý tưởng. Huygens đã kết nối chiều dài của một con lắc vật lý và chu kỳ dao động của nó với lực hấp dẫn (Galileo không thể suy ra công thức này) và tính toán nổi tiếng g- hằng số của trọng lực và với độ chính xác rất cao cho thời điểm đó. Nói một cách ngắn gọn, với tư cách là nhà sử học công nghệ nổi tiếng của Liên Xô N.I. Idelson, cuốn sách "đã đi vào lịch sử khoa học như một ví dụ về sự dung hợp các vấn đề kỹ thuật, mang tính xây dựng với một cơ sở lý thuyết hoàn toàn mới cho giải pháp hoàn chỉnh của nó."

Và một câu hỏi cực kỳ quan trọng khác đã được thảo luận trong cuốn sách của Huygens. Toán học đã chứng minh rằng, trái với Galileo, chu kỳ dao động của con lắc phụ thuộc vào biên độ dao động. Không thể nhận thấy sự khác biệt khi sử dụng mạch của chính mình để đo - không có gì ngạc nhiên khi Galileo không biết về sự không đồng đều này.

Trong thực tế, điều này lại có ý nghĩa tương tự: đồng hồ sẽ nói dối. Sự không hoàn hảo của đường chạy sẽ dẫn đến thực tế là lực đẩy con lắc sẽ luôn thay đổi. Biên độ của dao động và chu kỳ sẽ biến thiên, và số giây đếm được của con lắc sẽ khác nhau. Tất nhiên, sai số có thể được giảm bớt bằng cách giảm biên độ, nhưng chúng không thể được loại bỏ về nguyên tắc.

Để làm gì? Điều trị đã cung cấp một mô tả không chỉ về căn bệnh mà còn về phương pháp khắc phục. Bạn có thể cố định con lắc bằng cách làm cho tải của nó dao động dọc theo một cung không phải là một đường tròn mà là các xoáy thuận (các điểm của một bánh xe lăn dọc theo một con đường bằng phẳng sẽ chuyển động dọc theo đường cong gợn sóng này). Huygens đề xuất làm cho thanh con lắc trở nên linh hoạt và kẹp nó tại điểm treo giữa hai má phân kỳ, mỗi má được uốn dọc theo một đường xoáy thuận. Sau đó, Huygens lập luận, thanh uốn cong sẽ làm cho cánh của con lắc cũng chuyển động dọc theo xoáy thuận.

Than ôi, phát minh này đã không chịu được thử thách của thực tiễn. Ma sát của thanh chống lại má ảnh hưởng đến chu kỳ nhiều hơn sự thay đổi của phạm vi. Con lắc lốc xoáy không tăng thêm độ chính xác cho một chiếc đồng hồ tốt, nhưng nó chỉ đơn giản là không cần thiết cho một chiếc đồng hồ xấu. Sau nhiều lần thử nghiệm không thành công, chính Huygens đã từ bỏ nó. Chỉ ba trăm năm sau, con lắc đã học được cách mô tả xoáy thuận chính xác mà không có bất kỳ má nào nhờ vào phát minh của nhà chế tạo đồng hồ Liên Xô F.M. Fedchenko, người mà chúng ta sẽ nói đến công việc sau.

Nhưng ngay cả ở dạng đơn giản nhất, con lắc như một bộ điều tốc vẫn là một phát hiện xuất sắc. Sai số của đồng hồ đọc ngay lập tức giảm đi 15… 20 lần, họ đã ngừng phàn nàn về những người thợ sửa đồng hồ. Độ chính xác không còn được đo bằng một phần tư giờ nữa mà tính bằng phút và thậm chí vài chục giây mỗi ngày. Một vai trò to lớn trong sự lan truyền nhanh chóng của sự đổi mới được đóng bởi "tính phù hợp về công nghệ" của sáng chế. Trái ngược với chuyển động của con lắc Galileo, chuyển động của Huygens hầu như không cần bất kỳ thay đổi nào về cơ chế: chỉ cần ném Bilyane ra và đặt vào vị trí của nó một vài bánh xe bổ sung và bố trí một hệ thống treo con lắc. Cả hai đều nằm trong khả năng của một thợ đồng hồ có kỹ năng trung bình. Không cần điều chỉnh đồng hồ sau khi hoàn thành: họ bắt đầu đi ngay. Sự mới lạ nhanh chóng lan rộng khắp châu Âu. Cô ấy cũng không qua mặt Nga.

Đến cuối TK XVII. khoa học ở Châu Âu cuối cùng đã phá vỡ chủ nghĩa học thuật của Aristotle và một thời kỳ mới bắt đầu cho nó - thời điểm của sự tin tưởng vào kinh nghiệm. Vai trò quan trọng nhất trong lượt này thuộc về Galileo Galilei (1564-1642). Nhưng trong số rất nhiều nghiên cứu của ông, chúng tôi sẽ chỉ tập trung vào những nghiên cứu mà vai trò chính được thực hiện bởi những quan sát về những hiện tượng bình thường nhất, bị nhiều người trước ông bỏ qua. Một lần, khi Galileo 19 tuổi đang ngồi trong nhà thờ lớn ở Pisa trong một bài giảng dài, người hầu thắp nến vụng về đẩy chiếc đèn treo trên một sợi dây dài, và nó bắt đầu lắc lư. Galileo lưu ý rằng có bao nhiêu nhịp đập của mạch tương ứng với một lần dao động đầy đủ của đèn, nhưng sau một thời gian, khi phạm vi dao động giảm đi đáng kể, ông ngạc nhiên nhận thấy rằng số lượng nhịp đập vẫn giữ nguyên. Từ đó tiếp theo là thuyết đẳng tích, tức là, sự độc lập của chu kỳ dao động của con lắc với biên độ!

Hơn nữa, ông nhận thấy rằng tất cả các bóng đèn có cùng chiều dài của dây treo, nhưng thậm chí có khối lượng khác nhau, đều dao động với cùng tần số, tức là chu kỳ dao động của chúng chỉ phụ thuộc vào chiều dài của dây treo và không phụ thuộc vào khối lượng và hình dạng của đèn. Vì vậy, các nhà vật lý đã có một thiết bị giúp đo thời gian dễ dàng (trước đó, họ sử dụng đồng hồ cát hoặc đồng hồ nước, chúng đều có những cái khác nhau, không cho phép so sánh kết quả của các quan sát khác nhau).

Kể từ khi Galileo được bổ nhiệm làm giáo sư toán học ở Pisa, theo truyền thuyết, ông đã có thể tiến hành các thí nghiệm trên tháp nghiêng nổi tiếng. Ở đây anh ta nhận thấy rằng, chẳng hạn như một viên gạch và một bó gạch giống nhau rơi xuống cùng một lúc. Kết luận: tốc độ rơi không phụ thuộc - hoặc gần như không phụ thuộc - vào khối lượng, một số khác biệt phát sinh từ lực cản của không khí, nhưng điều này đã được hiểu sau này. (Rất có thể, đây chỉ là một truyền thuyết: Galileo nghiên cứu quy luật rơi dễ dàng hơn bằng cách phóng những quả bóng có khối lượng khác nhau lên một mặt phẳng nghiêng - quá trình này kéo dài theo thời gian và lực cản của không khí giảm đi. Việc ném gạch từ một tòa tháp chỉ có thể là Dựa trên các thí nghiệm của mình, Galileo đã có thể xác định khái niệm gia tốc, vốn vẫn không thay đổi cho đến ngày nay. Nhưng những thí nghiệm này đã dẫn đến việc ông, đối thủ của Aristotle, bị trục xuất khỏi Pisa, tuy nhiên ông vẫn tiếp tục chúng ở một nơi khác: tháp không còn cần thiết để nghiên cứu nữa, chỉ cần một mặt phẳng nghiêng là đủ. Nhân tiện, thời gian chuyển động của quả bóng trên toàn bộ mặt phẳng, dọc theo nửa của nó, v.v. ông cũng đo thể tích nước đổ ra từ một khe hẹp trong bình. Galileo, tất nhiên, không dừng lại ở đó: người ta phải nghiên cứu chuyển động của một vật thể ném theo phương ngang. Tại đây, ông quản lý để tổng quát hóa các quan sát của Tartaglia, rút ​​ra quy tắc cộng vận tốc và chỉ ra rằng quỹ đạo của một vật thể như vậy là một bán parabol.

Trong số các thí nghiệm của Galileo, thật thú vị khi mô tả một thí nghiệm khác, trong đó, lần đầu tiên sau gần hai nghìn năm, lý thuyết bơi của các thi thể của Archimedes đã được thử nghiệm và chứng minh (sự nghi ngờ trong đó là do băng nổi trên mặt nước, và vào thời điểm đó, theo Aristotle, người ta chấp nhận rằng bất kỳ chất nào cũng phải được nén chặt trong quá trình đông đặc). Kinh nghiệm như sau: một quả bóng sáp, như bạn có thể dễ dàng kiểm tra, chìm trong nước tinh khiết, nhưng bằng cách thêm muối vào nước, bạn có thể làm cho quả bóng nổi lên và bằng cách thêm nước, bạn có thể làm cho nó chìm trở lại. Như vậy, điều kiện cho các vật thể nổi (rắn) được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng riêng của chúng với khối lượng riêng của chất lỏng.

Trước đó một chút, và dường như cùng lúc đó, một số bác sĩ nhãn khoa (tiếng Hy Lạp là "opticalos" - thị giác) đã bắt đầu chế tạo kính viễn vọng với hai thấu kính, chủ yếu được dùng làm đồ chơi: mọi người leo lên tháp chuông và xem xét môi trường xung quanh (nhiều người phẫn nộ với thực tế là có thể nhìn vào cửa sổ của người khác), các chính phủ đã cố gắng phân loại các thiết bị này để sử dụng cho mục đích quân sự. Galileo là người đầu tiên nghĩ đến việc nhìn bầu trời qua một cái ống như vậy, và những khám phá đã đổ xuống trong một trận tuyết lở: núi trên Mặt trăng, vệ tinh của sao Mộc, và sau đó là các vành đai của sao Thổ, do đó thiên văn học đã được biến đổi hoàn toàn. Theo một số báo cáo, ông cũng đã cố gắng chế tạo chiếc kính hiển vi đầu tiên, chúng ta sẽ nói về những phát minh khác của ông dưới đây. Tất nhiên, Galileo phải chế tạo nhạc cụ của riêng mình.

Không thể mô tả hoặc thậm chí liệt kê tất cả những thành tựu của Galileo trong vật lý và thiên văn học. Nhưng điều chính là khác: rõ ràng là các hạt bụi rơi chậm hơn một viên đá, và Galileo cho thấy rằng người ta không thể tin tưởng một cách mù quáng bằng chứng rõ ràng. Theo nguyên tắc này, thực tế là Galileo là người đầu tiên chỉ ra và chứng minh sự cần thiết phải kiểm chứng thực nghiệm của tất cả các công trình xây dựng trong vật lý, đồng thời, mô tả toán học chi tiết của chúng, là công lao lâu dài của ông, và do đó chính ông có thể được coi là người sáng lập ra khoa học thực nghiệm hiện đại.

Năm 1633, Galileo, như bạn đã biết, bị giáo hội lên án và tuyên bố là "tù nhân của Tòa án Dị giáo Thánh" vì khẳng định rằng mô hình nhật tâm của Copernicus không mâu thuẫn với Thánh Kinh (lưu ý rằng trước thời Galileo, tất cả các tác phẩm khoa học đều được viết bằng Tiếng Latinh không dễ tiếp cận, và anh ấy đã chuyển sang tiếng Ý). Chỉ 350 năm sau, vào năm 1984, Vatican, theo sáng kiến ​​của Giáo hoàng John Paul II, đã xem xét lại "trường hợp" của Galileo và thừa nhận rằng mô hình này "không mâu thuẫn" với Kinh thánh và nhà khoa học đã được "phục hồi"!

Bây giờ chúng ta cần chuyển sang nhất có lẽ là nhà khoa học vĩ đại của thời đại đó - Johannes Kepler (1571 - 1630). Để hiểu được vai trò của nó đối với sự phát triển của khoa học, cần phải nhớ lại quan điểm được chấp nhận rộng rãi bấy giờ rằng thiên nhiên và mọi thứ xảy ra trong đó đều phản ánh ý muốn của thần thánh, và do đó câu hỏi về nguyên nhân của hiện tượng đơn giản là không phù hợp và không xứng đáng. của một tín đồ chân chính. Kepler là người đầu tiên đặt câu hỏi như vậy về chuyển động của các hành tinh, và ông phải tìm cách trả lời nó: tìm kiếm mối liên hệ trong con đường của các biểu tượng tôn giáo hoặc tìm một con đường mới nào đó. (Trong ấn bản đầu tiên của cuốn sách "Bí mật của vũ trụ", ông viết về linh hồn của các hành tinh và Mặt trời, trong ấn bản thứ hai, ông thay thế từ "linh hồn" bằng từ "quyền lực".)

Kepler là trợ lý (trên thực tế, là người thừa kế) của nhà quan sát thiên văn đáng chú ý Tycho Brahe, người đã thực hiện các phép đo chính xác nhất về vị trí của Mặt trời và các hành tinh (chúng tôi nhớ rằng chưa có kính thiên văn nào). Đặc biệt, Brahe đã đặt chính xác các ngày phân, đông và hạ. Những kết quả này, cùng với kết quả của mình, Kepler đã có thể suy nghĩ và xử lý. Như bạn đã biết, vào ngày 21 tháng 3 và ngày 21 tháng 9, thời gian của ngày và đêm hoàn toàn bằng nhau - đây là những ngày xuân và thu phân, chúng dường như chia năm thành hai phần. Nhưng nếu bạn tính số ngày từ ngày 21 tháng 9 đến ngày 21 tháng 3 và ngược lại, thì các khoảng thời gian này không bằng nhau: 181 ngày chuyển từ thu phân sang xuân phân, và 184 ngày từ thu sang xuân, ba. ngày nữa!

Hầu hết mọi người đều có lịch trong tay và mọi người đều có thể thực hiện các phép tính này và suy nghĩ về chúng. Nhưng thiên tài của Johannes Kepler đã phải chú ý nghiêm túc đến một chuyện vặt vãnh như vậy và rút ra từ đó một kết luận rất sâu sắc, ngày nay được gọi là Định luật đầu tiên của Kepler: tất cả các hành tinh đều xoay quanh Mặt trời theo hình elip, trong đó một trong những trọng tâm là mặt trời. Và Kepler đã dựa trên điều này. Nếu các hành tinh quay, như cả Ptolemy và Copernicus đều tin vào các vòng tròn, thì chúng sẽ đi qua mỗi nửa của vòng tròn trong cùng một thời gian. Nhưng vì, như chúng ta thấy, điều này không phải như vậy, nó có nghĩa là chúng không di chuyển dọc theo các vòng tròn, mà dọc theo một số quỹ đạo gần với chúng. Đường cong nhẵn gần nhất với đường tròn là hình elip cũng đã được nghiên cứu kỹ lưỡng.

“Những dấu vết của hình học được in sâu vào thế giới như thể hình học là nguyên mẫu của thế giới,” chính Kepler nói. Nhưng đây vẫn chỉ là giả thuyết, khó nhất là vào thời điểm đó, cần có những quan sát dài hạn, của chính ông và của Tycho Brahe quá cố (chỉ đến cuối tác phẩm, Kepler mới phát minh ra một chiếc kính thiên văn yếu!) Và tính toán - trên giấy, trong một cột! Và bây giờ là khoảng ba ngày đó - đây đã là hệ quả của Định luật thứ hai của Kepler, theo đó, ở gần Mặt trời, ở điểm cận nhật, các hành tinh chuyển động nhanh hơn ở điểm xa nhất của hình elip, ở điểm cận nhật. Kepler là một nhà khoa học lỗi lạc: ông hiểu rằng bất kỳ lý thuyết nào cũng cần được thử nghiệm trên các đối tượng khác nhau. Do đó, với chiếc kính thiên văn nguyên thủy của mình, ông đã thực hiện các phép đo độ phức tạp và độ chính xác đáng kinh ngạc về quỹ đạo của các vệ tinh của Sao Mộc, được Galileo phát hiện gần đây, và chứng minh rằng chuyển động của chúng tuân theo các quy luật tương tự như chuyển động của các hành tinh - lý thuyết của Kepler có thể là coi như đã xác minh! (Thực tế là Galileo đương thời của ông không đồng ý với ông và tiếp tục coi quỹ đạo của các hành tinh là hình tròn!)

Và điều quan trọng nhất trong công việc của Kepler: ông là người đầu tiên cố gắng tìm ra các định luật phổ quát dựa trên vật lý trên cạn, nhưng cũng chi phối các thiên thể - trước ông không hề có ý niệm về sự thống nhất của các mối quan hệ (vẫn chưa có lực, những khái niệm mà Newton đã đưa ra) trong tự nhiên: người ta chấp nhận rằng một số định luật vận hành trên Trái đất và hoàn toàn khác - trên trời. Điều rất có ý nghĩa là cuốn sách "Thiên văn học mới" của Kepler có phụ đề là "Vật lý học mới" - đây là cách mà sự thống nhất của chúng được khẳng định.

Không thể không nói vài lời về Kepler với tư cách là một con người. Mẹ của anh ta, một phụ nữ tuyệt đối mù chữ, bị buộc tội là phù thủy và bị Tòa án dị giáo đưa ra xét xử, điều đó gần như chắc chắn có nghĩa là thiêu thân. Kepler, vẫn chưa được biết đến với bất kỳ ai, đi bộ qua nửa nước Đức, đến nơi phán xét và - vào thời điểm đó nghe có vẻ như một phép màu - với bài diễn thuyết đầy nhiệt huyết và logic của mình, anh đã đạt được sự biện minh của mẹ mình.

Đánh giá công lao của Kepler, A. Einstein đã viết: “Niềm tin của ông ấy sâu sắc đến mức độ đều đặn như vậy, nếu làm việc một mình, được hỗ trợ và không được ai thấu hiểu, trong nhiều thập kỷ, ông ấy đã lấy sức mạnh từ nó để nghiên cứu thực nghiệm khó khăn và chăm chỉ về chuyển động của các hành tinh và các định luật toán học của chuyển động này! ”

Tính chất của một nam châm để hút các vật bằng sắt đã được biết đến ở Hy Lạp cổ đại, người Trung Quốc có thể đã sử dụng một số loại la bàn. Nhưng những nghiên cứu nghiêm túc đầu tiên chỉ được thực hiện bởi William Gilbert (1544-1603), bác sĩ cuộc đời của Nữ hoàng Elizabeth I: thật ngạc nhiên, ông là người đầu tiên thử - như bất kỳ cậu bé tò mò nào nên làm - để phá vỡ nam châm, nhìn thấy nó. thành từng phần và xem điều gì sẽ xảy ra: hóa ra mỗi phần cũng là một nam châm.

Sau đó, Hilbert đã nghĩ ra một công cụ vật lý quan trọng nhất: ông đoán là treo một cây kim nhiễm từ trên một sợi chỉ và với sự trợ giúp của nó, ông đã chứng minh rằng mọi nam châm đều có hai và chỉ hai cực. (Tiếp theo, chúng tôi sẽ đề cập đến người đồng hương của ông P. A. M. Dirac, người đã ở thế kỷ 20, bày tỏ sự nghi ngờ về tuyên bố này.) Trong trường hợp này, giống như các cực đẩy nhau, và các cực ngược lại thu hút. Lực hút, như Gklbert đã thiết lập, sẽ tăng lên nếu một phần ứng được gắn vào một nam châm - sắt nguyên chất, không tự nhiễm từ, không thể trở thành một nam châm vĩnh cửu, mà chỉ có được các đặc tính đó trong từ trường.

Sau khi tạo ra một quả cầu bằng sắt và từ hóa nó, Gklbert đã cho thấy, với sự trợ giúp của kim, quả cầu này có các tính chất giống như Trái đất, và do đó gọi Trái đất là một nam châm lớn. (Trước đó người ta cho rằng kim từ tính của la bàn bị hút vào một điểm nào đó trên bầu trời.) Ngoài từ tính, Gilbert còn nghiên cứu các hiện tượng điện. Ở đây, kể từ thời của Thales of Miletus (640-550 trước Công nguyên), người ta chỉ biết rằng hổ phách đeo trên len sẽ thu hút các vật thể nhỏ nhẹ (ống hút, mảnh giấy). Gilbert bắt đầu thử nhiễm điện các chất khác bằng lực ma sát và chỉ ra rằng nhiều chất khác có cùng tính chất, và sau khi phát minh ra chiếc kính điện đầu tiên, ông bắt đầu so sánh định lượng các đặc tính của những vật thể này, tốc độ giảm độ lớn của sự nhiễm điện. phụ thuộc vào độ chiếu sáng, độ ẩm, v.v ... Đối với tất cả những đặc tính này, ông đã đề xuất tên gọi "điện" từ tiếng Hy Lạp "electron" - hổ phách. Lưu ý rằng trong một trăm năm tới, không có gì mới được thêm vào các kết quả và phát minh của ông, thực sự xuất sắc trong sự đơn giản của chúng.

Aristotle, như chúng ta còn nhớ, đã đưa ra nguyên tắc “tự nhiên sợ trống rỗng” và với sự trợ giúp của nỗi sợ trống rỗng (tiếng trống kinh dị) này đã giải thích sự tiếp tục chuyển động của các cơ thể khi không có lực. Galileo đã cố gắng đo sức mạnh của nỗi sợ hãi này: ông đổ đầy nước vào một ống thủy tinh bịt kín một đầu, đậy nó lại bằng một pít-tông có thể di chuyển được và lật ngược nó, sau đó buộc các quả nặng vào pít-tông để đo ở tải trọng nào trong một không gian trống. sẽ xuất hiện ở trên cùng của cột nước, tức là sức mạnh của nỗi sợ trống rỗng sẽ bị vượt qua. (Tất nhiên, bây giờ chúng ta hiểu rằng lực dính của cột nước được đo theo cách này.)

Vấn đề leo thang khi những người làm vườn của Công tước Medici đến Galileo già nua và gần như mù lòa: họ đào một cái giếng sâu 12 mét, và vì lý do nào đó mà không có một máy bơm nào đưa nước từ đó lên bề mặt. Để hiểu rõ vấn đề, Galileo hỏi cậu học trò mới xuất hiện Torricelli (1608-1647). Các cuộc cân nhắc kéo dài không dẫn đến kết quả gì, cho đến khi Torricelli nhận ra rằng thay vì một cột nước cao 12 mét, người ta nên thử làm thí nghiệm với thủy ngân, nặng hơn 13,6 lần, và do đó cần phải có một cột cao dưới một mét (chúng ta có thể giả sử rằng tại thời điểm này đã có một phương pháp mô hình hóa!).

Trong thí nghiệm đầu tiên thay mặt Torricelli được thực hiện vào năm 1643 bởi Vincenzo Viviani (1622-1703), thủy ngân được đổ vào một ống thủy tinh dài khoảng 1m được bịt kín ở một đầu. Viviani dùng ngón tay bịt lỗ trống, lật ngược ống và hạ nó theo phương thẳng đứng vào bình chứa thủy ngân. Thủy ngân bắt đầu trào ra và dừng lại ở độ cao khoảng 76 cm, sau đó Torricelli bị ý tưởng thứ hai đánh vào ý tưởng thứ hai: phía trên thủy ngân có một khoảng trống (bây giờ nó được gọi là khoảng trống Torricelli), và chiều cao của cột thủy ngân tương ứng. trước áp lực của bầu không khí - "nỗi sợ khoảng trống" khét tiếng không liên quan gì đến nó!

Trên thực tế, Torricelli đã sử dụng quy luật liên lạc giữa các bình theo một cách hoàn toàn mới: từ lâu người ta đã biết rằng nếu hai bình thẳng đứng chứa nước được nối từ bên dưới bằng một ống, thì nước sẽ tràn vào giữa chúng cho đến khi nó được thiết lập ở cùng một mức. ở cả hai đầu gối. Tuy nhiên, nếu trong những đầu gối này có các chất lỏng khác nhau, ví dụ, nước và rượu, thì chiều cao của cột của bật lửa sẽ cao hơn: người ta có thể nghĩ rằng bằng cách này, độ nhẹ của nó được bù đắp.

Chà, nếu một trong hai đầu gối không phải là chất lỏng, mà là không khí? Chúng ta hãy so sánh độ cao của các cột nước và thủy ngân: theo quan sát của những người làm vườn, nước chỉ dâng lên mức khoảng 10 mét, theo phép đo của Viviani, thủy ngân tăng lên mức 76 cm. nằm ở đâu đó khoảng 13-15, gần với tỷ lệ giữa trọng lượng riêng của thủy ngân và nước. Do đó, chúng ta có thể kết luận rằng trong thí nghiệm này, một chân là một ống chứa thủy ngân, và chân thứ hai - toàn bộ bầu khí quyển. Tuy nhiên, ý tưởng này, ý tưởng về áp suất khí quyển, quá mới và có vẻ nghịch lý đến mức phải cần đến sự khéo léo của nhiều nhà khoa học để biến nó trở nên tự nhiên và như thể là điều hiển nhiên.

Otto von Guericke (1602-1686), một nhà ngoại giao và thị trưởng lâu dài (trong 32 năm!) Của thành phố buôn bán huy hoàng Magdeburg, Otto von Guericke (1602-1686) đã cố gắng chứng minh rõ ràng cho cả thế giới thấy sự tồn tại của sự trống rỗng và vai trò của áp suất khí quyển sau khi ông phát minh ra máy bơm khí.

“Tôi đã phát minh và chế tạo một số công cụ và thiết bị để chứng minh sự tồn tại của khoảng trống chưa được công nhận cho đến nay,” Guericke viết. Và kinh nghiệm mà ông đã cho các thành viên của Đức Quốc xã vào ngày 8 tháng 5 năm 1654, trong thời đại của chúng ta sẽ là dòng đầu tiên trên tất cả các kênh truyền hình thế giới. Thí nghiệm này, thường được miêu tả trong sử sách, được thực hiện như sau. Từ một quả cầu đồng lớn, dễ dàng chia thành hai bán cầu (khi chúng áp vào nhau, kết nối được bịt kín bằng một miếng đệm da), không khí đã được bơm ra ngoài. Sau đó, tám con ngựa nặng được buộc vào các vòng ở hai bán cầu ở cả hai bên, nhưng cho dù chúng được điều khiển như thế nào, chúng cũng không thể xé các bán cầu ra khỏi nhau. Sau đó, ai muốn mở vòi, khí tức nổ tung cùng tiếng gầm khủng khiếp, dễ dàng bị hai tay tách ra. (Bây giờ chúng ta đã rõ ràng rằng không cần thiết phải buộc tám con ngựa ở mỗi bên: một bên có thể được buộc vào tường, nhưng, thứ nhất, hiệu quả sẽ ít hơn, và thứ hai, Định luật thứ ba của Newton chưa được đã khám phá.)

Ngoài máy bơm không khí và thí nghiệm âm học đầu tiên, Guericke còn nổi tiếng nhờ việc ông đã phát minh ra máy tĩnh điện, ẩm kế, phát hiện ra các hiện tượng cảm ứng tĩnh điện, phát sáng khi hết điện tích, v.v ... Nhưng giờ chúng ta quan tâm đến một điều khác: khi một ngày nọ, vào năm 1660, bằng chứng của một người được phát minh ra Phong vũ biểu nước bắt đầu giảm mạnh, Gerike nhận ra rằng nếu áp suất không khí ở đây giảm đi rất nhiều, thì chẳng bao lâu các luồng không khí sẽ tràn vào nơi này từ mọi phía và một cơn bão sẽ bắt đầu. , về điều mà ông đã cảnh báo tất cả các cư dân. Đây là sự khởi đầu của dự báo thời tiết khoa học.

Tuy nhiên, sự thật khoa học không dễ dàng nhận thức được như vậy. Phải mất gần hai thế kỷ và một thảm họa với nhiều nạn nhân để phương pháp của Guericke được chấp nhận rộng rãi: vào ngày 2 tháng 8 năm 1837, người đứng đầu bến cảng Puerto Rico cảnh báo các thủy thủ về sự sụt giảm đáng kinh ngạc trong chỉ số phong vũ biểu và một cơn bão sắp tới. Họ không nghe lời Người, và tất cả 33 chiếc tàu đang ở trong bến cảng bị chìm!

Blaise Pascal (1623-1662) là thần đồng xuất sắc nhất và là một trong những người linh hoạt nhất trong lịch sử. Anh đã có những khám phá đầu tiên của mình vào năm ... 5 tuổi: cha anh đi vào nhà trẻ với khách và nhìn thấy cậu bé đang xây dựng các hình tam giác từ các que trên sàn - hóa ra là anh đã độc lập khám phá lại một số định lý ban đầu. của hình học. Giúp cha mình, một thanh tra thuế, trong những tính toán dài, anh ấy đã phát minh và chế tạo, dường như ở tuổi 14, chiếc máy cộng cơ đầu tiên, ở tuổi 16, anh ấy đã viết một cuốn sách về toán học, nơi anh ấy đã vạch ra một số kết quả mới. , và sau này đặt nền móng cho lý thuyết xác suất. Chỉ trong ba năm, từ 1647 đến 1650, Pascal đã dấn thân sâu vào vật lý, nơi ông đã có nhiều khám phá, và từ năm 1653, ông gần như hoàn toàn đắm mình vào tôn giáo, viết hai cuốn sách, mà theo nhiều người, văn học Pháp hiện đại bắt đầu.

Sau khi học được kinh nghiệm của Torricelli, Pascal quyết định rằng không khí dưới tác động của trọng lượng của nó sẽ đặc lại phía dưới, tức là, áp suất khí quyển sẽ giảm theo độ cao. Vì vậy, ông, một người đàn ông ốm yếu và ốm yếu, nhờ con rể F. Perrier chế tạo hai phong vũ biểu theo mô tả của Torricelli và leo lên núi với một trong số chúng (cái thứ hai, để so sánh, vẫn ở dưới chân) . Vào ngày 19 tháng 9 năm 1648, Perrier thực hiện thí nghiệm này (và do đó đi vào lịch sử): leo lên một ngọn núi, ông thực sự thấy một cột thủy ngân giảm liên tục - giả thuyết đã được chứng minh, áp suất thực sự phụ thuộc vào trọng lượng của cột không khí. . Pascal xuất bản một tập sách nhỏ mô tả các thí nghiệm: nỗi sợ hãi về khoảng không, nỗi sợ hãi về khoảng không kinh dị khét tiếng, không còn nữa!

Vâng, sự phụ thuộc của áp suất vào chiều cao của cột nước, công thức mà Pascal rút ra, ông đã chứng minh với một nhóm lớn của giới quý tộc do nhà vua lãnh đạo ở thành phố Clermont-Ferrand. Trong một thùng gỗ sồi cứng, có rãnh, chứa đầy nước, một ống thủy tinh mỏng, cao đến tầng thứ ba được đưa vào; Khi chỉ đổ một cốc nước vào ống này từ độ cao thích hợp, cái thùng bốn mươi xô không thể chịu được áp lực và vỡ tung - khán giả đã tận mắt chứng kiến ​​áp suất không phụ thuộc vào khối lượng của nước mà chỉ trên chiều cao của cột của nó.

Robert Boyle (1627-1691), con trai thứ 14 của Bá tước Cork, không chỉ là một nhà hóa học, nhà vật lý và triết học xuất chúng, mà còn là một người thế tục, ông là bạn của vua Charles II, người bản thân rất thích khoa học và thí nghiệm. . Do đó, Boyle đã có thể giữ các trợ lý và trợ lý phòng thí nghiệm thực hiện các công việc thô sơ trong nhiều thí nghiệm. (Boyle, một người theo đạo, nói rằng anh ta chỉ sợ chết vì “ở thế giới bên kia” mọi thứ đã được định trước và bạn không thể thử nghiệm!)

Đặc biệt là cần nhiều phép đo cùng loại khi Boyle tiến hành nghiên cứu áp suất trong chất khí, điều mà trước đó chưa có ai nghiên cứu. Vì vậy, một ngày nọ, người ta nói, anh ta, đi xem vũ hội, đã hướng dẫn trợ lý phòng thí nghiệm của mình tiếp tục đo sự thay đổi của thể tích khí trong một bình kín với sự thay đổi áp suất. Boyle bất ngờ trở về sớm từ quả bóng và phẫn nộ phát hiện ra rằng người trợ lý đang ngủ trong góc, và bên cạnh anh ta đặt một mảnh giấy với những cột dài được viết gọn gàng với các số liệu có vẻ như được đo áp suất và khối lượng. Bị đánh thức bởi những cú đá, trợ lý phòng thí nghiệm lảm nhảm rằng không cần phải đo, rằng tích số và áp suất là không đổi, nhưng tất nhiên, anh ta bị trục xuất trong sự ô nhục.

Và sau đó Boyle bằng cách nào đó nghĩ: điều gì sẽ xảy ra nếu? Một công việc khó khăn và lâu dài đã bắt đầu, nhưng ý tưởng do một người trợ lý mù chữ vô tình bày tỏ, hóa ra lại chính xác trong mọi sự kiểm tra. Đây là cách phát sinh định luật Boyle-Mariotte. (Tác giả thứ hai đã khám phá lại nó một chút sau đó, nhưng sách tiếng Anh vẫn có định luật Boyle, và sách tiếng Pháp có định luật của Edme Mariotte (1620-1684), vật lý và thực vật học.) Boyle cũng giải được câu đố cũ về cái nào nhẹ hơn - nước hoặc nước đá: anh ta đổ đầy nước vào một nòng súng mạnh, để nó tiếp xúc với băng giá, và hai giờ sau, nòng súng nổ tung. Mọi người đều thấy rõ rằng băng sẽ nở ra khi nó đóng băng.

Robert Hooke (1635-1703) bắt đầu sự nghiệp khoa học của mình với tư cách là trợ lý của Boyle. Sau đó, ông trở thành "người phụ trách các thí nghiệm" của Hiệp hội Hoàng gia mới thành lập của Viện Hàn lâm Khoa học Vương quốc Anh. Nhiệm vụ của Hooke là lặp lại và kiểm tra lại các báo cáo mà xã hội nhận được về những khám phá mới, cũng như chuẩn bị và chứng minh cho các thành viên của hội (tại mỗi cuộc họp!) Những thí nghiệm mới. Một mặt, điều này giúp anh ấy linh hoạt đáng kinh ngạc với tư cách là một nhà khoa học, nhưng mặt khác, nó dẫn đến sự vội vàng, chuyển từ nghiên cứu bắt đầu này sang nghiên cứu khác, và do đó anh ấy thường bày tỏ ý tưởng trước khi có thời gian suy nghĩ và khám phá chúng, và sau đó dẫn đến những cuộc tranh luận bất tận về mức độ ưu tiên (đặc biệt, với Newton về định luật vạn vật hấp dẫn).

Hooke là người đầu tiên đoán rằng để kiểm tra tốt hơn các chất và vật thể dưới kính hiển vi, chúng phải được cắt thành các lớp mỏng và nhìn qua ánh sáng. Vì vậy, khi đặt mọi thứ có thể dưới kính hiển vi, ông phát hiện ra rằng tất cả các loài thực vật đều có cấu trúc tế bào và tự đặt ra từ “tế bào”. Ông còn chứng minh bằng kính hiển vi rằng bông tuyết có cấu trúc tinh thể, v.v. xác minh rằng chất rắn, không giống như chất khí và chất lỏng, luôn có hình dạng không đổi; nhớ lại rằng cao su đã được phát minh ra sau đó nhiều). Để kiểm tra vị trí này, Hooke đã nghiên cứu khả năng kéo giãn chất rắn dưới tác dụng của tải trọng - ông chỉ cần treo các dải kim loại hẹp khác nhau, gắn một cái cốc vào đáy các dải, trong đó các quả nặng được đặt và đo (đôi khi sử dụng một kính hiển vi) lượng giãn dài.

Vì vậy, ông phát hiện ra rằng độ giãn dài luôn tỷ lệ thuận với độ lớn của lực tác dụng - đây là định luật Hooke nổi tiếng. (Hooke vào thời điểm đó không thể áp dụng tải trọng như vậy mà tại đó luật này bắt đầu bị vi phạm, do đó bây giờ biểu đồ về độ giãn dài của các cơ thể chịu tải trọng được chia thành các phần của Hooke và không phải của Hooke.) Thomas Jung, đồng hương của Hooke chỉ làm rõ những nghiên cứu này trong 1807 (thêm về anh ta - bên dưới): anh ta tìm ra cách hệ số Hooke phụ thuộc vào chiều dài và tiết diện của phần thân bị kéo căng. Hơn nữa, Hooke đã chứng minh bằng các thí nghiệm tương tự rằng tất cả các chất đều nở ra khi bị nung nóng. (Sau đó, người ta phát hiện ra rằng tuyên bố này không hoàn toàn đúng: khi đun nóng từ 0 đến 4 ° C, nước bị co lại, hoạt động của bitmut bán kim loại và một số người khác đi chệch định luật này, nhưng những trường hợp ngoại lệ như vậy là rất hiếm và những giải thích cho chúng chỉ được tìm thấy trong thế kỷ 20. Do đó, Hooke thực sự là người sáng lập ra vật lý trạng thái rắn.

Chúng ta hãy quay ngược thời gian một chút và xem xét một thí nghiệm quang học đáng chú ý được thực hiện bởi Francesco Maria Grimaldi (1618-1663), một tu sĩ Dòng Tên và nhà vật lý. Thí nghiệm này rất đơn giản và đã được thực hiện nhiều lần trước đây: một chùm ánh sáng được truyền vào phòng tối qua một lỗ nhỏ, chúng biến thành một hình nón trong phòng, do đó trên màn hình thu được một hình tròn hoặc hình elip sáng. Điều này đã được tất cả mọi người biết đến. Nhưng sau đó Grimaldi đưa vào hình nón này, ở một khoảng cách khá lớn so với cái lỗ, một cây gậy, bóng của nó được cho là cắt qua một vòng tròn sáng trên màn hình. Và đột nhiên hóa ra rằng, thứ nhất, bóng tối rộng hơn so với mức cần thiết, dựa trên ý tưởng về sự truyền thẳng tuyến tính của ánh sáng, và thứ hai, trên cả hai mặt của bóng tối trung tâm, một, hai hoặc ba sọc tối có thể là được nhìn thấy, tùy thuộc vào độ sáng của ánh sáng mặt trời., và thứ ba, các cạnh của các dải này có màu hơi xanh từ trung tâm và hơi đỏ từ rìa đối diện.

Khi Grimaldi tạo hai lỗ gần nhau trên cửa chớp, ông có thể nhận thấy nhiều đặc điểm mới khi các vòng tròn ánh sáng chồng lên nhau trên màn hình: các vòng tối xuất hiện xung quanh mỗi chúng, các giao điểm của chúng nhạt hơn cả hai vòng. Trong các thí nghiệm tiếp theo, ông đã thay đổi hình dạng và kích thước của các lỗ, sự kết hợp của chúng. Do đó, Grimaldi phát hiện ra rằng ngoài phản xạ (phản xạ) và khúc xạ (khúc xạ), còn có một hiện tượng, mà ông gọi là nhiễu xạ, và bao gồm sự làm tròn một phần các chướng ngại vật bởi ánh sáng.

Christian Huygens (1629-1685), một nhà vật lý và toán học lỗi lạc, đi vào lịch sử chủ yếu với tư cách là nhà chế tạo đồng hồ vĩ đại nhất mọi thời đại, người đã phát minh ra đồng hồ quả lắc, và sau đó phát minh ra đồng hồ có lò xo cân bằng. Nước và đồng hồ đã tồn tại trong hai thiên niên kỷ, nhưng mỗi mẫu vật của chúng được phân biệt bởi đặc điểm riêng, “tốc độ” của nó. Đồng hồ mặt trời, tức là một cột thẳng đứng, có bóng của nó di chuyển theo chuyển động của mặt trời và hiển thị thời gian trên mặt số được vẽ, phải có nhiều thang đo, ít nhất cho mỗi tháng trong năm, và những đồng hồ như vậy, tất nhiên, không hoạt động trong điều kiện thời tiết xấu và vào ban đêm.

Đã có từ thế kỷ XIII-XIV. bắt đầu chế tạo đồng hồ có bánh xe, hoặc đồng hồ cơ, chủ yếu là đồng hồ tháp. Chúng được đặt chuyển động bởi các quả nặng, và sau đó các quả nặng đi xuống sẽ làm quay các hệ thống bánh xe và mũi tên. Nhưng trọng lượng dần dần tăng tốc trong quá trình hạ xuống, và thời gian "bắt đầu trôi nhanh hơn."

Khi Galileo phát hiện ra tính đẳng thời của con lắc, ông thấy rõ rằng con lắc có thể được sử dụng để đo các khoảng thời gian. Ví dụ, có thể viết rằng trong quá trình hạ tải từ một tải trọng và một mặt phẳng nghiêng như vậy, một con lắc dài 1,5 m thực hiện năm dao động và sau đó bất kỳ người nào khác có thể lặp lại thí nghiệm này và kiểm tra tính đúng định lượng của kết quả. . Nhưng bạn không thể ngồi và đếm số lượng dao động mọi lúc: rõ ràng là bạn cần phải phát minh ra và bằng cách nào đó gắn một bộ đếm các dao động này vào con lắc.

Các nhà phát minh đã vật lộn với vấn đề này trong khoảng 70 năm - và không có kết quả. Và Huygens đã giải quyết vấn đề một cách đơn giản xuất sắc (một trong những dấu hiệu của một khám phá tuyệt vời, một phát minh là khi nó được hoàn thành, dường như ai cũng có thể nghĩ ra nó trước chính mình). Tại sao, ông quyết định, phát minh ra một loại máy đếm nào đó, đã có đồng hồ cơ học, chúng cũng là một bộ đếm: bạn chỉ cần gắn một bánh cóc, một “con chó” như vậy, để với mỗi dao động của con lắc, một trọng lượng trên một thanh dài, con chó này cho phép bánh xe truyền động quay một răng. (Và bây giờ có những chiếc đồng hồ khiêm tốn nhất với trọng lượng, thường đã có trong các bộ thiết kế dành cho trẻ em, điều này lặp lại chính xác đồng hồ của Huygens.)

Như vậy, bài toán khó nhất của công nghệ đo lúc bấy giờ đã được giải quyết. Sau đó, Huygens đã phát minh ra một chiếc đồng hồ có bộ cân bằng lò xo, túi hoặc cổ tay (ở đây Hooke đã cố gắng thách thức mức độ ưu tiên của mình, và không chỉ một mình anh ta). Chiếc đồng hồ này đã có thể giải quyết vấn đề quan trọng nhất trong việc xác định vị trí của một con tàu trên biển: Bộ Hải quân Anh đã công bố một cuộc thi mở rộng nhằm tìm ra cách tốt nhất để xác định kinh độ của một con tàu với mức phí bảo hiểm khổng lồ vào thời điểm đó. (Vĩ độ có thể được xác định từ góc tới mặt trời vào buổi trưa bằng các bảng được tính toán trước.)

Việc phát minh ra đồng hồ lò xo đã giải quyết hoàn toàn vấn đề này. Nếu con tàu có đồng hồ chính xác, đồng hồ đo thời gian hiển thị thời gian dọc theo kinh tuyến Greenwich, thì bằng cách xác định số đọc của chúng vào buổi trưa của một địa điểm nhất định, tức là tại thời điểm bóng tối ngắn nhất, bạn có thể xác định kinh độ của mình: một giờ có nghĩa là chênh lệch so với kinh tuyến Greenwich 15 °, v.v. (Mặt trời tạo thành một vòng tròn 360 ° trong 24 giờ, do đó có con số này.) Lưu ý rằng trước đó các hòn đảo tương tự đã được khám phá lại nhiều lần và vị trí của chúng trên bản đồ khác nhau hàng nghìn dặm.

Đừng chỉ nghĩ rằng công lao của Huygens chỉ giới hạn ở đồng hồ, mặc dù điều này là đủ cho sự bất tử trong lịch sử: ông đã phát triển lý thuyết sóng ánh sáng và đề xuất một nguyên lý mang tên ông và vẫn là nền tảng của tất cả các lý thuyết sóng, bao gồm quang học và âm học. Và đây là một câu chuyện tò mò và mang tính hướng dẫn, được ông mô tả trong một bức thư vào năm 1693. Trong lâu đài Chantilly gần Paris, Huygens nhận thấy rằng nếu bạn đứng giữa cầu thang và đài phun nước đang hoạt động, bạn sẽ nghe thấy một âm thanh giống như giai điệu âm nhạc: ông cho rằng điều này là do phản xạ từ các bước cách đều nhau. Sau khi đo chiều rộng của các bậc thang, Huygens tạo ra một ống giấy có cùng chiều dài và nhận thấy rằng nó phát ra cùng một giai điệu - trên thực tế, cầu thang chiết xuất một tần số cộng hưởng từ tiếng ồn của đài phun nước và Huygens đã tìm thấy một ví dụ về sự phân hủy của tiếng ồn thành một phổ âm thanh.