正文 第11章 惠更斯其人(1 / 1)

惠更斯(christiaan Huygens,1629—1695年)荷蘭物理學家、天文學家、數學家、他是介於伽利略與牛頓之間一位重要的物理學先驅。他對力學的發展和光學的研究都有傑出的貢獻,在數學和天文學方麵也有卓越的成就,是近代自然科學的一位重要開拓者。他建立向心力定律,提出動量守恒原理,改進了計時器。

1629年4月14日出生於海牙。惠更斯自幼聰明好學,思想敏捷,多才多藝,13歲時就自製一架車床,並受到當時成名人的笛卡兒的直接指導,父親曾親熱地叫他為“我的阿基米德”。16歲時進萊頓大學攻讀法律和數學,兩年後轉入布雷達大學,1655年獲法學博士學位,隨即訪問巴黎,在那裏開始了他重要的科學生涯。1663年訪問英國,並成為剛建不久的皇家學會會員。1666年,應路易十四邀請任剛建立的法國科學院院士。惠更斯體弱多病,全身心獻給科學事業,終生未婚。1695年7月8日逝於海牙。

他最早取得成果的是數學,他研究過包絡線、二次曲線、曲線求長法,他發現懸鏈線(擺線)與拋物線的區別,他是概率論的創始人。

對擺的研究是惠更斯所完成的最出色的物理學工作。多少世紀以來,時間測量始終是擺在人類麵前的一個難題。當時的計時裝置諸如日晷、沙漏等均不能在原理上保持精確。直到伽利略發現了擺的等時性,惠更斯進一步確證了單擺振動的等時性並把它用於計時器上,製成了世界上第一架計時擺鍾。這架擺鍾由大小、形狀不同的一些齒輪組成,利用重錘作單擺的擺錘,由於擺錘可以調節,計時就比較準確。人類從此進入一個新的計時時代。在他隨後出版的《擺鍾論》一書中,惠更斯詳細地介紹了製作有擺自鳴鍾的工藝,還分析了鍾擺的擺動過程及特性,首次引進了“擺動中心”的概念。他指出,任一形狀的物體在重力作用下繞一水平軸擺動時,可以將它的質量看成集中在懸掛點到重心之連線上的某一點,以將複雜形體的擺動簡化為較簡單的單擺運動來研究。

在研製擺鍾時,惠更斯還進一步研究了單擺運動,他製作了一個秒擺(周期為2秒的單擺),導出了單擺的運動公式。在精確地取擺長為3.0565英尺時,他算出了重力加速度為9.8米/秒2。這一數值與現在我們使用的數值是完全一致的。

後來,惠更斯和胡克還各自發現了螺旋式彈簧絲的振蕩等時性,這為近代遊絲懷表和手表的發明創造了條件。

在古代和中世紀的漫長歲月裏,光是哲學家和自然科學家十分關心的問題。

到了17世紀,科學家們對光學現象進行了研究,他們通過出色的實驗工作,奠定了近代物理學的基礎。這個時期,曾經發生了一場關於光的本性問題的討論。

惠更斯在巴黎工作期間曾致力於光學的研究。1678年,他在法國科學院的一次演講中公開反對了牛頓的光的微粒說。他說,如果光是微粒性的,那麼光在交叉時就會因發生碰撞而改變方向。可當時人們並沒有發現這現象,而且利用微粒說解釋折射現象,將得到與實際相矛盾的結果。因此,惠更斯在1690年出版的《光論》一書中正式提出了光的波動說,建立了著名的惠更斯原理。在此原理基礎上,他推翻出了光的反射和折射定律,圓滿的解釋了光速在光密介質中減小的原因,同時還解釋了光進入冰洲石所產生的雙折射現象,認為這是由於冰洲石分子微粒為橢圓形所致。

惠更斯原理是近代光學的一個重要基本理論。但它雖然可以預料光的衍射現象的存在,卻不能對這些現象做出解釋,也就是它可以確定光波的傳播方向,而不能確定沿不同方向傳播的振動的振幅。因此,惠更斯原理是人類對光學現象的一個近似的認識。直到後來,菲涅耳對惠更斯的光學理論作了發展和補充,創立了“惠更斯—菲涅耳原理”,才較好地解釋了衍射現象,完成了光的波動說的全部理論。

在力學方麵的研究,惠更斯是以伽利略所創建的基礎為出發點的。在《論擺鍾》一書中還論述了關於碰撞的問題。大約在1669年,惠更斯就已經提出解決了碰撞問題的一個法則——“活力”守恒原理,它成為能量守恒的先驅。惠更斯繼承了伽利略的單擺振動理論,並在此基礎上進一步研究。他把幾何學帶進了力學領域,用令人欽佩的方法處理力學問題,得到了人們的充分肯定。