Christiaan Huygens

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我相信我们没有什么是确定的,但一切都可能是这样。

Christiaan Huygens是一位荷兰物理学家、数学家、天文学家和发明家,被广泛认为是有史以来最伟大的科学家之一,也是科学革命的主要人物。在物理学领域,Huygens在光学和力学方面做出了突破性贡献,作为天文学家,他主要以研究土星的环和发现其卫星泰坦而闻名。作为发明家,他通过发明Huygens目镜改进了望远镜的设计。然而,他最著名的发明是1656年发明的摆钟,这是时间测量的突破,几乎成为了近300年来最精确的计时器。Huygens是一位杰出的数学家,因为他首次将数学研究用于描述不可观测的物理现象,他被称为第一位理论物理学家和现代数学物理学的奠基人。

1659年,Huygens在其著作《离心力》(De vi centrifuga)中首次用几何方法推导出现在标准的向心力和向心加速度公式。这些公式在古典力学中起着核心作用。Huygens还首次在其著作《物体碰撞运动》(De motu corporum ex percussione)中确定了弹性碰撞的正确定律,但他的发现直到他去世后的1703年才发表。在光学领域,他因提出光的波动理论而最为人所知,他在1678年提出了这一理论,并在1690年的《光学论》中进行了描述,该著作被认为是第一个光的数学理论。他的理论最初被Isaac Newton的光的微粒理论所否定,直到Augustin-Jean Fresnel在1818年采用Huygens原理,并证明它可以解释光的直线传播和衍射效应。今天,这一原理被称为Huygens–Fresnel原理。

Huygens在1656年发明了摆钟,并在翌年获得了专利。除了这项发明,他在钟表学方面的研究在其1673年的著作《摆钟论》(Horologium Oscillatorio)中进行了广泛的分析,该著作被认为是十七世纪最重要的力学著作之一。虽然这本书的第一部分包含了钟表设计的描述,但大部分内容是对摆运动的分析和曲线理论。1655年,Huygens开始与他的兄弟Constantijn一起磨制镜片,以便制造望远镜进行天文研究。他设计了一台50倍的折射望远镜,通过它他发现土星的环是"一个薄的、平的环,没有任何地方接触,并且倾向于黄道。"正是用这架望远镜,他还发现了土星的第一颗卫星泰坦。他最终在1662年开发了现在被称为Huygens目镜的装置,这是一台有两个镜片的望远镜,减少了色散。

作为数学家,Huygens开发了演化线理论,并且是概率论的先驱,在1657年写了他的第一部概率论专著《游戏中的推理》(Van Rekeningh in Spelen van Gluck)。Frans van Schooten是Huygens的私人导师,他将这部作品翻译为《掷骰子游戏中的推理》(De ratiociniis in ludo aleae)。这部作品是关于概率的系统专著,涉及掷骰子游戏,特别是分点问题。现代概率概念源于Huygens和鼓励他写这部作品的Blaise Pascal使用期望值的方法。

内容 1 早期生活 2 学生时代 3 早期通信 4 科学首秀 5 在法国 6 晚年 7 自然哲学工作 7.1 运动、碰撞和引力定律 7.2 光学 7.3 钟表学 7.3.1 摆 7.3.2 摆轮游丝手表 7.4 天文学 7.4.1 土星的环和泰坦 7.4.2 火星和Syrtis Major 7.4.3 宇宙理论 8 肖像 8.1 他在世期间 8.2 雕像 9 以Huygens命名 9.1 科学 9.2 其他 10 著作 11 另见 12 注释 13 参考文献 14 延伸阅读 15 外部链接 15.1 一手资料、翻译 15.2 博物馆 15.3 其他

早期生活

Christiaan Huygens于1629年4月14日出生在The Hague,进入一个富有且有影响力的荷兰家族,是Constantijn Huygens的次子。Christiaan以他的祖父命名。他的母亲是Suzanna van Baerle。她在1637年去世,不久之后Huygens的妹妹出生。这对夫妇有五个孩子:Constantijn 1628年、Christiaan 1629年、Lodewijk 1631年、Philips 1632年和Suzanna 1637年。

Huygens父亲(中)和他的五个孩子(Christiaan在右)的肖像。Mauritshuis,The Hague。

Constantijn Huygens是一位外交官和Orange王室的顾问,也是诗人和音乐家。他的朋友包括Galileo Galilei、Marin Mersenne和René Descartes。Huygens在十六岁之前都接受家庭教育。他喜欢玩磨坊和其他机器的微型模型。他的父亲给了他广泛的教育:他学习了语言和音乐、历史和地理、数学、逻辑和修辞学,但也学习了舞蹈、击剑和骑马。

1644年,Huygens有了数学导师Jan Jansz de Jonge Stampioen,他给这位15岁的少年安排了一份对当代科学要求很高的阅读清单。Descartes对他的几何技巧印象深刻。

学生时代

他的父亲送Huygens到Leiden大学学习法律和数学,他从1645年5月到1647年3月在那里学习。Frans van Schooten从1646年开始是Leiden的学术人员,也是Huygens和他的哥哥的私人导师,按照Descartes的建议替换了Stampioen。Van Schooten使他的数学教育跟上了时代,特别是向他介绍了Fermat在微分几何方面的工作。

两年后,从1647年3月起,Huygens继续在新成立的Orange学院在Breda进行他的学业,他的父亲是该学院的监察员:这一转变是因为他的兄弟Lodewijk和另一个学生之间的决斗。Constantijn Huygens与这所新学院密切相关,该学院仅持续到1669年;校长是André Rivet。Christiaan Huygens住在法律家Johann Henryk Dauber的家中,并与英国讲师John Pell一起上数学课。他在1649年8月完成了他的学业。之后他曾担任外交官,执行与Nassau公爵Henry的使命。这把他带到了Bentheim,然后是Flensburg。他前往丹麦,访问了Copenhagen和Helsingør,并希望跨越Øresund去访问在Stockholm的Descartes。但这没有实现。

虽然他的父亲Constantijn希望他的儿子Christiaan成为外交官,但这也没有实现。在政治上,始于1650年的第一个没有Stadtholderless Period意味着Orange王室没有掌权,失去了Constantijn的影响力。此外,他意识到他的儿子对这样的职业没有兴趣。

早期通信

Huygens通常用法语或拉丁文写作。当他还是Leiden的大学生时,他开始与情报官Mersenne进行通信,Mersenne不久之后在1648年去世。Mersenne在1647年1月3日写信给Constantijn,谈及他儿子在数学方面的才能,并谄媚地将他与Archimedes相比较。这些信件表明了Huygens早期对数学的兴趣。1646年10月有悬索桥,以及悬链线不是抛物线的证明。在1647/8年,它们涵盖了Grégoire de Saint-Vincent关于圆的平方的主张;椭圆的直角化;抛体运动和振动弦。Mersenne当时的一些关注,例如他发送给Evangelista Torricelli的曲线论文的圆周线,振荡中心和引力常数,是Huygens直到17世纪末才认真对待的事项。Mersenne还曾写过音乐理论。Huygens更喜欢中音律;他在31平均律中创新,这不是一个新想法,但被Francisco de Salinas所知,他使用对数进一步研究它,并展示了它与中音系统的密切关系。

Christiaan Huygens。从Caspar Netscher绘画后的版画中剪裁,由G. Edelinck制作,1684年至1687年之间。

1654年,Huygens返回到他父亲在The Hague的家中,能够完全致力于研究。这个家族在不远处的Hofwijck还有另一栋房子,他在夏天时在那里度过时光。他的学术生活并没有使他逃脱抑郁发作。

随后,Huygens开发了广泛的通信者,虽然在1648年之后拾起线索受到了法国五年Fronde的阻碍。1655年访问Paris时,Huygens拜访了Ismael Boulliau进行自我介绍。然后Boulliau带他去见Claude Mylon。围绕Mersenne聚集的Parisian学者群体在1650年代保持在一起,承担秘书职位的Mylon从那时起费力保持Huygens与他们的联系。通过Pierre de Carcavi,Huygens在1656年与他非常钦佩的Pierre de Fermat进行了通信,虽然这超越了盲目崇拜。这段经历既甘又苦,甚至令人困惑,因为很明显Fermat已经退出了研究主流,他的优先权要求在某些情况下可能无法得到证实。此外,Huygens当时正在寻求应用数学,而Fermat的关注点则涉及更纯粹的话题。

科学首秀

Huygens常常很晚才发表他的结果和发现。在早期,他的导师Frans van Schooten为了他的声誉而谨慎行事。

Huygens印刷的第一部作品是1651年的《四边形定理》(Theoremata de quadratura),涉及四边形领域。它包含了几年前与Mersenne讨论过的材料,例如Grégoire de Saint-Vincent的圆的平方的谬误性。他偏好的方法是Archimedes和Fermat的方法。四边形在1650年代是一个热点问题,通过Mylon,Huygens参与了Thomas Hobbes数学讨论。坚持试图解释Hobbes犯下的错误,他获得了国际声誉。

通信

Huygens在1652-3年从理论角度研究了球面透镜,获得的结果一直未发表,直到Isaac Barrow在1669年。他的目的是理解望远镜。他从1655年开始自己磨制镜片,与他的兄弟Constantijn合作。他在1662年设计了现在被称为Huygens目镜的装置,有两个镜片,作为望远镜目镜。镜片也是一个共同的兴趣,通过这个兴趣Huygens在1660年代可以与专业磨镜片的Baruch Spinoza进行社交活动。他们在科学方面有相当不同的看法,Spinoza是更加坚定的笛卡儿主义者,他们讨论的一些内容在通信中得以保存。他遇到了另一位镜片磨制者Antoni van Leeuwenhoek在显微镜领域的工作,这引起了他父亲的兴趣。

Huygens写了第一部概率论专著,《掷骰子游戏中的推理》(De ratiociniis in ludo aleae),1657年。两年前在Paris,他被告知了Fermat、Blaise Pascal和Girard Desargues在这个领域的最新工作。Frans van Schooten将原始荷兰文手稿《游戏中的推理》(Van Rekeningh in Spelen van Geluck)翻译成拉丁文,并在他的《数学练习》中发表。它涉及掷骰子游戏,特别是分点问题。Huygens以对"公平游戏"和公正合同概念的直觉为基础,并使用它们建立了期望值理论。1662年Sir Robert Moray送给Huygens John Graunt的生命表,随后Huygens和他的兄弟Lodewijk开展了关于预期寿命的研究。

Hofwijck花园平面图,1653年

1661年5月3日,Huygens使用London仪器制造商Richard Reeve的望远镜,与天文学家Thomas Streete和Reeve一起观察了水星凌日现象。Streete随后辩论了Hevelius发布的凌日记录,这场争议由Henry Oldenburg进行调解。Huygens将Jeremiah Horrocks关于1639年金星凌日的手稿传给了Hevelius,因此它在1662年首次被印刷。那一年Huygens弹奏羽管键琴,对音乐产生了兴趣,以及Simon Stevin在音乐方面的理论;他对发表他关于和谐的理论表现出极少的关注,其中一些理论几个世纪以来一直失传。伦敦皇家学会在1663年选举他为Fellow。

在法国

Montmor学院是旧Mersenne圈子在1650年中期以后采取的形式。Huygens参与了它的辩论,并支持其"持不同意见"的派别,他们赞成实验演示以制止无果的讨论,反对业余态度。在1663年期间,他对Paris进行了他的第三次访问;Montmor学院关闭了,Huygens抓住机会在科学中倡导更多的Baconian方案。1666年,他搬到了Paris,并在Louis XIV的新法国科学院获得了一个职位。

在Paris,Huygens在Jean-Baptiste Colbert中有一个重要的赞助人和通信者。然而,他与学院的关系并不总是轻松的,1670年Huygens病情严重,选择了Francis Vernon与

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