375 éve született Huygens

375 évvel ezelőtt, 1629. április 14-én született Christiaan Huygens fizikus, matematikus és csillagász. Számtalan tudományterület köszönheti alapelveit kísérleteinek és számításainak. Ő határozta meg először a fény tulajdonságait és sebességét, készítette el az első ingaórát, megalkotta a centrifugális erő fogalmát, jutott el az energia-megmaradás törvényéhez és fedezte fel a Szaturnusz gyűrűjét.

Huygens Hágában született egy gazdag és politikai pályán igen sikeres család gyermekeként. Apja az orániai herceg titkáraként nagy megbecsülésnek örvendett, talán a családi hagyományokat akarhatta továbbvinni, amikor fiát jogi iskolába adta. Az ifjú azonban igen korán kitűnt matematikai tehetségével és az utókor szerencséjére nem követte apja akaratát. Huygens nem zárkózott el a tudományok elefántcsonttornyába, kézirataiban fennmaradtak versei, sci-fi regénye és az első belsőégésű motor vázlata is.

Szerencsés korszak

A 17. század második felének gondolkodása már szabaddá vált az ideológiáktól, az arisztoteliánus és a divatos kartéziánus (descartes-i) rendszerektől is. A megelőző századok gondolkodói még egyszerre voltak filozófusok és fizikusok, az új korszak kutatói azonban már csak saját szakterületükkel foglalkoztak, nem akartak egyetemes érvényű igazságokat alkotni. A tudományos központok az egyetemek helyett a tudományos társaságok és folyóiratok lettek. A szaktudományok kitörtek a gondolkodás béklyóiból és szabadon fejlődhettek tovább. Huygens már nem általános filozófiai alapelvekből indult ki, hanem a fizikai törvényekből.

Huygens tehetsége hamar megmutatkozott, tizenhét évesen már sikerült megoldania a láncgörbék problematikáját és nyolc év múlva a π legpontosabb megközelítését adta meg. Kutatásai kezdetén csillagászattal foglalkozott, és testvérével együtt épített távcsövével először határozta meg a Szaturnusz gyűrűjének összetételét: „a Szaturnuszt körülveszi egy vékony gyűrű, amely egyetlen pontban sem érintkezik a bolygóval és szöget zár be az Ekliptikával.” Ő azonosította egyik holdját, a Titánt, felfedezte az Orion-ködöt, és rajzot készített a Mars felszínéről. Csillagászati kutatásai miatt egyre pontosabb időmérő szerkezetre volt szüksége, ez vezetett az ingaóra feltalálásához.

Az inga

Galilei elmélete szerint az inga lengésideje független a kitérés nagyságától. Huygens bebizonyította a nagy előd tévedését és meghatározta a lengésidő kiszámításának módját. A holland tudós azonban nem állt meg Galilei tételének cáfolatánál, hanem kikísérletezett egy olyan ingát, amelynek lengési ideje valóban független a kitéréstől, ez a cikloidális inga, ahol az inga egy Ciklois-görbe vonalát követi. Az eredményeit sikeresen használta fel az első ingaóra elkészítésekor (1656), amely naponta alig tíz percet késett. Az időmérés később is foglalkoztatta a tudóst, 1674-ben már egy rugósóra terveit is elkészítette.

A mozgástól az energia-megmaradásig

Galilei vizsgálatait tárgyalva megállapította az ütközés és a mozgás néhány szabályát. Kísérletei előtt néhány kiinduló elvet határozott meg (Galilei nyomán), az első szerint minden test egyenes vonalú egyenletes sebességű mozgást végez mindaddig, amíg egy külső hatás mozgásállapotának megváltozására nem készteti (inerciatörvény).

A második elv szerint ideális állapotban a mozgás megfordítható, és ha egy test saját súlyától mozgásba jön, annak súlypontja soha nem kerülhet feljebb, mint eredeti állapotában volt. Végül pedig: a mechanikai jelenségek ugyanúgy folynak le két egymáshoz képest egyenletes sebességgel mozgó koordináta-rendszerben. A fenti alapfelvetések segítségével írta fel azt az összefüggést, amely szerint a kinetikus és potenciális energia összege állandó, bár Huygens nem mondja ki, ez az energia-megmaradás törvénye.

A fény

A holland tudós nevéhez kapcsolódik a fény terjedésének leírása is. Az úgynevezett Huygens-elv kimondja: a hullámfelület minden pontja elemi gömbhullámok kiindulópontja. Δt idővel később a hullámfelület az előző hullámfelület pontjaiból felrajzolt gömbök burkolófelülete. A gömbök sugara az az út, amennyit a hullám Δt idő alatt megtesz. Römer számításait pontosítva, a Jupiter holdjainak keringési idejéből kiszámította fény sebességét, amelyet 300.000 km/s-ban határozott meg.

Tudományos munkájának elismeréseként 1663-ban a Royal Society tagja lett, két évvel később pedig Colbert francia miniszter kérte fel a Francia Akadémia vezetésére. 1695-ben hunyt el Hágában.

Simonyi jellemzése

Simonyi Károly így jellemzi Huygenst: „A század legfegyelmezettebb, legkritikusabb szellemű és legtöbb konkrét eredményt felmutató fizikusa- – az egyetlen Newtont kivéve.”

A fizika kultúrtörténetével foglalkozó tudós azonban azt is megjegyezte: “Huygensszel lett a fizika mai értelemben vett egyetemi szintû: megállapításai – fényelméletének kvalitatív vonatkozásaitól eltekintve – túlmennek a középiskolai anyagon és az egyetemen oktatott mechanika szerves részeivé váltak; és vele vált a fizika olyan szaktudománnyá, amelynek mûvelése és elôrevitele egy ember teljes energiáját leköti. (…) Nem általános filozófiai elvekbôl indul ki. Egyszerû, szemléletes, számszerûen is megfogalmazott fizikai elveket állít gondolatmenetei élére. Eredményei kivétel nélkül ma is helytállók, a gyakorlatba átvihetôk, és Huygens igen sokat át is vitt.”