惠更斯

一步一腳印  凡走過的 必留下痕跡



惠更斯(christiaan Huygens,1629∼1695)

荷蘭物理學家、天文學家、數學家,1629年4月14日生於海牙,他是介于伽利略與牛頓之間一位重要的物理學先驅。

惠更斯的父親是大臣、外交官和詩人,常與科學家往來。惠更斯自幼聰明好學,思想敏捷,多才多藝,父親常稱他為“我的阿基米德”。13歲時就受到當時成名人的笛卡兒的直接指導。16歲時進入大學學習法律及數學,獲得博士學位後,惠更斯結識了不少著名的學者如牛頓,並於1663年成為倫敦皇家學會的第一個外國會員。

惠更斯在圓周運動、碰撞現象、光的波動說等,亦有相當的研究,尤其在光的波動說,即惠更斯原理。

擺的研究

惠更斯研究鐘擺及其理論,並推導出單擺的運動公式:

1656年他首先將擺引入時鐘成為擺鐘以取代過去的重力齒輪式鐘。

在《擺鐘》(1658)及《擺式時鐘或用于時鐘上的擺的運動的幾何證明》(1673)中提出著名的單擺週期公式,研究了複擺及其振動中心的求法。通過對漸伸線、漸屈線的研究找到等時線、擺線。研究了三線擺、錐線擺、可倒擺及擺線狀夾片等。

他還用擺求出重力加速度的準確值,並建議用秒擺的長度作為自然長度標準。

碰撞問題

在1668∼1669年英國皇家學會碰撞問題徵文懸賞中,他詳盡地研究了完全彈性碰撞問題(當時叫“對心碰撞”)而得獎。結果發表于《論物體的碰撞運動》(1703)中,包括5個假設和13個命題.他糾正了笛卡兒不考慮動量方向性的錯誤,並首次提出完全彈性碰撞前後的守恆,他還研究了岸上與船上兩個人手中小球的碰撞情況並把相對性原理應用于碰撞現象的研究。

圓周運動

惠更斯提出了他的離心力定理,他還研究了圓週運動、擺、物體系轉動時的離心力以及泥球和地球轉動時變扁的問題等等,這些研究對于後來萬有引力定律的建立起了促進作用,他提出過許多既有趣又有啟發性的離心力問題。

光學

惠更斯根據光的折射定律,對透鏡進行理論上的研究,並對透鏡成象的問題有精闢的見解。除此之外,他亦改進了望遠鏡,令天體現象更清晰,因此,他更發現了土星光環及土星最大衛星 - 泰坦 (Titan)。

他設計制造的光學和天文儀器精巧超群,如磨了透鏡,改進了望遠鏡(用它發現了土星光環等)與顯微鏡,惠更斯目鏡至今仍然採用,還有幾一十米長的“空中望遠鏡”(無管、長焦距、可消色差)、展示星空的“行星機器”(即今天文館雛型)等。

1681年,惠更斯回到故鄉荷蘭,作了一個焦距很大的透鏡,並且發明了望遠鏡上用的消色差的目鏡,1689年,他去英國訪問,並在那裡認識牛頓而成為好朋友。

惠更斯原理

1666年,惠更斯在英國受到物理學家虎克的啟發,開始研究牛頓環。經過長期的研究,在 1678年給巴黎科學院的信和1690年發表的《光論》一書中都闡述了他的光波動原理,即惠更斯原理。他認為每個發光體的微粒把脈衝傳給鄰近一種彌漫媒質(以太)微粒,每個受激微粒都變成一個球形子波的中心.他從彈性碰撞理論出發,認為這樣一群微粒雖然本身並不前進,但能同時傳播向四面八方行進的脈衝,因而光束彼此交叉而不相互影響,並在此基礎上用作圖法解釋了光的反射、折射等現象《光論》中最精採部分是對雙折射提出的模型,用球和橢球方式傳播來解釋尋常光和非常光所產生的奇異現象,書中有幾十幅復雜的幾何圖,足以看出他的數學功底。

惠更斯指出光是在 "以太" 中像波一樣的傳播 ( 後來證實以太是不存在的 ) ,而惠更斯原理有兩個要點,其一是指波陣面上的每一點,可看成一個新的波源發出次波,其二是指新的波陣面是所有次波的波包。惠更斯原理能成功地解釋光是直線傳送、反射及折射現象。

 

在數學上

1657年,他在和數學家巴斯卡、費馬等人通信上,建立了機率論的第一篇正式論文,現在高中數學中的數學期望值就是他引進來的,他也解決了許多有趣又不容易的問題。

他於微積分和概率上都有許多重要成果。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。

其它

1659年,他研究了引力問題並推證地球為扁球形

1661年,改進了空氣泵和氣壓計等。

1665年,惠更斯與虎克一起斷定在常壓下冰的熔點與水的沸點都是恆定的溫度,並建議定為溫標固定點。

1673年,惠更斯第一個設計出以火藥、蒸汽、風力等為動力的各種機器雛型,可以說是研製內燃機的開端。後來,他的學生在他的影響下製造出了能應用的蒸汽機。


他留給人們的科學論文與著作68種,《全集》有22卷,在碰撞、鐘擺、離心力和光的波動說、光學儀器等多方面作出了貢獻。

惠更斯最後回到荷蘭,並於1695年7月8日在故鄉逝世,終其一生,他並沒有結過婚。


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近更新時間: 10/19/2010 10:45 PM

邱韻如