Читать книгу "Гюйгенс. Волновая теория света. В погоне за лучом - Давид Бланко Ласерна"

Для Гюйгенса понять явление означало изложить его на языке математики. В этом он превзошел самого Галилея, и затмить нидерландского ученого никто не мог вплоть до Ньютона. В эпоху, когда еще не существовало границ между чистой и прикладной математикой, Гюйгенс был физиком в своей математике и математиком в своей физике. В его геометрии видна любовь к механике, свойственная Архимеду, который взвешивал на воображаемых весах фигуры, площадь которых хотел определить. Можно сказать, что одним глазом Гюйгенс смотрел на мир через призму физики, а другим — через призму математики, и на основе этих данных разум ученого формировал трехмерное изображение. Его восприятие оптики как дисциплины, «в которой геометрия применяется к материи», хорошо иллюстрирует подход Гюйгенса к физике. Ум ученого искал окружности, кривые и углы в волнах света и в сердце часовых механизмов. Принцип Гюйгенса, на котором основывается его интерпретация оптики, можно рассматривать и как геометрическое построение. Незадолго до того, как голландец начал научную карьеру, Декарт узаконил союз между алгеброй и геометрией. Гюйгенс использовал связь между этими дисциплинами и стал первопроходцем в применении уравнений. Многие приписывают ему честь создания первой физической формулы в 1652 году.

Высказывание Галилея о том, что книга природы написана на языке математики, стало довольно известным. Но для того чтобы точно описывать все более сложные явления, необходимо было расширить словарь, унаследованный от греков и арабов. В XVII веке Ньютон и Лейбниц, развивая математический анализ, создали необходимые для такого описания понятия. Эта революция застала 60-летнего Гюйгенса врасплох. Он с недоверием наблюдал за необратимыми изменениями математики: ученый к тому времени уже нашел собственный способ математического описания Вселенной, и ему не нужны были ни помощники, ни готовые формулы.

В трактате «Искусство взвешивания» Симон Стевин взывал к прагматизму: «Размышления о принципах любого искусства есть бесплодное усилие, когда его цель не направлена на действие». Гюйгенс был полностью согласен с этим высказыванием. Он, как Галилей и Ньютон, принадлежал к ученым, не возводившим преград между кабинетом и мастерской или лабораторией. Они не только создавали теории, но также конструировали инструменты и совершенствовали механизмы, чтобы получить более точные результаты наблюдений. Гюйгенс был большим поклонником научных приспособлений — телескопов, микроскопов, насосов, часов... Он считал их одновременно и посредниками в исследовании мира, и примерами удивительного применения физических законов. Ученый внес большой вклад в создание научного оборудования, что в не меньшей мере способствовало развитию науки, чем сформулированные им законы и принципы.

Гюйгенс — прообраз современного ученого, причем не столько в работах, сколько в подходе, в убеждении, что наука развивается благодаря приближениям. Он не стремился открыть Истину, а просто хотел создать работающие модели: «В области физики не существует точных доказательств, а причины можно узнать только через последствия, делать предположения — только на основе опыта или известных явлений и стараться проверить, соответствуют ли этим предположениям другие явления». К этому ученый добавлял: «Однако отсутствие доказательств в физике не должно приводить нас к выводу, что все в ней одинаково туманно. В любом случае мы должны знать степень вероятности явления, которая зависит от числа экспериментов, подтверждающих наши гипотезы».

Гюйгенс был пленником своего перфекционизма. Можно сказать, что современники видели лишь одну восьмую часть его достижений — остальные семь восьмых работы, словно айсберг, скрывались в темной глубине. Ученый оставил неоднозначное наследство, и многие его сокровища были по достоинству оценены лишь историками, поэтому авторитет Гюйгенса при жизни был не так высок, как того заслуживало количество и качество его открытий. Он десятилетиями собирал новые результаты в области оптики и не публиковал их, считая свои открытия промежуточными этапами на пути к поставленной цели — созданию телескопа, дающего идеальное изображение. Ученый был так требователен к своим работам, что многие его достижения стали известны только после его смерти, уже устарев.

1629 14 апреля в Гааге у дипломата и поэта Константина Гюйгенса и Сюзанны ван Барле рождается сын Христиан.

1645 Изучает право и математику в Лейденском университете.

1647 Продолжает дипломатическое образование в колледже Collegium Auriacum в Бреде.

1652 Гюйгенс выводит законы, управляющие упругими столкновениями, а также начинает исследования в области геометрической оптики, которые в итоге позволят улучшить телескоп с помощью окуляра Гюйгенса, микрометра и диафрагмы.

1655 В марте Гюйгенс открывает первый спутник Сатурна, Титан, а через несколько месяцев приходит к выводу, что планета окружена кольцом.

1657 Публикует свою первую книгу по теории вероятностей, вдохновленную перепиской Ферма и Паскаля.

1659 Издает трактат Systema Satumium («Система Сатурна»), в котором излагает астрономические открытия и приводит удивительно точные расчеты относительных размеров планет и всей Солнечной системы. В ходе работы над маятниковыми часами открывает таутохронность циклоиды, а также устанавливает, как движется тело под воздействием центростремительной силы.

1666 Переезжает в Париж и возглавляет Французскую академию наук, только что основанную Людовиком XIV.

1673 Публикует работу Horologium oscillatorium («Маятниковые часы»), в которой содержится полное описание его приспособления; проектирует часы с разжимающейся пружиной. Первенство этого открытия оспаривает также английский ученый Роберт Гук.

1676 Начинает изучать природу света, что позже приведет к созданию знаменитого принципа, названного именем ученого и объясняющего двойное лучепреломление кристалла исландского шпата.

1681 Возвращается в Гаагу.

1689 Едет в Лондон, где знакомится с Исааком Ньютоном. В последние годы пишет работу «Космотеорос», в которой исследует возможности существования жизни на других планетах. Спорит с немецким философом Готфридом Лейбницем о роли математического анализа.

1690 Публикует «Трактат о свете», в котором излагает свое видение природы света и делает наброски волновой теории, позже развитой Томасом Юнгом и Огюстеном Френелем.

1695 9 июля умирает в Гааге в возрасте 66 лет.

ГЛАВА 1

Геометрия света

После того как Гюйгенс занялся изучением геометрической оптики, природа света стала его самым большим научным наваждением. Ученый добился в этой области больших успехов, позволивших ему математически описать поведение лучей света, проходящих через группу линз, и использовал свои идеи для усовершенствования телескопа.

Однако самым большим достижением Гюйгенса стало изучение небесной сферы и открытие Титана.

Некоторые семьи из поколения в поколения занимаются одним и тем же делом, совершенствуют свое мастерство и передают его от отца к сыну. В Европе XVII века фамилия Гюйгенс была тесно связана с дипломатией: ее с гордостью носили послы, секретари и советники, состоявшие на службе Республики Соединенных Провинций, образовавшейся после получения независимости от Испании. Отец Христиана в честь стойкости жителей Бреды, проявленной во время осады города в 1581 году, был назван Константином (от латинского «стойкий», «постоянный». — Примеч. перев.).