№12, 1979 г.

---

Христиан Гюйгенс -
один из крупнейших ученых Голландии

А. Кокс, доктор философии
Амстердам (Нидерланды)

П. Полак, доктор философии
Ворбург (Нидерланды)

Статья получена редакцией при любезном содействии
известного нидерландского астронома иностранного члена АН СССР
Я. X. Оорта (Лаборатория им. X. Гюйгенса, г. Лейден).

Не преувеличивая, можно сказать, что Христиан Гюйгенс, родившийся 350 лет назад, был одним из крупнейших ученых в нашей стране. Он играл видную роль в развитии естественных наук, и в этой области он долгое время был первым из ученых своего века. Его вклад в науку был по меньшей мере столь же значительным, как и вклад Галилея, Декарта и Ньютона.

Изучение трудов Гюйгенса сейчас облегчено тем, что в 1950 г. было завершено издание 22-томного Полного собрания сочинений, начатое в 1888 г. 10 томов этого издания занято перепиской Гюйгенса. Прежде чем подробней остановиться на жизни и работе Гюйгенса, мы посвятим еще несколько слов его взглядам на науку и на роль теорий в науке.

РАЦИОНАЛИЗМ И ЭМПИРИЗМ

В XVII в. существовали две противоположные точки зрения относительно метода естественных наук: рационализм и эмпиризм. Сторонники эмпиризма уверяли, что надежные знания можно приобрести только посредством опыта. Такие видные эмпиристы, как Г. Галилей и Ф. Бэкон, стремились к тому, чтобы посредством опыта приобрести по возможности больше знаний, а рационалисты считали, что источником всех знаний является мышление и что эмпирические знания ненадежны. Главный представитель этого течения французский математик и философ Ренэ Декарт пропагандировал точку зрения, что физику нужно развивать таким же образом, как и математику. Иначе говоря, как аксиоматическо-дедуктивную систему, построенную на ряде аксиом.

Эти аксиомы вытекают из размышления, так что фактически имеют метафизический характер. Примером является утверждение Декарта, что свойства веществ полностью определяются их геометрической формой и состоянием движения. Таким образом, при выборе различных аксиом могут возникать разные системы физики. А посредством эксперимента надлежит решить, какая из них правильна.

Гюйгенс занимал позицию между рационализмом и эмпиризмом, как это делает и в наше время большинство ученых. В одном из своих писем он выдвигает девиз "посредством опыта и разума". Он признавал, что наука должна опираться на эмпирические знания, но что эти знания не имеют значения без теоретических рамок. Наряду с этим он считал, что в последней инстанции решать, жизнеспособна ли теория, должен эксперимент, однако без возможности окончательно доказать ее правильность. Для иллюстрации взглядов Гюйгенса мы приведем две цитаты из письма, посланного в 1673 г. Пьеру Перро. (Пьер Перро был братом Шарля Перро, автора "Сказок матушки гусыни".) В первой цитате говорится об экспериментальной основе теории: "В физике не бывает точных доказательств, и первопричины можно узнать только по их следствиям. Для этого, исходя из того, что уже известно на опыте, выдвигают гипотезы и затем проверяют, согласуются ли другие явления со сделанными предположениями".

Во второй цитате разъясняется роль, которую эксперимент играет в утверждении теории: "Чем более обнаруживается явлений, согласующихся с гипотезой, тем более правдоподобной она становится. Нужно, однако, всегда помнить, что не существует момента, когда ее истинность будет полностью доказана, и что всегда может появиться явление, которое окажется несовместимым с нашим предположением и таким образом его совершенно уничтожит".

Точка зрения, которую Гюйгенс излагает во второй цитате, получила общее признание только в нашем веке, благодаря, также таким философам, как М. Шлик, Р. Карнап и К. Поппер.

Следовательно, что касаются роли эксперимента в естественных науках, Гюйгенс расходился во мнении с Декартом. Но по одному очень важному пункту их мнения совпадали. Гюйгенс, как и Декарт, считал, что все природные явления нужно (и можно) объяснять посредством механики. И эту точку зрения он сохранял всю свою жизнь.

В "Трактате о свете", который был опубликован в 1690 г., т. е. за пять лет до смерти автора, он пишет о "философии", в которой причину всех явлений природы ищут в механике. И далее он пишет: "Что и нужно делать, по моему мнению, или же отказаться от всякой надежды когда-либо что-нибудь понять в физике". Гюйгенс несколько раз отрицательно отзывался о работах Декарта, но из вышесказанного ясно, что он никогда не отворачивался от него полностью.

ЖИЗНЬ И ТРУД

Христиан Гюйгенс родился в Гааге 14 апреля 1629 г. Он принадлежал к видному роду. Его отец Константин, владелец Зюйлихема, Зеелхема и Монникенланда, был известным человеком в Республике объединенных провинций (Нидерландах) XVII в. Он был секретарем Фридриха Генриха Оранского, а затем Вильгельма Второго Оранского, как его отец был секретарем Вильгельма Первого Оранского. В связи с этими обязанностями Константин был постоянным гостем при дворах английского и французского королей. Однако он был не только дипломатом, а пользовался широкой известностью также как поэт. Написанная им пьеса "Трейнтье Корнелис" еще и в наше время значится порой а театральных репертуарах. Кроме того, он имел заслуги и как ученый-любитель. Он очень интересовался естественными науками и имел контакты со многими известными учеными. Одним из них был Декарт, который в 1628 г. поселился в Голландии и регулярно посещал семью Гюйгенсов.

Когда Христиану было 8 лет, умерла его мать Сусанна ван Барле, дочь амстердамского купца. После ее смерти хозяйством семьи, насчитывавшей пять детей, занялась родственница. Старшим сыном в семье был Константин младший, затем следовали Христиан, Людвиг, Сусанна и Филипс. Их обучали домашние учителя. Детям преподавали арифметику, музыку, латинский, греческий, французский и итальянский языки и даже логику; их учили также танцевать и ездить верхом. Во всем этом особенно преуспевал Христиан. В возрасте девяти лет он мог говорить по латыни. За три года он научился играть на виоле да гамба, на лютне и на клавесине. Но особенно большие способности он проявлял в математике. Его отец писал в 1643 г., что он особенно быстро схватывал все, что имело отношение к механике или какому-либо другому разделу математики. Интерес Христиана был не только теоретическим: он сам построил себе токарный станок и научился неплохо на нем работать. Чтобы удовлетворить интерес Христиана к математике (к которой в то время относили также механику и астрономию), его отец привлек некоего Стампиуна, чтобы специально заниматься с ним этим предметом, причем эти занятия проходили "с особенно большим успехом", как писал Константин.

В 1645 г. шестнадцатилетний Христиан и его брат Константин, который был старше на один год, поступили на юридический факультет Лейденского университета, готовясь к дипломатической карьере. Однако Христиан занимался главным образом математикой. Его учителем был известный в то время математик Франц ван Схоутен, приверженец Декарта. В то время работы Декарта производили большое впечатление на Гюйгенса. Как мы уже заметили, это влияние чувствовалось в течение всей его жизни.

Другое сильное влияние тоже исходило из Франции. При посредничестве своего отца Христиан начал переписываться с парижским математиком Мерсенном. Эта переписка продолжалась недолго, так как Мерсенн умер уже в 1648 г., но она имела для молодого Гюйгенса большое значение. Мерсенн был очень хорошо осведомлен о новейшем развитии в области естественных наук и мог дать Гюйгенсу много полезных советов. Он был поражен способностями Христиана и в письме отцу Гюйгенса даже сравнивал его с Архимедом. Возможно, что именно это сравнение дало Константину основание называть своего сына "мой Архимед".

В 1647 г. Христиан перешел из Лейденского университета в только что открывшийся Оранский колледж в Бреде, куратором которого был его отец. Этот колледж, основанный Фридрихом Генрихом Оранским, пользовался отличной репутацией, но тем не менее просуществовал не более двадцати с лишним лет. Предполагалось, что Гюйгенс продолжит в Бреде свое юридическое образование, на сей раз со своим младшим братом Людвигом. Но, как и в Лейдене, Гюйгенс занимался главным образом математикой. Ни он, ни его брат не" закончили обучения. В 1650 г. из-за дуэли между Людвигом и одним, из студентов отец приказал им возвратиться домой. Христиан не сдал академического экзамена ни в Лейдене, ни в Бреде. И все же он получил звание: в 1655 г. он и Людвиг купили в университете французского города Анжера звание доктора юридических наук. В те времена это было возможно. Впрочем, Христиан никогда не пользовался этим званием.

Первый труд Гюйгенса вышел в свет в 1651 г. под заглавием "Теоремы о квадратуре гиперболы, эллипса и круга". Это труд о квадратуре конических сечений, в котором содержится также опровержение квадратуры круга математика Григория де Сент-Винцента. Эту работу Гюйгенс начал еще в Бреде. Три года спустя был опубликован его труд "Открытие о величине круга". Эта работа о квадратуре круга окончательно утвердила его репутацию математика. Между тем Гюйгенс решил полностью посвятить себя науке, пока как человек, не имеющий никакой должности и получающий на жизнь деньги от своего отца. Его единственной дипломатической миссией была поездка в 1649 г. в Данию.

В этой поездке он сопровождал графа Генриха ван Нассау как его секретарь. Он принял эту должность главным образом потому, что надеялся встретиться там с Декартом, который с недавних пор был философом при дворе королевы Христины в Стокгольме. Но это желание Гюйгенса не исполнилось. Такая встреча не состоялась и впоследствии. Декарт умер в 1650 г. Хотя вполне вероятно, что Декарт видел молодого Гюйгенса в одно из своих посещений загородного дома Хофвийк в Ворбурге, мы почти с уверенностью можем сказать, что по-настоящему они так никогда и не встретились.

СТАЛКИВАЮЩИЕСЯ ТЕЛА

В пятидесятых годах XVII в. продолжал возрастать интерес Гюйгенса к проблемам физики. Чистая математика его уже не удовлетворяла. Он углубился в законы поведения сталкивающихся тел и сумел очень оригинальным путем получить ряд важных результатов. Хотя он изложил эти результаты в рукописи 1655 г., а некоторые из них огласил - например на заседании Лондонского Королевского общества,- они были полностью опубликованы лишь после его смерти. Рукопись была опубликована в посмертных сочинениях под заголовком "О движении тел под действием удара".

Во времена Гюйгенса знания о явлении столкновений были скудными и неясными. В 1647 г. Декарт разработал 7 правил для столкновения между двумя полностью упругими телами, но по поводу этих правил можно было сделать много замечаний. Во-первых, мыслимы были случаи, в которых эти правила были неприменимы. Кроме того, некоторые из них явно противоречили опыту. Фактически только одно было правильным, как позднее доказал Гюйгенс, а именно правило для случая, когда две частицы одинаковой массы приближаются друг к другу с одинаковой скоростью вдоль прямой траектории и затем сталкиваются друг с другом точно по центру (центральное столкновение). В сформулированном Декартом правиле говорится, что поcле столкновения частицы удаляются друг от друга с той же скоростью, что и до столкновения, но в обратном направлении. Как и Декарт, Гюйгенс ограничивался центральными столкновениями. Он принял, что описанное выше правило верно, однако Гюйгенс проник в проблему гораздо глубже, чем Декарт.

Гюйгенс предложил аксиому, согласно которой процесс столкновения определяется относительной скоростью частиц. Это имеет следующее важное следствие. Если нам известна начальная и конечная скорость для определенного столкновения, мы можем предсказать также ход всякого другого столкновения, которое происходит с той же начальной относительной скоростью. Этому принципу Гюйгенс придал наглядную форму, представив себе, что стоящий в лодке человек производит вышеописанное столкновение в то время, как лодка проходит мимо стоящего на берегу наблюдателя. Человек на берегу видит нечто иное, чем человек в лодке, но поскольку начальная относительная скорость для обоих равна, фактически речь идет об одном и том же столкновении. Разница между начальными скоростями относительно лодки и относительно берега равна скорости движения лодки; то же будет верно и для конечных скоростей. Исходя из известных конечных скоростей относительно лодки, Гюйгенс мог определить, как будет происходить столкновение, если одна из частиц будет неподвижной.

Установив, что для движущихся тел имеет физическое значение только относительная скорость этих тел, Гюйгенс был первым ученым, сформулировавшим принцип относительности движения. Сейчас на более научном языке говорят, что системы отсчета, которые движутся по отношению друг к другу с постоянной прямолинейной скоростью, равноценны для описания физических явлений. Эта эквивалентность называется в настоящее время принципом относительности Галилея, но правильнее было бы называть ее принципом относительности Гюйгенса. Вследствие этого принципа понятие "абсолютное прямолинейное движение" лишилось смысла.

Мы рассмотрели столкновения между частицами одной и той же массы. Однако Гюйгенс занимался также случаями неодинаковой массы. При этом он пользовался разработанным им обобщением теоремы итальянского физика Торричелли. В современных терминах оно сводится к постулированию того, что увеличение полной кинетической энергии сталкивающихся частиц невозможно. Гюйгенсу удалось доказать, что при столкновении между полностью упругими частицами кинетическая энергия остается без изменения. Ему был известен также другой очень важный закон столкновения - закон сохранения импульса, хотя в его трудах этот закон играет лишь второстепенную роль.

Благодаря Гюйгенсу значительно обогатились знания о явлениях столкновения. Но действительное значение его работ заключается в способе, которым он достигал своих результатов. Именно поэтому работа "О движении тел под действием удара" столь интересна даже для современного читателя.

ОПТИКА

Помимо явлений столкновения, Гюйгенс интересовался также оптикой. Он стремился к практической цели: к усовершенствованию существовавших телескопов - и не ограничивался только теоретическими исследованиями. Когда оказалось, что он не мог получить линз достаточно хорошего качества, он стал сам шлифовать линзы. В этом ему помогал его брат Константин. Братья стали отличными шлифовщиками, и их линзы достигли невиданного в то время качества. Другим усовершенствованием был спроектированный Христианом окуляр, состоящий из двух линз. Таким окуляром, известным под названием окуляра Гюйгенса, часто пользуются еще и в наше время.

Эта работа имела важные последствия. Используя сконструированный им самим телескоп, Гюйгенс обнаружил в 1655 г. спутник Сатурна, который позднее был назван Титаном. Некоторое время спустя подтвердилась его гипотеза, что загадочные "придатки" Сатурна являются кольцом.

В те времена существовал обычай оглашать важные изобретения в форме анаграммы, чтобы таким образом обеспечить себе приоритет, не раскрывая самого содержания открытия. Гюйгенс также использовал эту возможность. Свое открытие имевшее отношение к Сатурну, он выразил двумя анаграммами, которые затем предал известности. Что касается спутника, то он сделал это в письме английскому ученому А. Уоллесу, а о кольце сообщил в конце своей работы "Новые наблюдения спутника Сатурна" (1656). Результаты наблюдений над Сатурном были подробно опубликованы в 1659 г. в "Системе Сатурна".

Между тем Гюйгенс впервые побывал в Париже. Он провел лето 1655 г. в этом городе и чувствовал себя там отлично. Посещая дом Абера де Монмора, состоятельного покровителя наук, он познакомился со многими выдающимися людьми, таким как философ Гассенди и математик Роберваль. Он участвовал в обсуждении последних событий в математике и естествознании и познакомился с новыми для него проблемами. В связи с этими встречами Гюйгенс заинтересовался исчислением вероятностей. Его исследования в этой области привели к созданию трактата о расчетах при азартных играх. Трактат был издан в 1657 г. на латинском языке, а позднее, в 1660 г., на голландском. Этот труд содержал в себе основы современной теории вероятностей.

В сентябре 1655 г. Гюйгенс с некоторым сожалением возвратился в Голландию, где для него начался период упорной работы. Наряду с изучением исчисления вероятностей он занимался делом на вид очень практическим: конструкцией точных часов.

Такой инструмент был особенно важен для навигации, потому что мог служить вспомогательным средством для определения долготы на море, что было в те времена трудной задачей. За удачное решение этой проблемы было установлено несколько премий, в том числе королем испанским. В 1657 г. по чертежу Гюйгенса были сконструированы часы, ход которых регулировался маятником. Мысль о том, чтобы использовать маятник, не была новой - еще Галилей пытался осуществить эту мысль на практике, - но в настоящее время все признают, что Гюйгенс был первым, кто сконструировал пригодные часы с маятником. Однако в XVII в. такого единодушия не было. Первенство Гюйгенса в этом деле долго оставалось спорным, причем указывали на сына Галилея - Винченцо. Часы с маятником имели большой успех. Гаагский часовщик С. Костер сконструировал много таких часов, которые оказались вполне применимыми также в качестве башенных. Уже в 1658 г. в Схевенингене и на башне собора в Утрехте были помещены часы, работавшие с помощью маятника. Однако для использования на море они были малопригодны, потому что нерегулярные движения корабля слишком влияли на их ход.

Проблема определения долготы на море продолжала занимать Гюйгенса до конца его жизни. В 1665 г. было опубликовано "Краткое руководство для использования часов в целях определения долготы". Его старания приспособить часы с маятником для использования на море привели в 1675 г. к конструкции часов с балансиром вместо маятника и спиральной пружиной вместо гирь. Эта конструкция, которая и теперь еще применяется во всех механических часах, завоевала всеобщее признание, но Гюйгенс не дожил до этого.

Трудно переоценить значение изобретения Гюйгенса. Не только в навигации требовался инструмент для точного измерения времени, но и в науке, особенно в астрономии, и в обычной жизни. Благодаря Гюйгенсу, уже не пришлось довольствоваться очень неточными часами, а можно было с достаточной точностью измерять время. Человек подчинил время своему контролю!

Гюйгенс, конечно, не ограничивался чисто техническим аспектом своих часов. Он также хотел понять их работу теоретически. Тщательное изучение колебаний маятника дало ряд важных результатов как в области механики, так и чистой математики, что позволило еще усовершенствовать часы. Этот его труд был частично опубликован в 1658 г. под заглавием "О часах".

НАЗАД В ПАРИЖ

Париж продолжал притягивать к себе Гюйгенса. В октябре 1660 г. он вторично отправился в этот город. К этому времени Гюйгенс уже пользовался такой известностью, что Людовик XIV дал ему аудиенцию. На этот раз он также с большим энтузиазмом участвовал во встречах в доме де Монморов. Через Лондон, где он познакомился с Р. Бойлем (каждому ученику средней школы известен закон Бойля), он возвратился весной 1661 г. домой. Но не надолго. Уже в апреле 1663 г. Гюйгенс опять поехал в Париж; на сей раз он сопровождал своего отца, отправившегося туда с дипломатической миссией. Летом 1663 г. он ездил из Парижа в Лондон, где был принят членом в только что основанное там Королевское общество.

Между тем в Париже возник благоприятный для таких ученых, как Гюйгенс, климат. Новый первый министр "короля-солнца" Кольбер стремился сделать Францию центром культуры и науки. По его предложению король решил предоставить стипендии некоторым видным мастерам искусства и ученым, в том числе Гюйгенсу. Еще до своего возвращения в Голландию в мае 1664 г. он получил значительную для того времени сумму в 1200 ливров. Кольбер решил основать Академию наук по примеру Лондонского Королевского общества, чтобы эта академия, во славу короля, организовывала встречи ученых вместо того, чтобы это делали частные лица, как де Монмор. Кольбер хотел, чтобы Гюйгенс занял видное положение в этой академии. Учреждение Академии потребовало немало времени. Только в 1665 г. оно стало фактом, и Гюйгенс смог отправиться в Париж, чтобы начать там свою работу.

Он получал от короля ежегодно сумму в 6000 ливров - больше, чем какой-либо другой член академии. Кроме того он жил в квартире в здании Королевской библиотеки, где происходили также совещания членов Академии.

Гюйгенс был с самого начала неоспоримым лидером Академии. Члены Академии собирались два раза в неделю, по средам и субботам. По средам занимались математикой, включая механику и астрономию, а по субботам "естествознанием", к которому принадлежала вся биология. Гюйгенс сам составил несколько научных программ, определявших основные задачи Академии.

Некоторые из этих задач имели весьма конкретный характер, например испытание хода часов с маятником на плавающих кораблях, определение скорости света и определение длины окружности земного шара. В этих программах большое внимание уделялось также астрономии, и Академия интенсивно занималась астрономическими наблюдениями, причем ей очень помогали отличные телескопы и маятниковые часы, спроектированные Гюйгенсом. То, что астрономия занимала столь важное место, не так удивительно, если принять во внимание, что эта наука положила в XVII в. начало обновлению картины мира. Во всей этой конкретной деятельности Гюйгенс преследовал весьма общую цель. В документе, который он составил в период между 1666 и 1668 г., он, указав на то, как важно накапливать по возможности больше знаний о природе, пишет: "Кроме того, предлагается исследовать первопричины, которые в совершенном согласии обусловливают как строение всех физических тел, так и все наблюдаемые нами явления, полезность чего окажется бесконечной, когда эта цель будет достигнута. Человечество сможет использовать вновь создаваемые объекты, будучи уверенным в том, как они будут себя вести". В этой второй части цитаты выражается существовавшее в то время общее мнение о научных исследованиях: пользу этих исследований не желали упускать из виду. Это также относилось и к Гюйгенсу, который, как мы видели, рано перестал довольствоваться лишь чисто математическими проблемами.

Став членом Академии, Гюйгенс оставался в Париже с двумя перерывами до 1681 г. С 1670 до 1671, затем с 1676 до 1678 г. он находился в Голландии, оба раза, чтобы поправить свое здоровье после тяжелой болезни. Может быть, будет преувеличением сказать, что его парижский период был самым важным в жизни Гюйгенса; ведь и до 1666 г. он достиг очень многого. Но нет сомнения в том, что в Париже он находился в окружении, которое чрезвычайно стимулировало его научную деятельность. Ему там очень нравилось, и он пользовался большим уважением. В Париже он написал две важных книги: "Маятниковые часы" (1673) и "Трактат о свете", который был опубликован лишь в 1690 г.

"МАЯТНИКОВЫЕ ЧАСЫ" И "ТРАКТАТ О СВЕТЕ"

"Маятниковые часы" считаются главным произведением Гюйгенса и содержат результаты его исследований, относящихся к этому вопросу. Некоторые разделы имеют технический, другие - чисто математический характер.

В техническом разделе описывается конструкция часов с маятником. Это описание настолько продумано, что с той поры пришлось внести улучшение лишь в некоторых второстепенных пунктах. Этот успех в значительной степени был обусловлен тем, что Гюйгенс понял, что главное в часах - это регулирующий элемент, в данном случае маятник. Поэтому математический раздел посвящен глубокому изучению движения маятника. Гюйгенс уделил много внимания явлению увеличения периода колебаний маятника по мере увеличения амплитуды колебаний. Он сумел разработать способ подвески маятника, устраняющий этот дефект. В связи с этой проблемой Гюйгенс разработал математическую теорию совсем нового класса кривых: эвольвент. Строго говоря, существующая теория была применима только к маятникам, состоявшим из точечного груза, подвешенного на невесомой нити ("идеальные маятники"). Гюйгенсу удалось исследовать также случай, когда учитывается вес отдельных частей маятника ("физический маятник"). И наконец, в отдельном разделе "Часов" Гюйгенс описывает законы центробежной силы. Эти законы он нашел гораздо раньше. Они встречаются в рукописи времен 1659 г., которая была опубликована в посмертных сочинениях под заголовком "Центробежная сила".

В "Трактате о свете" излагается совершенно новая теория света; она с успехом используется для разъяснения одного уже в то время известного загадочного явления: двойного преломления света в исландском шпате. Под двойным преломлением подразумевается расщепление луча света, падающего на кристалл исландского шпата, на два. Гюйгенс сумел прекрасно объяснить это явление. Менее поразительные свойства света, такие как отражение и обычное преломление, также нашли простое объяснение в его теории.

Теорию света Гюйгенса часто называют теорией волн, но вернее называть ее теорией толчка. Нужно представить себе, что на бильярдном столе лежит ряд бильярдных шаров. Они расположены по прямой линии и соприкасаются, а один шар лежит отдельно на той же линии. Если толкнуть этот шар в направлении к ряду шаров таким образом, чтобы он столкнулся с крайним шаром в точности в центре, то после столкновения шар остановится. И почти одновременно шар на другом краю ряда откатится со скоростью, равной скорости получившего толчок шара до момента столкновения. (Для простоты мы оставили здесь без внимания трение о сукно стола.)

Самое важное состоит в том, что шары в ряду, за исключением откатившегося, при ударе не сдвинулись с места, но "передали удар". Следовательно, мы имеем тут дело с передачей скорости (или, вернее, импульса, произведения массы на скорость) неподвижными частицами. В том случае, если шары уложены в пространстве, соприкасаясь друг с другом со всех сторон, то передача импульса будет происходить не в одном, а во всех направлениях. Каждый шар в таком случае будет "передаточным центром".

Гюйгенс использовал этот механизм для объяснения распространения света. Он предположил существование всюду промежуточной материи, "эфира", который в его представлении состоял из очень плотно упакованных очень мелких твердых частиц. По мнению Гюйгенса, свет был ни чем иным, как регулярно следующими друг за другом толчками, распространяющимися вышеописанным способом от помещенного в какое-то место источника света. Исходя из того, что каждая частица эфира действует как передаточный центр, он смог доказать, что толчки распространяются в пространстве сферообразно.

При создании теории света Гюйгенс исходил из новых тогда опытных данных, что скорость распространения света имеет конечную величину. Долгое время думали, что свет- мгновенное явление в том смысле, что он распространяется с бесконечной скоростью, однако в 1676 г. датский астроном О. Ремер на основании своих наблюдений над спутниками Юпитера пришел к заключению, что скорость света конечна. Гюйгенс был убежден в правильности этого вывода. На основании наблюдений Ремера он оценил, что скорость света немного больше 200 000 км/с (действительная скорость равна почти 300 000 км/с).

Между теорией толчка Гюйгенса и теорией волн, собственно говоря, мало разницы. Если импульсы излучаются источником света через регулярные интервалы, образуется настоящее волнообразное движение или колебания, причем направление колебаний совпадает с направлением распространения (продольные колебания). Сам Гюйгенс также часто говорит о "волнах", вместо "импульсов", хотя, строго говоря, это неправильно.

В теории волн свет распространяется, заполняя сферическое пространство. Сферические границы называются в настоящее время "фронтами" волн. Принцип, согласно которому любая частица эфира действует как передаточный центр, в этой теории обычно выражается утверждением, что любая точка фронта волн сама является источником новых вторичных фронтов. Этот принцип, который применим ко всем волновым явлениям в материальных средах, известен как. принцип Гюйгенса.

ГЛАВНОЕ - ЭТО НАУКА

В бедственном 1672 г., когда Франция начала войну с Голландской республикой, положение Гюйгенса стало трудным. Его решение остаться в Париже не нашло понимания в Голландии, его обвиняли в недостатке патриотизма - и несправедливо. Гюйгенс внимательно следил за ходом войны и сочувствовал голландскому делу. Но главным для него была научная работа. Непонимание в Голландии возросло, когда он на следующий год посвятил свой труд "Маятниковые часы" французскому королю. Для Гюйгенса это посвящение не имело ничего общего с чувством лояльности по отношению к какой-либо стране. Это было скорее жестом вежливости по отношению к своему покровителю, от которого он к тому же зависел в денежном отношении. Он понимал также, что, будучи голландцем, он находился в Париже в довольно деликатном положении, и это положение могло бы пострадать, если бы отсутствовало посвящение, о котором говорится выше.

В 1681 г. Гюйгенс в третий раз заболел так серьезно, что ему пришлось уехать в Голландию, чтобы поправить свое здоровье в спокойной обстановке. Ему уже не пришлось вернуться в Париж. Когда через два года его здоровье поправилось и он начал думать о возвращении, оказалось, что его присутствие в Париже уже нежелательно. После смерти Кольбера в 1683 г. во Франции установился климат нетерпимости, особенно по отношению к протестантам. Это проявилось с полной отчетливостью в отмене в 1685 г. Нантского эдикта. Гюйгенс стал жертвой как этого антипротестантства, так и недоброжелательных чувств его соперников в Академии. Таким образом, он остался в Голландии. Вместе с отцом он провел лето в загородном доме Хофвиик в Ворбурге, а зиму в Гааге. После того как его отец умер в 1687 г. в возрасте 90 лет, Гюйгенс жил один.

Еще один раз он предпринял долгое путешествие. Часть лета 1689 г. он провел в Англии, где у него состоялось несколько встреч с человеком, который постепенно его опережал: Исааком Ньютоном. Жаль, что нам почти ничего не известно об этих встречах. В дневнике Гюйгенса даже не упоминается о путешествии вместе с Ньютоном в почтовом дилижансе из Кембриджа в Лондон, которое относится к тому времени. Это особенно жаль, потому что мнения Гюйгенса и Ньютона по некоторым пунктам фундаментально расходились.

В основном труде Ньютона "Математические начала натуральной философии" понятие "сила" играет совсем другую роль, чем в механике Гюйгенса. Для Ньютона достаточно знать, как сила действует, и он не спрашивает о ее причине. Сила - основное понятие. Эта исходная точка полностью противоречила механистической философии Гюйгенса, который требовал, чтобы для каждой силы была найдена причина в виде прямого контакта между материальными телами.

Понятие "действие на расстоянии" также было неприемлемо для Гюйгенса. Это понятие играет у Ньютона роль в связи с силой тяготения и означает, что сила не распространяется в среде, а действует мгновенно на расстоянии. Теория силы тяготения, принадлежавшая Гюйгенсу, была чисто механической по своему характеру. В своем труде "О причине тяготения", который был опубликована 1690 г. в одном томе с "Трактатом о свете", он исходил из существования "тонкой материи", состоящей из очень мелких частиц (еще мельче, чем частицы эфира), которые циркулируют вокруг Земли во всех направлениях с очень большой скоростью. Согласно мнению Гюйгенса, сила тяготения возникает из-за того, что при столкновении с частицами материальные тела получают импульс, направленный в сторону Земли. В этой теории, которая являлась развитием идеи Декарта, невозможно было найти удовлетворительного объяснения для некоторых важных фактов, например для того факта, что ускорение силы тяжести одинаково для всех тел. Поэтому неудивительно, что теория Ньютона - гораздо менее искусственная и вполне удовлетворительная также в экспериментальном отношении - быстро нашла всеобщее признание.

Интересно отметить, что в наше время взгляды на характер сил - или взаимодействий, как предпочитают говорить - в некотором смысле опять стали более механическими. В новейших квантовомеханических теориях взаимодействие между частицами всегда описывают посредством других частиц, которые "несут" это взаимодействие, т. е. переносят его с одной частицы на другую. В этих теориях уже полностью отсутствует понятие "действия на расстоянии". Но нужно остерегаться представлять себе эти теории слишком наглядно. В большинстве случаев срок существования обменивающихся частиц настолько короток, что едва ли можно говорить о частицах в обычном смысле.

В отношении света мнения Ньютона и Гюйгенса также расходились. Теорию Гюйгенса мы уже изложили. Ньютон считал, что свет состоит из потока частиц. Как и теория тяготения Гюйгенса, так и его теория света была вскоре отвергнута в пользу теории Ньютона. Но в XIX в. на основании экспериментов пришли к заключению, что теория Ньютона была неправильной, и ее следует заменить теорией волн. В настоящее время свету приписывают как свойства частиц, так и свойства волн.

Третьим пунктом, по которому мнения Гюйгенса и Ньютона расходились, была относительность движения. Мы видели, что Гюйгенс сформулировал принцип относительности для равномерных прямолинейных движений и применил его к явлениям столкновения. Но он пошел еще дальше. Он считал, что все движения, также и вращательные, имеют относительный характер и абсолютного движения не существует. Это противоречило мнению Ньютона. Ньютон уверял, что вращения абсолютны, и в доказательство этого указывал на то, что при вращательных движениях всегда действуют центробежные силы.

Если наполненное водой ведро подвесить на веревке и привести его во вращение, вода в ведре поднимется по его стенке. Наблюдатель, который вращается вместе с ведром и для которого, следовательно, ведро остается неподвижным, будет также наблюдать этот динамический эффект. По мнению Ньютона, это доказывает абсолютный характер вращения. По его мнению, вращение происходит по отношению к системе координат, которая является абсолютно неподвижной - "абсолютному пространству". Хотя Гюйгенс никогда не принял этого вывода, он не смог найти убедительного альтернативного объяснения для динамического проявления вращательного движения.

В конце XIX в. Э. Мах пытался снова рассматривать вращательные движения как относительные, и эта идея играла роль при создании Эйнштейном общей теории относительности.

ДРУГИЕ ОБЛАСТИ

После 1683 г. Гюйгенс также продолжал работать в различных областях. Он, например, занимался проектированием планетария, действующего с помощью спроектированного им часового механизма, снабженного балансиром и спиральной пружиной. Работая над расчетом этого механизма, он разработал совсем новую математическую технику цепных дробей.

Много внимания он по-прежнему уделял оптике. Он составил трактат о шлифовании линз "Замечания о шлифовании стекла для подзорных труб", который был опубликован на латинском языке в посмертных трудах, и вел обширные наблюдения с телескопами и микроскопами. Он продолжал интересоваться также математикой. Он изучил дифференциальное и интегральное исчисления и переписывался с Лейбницем об этих новых методах, но сам он их не применял. В области теории музыки Гюйгенс в 1691 г. сделал оригинальное предложение разделить октаву на 31 равную часть вместо обычных 12.

В заключение укажем на соображения Гюйгенса о существовании жизни на других планетах. В последние годы своей жизни он изложил эти предположения в книге, изданной после его смерти в 1698 г. под заглавием "Космотеорос". В ней он считает невероятным, чтобы Земля была единственной планетой, на которой существовали бы живые существа, и приходит к выводу, что формы жизни на других планетах не должны сильно отличаться от форм жизни на Земле. В "Космотеоросе" содержатся также чисто астрономические разделы, как например раздел, в котором Гюйгенс описывает, какими будут движения небесных тел, если наблюдать их с других планет.

Весной 1695 г. Гюйгенс заболел той же болезнью, которая мучила его и раньше. О характере этой болезни нам мало что известно. Одним из симптомов была глубокая удрученность, но были и периоды, когда он делал ошеломляющие высказывания. Порой он богохульствовал и делал намеки на свои неортодоксальные взгляды по вопросам веры. Его рационализм делал для него очень трудной, если не невозможной, веру в существование управляющего всем высшего существа, хотя это его и угнетало. Священник, посещавший его во время болезни, не смог ничего здесь изменить. Он не просил прислать к нему этого священника, и попытка семьи добиться его согласия оказалась безуспешной. Но поскольку он стал "чертыхаться и бесноваться", священник был приглашен против его воли.

В конце июня состояние Гюйгенса стало быстро ухудшаться. Он скончался 8 июля 1695 г., вероятно, в своей квартире на Ноордэйнде в Гааге. 17 июля Христиан Гюйгенс был похоронен в семейном склепе в церкви Св. Якова в Гааге.

Из всего сказанного можно вынести впечатление, что Гюйгенс интересовался лишь одним в жизни: наукой. Но это не так. Хотя наука была для него главным и он был замкнутым по натуре, он не вел жизнь отшельника. В Париже и в Гааге он участвовал в культурной жизни, посещал концерты и спектакли. Из того, что он всю жизнь оставался холостяком, нельзя заключать, что он не любил женского общества. В последние годы своей жизни он часто находился в обществе некоей мадам Ля Фертэ.