Christiaan Huygens

Biografia • Lenti e pendoli

Christiaan Huygens fu il più grande fisico meccanico del diciassettesimo secolo. Unì il trattamento matematico dei fenomeni di Galileo con la visione di un disegno definitivo della natura di Descartes. Nato a L'Aia, in Olanda, il giorno 14 aprile 1629, veniva da un'importante famiglia. Suo padre Costantin Huygens aveva studiato filosofia naturale ed era un diplomatico. Fu attraverso lui che Christiaan ottenne l'accesso ai principali circoli scientifici del tempo. In particolare Costantin aveva numerosi contatti in Inghilterra e corrispondeva regolarmente con Mersenne ed era amico di Descartes.

Seguito a casa da insegnanti privati dall'età di sedici anni, Christiaan apprese la geometria, come fare modelli meccanici e abilità sociali come suonare il liuto. La sua educazione matematica fu chiaramente influenzata da Descartes che fu un occasionale visitatore a casa Huygens e prese un grande interesse nei progressi matematici del giovane.

Christiaan Huygens studiò legge e matematica all'università di Leiden dal 1645 al 1647. Van Schooten lo seguì in matematica quando fu a Leiden. Dal 1647 al 1649 continuò a studiare legge e matematica, ma ora al collegio degli Orange a Breda. Qui fu fortunato ad avere un altro preparato insegnante di matematica, John Pell. Attraverso il contatto di suo padre con Mersenne, a quel tempo iniziò una corrispondenza tra Huygens e Mersenne. Mersenne mise alla prova Huygens per risolvere un numero di problemi includendo la forma del laccio supportato dai suoi capi. Sebbene avesse fallito in questo problema, risolse il collegato problema di come appendere pesi al laccio in modo che ottenga una forma parabolica.

Nel 1649 Huygens andò in Danimarca come parte di un team diplomatico e sperava di continuare fino a Stoccolma per incontrare Descartes, ma il tempo non gli permise di fare questo viaggio. Continuò con altri la visita in Danimarca in giro per l'Europa, inclusa Roma.

Le prime pubblicazioni di Huygens nel 1651 e 1654 considerarono problemi matematici. Nel 1651 la pubblicazione "Cyclometriae" mostrò gli errori nei metodi proposti da Gregory di Saint-Vincent, che aveva annunciato di aver squadrato il cerchio. Il lavoro di Huygens del 1654 "De Circuli Magnitudine Inventa" fu un lavoro molto maggiore su simili argomenti.

Huygens presto portò la sua attenzione sulla levigatura delle lenti e costruzione di telescopi. Intorno al 1654 perfezionò un nuovo e migliore modo di sgrossare e levigare le lenti. Usando una delle sue lenti, individuò, nel 1655, la prima luna di Saturno. In questo stesso anno fece la sua prima visita a Parigi. Informò i matematici di Parigi incluso Bouilliau della sua scoperta e in cambio apprese del lavoro intrapreso sulla probabilità da una corrispondenza con Pascal e Fermat.

Ritornato in Olanda Huygens scrisse un piccolo lavoro "De Ratiociniis in Ludo Aleae" sul calcolo delle probabilità, il primo lavoro stampato sull'argomento.

L'anno seguente scoprì la vera forma degli anelli di Saturno. Comunque altri avevano diverse teorie, inclusi Roberval e Bouilliau. Bouilliau aveva sbagliato a identificare la luna di Saturno Titano, così Huygens capì che stava usando un telescopio meno potente. Entro il 1656 Huygens fu in grado di confermare la sua teoria degli anelli a Bouilliau e i risultati furono riportati al gruppo di Parigi.

In "Systema Saturnium" (1659), Huygens spiegò le fasi e i cambiamenti nella forma dell'anello. Alcuni, incluso il gesuita Fabri, attaccarono non solo le teorie di Huygens ma anche le sue osservazioni. Comunque nel 1665 anche Fabri fu persuaso ad accettare la teoria degli anelli di Huygens quando il miglioramento dei telescopi confermò le sue osservazioni.

Il lavoro astronomico richiedeva un'accurata misura del tempo e questo portò Huygens a affrontare questo problema. Nel 1656 brevettò il primo orologio a pendolo, che aumentò molto l'accuratezza della misura del tempo. Il suo lavoro sul tempo fu collegato a altro lavoro matematico che stava svolgendo sulla cicloide come risultato della prova di Pascal. Huygens credeva che un pendolo oscillante in una grande area avrebbe potuto essere più utile al mare e così inventò nella sua mente il pendolo cicloidale. Costruì numerosi orologi a pendolo per determinare la longitudine in mare che furono sottoposti a prove marine nel 1662 e ancora nel 1686.

In "Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum" (1673) descrisse la teoria del moto del pendolo. Derivò anche la formula della forza centrifuga per il moto circolare uniforme. Come risultato di questo Huygens, Hooke, Halley e Wren formularono la legge del quadrato inverso dell'attrazione gravitazionale.

Huygens ritornò a Parigi nel 1660 e andò agli incontri di varie società scientifiche. In queste società incontrò molti matematici inclusi Roberval, Carcavi, Pascal; Pierre Petit, Desargues e Sorbière. Nel 1661 Huygens visitò Londra, in particolare per saperne di più del nuovamente creato meeting della Royal Society a quel tempo al Gresham College. Fu molto impressionato da Wallis e gli altri scienziati inglesi che incontrò e, da quel tempo avrebbe mantenuto i contati con questo gruppo. Mostrò i suoi telescopi agli scienziati inglesi e si dimostrarono superiori a quelli in uso in Inghilterra. Il Duca e la Duchessa di York vennero a osservare la Luna e Saturno attraverso il telescopio di Huygens. Intanto a Londra Huygens vedeva la pompa a vuoto di Boyle e fu impressionato.

Dopo il suo ritorno all'Aia portò a termine lui stesso un gran numero di esperimenti di Boyle. Huygens fu eletto alla Royal Society di Londra nel 1663.

A questo tempo Huygens brevettò il suo disegno dell'orologio a pendolo con la soluzione del problema in mente. Nel 1665 seppe che la Royal Society stava ricercando altre forme di orologio, in particolare Hooke stava sperimentando un orologio regolato da una molla. Huygens scrisse a Hooke poichè dubitava dell'efficacia quando soggetto a cambi di temperatura. Nonostante ciò Huygens iniziò esperimenti con questo tipo di orologi, ma si dimostrarono meno efficaci degli orologi a pendolo.

Huygens accettò un invito di Colbert nel 1666 per diventare parte dell'Académie Royale des Sciences.

Arrivò a Parigi quell'anno per scoprire che la società non era ancora stata organizzata. Dopo che furono indetti incontri con Roberval, Carcavi, Auzout, Frenicle de Bessy e Buot nella libreria di Colbert la società si trasferì nella Bibliothèque du Roi dove Huygens prese residenza. Assunse il comando del gruppo basando molta della sua conoscenza su ciò che la Royal Society aveva fatto in Inghilterra.

Il lavoro di Huygens sulla collisione di corpi elastici mostrò l'errore delle leggi di impatto di Descartes e il suo memoriale sull'argomento fu spedito alla Royal Society nel 1668. La Royal Society aveva posto un quesito sull'impatto e Huygens provò con esperimenti che il momento prima della collisione tra due corpi in una direzione fissata è uguale al momento in quella direzione dopo la collisione. Anche Wallis e Wren risolsero il quesito.

Il moto circolare fu un argomento che Huygens iniziò a considerare in questo tempo, ma continuò anche a pensare alla teoria della gravità di Descartes basata sui vortici. Sembra che abbia mostrato segni di infelicità per le teorie di Descartes in questo tempo, ma indirizzò comunque l'Académie su questo argomento nel 1669 anche se dopo il suo invito Roberval e Mariotte mossero strenuamente e correttamente contro la teoria di Descartes e questo può aver influenzato Huygens.

Fin dalla sua gioventù la salute di Huygens non era mai stata robusta e nel 1670 ebbe una seria malattia che lo fece lasciare Parigi per l'Olanda. Prima di lasciare Parigi, credendo di essere vicino alla morte chiese che i suoi fogli inediti sulla meccanica fossero inviati alla Royal Society.

Nel 1671 Huygens tornò a Parigi. Comunque nel 1672 Luigi XIV invase i Paesi Bassi e Huygens si trovò nella difficile posizione di essere in un importante posizione a Parigi nel tempo in cui la Francia era in guerra con il suo paese. Scienziati dell'era si sentivano superiori alle guerre e Huygens fu abile, con molto aiuto da parte dei suoi amici, a continuare il suo lavoro.

Nel 1672 Huygens e Leibniz si incontrarono a Parigi e dopo di ciò Leibniz fu un frequente visitatore dell'Académie. In realtà Leibniz deve molto a Huygens, da cui apprese molte delle sue conoscenze matematiche. In questo stesso anno Huygens apprese del lavoro di Newton sul telescopio e sulla luce. Attaccò abbastanza a torto la teoria della luce di Newton. Il suo personale lavoro, "Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum" apparve nel 1673 e mostrò quanto Huygens si era allontanato dall'influenza di Descartes. In esso Huygens prova che la cicloide è tautocrona, un importante risultato teoretico, ma con poche applicazioni pratiche al pendolo. Risolve anche il problema del pendolo composto. Comunque c'è molto più del lavoro sui pendoli. Huygens descrive la discesa dei corpi nel vuoto, sia verticalmente sia lungo curve. Definisce curve evolute e involute e, dopo aver dato alcune fondamentali proprietà, trova le evolute della cicloide e della parabola. Huygens tenta per la prima volta nel suo lavoro di studiare la dinamica dei corpi piuttosto che le particelle.

Papin lavorò come assistente di Huygens intorno a questo tempo e dopo che lo lasciò per lavorare con Boyle, Huygens fu raggiunto da Tschirnhaus. Un'altra ricaduta della malattia nel 1676 vide Huygens ritornare a L'Aia. Vi trascorse due anni, in particolare studiando la doppia rifrazione che Bartholin aveva scoperto nel cristallo di spato islandese. Lavorò anche sulla velocità della luce che credeva fosse finita e fu compiaciuto di sapere degli esperimenti di Roemer che davano una velocità approssimata della luce determinata osservando le lune di Giove.

Per il 1678 Huygens era ritornato a Parigi. In quell'anno il suo Traitè de la lumiere apparve, in esso Huygens argomentava a favore di una teoria ondulatoria della luce. Huygens affermò che una sfera di luce in espansione si comporta come se ogni punto sul fronte d'onda fosse una nuova sorgente di radiazione della stessa frequenza e fase. Comunque la sua salute divenne ancora più instabile e si ammalò nel 1679 e ancora nel 1681 quando ritornò a L'Aia l'ultima volta.

La Hire, che si era sempre posto contro gli stranieri all'Académie, gli mandò i suoi migliori saluti, ma sperava chiaramente che non sarebbe più ritornato in modo da poter acquisire lui stesso la posizione.

Il problema della longitudine era rimasto una causa costante di continuo lavoro per tutta la vita. Dopo essersi ripreso lavorò ancora a un nuovo orologio marino durante il 1682 e, mostrando interesse la Compagnia Olandese delle Indie Orientali, lavorò duramente sugli orologi. Colbert morì nel 1683 e ritornare a Parigi senza un protettore sembrava impossibile. Suo padre morì nel 1687, avendo raggiunto 91 anni di età, e l'anno seguente suo fratello partì per l'Inghilterra.

Huygens sentiva la mancanza di persone attorno a lui con cui poter discutere argomenti scientifici. Nel 1689 andò in Inghilterra. Qui incontrò Newton, Boyle e altri nella Royal Society. Non si sa che discussione si sviluppò tra Huygens e Newton ma sappiamo che Huygens aveva una grande ammirazione per Newton ma allo stesso tempo non credeva alla teoria della gravitazione universale, di cui disse: "mi appare assurda".

In un certo senso Huygens aveva sicuramente ragione, come può uno credere che due masse distanti si attraggano quando non c'è nulla tra di loro, nulla nella teoria di Newton spiega come può una massa anche solo sapere che l'altra massa è là. Scrivendo di Newton e i "Principia" qualche tempo dopo Huygens scrisse: "Stimo enormemente l'acutezza e sottigliezza di Newton, ma ritengo che siano state usate male nella maggior parte del suo lavoro, dove l'autore studia cose di poco conto o quando costruisce l'improbabile principio di attrazione".

Partì con molta tristezza verso i pensieri del suo isolamento scientifico in Olanda.

Negli anni finali della sua vita Huygens compose una delle prime discussioni sulla vita extraterrestre, pubblicate dopo la sua morte come "Cosmotheoros" (1698). Continuò a lavorare sul miglioramento delle lenti e su un orologio a molla e su nuovi orologi a pendolo.

Descrisse l'uguale temperamento a 31 toni nella "Lettre touchant le cycle harmonique". Questo portò indirettamente a una tradizione di musica a 31 toni nei Paesi Bassi in questo secolo.

Christiaan Huygens morì a L'Aia il giorno 8 luglio 1695, all'età di 66 anni.