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探索宇宙奧秘的惠更斯
惠更斯的父親是荷蘭政府的一名要員。一次惠更斯從父親那裡得到了一本數學人門的書,很快他就對數學發生了興趣。16歲時,惠更斯進人荷蘭著名的萊頓大學學習法律。不過他仍對數學有著極大的興趣。倘若他不為天文學和物理學所吸引,很可能在數學方面會取得巨大的成就。譬如,在1657年,他發表了一本有關概率的書,這是第一本有關這個專題的著作,書中運用概率計算了平均壽命。
惠更斯繼續鑽研數學,研究出平面曲線求積法等,充分地顯示了他的數學才華。他還和哥哥一同改進瞭望遠鏡,研究製作高性能透鏡的方法,並於1655年用研磨透鏡的新方法,製成了新式望遠鏡。
惠更斯使用這種新式高性能的望遠鏡觀測天體,對伽利略提出的土星是由3個球體組成的提法加以訂正。伽利略在對土星觀側後曾寫道,土星是由3個球體組成的,兩側是小球,正中間的球是兩側球的3倍左右。惠更斯明確指出,土星不是由3個星球組成的,而是被懸掛在宇宙的一個與它不相接觸的細光環所環繞。
1695年,他用暗語公布了他的發現,以便通過進一步的觀察證實他的正確時好保護優先權。後來,卡西尼又有所補充—這個光環是雙的。
同時,惠更斯還發現了圍繞土星旋轉的最大衛星。在較長的一段時間裡,他跟蹤了這顆衛星「巨星」,並發現它圍繞土星轉一周需要16天。惠更斯發現的這顆衛星是人們用眼睛看到的第一顆衛星。他還在第二年又觀測到了獵戶星座。
從惠更斯的以上成就來看,他是一位天文學家。但他還為人類的計時做出了重大貢獻。
為了觀測天文,研究天體運動,這就需要計測準確的時間。在時間測量上,惠更斯做出了最偉大的成就。
古人用來計時的最好儀器是特西比烏斯的滴漏,但是,這種儀器僅對計算小時或刻(1/4小時)一類的較大時間間隔才精確。中世紀晚期研製了機械鐘,它不是通過緩慢上升的水,而是通過緩慢下落的重物來使指針表示時間。不使用水就使計時儀器更加耐用而較少需要維護,因而更適合安裝在教堂鐘樓裡:不過其精確度卻與滴漏不相上下。
作為鐘錶,從11世紀前後就出現了帶有錘的齒輪鍾。到了16世紀中葉,出現了打點報時的家庭用鍾,小型懷表也是這個時候出現的。這種懷表當時這們稱為「紐倫堡的雞蛋」,是十分有名的。但那時的鐘表很不準確。
真正需要的是某種保持恆定的周期性運動的裝置,用來控制鍾齒的運動。直到伽利略發現了振子(鐘擺)的等時性,這種運動才被人們所知。伽利略也認識到了將鐘擺連接到鍾齒上的可能性,而且在其晚年還設計出了這種鐘的圖紙。但是沒能實現。
1656年,即伽利略死後10多年,惠更斯將這個可能性變成了現實。他指出,鐘擺並不嚴格地以相等的時間擺動,除非它的擺動狀態略為脫離圓弧路線。他設計了鐘擺支點附件,使鐘擺以合適的弧線擺動,然後把這樣的擺裝到鐘的機件上,並利用下垂重物,將能量傳給鐘擺,並使它不致因摩擦和空氣阻力而停止擺動。
1657年惠更斯將第一個「有擺落地大座鐘」呈獻給荷蘭政府,它標誌著精確的計時時代已經開始。如果沒有這一發明,很難設想物理學怎樣更進一步地發展。1658年,惠更斯寫了(鐘錶》一書,書中說明了這種鐘的力學結構等問題。
惠更斯的振子鍾,於1657年取得了荷蘭政府的專利。因此,惠更斯的名字也就家喻戶曉了。在他剛滿30歲的時候,他的名字就傳遍了整個歐洲。
1666年,法國國王路易十四的大臣科爾貝爾創立法蘭西科學院時,考慮的第一件事情就是要聘請這位荷蘭學者。惠更斯欣然接受了這一邀請,成了這個科學院的會員。從那時起的15年時間裡,惠更斯在法國巴黎從事研究工作,直到1681年才回到荷蘭。