David Laserna - Гюйгенс Волновая теория света. В погоне за лучом

Пер. с итал. — М.: Де Агостини, 2015. — 168 с.

Еженедельное издание

ISSN 2409-0069

© David Blanco Laserna, 2013 (текст)

© RBA Collecionables S.A., 2013

© ООО «Де Агостини», 2014-2015

Если на долю каждой нации должен выпасть золотой век, то для Нидерландов таким периодом стало XVII столетие, причем золота в это время голландцам досталось гораздо больше, чем жителям других государств. На крошечной граничащей с морем территории наблюдалась такая концентрация блестящих умов, что она опровергала все законы статистики. Нидерландцы преуспевали в самых разных искусствах и ремеслах, от живописи до оружейного дела, от торговли до навигации, от строительства до литературы и науки. Большинство из них обладало природным любопытством, которое помогало прокладывать мостики от одного вида деятельности к другому, как будто жители страны и в самом деле ощущали себя частью грандиозного совместного проекта.

Философ Барух Спиноза шлифовал линзы для телескопов и микроскопов. Считается, что Антони ван Левенгук, один из основоположников научной микроскопии, был моделью для картин Яна Вермеера «Географ» и «Астроном», а также продемонстрировал художнику возможности камеры-обскуры. Инженер Симон Стевин писал о политике, а государственный деятель Ян де Витт был еще и математиком. Все они смогли раскрыть свои таланты благодаря религиозной терпимости, которая распространялась на знаменитых иностранцев, ставших жертвами цензуры на родине, — таких как Декарт. В Нидерландах печаталось чуть меньше четверти всех книг, издаваемых в Европе.

В этот прекрасный период весь мир, казалось, вращался вокруг Амстердама, Гааги и Делфта, однако Христиан Гюйгенс много лет провел вдалеке от родины — преимущественно в Париже. С ранних лет его учили, как вести себя на большой сцене, которой является весь мир, и в конце концов он затмил на ней своего отца, хотя тот тоже был звездой первой величины. Константин Гюйгенс стал воплощением идеального придворного, о котором мечтал Бальдассаре Кастильоне[ 1Итальянский писатель, автор трактата «О придворном». — Примеч. ред. ]. Это был полиглот, музыкант, одаренный поэт и преданный дипломат при дворе принцев Оранских; с одной стороны, его преданность опиралась на чувство долга Константина, а с другой — была надежным источником дохода. Пытливый ум Константина не делал различий между точными и гуманитарными науками. В своей библиотеке в Гааге он собрал около 3 тысяч томов, десятая часть которых была посвящена физике и математике. Благодаря разностороннему образованию Константин Гюйгенс и в зрелом возрасте был жаден до любых знаний — это качество он передал и своему сыну Христиану. Стремление последнего к непознанному способствовало также завязыванию интереснейших контактов, и в полном собрании сочинений Христиана Гюйгенса почти половину всех томов занимает переписка. Гюйгенс-младший совершенно не походил на смиренного мудреца, в одиночестве корпящего над трактатами. Напротив, он общался с самыми выдающимися представителями научного сообщества, обсуждал свои идеи с Исааком Ньютоном, Готфридом Лейбницем, Робертом Бойлем, Мареном Мерсенном, маркизом Лопиталем, Робертом Гуком и Антони ван Левенгуком. Разветвленная сеть личных контактов, развитие средств коммуникации, появление первых научных журналов и организаций, таких как Лондонское королевское общество и Французская академия наук, которую ученый некоторое время возглавлял, позволяли ему всегда быть в курсе последних открытий.

Решающая научная битва произошла в небесной сфере, и главным ее оружием был телескоп. Первые заслуги Гюйгенса связаны с продолжением дела Галилея и решением задач, возникших в результате наблюдений за Сатурном. В самых простых изображениях звездного неба мы видим три символа: окружности, обозначающие спутники или планеты, многоугольники с разным количеством углов — звезды, и круги вокруг кольца. Этот последний символ появился позже остальных и был введен именно Гюйгенсом в 1656 году. Разрешение его телескопа не позволяло различить кольца Сатурна, и заслуга ученого состоит в том, что он смог эти кольца представить, ведомый лишь собственным опытом и знаниями. Также Гюйгенс открыл первый спутник этой планеты, Титан, и с удивительной точностью установил масштаб Солнечной системы. Его открытия были плодом длительных теоретических изысканий. Гюйгенс изучал небо при помощи своих телескопов, но прежде чем сконструировать приборы, он сформулировал законы геометрической оптики, определяющие траекторию лучей света, проходящих через ряд линз. Эта теоретическая основа помогла ученому максимально использовать возможности инструмента. Он разработал составные линзы, корректировавшие сферическую аберрацию, и микрометр, превращавший телескоп в измерительный инструмент. В 1660-х годах к Гюйгенсу пришло понимание, что его знания о такой материи, как свет, на первый взгляд довольно глубокие, на самом деле оставались поверхностными и описательными. Тогда ученый начал исследовать природу этого явления. Его подход открыл дорогу весьма смелой теории, которая сегодня считается зачатком волновой модели света и на основе которой смогли оформиться более сложные концепции Френеля, Юнга и Максвелла. Гюйгенс считал, что свет — это волна, которая расходится кругами (на самом деле сферическими волнами). Возбуждение частиц света передается глазу наблюдателя посредством длинной цепи столкновений между частицами материи. Так называемый принцип Гюйгенса стал примером тонкого математического подхода к физическим явлениям и использовался в качестве теоретической основы для понимания загадочного поведения исландского шпата. Эта разновидность прозрачного кальцита, обнаруженная в рудниках Хельгустадира, демонстрирует феномен двойного лучепреломления: проходя через минерал, луч света раздваивается.

Хотя исследования Сатурна и света обеспечили ученому долгую славу, больше всего сам Гюйгенс гордился созданием маятниковых часов. Об этом приборе начинал задумываться еще Галилей, но ему не удалось сконструировать достаточно надежный механизм. Гюйгенс рассмотрел вопрос со всех точек зрения; он не ограничился чисто механическим подходом, а провел настоящие инновационные исследования в области физики и математики.

Часто этого ученого называют последователем Декарта, но сам он не приветствовал бы такое сравнение. Если бы Гюйгенс мог выбирать учителей, то предпочел бы Галилея или Архимеда. Декарт строил великолепные обобщенные системы, но обращал мало внимания на детали, которые так привлекали Гюйгенса.