克里斯蒂安·惠更斯有著怎樣的成就?具體表現(xiàn)在哪些方面
總括
惠更斯處于富裕寬松的家庭和社會條件中,沒受過宗教的干擾,能比較自由地發(fā)揮自己的才能.他善于把科學實踐與理論研究結合起來,透徹地解決某些重要問題,形成了理論與實驗結合的工作方法與明確的物理思想,他留給人們的科學論文與著作68種,《全集》有22卷,在碰撞、鐘擺、離心力和光的波動說、光學儀器等多方面作出了貢獻。
數(shù)學方面
惠更斯曾首先集中精力研究數(shù)學問題,如懸鏈線(他發(fā)現(xiàn)懸鏈線既擺線與拋物線的區(qū)別)、曳物線、對數(shù)螺線等都進行過研究,還在概率論和微積分方面有所成就。
1657年發(fā)表的《論賭博中的計算》,就是一篇關于概率論的科學論文(他是概率論的創(chuàng)始人),顯示了他在數(shù)學上的造詣。從1651年起,對于圓、二次曲線、復雜曲線、懸鏈線、概率問題等發(fā)表了一些論著,他還研究了浮體和求各種形狀物體的重心等問題。
光學方面
惠更斯原理是近代光學的一個重要基本理論。但它雖然可以預料光的衍射現(xiàn)象的存在,卻不能對這些現(xiàn)象作出解釋 ,也就是它可以確定光波的傳播方向,而不能確定沿不同方向傳播的振動的振幅。因此,惠更斯原理是人類對光學現(xiàn)象的一個近似的認識。直到后來,菲涅耳對惠更斯的光學理論作了發(fā)展和補充,創(chuàng)立了“惠更斯--菲涅耳原理”,才較好地解釋了衍射現(xiàn)象,完成了光的波動說的全部理論。
惠更斯在1678年給巴黎科學院的信和1690年發(fā)表的《光論》一書中都闡述了他的光波動原理,即惠更斯原理.惠更斯原理認為:對于任何一種波,從波源發(fā)射的子波中,其波面上的任何一點都可以作為子波的波源,各個子波波源波面的包洛面就是下一個新的波面。 他認為每個發(fā)光體的微粒把脈沖傳給鄰近一種彌漫媒質(“以太”)微粒,每個受激微粒都變成一個球形子波的中心.他從彈性碰撞理論出發(fā),認為這樣一群微粒雖然本身并不前進,但能同時傳播向四面八方行進的脈沖,因而光束彼此交*而不相互影響,并在此基礎上用作圖法解釋了光的反射、折射等現(xiàn)象《光論》中最精彩部分是對雙折射提出的模型,用球和橢球方式傳播來解釋尋常光和非常光所產生的奇異現(xiàn)象,書中有幾十幅復雜的幾何圖,足以看出他的數(shù)學功底。
另外惠更斯在巴黎工作期間曾致力于光學的研究。1678年,他在法國科學院的一次演講中公開反對了牛頓的光的微粒說。他說,如果光是微粒性的,那么光在交叉時就會因發(fā)生碰撞而改變方向??僧敃r人們并沒有發(fā)現(xiàn)這現(xiàn)象,而且利用微粒說解釋折射現(xiàn)象,將得到與實際相矛盾的結果。因此,惠更斯在1690年出版的《光論》一書中正式提出了光的波動說,建立了著名的惠更斯原理。在此原理基礎上,他推倒出了光的反射和折射定律,圓滿的解釋了光速在光密介質中減小的原因,同時還解釋了光進入冰洲石所產生的雙折射現(xiàn)象,認為這是由于冰洲石分子微粒為橢圓形所致。
天文學方面
惠更斯在天文學方面有著很大的貢獻。他設計制造的光學和天文儀器精巧超群,如磨制了透鏡,改進了望遠鏡(用它發(fā)現(xiàn)了土星光環(huán)等)與顯微鏡,惠更斯目鏡至今仍然采用,還有幾一十米長的“空中望遠鏡”(無管、長焦距、可消色差)、展示星空的“行星機器”(即今天文館雛型)等.
他把大量的精力放在了研制和改進光學儀器上。當惠更斯還在荷蘭的時候,就曾和他的哥哥一起以前所未有的精度成功地設計和磨制出了望遠鏡的透鏡,進而改良了開普勒的望遠鏡?;莞估米约貉兄频耐h鏡進行了大量的天文觀測。因此,他得到的報酬是解開了一個由來已久的天文學之謎。伽利略曾通過望遠鏡觀察過土星,他發(fā)現(xiàn)了“土星有耳朵”,后來又發(fā)現(xiàn)了土星的“耳朵”消失了。伽利略以后的科學家對此問題也進行過研究,但都未得要領?!巴列枪脂F(xiàn)象”成為了天文學上的一個謎。當惠更斯將自己改良的望遠鏡對準這顆行星時,他發(fā)現(xiàn)了在土星的旁邊有一個薄而平的圓環(huán),而且它很傾向地球公轉的軌道平面。伽利略發(fā)現(xiàn)的“土星耳朵”消失,是由于土星的環(huán)有時候看上去呈現(xiàn)線狀。以后惠更斯又發(fā)現(xiàn)了土星的衛(wèi)星--土衛(wèi)六,并且還觀測到了獵戶座星云、火星極冠等。
力學方面
惠更斯是創(chuàng)建經典力學的先驅。在力學方面的研究,惠更斯是以伽利略所創(chuàng)建的基礎為出發(fā)點的。他在研究擺中闡明了許多動力學概念和規(guī)律(包括擺的運動方程,離心力、擺動中心、轉動慣量的概念),用擺測量重力加速度,指出物體在地球赤道處受到的離心力是重量的1/289,著有《關于鐘擺的運動》(1673)。他同J.沃利斯(1616~1703)和C.雷恩(1632~1723)在同一時期發(fā)現(xiàn)彈性體的碰撞規(guī)律。
在1668~1669年英國皇家學會碰撞問題征文懸賞中,他是得獎者之一。他詳盡地研究了完全彈性碰撞問題(當時叫“對心碰撞”)。死后綜合發(fā)表于《論物體的碰撞運動》(1703)中,包括5個假設和13個命題。他糾正了笛卡兒不考慮動量方向性的錯誤,并首次提出完全彈性碰撞前后的守恒。他還研究了岸上與船上兩個人手中小球的碰撞情況并把相對性原理應用于碰撞現(xiàn)象的研究。大約在1669年,惠更斯就已經提出解決了碰撞問題的一個法則——“活力”守恒原理,它成為能量守恒的先驅。
惠更斯從實踐和理論上研究了鐘擺及其理論。提出著名的單擺周期公式。在研究擺的重心升降問題時,惠更斯發(fā)現(xiàn)了物體系的重心與后來歐勒稱之為轉動慣量的量,還引入了反饋裝置——“反饋”這一物理思想今天更顯得意義重大。設計了船用鐘和手表平衡發(fā)條,大大縮小了鐘表的尺寸。他還用擺求出重力加速度的準確值,并建議用秒擺的長度作為自然長度標準。
惠更斯還提出了他的離心力定理,他還研究了圓周運動、擺、物體系轉動時的離心力以及泥球和地球轉動時變扁的問題等等。這些研究對于后來萬有引力定律的建立起了促進作用。他提出過許多既有趣又有啟發(fā)性的離心力問題?;莞乖谒摹稊[鐘論》中還給出了他關于所謂的“離心力”的基本命題。他提出:一個作圓周運動的物體具有飛離中心的傾向,它向中心施加的離心力與速度的平方成正比,與運動半徑成反比。這也是他對有關的伽利略擺動學說的擴充。
后來,惠更斯和胡克還各自發(fā)現(xiàn)了螺旋式彈簧絲的振蕩等時性,這為近代游絲懷表和手表的發(fā)明創(chuàng)造了條件。
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