mini|Christiaan Huygens, 1671 von Caspar Netscher gemalt rahmenlos|zentriert|klasse=notpageimage skin-invert-image|hochkant=0.8|Unterschrift Christiaan Huygens niederländischer Astronom, Mathematiker und Physiker mini|Christiaan Huygens, Porträt von Bernard Vaillant, ausgestellt im Huygensmuseum Hofwijck mini|Die Familienresidenz „Hofwijck“ in Voorburg Christiaan Huygens [] () (* 14. April 1629 in Den Haag; † 8. Juli 1695 ebenda), auch Christianus Hugenius, war ein niederländischer Astronom, Mathematiker und Physiker.
Huygens ist der Begründer der Wellentheorie des Lichts, formulierte in seinen Untersuchungen zum elastischen Stoß ein Relativitätsprinzip und konstruierte die ersten Pendeluhren. Mit von ihm verbesserten Teleskopen gelangen ihm wichtige astronomische Entdeckungen. Newton galt als Bewunderer des mathematischen Stils in Huygens’ mechanischen Hauptwerk Horologium oscillatorium (Über Pendeluhren), das ihm als Vorbild für sein eigenes Werk diente.
Leben und Wirken Leben Huygens war der zweite Sohn der fünf Kinder von Constantijn Huygens und dessen Frau Suzanna van Baerle. Sein älterer Bruder hieß wie sein Vater Constantijn Huygens.
Huygens wurde als Kind von seinem Vater unterrichtet. Vom Mai 1645 bis zum März 1647 studierte er Rechtswissenschaften und Mathematik an der Universität Leiden, wo er den Grad eines Magister artium erhielt. Mathematik hörte er dort bei Frans van Schooten. Anschließend studierte er von März 1647 bis August 1649 Rechtswissenschaften am Collegium Auriacum in Breda. 1649 begleitete er Heinrich Graf von Nassau-Siegen als Rechtsberater auf einer dreimonatigen Reise an den dänischen Hof.
Vom Juli bis September 1655 hielt Huygens sich in Paris auf. Dort traf er Pierre Gassendi, Gilles Personne de Roberval, Samuel de Sorbière und Ismael Boulliau. Außerdem nutzte er den Aufenthalt in Frankreich, um an der Universität Angers den Doktor beider Rechte zu erwerben.
Am 12. Oktober 1660 reiste Huygens erneut nach Paris. Diesmal begegnete er Blaise Pascal, Adrien Auzout und Gérard Desargues. Am 19. März 1661 reiste Huygens nach London weiter. Dort besuche er die Treffen am Gresham College und lernte Robert Moray, John Wallis und Henry Oldenburg kennen. Besonders beeindruckten ihn Robert Boyles Experimente mit seiner Luftpumpe (air pump). Am 27. Mai 1661 traf Huygens wieder in Den Haag ein.
1662 wurde ihm auf Vorschlag Jean-Baptiste Colberts von Ludwig XIV. ein Stipendium von 1200 Francs zuerkannt. Auf einer dritten Reise begleitete Huygens seinen Vater, der im Auftrag von Amalie zu Solms-Braunfels zu den Höfen von Paris und London unterwegs war. Er traf am 3. April 1663 in Paris ein und reiste am 7. Juni nach London weiter. Dort wurde Huygens in die neu gegründeten Royal Society gewählt. Am 1. Oktober waren er wieder in Paris. Über Calais reiste Huygens nach Hause zurück, wo er am 7. Juni 1664 eintraf.
Er gehörte 1666 zu den Gründungsmitgliedern der Académie des sciences. Als Mitglied der Akademie bezog Huygens ein jährliches Gehalt von 6000 Livre.Ernest Maindron: L’Académie des sciences. Histoire de l’Académie, fondation de l’Institut national, Bonaparte membre de l’Institut national. Félix Alcan, Paris 1888, S. 99 (online). Im April 1666 zog er nach Paris, wo er bis zum September 1681 lebte.
In den 1680er Jahren verschlechterte sich Huygens’ Gesundheitszustand, so dass er sein Familienhaus nicht mehr häufig verließ. In den letzten Jahren seines Lebens beschäftigte er sich mit Musiktheorie.
Wirken Mathematik Seine erste veröffentlichte Arbeit Theoremata de quadratura hyperboles, ellipsis et circuli (1651) befasste sich mit der Quadratur der Hyperbel, der Ellipse und des Kreises. Darin zeigte er einen Fehler in der Beweisführung von Grégoire de Saint-Vincent in dessen Opus geometricum zur Quadratur des Kreises auf. In De circuit magnitudine inventa (1654) beschäftigte er sich mit der Kreiszahl π (pi) und Logarithmen und leistete wichtige Vorarbeiten für die Infinitesimalrechnung, auf denen dann Leibniz und Newton aufbauen konnten.
1657 veröffentlichte er die erste Abhandlung über die Theorie des Würfelspiels (De rationciniis in ludo aleae), wodurch er heute als einer der Begründer der Wahrscheinlichkeitsrechnung gilt. Vorausgegangen waren Briefwechsel zwischen Blaise Pascal und Pierre de Fermat, über deren Inhalt Huygens, wie er behauptete, jedoch nichts bekannt war. Analysiert man die Lösungen der fünf am Ende seiner Abhandlung aufgeführten Probleme, muss man vermuten, dass er Pascals Vorstellungen wohl gekannt hat, nicht aber die kombinatorischen Wege von Fermat.F. Barth, R. Haller: Die ersten Lösungen der fünf Probleme des Christiaan Huygens, nacherzählt in moderner Sprache. Der Mathematikunterricht Heft 3/2008, S. 19–42.
Astronomie und Teleskope Zunehmend interessierte sich Huygens für Optik, Astronomie und Teleskope. Er hatte Kontakt zu Antoni van Leeuwenhoek, dem Entdecker der Mikroorganismen, und dem Philosophen Baruch de Spinoza, der mit Linsenschleifen seinen Lebensunterhalt bestritt. Kurzzeitig untersuchte auch Huygens kleine Objekte unter dem Mikroskop.
Er begann aber bald selbst, Linsen für Teleskope zu schleifen und konstruierte zusammen mit seinem Bruder Constantijn Huygens Junior sein erstes Fernrohr. Huygens entwickelte die Wellentheorie des Lichts, die es ihm ermöglichte, Linsen mit geringeren Abbildungsfehlern (Aberration) zu schleifen und so bessere Teleskope zu bauen; seine Entdeckungen bewirkten auch eine Steigerung der Bildschärfe bei der Camera obscura und der Laterna magica. Er formulierte als erster das nach ihm benannte Huygenssche Prinzip, das als Grundlage der Wellenoptik gilt. Wie manch anderer Physiker seiner Zeit entwickelte auch Huygens eine eigene Theorie zu einem Äther für Licht und Gravitation.
Huygens entdeckte mit seinem selbstgebauten Teleskop 1655 den Saturnmond Titan (De saturni lunâ, observatio nova, 1656). Außerdem erkannte er, dass das, was Galilei als Ohren des Saturns bezeichnet hatte, in Wirklichkeit die Saturnringe waren (Systema saturnium, 1659). Er fand heraus, dass diese Ringe keine Verbindung zum Planeten hatten und ihr geheimnisvolles Verschwinden alle 14 Jahre dadurch zustande kam, dass man sie dann genau von der Seite sah, sie aber zu dünn waren, um von der Erde aus noch wahrgenommen werden zu können. Viele Wissenschaftler schreiben Huygens Entdeckung nicht seinem fortschrittlichen Teleskop zu, sondern seinen mathematischen Fähigkeiten.
Weitere astronomische Leistungen Huygens’ waren die Entdeckung der Eigenrotation des Planeten Mars und die Berechnung dessen Rotationsperiode (Marstag) mit ungefähr 24 Stunden sowie die Auflösung der hellsten Region des Orionnebels als ausgedehnten leuchtenden Bereich. Diese wird ihm zu Ehren auch Huygenssche Region genannt. Er entdeckte ferner weitere Nebel und Doppelsternsysteme und äußerte die Vermutung, dass die Venus von einer dichten Wolkenhülle verhangen sei.
Mechanik, Pendeluhren und Exoplaneten Neben der Astronomie interessierte sich Huygens besonders für Mechanik. Seit seiner Jugend wurde er, durch die Vermittlung seines Vaters, von Marin Mersenne gefördert, der ihn an seinen damals neuen Aufgaben und Problemen teilhaben ließ. Huygens reformulierte die Stoßgesetze und befasste sich mit Fliehkräften. Beide Bereiche der Mechanik spielten in der damals vielbeachteten Cartesischen Physik eine grundlegende Rolle.
In der Anwendung des Trägheitsprinzips gelang es zuerst Huygens, den Betrag der wirkenden Fliehkraft auf eine rotierende, träge Masse durch mathematische Proportionen anzugeben. Dabei handelt es sich in moderner Zusammenfassung um das Zentrifugalgesetz , wobei m die Masse des Körpers, v die konstante Bahngeschwindigkeit auf seiner Kreisbahn von Radius r ist.Siehe dazu v. a. die Anmerkungen 18 bis 21 auf Seite 72 ff., von F. Hausdorff in den Nachgelassenen Abhandlungen (siehe Schriften, Postume Veröffentlichungen auf dieser Seite).
Über die Fallgesetze und die Energieerhaltung Was seine Behandlung der Mechanik betrifft, so besaß Huygens das Talent, ursprüngliche und intuitiv für richtig erkannte Ideen aus seiner frühen Schaffensphase in späteren gereiften Schriften mit mathematisch-deduktiver Strenge auszubauen. Einzelne mechanische Gesetze nach Galileo Galilei oder René Descartes konnte er auf diese Weise erweitern und korrigieren sowie durch eigene experimentelle Ergebnisse bestätigen, so etwa die Fallgesetze, die nunmehr mit infinitesimalen Größen behandelt werden, sowie Gesetze des inelastischen Stoßes. Er musste seine Grundsätze niemals verändern oder revidieren. Huygens zeigte keine Eile bei der Veröffentlichung seiner Schriften, viele blieben über Jahrzehnte und bis zu seinem Lebensende liegen.R. Dugas, A History of Mechanics. Englische Übersetzung J. Maddox des franz. Originals von 1955. (Dover), New York 1988. Darin Kapitel V (The Laws of Impact).
Von Huygens stammt auch die korrekte Ableitung der Gesetze des Elastischen Stoßes, wobei er von einem Relativitätsprinzip Gebrauch machte (siehe Galilei-Transformation) und die falsche Behandlung bei Descartes korrigierte.Das Relativitätsprinzip der Galilei-Huygensschen Dynamik wird detailliert behandelt in C. Vilain (1996), hier in der Literatur: Kap. 4 (S. 91―113) zu den Stoßgesetzen, sowie Kap. 5 (ab Seite 114) zu Huygens' Deduktion aus dem Relativitätsprinzip. Kurze Zusammenfassungen erschienen 1669 zuerst im Journal des sçavans (Regles du mouvement dans la rencontre des corps) und kurz darauf in den Philosophical Transactions (A summary account of the laws of motion). Das wohl um 1656 vollendete Manuskript erschien erst 1703 postum unter dem Titel De motu corporum ex percussione in den Opuscula posthuma. Huygens findet hierin erstmals eine Beweisführung für die Erhaltung der kinetischen Energie, in heutiger Schreibweise , bei vollkommen elastischen Stoßprozessen. Im Original untersuchte Huygens (wie schon seine Vorgänger) einfache Zweikörperstöße und formulierte seine Ergebnisse in einzeln bewiesenen Lehrsätzen, darunter auch den Energiesatz, der so lautet:
Im Beweisgang formuliert er entsprechend die Gültigkeit der Gleichung , wenn die zwei Massen (in seinen Versuchen sind es massive Kugeln) bezeichnen und bzw. ihre jeweiligen Geschwindigkeiten vor bzw. nach dem Stoß.Tatsächlich wählt Huygens geometrische Größenverhältnisse anstelle von Geschwindigkeits- und Massentermen. Diese Fassung entspricht der Rekonstruktion aus I. Szábo, Geschichte der mechanischen Prinzipien. (Birkhäuser) Basel, Boston, Berlin 1977: S. 453 (Abschnitt Die Stoßtheorie von Christiaan Huygens).
Pendeluhren Seine Untersuchungen von Schwingungen und Pendelbewegungen konnte er zum Bau von Pendeluhren nutzen. Schon Galilei hatte eine solche entworfen, aber nicht gebaut. Huygens konnte seine Uhr hingegen zum Patent anmelden. Die in seinem Auftrag von Salomon Coster gebauten Uhren wiesen eine Ganggenauigkeit von zehn Sekunden pro Tag auf, eine Präzision, die erst hundert Jahre danach überboten werden konnte. Später konstruierte er auch Taschenuhren mit Spiralfedern und Unruh.
Huygens veröffentlichte 1673 in seiner Abhandlung Horologium Oscillatorium eine ganggenaue Pendeluhr mit einem Zykloidenpendel, bei dem er sich die Tatsache zunutze machte, dass die Evolute der Zykloide selber wieder eine Zykloide ist. Der Vorteil in der Ganggenauigkeit wird jedoch durch den Nachteil der erhöhten Reibung wieder ausgeglichen.
Kosmologische Überlegungen In seiner letzten wissenschaftlichen Abhandlung Cosmotheoros (1698) formulierte Huygens den Gedanken, dass es noch viele andere Sonnen und Exoplaneten im Universum geben könnte, und spekulierte wie andere vor ihm über außerirdisches Leben.Philip Ball: Curiosity: How Science Became Interested in Everything. University of Chicago Press, Chicago / London 2012, S. 252–254.
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