12.2.3. Физические и технические задачи

Начиная с 1660 года, Х. Гюйгенс, став признанным и широко известным европейским учёным, начинает регулярные поездки по Европе, встречаясь и общаясь со знаменитыми коллегами, а также с представителями царствующих династий. Большое впечатление на молодого учёного произвели опыты английского экспериментатора Бойля и его ассистента Р.Гука по изучению атмосферного давления. Эта проблема после опытов Торричелли по обнаружению «торричеллиевой пустоты» живо интересовала европейцев, и её решение завершилось знаменитыми публичными опытами Магдебургского бургомистра Герике. Заинтересовавшись опытами Бойля и Герике, Гюйгенс решил их продолжить и, вернувшись на родину, занялся разработкой воздушного насоса для экспериментов с пустотой. Эти разработки очень пригодились Гюйгенсу, когда он в 1671 году познакомился в Париже с молодым инженером Дени Папеном (1647–1712), и начал совместно с ним конструировать пневматические машины. Папен – 23-й ребенок в протестантской семье (г. Голуа) закончил Антерский университет по медицине, причем еще студентом увлекся методом консервации различныцх (фруктов,трупов мертвых животных и.т.д.). Ему, в частности, удалось сохранить в вакуумной камере яблоко в течении 5 месяцев! Встреча с Гюйгенсом резко расширила круг его интересов,приобщив его к механике машин и вакуумных насосов.

Постепенно от первоначальной цели (изготовление насосов для нагнетания и откачки воздуха и воды) коллеги перешли к разработке нового типа двигателя, основанного на идее Гюйгенса по использованию взрывного давления пороховых газов внутри цилиндров с подвижным поршнем. По расчётам Гюйгенса, подобная пороховая машина (фактически это был прообраз будущих двигателей внутреннего сгорания) могла бы поднимать достаточно большой груз, однако авторы вскоре убедились в её крайне малой надёжности и даже опасности. Тем не менее, Папен продолжил реализацию идей Гюйгенса, обнаружив зависимость температуры кипения воды от давления пара и перейдя на использование давления водяного пара вместо давления пороховых газов. Так началась славная и долгая история разработки паровых двигателей, а Папен стал признанным изобретателем парового котла. Спустя 60 лет этот котел стал центральным элементом паровой машины английского изобретателя Дж. Уатнга. Эта машина стала основным рычагом промышленной революции XIX в, а Папен остался в истории изобретателем автоклава, кастрюли –скороварки и многих других вспомогательных устройств. Тем не менее в 1680 он был избран членом ЛКО, а в 1880 г. ему был установлен памятник на его родине Блуа.

Ещё одна проблема, заинтересовавшая Гюйгенса во время его путешествия по научным центрам Европы, была связана с его любимым детищем – оптикой. Отдавая дань своим юношеским увлечениям, он совместно с братом Константином конструирует в 1662 году машину для шлифования линз, посредством которой строит свой последний 60-футовый телескоп. И здесь он уже сосредоточивает внимание не столько на качестве оптических линз, сколько на законах прохождения через них световых пучков. При этом он, как и прежде, при анализе механики ударных взаимодействий, почувствовал внутреннюю неудовлетворённость результатами Декарта в теории преломления света. Более правдоподобной ему показалась теория Ферма, в которой скорость света в более оптически плотной среде меньше, чем в менее плотной (Декарт полагал обратное).

Занявшись теорией света, Гюйгенс взял за основу гипотезу о конечности его скорости в эфире, заполняющем всё пространство и обладающем некоторой упругостью. Полагая, что каждая точка светящегося тела порождает свои волны, которые расходятся во все стороны в виде расширяющейся сферы, Гюйгенс постулировал тот принцип, что аналогичные элементарные волны образуются и в каждой точке пространства, которую достигает первичная волна. В качестве основной цели своих построений он выбрал объяснение двух фундаментальных экспериментальных фактов: прямолинейность распространения световых лучей в однородной среде и их преломление в среде неоднородной. И оказалось, что его гипотеза о суперпозиции элементарных волн успешно справляется с этими фактами, а также объясняет и разнообразные факты отражения света. Триумфом волновой теории и «принципа Гюйгенса» стало объяснение двойного лучепреломление света в кристаллах исландского шпата, открытое в 1669 году датским учёным Э. Бартолином. Формулировка и обоснование «принципа Гюйгенса» были подытожены в его второй знаменитой книге «Трактат о свете», вышедшей в 1690 году и ставшей краеугольным камнем будущей физической волновой оптики, продолженной работами Т. Юнга, Френеля, Пуассона, Кирхгофа и др.

Стоит упомянуть и о попытке Гюйгенса разобраться в проблеме гравитации, которая в XVII веке весьма волновала европейских ученых и философов. Особенно большое внимание ей уделял Р. Декарт, разработавший «вихревую» гипотезу силы тяготения (см. п. 11.3.2), которая была весьма популярной среди «континентальных» ученых и, кроме того, служила основой картезианской философии. Гюйгенс, помня свои давние связи с Декартом, также не прошел мимо этой гипотезы и даже предпринял ряд экспериментов по ее проверке. Следуя Декарту, он провел ряд опытов по движению предметов, помещенных во вращающийся цилиндрический сосуд с жидкостью. Из них он заключил, что образующиеся вихревые потоки действительно могут играть роль центральных сил, однако их количественную оценку ему получить не удалось. Когда же появилась ньютоновская теория тяготения (1686 г.), Гюйгенс воспринял ее весьма скептически, т.к. не мог принять заложенного в нее принципа дальнодействия.