克里斯蒂安·惠更斯

克里斯蒂安·惠更斯于 1629 年 4 月 14 日诞生在海牙，父亲康斯坦丁·惠更斯是个杰出的诗人和外交家。他曾在莱顿和布雷达读书，很早就开始对数学，应用力学，天文学和光学作出宝贵的贡献。他游历过许多地方，多次到过英国。他是皇家学会会员；并于 1666 年应邀到巴黎，成为新成立的巴黎科

学院的院士，在那里一直居留到 1685 年①，其间只偶而离开过几次。由于那

一年废除了南特敕令②，他不得不返回荷兰，继续进行研究，直到 1695 年 6

月 8 日去世。惠更斯学术通信非常广泛，书信在正在编制的他的全集中占了十卷之多。牛顿对这位同时代的天才赞不绝口，称他为 Summus Hugenius〔德高望重的惠更斯〕，他从惠更斯的著作中曾得到不少启示。而惠更斯在读到牛顿的《原理》时，虽然年届六旬，但立即就洞悉了这书的要旨。

我们前面已经提到过惠更斯对天文学的某些最重大的贡献，即他成功地应用摆来调节时钟，以及对望远镜作了某些改良。这些改进又使他得以作出了好几项有趣的新发现。

当惠更斯还在荷兰的时候，就曾和他的哥哥一起以前所未有的精度成功地设计和磨制出了望远镜透镜；他因此而得到的报酬(163)是解开了一个由来已久的天文学之谜。伽利略在 1610 年通过他的望远镜观察到土星，发现它有两个奇怪的附属物。他发现，它们随着时间的推移而模糊地变化着，并且有时消失掉。自那以后，不少天文学家对这些附属物进行研究，但仍不得要领， 只是海维尔指出，它们的变化是周期性的。当 1655 年把他的改良的望远镜对准这颗行星时，惠更斯立刻发现，土星的奇怪外观是因为它为一个薄薄的平面圆环所包围，圆环与其黄道相倾斜（见图 102）。

同年，他发现了这颗行星的众多卫星中的第一颗。起初，他用字谜形式宣布这些发现；但没过几年在从诸多方面对这颗行星进行了研究之后，他发表了《上星系》（Systema Saturnium）（1659 年），书中描述了他的发现， 确定了光环的位置，并解释了它忽隐忽现这种现象。在这些观察过程中，惠更斯采用了一种测微计，关于这种仪器我们下面在谈到他在巴黎天文台的同事时再来介绍。他还发明了以他命名的望远镜目镜，它由两个凸透镜组成， 它们的焦距和间隔距离是精心选定的，把图像的缺陷减小到最低限度。

在《摆钟论》（Horologium Osciliatoriunj）中所载的重要的天文学成果中，有大家熟知的联结单摆的振动周期与其摆长和重力(164)加速度的公式；和它具有同等重要意义的是牛顿独立获得的一项成果，即为了使物体保持匀速圆周运动所必需的向心力的表达式。惠更斯在巴黎时测定了振动周期

为一秒的单摆的摆长，并用他的单摆公式推算出重力加速度 g 的值，比直接测量这个量所能得到的值更精确。他对于 g/2 得出自由落体从静止开始在一秒钟时下落的距离的近似值为 15 英尺 1 英寸（巴黎制）；他建议用秒摆的摆长作为长度单位，但没有成功。惠更斯对旋转物体的研究使他预言了地球是扁乎的以及重力随纬度降低而减小，这些后来都得到证实。

图 102—土星的光环

除了从秒摆的摆长来精确估算自由落体的重力加速度而外，惠更斯还进一步试图对重力作力学解释，象他对光做的解释那样。他关于这个问题的理论见于 1690 年发表的他的《论重力的原因》（Discours de la cause de la pesanteur），它是对他的光学论文的补充。惠更斯的观点认为，不应把重力看作是物体的一种属性或倾向，而应当象对待任何其他自然过程一样，也用运动来解释。笛卡尔曾设想重力是由于包围地球的物质涡旋的运动引起的。惠更斯承认他的假说与笛卡尔的观点密切相关。惠更斯说，重力的作用非常神秘，以致感官无从发现它的本质。他指出，以往把重力的作用说成是物体的固有性质，而这等于只是引入了一些含混的本性，而没有解释其原因。而笛卡尔认识到，对物理过程应该诉诸不超越我们理解力的概念。正如笛卡尔一样，惠更斯也认为，这种概念是关于没有属性的物质及其运动的概念。

图 103—克里斯蒂安·惠更新

惠更斯是从下述实验出发来进行这些探索的。他在一个圆柱形容器的底部盖上一层固体物质的碎块（例如封蜡）。然后他注入水，再利用一个可旋转的抬使这容器绕其轴旋转，于是封蜡都向外移动到容器边沿。当转抬和容器突然停止运动时，水仍转动一些时候，但可以观察到，封蜡碎片由于同容器底部接触而受阻碍，因而沿螺旋形路径趋向中心。惠更斯设想，正象水在容器中旋转一样，必定有一种以大也在环绕地球旋转，而且必须认为它的流动性(165)远比水大。如这实验所示，处在这种以太之中的任何肉眼可见的物体都不会具有以太的高速运动，而是被推向这个运动的中心。因此，重力就是“围绕地心环行的以太的作用，以太力图离开地心，并迫使那些不具有它的运动的物体占居它的位置。惠更斯甚至于大胆估算出以太这种环行的必然速度。后来给重力提供力学解释的一些尝试归根结蒂都是以惠更斯在这里所发展的概念为基础的。

惠更斯的光的波动理论在天文学上有许多应用，我们将在后面论述。