Гюйгенс. Волновая теория света

Чтобы закончить краткое описание вклада Гюйгенса в науку, вернемся на 40 лет назад и рассмотрим одну из его первых работ, в которой особенно хорошо заметен его изящный стиль. Христиану было тогда 23 года, и ни время, ни шлифование линз, ни свет еще не захватили его внимание. Несмотря на молодой возраст, к тому времени он уже успел зарекомендовать себя как одаренный последователь Архимеда, сделав анализ стабильности тел в воде, и прославился математической виртуозностью своих квадратур. Гюйгенс впервые громко опроверг теорию Декарта, в частности его законы об упругом столкновении тел (вскоре за Христианом последуют и другие ученые). Первые важные результаты Гюйгенс получил в 1652 году, но не стал публиковать их, намереваясь завершить более амбициозный проект, которым с перерывами занимался на протяжении нескольких лет. В 1656 году он начал писать трактат, который обрел законченный вид в 1667 году (De motu corporum ex percussione — «О движении тел под влиянием удара») и был издан после смерти исследователя. Он поторопился обнародовать часть результатов даже без доказательств и сделал это в 1669 году сначала в Journal des Savants, а затем в Philosophical Transactions — после того как узнал, что Джон Валлис и Кристофер Рен в январе издали статью на ту же тему. Как часто это бывало с Гюйгенсом, его открытия, долго пролежав в столе, начинали устаревать.

Декарт сформулировал свои законы о столкновении в «Началах философии» в 1644 году. «Начала» были одной из основ его представлений о механике, по которым различные физические взаимодействия, такие как сила тяжести, свет или магнетизм, сводились к столкновению частиц эфира. Французский философ, будучи автором обширной системы, способной объяснить устройство мироздания, имел четкое представление о том, как должна вести себя природа. Если же результаты экспериментов противоречили этому представлению, он просто игнорировал такую дерзость:

«Доказательства всего этого настолько точны, что даже если опыт, как нам кажется, показывает обратное, мы тем не менее обязаны больше доверять нашему уму, нежели органам чувств».

Такой подход был скорее в духе последователей Аристотеля, с которыми Декарт сражался, и не очень вписывался в то, что мы называем наукой. В результате природа, описываемая Декартом, выглядела немного фантастично, из-за чего Лейбниц назвал «Начала» «красивым романом о физике». В книге описываются восемь правил, объясняющих механизм столкновений и описывающих удивительные явления. Согласно одному из них, когда тело сталкивается с другим, более крупным, в состоянии покоя, то подпрыгивает на своей же скорости, не сдвигая более крупное ни на один сантиметр. Если бы это было правдой, то взрослые не падали бы, когда в них на всей скорости врезаются бегущие дети.

Скорее всего, Гюйгенс читал «Начала», изумленно вздымая бровь. В январе 1652 года он выразил свои сомнения Герарду ван Гутсховену из Лёвена. Затем он выждал еще девять месяцев, чтобы окончательно утвердиться в своей правоте, и написал своему учителю ван Схотену, профессору Лейденского университета и одному из главных сторонников Декарта. Учитель посоветовал Христиану не терять времени на подобную ересь, но юноша упорствовал:

«Если все правила Декарта, за исключением первого, не ошибочны, значит, я не в состоянии больше отличить правду от лжи».

Разумеется, Гюйгенс прекрасно видел разницу. Он не стал слушать ван Схотена, а последовал совету своего первого учителя, Яна Стампиоэна, и попытался прийти к собственным выводам, не позволяя другим влиять на себя. В его подходе сочеталось влияние античных и современных ученых. Античных — потому что Гюйгенс пользовался физикой, еще не обновленной Ньютоном, а современных — потому что большая часть его аргументации вращается вокруг симметрии, что было типично для физики того времени. Гюйгенс взял за основу своего анализа принцип, описанный Галилеем в его знаменитых «Беседах» в 1638 году. Тогда ученый заметил, что человек, сидящий в трюме корабля и проводящий механические эксперименты, не мог сказать, стоит судно на месте или же движется с постоянной скоростью. Действительно, если корабль не ускоряется, то его передвижение не влияет на динамику предметов, находящихся в трюме. В своем исследовании столкновений Гюйгенс постоянно меняет перспективу, но поскольку все они взаимодействуют друг с другом на постоянных скоростях, сущность исследуемого взаимодействия не меняется. Инстинкт подсказал ученому, что в столкновении важнее относительная скорость между телами — та, на которой каждый понимает, что приближается к другому, вне зависимости от позиции наблюдателя.