Как просто любопытство отца превратилось в природу в Золотой век Нидерландов в сфокусированное научное исследование сына

В 1650-х годах восхищенный голландский дипломат Константин Гюйгенс часто оказывался у него на руках. Он был верным секретарем последовательных принцей в доме Оранжевого, правящей династии в северных Нидерландах во время восьмидесятилетней войны с Испанией, и был посвящен как Яковом I Англии, так и Людовиком XIII Франции.

Теперь, когда голландцы приступили к экспериментальному периоду республиканского правительства, его дипломатические службы больше не были необходимы. Поэтому он поставил свою неустанную ручку и повернулся к книгам. В сентябре 1653 года ему довелось прочитать стихи и фантазии, недавно опубликованную сборник англичанки Маргарет Кавендиш, герцогиня Ньюкасл, верный роялист, который стремился избежать преследований Содружества Оливера Кромвеля, поселившись в городе Антверпен.

Среди своих стихов и диалогов в книге Кавендиша был представлен ряд ее непроверенных научных идей, в том числе 50-страничная экспозиция стихов ее атомной теории. Ее «экстравагантные атомы не давали мне спать большую часть прошлой ночи», — написал Гюйгенс общему другу. Несколько лет спустя, в марте 1657 года, 60-летняя Гюйгенс инициировала переписку с Кавендишем, задаваясь вопросом, не могли бы она получить объяснение странного явления, породившего в салонах Европы какое-то увлечение.

Так называемые капли принца Руперта представляли собой бусины в форме запятой, образовавшиеся в результате капания расплавленного стекла в ведро с холодной водой. Капли обладали явно парадоксальным и очень интересным свойством, что они были почти неуничтожимы при сжатии в тиски или ударе молотком, но когда кончик хвоста был сорван, оставшаяся часть капли мгновенно взорвалась в порошок.

Кавендиш был польщен, что человек с его научным мнением был польщен человеком. Она предположила, что «масляные духи или эссенции серы» могут вызвать взрывы, включенные в стекло, как цветной шелк в выдувных стеклянных шарах сережек. Затем Гюйгенс проверил свою гипотезу, нагревшись одной из капель в огне до красной жары, ожидая, что она взорвется.

Однако, и когда он остыл, он обнаружил, что он вообще потерял свою способность взрываться.

Об этом сообщил Кавендиш, что огонь мог испарить серный дух, прежде чем он мог взорваться, но также придумал альтернативный механизм: «Внутри в нем есть воздух, который, имея вентиляцию, был причиной звука или сообщения, который дали эти очки».

Как оказалось, обе теории были неверны.

(Среди современников Роберт Гук был ближе всего к объяснению эффекта, связанного с снятием напряжения, нарастающего в стекле, когда оно образовалось.) Здесь примечательно зрение двух ученых и любопытных людей, пытающихся вести себя научным способом.

И Кавендиш, и Гюйгенс понимали, что эксперимент — это путь вперед, но ни один из них не знал, какие эксперименты нужно делать или как оценить их результаты.

Они хотели сделать вывод о причинах наблюдаемых следствий и знали, что должны уточнять и изменять свои гипотезы в свете полученных результатов.

Но они были разочарованы тем, что каждый новый подход основан не более чем догадками.

В неудовлетворительном заключении их обмена Кавендиш подписывал свое последнее письмо: «Таким образом, вы, сэр, вы можете посчитать мои доводы, я стараюсь сделать свое прежнее мнение или смысл, хотя не связываю себя с мнениями, но истина в том, что… я не могу узнать правду о очках».

Совсем соответствовало его прожорливому интеллекту, что Константин Гюйгенс должен проявить интерес к натурфилософии — дисциплине, которая однажды станет «наукой».

На самом деле, он проявил интерес к большинству областей и был экспертом во многих из них.

Он говорил или писал на восьми языках, возможно, даже более даже, чем они были полезны в его карьере дипломата, и наслаждались еще несколькими.

Он был одним из выдающихся поэтов и композиторов в Голландской республике, а он был художником, достаточно знающим, чтобы иметь возможность заметить талант юного Рембрандта и начать его карьеру с некоторыми ранними заказами.

Его интерес к природе был широким.

Он экспериментировал с смешиванием собственных травяных лекарств и духов.

Обязуясь носить очки с юных лет, он развил интерес к пожизненной оптике и оптическим устройствам всех видов.

На дипломатической почте в Лондоне в 1621 году он встретил соотечественника-голландца, изобретателя Корнелиса Дреббела, и приобрел у него камеру-обскуру, которая, как писал он, проецировала образы такой красоты, обещала сделать «все картины… мертвыми вследствие».

В 1635 году он попытался помочь Рене Декарту, тогда он жил в Голландии, в задаче создания гиперболической линзы (линза формы, которая, как считалось, могла преодолеть сферическую и хроматическая аберрация, которая часто омрачила качество изображений, проецируемых в ранние телескопы).

Несмотря на несколько попыток нарисовать точную кривую для работы линзовомолом, этот проект потерпел неудачу.

Однако вскоре после этого эпизода Гюйгенс смог предложить помощь, с которой он был более знаком, организовав публикацию Декарта «Лучшая философия» Декарта Discours de la Méthode (1637) в Голландии и Франции.

Портрет Константина Гюйгенса и его пятерых детей (1640 г.) Адриана Ханнемана.

Христианец изображен сверху справа.

С помощью мауритшуй, Гааги, Холландхуйгенс случайно присутствовало на научном любопытстве того времени — демонстрации публичной анатомии — когда его внезапно вызвали, потому что его жена Сюзанна приступила к родам со вторым сыном.

Христиаан Гюйгенс родился 14 апреля 1629 года в семейном доме в Гааге; он теперь является величайшим ученым в период между Галилео и Ньютоном, наиболее известным своим открытием первого спутника Сатурна и кольца (позже которого были кольца) вокруг этой планеты, а также за изобретение маятниковых часов и изобретательной теорией света.

Была огромная разница между исследованиями отца в натурфилософии и строгим научным методом сына.

Весной 1657 года, когда его отец развлекался каплями князя Руперта, 28-летний Христиан Гюйгенс уже был известен своими Сатурнскими открытиями и готовил полный трактат о планете с предсказанием в течение многих лет в будущем фазы Сатурна и меняющимся обликом, который был знаком с Земли, что позволило поздним астрономам доставить торжествующую проверку его схемы, хотя это все еще не было сомнительным.

Гравюра из Системы Saturnium Христиана Гюйгенса (1659 г.), опубликованная Адрианом Влаком, Гаага.

Фото предоставлено Christie’schristiana, за его достижения во время визита в Париж в 1655 году, когда он встретил многих ведущих городских астрономов и математиков, спаррингов с ними по поводу проблем геометрии.

Одной из задач того времени было понимание природы кривых.

Такие кривые, как парабола и гипербола, принадлежали к семейству «конических разрезов» вместе с кругом и эллипсом, и можно было бы показать, что они подчиняются простым математических правилах.

Но другие, такие как цепь (кривая, сделанная свободно висячим шнуром, такой как линия стирки) и циклоид (линия, прорисованная точкой по окружности окружности, катящейся по прямой линии), было труднее понять.

Гюйгенс не смог полностью решить загадку цепочки, но он, по крайней мере, смог доказать, что это не парабола, как многие верили.

На данный момент циклоид тоже сохранил свою сущностную загадку – она была известна математикам 17 века как «хелен геометрии» своей красотой и склонностью к ревническим спорам, — но вскоре она вновь должна была появиться в совершенно другом поле исследований Гюйгенса.

Находясь в Париже, Гюйгенс также осознавал работу Пьера де Ферма и Блеза Паскаля, которые начали излагать основы теории вероятностей, показывая, что законы случайности подчиняются математической логике.

По возвращении в Гаагу Гюйгенс быстро внес свой вклад в эту область, подводя итоги законов случайности в отношении подбрасывания монет и броска кубиков в различных игровых сценариях в первом опубликованном учебнике по вероятности.

Хаагще Клокье (1657-1659) Саломон Костер.

Это один из первых часовых маятников, когда-либо созданных по проекту 1656 года Кристиана Гюйгенса.

Фото предоставлено Музеем науки, Лондон В то же время, что и это безумие наблюдения и расчета, Гюйгенс был занят более практичным проектом, разработав «новую кусок часового механизма, так точно, нет малейшего надежды, что это позволит с уверенностью разрешить долготу, если доставить его в море», — с гордостью писал он своему бывшему репетитору по математике.

Работая с хроником Саломона Костера, Гюйгенс строил одни часы за другим, постепенно повышая точность хронометража в 100 раз, так что потери сократились до нескольких секунд в день.

Одним из его улучшений было размещение небольших буферов из изогнутых металлических пластин на висящую нить маятника.

Хотя период колеблющегося маятника данной длины теоретически постоян, на самом деле он увеличивается при очень больших смещениях бобового маятника.

Металлические буферы Huygens обеспечивали простой способ упорядочить период маятника для всех смещений, тем самым обеспечивая большую точность.

Продолжая экспериментировать, Гюйгенс обнаружил, что это вмешательство изменило путь боба маятника с простой дуги окружности к части более сложной кривой, которая оказалась не чем иным, как циклоидом.

Удивленный этим откровением, он исследовал дальнейшее и обнаружил, что оптимальная форма буферов также была циклоидальной.

Христиан считал кометы чисто физическими явлениями, исключая любые достоинства как предзнаменование логики.

Эти кажущиеся разнообразными достижения возникают в результате множества исследований, начатых молодыми Гюйгенами и преследовавшихся одновременно, с большой интенсивностью и строгостью.

Но, как показывает повторение циклоиды, они также извлекают выгоду из некоторой замечательной перекрестной оплодотворения между теоретической и практичной, а также между дисциплинами астрономии, математики и механикой, которые Гюйгенс был уникальным способом использовать.

Таким образом, его новшества в механизмах часов информировали его понимание фундаментальной механики и геометрии, приводя его не только к тому, чтобы узнать больше о циклоиде, но и о концепциях центробежной силы и сохранении энергии.

Механика также способствовала мышлению Гюйгенса о цепочке, которую он приступил к анализу, представив кривую, которая будет постепенно формироваться, если вы будете добавлять весы по одному в разные точки вдоль горизонтально натянутой линии.

В астрономии Гюйгенс строил свои собственные все более мощные телескопы, в том числе трудоемкий процесс измельчения линз, которыми он часто делил со своим старшим братом.

Он смог обнаружить первую луну Сатурна с помощью телескопа с 12-футовой трубкой, а год спустя — кольцо планеты с 23-футовой трубкой.

Но именно его знание геометрии и механики помогло ему правильно интерпретировать орбитальное кольцо в то время, когда другие астрономы, работающие как с более бедными телескопами, так и с более низким пониманием физических и математических возможностей, предполагали всякие странные придатки на планете.

Позднее подобное мышление направляло Гюйгенса в интерпретации комет, которые, как и многие другие астрономы, он считал путешествовать прямыми линиями наружу от Солнца.

Однако детальное наблюдение яркой кометы, появившейся в небе в 1680 году — первой, которую обнаружили с помощью телескопа, — заставили его передумать и признать, что они на самом деле двигались по эллипсическим орбитам.

Возникновение этой кометы еще раз иллюстрирует фундаментальную разницу в подходе между любопытным отцом и ученым сыном.

Как показал историк Саймон Шама в «Смущении богатства» (1987), многие голландцы относились к кометам с суеверием.

Их страх был эксплуатирован безжалостными проповедниками, и всегда была какая-то катастрофа, с которой можно было бы связать кометную внешность как предвестник.

Константин был немного более тонким в своем ответе.

Он обычно отмечал прохождение комет, так что Кристиан счел целесообразным спросить его, как комета 1680 года по сравнению с другой яркой, которую, как он знал, его отец видел еще в 1618 году.

Часто Константин использовал повод кометы для создания стихотворения, но он не разделял банальных убеждений, что они были предзнаменованиями — на самом деле он сатирически играл над этой идеей в своем стихе.

Но он не мог до конца поверить, что они ничего не значат, вместо этого читая их как загадочное послание от Бога, которое будет раскрыто полностью, когда придет время.

Христиан, с другой стороны, признал кометы чисто физическими явлениями, исключая любые достоинства как предзнаменование на основании простой логики.

Отмечая, что его согражданские расходящиеся показания небесных тел он рассудил: «Что означает, что кометы одинаково обозначают хорошие и плохие события, если они ничего не означают?» Как и его отец, Кристиан был более чем компетентным музыкантом.

Но в то время как Константин наслаждался концертными выступлениями и социальными возможностями, которые они открыли, интерес Христиана к музыке был более теоретическим.

Как и многие мыслители 17 века, у него были свои представления о том, как должна звучать музыка, и он разработал разделение октавы на 31 тщательно разнесенные ноты, которые, по его подсчитанным, создадут приятный звук и облегчат дела, важные для музыкантов, например, транспонирование между ключами.

Однако, в отличие от большинства, он пошел дальше и построил для него специальный клавесин, демонстрирующий эту систему.

Возможно, чувство Христиана к музыке помогло ему осознать, что, как и звук, свет тоже распространяется волнообразно.

В последние годы своей успешной карьеры в Париже он превратил это понятие в полноценную теорию света.

Используя свой любимый метод геометрического анализа, он смог объяснить все общепризнанные оптические явления, в том числе отражение света от поверхностей, а также его преломление через все виды прозрачных носителей, в элегантных рядах диаграмм, которые иллюстрировали принцип Гюйгена, а именно, что свет можно рассматривать в любой точке своего путешествия как волну, исходящую из точки.

Эта радикальная теория, хотя и в значительной степени верна, вскоре должна была быть настигнута все более влиятельной моделью света Ньютона, основанной на «тепловых» или частицах.

Только в ходе изощренных экспериментов в 19 веке физика наконец приняла понятие света как волны.

Более зрелое отношение Кристиана Гюйгенса к науке и его организованный подход к расширению научных знаний знаменуют собой глубокий социальный и культурный сдвиг от поколения его отца.

В самом деле, если бы у вас когда-нибудь возникало желание представить, что «Научная революция» наступила внезапно, вы могли бы поместить этот момент где-то между жизней этих двух мужчин.

Но, конечно, как показала недавняя историография, наука довольно стабильно завоевала основу в течение нескольких веков, начиная с периода высокого средневековья.

В то время как поведение Кристиана как научного специалиста, во всяком случае, опережает свое время, отношение его отца во многом его собственного возраста.

Константин мог бы уделить больше времени изучению природных явлений, если бы он не был так занят своими секретарскими обязанностями в «Дом Оранжевого», но он все равно не приобрел бы средства, чтобы придумать эксперимент и преследовать его до успешного завершения.

Константин также никогда не мог в полной мере извлечь выгоду из социальных структур, выросших вокруг естественных философов в течение всей жизни его сына.

Константин и Маргарет Кавендиш были полностью оплачиваемыми членами Республики Литер, но они не разделяли протоколы, разработанные молодым поколением, которые включали в себя понимание того, что наблюдения систематически записываются, повторяются эксперименты, подлежит сравнению и независимой проверке (или фальсификация, если приходят противоречивые свидетельства) и быстро публиковались на благо всех.

Константин стоит ближе к таким людям, как Фрэнсис Бэкон, врач и писатель сэр Томас Браун в Англии.

Фактически Гюйгенс встретил Бэкона во время своего визита в Лондон в 1621 году и был разочарован, обнаружив пожилого англичанина, полного «надмысленных самонадеянности и притворства».

Хотя он известен как новатор так называемого «научного метода», Бэкон, вероятно, сам проводил довольно мало экспериментов.

С другой стороны, Браун провел много рудиментарных экспериментов в ходе подготовки своей эпидемии PseudoXia (1646 г.), обширного сборника народных заблуждений или «вульгарных ошибок» в отношении природных явлений.

Книга развенчивает десятки этих ошибочных убеждений, часто просто ссылаясь на заметный авторитет, древний или современный, но иногда прибегая к драматической практической демонстрации.

Например, опровергнуть мнение, что мертвый зимородок может использоваться в качестве флюгера (настолько широко распространенное мнение, что он находит свой путь в шекспировский король Лир, где Кент говорит о ненадежных типах, которые «поворачивают свои хэлльские клювы» и «в каждом шторме»), Браун описывает, как он повесил два трупа птиц из шелковых нитей и отметил, как они ориентируются на ветру независимо.

Такие фигуры в значительной степени проливали на себя любовь к суевериям и магии, которые преследовали предыдущее поколение таких философов, как Джон Ди при дворе королевы Англии и Джамбаттиста делла Порта в Неаполе, которые, хотя иногда они могли бы экспериментировать так, что мы теперь называли научными, тем не менее считали, что их исследования лучше всего окутаются аурой тайны.

Они правильно пришли к выводу, что тратить время на астрологию и пророчества бесполезно, и вместо этого они были достаточно прозрачны, чтобы признавать добродетель в разоблачении людей ошибочных и, возможно, вредных убеждений, и даже ставить цели, которые будут сделаны в будущем, например, в лечении болезней или средств для контроля погоды.

Будучи человеком, возглавляющим Академию наук, Гюйгенс был почти идеальным кандидатом, которого им все еще не хватало, была развитая социальная сеть, в которой они могли продолжать эту работу.

Подобно Ди и Делла Порта, такие астрономы, как Йоханнес Кеплер и Тихо Браге, зависели от покровительственного придания и работали в разной степени изоляции.

Короли и императоры, которые использовали их, привилегировали астрономию, а не другие науки по той исторической причине, что астрономия была существенной поддержкой для важного предсказательного бизнеса в астрологии.

Другие дисциплины физики, которые мы сегодня признаем, такие как механика, гидравлика и баллистика, поддерживались в качестве прикладных наук и были провинцией инженеров укреплений, дренажных схем и вооружения.

Математика тоже считалась скромной технической дисциплиной, а просто служанкой этих более полезных искусств.

Все это должно было измениться в течение нескольких лет около 1660 года.

Во время своего первого визита в Париж, уже известного своими работами на Сатурне, Христиан Гюйгенс оказался в тех интеллектуальных салонах, которыми славился город.

Даже когда он вернулся в Гаагу, его французские друзья продолжали распространять новости о его научных прорывах на этих встречах, и когда он снова появился в городе, ненадолго в 1660 году, а затем поселиться там в 1663 году, Христиан погрузился в эти круги.

Но хотя салон, в котором он в основном присутствовал, решил направить свои дискуссии на то, что можно было бы установить как факт и практическую пользу, он все же обнаружил, что «прислушивается к педантам в течение нескольких часов».

К счастью, влиятельные контакты, которые Гюйгенс установил в этих интеллектуальных кругах, привлекли его к сведению Жан-Батиста Колберта, всемогущего министра Людовика XIV, который создавал новые королевские академии как средство привлечения большей славы французскому государству.

Академия танца была основана в 1661 году, за ней следуют другие в области архитектуры, живописи и скульптуры, музыки.

Он хотел бы также увидеть Академию наук, которая поддержит его более крупный проект по созданию штата, политика которого будет учтена достоверными данными.

Как человек, возглавлявший Академию наук, Гюйгенс был почти идеальным кандидатом.

Колберту требовался универсальный и усердный экспериментатор, который мог бы наложить программу исследований по всем наукам и не прочь бы направить это исследование на службу в его проект государственного строительства.

Колберт считал голландскую национальность не помеха, и он мог бы даже признавать это преимуществом, поскольку Гюйгенс, в отличие от некоторых летчиков, вряд ли будет возражать против проектов практичности, будучи знаком с ролью науки в управлении отношениями между землей и водой (хотя эти таланты будут в значительной степени отклоняться в таких, как создание фонтанов на королевских поместьях).

Центральная роль Гюйгенса в формировании такого института (примерно в то же время была создана Королевское общество Лондона, и Гюйгенс стал ее первым иностранным стипендиатом) — это последнее достижение в его карьере, которое показывает, насколько далеко развивалась наука со времен его отца.

При поддержке сети коллег-академиков теперь можно было практиковать науку с целеустремленной преданностью.

При всех своих могущественных придворных связях Константин никогда не мог оказаться в таком же положении.

Требовалось, чтобы связь большого города, а также покровительство могущественного короля, чтобы заставить его работать, — вещи, которые провинциальные Нидерланды никогда не могли предложить.

Христиан Гюйгенс научно процветал в Париже так, что в Гааге не было бы невозможно, и французская наука значительно выиграла от его ранней руководящей роли в Академии наук.

Возможно, изучение математики вероятности, которое он предпринял с первых дней своего пребывания в Париже, также окрасил его представление о том, какими должны быть вся наука.

Чувство науки как определенного знания, укоренившегося в старых идеях схоластической богословия, было настигнуто новым значением, поскольку естествознательные философы больше не занимались сциентизмом, а научились довольствоваться наиболее вероятной интерпретацией предшествующих им доказательств.

Эта скромная реализация, как и любой каскад внезапных откровений, поразивших гениальных людей, послужила толчком к «научной революции».

Для Гюйгенса даже физические принципы никогда не могут быть установлены с абсолютной уверенностью.

В своем последнем трактате «Спокойствие о жизни на других планетах», опубликованном только после его смерти, он писал: «Это слава, чтобы прийти к вероятности… Но есть много степеней вероятной, какая-то более близкой, чем другие, в определении которой лежит главное осуществление нашего суждения».

Христиан Гюйгенс определил задачу современного ученого.