Christiaan Huygens, der Begründer der Wellentheorie des Lichts

Christiaan Huygens [ˈhœi̯ɣəns] (Audio-Datei / Hörbeispiel Aussprache?/i) (* 14. April 1629 in Den Haag; † 8. Juli 1695 ebenda), auch Christianus Hugenius, war ein niederländischer Astronom, Mathematiker und Physiker. Huygens gilt, obwohl er sich niemals der noch zu seinen Lebzeiten entwickelten Infinitesimalrechnung bediente, als einer der führenden Mathematiker und Physiker des 17. Jahrhunderts. Er 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.



Leben
Herkunft und Ausbildung

Huygens wurde als Sohn von Constantijn Huygens geboren, der Sprachgelehrter, Diplomat, Komponist und der damals führende Dichter Hollands war. Durch seinen Vater kam Christiaan schon früh mit bedeutenden Persönlichkeiten in Kontakt, unter anderem mit Rembrandt, Peter Paul Rubens und René Descartes. Christiaan wurde als Kind von seinem Vater unterrichtet. Später studierte er an der Universität Leiden zunächst Rechtswissenschaften, wechselte dann aber bald zu Mathematik und Naturwissenschaften.

Seine erste veröffentlichte Arbeit (1651) befasste sich mit der Quadratur von Kegeln und zeigte einen Fehler in einem angeblichen Beweis der Quadratur des Kreises. Weiter beschäftigte er sich mit der Kreiszahl π (pi), 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 ludo aleae[1]), wodurch er heute als einer der Begründer der Wahrscheinlichkeitsrechnung gilt. Vorausgegangen waren Briefwechsel zwischen Blaise Pascal und Pierre de Fermat, über dessen 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.[2]
Hinwendung zu den Naturwissenschaften

Zunehmend interessierte sich Huygens auch für die damals modernen Bereiche der Naturwissenschaften, Optik und die Astronomie mit Teleskopen. Er hatte Kontakt zu Antoni van Leeuwenhoek, dem damals führenden Linsenschleifer und Konstrukteur von Mikroskopen. 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.[3][4]


Christiaan Huygens, Porträt von Bernard Vaillant

Huygens entdeckte mit seinem selbstgebauten Teleskop 1655 erstmals den Saturnmond Titan. Damit war der Saturn der zweite Planet nach dem Jupiter (von der Erde abgesehen), bei dem ein Mond nachgewiesen werden konnte (Galileo Galilei hatte schon 1610 die vier größten Jupitermonde entdeckt). Außerdem konnte er durch die bessere Auflösung seines Teleskops erkennen, dass das, was Galilei als Ohren des Saturns bezeichnet hatte, in Wirklichkeit die Saturnringe waren.

Er fand auch 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.

Weitere astronomische Leistungen Huygens’ waren die Entdeckung der Rotationsbewegung des Mars und die Berechnung der Rotationsperiode (Marstag) mit ungefähr 24 Stunden sowie die Auflösung des Trapezes im Zentrum des Orion-Nebels in vier einzelne Sterne. Ihm zu Ehren wird die hellste Region des Orion-Nebels 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, Pendeluhr und Exoplaneten

Außer für die Astronomie interessierte sich Huygens auch für die Mechanik. Er formulierte die Stoßgesetze und befasste sich mit dem Trägheitsprinzip und Fliehkräften. 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.

Christiaan 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.

Von ihm stammt auch die früheste bekannte Uhr zur Bestimmung des Längengrades, die mehrere revolutionäre Techniken aufwies, und als deren Urheber er erst vor einiger Zeit wieder erkannt wurde.[5]

In seiner letzten wissenschaftlichen Abhandlung 1690 formulierte Huygens den Gedanken, dass es noch viele andere Sonnen und Planeten im Universum geben könnte, und spekulierte bereits über außerirdisches Leben.

Von Huygens stammt auch die korrekte Ableitung der Gesetze des Elastischen Stoßes, wobei er von einem Relativitätsprinzip Gebrauch macht (siehe Galilei-Transformation). Er veröffentlichte seine Ergebnisse, die aus den 1650er Jahren stammten und die falsche Behandlung bei René Descartes korrigierten, 1669 (Philosophical Transactions of the Royal Society, Journal des Savants) und in seinem postum erschienenen Buch De Motu Corporum von 1703.

Christiaan Huygens und Samuel Sorbière (1615–1670) waren die ersten beiden ausländischen Wissenschaftler, die im Juni 1663 in die Royal Society aufgenommen wurden. 1666 wurde Huygens der erste Direktor der in diesem Jahr gegründeten französischen Akademie der Wissenschaften. Newton bezeichnete ihn als den elegantesten Mathematiker seiner Zeit.
Akustik (Musik)

Huygens entdeckte die Beziehungen zwischen Schallgeschwindigkeit, Länge und Tonhöhe einer Pfeife. Er beschäftigte sich intensiv mit der mitteltönigen Stimmung und berechnete 1691 die Teilung der Oktave in 31 gleiche Stufen, um den Fehler des pythagoreischen Kommas im Tonsystem der Musik zu beheben.[6]
Lebensabend

In den 1680er Jahren verschlechterte sich Huygens’ Gesundheitszustand, so dass er sein Haus nicht mehr häufig verließ. In den letzten Jahren seines Lebens beschäftigte sich der Wissenschaftler mit der Musiktheorie. 1695 starb Christiaan Huygens in Den Haag unverheiratet und kinderlos.[7]
Werke

Einzelne Schriften (Auswahl)


De ratiociniis in ludo aleae (1657) über Wahrscheinlichkeitstheorie
holländische Übersetzung von Frans van Schooten: Van reeckening in spelen van geluck.
De vis centrifuga (1673)
deutsch: Über die Zentrifugalkraft, herausgegeben von Felix Hausdorff 1903.
Horologium oscillatorium sive de motu pendularium (1673) über die Pendeluhr (auch in Bd. 18 der Gesammelten Werke)
deutsche Übersetzung: Die Pendeluhr, Ostwalds Klassiker 1913.
Traité de la lumière (1690) – Abhandlung über Reflexion und Refraktion, Wellentheorie des Lichts
deutsch: Abhandlung über das Licht, Leipzig, W. Engelmann 1890
Lettre touchant le cycle harmonique (Rotterdam 1691) über sein Tonsystem

Postume Veröffentlichungen

Cosmotheoros (veröffentlicht 1698) mit Spekulationen über außerirdisches Leben (die Schrift wurde im Todesjahr 1695 vollendet)
deutsch: Weltbeschauer, oder vernünftige Muthmaßungen, daß die Planeten nicht weniger geschmükt und bewohnet seyn, als unsere Erde. Zürich, 1767. Eine weitere deutsche Übersetzung (von v. Wurzelbau) erschien 1703, 1743 in Leipzig.
Opuscula posthuma (1703) mit der ersten Behandlung des elastischen Stoßes (1656) De motu corporum ex percussione (deutsch herausgegeben von Felix Hausdorff 1903) und der Beschreibung des Baus von Planetarien Descriptio automati planetarii
deutsch: Christian Huygens’ nachgelassene Abhandlungen: Über die Bewegung der Körper durch den Stoss; Über die Centrifugalkraft. Herausgegeben von Felix Hausdorff, Leipzig, W. Engelmann 1903

Französische Gesamtausgabe

Oeuvres complètes, 22 Bände. Den Haag 1888 bis 1950. Herausgeber: D. Bierens de Haan, Johannes Bosscha, Diederik Johannes Korteweg, Albertus Antonie Nijland, J. A. Vollgraf.

Tome I: Correspondance 1638–1656 (1888).
Tome II: Correspondance 1657–1659 (1889).
Tome III: Correspondance 1660–1661 (1890).
Tome IV: Correspondance 1662–1663 (1891).
Tome V: Correspondance 1664–1665 (1893).
Tome VI: Correspondance 1666–1669 (1895).
Tome VII: Correspondance 1670–1675 (1897).
Tome VIII: Correspondance 1676–1684 (1899).
Tome IX: Correspondance 1685–1690 (1901).
Tome X: Correspondance 1691–1695 (1905).
Tome XI: Travaux mathématiques 1645–1651 (1908).
Tome XII: Travaux mathématiques pures 1652–1656 (1910).
Tome XIII, Fasc. I: Dioptrique 1653, 1666 (1916).
Tome XIII, Fasc. II: Dioptrique 1685–1692 (1916).
Tome XIV: Calcul des probabilités. Travaux de mathématiques pures 1655–1666 (1920).
Tome XV: Observations astronomiques. Système de Saturne. Travaux astronomiques 1658–1666 (1925).
Tome XVI: Mécanique jusqu’à 1666. Percussion. Question de l’existence et de la perceptibilité du mouvement absolu. Force centrifuge (1929).
Tome XVII: L’horloge à pendule de 1651 à 1666. Travaux divers de physique, de mécanique et de technique de 1650 à 1666. Traité des couronnes et des parhélies (1662 ou 1663) (1932).
Tome XVIII: L’horloge à pendule ou à balancier de 1666 à 1695. Anecdota (1934).
Tome XIX: Mécanique théorique et physique de 1666 à 1695. Huygens à l’Académie royale des sciences (1937).
Tome XX: Musique et mathématique. Musique. Mathématiques de 1666 à 1695 (1940).
Tome XXI: Cosmologie (1944).
Tome XXII: Supplément à la correspondance. Varia. Biographie de Chr. Huygens. Catalogue de la vente des livres de Chr. Huygens (1950).

Siehe auch

Huygens-Okular
Mons Huygens
Cassini-Huygens

Quelle