Christiaan Huygens

Christiaan Huygens ( , also , ; ; 14 Nisan 1629 - 8 Temmuz 1695), ayrıca Huyghens olarak da yazılır, tanınmış Hollandalı bir matematikçi ve bilim insanıdır. Özellikle bir astronom, fizikçi, olasılıkçı ya da saat bilimi ile uğraşan kimliği ile bilinir. Huygens zamanının öncü bilim insanlarındandır. Satürn halkaları üzerinde teleskobik çalışmalar yaparak Satürn’ün Titan uydusunu keşfetmiş ve ayrıca sarkaçlı saati icat etmiştir. Huygens mekanik ve optik alanında önemli çalışmalar yayınlamış ve şans oyunları üzerine öncü çalışmalar yapmıştır.

Christiaan Huygens 14 Nisan 1629 yılında zengin ve nüfuzlu Hollandalı bir ailenin İkinci erkek çocuğu olarak Lahey’de dünyaya geldi. Huygens dedesinin ismini almıştır. Babası Constantijn Huygens, annesi Suzanna van Baerle idi. Annesi Christiaan Huygens’in kız kardeşinin doğumundan kısa bir süre sonra ölmüştür. Huygens çiftinin, Constantijn (1628), Christiaan (1629), Lodewijk (1631), Philips (1632) ve Suzanna (1637) adlarında beş çocuğu vardı.

Babası, Constantijn Huygens diplomat, Orange House’un danışmanı ve aynı zamanda şair ve müzisyendi. Galileo Galilei, Marin Mersenne ve Renē Descartes, Constantijn Huygens’in arkadaşlarıydı.

Christiaan Huygens 16 yaşına kadar evde eğitim gördü. Huygens minyatür değirmenler ve diğer makinelerle oynamayı çok severdi. Babası ona özgürlükçü bir eğitim verdi. Huygens dil ve müzik, tarih ve coğrafya, matematik, mantık ve söylem ve aynı zamanda dans, eskrim ve binicilik eğitimleri aldı.

Babası Huygens’i Leiden Üniversitesi hukuk ve matematik bölümlerine gönderdi. Huygens burada Mayıs 1645’den Mart 1647 yılına kadar eğitim gördü. Frans van Schooter Leiden Üniversitesi’nde 1646 yılında bir akademisyendi ve aynı zamanda Huygens ve abisinin özel matematik öğretmeniydi. Descartes’in tavsiyesi üzerine bu görevi üstlenmiştir.

Birkaç yıl sonra, Huygens yeni kurulan ve babasının müdürü olduğu Orange Koleji’nde çalışmalarına devam etti fakat kardeşi Lodewijk ve başka bir öğrenci arasında geçen düellodan sonra bir değişiklik oluştu. Constantijn Huygens bu kolejde 1669 yılına kadar sürecek olan başka bir göreve getirildi.

Christiaan Huygens, hukukçu olan Johann Henryk Dauber’in evinde yaşamaya başladı ve İngiliz öğretim görevlisi John Pell ile matematik dersleri verdi. Huygens çalışmalarını Ağustos 1649 yılında tamamladı ve hemen diplomat olarak Nassau dükü ile çalışmaya başladı. Bu görev onu Bentheim’e ve daha sonra Flensburg’a gönderdi. Daha sonra Danimarka’ya gitti Kopenhag ve Helsingør’u ziyaret etti ve Stockholm’deki Descartes’i ziyaret etmek için Qresund’u geçmeyi umdu fakat bu gerçekleşmedi. Babası Huygens’in bir diplomat olmasını istedi, fakat bu da gerçekleşmedi. Siyasi anlamda 1650 yılında Birinci Stadtholdersles Dönemi başladı yani Orange House artık iktidar değildi ve bu durum Constantijn Huygens’i de etkilemiştir. Daha sonra babası, Christiaan’ın böyle bir kariyerle hiç ilgili olmadığını anladı.

Huygens genellikle Fransızca ve Latince yazardı. Huygens Leiden ’de bir kolej öğrencisiyken 1648 yılında vefat eden Mersenne isimli bir muhabirle yazışmaya başladı. Huygens matematiğe karşı ilgili ve yetenekli biriydi. 1646 yılında katenar (zincir eğrisi) şeklinde bir asma köprü vardı. Huygens, Mersenne’nin sikloid hakkındaki endişelerini, salınımın merkezi ve yerçekimi sabiti gibi konular hakkındaki teorilerini ancak 1650’lerin sonlarına doğru ciddiye aldı. Ayrıca Mersenne müzik teorisi üzerine de yazılar yazmıştır. Huygens, ortalama ses tamperemanını (meantone temperament) tercih etmiştir. 31 eşit tamperemanda yenilik yapmıştır fakat yaptığı bu yenilikler daha önce Francisco de Salinas tarafınca düşünülmüştür ayrıca bu düşünceyi logaritma kullanarak keşfetmiş olup ortalama ses sistemi ile logaritma arasında yakın bir ilişki olduğunu ortaya çıkarmıştır.

Huygens 1654 yılında Lahey’de bulunan babasının evine geri döndü ve kendini tamamen araştırmalara adamayı başardı. Ailesinin, Hofwijk’ten çok uzakta olmayan başka bir evi vardı ve Huygens yaz tatillerini burada geçirirdi. Onun bilimsel yaşamı depresyon nöbetleri geçirmesine engel olamadı.

1655 yılında Paris ziyaretinde kendini Ismael Boulliau’ya tanıtmak için onu ziyarete gitti. Daha sonra Boulliau, Huygens’i Cloudy Mylon’u görmeye götürdü. 1650’lerde Mersenne çevresinde toplanan Parisli alîm grubu ve sekreterlik rolünü üstlenen Mylon, Huygens ile bazı sorunlar yaşamıştır. Huygens 1656 yılında putperest olmasına rağmen büyük bir hayranı olduğu Pierre de Fermat ile karşı karşıya geldi. Fermat’ın araştırmanın ana düşüncesinin dışında kalması ve bazı olaylar hakkındaki iddialarının güvenilir olmaması şaşırtıcı ve buruk bir deneyim oldu. Fermat’ın endişeleri devam ederken Huygens matematik uygulamaları arıyordu.

Huygens’in araştırma sonuçları ve keşifleri uzun sürede yayınlanırdı. Huygens’in ilk işi 1651 yılında kareleme alanında Theoremata Karelemesini basmak oldu. Bu baskı yıllar önce Huygens’in Gregoire de Saint-Vincent ile tartıştığı ‘‘dairenin hatalı kare alma metodunu ‘’da içermektedir. Huygens’in tercih ettiği metotlar Archiemedes ve Fermat’tı. 1650'lerde kareleme yöntemi önemli bir sorundu.

Huygens 1652-1653 yılları arasında teorik açıdan küresel mercekler üzerine çalışmalar yaptı. Elde edilen sonuçlar 1669 Isaac Barrow’a kadar yayınlanmadı. Huygens’in asıl amacı teleskopları anlamaktı. Huygens 1655 yılında kendi merceklerini kardeşi Contantijn ile işbirliği yaparak bilemeye başladı. 1662 yılında iki mercekli oküler teleskop olarak şimdiki adıyla Huygenian Merceği’ni tasarladı. Mercekler, Huygens’in Baruch Spinoza ile tanışmasına sebep olan ortak bir ilgi alanıydı. Huygens ve Spinoza bilim hakkında oldukça farklı bakış açılarına sahiptiler. Spinoza daha kararlı bir Dekartçıydı (Decartes veya felsefesi ile ilgili) ve onun bazı tartışma yazışmaları günümüze ulaşmıştır. Huygens şans oyunları üzerine ilk tezini 1657 yılında yazmıştır.

1662 yılında Sör Robert Moray Huygens’e, John Graunt’un yaşam tablosunu gönderdi ve zamanla Huygens ve kardeşi Lodewijk yaşam beklentisi üzerine çalıştı. 3 Mayıs 1661 tarihinde, Huygens astronom Thomas Streete ve Reeve ile Richard Reeve tarafından Londra’da yapılmış teleskobu kullanarak Merkür’ün Güneş üzerinden geçişini gözlemlemiştir. Huygens, 1639 yılında Jeremiah Horrocks’un Venüs’ün geçişi üzerine yazdığı el yazısı ile Hevelius’u geçti ve böylece ilk basım 1662 yılında yapılmış oldu. Bu yıllarda, Huygens eski tip piyano çalıyor ve aynı zamanda müziğe ve Simon Steven’in teorilerine ilgi duyuyordu. Huygens 1663 yılında Kraliyet Derneği’ne üye oldu.

1663 yılı boyunca Huygens’in Paris’e yaptığı üçüncü ziyaretinde Montmor Akademisi kapatıldı ve Huygens Baconian (Sör Francis Bacon’u destekleyen) tarzı bir bilim programını savunmak için bir şans yakaladı. 1666 yılında Fransa’ya taşındı ve Louis XIV. tarafından yeni açılan Fransız Bilim Akademisi’nde bir pozisyona getirildi. Huygens, Paris’te önemli bir patrona sahipti ve Jean-Baptiste Colbert ile yazışma içerisindeydi. Huygens’in akademi ile ilişkisi her zaman kolay olmadı. 1670 yılında Huygens ağır hastalandığında, öldüğü zaman çalışma kâğıtlarının Kraliyet Derneği’ne bağışlanmasını sağlaması için Francis Vernon’u seçti. Daha sonra Fransa-Hollanda savaşında İngiltere'nin de bir parçasının savaşta yer almasının Huygens ile Kraliyet Derneği’nin arasındaki ilişkiye zarar verdiği sanılmaktadır. Denis Papin, Huygens’in asistanıdır. Huygens ve asistanı Papin’in projelerinden biri olan barut motoru beklenen başarıyı sağlayamadı. Papin 1678 yılında İngiltere’ye taşındı ve bu alandaki çalışmalarına devam etti. Huygens Paris Gözlemevi’ni kullanarak daha fazla astronomik gözlemler yapmıştır.

Huygens ciddi derecede depresyona girdikten sonra 1681 yılında Lahey’e geri döndü. 1684 yılında tüpsüz hava teleskobu üzerine Astroscopia Compendiaria’yı yayınladı. Huygens 1685 yılında Fransa’ya tekrar dönmek istedi fakat Nantes Fermanı bunu engellemiştir. Babası 1687 yılında vefat etti ve Huygens’e Hofwijk’deki evi miras bıraktı. 12 Haziran 1689 yılında İngiltere’ye yaptığı üçüncü ziyaretinde Isaac Newton ile tanıştı. İzlanda Kristali hakkında konuştular ve daha sonra hareket direnci hakkında yazıştılar.

Huygens 1693 yılında akustik olguyu şimdiki adıyla ses efektini gözlemledi. Huygens, 8 Temmuz 1695 yılında Lahey’de öldü ve Grote Kerk’e gömüldü.

Huygens, Descartes ve Newton’un arasında Avrupa’nın öncü doğa felsefecisi olarak anılmıştır. Huygens Kendi zamanının mekanik felsefî ilkelerine bağlı kalmıştır. Özellikle de yerçekimi kuvvetini açıklamaya çalışmıştır.

Huygens, Nisan 1661 yılında İngiltere’ye yaptığı ilk ziyaretinde Gresham Koleji’nin grup toplantısına katıldı ve Boyle’nin hava pompası deneylerini öğrendi. Huygens, 1662 yılının ilk aylarına kadar zamanını çalışmalarını çoğaltmaya harcadı. Bu uzun süreç deneysel ve teorik olarak bazı sorunlara neden olmuştur.

Huygens 1650’lerde elastik çarpışma üzerine çalışmalar yaptı ama bu çalışmaları yayınlaması 10 yıl gecikti. Huygens, Descaters’in elastik çarpışma hakkındaki kanunlarının yanlış olduğunu söyleyerek doğru kanunları formüle etti. Huygens, Newton’un İkinci Kanunu’nun günümüzdeki halini kuadratik formda ifade etti. 1659 yılında merkezcil kuvvetin günümüzdeki standart formülünü dairesel hareketten yararlanarak elde etti.

1673 yılında yayınlanan bu genel formül astronomi yörünge çalışmaları için önemli bir adım oldu ve gezegensel hareketler üzerine Kepler’in üçüncü yasasından yerçekiminin ters kare yasasına geçişi sağladı. Huygens sarkaç üzerine yaptığı çalışmalarla basit harmonik hareket teorisine çok yaklaşmıştı fakat bu konu Newton tarafından onun ikinci kitabı olan Matematik Prensipleri’nde yer almıştır.

Huygens, özellikle 1678 yılında Paris Bilim Akademisi’nce bildirilen ışığın dalga kuramıyla hatırlanmaktadır. Bu teori, 1690 yılında kendisinin ışık tezinin içinde yayınlanmıştır. Huygens bu yayında, dalga teorisinin el yazmasında ona yardımcı olan Ignace- Gaston Pardies’den de bahsetmiştir.

Huygens 1669 yılında Rasmus Bartholin tarafından keşfedilen İzlanda Kalsitinin üzerinde çift kırılma olayını tecrübe etmiştir. Huygens ilk başlarda bulduğu şeyin ne olduğunu açıklayamadı. Daha sonra kendisinin dalga teorisi konsepti ile açıklamıştır. Huygens ışınların kırılmasına ve eğilmesine sebep olan eğri yüzey üzerine olan iddiaları geliştirmiştir. Newton 1704 yılında bu teorinin yerine ışığın parçacık teorisini önerdi. Huygens’in teorisi kabul edilmedi çünkü boyuna dalgalar çift kırınım olayını göstermemekteydi. Huygens projektörlerdeki mercek kullanımını incelemiştir. 1659 yazışmalarına göre Huygens, büyülü fenerin mucidi olarak yansıtılmıştır.

Huygens, o zamandan beri mekanik saatlerde kullanılan salınımlı saat mekanizmalarını, denge yayını ve sarkacı geliştirdi. Bu saat hassaslığında büyük artışa yol açtı.

1657'de, düzenleme mekanizmaları olarak sarkaçlarla ilgili daha önceki araştırmalardan ilham alan Huygens, zaman işleyişinde bir atılım olan ve 1930'lara kadar 275 yıl boyunca en doğru zaman ölçer olan sarkaçlı saati icat etti. Saat tasarımlarının yapımını, saati yapan Lahey'deki Salomon Coster'a verdi. Sarkaçlı saat, mevcut "verge ve foliot" saatlerden daha doğruydu ve hemen popüler oldu ve hızla Avrupa'ya yayıldı. Ancak Huygens, buluşundan fazla para kazanmadı. Pierre Séguier, Fransız haklarını reddetti, bu sırada Rotterdam'daki Simon Douw ve Londra'daki Ahasuerus Fromanteel tasarımını 1658'de kopyaladı.

Sarkaçlı saati icat etme teşvikinin bir kısmı, deniz yolculuklarında göksel navigasyonu kullanıp boylam bulmak için kullanılabilecek doğru deniz kronometresini yapmaktı. Ancak geminin sallanma hareketi sarkacın hareketini bozduğu için saat bir deniz kronometresi olarak başarısız oldu.

Alexander Bruce 1662'de sahaya dirsek attı ve Huygens, Sir Robert Moray ve Royal Society'yi arabuluculuk yapmaya ve bazı haklarını korumaya çağırdı.

Denemeler 1660'lara kadar devam etti, en iyi haber Kraliyet Donanması kaptanı Robert Holmes'tan 1664'te Hollanda mülklerine karşı faaliyet göstermesiydi. Samuel Pepys o sırada şüphelerini dile getirdiği için, Lisa Jardine Holmes'un deneme sonuçlarını doğru şekilde bildirdiğinden şüphe etmiştir.

Huygens, 1673 yılında Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum (Zamanı Ölçme Biliminde Salınım veya Sarkaç Hareketleri) adlı kitabı yayınlandı. Bu kitap Huygens’in yaptığı en önemli çalışmadır. Mersenne ve diğerleri tarafından sarkaçlar çok hassas olmayan sabit zaman aralıklarıyla gözlemlenmiştir. Sarkaçların periyotları salınım genişliğine bağlıdır. Huygens bir cismin üzerine etkiyen yerçekimi kuvvetiyle cismin aşağı doğru kaymasını gözlemleyerek aşağı doğru olan eğriyi bulmuştur. Böylelikle sözde Tautochrone sorununu çözmüştür. Ayrıca Huygens, Mersenne tarafından oluşturulan, salınım hareketi yapan herhangi bir şekildeki katı cismin periyodunu bulma sorununu çözmüştür. Bu, salınımın merkezi ve dönme noktasıyla olan karşılıklı ilişkinin keşfini kapsamaktadır. Huygens dairesel hareket yapan bir kordonun üzerinde ağırlık oluşturarak ve merkezkaç kavramını kullanarak konik sarkacı incelemiştir. Huygens, ideal matematiksel sarkacın periyod formülünü ağırlıksız bir ip kullanarak elde etmiştir.

Huygens ve Robert Hooke spiral yay saatini aynı dönemde olmalarına rağmen birbirlerinden bağımsız olarak geliştirmişlerdir. Bu konu üzerine tartışmalar yüzyıllarca devam etti.

Spiral yaylar bağımsız maşa kollarıyla birlikte modern saatlerin temelidir çünkü bunlar eşzamanlı olarak ayarlanabiliyordu. Ayrıca Huygens 1675 yılında ‘’cep saatinin’’ patentini almıştır.

1655'te Huygens, Satürn'ün halkaları'nın "ince, düz bir halka, hiçbir yere değmeyen ve tutulmaya meyilli" olduğunu öne süren ilk kişiydi. Kendi tasarladığı 43x büyütmeli bir kırılmalı teleskop kullanan Huygens, Satürn'ün ilk uydusu Titan'ı da keşfetti. Aynı yıl, Orion Nebulası'nı gözlemledi ve taslağını çizdi; Orion Bulutsusu'nun bilinen ilk örneği olan çizimi 1659'da Systema Saturnium'da yayınlandı. Modern teleskopunu kullanarak bulutsuyu farklı yıldızlara bölmeyi başardı. Daha aydınlık olan iç kısım şimdi onun onuruna “Huygenian bölgesi” adını taşıyor. Ayrıca birkaç yıldızlararası bulutsu ve bazı çift yıldızları keşfetti.

Mars'ta günün uzunluğunu tahmin etmek için bu özelliğin hareketinin birkaç gün boyunca tekrarlanan gözlemlerini kullandı ve bunu oldukça doğru bir şekilde 24 1/2 saat yaptı. Bu süre, 24 saat 37 dakikalık Mars gününün gerçek uzunluğundan sadece birkaç dakika uzaktır.

Jean-Baptiste Colbert'in teşvikiyle Huygens, tüm gezegenleri ve o zamanlar Güneş'in etrafında döndüğü bilinen uydularını gösterebilecek mekanik bir planetaryum inşa etme görevini üstlendi. Huygens, tasarımını 1680'de tamamladı ve ertesi yıl saat yapımcısı Johannes van Ceulen'e yaptırdı. Ancak, bu arada Colbert öldü ve Huygens planetaryumunu yeni bakan olarak Fransız Bilimler Akademisi'ne teslim edemedi, Louvois Markisi Fracois-Michel le Tellier, Huygens'in sözleşmesini yenilememe kararı aldı.

Huygens tasarımında, doğru sayıda dişe sahip dişlileri seçebileceği en iyi rasyonel yaklaşımları bulmak için devamlı kesirlerleri ustaca kullandı. İki dişli arasındaki oran, iki gezegenin yörünge periyodlarını belirledi. Huygens, gezegenleri Güneş'in etrafında hareket ettirmek için zamanda ileri ve geri gidebilen bir saat mekanizması kullandı. Huygens, kendi planetaryumunun Ole Rømer tarafından aynı zamanda inşa edilen benzer bir cihazdan daha doğru olduğunu iddia etti, ancak planetaryum tasarımı “Opuscula Posthuma”da (1703) ölümünden sonraya kadar yayınlanmadı.