Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) / Institut für Weltraumforschung (IWF) Schmiedlstraße 6, 8042 Graz, Austria, Tel.: 43/316/4120-575, Fax:

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1 Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) / Institut für Weltraumforschung (IWF) Schmiedlstraße 6, 8042 Graz, Austria, Tel.: 43/316/4120-575, Fax: +43/316/4120-590, martin.volwerk@oeaw.ac.at, www.iwf.oeaw.ac.at Download unter ftp://ftp.iwf.oeaw.ac.at/pub/huygens_event_14_01_05/posters Christiaan Huygens Leben und Zeitgeist Descartes und das mechanische Weltbild René Descartes (1596-1650) war einer der wichtigsten Philosophen zur Zeit Huygens. Er propagierte ein mechanisches Weltbild, in dem alle Dinge aus kleinen Teilchen bestehen und alle Naturphänomene wie z.B. Temperatur durch Interaktionen zwischen diesen Teilchen beschrie- ben werden können. Diese Teilchen, die für Menschen zu klein sind um gesehen zu werden, haben verschiedene Größen, aber sonst nur mechanische Eigenschaften. Sie können nur schieben und stoßen. Fallgeschwindigkeit, Mersenne und … Während seiner Studentenzeit hatte Huygens intensiven Kontakt mit dem französischen Mathe- matiker Marin Mersenne (1588-1648). Eines der wichtigsten physikalischen Probleme, die in dieser Korrespondenz besprochen wurden, war das Problem des fallenden Körpers. (sic!) Familie Huygens Christiaan Huygens wurde am 14. April 1629 als 2. Sohn des Dichters und Diplomaten Constantijn Huygens und Frau Suzanna van Baerle geboren. Sein Vater war Sekretär von Frederik Hendrik, dem Prinzen von Oranien und Statthalter von Holland, und war auf Grund dieser Position in Kontakt mit vielen internationalen Politikern und Wissenschaftlern. … ungerade Zahlen Er hat zuerst gezeigt, dass alle Körper gleich schnell fallen: Nimm einen leichten und einen schweren Körper und verbinde die zwei mit einem Faden ohne Gewicht. Der schwere Körper wird den leichten mitschleppen und schneller fallen lassen, aber der leichte wird den schweren zurückhalten und langsamer fallen lassen. Aber man kann die zwei auch als einen neuen schwereren Körper sehen, welcher schneller als die zwei einzelnen fallen würde. Deswegen kann es nur stimmen, dass alle Körper mit gleicher Geschwindigkeit und er machte schnell Riesenfortschritte. Außerdem hatte er als Hobby das Bauen von kleinen Instrumenten wie z.B. Mühlen. Letzteres passt sehr gut zum mechanischen Weltbild von Descartes. 1645, gerade mal 16 Jahre alt, schreibt sich Huygens an der Universität Leiden für das Studium der Rechtswissen- schaften ein, ergänzt um Mathematik, welche schnell zu seinem Hauptinteresse wurde. Wie alle Huygens-Kinder genoss Christiaan eine ausgezeichnete Ausbildung und wurde mit allen Facetten der Wissenschaft, Literatur und Kultur seines Jahrhunderts vertraut gemacht. So lernte er z.B. Latein, Französisch, Griechisch, Italienisch, aber auch tanzen und fechten sowie komponieren und das Spielen auf drei verschiedenen Instrumenten. Erst als Christiaan 15 Jahre alt war, stellte sein Vater einen Mathematiklehrer für ihn und seinen älteren Bruder Constantijn an. Mathematik war Christiaans Lieblingsfach Dieses Weltbild war sehr revolutionär im Aristoteles hatte postuliert, dass ein Körper unendlich schnell fallen würde, wenn es keinen Luftwiderstand gäbe. Der Luftwiderstand bremst den Körper ab, wodurch fallen schwere Körper schneller als leichte, was jeder verstehen kann. Anfang des 17. Jahrhunderts experimentierte fallen. Galileos Experimente zeigten ihm, dass die Distanzen, die ein fallender Körper in aufeinanderfolgenden gleichen Zeitintervallen zurücklegt, sich wie die ungeraden Zahlen 1:3:5:7:... verhalten. Dieses Gesetz der ungeraden Zahlen, wurde nicht allgemein akzeptiert. Warum konnten es z.B. nicht die geraden Zahlen sein: 2:4:6:8:...? Viele Varianten dieses Gesetzes wurden entwickelt. Huygens erklärte in seiner Korrespondenz mit Mersenne, warum nur die Reihe der ungeraden Zahlen stimmen konnte. Er war überzeugt, dass die Ein Körper legt in der 1. Sekunde eine Distanz A und in der 2. Sekunde eine Distanz 3A zurück. Dieses Verhältnis 1:3 soll dann allgemein gültig sein für die Distanzen in der 1. x Sekunde und der 2. x Sekunde. Wenn x =2, dann muss der Körper nach 4 Sekunden eine Distanz von (A+3A) plus 3 mal (A+3A) oder 16A zurückgelegt haben, und 16=1+3+5+7. So konnte Huygens erklären, dass alle Fallgesetze, die nicht auf ungerade Zahlen gegründet sind, falsch sein müssen. Dieses Gesetz der ungeraden Zahlen ist völlig gleich mit dem heutigen Fallgesetz: Hier ist x(t) die Distanz, die ein Körper nach einem Intervall t zurückgelegt hat, und g ist die Fallbeschleunigung 9,8 m/s 2. Für t=0 bis t=4 zeigt das Histogramm die Distanz, die pro t=1 zurückgelegt wird; d.h. wir zeigen x(t=1)–x(t=0), x(t=2)–x(t=1) usw. Das Verhältnis ist linear: Blau : rot : grün : lila = 4,9 : 14,7 : 24,5 : 34,3 = 1 : 3 : 5 : 7 Pause für Mathematik Die Korrespondenz mit Mersenne war nur von kurzer Dauer. Huygens bereitete sich auf eine staatliche Karriere vor; professionelle Naturforscher gab es damals noch nicht in den Niederlanden. Er verließ die Schule ohne Diplom und erst 1655, Jahre später, kaufte er während einer Reise nach Frankreich an der Universität Angers ein Doktorat in Jus. Huygens Vater hatte Pläne, für seine Söhne eine staatliche Karriere zu arrangieren. Der Tod Frederik Hendriks, und Probleme seines Nach- folgers Willem II mit den holländischen Verwal- tern vereitelten dies. Dieser Umstand ermöglichte Christiaan Huygens von nun an seine ganze Zeit der Mathematik und dem Erbauen von interessan- ten Instrumenten zu widmen. Zu den bedeutend- sten zählen das Teleskop – mit dem er Saturn beobachtet hat – und die Pendeluhr. Daneben erfand er aber auch Dinge von geringerer wissen- schaftlicher Relevanz, wie beispielsweise die Zauberlaterne. Vergleich zum alten Aristotelischen Weltbild, und gab den Leuten von damals die Vorstellung, dass sie die Natur endlich verstehen konnten. Die große Anziehungskraft von Descartes Philosophie war, dass er, so sagte Huygens verständliche Ursachen für alles, was in der Natur stattfindet, behaupten durfte. Huygens war sehr begeistert von Descartes Philosophie. Er akzeptierte seine Theorien aber nicht als absolute Wahrheit, sondern als einen Ausgangspunkt für weitere Forschung. In diesem Sinne zeigte Huygens, dass er, besser als seine Zeitgenossen, den Wert von Descartes Philosophien erkannte. Schließlich waren fast alle von Descartes Theorien falsch. Galileo in Pisa mit leichten und schweren Körpern, um die Fallgeschwindigkeit zu bestimmen. Wirklichkeit mathematisch beschrieben werden konnte, und dass das Gesetz vom verwendeten Zeitintervall unabhängig sein sollte. So sagt er: