1655年春天,壹個伸手不見五指的深夜,荷蘭海牙這座美麗的城市已進入了夢鄉。而城外壹座高山上的天文觀測站,卻是燈火通明,人們正在緊張的工作。只見壹位三四十歲的中年人,胡子長長的,面容憔悴,正在望遠鏡前聚精會神地觀測星空。從他的臉色可以看出,他已經這樣連續工作好多天了。他現在是用自己設計制造的壹臺天文望遠鏡,觀測地球的姊妹星——土星。
只見他的雙手把住望遠鏡筒,不時地進行調節,全神貫註地觀測夜空上的目標。
“啊!我看見土星的衛星了!”他突然發狂似地喊了起來。別人以為他出了什麽意外,紛紛跑到他的觀測室來,可是,壹進門卻見他安然無恙。他手舞足蹈像個孩子似的告訴大家,說他看見土星的衛星了。頓時,大家爭先恐後地擠到他的望遠鏡前觀看起來,果不其然,土星的衛星進入了眾人的眼簾。大家不由得齊聲歡呼起來。
這顆衛星後來被稱為土衛六。最先觀測到土衛六的這位中年人,就是著名的物理學家、天文學家和數學家惠更斯。
惠更斯於1629年4月14日出生在荷蘭海牙。他的父親是壹位外交官,也是赫赫有名的法學教授。他很重視孩子的教育。他原本希望惠更斯長大以後能夠繼承他的事業,成為舉足輕重的法學家,所以聘請家庭教師對惠更斯進行有關法學的啟蒙教育。
但是,聰明的惠更斯對枯燥的法律條文並不感興趣,他常常利用課余時間,描繪各種想象中的機械圖形,有時還自己動手把它們制作成模型。
有壹天,老師無意中看到班裏最小的學生惠更斯所做的模型,非常生氣,訓斥道:“妳怎麽可以把時間浪費在這些沒用的東西上呢?我壹定要告訴妳父親。”
說完,老師馬上把模型拿去給惠更斯的父親看,並請他責備惠更斯。不料父親看到模型,把弄了壹番,反而贊不絕口地說:“做得太好了,真沒想到我兒子有這樣的天才。老師,我們應該順應孩子的性情來教導他,不能強迫孩子學習他不感興趣的東西啊!”
因為惠更斯有這樣壹位開明的父親,使他從小就受到了良好的家庭教育。他入學很早,能夠循著自己的興趣自由向前發展,專心研讀他喜愛的科學方面的書籍。
16歲那年,惠更斯以優異的成績考入了著名的萊頓大學,專門學習數學、天文學和物理學。由於從小打下良好的科學基礎,他在大學期間,成績總是名列前茅。
1647年,他轉入布勒達大學學習數學和法律。1655年,惠更斯獲得法學博士學位。
大學畢業後,惠更斯曾先後出國到法國巴黎和英國倫敦。在國外,他結識了許多當時著名的專家和學者,其中包括牛頓以及和他壹起創立微積分理論的萊布尼茨等,這對他以後在科學事業上做出成就無疑是很有幫助的。
惠更斯大學畢業後,很快出版了壹本關於二次方程式的數學著作,引起學術界的註意,壹時名聲大噪。
不久,惠更斯致力於光學的研究,發現光是以波的形態傳送的。這個重大的發現,確立了他在學術界的地位。但是,惠更斯並不因此而感到滿足,他經常勉勵自己說:“現在,我已經小有名氣,我必須珍惜這得來不易的聲名,繼續努力,挖掘出更多的宇宙、自然的奧秘。”是的,正是因為他有不斷進取,執著的追求,才使他做出許多重大的科學發現。
1655年,惠更斯利用自己設計的小望遠鏡觀測土星,發現土星的周圍環繞著壹圈光環。9年後,惠更斯又發現了土星的第六顆衛星,即土星的最大的衛星——泰坦(土衛六)。這些發現,使人類對土星的研究,向前邁進壹大步。
另外,在星雲研究方面,惠更斯也有很大的貢獻。他不但是世界上第壹位發現獵戶座腰帶三星下面有壹群大星雲的天文學家,同時,他也發現這群星雲,被壹層淡綠色扇形的明亮星雲所包圍。
我們都知道,天文學家觀察並記錄天上的星辰時,對時間的準確性要求很高,但是,惠更斯那個時代的計時器準確性卻非常低,他為了這個問題簡直傷透了腦筋。
有壹天,因為時間的誤差,惠更斯錯過壹次觀察土星的機會。這引起了他的思索,他不禁想到:“既然沒有人能夠發明出更準確的時鐘,我為什麽不動手研制呢?”
惠更斯說做就做,他絞盡腦汁,日夜苦思,終於設計出壹座活動擺鐘,為人類計時器帶來革命性的進步。提到惠更斯的發明,我們不得不由計時器的發展談起。
在沒有鐘表以前,人們所用的計時工具叫做“日圭”或“圭表”,它利用陽光照射在物體上所投射的影子來計時,和現在所說的“日晷儀”差不多。
最初的日圭是泥土制造的,也叫“土圭”。土圭有壹塊平放的土板叫“圭”,上面有刻度;土板的壹頭插壹根小竹竿或小木棒,叫做“表竿”,表竿的影子落在哪個刻度上,就表示什麽時刻。
後來,有人把長方形的日圭做成圓盤形,還把壹天分為12個時辰,刻在圓盤上,成了圓形的圭,以後再經過改進,成了較精確的日晷儀。
日晷儀有壹個缺點,就是只能在有陽光的白天使用,到了晚上,或是碰到陰天、雨天,便不管用了。因此,有些地方的人使用特制的蠟燭、香、漏等來計時。最簡單的漏,只是個盛水的罐或壺,內壁有刻痕,底部有個小洞,讓水壹點壹滴地漏出,然後人們便可以由水面的高低得知時間。此外,漏也可以用沙來計時,叫“沙漏”。但是,用漏計時必須有人看管,而且做得越精細,費用就越高,所以只有皇宮、政府機關、寺廟等使用,普通人家是無法裝用的;同時,漏的準確度也不高,並不是理想的計時工具,於是又有人發明了機械鐘。
最早的機械鐘叫“塔鐘”,約在13世紀發明成功。這種鐘架在高塔上,利用重錘下墜的力量帶動齒輪,齒輪再帶動指針走動,並用“擒縱器”控制齒輪轉動的速度,以得到比較正確的時間。但是,利用重錘驅動的鐘,只能高高地架在塔上,很不適用。因此,德國人彼德·亨利,在1500年發明了用彈簧驅動的鐘。當意大利科學家伽利略發現物體擺動時,不管弧度多大,它來回擺動壹次的時間永遠相等。不久,他把他的發現發表出來。幾年後,惠更斯讀到伽利略的論文,他禁不住想道:
“既然物體的擺動有等時的特性,那麽,如果能利用物體擺動的力量來驅使鐘裏的齒輪轉動,不是可以得到更準確的時間嗎?”
想到這裏,惠更斯非常興奮,立刻進行計時器的實驗。失敗了,又失敗了……他孜孜不倦,功夫不負有心人,經過壹連串的實驗後,惠更斯終於設計出壹個鐘擺機構,取代塔鐘裏的平衡輪,並在1656年委托制鐘匠,成功地制造出第壹座實用的擺鐘。
可是,惠更斯對擺鐘的準確度並不滿意。他繼續研究,不久,又在齒輪上加裝壹根彈簧,把它改良成現在所說的“擺輪”,使擺鐘的誤差每天不超過2分鐘。第二年,惠更斯獲得了擺鐘的專利權,並出版了《擺鐘》壹書。
由於惠更斯在物理學、天文學和數學等方面都做出了傑出的貢獻,1663年,他成為英國倫敦皇家學會的第壹位外國會員。1665年,惠更斯應路易十四的邀請去法國。第二年法國皇家科學院成立,他被選為會員。著名的“惠更斯原理”,就是在法國提出的。惠更斯原理是光的波動理論的核心。
惠更斯畢生致力於自然科學的研究,取得了卓越的成就。他為人忠誠、謙遜、誠懇,他的成就的取得,壹方面是由於他具有堅強的毅力,不怕困難,不怕挫折,不怕權威,敢於堅持科學真理的英雄氣概;另壹方面是與他的老師、父親的教育,尤其是笛卡爾的光輝的學術思想的影響和哺育分不開的。
知識點
土衛六
土衛六泰坦是土星最大的壹顆衛星。由荷蘭物理學家、天文學家和數學家克裏斯蒂安·惠更斯於1655年3月25日發現,它也是在太陽系內繼木星伽利略衛星發現後發現的第壹顆衛星。由於它是太陽系唯壹壹個擁有濃厚大氣層的衛星,因此被視為壹個時光機器,有助我們了解地球最初期的情況,揭開地球生物如何誕生之謎。