克里斯蒂安·惠更斯，荷蘭人，世界知名物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家，和發(fā)明家，機(jī)械鐘(他發(fā)明的擺鐘屬于機(jī)械鐘)的發(fā)明者。

惠更斯自幼聰慧，13歲時(shí)曾自制一臺(tái)車床，表現(xiàn)出很強(qiáng)的動(dòng)手能力。1645～1647年在萊頓大學(xué)學(xué)習(xí)法律與數(shù)學(xué);1647～1649年轉(zhuǎn)入布雷達(dá)學(xué)院深造。 在阿基米德等人著作及笛卡兒等人直接影響下，致力于:力學(xué)、光波學(xué)、天文學(xué)及數(shù)學(xué)的研究。他善于把科學(xué)實(shí)踐和理論研究結(jié)合起來，透徹地解決問題，因此在擺鐘的 發(fā)明、天文儀器的設(shè)計(jì)、彈性體碰撞和光的波動(dòng)理論等 方面都有突出成就。1663年他被聘為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)第一 個(gè)外國(guó)會(huì)員，1666年剛成立的法國(guó)皇家科學(xué)院選 他為院士。惠更斯體弱多病，一心致力于科學(xué)事業(yè)，終生未婚。 1695年7月8日在海牙逝世。他還推翻了牛頓的微粒說。

1629年4月14 日出生于海牙。父母是大臣和詩人，與R.笛卡兒等學(xué)界名流交往甚密。

惠更斯自幼聰 慧，13歲時(shí)曾自制一臺(tái)車床，表現(xiàn)出很強(qiáng)的動(dòng)手能力。他的祖父，也叫克里斯蒂安·惠更斯，作為秘書效力于沉默者威廉（William the Silent）以及毛里斯親王（Prince Maurice）。在1625年，他的父親康斯坦�。–onstantijn）成為親王弗雷德里克·亨利（Prince Frederic Henry）的秘書，而且正如克里斯蒂安的哥哥，另一位康斯坦�。–onstantijn）那樣，在隨后的生涯中，一直服務(wù)于奧蘭治家族（Orange family）。

跟隨這個(gè)效命于奧蘭治王室（house of Orange）的外交事務(wù)（diplomatic service）傳統(tǒng)，惠更斯家族有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的教育和文化傳統(tǒng)。他的祖父積極參與到對(duì)孩子們的教育中，于是惠更斯的父親在文學(xué)和科學(xué)方面都極為博學(xué)。他曾與梅森（Mersenne）和笛卡爾有過通信，而笛卡爾受到過惠更斯在海牙對(duì)他的很好的招待�？邓固苟∈且粋�(gè)對(duì)藝術(shù)很有品位的人，有繪畫才能，也是一個(gè)音樂家、多才的作曲家，而尤其是，一個(gè)杰出的詩人；他那些用荷蘭文和拉丁文寫下的篇章，令他在荷蘭文學(xué)史上獲得了經(jīng)久不衰的地位。

就像他父親一樣，康斯坦丁積極地致力于孩子的教育�？死锼沟侔埠透绺缈邓固苟≡诩抑薪邮芨赣H和私人教師的教育，一直到16歲。兄弟倆在音樂（克里斯蒂安善于歌唱，并能演奏古大提琴[viola de gamba]，魯特詩琴[lute]和撥弦鍵琴[harpsichord]）、拉丁語、希臘語、法語、一些意大利語、以及邏輯、數(shù)學(xué)、力學(xué)、還有地理學(xué)方面有了一個(gè)背景。作為一個(gè)非常天才的學(xué)生，克里斯蒂安在幼年就展示出了兼顧理論方面的興趣以及對(duì)實(shí)際應(yīng)用與建造的洞察力，這也成為了他后來的科學(xué)工作的特點(diǎn)。

從1645年5月到1647年三月，克里斯蒂安在萊頓大學(xué)（University of Leiden）學(xué)習(xí)法律與數(shù)學(xué)。其中數(shù)學(xué)是學(xué)自凡司頓（Frans van Schooten）。他學(xué)習(xí)了經(jīng)典數(shù)學(xué)，也學(xué)習(xí)了韋達(dá)（Viète）、笛卡爾、費(fèi)馬的現(xiàn)代方法。在這一時(shí)期，他的父親告訴梅森其子對(duì)落體問題的研究，這引起了梅森的注意，也從而開始了在克里斯蒂安與梅森之間的直接通信。笛卡爾，其工作在這些年深深地影響了年輕的惠更斯，也對(duì)克里斯蒂安的工作表示興趣與欣賞。從1647年3月到1649年八月，克里斯蒂安在新成立的位于布雷達(dá)（Breda）的奧蘭治學(xué)院（Collegium Arausiacum[College of Orange]）學(xué)習(xí)法律，他的父親是這所學(xué)校的校長(zhǎng)，而佩爾（Pell）教數(shù)學(xué)。

在他的學(xué)習(xí)之后，惠更斯沒有選擇外交（diplomacy）這個(gè)本來對(duì)他的出生和教育更自然的職業(yè)生涯。他不想要這樣的事業(yè)，而不論怎樣，隨著1650年威廉二世（William II）的去世、惠更斯家族失去了從事外交工作的首要機(jī)會(huì)�；莞�斯一直呆在家到1666年，除了到巴黎和倫敦的三次旅行。他父親提供的資助讓他可以完全投入到對(duì)自然的研究中。這些年（1650到1666）是惠更斯的生涯中最多產(chǎn)的時(shí)期。

最初惠更斯集中于數(shù)學(xué)：面積和體積的確定，以及由帕普斯（Pappus）的工作所啟發(fā)的代數(shù)問題。在1651年，《雙曲線、橢圓和圓的求積定理》（Theoremata de quadratura hyperboles, ellipsis et circuli） 寫成，包括對(duì)圣文森特的格里高利（Gregory of St. Vincent）的圓求積的反駁。而后是1654年的《圓大小的發(fā)現(xiàn)》（De circuli magnitudine inventa）。在接下來的歲月中，惠更斯研究了拋物線求長(zhǎng)、求拋物線旋轉(zhuǎn)面的面積、許多曲線如蔓葉線、擺線（與帕斯卡在1658年公開提出的一個(gè)問題有聯(lián)系）和對(duì)數(shù)曲線的切線和面積問題。1657年，惠更斯關(guān)于概率問題的論文發(fā)表，《論賭博中的計(jì)算》（Tractatus de ratiociniis in aleae ludo）。

1650年，一個(gè)關(guān)于流體靜力學(xué)的手稿已經(jīng)完成。而在1652年，惠更斯將彈性碰撞的規(guī)律公式化，并開始幾何光學(xué)的學(xué)習(xí)。在1655年他讓自己與他哥哥一起，去磨制鏡片。他們制造了顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡。而惠更斯在1655-1656年的冬天，發(fā)現(xiàn)了土星的衛(wèi)星并辨識(shí)出了土星光環(huán)，兩者分別報(bào)告于《土星之月新觀察》（De Saturni luna observatio nova ）和《土星系統(tǒng)》（Systema Saturnium ）中。

1656年惠更斯發(fā)明了擺鐘。這在1658年的《時(shí)鐘》（Horologium ）（不要與后來的Horologium oscillatorium混淆）中有記述。這也造就了一些機(jī)會(huì)讓他發(fā)現(xiàn)擺線等時(shí)性（tautochronism）（1659）、研究漸屈線（evolute）和擺動(dòng)中心（center of oscillation）的理論。惠更斯對(duì)離心力的研究也從1659年開始。在這些年中，他與許多學(xué)者的通信大量增多，那些學(xué)者有圣文森特的格里高利、沃利斯（Wallis）、凡司頓和斯呂塞（Sluse）。在1660年之后，對(duì)擺鐘在海上確定經(jīng)度的應(yīng)用研究占據(jù)了他很多的時(shí)間。

關(guān)于上面提到的旅行，第一次是1655年的7月到9月，惠更斯來到巴黎，在那里遇見了伽桑狄（Gassendi）、羅伯威爾（Roberval）、索畢耶（Sorbiere）以及布利奧（Boulliau）——也就是后來組建法國(guó)皇家科學(xué)院（Academie Royale des Sciences）的那些學(xué)者。與他的哥哥一樣，利用在法國(guó)停留的機(jī)會(huì)，在昂熱（Angers）取得了一個(gè)民法及教會(huì)法規(guī)“utriusque juris”博士學(xué)位。當(dāng)他第二次在巴黎停留，那是1660年10月到1661年3月，他見到了帕斯卡、奧祖（Auzout）以及笛沙格（Desargues）。后來他在去了倫敦，呆到1661年5月。在那里，惠更斯參加了格雷欣學(xué)院（Gresham College）的會(huì)議，遇見了莫里（Moray）、沃利斯（Wallis）以及奧登堡（Oldenburg），而波義耳的空氣泵實(shí)驗(yàn)給他留下了深刻印象。第三次來巴黎，是從1663年4月到1664年5月，中間有一次去倫敦的旅行（1663年6月到9月）。他在倫敦成為了新成立的皇家學(xué)會(huì)（Royal Society）的會(huì)員。接著他回到巴黎，在那里從路易十四獲得了科學(xué)工作的第一筆薪俸。

在1664年，泰弗諾（Thévenot）找到惠更斯，請(qǐng)他成為在巴黎即將成立的一所學(xué)院（academy）的成員；柯爾貝爾（Colbert）提議為梅森之后在巴黎舉行的非正式學(xué)者會(huì)議，給予一個(gè)官方的地位以及資助。在1666年，皇家科學(xué)院（Académie Royale des Sciences）成立，惠更斯接受了會(huì)員資格，并在那年5月前往巴黎。此后在巴黎一直呆到1681年，中間僅因?yàn)榻】翟�因，有兩次在海牙（Hague）呆了一段時(shí)間�；莞�斯身體不太好，在1670年初，他被一場(chǎng)嚴(yán)重的疾病所折磨。在9月，他部分痊愈并前往海牙，在1671年6月回到巴黎。而在1675年秋，疾病復(fù)發(fā)，從1676年7月到1678年6月惠更斯再次呆在海牙。

作為學(xué)會(huì)最卓越的會(huì)員，惠更斯獲得了很高的薪俸，并居住在皇家圖書館（Bibliothéque Royal）的一套房間中。在學(xué)會(huì)中，惠更斯鼓勵(lì)一項(xiàng)研究自然的培根式計(jì)劃（Baconian program）。他積極參與天文觀測(cè)（例如對(duì)土星的觀測(cè)）和空氣泵實(shí)驗(yàn)中來。在1669年他闡述了他的重力起因理論，而在1678年他寫了《論光》（Traité de la lumière ），其中宣布了他在1676-1677年發(fā)展出來的光的波動(dòng)理論（嚴(yán)格地說是光的脈沖理論）。在1668-1669年，他在理論上和實(shí)驗(yàn)上，研究了阻力介質(zhì)中的物體運(yùn)動(dòng)。在1673年，他與帕平（Papin）合作，建造了一個(gè)內(nèi)燃機(jī)（moteur à explosion）。而此后他也與萊布尼茲有定期接觸�；莞�斯在1673年開始了他關(guān)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)的研究，并設(shè)計(jì)出由彈簧而非鐘擺來校準(zhǔn)時(shí)間的鐘表，接著，就發(fā)生了他與胡克（Hooke）的優(yōu)先權(quán)之爭(zhēng)。在1677年他使用了顯微鏡進(jìn)行研究。

1672年，荷蘭共和國(guó)和路易十四及其同盟者之間爆發(fā)了戰(zhàn)爭(zhēng)。奧蘭治的威廉三世上臺(tái)，而惠更斯的父親和哥哥承擔(dān)了荷蘭的重要位置。而惠更斯留在巴黎，雖然他對(duì)荷蘭的事業(yè)有著深切的關(guān)注，但他仍然在的柯爾貝爾保護(hù)下繼續(xù)他在學(xué)會(huì)的工作。1673年，他發(fā)表了《論擺鐘》（Horologium oscillatorium ），這是惠更斯進(jìn)入路易十四資助的職位后的第一部著作，他把它獻(xiàn)給了法國(guó)國(guó)王。這一舉動(dòng)有助于加強(qiáng)他在巴黎的地位，但在荷蘭引起了一些反對(duì)。

又一次因?yàn)榧膊。�惠更斯�?681年離開巴黎，在1683年之前痊愈，但與此同時(shí)柯爾貝爾去世，而如果在巴黎沒有他的支持，惠更斯因其國(guó)籍、新教信仰以及家庭與奧蘭治王室的關(guān)系，會(huì)給他招致強(qiáng)烈的反對(duì)，因此他決定呆在荷蘭。從而他的經(jīng)濟(jì)狀況不像以前那樣有保障，而他可以靠家里的土地所有權(quán)而有一份收入。惠更斯從未結(jié)婚。在海牙以及在靠近福爾堡（Voorburg）附近的家庭鄉(xiāng)村別墅Hofwijck的相對(duì)孤寂的狀態(tài)中，他繼續(xù)光學(xué)研究，建造了許多鐘表，并試用于幾次長(zhǎng)距離航海中，他還寫下了《被發(fā)現(xiàn)的天上的世界》（Cosmotheoros ）。1689年6月到9月，他訪問英格蘭，在那里遇到了牛頓。牛頓的《原理》引起了惠更斯的仰慕之情但也激起了他強(qiáng)烈的分歧。兩者的證據(jù)在《論光》及本書補(bǔ)編的《論重力的原因》（Discours de la cause de la pesanteur ）中能找到。與法蒂奧（Fatio de Duillier）的討論，與萊布尼茲的通信，以及對(duì)他的微分積分的興趣，在最后的幾年中使惠更斯的注意力轉(zhuǎn)回?cái)?shù)學(xué)。

1694年，惠更斯再一次生病，這一次他沒有恢復(fù)過來。次年夏天在海牙去世。

惠更斯處于富裕寬松的家庭和社會(huì)條件中，沒受過宗教迫害的干擾，能比較自由地發(fā)揮自己的才能．他善于把科學(xué)實(shí)踐與理論研究結(jié)合起來，透徹地解決某些重要問題，形成了理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的工作方法與明確的物理思想，他留給人們的科學(xué)論文與著作68種，《全集》有22卷，在碰撞、鐘擺、離心力和光的波動(dòng)說、光學(xué)儀器等多方面作出了貢獻(xiàn)．

惠更斯曾首先集中精力研究數(shù)學(xué)問題，如懸鏈線(他發(fā)現(xiàn)懸鏈線既擺線與拋物線的區(qū)別)、曳物線、對(duì)數(shù)螺線等都進(jìn)行過研究，還在概率論和微積分方面有所成就。

1657年發(fā)表的《論賭博中的計(jì)算》，就是一篇關(guān)于概率論的科學(xué)論文(他是概率論的創(chuàng)始人)，顯示了他在數(shù)學(xué)上的造詣。從1651年起，對(duì)于圓、二次曲線、復(fù)雜曲線、懸鏈線、概率問題等發(fā)表了一些論著，他還研究了浮體和求各種形狀物體的重心等問題。

惠更斯原理是近代光學(xué)的一個(gè)重要基本理論。但它雖然可以預(yù)料光的衍射現(xiàn)象的存在，卻不能對(duì)這些現(xiàn)象作出解釋 ，也就是它可以確定光波的傳播方向，而不能確定沿不同方向傳播的振動(dòng)的振幅。因此，惠更斯原理是人類對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的一個(gè)近似的認(rèn)識(shí)。直到后來，菲涅耳對(duì)惠更斯的光學(xué)理論作了發(fā)展和補(bǔ)充，創(chuàng)立了“惠更斯--菲涅耳原理”，才較好地解釋了衍射現(xiàn)象，完成了光的波動(dòng)說的全部理論。

惠更斯在1678年給巴黎科學(xué)院的信和1690年發(fā)表的《光論》一書中都闡述了他的光波動(dòng)原理，即惠更斯原理．惠更斯原理認(rèn)為:對(duì)于任何一種波，從波源發(fā)射的子波中，其波面上的任何一點(diǎn)都可以作為子波的波源，各個(gè)子波波源波面的包洛面就是下一個(gè)新的波面。 他認(rèn)為每個(gè)發(fā)光體的微粒把脈沖傳給鄰近一種彌漫媒質(zhì)（“以太”）微粒，每個(gè)受激微粒都變成一個(gè)球形子波的中心．他從彈性碰撞理論出發(fā)，認(rèn)為這樣一群微粒雖然本身并不前進(jìn)，但能同時(shí)傳播向四面八方行進(jìn)的脈沖，因而光束彼此交*而不相互影響，并在此基礎(chǔ)上用作圖法解釋了光的反射、折射等現(xiàn)象《光論》中最精彩部分是對(duì)雙折射提出的模型，用球和橢球方式傳播來解釋尋常光和非常光所產(chǎn)生的奇異現(xiàn)象，書中有幾十幅復(fù)雜的幾何圖，足以看出他的數(shù)學(xué)功底．

另外惠更斯在巴黎工作期間曾致力于光學(xué)的研究。1678年，他在法國(guó)科學(xué)院的一次演講中公開反對(duì)了牛頓的光的微粒說。他說，如果光是微粒性的，那么光在交叉時(shí)就會(huì)因發(fā)生碰撞而改變方向。可當(dāng)時(shí)人們并沒有發(fā)現(xiàn)這現(xiàn)象，而且利用微粒說解釋折射現(xiàn)象，將得到與實(shí)際相矛盾的結(jié)果。因此，惠更斯在1690年出版的《光論》一書中正式提出了光的波動(dòng)說，建立了著名的惠更斯原理。在此原理基礎(chǔ)上，他推倒出了光的反射和折射定律，圓滿的解釋了光速在光密介質(zhì)中減小的原因，同時(shí)還解釋了光進(jìn)入冰洲石所產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象，認(rèn)為這是由于冰洲石分子微粒為橢圓形所致。

惠更斯在天文學(xué)方面有著很大的貢獻(xiàn)。他設(shè)計(jì)制造的光學(xué)和天文儀器精巧超群，如磨制了透鏡，改進(jìn)了望遠(yuǎn)鏡（用它發(fā)現(xiàn)了土星光環(huán)等）與顯微鏡，惠更斯目鏡至今仍然采用，還有幾一十米長(zhǎng)的“空中望遠(yuǎn)鏡”（無管、長(zhǎng)焦距、可消色差）、展示星空的“行星機(jī)器”（即今天文館雛型）等．

他把大量的精力放在了研制和改進(jìn)光學(xué)儀器上。當(dāng)惠更斯還在荷蘭的時(shí)候，就曾和他的哥哥一起以前所未有的精度成功地設(shè)計(jì)和磨制出了望遠(yuǎn)鏡的透鏡，進(jìn)而改良了開普勒的望遠(yuǎn)鏡�；莞�斯利用自己研制的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了大量的天文觀測(cè)。因此，他得到的報(bào)酬是解開了一個(gè)由來已久的天文學(xué)之謎。伽利略曾通過望遠(yuǎn)鏡觀察過土星，他發(fā)現(xiàn)了“土星有耳朵”，后來又發(fā)現(xiàn)了土星的“耳朵”消失了。伽利略以后的科學(xué)家對(duì)此問題也進(jìn)行過研究，但都未得要領(lǐng)�！巴列枪脂F(xiàn)象”成為了天文學(xué)上的一個(gè)謎。當(dāng)惠更斯將自己改良的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)這顆行星時(shí)，他發(fā)現(xiàn)了在土星的旁邊有一個(gè)薄而平的圓環(huán)，而且它很傾向地球公轉(zhuǎn)的軌道平面。伽利略發(fā)現(xiàn)的“土星耳朵”消失，是由于土星的環(huán)有時(shí)候看上去呈現(xiàn)線狀。以后惠更斯又發(fā)現(xiàn)了土星的衛(wèi)星--土衛(wèi)六，并且還觀測(cè)到了獵戶座星云、火星極冠等。

對(duì)擺的研究是惠更斯所完成的最出色的物理學(xué)工作。

在1668～1669年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)碰撞問題征文懸賞中，他是得獎(jiǎng)?wù)咧�一．他詳盡地研究了完全彈性碰撞問題（當(dāng)時(shí)叫“對(duì)心碰撞”）．死后綜合發(fā)表于《論物體的碰撞運(yùn)動(dòng)》（1703）中，包括5個(gè)假設(shè)和13個(gè)命題．他糾正了笛卡兒不考慮動(dòng)量方向性的錯(cuò)誤，并首次提出完全彈性碰撞前后的守恒．他還研究了岸上與船上兩個(gè)人手中小球的碰撞情況并把相對(duì)性原理應(yīng)用于碰撞現(xiàn)象的研究．

惠更斯從實(shí)踐和理論上研究了鐘擺及其理論．1656年他首先將擺引入時(shí)鐘成為擺鐘以取代過去的重力齒輪式鐘．在《擺鐘》（1658）及《擺式時(shí)鐘或用于時(shí)鐘上的擺的運(yùn)動(dòng)的幾何證明》（1673）中提出著名的單擺周期公式，T=2P（l/g)^0.5【注】,其中P為圓周率，l為擺長(zhǎng),g為重力加速度．研究了復(fù)擺及其振動(dòng)中心的求法．通過對(duì)漸伸線、漸屈線的研究找到等時(shí)線、擺線．研究了三線擺、錐線擺、可倒擺及擺線狀?yuàn)A片等，圖2－2－7是惠更斯的船用鐘外形及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中有擺錘、擺線狀?yuàn)A板、每隔半秒由驅(qū)動(dòng)錘解鎖的棘爪等．

【注：當(dāng)利用高等數(shù)學(xué)研究單擺的運(yùn)動(dòng)就會(huì)看到，這個(gè)公式是個(gè)近似公式，由它算出的周期與精確值之間的差別隨著偏角的增加而增加。當(dāng)偏角為5°時(shí)兩者相差0.01%，7°時(shí)相差0.1%，15°時(shí)相差0.5%，23°時(shí)相差1%�！�

在研究擺的重心升降問題時(shí)，惠更斯發(fā)現(xiàn)了物體系的重心與后來歐勒稱之為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的量，還引入了反饋裝置——“反饋”這一物理思想今天更顯得意義重大．設(shè)計(jì)了船用鐘和手表平衡發(fā)條，大大縮小了鐘表的尺寸．他還用擺求出重力加速度的準(zhǔn)確值，并建議用秒擺的長(zhǎng)度作為自然長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)．

惠更斯還提出了他的離心力定理，他還研究了圓周運(yùn)動(dòng)、擺、物體系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力以及泥球和地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)變扁的問題等等．這些研究對(duì)于后來萬有引力定律的建立起了促進(jìn)作用．他提出過許多既有趣又有啟發(fā)性的離心力問題．

擺的等時(shí)性

多少世紀(jì)以來，時(shí)間測(cè)量始終是擺在人類面前的一個(gè)難題。當(dāng)時(shí)的計(jì)時(shí)裝置諸如日規(guī)、沙漏等均不能在原理上保持精確。直到伽利略發(fā)現(xiàn)了擺的等時(shí)性，惠更斯將擺運(yùn)用于計(jì)時(shí)器，人類才進(jìn)入一個(gè)新的計(jì)時(shí)時(shí)代。

當(dāng)時(shí)，惠更斯的興趣集中在對(duì)天體的觀察上，在實(shí)驗(yàn)中，他深刻體會(huì)到了精確計(jì)時(shí)的重要性，因而便致力于精確計(jì)時(shí)器的研究。當(dāng)年伽利略曾經(jīng)證明了單擺運(yùn)動(dòng)與物體在光滑斜面上的下滑運(yùn)動(dòng)相似，運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)與位置有關(guān)。惠更斯進(jìn)一步確證了單擺振動(dòng)的等時(shí)性并把它用于計(jì)時(shí)器上，制成了世界上第一架計(jì)時(shí)擺鐘。這架擺鐘由大小、形狀不同的一些齒輪組成，利用重錘作單擺的擺錘，由于擺錘可以調(diào)節(jié)，計(jì)時(shí)就比較準(zhǔn)確。在他隨后出版的《擺鐘論》一書中，惠更斯詳細(xì)地介紹了制作有擺自鳴鐘的工藝，還分析了鐘擺的擺動(dòng)過程及特性，首次引進(jìn)了“擺動(dòng)中心”的概念。他指出，任一形狀的物體在重力作用下繞一水平軸擺動(dòng)時(shí)，可以將它的質(zhì)量看成集中在懸掛點(diǎn)到重心之連線上的某一點(diǎn)，以將復(fù)雜形體的擺動(dòng)簡(jiǎn)化為較簡(jiǎn)單的單擺運(yùn)動(dòng)來研究。

惠更斯在他的《擺鐘論》中還給出了他關(guān)于所謂的“離心力”的基本命題。他提出：一個(gè)作圓周運(yùn)動(dòng)的物體具有飛離中心的傾向，它向中心施加的離心力與速度的平方成正比，與運(yùn)動(dòng)半徑成反比。這也是他對(duì)有關(guān)的伽利略擺動(dòng)學(xué)說的擴(kuò)充。

在研制擺鐘時(shí)，惠更斯還進(jìn)一步研究了單擺運(yùn)動(dòng)，他制作了一個(gè)秒擺（周期為2秒的單擺），導(dǎo)出了單擺的運(yùn)動(dòng)公式。在精確地取擺長(zhǎng)為3.0565英尺時(shí)，他算出了重力加速度為9.8米/秒2。這一數(shù)值與我們使用的數(shù)值是完全一致的。

后來，惠更斯和胡克還各自發(fā)現(xiàn)了螺旋式彈簧絲的振蕩等時(shí)性，這為近代游絲懷表和手表的發(fā)明創(chuàng)造了條件。

惠更斯的其他貢獻(xiàn)

惠更斯在天文學(xué)方面有著很大的貢獻(xiàn)。

惠更斯在數(shù)學(xué)上有出眾的天才，早在22歲時(shí)就發(fā)表過關(guān)于計(jì)算圓周長(zhǎng)、橢圓弧及雙曲線的著作。他對(duì)各種平面曲線，如懸鏈線、曳物線、對(duì)數(shù)螺線等都進(jìn)行過研究，還在概率論和微積分方面有所成就。1657年發(fā)表的《論賭博中的計(jì)算》，就是一篇關(guān)于概率論的科學(xué)論文，顯示了他在數(shù)學(xué)上的造詣。

惠更斯和他的碰撞研究

惠更斯是荷蘭最著名的物理學(xué)家，他是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)第一個(gè)外國(guó)會(huì)員，是法國(guó)科學(xué)院唯一的外國(guó)院士。他在物理學(xué)、數(shù)學(xué)和天文學(xué)方面他都有非常的貢獻(xiàn)，是近代自然科學(xué)的重要開拓者之一。

惠更斯對(duì)完全彈性碰撞作了相當(dāng)詳盡的研究，提出了自己的碰撞理論。他的理論是以下述三個(gè)假設(shè)（公理）作為基礎(chǔ)的：

（1）“運(yùn)動(dòng)起來的物體，在未受到阻礙作用時(shí)，將以不變的速度沿直線繼續(xù)運(yùn)動(dòng)”。

（2）“兩個(gè)具有相同質(zhì)量的物體，以相同的速度相向作對(duì)心碰撞后，兩者都以相同的速度向相反方向運(yùn)動(dòng)�！�

（3）“物體的運(yùn)動(dòng)以及它們的速度，必須看作是相對(duì)于另一些我們以為是靜止的物體而言的，而不必考慮這些物體是否還參與另外的共同運(yùn)動(dòng)。因此，當(dāng)兩個(gè)物體相碰撞時(shí)，即使它們同時(shí)參與另一勻速運(yùn)動(dòng)，在也具有這個(gè)共同運(yùn)動(dòng)的觀察者看來，兩個(gè)物體的相互作用就好象不存在這個(gè)共同運(yùn)動(dòng)一樣�！�

根據(jù)這些假設(shè)，惠更斯作出斷言：兩個(gè)質(zhì)量相同并以相同的速度相向運(yùn)動(dòng)的物體，在發(fā)生剛性的對(duì)心碰撞之后，都保留碰撞前的速度而相互彈開。這個(gè)結(jié)論被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)了。

惠更斯進(jìn)一步研究了兩個(gè)質(zhì)量相同的物體以不同的速度發(fā)生對(duì)心碰撞的情形。這里，他獨(dú)具匠心地運(yùn)用了相對(duì)性原理：想象一個(gè)人在以速度U作勻速運(yùn)動(dòng)的船上，用吊起的兩個(gè)相同的鋼球作碰撞實(shí)驗(yàn)。對(duì)船而言，兩球以同樣的速度V相接近而碰撞。根據(jù)假設(shè)（3），船上的人所看到的就是上面所說的那種最簡(jiǎn)單的碰撞，在碰撞后（對(duì)船而言）兩球?qū)⒈３峙鲎睬暗乃俣榷�被彈開，這個(gè)過程對(duì)于站在岸上的人來說這兩個(gè)球是以不同的速度（V + U）和（U - V）相向碰撞的，碰撞后兩球的速度分別變?yōu)椋║ - V）和（V + U）。于是就可以得出結(jié)論：兩個(gè)相同的球以不同的速度發(fā)生對(duì)心碰撞后，將彼此交換速度�；莞�斯還指出，這種情形的一個(gè)特例是：一個(gè)靜止的球同一個(gè)質(zhì)量相同的運(yùn)動(dòng)著的球碰撞后，后者立即停止，而原來靜止的球則獲得這一個(gè)速度前進(jìn)。最一般的情形是兩個(gè)質(zhì)量不同、運(yùn)動(dòng)速度也不同的剛性球的對(duì)心碰撞�；莞�斯從一個(gè)特例，即兩球的速度V1，V2和它們的質(zhì)量M1，M2成反比的情況入手，再次采用假設(shè)（3），得出了最一般情況下碰撞后的速度。

特別值得指出的是，惠更斯在碰撞過程的研究中得出了許多重要的機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理。他認(rèn)為：“兩個(gè)物體所具有的運(yùn)動(dòng)量在碰撞中都可以增多或減少，但是它們的量值在同一個(gè)方向的總和卻保持不變，如果減去反方向的運(yùn)動(dòng)量的話�！彼�還指出：“兩個(gè)，三個(gè)或任意多個(gè)物體的共同重心，在碰撞前后總是朝著同一方向作勻速直線運(yùn)動(dòng)�！边@是很完善的動(dòng)量守恒律的表述。惠更斯既看到了動(dòng)量數(shù)值的變化，又強(qiáng)調(diào)了方向的問題，實(shí)際上是把動(dòng)量概念引進(jìn)了物理學(xué)，從而為牛頓運(yùn)動(dòng)定律的提出和矢量力學(xué)的建立作了概念的準(zhǔn)備，這是物理學(xué)思想的一個(gè)重大進(jìn)步。在另一個(gè)定理中，惠更斯認(rèn)為：“在兩個(gè)物體的碰撞中，它們的質(zhì)量和速度平方乘積的總和，在碰撞前后保持不變。”這就是完全彈性碰撞中機(jī)械能守恒定律的具體表現(xiàn)，后來在一個(gè)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)被稱為“活力守恒”。碰撞問題的研究和動(dòng)量守恒原理的發(fā)現(xiàn)，為建立作用和反作用準(zhǔn)備了一定的條件，從而完成了伽利略以來為建立力學(xué)體系而作的奠基性工作。

惠更斯的《關(guān)于論碰撞作用下物體的運(yùn)動(dòng)》的論文在當(dāng)時(shí)沒有公開發(fā)表，在他1703年逝世后遺稿才被人發(fā)現(xiàn)。

他的重要貢獻(xiàn)有：

①建立了光的波動(dòng)學(xué)說，打破了當(dāng)時(shí)流行的光的微粒學(xué)說，提出了光波面在媒體中傳播的惠更斯原理。

②1673年他解決了物理擺的擺動(dòng)中心問題，測(cè)定了重力加速度之值，改進(jìn)了擺鐘，得出了離心力公式，還發(fā)明了測(cè)微計(jì)。

③他首先發(fā)現(xiàn)了雙折射光束的偏振性，并用波動(dòng)觀點(diǎn)作了解釋。

④在天文學(xué)方面，他供助自己設(shè)計(jì)和制造的望遠(yuǎn)鏡于1665年，發(fā)現(xiàn)了土星衛(wèi)星----土衛(wèi)六，且觀察到了土星環(huán)。

在力學(xué)方面的研究，惠更斯是以伽利略所創(chuàng)建的基礎(chǔ)為出發(fā)點(diǎn)的。在《論擺鐘》一書中還論述了關(guān)于碰撞的問題。大約在1669年，惠更斯就已經(jīng)提出解決了碰撞問題的一個(gè)法則——“活力”守恒原理，它成為能量守恒的先驅(qū)�；莞�斯繼承了伽利略的單擺振動(dòng)理論，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究。他把幾何學(xué)帶進(jìn)了力學(xué)領(lǐng)域，用令人欽佩的方法處理力學(xué)問題，得到了人們的充分肯定。

他不迷信權(quán)威，敢于權(quán)威向提出挑戰(zhàn)

在波的傳播過程中，總可以找到同位相各點(diǎn)的幾何位置，這些點(diǎn)的軌跡是一個(gè)等位相面，叫做波面�；莞�斯曾提出次波的假設(shè)來闡述波的傳播現(xiàn)象，建立了惠更斯原理．惠更斯原理可表述如下：任何時(shí)刻波面上的每一點(diǎn)都可作為次波的波源，各自發(fā)出球面次波；在以后的任何時(shí)刻，所有這些次波面的包絡(luò)面形成整個(gè)波在該時(shí)刻的新波面。

光的直線傳播、反射、折射等都能以此來進(jìn)行較好的解釋。此外，惠更斯原理還可解釋晶體的雙折射現(xiàn)象。但是，原始的惠更斯原理是比較粗糙的，用它不能解釋衍射現(xiàn)象，而且由惠更斯原理還會(huì)導(dǎo)致有倒退波的存在，而這顯然是不存在的。

由于惠更斯原理的次波假設(shè)不涉及波的時(shí)空周期特性——波長(zhǎng)，振幅和位相，雖然能說明波在障礙物后面拐彎偏離直線傳播的現(xiàn)象，但實(shí)際上，光的衍射現(xiàn)象要細(xì)微的多，例如還有明暗相間的條紋出現(xiàn)，表明各點(diǎn)的振幅大小不等，對(duì)此惠更斯原理就無能為力了。因此必須能夠定量計(jì)算光所到達(dá)的空間范圍內(nèi)任何一點(diǎn)的振幅，才能更精確地解釋衍射現(xiàn)象。

菲涅耳在惠更斯原理的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充了描述次波的基本特征——位相和振幅的定量表示式，并增加了“次波相干疊加”的原理，從而發(fā)展成為惠更斯——菲涅耳原理。這個(gè)原理的內(nèi)容表述如下：

面積元dS所發(fā)出的各次波的振幅和位相滿足下面四個(gè)假設(shè)：

(1)在波動(dòng)理論中，波面是一個(gè)等位相面。因而可以認(rèn)為dS面上各點(diǎn)所發(fā)出的所有次波都有相同的初位相(可令其為零)。

(2)次波在P點(diǎn)處所引起的振動(dòng)的振幅與r成反比。 這相當(dāng)于表明次波是球面波。

(3)從面元dS所發(fā)次波在P處的振幅正比于dS的面積,且與傾角θ有關(guān)，其中θ為dS的法線N與dS到P點(diǎn)的連線r之間的夾角，即從dS發(fā)出的次波到達(dá)P點(diǎn)時(shí)的振幅隨θ的增大而減小(傾斜因數(shù))。

(4)次波在P點(diǎn)處的位相，由光程nr決定。根據(jù)以上的假設(shè)，可知面積元dS發(fā)出的次波在P點(diǎn)的合振動(dòng)可表示為

或

如果波面上各點(diǎn)的振幅有一定的分布則面元dS發(fā)出次波到達(dá)P點(diǎn)的振幅與該面元上的振幅成正比，若分布函數(shù)為A(Q)，則波面在P點(diǎn)所產(chǎn)生的振動(dòng)為

如果將波面上所有面積元在P點(diǎn)的作用加起來即可求得波面S在P點(diǎn)所產(chǎn)生的合振動(dòng)

或?qū)懗蓮?fù)數(shù)形式

通過惠更斯—菲涅耳原理可以解釋和描述光束通過各種形狀的障礙物時(shí)所產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象。本章我們來討論幾種幾何形狀特殊的開孔和障礙物所產(chǎn)生的衍射花樣的光強(qiáng)分布。