Christiaan Huygens

Il padre Constantin, un diplomatico che aveva studiato filosofia naturale, aveva contatti nel mondo scientifico dell’epoca, in particolare era in corrispondenza con Mersenne ed era amico di Cartesio. Fu istruito in casa fino a 16 anni imparando greco, latino e geometria, ma eccelleva anche nella costruzione di modelli meccanici e suonava il liuto e la viola da gamba.

La sua istruzione matematica fu influenzata da Cartesio, che visitava spesso la casa e si interessava dei progressi del giovane.

Studiò diritto e matematica all’Università di Leyda dal 1645 al 1647 sotto la guida di Van Schooten e continuò poi i suoi studi al Collegio di Orange a Breda, con un altro ottimo insegnante, il matematico inglese John Pell.

Grazie ai contatti del padre iniziò una corrispondenza con Mersenne che gli propose alcuni problemi, tra cui la forma di una fune appesa per gli estremi. Non risolse questo problema, ma il problema collegato di come appendere pesi alla fune in modo che abbia una forma parabolica.

Nel 1649 visitò la Danimarca con una missione diplomatica e voleva proseguire per Stoccolma per fare visita a Cartesio, ma una tempesta gli impedì il viaggio e non rivide più l’amico e maestro che morì l’anno seguente. Visitò poi altri paesi europei, Roma compresa.

Le sue prime pubblicazioni riguardavano problemi matematici e geometrici, soprattutto la quadratura e rettificazione di curve, che poi originarono il problema degli integrali definiti, ma presto la sua attenzione si rivolse alla molatura di lenti e alla costruzione di telescopi, insieme col fratello, e nel 1655 con uno dei suoi telescopi osservò una luna di Saturno (De Saturni luna observatio nova).

Nello stesso anno visitò Parigi dove venne a conoscenza della corrispondenza riguardante la probabilità tra Pascal e Fermat e al suo ritorno scrisse un breve trattato, De Ratiociniis in Ludo Aleae, sul calcolo della probabilità, il primo lavoro a stampa sull’argomento.

L’anno successivo scoprì la forma degli anelli di Saturno e nel lavoro Systema Saturnium (1659) descrisse la forma, le fasi e i cambiamenti degli anelli, ma fu attaccato da altri astronomi, tra cui il gesuita Fabri, non solo sulla teoria, ma anche sulle sue osservazioni. Tuttavia dal 1665 sulla base di migliori telescopi le sue osservazioni furono confermate ed accettate.

Le osservazioni astronomiche richiedevano misure di tempo accurate per cui affrontò seriamente il problema degli orologi e nel 1656 costruì il primo orologio a pendolo di buona precisione. Ottenne una specie di brevetto (‘privileg’) olandese, ma si attirò le ire degli orologiai francesi per nulla disposti a pagare dei diritti, infatti non ottenne mai il brevetto francese, e dei sostenitori di Galileo, col Granduca Leopoldo in testa, che lo accusarono di plagio. Dimostrò tuttavia di non conoscere i lavori di Galileo sul pendolo e che il suo pendolo era molto più perfezionato per cui ottenne formali scuse dallo stesso Leopoldo.

Il suo lavoro sul pendolo era legato allo studio della cicloide in seguito alla sfida lanciata da Pascal e inventò quindi il pendolo cicloidale che pensava fosse più adatto per orologi da marina che costruì e provò in mare nel 1662 e 1668 per determinare la longitudine.

Tornò a Parigi nel 1660 dove incontrò vari scienziati: …c’è una riunione ogni martedì a casa Montmor dove venti o trenta uomini famosi si trovano, non manco mai di andare, si discute della filosofia cartesiana, si fanno esperimenti molto belli e discussioni su di essi…

Incontrò tra gli altri Roberval, Desargues e Pascal col quale discusse di idrostatica e del volo e al quale mostrò i suoi telescopi.

Nel 1661 visitò Londra per saperne di più sulla neonata Royal Society, fu favorevolmente impressionato da Wallis e dagli altri scienziati che incontrò, anche qui mostrò i suoi telescopi facendo osservare la Luna e Saturno anche ai duchi di York. Vide anche la pompa da vuoto di Boyle e tornato in Olanda rifece numerosi suoi esperimenti.

Mantenne per sempre i contatti con gli scienziati inglesi e nel 1663 venne eletto Fellow della Royal Society. Sapendo che Hooke stava sperimentando un orologio basato sulle oscillazioni di una molla gli scrisse dubitando che un simile approccio potesse funzionare, essendo affetto da variazioni dovute a sbalzi di temperatura, tuttavia iniziò esperimenti egli stesso su orologi a molla.

Fu invitato da Colbert nel 1666 a partecipare all’Académie des Sciences e arrivò a Parigi per scoprire che l’Accademia non era stata ancora organizzata e contribuì alla sua fondazione, sul modello della Royal Society, prendendone la guida e risiedendo presso la sua sede, alla Biblioteca Reale.

In quel periodo si occupava del problema dell’urto elastico, mostrando un errore nella legge trovata da Cartesio e inviò una memoria alla Royal Society nel 1668 dove si propone la legge di conservazione della ‘forza viva’, ½ mv², negli urti elastici.

La sua salute era sempre stata precaria fin dalla giovinezza e nel 1670 ebbe una seria malattia che lo costrinse a lasciare Parigi per tornare a casa. Sentendosi vicino alla fine, chiese che i suoi manoscritti di meccanica venissero spediti alla Royal Society, ma alla fine si ristabilì e tornò a Parigi l’anno dopo.

Nel 1672 Luigi XIV invase i Paesi Bassi e Huygens si trovò ad avere una importante posizione a Parigi mentre la Francia era in guerra con il suo paese, tuttavia riuscì a continuare il suo lavoro, incontrando per la prima volta Leibniz che divenne un suo ospite fisso a Parigi e che imparò molto da lui specialmente in matematica.

In questo periodo conobbe i lavori di Newton sul telescopio e sulla luce e criticò soprattutto la sua teoria dei colori.

Nel 1673 pubblicò Horologium Oscillatorium, sive de motu pendulorum che contiene la trattazione teorica del pendolo, ma anche la legge della forza centripeta per il moto circolare uniforme che portò Hooke, Halley e Wren a formulare la legge dell’inverso del quadrato per la forza gravitazionale, trovata però da Newton vari anni prima, anche se nessuno lo sapeva. Contiene pure la trattazione della cicloide e delle sue proprietà, le evolute e involute di curve come cicloide e parabola, la teoria del pendolo composto e della caduta dei gravi nel vuoto, sia in verticale che lungo curve.

Nel determinare il centro di oscillazione di un pendolo composto ricava la relazione mgh = ½ mv², scritta in notazione moderna, che esprime il principio di conservazione dell’energia meccanica.

Tra i suoi assistenti c’era Papin, che presto lo lasciò per lavorare con Boyle.

Per un’altra crisi di salute tornò in Olanda dove si occupò della doppia rifrazione scoperta da Bartholin nei cristalli di spato d’Islanda e anche della velocità della luce che credeva finita e accolse con piacere gli esperimenti di Rømer che determinavano la velocità.

Al ritorno a Parigi nel 1678 pubblicò il primo abbozzo del suo Traité de la lumière (completato nel 1690), nel quale espone la sua teoria ondulatoria della luce, ancora fortemente ispirata da Cartesio, e quello che ora è chiamato principio di Huygens formalizzato più tardi da Fresnel.

La sua salute peggiorava continuamente e periodicamente ritornava a L’Aia, continuando tuttavia ad occuparsi del problema degli orologi marini, in collaborazione con la Compagnia Olandese delle Indie, per risolvere il problema della longitudine che lo angustiava da una vita.

Colbert era morto nel 1683 e senza la sua protezione un ritorno a Parigi era impossibile, anche perché gli scienziati stranieri erano sempre più malvisti all’Accademia. Nel 1687 morì il padre, a 91 anni, e il fratello partì per l’Inghilterra, così che non avendo nessuno con cui discutere di cose scientifiche, si recò nel 1689 a Londra e incontrò Newton, Boyle e la Royal Society.

Non si sa nulla dei colloqui con Newton, che ammirava moltissimo ma del quale criticava la teoria sulla luce e inoltre non credeva alla teoria della gravitazione universale che definì assurda, soprattutto trovava difficile credere all’azione a distanza che chiamò improbable principle of attraction.

Tornò in Olanda sempre più triste per il suo isolamento scientifico, si occupò ancora di lenti, di orologi a molla e a pendolo e scrisse una delle prime discussioni sulla possibilità di vita extraterrestre, il Cosmotheoros pubblicato postumo nel 1698.

Si occupò anche di teoria musicale descrivendo un sistema temperato a 31 toni nella sua Lettre touchant le cycle harmonique.

Huygens venne descritto come il più grande meccanico del diciassettesimo secolo: combinò la trattazione matematica di Galileo con la visione di Cartesio di un progetto ultimo della natura. Iniziò da fervente cartesiano e finì da uno dei suoi più acuti critici … le idee di massa, peso, quantità di moto, impulso, forza vennero chiarite dal suo studio degli urti, delle forze centripete e del primo sistema dinamico studiato, il pendolo composto.

In suo onore vennero battezzati un monte sulla Luna e un cratere su Marte e la sonda Huygens-Cassini della NASA con lo scopo di studiare Saturno, i suoi anelli e i suoi satelliti.