Christian Huygens

Huygens
Christian Huygens

Huygens naît le samedi 14 avril 1629 à La Hague (Pays-Bas), fils d'une famille hollandaise importante. Son père Constantin Huygens a étudié la philosophie naturelle et est diplomate. C'est grâce à lui qu'Huygens a accès aux meilleurs cercles scientifiques de l'époque, notamment au travers des nombreux contacts de Constantin en Angleterre. Huygens correspond régulièrement avec Mersenne et est ami de Descartes.

Éduqué chez lui par des précepteurs jusqu'à ses 16 ans, Huygens apprend la géométrie, comment faire des maquettes mécaniques ainsi que des compétences sociales telles que jouer du luth. Son éducation mathématique est clairement influencée par Descartes qui visite occasionnellement la maison Huygens et développe un grand intérêt pour les progrès en mathématiques du jeune Huygens.

À partir de 1645, Huygens étudie le droit et les cours de mathématiques de Van Schooten à l'Université de Leiden jusqu'en 1647, où il poursuit des études semblables au Collège d'Orange à Breda, suivant l'enseignement du mathématicien John Pell, jusqu'en 1649. Encore par l'entremise de son père, il entâme une correspondance avec Mersenne à cette époque. Ce dernier le met au défi de résoudre un certain nombre de problèmes, dont la forme de la corde tenue par ses extrêmités. Bien qu'il ne réussisse par ce problème il parvient à résoudre le problème lié de la manière d'accrocher des poids sur la corde afin qu'elle soit accrochée selon une forme parabolique.

En 1649 Huygens part au Danemark dans le cadre d'une équipe diplomatique. Il espère continuer vers Stockholm pour rendre visite à Descartes mais la météo ne lui permet pas ce voyage, et il part vers d'autres destinations européennes, dont Rome.

Les 1ères publications de Huygens en 1651 et 1654 traitent de problèmes mathématiques. La publication de Cyclometriae en 1651 démontre l'erreur des méthodes proposées par Grégory de Saint-Vincent, qui prétend avoir réalisé la quadrature du cercle. Le travail de Huygens paru en 1654, De Circuli Magnitudine Inventa est une oeuvre majeure sur des sujets semblables.

Huygens tourne bientôt son attention vers le meulage de lentilles et la contruction de télescopes. Vers 1654 il conçoit une nouvelle et meilleure manière de meuler et polir les lentilles. En utilisant une de ses propres lentilles, il détecte en l'année suivante le 1er satellite de Saturne. La même année il fait sa 1ère visite à Paris, où il fait part de sa découverte aux mathématiciens locaux, dont Boulliau. Il apprend à son tour le travaille sur les probabilités mené dans la correspondance entre Pascal et Fermat. A son retour en Hollande, Huygens écrit De Ratiociniis in Ludo Aleae le modeste mais 1er ouvrage imprimé sur le sujet.

L'année suivante Huygens découvre la forme véritable des anneaux de Saturne. Cependant d'autres, comme Roberval et Boulliau, ont des théories différentes. Boulliau n'a pas réussi à détecter Titan le satellite de Saturne et donc Huygens realise qu'il utilisait un télescope inférieur. En l'année suivante Huygens est capable de confirmer sa théorie des anneaux à Boulliau et les résultats sont rapportés au groupe de Paris. Dans Systema Saturnium (1659), Huygens explique les phases et changements dans la forme de l'anneau. Certains, dont le jésuite Fabri, attaquent non seulement les théories de Huygens mais aussi ses observations. Cependant en 1665 même Fabri est persuadé d'accepter la théorie de l'anneau de Huygens lorsque des télescopes plus sophistiqués confirment ses observations.

Le travail en astronomie demande de connaître l'heure précisément et ceci amène Huygens à s'attaquer à ce problème. En 1656 il dépose le brevet de la 1ère horloge à pendule, qui accroit grandement la précision de la mesure du temps. Son travaille sur le pendule est lié à d'autres travaux mathématiques qu'il réalisait sur le cycloïde suite au défi de Pascal. Huygens pense qu'un pendule se balançant dans une grande are serait plus utile en mer et il invente le pendule cycloïdal avec ceci en tête. Il construit plusieurs horloges à pendule pour déterminer la longitude en mer et ils entreprennent des essais en mer en 1662 puis à nouveau en 1686. Dans le Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum (1673) il décrit la théorie du mouvement du pendule. Il en dérive aussi la loi de la force centrifuge pour le mouvement uniforme circulaire. Suite à ceci Huygens, Hooke, Halley et Wren formulent la loi de l'inverse du carré de l'attraction gravitationnelle.

Huygens retourne à Paris en 1660 et se rend à des réunions de diverses sociétés scientifiques. Il écrit, dans une lettre à son frère : il y a une réunion tous les mardis [à Montmor's house] où 20 ou 30 hommes illustres se retrouvent ensemble. Je ne les rate jamais... Je vais aussi parfois à la maison de M. Rohault, qui expose la philosophie de M. Descartes et fait des expérimentations très fines de bon raisonnement sur elles.

A ces sociétés il rencontre de nombreux mathématiciens dont Roberval, Carcavi, Pascal, Pierre Petit, Desargues et Sorbière. Après que Pascal lui ait rendu visite en décembre 1660 Huygens écrit : nous avons parlé de la force de l'eau raréfiée dans les canons et de voler, Je lui ai montré mes télescopes.

En l'année suivante il visite Londres, notamment pour en savoir plus sur la Royal Society qui vient de se former, se réunissant à l'époque au Gresham College. Il est grandement impressionné par Wallis et les autres scientifiques anglais qu'il rencontre et, à partir de ce moment, va poursuivre ses contacts avec ce groupe. Il montre aux scientifiques anglais ses télescopes qui se révèlent supérieurs à ceux utilisés en Angleterre. Le Duc et la Duchesse de York viennent observer la Lune et Saturne à travers le télescope de Huygens. Alors qu'il est à Londres Huygens voit la pompe à vide de Boyle et est très impressionné. Après son retour à la Hague il mène un certain nombre des expériences de Boyle pour lui-même. Huygens est élu à la Royal Society de Londres en 1663.

À cette époque Huygens dépose le brevet de sa conception d'horloge à pendule avec la solution du problème de la longitude en tête. En 1665 il apprend que la Royal Society investigue sur d'autres formes d'horloges, en particulier Hooke expérimente une horloge à ressort. Huygens écrit à Hooke, doutant de cette approche dont il considère qu'elle serait excessivement affectée par les changements de température. Malgré ceci Huygens commence à expérimenter des horloges à ressorts, mais leur précision est moins bonne que ses horloges à pendule.

Huygens accepte une invitation de Colbert en l'année suivante à faire partie de l'Académie Royale des Sciences. Il arrive à Paris cette année-là pour découvrir que la Societé n'est pas encore organisée. Après des réunions tenues avec Roberval, Carcavi, Auzout, Frenicle de Bessy et Buot dans la bibliothèque de Colbert, la Societé part à la Bibliothèque du Roi où Huygens élit résidence. Il prend la charge de la direction du groupe, se basant sur la manière dont la Royal Society opérait en Angleterre.

Le travail de Huygens sur la collision des corps élastiques montre l'erreur des lois d'impact de Descartes et son mémoire sur le sujet est envoyé à la Royal Society en 1668. La Royal Society avait posé une question sur l'impact et Huygens avait prouvé par l'expérience que le moment dans une direction fixe avant la collision de 2 corps est égal au moment dans cette direction après la collision. Wallis et Wren répondent également à cette question.

Le mouvement circulaire est un sujet qu'Huygens prend à cette époque, mais il continue aussi à réfléchir sur la théorie de la gravité de Descartes basée sur les vortices. Il semble avoir montré des signes de mécontentement sur la théorie de Descartes vers cette époque mais he still addressed the Académie on this topic in l'année suivante although after his address Roberval et Mariotte s'opposent fortement, et à raison, contre la théorie de Descartes, ce qui a pu influencer Huygens.

Depuis sa jeunesse la santé de Huygens n'a jamais été robuste et en l'année suivante il est sérieusement malade, ce qui l'amène à quitter Paris pour la Hollande. Avant de quitter Paris, croyant être proche de la mort, il demande que ses articles non publiés sur la mécanique soient envoyés à la Royal Society. Le secrétaire de l'ambassadeur d'Angleterre est appelé et décrit les raisons de Huygens : il est tombé dans un discours concernant la Royal Society en Angleterre qui décrivit comme une assemblée des esprits les plus choisis de la Chrétienneté... il dit avoir choisi de désposer ces petits travaux... entre leurs mains avant quiconque d'autre. ... il dit avoir prévu la dissolution de cette Académie parce qu'elle était mélangée des teintures de l'envie because it was supported upon suppositions of profit because it wholly depended upon the humour of a prince and the favour of a minister...

Vers l'année suivante Huygens retourne à Paris. Cependant en l'année suivante Louis 14 envahi les Pays Bas et Huygens se retrouve dans la position extrêmement délicate de se trouver à une position importante à Paris alors que la France est en guerre contre son propre pays. Les scientifiques de cette époque se sentent au-dessus des guerres politiques et Huygens parvient, avec un soutien non négligeable de ses amis, à poursuivre son travail.

En 1672 Huygens rencontre à Paris Leibniz, qui va devenir par la suite un visiteur fréquent de l'Académie. En fait Leibniz doit beaucoup à Huygens dont il a appris une bonne partie de ses mathématiques. Cette même année Huygens apprend le travail de Newton sur le télescope et sur la lumière, dont il critique (assez à tort) la théorie, en particulier sur la couleur. Son propre travail, Horologium Oscillatorium sive de motu pendulorum apparaît en 1673 et montre que Huygens s'est largement départi de l'influence de Descartes.

Horologium Oscillatorium contient un travail sur le pendule où Huygens prouve que le cycloïde est tautochrone, un résultat théorique important mais qui n'a qu'une application pratique limitée au pendule. Il résoud également le problème du pendule composé. Cependant il y a bien plus que le travail sur les pendules. Huygens décrit la descente des corps dans un vide, verticalement ou selon des courbes. Il définit les évolutions et involutions des courbes et, après avoir livré quelques propriétés élémentaires, trouve les évolutions du cycloïde et de la parabole. Huygens tente pour la 1ère fois dans ce travail d'étudier la dynamique des corps plutôt que des particules.

Papin travaille comme assistant de Huygens vers cette époque et après être parti après travailler avec Boyle, Huygens est rejoint par Tschirnhaus. Another bout of illness in 1676 saw Huygens return to the Hague again. Il y passe 2 ans, étudiant en particulier la double réfraction que Bartholin a découverte dans le spar crystal d'Islande. Il travaille aussi sur la vitesse de la lumière qu'il pense finie et est ravi d'entendre parler des expériences de Römer qui donnent une vitesse approximative à la lumière, déterminée par l'observation des satellites de Jupiter.

vers 1678 Huygens retourne à Paris. Cette année-là paraît son Traité de la lumiere, dans lequel il défend une théorie ondulatoire de la lumière. Huygens indique qu'une sphère croissante de lumière se comporte comme si chaque point du front d'onde était une nouvelle source de radiation des mêmes fréquence et phase. Cependant sa santé devient encore plus fragile et il tombe malade en 1679 puis à nouveau en 1681 lorsqu'il retourne à la Hague pour la dernière fois. La Hire, qui a toujours lutté contre les étrangers à l'Académie, envoie ses meilleurs voeux à Huygens mais espère clairement qu'il ne reviendra pas afin qu'il puisse lui-même acquérir sa position.

Le problème des longitudes est resté un cause constante pour Huygens de poursuivre son travail sur les horloges tout au long de sa vie. A nouveau une fois sa santé revenue il travaille sur une nouvelle horloge marine au cours de 1682 et, la Dutch East India Company montrant un intérêt, travaille dur sur les horloges. Colbert mourru en l'année suivante et a return to Paris sans le soutien de son patron semblait impossible. Son père meurt en 1687, ayant atteint l'âge de 91 ans, et l'année suivante son frère part pour l'Angleterre. Huygens manque de gens autour de lui avec qui il puisse discuter de sujets scientifiques. En 1689 il part en Angleterre.

En Angleterre Huygens rencontre Newton, Boyle et d'autres à la Royal Society. On ne sait pas quelles discussions eurent lieu entre Huygens et Newton mais nous savons que Huygens avait une grande admiration pour Newton mais dans le même temps ne croyait pas à la théorie de la gravitation universelle dont il disait : elle me semble absurde.

Dans un sens bien sûr Huygens avait raison, comment pourrait-on croire que 2 masses distantes s'attirent l'une-l'autre lorsqu'il n'y a rien entre elles, rien dans la théorie de Newton n'explique comment une masse peut ne serait-ce que savoir que l'autre masse est là. Ecrivant sur Newton et le Principia quelques temps plus tard Huygens indique : J'estime sa compréhension et hautement subtilement, mais je considère that they have been put to ill use in the greater part of this work, where the author studies things of little use or when he builds on the improbable principle of attraction.

He departed with much sadness at the thoughts of his scientific isolation in Holland.

Vie extraterrestre

Dans les dernières années de sa vie, Huygens rédige une des premières discussions sur la vie extraterrestre, publiée après sa mort dans le Cosmotheoros (1698). Il argued que la sagesse et la providence de Dieu est la plus claire dans la création de la vie, et que la Terre n'occupe pas de position privilegiée dans les cieux. Les mêmes lois naturelles opérant partout, la vie doit être universelle, et elle ne peut beaucoup différer de la vie sur Terre.

Mais lorsqu'il regarde le système solaire, the weakness of his case becomes evident. Tout ce qui ressemblerait à un humain serait écrasé comme un insecte par la gravité de Saturne (sans accepter les lois gravitationnelles de Newton il n'aurait pu voir cela). Ce qui manque également est la théorie moléculaire des gaz de la fin du 19ème siècle. Sur Terre, les molécules de gaz se déplacent bien plus lentement que la vitesse de libération. C'est pourquoi nous gardons notre atmosphère. La Lune, avec sa vitesse de libération bien inférieure, perd son atmosphère. Mars est entre les 2, et son atmosphère est très fine.

Pire encore, Huygens n'a aucune connaissance de l'oxygène et de son rôle dans le maintien de la vie. Il n'a aucune manière de savoir que d'autres gaz entourent les autres planètes. Pour de nombreuses raisons, inconnues de Huygens, les planètes offrent des environnement grandement différents à toute vie qu'elles pourraient héberger.

Huygens prétend aussi que les cultures seront semblables. Prenez la musique : nos échelles sont dictées par les lois de la physique. Toutes les musiques doivent avoir des éléments en commun (ce qui est vraiment vrai sur la planète Terre).

Mais alors que nous recherchons la vie extra-terrestre, elle se dérobe à nous. Il est maintenant clair que s'il existe une autre vie dans le système solaire, elle est minimale. Nos postes d'écoute n'ont encore entendu aucun signal venant de l'espace. Pourtant, l'univers est vaste et plein de surprises. Huygens might yet be vindicated. Meanwhile, la question argumentative dans le Watchtower, Gibt es Leben im Weltraum?, reste toujours aussi ouverte qu'elle l'était lorsque Huygens écrivit à son sujet, il y a 300 ans de cela.

Cependant, concernant l'origine des planètes, Huygens ne croit pas que la science ou la religion puissent être servies par la recherche de cette question : Je me contenterai très bien... if I can but [know] how things are now, never troubling myself about their beginning... knowing that to be out of reach of human knowledge or even conjecture.

Il continue à travailler sur l'amélioration des lentilles et sur une horloge à heure d'été et sur de nouvelles horloges à pendule.

Huygens décrit le 31-tone equal temperament in Lettre touchant le cycle harmonique. This has led indirectly to a tradition of 31-tone music in the Netherlands in this century.

Dans une lettre à Tschirnhaus écrite en 1687, Huygens explique sa propre approche : de grandes difficultés are felt at first and these cannot be overcome except by starting from experiments ... and then be conceiving certain hypotheses ... But even so, very much hard work remains to be done and one needs not only great perspicacity but often a degree of good fortune.

Les réalisations scientifiques de Huygens sont résumées dans ce qui suit : Huygens fut le plus grand mécaniste du 17ᵉ siècle. Il combinait le traitement mathématique des phénomènes de Gallilée avec la vision de Descartes de la conception ultime de la nature. Ayant commencé comme un cartésien ardent qui cherchait à corriger les erreurs les plus brillantes du système, il finit comme l'un de ses critiques les plus affutés. ... les idées de masse, poids, élan, force, et travail furent finalement clarifiées dans le traitement par Huygens des phénomènes d'impact, force centripète et le 1er système dynamique jamais étudié - le pendule composé.

L'observation de Jean Richer montrant que la longueur du pendule qui battait la seconde est plus grande à Paris qu'à Cayenne est connue de Isaac Newton et d'Huygens, et suscite leur réflexion. En 1690 Huygens en déduit aHuyghens,: Discours sur la cause de la pesanteur, 1690 , que la Terre est un corps de révolution aplati et, compte tenu de la force centrifuge dont il avait fait lui-même la théorie, il trouve un aplatissement de 1/578ᵉ.

Hyguens meurt le vendredi 8 à La Hague (Pays-Bas).

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