Кристиан Гюйгенс был занятым ученым. Среди его многочисленных достижений голландский ученый выяснил форму колец Сатурна и обнаружил самую большую луну на этой планете, Титан. Он основал теорию о том, что свет движется как волна, и изобрел маятниковые часы. Кажется, Гюйгенс даже не мог выключить свой научный ум, когда был под влиянием погоды.
Связанный контент
- Этот анатом 17-го века сделал искусство из тел
- Рекордные часы не потеряют ни секунды в течение еще 15 миллиардов лет
- Как некоторые часы устанавливают себя?
В 1665 году он заболел и застрял в кровати, наблюдая за двумя маятниковыми часами, которые были прикреплены к балке в его доме. Он заметил, что маятники начали качаться во времени друг с другом, независимо от того, были ли часы запущены или остановлены в разное время, или в каком положении начинались маятники. Гюйгенс был сбит с толку. Часы должны были каким-то образом «разговаривать» друг с другом, но ему не хватало точных инструментов, необходимых для измерения взаимодействия между часами. Поэтому он связал это с таинственными движениями, передаваемыми воздухом или физической связью в луче, и там материя отдыхала более 300 лет.
Теперь физики, возвращающиеся к загадке 17-го века, думают, что ответ может быть в звуковых волнах. Энрике Оливейра и Луис В. Мело в Лиссабонском университете воссоздали условия, наблюдаемые Гюйгенсом, а затем использовали чрезвычайно чувствительные инструменты для измерения переменных. Их результаты, опубликованные на этой неделе в Scientific Reports, показывают, что звуковая энергия от тикающих часов проходит через соединяющий их материал и заставляет их синхронизироваться.
Ранее другие ученые взломали эксперимент, используя луч, который позволял двигаться. В этих моделях энергия, которая синхронизирует часы, происходит от сохранения импульса. Оливейра и Мело хотели опробовать другую модель, более похожую на ту, с которой работал Гюйгенс. Они также хотели быть более точными, чем предыдущие попытки.
Сначала они использовали компьютер для имитации часов, предполагая, что часы были соединены жестким материалом. Затем они прикрепили две настоящие маятниковые часы к алюминиевой балке. Они установили тиканье часов и измерили периоды колебаний маятника с помощью высокоточных оптических датчиков. Конечно же, маятники начнут двигаться синхронно. Даже если бы они двигались в противоположных направлениях, они все равно бы колебались с тем же периодом.
«Мы испробовали разные материалы и условия луча и смогли получить связь, только когда [фиксированный] луч был сделан из очень хорошего звукового проводника, часы были близки, а частоты были достаточно близки», - говорит Мело в электронном письме.
Лабораторный эксперимент включал два маятниковых часа, висящих на алюминиевой балке. (Энрике Оливейра и Луис Мело) Так что же происходит? Это связано с тем, как работают маятниковые часы. Маятник качается, и якорь, названный так из-за своей формы, освобождает зубья шестерни, прикрепленной к нисходящему грузу. Когда механизм отпущен, вес тянет его вниз, и он начинает вращаться, но якорь маятника снова зацепляется за зубья механизма. Когда маятник поворачивается назад, он снова отпускает передачу, и на этот раз якорь захватывает другую сторону. Тем временем зубья шестерни скользят под якорем, толкая его и добавляя немного толчка, чтобы маятник качался. Есть много вариантов этого дизайна, но это основной принцип.
В последнем эксперименте все это движение заставляет небольшое количество звуковой энергии проникать в алюминиевую планку. Каждый раз, когда этот импульс энергии проходит, он имеет тенденцию толкать маятник одного часа во времени с другим. Эксперимент занимает до 18 часов или даже дней, потому что часы синхронизируются медленно. Мело отмечает, что часы Гюйгенса имели вес стабилизации 50 или 60 фунтов, в то время как в его эксперименте были фунты или меньше, так что передаваемые часы силы Гюйгенса были больше.
Тем не менее, теоретически вы можете провести такой же эксперимент дома. «Если вы можете найти достаточно хороший звуковой проводник для луча… и если вы очень терпеливы, тогда вы получите условия для соединения», - говорит Мело. «Но вы будете уверены только в том, что проведете автоматизированный эксперимент. Невозможно смотреть непрерывно в течение нескольких дней - это завораживает, но через некоторое время человек очень беспокоится».
Джонатан Пенья Рамирес, исследователь из Технического университета Эйндховена в Нидерландах, также опубликовал исследования феномена часов Гюйгенса. Он говорит, что физики любят изучать эту систему, потому что она имитирует другие циклы в природе. «Подобные явления можно наблюдать в биологических системах, где некоторые циклы внутри человеческого тела могут синхронизироваться естественным образом», - говорит он.
Тем не менее, он еще не убежден, что звуковая энергия является виновником часов. «Если вы замените приводной механизм в часах плавным механизмом, то есть механизмом, который не прикладывает [дискретные] импульсы к часам, все равно можно наблюдать синхронизацию», - говорит он. Насколько он обеспокоен, «синхронизация Гюйгенса… далека от решения».
