作者 高关中（德国汉堡）2023/1/26

荷兰科学家惠更斯（1609-1695）是世界知名的物理学家、数学家、天文学家和发明家。他发明的摆钟，使人类告别沙漏、日晷等仪器，进入了精确计时的时代。

家境优渥，潜心科研

克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens) 1629年4月14 日出生于海牙。是家中的第二个儿子。其父康斯坦丁·惠更斯（Constantijn Huygens，1596-1687）为外交家和诗人，在文学和科学方面都极为博学，精通音乐美术，是荷兰文艺复兴时期最后一位大师。他那些用荷兰文和拉丁文写下的篇章，令他在荷兰文学史上获得了经久不衰的地位。他是法国数学家笛卡尔的朋友。学生时代惠更斯曾接受过笛卡尔的指导。

惠更斯最初跟随父亲学习。他自幼聪慧，13岁时曾自制一台车床，表现出很强的动手能力。16岁，进入莱顿大学学习法律与数学。18岁转入新成立的位于布雷达（Breda）的奥兰治学院（College van Oranje，1669年关闭）学习法律。1655年成为法学博士。

但科学是惠更斯的最爱。从1650年起惠更斯一直呆在家到1666年，除了到巴黎和伦敦的三次旅行。父亲提供的资助让他可以完全投入到对自然的研究中。这些年是惠更斯的生涯中最多产的时期，成果累累，蜚声欧洲。1663年他被聘为英国皇家学会第一个外籍会员，1666年刚成立的法国皇家科学院选他为院士。惠更斯在法王路易十四的邀请下前往巴黎工作，卜居到1681年。作为法国科学院最卓越的会员，惠更斯获得了很高的薪俸，并居住在皇家图书馆（Bibliothéque Royal）的一套房间中。其间他指导过莱布尼茨学习数学。1681年他回到荷兰，在海牙以及其东郊福尔堡（Voorburg）附近的家庭乡村别墅霍夫维克（Hofwijck，现为纪念馆）继续科学研究14年。晚年与牛顿等人也有交往。

惠更斯处于富裕宽松的家庭和社会条件中，没受过宗教迫害的干扰，能比较自由地发挥自己的才能。他留给人们的科学论文与著作68种。荷兰科学院编辑出版了《惠更斯全集》，共有22卷之多。

科学造表之父

我们知道，伽利略发现吊钟来回摆动一周的时间是一样的，这个规律叫做摆的等时性。而惠更斯进一步研究，于1656年，也就是伽利略去世14年后，造出了第一座带摆的时钟，获得荷兰国会的专利权。他在1658年出版的《钟表》一书中详细地描述了这一发明。这架摆钟由大小、形状不同的一些齿轮组成，利用重锤作单摆的摆锤，由于摆锤可以调节，计时就比较准确。摆钟可以精确到日误差在5分钟以内的范围。

惠更斯不是一般的钟表匠，而是科学家。他在研究摆的过程中阐明了许多动力学概念和规律，包括摆的运动方程，离心力、摆动中心、转动惯量的概念，并用摆来测量重力加速度。他写出《关于钟摆的运动》（1673）这部著作，提出了摆的数学理论，导出单摆振动时间的公式。他根据这一公式第一个计算出重力加速度的值。他得出了关于离心力的许多重要原理。他建立了向心加速度概念和向心加速度公式，这有助于牛顿得出万有引力定律。惠更斯是创建经典力学的先驱。

惠更斯发明摆钟，并不沾沾自喜，而是继续探索。他感到立式摆钟比较笨重，而且必须垂直放置，稍偏一点，钟就会停下来。能不能找一个小巧一些的摆呢？他发现弹簧的振动很有规律，于是再接再厉，把一条又长又窄的金属卷起，绕成一个平面螺旋形，这是一种螺旋式弹簧，又叫游丝。游丝的一头固定，另一头安在摆轴上。摆轴上装着摆轮，拨动一下摆轮，摆轮就会不停地转来转去，就像我们推动一下大厅门口的弹簧门一样，弹簧门不会立即停下来，而是围绕着平衡位置不断地摆动，摆轮每摆一次的时间都是一样的，成为量度时间的一个小巧的“尺子”。 1673年，惠更斯发明摆轮游丝（螺线形的平衡摆簧）振动系统，用以代替单摆，制成便携式钟表，这就是近代机械式手表的起源。据记载，当时英国科学家胡克（Robert Hooke，1635-1703），也进行了游丝的研究，但两人是独立进行的。今天虽然有了石英钟、电子手表，机械表仍然在继续使用，名牌手表仍然是机械表。

摆锤和摆轮游丝振动系统的采用，大大提高了时钟的精确度，直至今天部分人仍在使用。计时的准确性不光对人们的日常生活很重要，而对天文、物理等学科更是必不可少，对当时的航海导航也是一个巨大的推动，因为经度是要靠两地时间的差别来确定的。

这里要说明一下，在惠更斯之前，其实已经有机械表，如德国纽伦堡工匠亨莱因（Peter Henlein，约1485-1542）1505年发明的纽伦堡蛋形怀表，但只有一根时针，且误差相当大。而惠更斯的摆钟和游丝机械表是在科学理论和数学基础上发明的，计时要精确得多。所以惠更斯被誉为“科学造表之父”，他开创了精确性的时代。

摆钟、游丝，光凭这两样，惠更斯就是一流的大发明家，但惠更斯的成就远远不止这些。他是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱。他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。

多方面的成就

在阿基米德等人著作及笛卡尔、帕斯卡等人直接影响下，惠更斯致力于力学、光学、天文学及数学的研究。他善于把科学实践和理论研究结合起来，透彻地解决问题，因此在摆钟的发明、天文仪器的设计、弹性体碰撞和光的波动理论等方面都有突出成就。他既重实验，更重推理，善于在数学理论的基础上把自然现象归于机械原因，有力地加强了物理学在17世纪的奠基工作。

惠更斯曾首先集中精力研究数学问题，22岁时就发表了论文《双曲线、椭圆和圆的求积定理》。后来他对悬链线(他发现悬链线与抛物线的区别)、曳物线、对数螺线等都进行过研究，得出了曲线的求长法、旋转曲面面积计算法等。惠更斯1657年发表的《论赌博中的计算》是最早的概率论科学论文，因此他被誉为概率论的创始人，这显示了他在数学上的造诣。他还取得现在看来是属于微积分领域的一些重要成果。

在光学方面，惠更斯创立了光的波动说，应用于反射、折射和双折射现象的解释时，获得了成功。后来，法国物理学家菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel，1788-1827）对惠更斯的光学理论作了发展和补充，创立了“惠更斯--菲涅耳原理”，又较好地解释了衍射现象，完成了光的波动说的全部理论。惠更斯光的波动说与牛顿提出的粒子说不同，曾长期被忽略，事实上两者都是正确的。

惠更斯深入研究了几何光学理论和应用光学技术，改进了望远镜和显微镜。他发明的目镜效果良好，被称为惠更斯目镜，至今通用。他磨制了几种几十米长焦距（最长达63米）的物镜，悬在高杆上与目镜配成色差很小无管“空中望远镜”，这种设备曾在天文观测中用了几乎一世纪。

惠更斯在天文学方面贡献也很大，他用自制的望远镜进行天文观测，先后发现了土星最大的卫星（土卫六，1655）和土星的光环，还观察到猎户座大星云。他在《宇宙论》中阐明恒星都是宇宙中的太阳。

惠更斯体弱多病，一心致力于科学事业，终生未婚。 1695年7月8日他卒于海牙，享年66岁。被安葬在圣雅各大教堂（Sint-Jacobskerk）。圣雅各堂是海牙的最宏伟的新教教堂，位于以其高塔命名的塔街（Torenstraat）。它与附近的宾嫩霍夫（内府）同为海牙最古老的建筑之一。