Huygens, Christiaan

CHRSTIAAN HUYGENS lebte in einer Zeit, in der sich die einzelnen Wissenschaften herauszubilden begannen und viele neue Erkenntnisse gewonnen wurden. Zeitgenossen von HUYGENS waren u. a. ISAAC NEWTON (1643-1727), GALILEO GALILEI (1564-1642), OTTO VON GUERICKE (1602-1686) und ROBERT HOOKE (1635-1703).
In den Niederlanden hatte sich ab Mitte des 16. Jahrhunderts eine der frühesten bürgerlichen Republiken entwickelt. Das Land war führend in Wissenschaft und Kunst. Davon zeugen Namen wie die der Maler VERMEER VAN DELFT (1632-1675), PETER PAUL RUBENS (1577-1640) und REMBRANDT (1606-1669). Die Niederlande waren eine bedeutende Handelsmacht und eroberten ein riesiges Kolonialreich. Im 16. Jahrhundert war es in den damaligen Niederlanden - dazu gehörten die heutigen Niederlande sowie Belgien, Luxemburg und Teile Nordfrankreichs - zu großen fortschritten in der Landwirtschaft, im Fischereiwesen und bei der Entwicklung von Manufakturen gekommen. Dies förderte auch die Entwicklung der Wissenschaften, an die neue Forderungen gestellt wurden.

Kindheit, Jugend und Ausbildung
CHRSTIAAN HUYGENS wurde am 14.4.1629 in Den Haag geboren, dem politischen Zentrum der "Republik der Vereinigten Provinzen" (Niederlande). Er stammt aus einer reichen Familie und konnte ungehindert seinen wissenschaftlichen Interessen nachgehen. Sein Vater CONSTANTIN war hoch gebildet und arbeitete viele Jahre lang als Sekretär und Geheimschreiber des Prinzen von Oranien.

CHRSTIAAN HUYGENS erwarb eine umfangreiche Bildung. Bereits mit 9 Jahren beherrschte er Latein. Er erhielt auch Unterricht in weiteren Sprachen (Griechisch, Französisch, Italienisch), in Geographie und Logik, aber auch in den schönen Künsten. Selbst Tanz- und Reitunterricht fehlte nicht. Sein Lieblingsfach war aber die Mechanik.
Im Alter von 16 Jahren verfügte er über die erforderlichen Kenntnisse und Fertigkeiten für ein Universitätsstudium. Er begann sein Studium an der Universität in Leiden. Zunächst studierte er gemäß der Familientradition Jura, wandte sich aber dann immer mehr der Mathematik zu. 1647-1649 setzte HUYGENS seine Studien in Breda fort. 1649 unternahm er eine Bildungsreise nach Dänemark.

Tätigkeit als Wissenschaftler
Nach der Rückkehr in seine Heimat begann HUYGENS eine umfangreiche wissenschaftliche Tätigkeit auf unterschiedlichen Gebieten, insbesondere in der Astronomie und in der Physik.
Zwischen 1655 und 1664 unternahm er mehrere Reisen nach Frankreich und England und lernte dabei viele bekannte Wissenschaftler seiner Zeit persönlich kennen. 1663 wurde er zum Mitglied der Londoner Royal Society gewählt. 1666 ging er an die gerade neu gegründete Académie Royale des Sciences nach Paris und war dort fast 16 Jahre lang als Akademiemitglied tätig. Zu Beginn seiner Tätigkeit in Paris hatte HUYGENS eine Liste von 30 Themen aufgestellt, mit denen er sich beschäftigen wollte. Dazu gehörten astronomische, optische und mechanische Untersuchungen, aber auch praktische Problemstellungen, z. B:

"Die Kraft von Schießpulver zu versuchen, indem man es in kleiner Menge in eine sehr dicke eiserne ... Büchse einschließt ... In derselben Weise die Kraft durch Feuer verflüchtigten Wassers zu erproben ... Die Kraft und Schnelligkeit des Windes zu untersuchen und den Gebrauch, den man davon für die Seefahrt und bei Werkzeugen macht ..."

Gemeinsam mit seinem Mitarbeiter DENIS PAPIN (1647-um 1712) unternahm er Versuche zu einer atmosphärischen "Pulverkraftmaschine". PAPIN setzte später diese Versuche fort und entwickelte einen Vorläufer der Dampfmaschine.
Große Beachtung fand die 1673 in lateinischer Sprache veröffentlichte Abhandlung "Horologium oscillatorium ...", in der HUYGENS die von ihm erfundene Pendeluhr in allen Einzelheiten beschrieb.

1681 kehrte HUYGENS in seine niederländische Heimat zurück und widmete sich dort astronomischen und optischen Untersuchungen. Insbesondere beschäftigte er sich mit dem Wesen des Lichtes.
In den letzten Lebensjahren verschlechterte sich der Gesundheitszustand von HUYGENS erheblich, sodass er kaum noch wissenschaftlich tätig sein konnte. HUYGENS, der übrigens nie verheiratet war, starb am 8. Juli 1695 in Den Haag.

Wissenschaftliche Leistungen
HUYGENS war vor allem in den physikalischen Bereichen Mechanik, Optik und Wellentheorie tätig. Daneben beschäftigte er sich mit astronomischen Beobachtungen und mit einigen mathematischen Problemen.

Zwischen 1650 und 1656 führte HUYGENS mit selbst gefertigten Fernrohren zahlreiche astronomische Beobachtungen durch und entdeckte u. a. einen Jupitermond, den Saturnring und den Orionnebel im Sternbild Orion. Darüber hinaus erkannte er, dass sich auf der Mars- und der Jupiteroberfläche Strukturen befanden.

Im gleichen Zeitraum, um 1656, machte er eine seiner wichtigsten Erfindungen - die Pendeluhr (Bild 2). Anlass für die Beschäftigung mit dem Problem der Zeitmessung war die Notwendigkeit, für die immer umfangreichere Schifffahrt möglichst genau gehende Uhren bereitzustellen, die die Ortsbestimmung auf hoher See an genaue Zeitangaben gebunden war. Die mit einer Hemmung versehene Räderuhr war zwar schon seit dem 12. Jahrhundert bekannt, ihre Genauigkeit ließ aber ebenso zu wünschen übrig wie die der weit verbreiteten Sand- oder Wasseruhren.

Die geniale Idee von HUYGENS bestand darin, die Räderuhr mit einem Pendel zu koppeln, dessen Schwingungsdauer man sehr genau einstellen konnte. Seine Erfindung einer Pendeluhr (Bild 2) veröffentlichte er erst, nachdem ihm 1657 ein niederländisches Patent erteilt worden war. 1674 konstruierte er unabhängig vom Engländer ROBERT HOOKE (1635-1703) eine Taschenuhr mit einer Spiralfeder als Unruh, die ebenfalls mechanische Schwingungen ausführte.
1667 entdeckte HUYGENS die Gesetze des elastischen Stoßes und die Relativität von Ruhe und Bewegung.

Seine wohl wichtigsten Arbeiten liegen auf dem Gebiet der Optik. Insbesondere beschäftigte er sich mit der Natur des Lichtes und veröffentlichte seine Ansichten dazu 1690 in französischer Sprache. HUYGENS war nicht der Erste, der eine Wellennatur für das Licht postulierte, aber er war derjenige, der eine logisch einwandfreie Wellentheorie, auch als Undulationstheorie bezeichnet, aufstellte und zahlreiche Eigenschaften des Lichtes, z.B. seine geradlinige Ausbreitung, die Reflexion und die Brechung, damit erklären konnte. In dieser Arbeit formulierte er auch das Prinzip der Elementarwellen: Jeder Punkt, der von einer Wellenfront getroffen wird, ist Ausgangspunkt einer Elementarwelle, wobei die Gesamtheit der Elementarwellen eine neue Wellenfront bildet. Heute bezeichnet man dieses Prinzip ihm zu Ehren als huygenssches Prinzip. Bild 3 zeigt eine Skizze von HUYGENS zu diesem Prinzip. Die Mängel seiner Theorie liegen darin, dass solche Begriffe der Wellenlehre wie Wellenlänge und Frequenz fehlten und damit die Beschreibung und Erklärung der damals bereits bekannten Beugung und Dispersion nicht möglich war und auch nicht erfolgte. Die Nichtberücksichtigung der Farben (Dispersion) begründete Huygens selbst damit, dass sich in diesem Bereich noch "... niemand bis jetzt eines Erfolges rühmen kann ..." und dass jede Theorie stets Probleme offen lasse. Das Wellenmodell des Lichtes setzte sich erst im 19. Jahrhundert durch. Bis dahin dominierte die von ISAAC NEWTON entwickelte Korpuskulartheorie.

HUYGENS war nicht sehr publikationsfreudig. Meist hat er seine Arbeiten sehr lange zurückgehalten. Die Manuskripte dieses genialen Naturforschers, von denen viele nie gedruckt wurden, bewahrt die Universitätsbibliothek in Leiden auf. In diesem wissenschaftlichen Nachlass befindet sich beispielsweise auch eine bemerkenswert klare Formulierung des Trägheitsgesetzes:

"Ein einmal bewegter Körper setzt, wenn ihm nichts entgegensteht, seine bewegung beharrlich mit derselben Geschwindigkeit und in gerader Linie fort."