Christiaan Huygens var en travl lærd. Blandt hans mange præstationer regnede den hollandske videnskabsmand ud med formen på Saturns ringe og opdagede planetens største måne, Titan. Han grundlagde teorien om, at lys bevæger sig som en bølge, og han opfandt penduluret. Huygens, synes det, kunne ikke engang slukke for hans videnskabelige sind, da han var under vejret.
Relateret indhold
- Denne anatomist fra det 17. århundrede lavede kunst ud af organer
- Et pladebrydende ur mister ikke et sekund i yderligere 15 milliarder år
- Hvordan indstiller nogle ure sig?
I 1665 var han syg og sad i sengen og så på to pendelure, der var knyttet til en bjælke i hans hus. Han bemærkede, at pendulerne begyndte at svinge i tid med hinanden, uanset om urene var blevet startet eller stoppet på forskellige tidspunkter eller hvilken position pendulerne startede i. Huygens blev forvirret. Der måtte være en måde, hvor urene "talte" til hinanden, men han manglede de nøjagtige instrumenter, der var nødvendige for at måle samspil mellem ure. Så han kridt det op til mystiske bevægelser transmitteret af luften eller den fysiske forbindelse i bjælken, og der hvilede sagen i mere end 300 år.
Nu tror fysikere, der besøger det 17. århundredes conundrum, svaret kan ligge i lydbølger. Henrique Oliveira og Luís V. Melo ved Lissabons universitet genskabte forholdene, som Huygens observerede, og brugte derefter ekstremt følsomme instrumenter til at måle variablerne. Deres resultater, der blev offentliggjort denne uge i Scientific Reports, antyder, at lydenergi fra de tikkende ure bevæger sig gennem materialet, der forbinder dem og får dem til at synkronisere.
Tidligere tog andre forskere en revne ved eksperimentet ved hjælp af en bjælke, der fik lov til at bevæge sig. I disse modeller er energien, der får urene til at synkronisere, fra bevarelse af momentum. Oliveira og Melo ønskede at teste en anden model, der ville være mere som den, Huygens arbejdede med. De ønskede også at være mere præcise end tidligere forsøg.
De brugte først en computer til at simulere ure, idet de antog, at urene var forbundet med et stift materiale. Derefter knyttet de to rigtige pendulur til en aluminiumsbjælke. De satte urene til at tikke og målte perioderne med pendelsvingningerne med optiske sensorer med høj præcision. Sikkert nok, pendulerne ville begynde at bevæge sig i synk. Selv hvis de bevægede sig i modsatte retninger, ville de stadig svinge med den samme periode.
"Vi prøvede forskellige strålematerialer og -forhold og kunne kun få kobling, når den [faste] stråle var lavet af en meget god lydleder, urene var tæt, og frekvenserne var tæt nok, " siger Melo i en e-mail.
Laboratorieeksperimentet involverede to pendulur hængende fra en aluminiumsbjælke. (Henrique Oliveira og Luís Melo) Så hvad sker der? Det har at gøre med, hvordan pendelurene fungerer. En pendul svinger og et anker, der er navngivet på grund af sin form, frigiver tænderne på et redskab, der er fastgjort til en faldende vægt. Når gearet frigøres, trækker vægten det nedad, så det begynder at rotere, men pendulets anker fanger gearets tænder igen. Når pendelen svinger tilbage, slipper det gearet igen, og denne gang fanger ankeret den anden side. I mellemtiden glider tandhjulets tænder under ankeret, skubber det og tilføjer et lille stykke for at holde pendelen svingende. Der er masser af variationer på dette design, men det er det grundlæggende princip.
I det seneste eksperiment får al denne bevægelse en lille mængde lydenergi til at bevæge sig ind i aluminiumsstangen. Hver gang energipulsen rejser, har den en tendens til at skubbe det ene urs pendul i tide med det andet. Eksperimentet tager op til 18 timer eller endda dage at køre, fordi urene synkroniseres langsomt. Melo bemærker, at Huygens 'ure havde 50- eller 60-pund stabiliseringsvægte, mens dem i hans eksperiment var et pund eller mindre, så de kræfter, der blev sendt af Huygens-ure, var større.
Alligevel kunne du teoretisk køre det samme eksperiment derhjemme. "Hvis du kan finde en god nok lydleder til en bjælke ... og hvis du er meget tålmodig, så får du betingelserne for kobling, " siger Melo. "Men du vil kun være sikker på, om du kører et automatiseret eksperiment. Det er umuligt at se kontinuerligt i flere dage - det er betagende, men man bliver meget ængstelig efter et stykke tid."
Jonatan Peña Ramirez, en forsker ved det tekniske universitet i Eindhoven i Holland, har også offentliggjort studier af Huygens 'urfenomen. Han siger, at fysikere kan lide at studere dette system, fordi det efterligner andre cyklusser i naturen. "Lignende fænomener kan observeres i biologiske systemer, hvor nogle cyklusser inde i menneskekroppen muligvis synkroniseres på en naturlig måde, " siger han.
Han er dog endnu ikke overbevist om, at lydenergi er den skyldige for urene. "Hvis du udskifter drivmekanismen i urene med en glat mekanisme, dvs. en mekanisme, der ikke anvender [diskrete] impulser på urene, kan man stadig være i stand til at observere synkronisering, " siger han. For hans vedkommende er "Huygens 'synkronisering ... langt fra løst."
