Christiaan Huygens oli kiireinen tutkija. Monien saavutustensa joukosta hollantilainen tiedemies selvitti Saturnuksen renkaiden muodon ja löysi planeetan suurimman kuun Titanin. Hän perusti teorian, että valo kulkee aallon muodossa, ja keksi heilurikello. Vaikuttaa siltä, että Huygens ei voinut edes sammuttaa tieteellistä mieltään ollessaan säällä.
Asiaan liittyvä sisältö
- Tämä 1700-luvun anatomisti teki taidetta vartaloista
- Ennätyksellinen kello ei menetä sekuntia vielä 15 miljardia vuotta
- Kuinka jotkut kellot asettavat itsensä?
Vuonna 1665 hän oli sairas ja jumissa sängyssä katsomassa kahta heilurikelloa, jotka oli kiinnitetty taloon palkkiin. Hän huomasi, että heilurit alkoivat heilua ajoissa keskenään riippumatta siitä, olivatko kellot käynnistyneet vai pysähtyneet eri aikoina vai mihin asentoon heilurit aloittivat. Huygens hämmentyi. Kellot piti olla jollain tavalla "puhuva" toisilleen, mutta häneltä puuttui tarkat instrumentit, jotka olivat tarpeen kellon välisen vuorovaikutuksen mittaamiseksi. Joten hän valkoi sen salaperäisille ilman välittämille liikkeille tai fyysiselle yhteydelle säteen sisällä, ja siellä asia lepää yli 300 vuotta.
Nyt fyysikot, jotka tarkistavat 1700-luvun käsityksen, ajattelevat, että vastaus voi olla ääniaalloissa. Henrique Oliveira ja Luís V. Melo Lissabonin yliopistossa luovat Huygensin havaitut olosuhteet ja käyttivät sitten erittäin arkaluontoisia instrumentteja muuttujien mittaamiseen. Heidän tulokset, jotka julkaistiin tällä viikolla tieteellisissä raporteissa, viittaavat siihen, että tikityskellojen äänenergia kulkee niitä yhdistävän materiaalin läpi ja aiheuttaa niiden synkronoinnin.
Aikaisemmin muut tutkijat ottivat halkeaman kokeeseen käyttämällä palkkia, jonka annettiin liikkua. Näissä malleissa kellojen synkronointiin johtava energia on peräisin vauhdin säilyttämisestä. Oliveira ja Melo halusivat testata erilaisen mallin, joka olisi enemmän kuin sen, jonka Huygens työskenteli. He myös halusivat olla tarkempia kuin aikaisemmat yritykset.
Ensin he käyttivät tietokonetta kellojen simulointiin olettaen, että kellot oli kytketty jäykällä materiaalilla. Sitten he kiinnittivät kaksi todellista heilurikelloa alumiinipalkkiin. He asettavat kellojen tikin ja mittasivat heilurin heilahdusten ajanjaksot korkean tarkkuuden optisilla antureilla. Tosiaan, heilurit alkavat liikkua tahdissa. Vaikka he siirtyisivät vastakkaisiin suuntiin, he kääntyisivät silti samalla ajanjaksolla.
"Kokeilimme erilaisia säteen materiaaleja ja olosuhteita ja pystyimme saamaan kytkennän vasta, kun [kiinteä] säde tehtiin erittäin hyvästä äänijohtajasta, kellot olivat lähellä ja taajuudet olivat riittävän lähellä", Melo sanoo sähköpostissa.
Laboratoriokoe sisälsi kaksi heilurikelloa, jotka roikkuvat alumiinipalkista. (Henrique Oliveira ja Luís Melo) Joten mitä tapahtuu? Sillä on yhteys heilurikellojen toimintaan. Heiluri heiluttaa ja ankkuri, niin nimeltään muodonsa vuoksi, vapauttaa hammaspyörän hampaat, jotka on kiinnitetty laskevaan painoon. Vaihteen vapautumisen jälkeen paino vetää sitä alaspäin niin, että se alkaa pyöriä, mutta heilurin ankkuri tarttuu hammaspyörän hampaisiin uudelleen. Heilurin kääntyessä taaksepäin, se vapauttaa vaihde uudelleen, ja tällä kertaa ankkuri tarttuu toiselle puolelle. Sillä välin vaihdehampaat liukuvat ankkurin alle, työntävät sitä ja lisäävät pienen iskun, jotta heiluri pysyy heilahtelevana. Tästä suunnittelusta on paljon variaatioita, mutta se on perusperiaate.
Viimeisimmässä kokeessa kaikki tämä liike aiheuttaa pienen määrän äänenergiaa kulkemaan alumiinitankoon. Joka kerta kun energiapulssi kulkee, sillä on taipumus työntää yhden kellon heiluria ajoissa toisen kanssa. Kokeen suorittaminen vie jopa 18 tuntia tai jopa päiviä, koska kellot synkronoituvat hitaasti. Melo toteaa, että Huygensin kellot olivat 50- tai 60-naulaisia stabilointipainoja, kun taas hänen kokeilunsa painot olivat punta tai vähemmän, joten Huygenien kellot olivat suuremmat.
Silti voit teoriassa suorittaa saman kokeilun kotona. "Jos löydät riittävän hyvän äänijohtimen sädelle ... ja jos olet hyvin kärsivällinen, niin saat ehdot kytkentälle", Melo sanoo. "Mutta olet varma vain, jos suoritat automaattisen kokeen. On mahdotonta etsiä jatkuvasti päiviä - se on houkutteleva, mutta jonkin ajan kuluttua se on erittäin ahdistunut."
Jonatan Peña Ramirez, tutkija Eindhovenin teknillisessä yliopistossa Alankomaissa, on myös julkaissut tutkimuksia Huygensin kelloilmiöstä. Hän sanoo, että fyysikot haluavat tutkia tätä järjestelmää, koska se matkii muita luonnonsyklejä. "Samanlaisia ilmiöitä voidaan havaita biologisissa järjestelmissä, joissa jotkin syklit ihmiskehossa voivat synkronoitua luonnollisella tavalla", hän sanoo.
Hän ei kuitenkaan ole vielä vakuuttunut siitä, että äänenergia on kellojen syyllinen. "Jos korvaat kellon ajomekanismin tasaisella mekanismilla, ts. Mekanismilla, joka ei anna [erillisiä] impulsseja kelloihin, silti voidaan havaita synkronointi", hän sanoo. Hänen mielestään "Huygensin synkronointi ... on kaukana ratkaisemisesta."
