Záhada Huygensových hodin vyřešena?
Před 350 lety narazil nizozemský badatel Christiaan Huygens na záhadu, kterou si nedokázal vysvětlit. Po něm si s ní marně lámaly hlavy generace badatelů. Nyní hlásí její objasnění portugalští matematici.
Píše se rok 1665 a šestatřicetiletý nizozemský učenec Christiaan Huygens je nemocný. Leží v posteli, nemůže pracovat, psát ani číst. Jen bezmocně kouká do stropu, kde na trámu visí dvoje kyvadlové hodiny jeho vlastní konstrukce. Huygens sleduje pohyb kyvadel a všimne si, že po nějaké době obě sladí své kmity. S námahou se zvedne z lůžka, jedno z kyvadel zastaví a po chvíli je opět spustí, aby vzájemnou souhru narušil. Netrpělivě čeká - a dočká se! Chod kyvadel se opět synchronizuje. Churavý vědec experimentuje v posteli. Ať dělá s hodinami cokoli, kyvadla nakonec vždycky své kmity navzájem sladí.
„Nějak se spolu domluví. Cítí k sobě jakousi sympatii,“ brumlá si Huygens.
Vynikající matematik, fyzik a astronom, objevitel největšího Saturnova měsíce Titanu, se domnívá, že se pohyb jednoho kyvadla přenáší na druhé buď vzduchem, nebo přes trám. Věda sedmnáctého století ale nedisponuje přístroji pro měření, kterými by své domněnky ověřil. Záhada Huygensových hodin tak zůstává na dlouhá staletí nevyřešena.
Někteří vědci vysvětlovali synchronizaci kyvadel principem zachování hybnosti. K tomu je však zapotřebí, aby trám, na němž jsou hodiny pověšené, zůstal volný. Jenže Huygensovy hodiny visely na trámu pevně upevněném. Portugalští matematici Henrique Oliveira a Luis Melo z Lisabonské univerzity se rozhodli kráčet přesně v Huygensových šlépějích. Pověsili dvoje kyvadlové hodiny na tuhý a nehybný hliníkový nosník, uvedli je do chodu a pohyby kyvadel sledovali přesným optickým senzorem. Hodiny po nějaké době skutečně sesynchronizovaly svá kyvadla.
Oliveira s Meloem testovali nosníky z různých materiálů a spouštěli zavěšené hodiny za různých podmínek. Zjistili, že k synchronizaci dochází, jen když jsou hodiny blízko sebe, frekvence kmitů jejich kyvadel se příliš neliší a nosník je vyroben z materiálu, který velmi dobře vede zvukové vlny.
Odtud už byl jen kousek k vysvětlení. Mechanismus hodin poháněný závažím generuje opakovaně malé množství energie v podobě zvukových vln. Ty pronikají do nosníku a cestují z jedněch hodin do druhých. Přitom působí na kyvadla tak, že se jejich kmity postupně sbližují a nakonec jsou zcela synchronní. Portugalci zveřejnili výsledky svých experimentů a propočtů ve vědeckém časopise Scientific Reports.
Synchronizace kyvadel u hodin Oliveiry a Meloa trvala někdy celé dny. Huygens se jí dočkal podstatně dříve. Portugalští vědci to vysvětlují tím, že jejich hodiny mají závaží těžká asi půl kilogramu. Huygnes však vybavil své hodiny závažím o hmotnosti 30 kilogramů. Síla zvukových vln byla u Huygenosvých hodin mnohonásobně větší a synchronizace proto probíhala rychleji.
Je tedy staletá záhada Huygensových hodin definitivně rozřešená? Nejspíš ne. Jonatan Peňa Ramirez z Technické univerzity v Eindhovenu upozorňuje na skutečnost, že navzájem sladí pohyb svých kyvadel i hodiny poháněné mechanismy s hladkým chodem, které negenerují žádné zvukové impulzy.
„Huygensova synchronizace má k definitivnímu rozřešení stále ještě hodně daleko,“ tvrdí Ramirez.
Zdroj: Scientific Reports
Více z pořadu
E-shop Českého rozhlasu
Vždycky jsem si přál ocitnout se v románu Julese Verna. Teď se mi to splnilo.
Václav Žmolík, moderátor
Tajuplný ostrov
Lincolnův ostrov nikdo nikdy na mapě nenašel, a přece ho znají lidé na celém světě. Už déle než sto třicet let na něm prožívají dobrodružství s pěticí trosečníků, kteří na něm našli útočiště, a hlavně nejedno tajemství.
