Christiaan Huygens was een drukke geleerde. Onder zijn vele prestaties heeft de Nederlandse wetenschapper de vorm van de ringen van Saturnus ontdekt en ontdekt hij de grootste maan van die planeet, Titan. Hij stichtte de theorie dat licht als een golf reist en vond de slingerklok uit. Het leek erop dat Huygens zijn wetenschappelijke geest niet eens uit kon zetten als hij onder het weer zat.
gerelateerde inhoud
- Deze 17e-eeuwse anatomist maakte kunst uit lichamen
- Een recordbrekende klok zal nog geen seconde meer verliezen voor nog eens 15 miljard jaar
- Hoe stellen sommige klokken zichzelf in?
In 1665 was hij ziek en zat hij in bed en keek naar twee slingerklokken die aan een balk in zijn huis waren bevestigd. Hij zag dat de pendels op tijd met elkaar begonnen te slingeren, ongeacht of de klokken op verschillende tijdstippen waren gestart of gestopt of in welke positie de pendels begonnen. Huygens was verbijsterd. De klokken moesten op de een of andere manier tegen elkaar "spreken", maar het ontbrak hem aan de juiste instrumenten om de interactie tussen de klokken te meten. Dus krijtte hij het op tot mysterieuze bewegingen die door de lucht werden overgedragen of de fysieke verbinding in de straal, en daar rustte de zaak meer dan 300 jaar.
Nu denken natuurkundigen die het 17e-eeuwse raadsel opnieuw bezoeken, dat het antwoord misschien in geluidsgolven ligt. Henrique Oliveira en Luís V. Melo aan de Universiteit van Lissabon herschreven de omstandigheden die Huygens waarnam en gebruikten vervolgens uiterst gevoelige instrumenten om de variabelen te meten. Hun resultaten, deze week gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten, suggereren dat geluidsenergie van de tikkende klokken door het materiaal reist dat hen verbindt en ervoor zorgt dat ze synchroniseren.
Voorheen deden andere wetenschappers een scheur in het experiment met behulp van een straal die mocht bewegen. In die modellen is de energie die de klokken laat synchroniseren afkomstig van het behoud van momentum. Oliveira en Melo wilden een ander model testen dat meer zou lijken op het model waarmee Huygens werkte. Ze wilden ook preciezer zijn dan eerdere pogingen.
Ze gebruikten eerst een computer om de klokken te simuleren, ervan uitgaande dat de klokken waren verbonden door een stijf materiaal. Daarna bevestigden ze twee echte slingerklokken aan een aluminium balk. Ze trokken de klokken tikken en maten de perioden van de slingerschommelingen met uiterst nauwkeurige optische sensoren. En ja hoor, de pendels zouden synchroon beginnen te bewegen. Zelfs als ze in tegengestelde richting zouden bewegen, zouden ze nog steeds schommelen met dezelfde periode.
"We hebben verschillende bundelmaterialen en omstandigheden geprobeerd en konden alleen een koppeling krijgen wanneer de [vaste] bundel was gemaakt van een zeer goede geluidsgeleider, de klokken dichtbij waren en de frequenties dichtbij genoeg waren", zegt Melo in een e-mail.
Het laboratoriumexperiment bestond uit twee slingerklokken die aan een aluminium balk hingen. (Henrique Oliveira en Luís Melo) Dus wat gebeurt er? Het heeft te maken met hoe slingerklokken werken. Een slinger slingert en een anker, zo genoemd vanwege zijn vorm, laat de tanden van een tandwiel los, dat aan een aflopend gewicht is bevestigd. Als het tandwiel wordt losgelaten, trekt het gewicht het naar beneden zodat het begint te draaien, maar het anker van de slinger vangt opnieuw de tanden van het tandwiel. Terwijl de slinger terugzwaait, laat hij de versnelling weer los, en dit keer vangt het anker de andere kant. Ondertussen glijden de tanden van het tandwiel onder het anker, duwen het en voegen een kleine duw toe om de slinger te laten slingeren. Er zijn veel variaties op dit ontwerp, maar dat is het basisprincipe.
In het laatste experiment zorgt al deze beweging ervoor dat een kleine hoeveelheid geluidsenergie de aluminium balk binnenkomt. Elke keer dat de energiepuls reist, heeft het de neiging om de slinger van de ene klok in de tijd met de andere te duwen. Het experiment duurt maximaal 18 uur of zelfs dagen, omdat de klokken langzaam synchroniseren. Melo merkt op dat de klokken van Huygens 50- of 60-pond stabilisatiegewichten hadden, terwijl die in zijn experiment een pond of minder waren, dus de door Huygens-klokken overgebrachte krachten waren groter.
Toch zou je in theorie hetzelfde experiment thuis kunnen uitvoeren. "Als je een voldoende goede geluidsgeleider kunt vinden voor een straal ... en als je erg geduldig bent, dan krijg je de voorwaarden voor het koppelen, " zegt Melo. "Maar je zult er alleen zeker van zijn als je een geautomatiseerd experiment uitvoert. Het is onmogelijk om dagenlang continu te kijken - het is fascinerend, maar na een tijdje word je erg angstig."
Jonatan Peña Ramirez, onderzoeker aan de Technische Universiteit van Eindhoven in Nederland, heeft ook studies gepubliceerd over het klokfenomeen van Huygens. Hij zegt dat natuurkundigen dit systeem graag bestuderen omdat het andere cycli in de natuur nabootst. "Soortgelijke fenomenen kunnen worden waargenomen in biologische systemen, waar sommige cycli in het menselijk lichaam op een natuurlijke manier kunnen synchroniseren, " zegt hij.
Hij is er echter nog niet van overtuigd dat geluidsenergie de boosdoener is voor de klokken. "Als je het aandrijfmechanisme in de klokken vervangt door een soepel mechanisme, dat wil zeggen een mechanisme dat geen [discrete] impulsen op de klokken toepast, kan je toch synchronisatie waarnemen", zegt hij. Wat hem betreft is "de synchronisatie van Huygens ... nog lang niet opgelost."
