Christiaan Huygens var en travel lærd. Blant de mange prestasjonene hans, fant den nederlandske forskeren formen på Saturns ringer og oppdaget den planetens største måne, Titan. Han grunnla teorien om at lys beveger seg som en bølge, og han oppfant penduluret. Huygens, ser det ut til, kunne ikke engang slå av sitt vitenskapelige sinn da han var under været.
Relatert innhold
- Denne 1600-tallets anatomist laget kunst ut av organer
- En rekordstor klokke mister ikke et sekund i ytterligere 15 milliarder år
- Hvordan setter noen klokker seg?
I 1665 var han syk og satt fast i sengen, og så på to pendelur som var festet til en bjelke i huset hans. Han la merke til at pendelene begynte å svinge i tid med hverandre, uansett om klokkene hadde blitt startet eller stoppet på forskjellige tidspunkter eller hvilken stilling pendulene startet i. Huygens ble forvirret. Det måtte være på en måte klokkene "snakket" med hverandre, men han manglet de presise instrumentene som er nødvendige for å måle samhandling mellom klokkene. Så han kritte det til mystiske bevegelser overført av luften eller den fysiske forbindelsen i bjelken, og der hvilte saken i mer enn 300 år.
Nå tror fysikere som besøker conundrum fra 1600-tallet at svaret kan ligge i lydbølger. Henrique Oliveira og Luís V. Melo ved Universitetet i Lisboa gjenskaper forholdene Huygens observerte, og brukte deretter ekstremt følsomme instrumenter for å måle variablene. Resultatene deres, publisert denne uken i Scientific Reports, antyder at lydenergi fra de tikkende klokkene reiser gjennom materialet som forbinder dem og får dem til å synkronisere.
Tidligere tok andre forskere en sprekk ved eksperimentet ved hjelp av en bjelke som fikk bevege seg. I disse modellene kommer energien som gjør at klokkene synkroniseres fra bevaring av momentum. Oliveira og Melo ønsket å teste en annen modell som ville være mer som den Huygens jobbet med. De ønsket også å være mer presise enn tidligere forsøk.
De brukte først en datamaskin for å simulere klokkene, forutsatt at klokkene var koblet sammen med et stivt materiale. Deretter festet de to virkelige pendelur til en aluminiumsbjelke. De satte klokkene til å tikke, og målte periodene på pendelsvingningene med optiske sensorer med høy presisjon. Visst nok, pendulene ville begynne å bevege seg i synk. Selv om de beveget seg i motsatte retninger, ville de fortsatt svinge med samme periode.
"Vi prøvde forskjellige strålematerialer og -forhold og kunne bare få kobling når den [faste] bjelken var laget av en veldig god lydleder, klokkene var nærme, og frekvensene var nær nok, " sier Melo i en e-post.
Laboratorieeksperimentet involverte to pendelklokker hengende fra en aluminiumsbjelke. (Henrique Oliveira og Luís Melo) Så hva skjer? Det har å gjøre med hvordan pendelur fungerer. En pendel svinger, og et anker, så navngitt på grunn av sin form, frigjør tennene på et gir, som er festet til en synkende vekt. Når giret slippes, trekker vekten det nedover slik at det begynner å rotere, men ankeret på pendelen tar igjen tennene på giret. Når pendelen svinger tilbake, slipper den giret igjen, og denne gangen fester ankeret den andre siden. I mellomtiden glir tennene på giret under ankeret, skyver det og legger til litt puff for å holde pendelen svingende. Det er mange varianter av dette designet, men det er det grunnleggende prinsippet.
I det siste eksperimentet fører all denne bevegelsen til at en liten mengde lydenergi beveger seg inn i aluminiumsstangen. Hver gang energipulsen reiser, har den en tendens til å skyve den ene klokkens pendel i tid med den andre. Eksperimentet tar opptil 18 timer eller til og med dager å løpe, fordi klokkene synkroniseres sakte. Melo bemerker at Huygens 'klokker hadde 50- eller 60 pund stabiliseringsvekter, mens de i eksperimentet hans var et pund eller mindre, så kreftene som Huygens klokker overførte var større.
Likevel kan du teoretisk kjøre det samme eksperimentet hjemme. "Hvis du kan finne en god nok lydleder for en bjelke ... og hvis du er veldig tålmodig, så vil du få forutsetninger for kobling, " sier Melo. "Men du vil bare være sikker på om du kjører et automatisert eksperiment. Det er umulig å se kontinuerlig i flere dager - det er betagende, men man blir veldig engstelig etter en stund."
Jonatan Peña Ramirez, forsker ved Technical University of Eindhoven i Nederland, har også publisert studier av Huygens klokkefenomen. Han sier at fysikere liker å studere dette systemet fordi det etterligner andre sykluser i naturen. "Lignende fenomener kan observeres i biologiske systemer, der noen sykluser i menneskekroppen kan synkronisere på en naturlig måte, " sier han.
Han er imidlertid ennå ikke overbevist om at lydenergi er den skyldige for klokkene. "Hvis du bytter ut drivmekanismen i klokkene med en jevn mekanisme, dvs. en mekanisme som ikke bruker [diskrete] impulser på klokkene, kan man fremdeles være i stand til å observere synkronisering, " sier han. For hans vedkommende er "Huygens 'synkronisering ... langt fra løst."
