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크리스티안 하위헌스

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목차

1. 개요

크리스티안 하위헌스는 1629년 네덜란드 헤이그에서 태어난 과학자이다. 그는 부유하고 영향력 있는 가문에서 태어나 16세까지 가정 교육을 받았으며, 수학, 물리학, 천문학, 광학 등 다양한 분야에서 혁신적인 업적을 남겼다. 하위헌스는 진자시계, 밸런스 스프링을 갖춘 시계를 발명하고, 토성의 위성 타이탄을 발견했으며, 토성의 고리 구조를 최초로 밝혀냈다. 또한, 빛의 파동설을 제시하고, 광학 및 역학 분야에서도 중요한 연구를 수행했다. 그는 프랑스 과학 아카데미의 창립 멤버였으며, 동시대의 여러 과학자들과 교류하며 학문 발전에 기여했다.

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크리스티안 하위헌스 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
휘헌스 초상화
카스파르 네처(Caspar Netscher)가 그린 휘헌스 초상화 (1671년), 레이던의 보어하브 박물관 소장
이름크리스티안 하위헌스
로마자 표기Christiaan Huygens
라틴어 표기Christianus Hugenius
문화어 표기크리스티안 후이겐스
출생일1629년 4월 14일
출생지네덜란드 헤이그
사망일1695년 7월 8일
사망지네덜란드 헤이그
거주지네덜란드, 프랑스
국적네덜란드
분야수학
물리학
천문학
역학
시계학
소속 기관왕립 학회
프랑스 과학 아카데미
모교레이던 대학교
앙제 대학교
학문 지도 교수프란스 반 스호턴
영향갈릴레오 갈릴레이
르네 데카르트
영향을 준 사람고트프리트 라이프니츠
아이작 뉴턴
서명
주요 업적
주요 업적타이탄 발견
토성의 고리 설명
원심력
충돌
진자 시계 발명
호이헨스-프레넬 원리
파동 이론
복굴절
에볼루트
31평균율
균시차
확률론
현의 진동
투명 랜턴
공기펌프
호이헨스 엔진
호이헨스 접안렌즈
호이헨스의 레므니스케이트
호이헨스-슈타이너 정리
호이헨스의 트리톤
인벌류트
주입 동기화
반복 음높이
문제점
등시 곡선
트랙트릭스
공중 망원경
평형 스프링
참고 자료
MacTutorChristiaan Huygens

2. 생애

크리스티안 하위헌스는 1629년 4월 14일 네덜란드 헤이그의 부유하고 영향력 있는 가문에서 태어났다. 아버지 콘스탄테인 하위헌스는 외교관이자 오라녜-나사우 가문의 고문이었으며, 시인이자 음악가로, 갈릴레오 갈릴레이, 마랭 메르센, 르네 데카르트 등 유럽 전역의 지식인들과 교류했다.[18] 크리스티안은 16세까지 집에서 교육받았으며, 아버지로부터 언어, 음악, 역사, 지리, 수학, 논리학, 수사학 외에도 무용, 펜싱, 승마 등 인문학적 교육을 받았다.[14][17]

1644년, 하위헌스는 수학 교사 얀 얀스 스탐피온에게서 수업을 받으며 당시 과학에 대한 까다로운 읽을거리 목록을 받았다.[19] 르네 데카르트는 하위헌스의 기하학적 재능에 깊은 인상을 받았고, 마랭 메르센은 그를 "새로운 아르키메데스"라고 불렀다.[20][13][21]

이후 하위헌스는 라이덴 대학교와 오렌지 대학에서 수학, 법학, 물리학 등 다양한 학문을 접했으며, 프랑스 판 쇼텐, 존 그란트 등 여러 학자들과 교류하며 학문적 깊이를 더했다. 금성 일면 통과 관측, 수명표 연구, 협화음 이론 등 다양한 분야에 관심을 가졌고, 왕립 학회의 첫 번째 외국인 회원으로 선출되기도 했다.[49][50]

하위헌스의 생애는 "출생과 학업", "이후의 삶과 활동", 그리고 "죽음"으로 더 자세하게 나뉜다.

2. 1. 출생과 학업

하위헌스는 1629년 4월 14일 네덜란드 헤이그에서 콘스탄테인 하위헌스와 수잔나 반 바를러 사이의 둘째 아들로 태어났다.[189] 그의 이름은 할아버지의 이름을 딴 것이다. 하위헌스 가문은 아버지와 할아버지 모두 장관을 지낸 명문가였다.[189] 아버지 콘스탄테인 하위헌스는 네덜란드의 시인이자 작곡가였으며, 갈릴레오 갈릴레이와도 교류가 있었다.[189]

하위헌스 가문은 부와 명성을 바탕으로 크리스티안에게 최고의 교육을 제공하였다. 그는 형제들과 함께 수학, 음악, 라틴어, 그리스어, 이탈리아어, 프랑스어, 논리학 등 다양한 분야의 교육을 받았으며, 모든 분야에서 뛰어난 재능을 보였다고 한다.[200] 르네 데카르트는 콘스탄테인과의 친분으로 하위헌스의 집에 자주 초대되었는데, 하위헌스는 데카르트와의 만남을 통해 과학에 대한 흥미를 키우고, 미래에는 모든 자연 현상이 과학으로 설명될 수 있다는 믿음을 갖게 되었다.[201]

하위헌스는 가문의 전통에 따라 외교관이 되기 위해 1645년에 레이던 대학교에서 수학과 법학을 공부하기 시작했다.[202] 1646년부터 프랑스 판 쇼텐이 레이던 대학교 교수가 되었고, 르네 데카르트의 조언에 따라 하위헌스와 그의 형 콘스탄테인 2세의 개인 교습을 맡았다.[22][23] 판 쇼텐은 하위헌스의 수학 교육을 비에트, 데카르트, 페르마의 업적을 소개하며 최신 수준으로 끌어올렸다.[24]

1647년 3월부터 하위헌스는 아버지가 이사로 있던 오렌지 대학에서 공부를 계속했다.[25] 1649년 8월, 학업을 마치고 브레다를 떠나 외교 사절로 일하기도 했다.[14] 그러나 결국 법학을 포기하고 과학자의 길을 걷기로 결심, 집으로 돌아가 과학 연구에 몰두한다.[202][203]

2. 2. 이후의 삶과 활동

하위헌스는 1649년 과학으로 전향한 이후 십 수 년 동안 헤이그의 집에서 연구에 매진했다. 그러나 자신의 연구를 잘 발표하지 않아, 그의 이름이 널리 알려지기까지는 거의 10년이 걸렸다.[200]

하위헌스는 천문학 연구를 위한 정확한 시간 측정 방법을 고민하다가 1657년 진자시계를 발명하여 특허를 얻었다. 1658년부터 그의 설계에 바탕을 둔 시계가 널리 활용되면서 대중적 명성을 얻었다. 그는 1655년부터 형인 콘스탄테인과 함께 색지움 렌즈를 이용하여 망원경의 색수차를 획기적으로 줄이는 등 망원경을 개선하는 작업을 진행했고, 이를 통해 토성의 위성인 타이탄을 발견했다.[204] 1650년대 말에는 더 큰 망원경을 만들어 토성의 고리와 그 성질을 분석하여 과학자로서 명성을 확고히 했다.[200]

하위헌스는 여러 차례 외국 여행을 다녔다. 1655년 파리에서 5개월간 체류하며 피에르 가상디 등 선구적 과학자들을 만났고, 1661년 런던을 방문했다. 1663년에는 외국인 최초로 왕립학회 회원이 되었다.[205] 1666년에는 프랑스 왕립과학 아카데미의 창립회원 7명 중 한 명으로 선정되었다.[200]

파리에서 오랜 시간을 보내며 연구를 진행했고, 주요 업적들이 이곳에서 이루어졌다. 1678년 파리에서 《빛에 관한 논술》에 수록될 연구를 끝마쳤고, 1679년에는 올레 뢰머와 함께 빛의 유한속도를 발견했다. 그러나 네덜란드와 프랑스 간의 정치적 상황[206]과 건강 악화로 1681년 네덜란드로 귀국했다. 1685년 프랑스 재방문을 시도했으나 낭트 칙령 폐지로 실패했다. 건강이 악화되었지만, 1689년 런던을 방문하여 존 로크, 아이작 뉴턴, 로버트 보일 등과 교류했다.[207][200]

동시대 다른 과학자들처럼 하위헌스는 연구 결과를 즉시 출판하지 않고 편지로 전파하는 것을 선호했다.[69] 초기에는 멘토인 프란스 판 쇼텐이 기술적 피드백을 제공하고 그의 명성을 위해 신중하게 행동했다.[38]

1651년부터 1657년 사이, 하위헌스는 여러 저술을 출판하여 수학자들 사이에서 영향력과 명성을 높였다.[88] 그는 데카르트의 충돌 법칙에 의문을 품고 올바른 법칙을 유도했다. 그는 어떤 물체 시스템에서 무게 중심은 속도와 방향이 동일하게 유지된다는 것을 보여주었고, 이를 "운동량" 보존이라고 불렀다. 이러한 결과는 논쟁과 ''Journal des Sçavans''의 짧은 논문을 통해 알려졌지만, 1703년 ''De Motu Corporum ex Percussione''(''충돌하는 물체의 운동에 관하여'')가 출판될 때까지 널리 알려지지 않았다.[41][39]

수학 및 역학 연구 외에도, 1655년 토성의 위성 타이탄을 최초로 확인했고, 1657년 추시계를 발명했으며, 1659년 토성의 고리를 설명했다.[14] 1661년 5월 3일, 수성이 태양을 통과하는 것을 관측했다.[42] 헨리 올덴버그의 중재로 헤벨리우스의 출판 기록에 대한 논쟁을 벌였다.[43] 하위헌스는 헤벨리우스에게 제레미아 호록스의 1639년 금성 일면 통과에 대한 원고를 전달했고, 이 원고는 1662년에 출판되었다.[44]

같은 해, 로버트 모레이 경은 하위헌스에게 존 그란트의 수명표를 보냈고, 기대 수명을 연구했다.[69][45] 하위헌스는 최초의 연속 확률 분포 함수 그래프를 만들고, 공동 연금 문제를 해결했다.[46] 시몬 스테빈의 음악 이론에 관심을 가졌지만, 협화음에 대한 이론을 출판하는 데는 거의 관심을 두지 않았다.[47][48] 1663년 왕립 학회는 하위헌스를 첫 번째 외국인 회원으로 선출했다.[49][50]

다음은 하위헌스의 생애와 관련된 주요 사건들을 정리한 표이다.

연도사건
1655년라이덴 대학교 졸업. 물리학 연구 시작.
1655년[189]망원경으로 토성의 위성 타이탄 발견[189] 및 토성의 고리 인식[189][192].
1656년「토성 위성 관찰」 책자 발표, 오리온 대성운 스케치.
1656년[195][196]최초의 추시계 제작.
1658년『시계』(Horologium) 발간.
1659년등시곡선 문제 해결.
1659년『토성계』(Systema Saturnium) 발간.[197]
1663년왕립 학회 외국인 회원 선출.
1666년아카데미 로와얄 데 시앙스 회원, 1681년까지 파리에서 활동.[189]
1673년『추시계』(Horologium Oscillatorium) 발간.
1675년밸런스 휠(진자)에 용수철이 달린 시계 제작, 『(수차를) 보정한 망원경』(Astroscopia Compendiaria) 발간, 공기 망원경 설명, 왕복형 엔진 발명.
1685년낭트 칙령 폐지로 헤이그 귀환.
1690년『빛에 관한 논고』 발간, 빛의 파동설 제창.



그 외 호이겐스 접안렌즈[198] 발명, 호이겐스 원리 제창[199], 에테르 제창 등의 업적이 있다.

2. 3. 죽음

1694년 병에 걸려 앓아눕게 된 하위헌스는 고통을 겪다가 1695년 7월 8일 헤이그에서 사망하였다. 그는 평생 결혼을 하거나 (최소한 공식적으로는) 자녀를 두지 않았다. 그는 레이던 대학교에 자신의 기록물들을 남겼는데, 이 기록물들은 현재까지도 그곳의 도서관에 보관되어 있다.[200]

3. 과학적 업적

크리스티안 하위헌스는 당대 다른 과학자들과 마찬가지로 연구 결과와 발견을 즉시 출판하기보다는 편지를 통해 알리는 것을 선호했다.[69] 초기에는 그의 스승이었던 프란스 판 쇼텐이 기술적인 조언을 제공하고 그의 명성을 위해 신중하게 행동했다.[38]

하위헌스는 수학, 역학, 광학, 천문학 등 다양한 분야에서 중요한 과학적 업적을 남겼다. 주요 업적은 다음과 같다:


  • 1655년 토성의 위성 타이탄을 발견하고,[14] 같은 해 토성의 고리를 최초로 정확하게 설명했다.[14]
  • 1657년 추시계를 발명했다.[14]
  • 1639년 금성 일면 통과에 대한 제레미아 호록스의 원고를 헨리 올덴버그의 중재로 헤벨리우스에게 전달하여 1662년에 출판되도록 하였다.[44]
  • 존 그란트의 수명표를 바탕으로 기대 수명을 연구하고, 사망률을 가정한 연속 확률 분포 함수 그래프를 최초로 만들었다.[46]
  • 협화음에 대한 이론을 연구했지만, 출판하지는 않았다.[47]
  • 1663년 왕립 학회의 첫 외국인 회원으로 선출되었다.[49]
  • 수학과 법학을 배우고 라이덴 대학교를 졸업했다.
  • 1666년 장-바티스트 콜베르의 초청으로 파리로 이주하여 아카데미 로와얄 데 시앙스의 회원이 되었고, 1681년까지 파리에서 활동했다.[189]
  • 1675년 밸런스 휠(진자)에 용수철이 달린 시계를 제작했는데, 이것은 일반적으로 "세계 최초의 실용적인 기계식 시계"로 불린다.
  • 1675년 『(수차를) 보정한 망원경』(''Astroscopia Compendiaria'')을 발간하여 공기 망원경을 설명했다.
  • 1675년 세계 최초로 화약을 사용한 왕복형 엔진을 발명했다.
  • 1685년 낭트 칙령 폐지에 따라 헤이그로 돌아왔다.
  • 1690년 『빛에 관한 논고』를 발간하여 빛의 파동설을 제창했다.
  • 호이겐스 접안렌즈[198]를 발명했다.
  • 호이겐스 원리[199]를 제창했다.
  • 빛의 매개체로서 에테르를 제창했다.


하위헌스는 최초의 이론 물리학자이자 현대 수리물리학의 창시자로 불린다.[174][166] 그의 기하학적 기술과 기계적 재능은 아이작 뉴턴, 라이프니츠, 로피탈, 베르누이 가문 등 많은 동시대인들의 찬사를 받았다.[69] 물리학 분야에서의 업적으로 하위헌스는 과학혁명에서 뉴턴과 필적할 만한 통찰력과 연구 성과를 거둔 가장 위대한 과학자 중 한 명으로 여겨진다.[167][168] 또한 유럽 대륙에서 과학 연구를 위한 제도적 기반을 구축하는 데 기여하여 현대 과학의 확립에 있어 주도적인 인물이 되었다.[169]

하위헌스는 엄격한 기하학적 증명 방법을 선호했으며, 기본 공리와 가설 선택에는 불확실성을 허용했지만, 여기서 유도된 정리의 증명은 의심의 여지가 없도록 했다.[88] 그의 출판 스타일은 뉴턴의 주요 저작 제시에 영향을 미쳤다.[171][172]

수학을 물리학에, 물리학을 수학에 적용하는 것 외에도, 하위헌스는 수학을 방법론, 특히 세계에 대한 새로운 지식을 생성하는 능력으로 의존했다.[173] 그는 물리적 현상을 기하학적 현상으로 환원하는 것이 실제와 이상 사이의 정확한 일치 기준을 충족해야 한다고 주장했다.[123] 이러한 수학적 정밀성 요구는 요한 베르누이, 장 르 롱 달랑베르, 샤를 오귀스탱 드 쿨롱과 같은 18세기 과학자들에게 모범이 되었다.[88][174]

하위헌스는 충돌에 관한 원고에서 물리적 실체를 나타내는 대수 표현을 사용하여, 물리학 관계를 설명하기 위해 수학 공식을 사용한 최초의 인물 중 하나가 되었다.[40] ''Dioptrica'' 작업 중 극한의 현대적 개념에 근접했지만, 기하 광학 외부에서는 사용하지 않았다.[175]

17세기 말, 하위헌스의 명성은 뉴턴에 의해 가려졌지만, "하위헌스의 업적은 몇몇 중요한 측면에서 뉴턴의 업적을 능가한다"는 평가도 있다.[176] 그의 지속적인 고전주의와 연구 결과 발표를 꺼리는 성향은 과학혁명 이후 그의 영향력을 감소시켰다.[34][170]

하위헌스의 사이클로이드 분석은 최속강하곡선 등 다른 곡선 연구로 이어졌고,[21][31] 충격과 복굴절 연구는 수리물리학과 이론역학의 발전을 이끌었다.[5] 진자와 밸런스 스프링 개발은 기계식 시계와 손목시계에 사용되어, 과학적 용도에 적합한 신뢰할 수 있는 시계를 최초로 만들었다.[4][123]

3. 1. 수학

하위헌스는 블레즈 파스칼, 피에르 드 페르마와 주고받은 서신 내용을 바탕으로 1657년 확률론에 관한 최초의 논문인 《주사위도박이론》을 출판하였다.[76][77] 여기서 그는 게임의 상금 문제를 다루며 수학에서 기댓값 개념을 소개하였다. 하위헌스는 디오클레스의 질주선(:en:cissoid)의 길이를 구하고 현수선의 기하학적 성질을 연구하였다. 그 외에도 대수적 곡선에 관한 논문을 썼으며, 현대적 다항식의 형태, 페르마의 극대, 극소 법칙에 관한 연구를 발표하였고 수학을 물리학의 증명 도구로 활용하였다.

하위헌스는 수학 분야에서 먼저 국제적인 명성을 얻었는데, 여러 중요한 연구 결과를 발표하여 많은 유럽 기하학자들의 주목을 끌었다.[68] 그는 발표된 저서에서는 아르키메데스의 방법을 선호했지만, 사적인 노트에서는 데카르트의 해석 기하학과 페르마의 무한소 기법을 더 광범위하게 사용했다.[14][24]

호이겐스의 첫 출판물은 구적법 분야였다.


하위헌스의 첫 출판물은 1651년 엘제비어가 라이덴에서 출판한 ''Theoremata de Quadratura Hyperboles, Ellipsis et Circuli''(''쌍곡선, 타원 및 원의 구적에 관한 정리'')였다.[69] 이 저술의 첫 번째 부분에는 쌍곡선, 타원 및 원의 넓이를 계산하는 정리가 포함되어 있는데, 이는 특히 그의 ''포물선의 구적법''에서 볼 수 있듯이 아르키메데스의 원추곡선에 대한 연구와 유사하다.[88] 두 번째 부분에는 그가 이전에 메르센과 논의했던 원의 구적에 대한 그레고리 드 생뱅상의 주장에 대한 반박이 포함되어 있다.

하위헌스는 임의의 쌍곡선, 타원 또는 원의 선분의 무게중심이 그 선분의 넓이와 직접적으로 관련되어 있음을 보여주었다. 그런 다음 그는 원추곡선에 내접하는 삼각형과 그 단면의 무게중심 사이의 관계를 보여줄 수 있었다. 하위헌스는 이러한 정리를 모든 원추곡선을 포함하도록 일반화함으로써 고전적인 방법을 확장하여 새로운 결과를 생성했다.[14]

구적법과 구정법은 1650년대에 중요한 문제였고, 밀론을 통해 하위헌스는 토마스 홉스를 둘러싼 논쟁에 참여했다. 자신의 수학적 공헌을 강조하는 데 힘씀으로써 그는 국제적인 명성을 얻었다.[70]

하위헌스의 다음 저술은 1654년에 출판된 ''De Circuli Magnitudine Inventa''(원의 크기에 대한 새로운 발견)였다. 이 저술에서 하위헌스는 아르키메데스의 ''원의 측정'''에서 발견된 외접다각형과 내접다각형 사이의 간격을 좁힐 수 있었으며, 원주와 지름의 비 또는 π (π)가 그 구간의 첫 번째 3분의 1에 있어야 함을 보였다.[69]

리차드슨 외삽법과 동등한 기법을 사용하여,[71] 하위헌스는 아르키메데스 방법에서 사용된 부등식을 단축할 수 있었다. 이 경우, 그는 포물선의 선분의 무게중심을 사용하여 원의 선분의 무게중심을 근사하여 원의 구적법을 더 빠르고 정확하게 근사할 수 있었다.[72] 이러한 정리들로부터 하위헌스는 π에 대한 두 가지 값의 집합을 얻었다. 첫 번째는 3.1415926과 3.1415927 사이이고, 두 번째는 3.1415926533과 3.1415926538 사이이다.[73]

하위헌스는 또한 쌍곡선의 경우, 포물선 선분으로 같은 근사를 하면 로그를 계산하는 빠르고 간단한 방법이 생긴다는 것을 보였다.[74] 그는 ''Illustrium Quorundam Problematum Constructiones''(일부 저명한 문제의 구성)이라는 제목으로 고전적인 문제에 대한 해법 모음을 저술의 끝에 덧붙였다.[69]

1655년 파리 방문 후 페르마, 블레즈 파스칼, 지라르 데자르그와 몇 년 전 만났던 일을 계기로 크리스티안 하위헌스는 우연의 게임에 관심을 갖게 되었다.[75] 그는 결국 당시로서는 우연의 게임에 대한 수학적 접근 방식을 가장 일관되게 제시한 것으로 여겨지는 ''De Ratiociniis in Ludo Aleae''(''우연의 게임에서의 추론에 관하여'')를 출판했다.[76][77] 프란스 판 쇼텐은 원래 네덜란드어 원고를 라틴어로 번역하여 자신의 ''Exercitationum Mathematicarum''(1657)에 수록했다.[78][79]

이 저서에는 초기의 게임 이론적 아이디어가 담겨 있으며, 특히 점수 문제를 다룬다.[11][79] 하위헌스는 파스칼로부터 "공정한 게임"과 공평한 계약(즉, 확률이 같을 때 동등한 분할)의 개념을 받아들여 기대값에 대한 비표준 이론을 설정하기 위해 이를 확장했다.[80] 그가 그때까지 수학자들에게 접근 불가능해 보였던 우연의 영역에 대수를 적용한 성공은 유클리드의 종합적 증명과 비에트와 데카르트의 저술에서 발견되는 기호적 추론을 결합하는 힘을 보여주었다.[81]

하위헌스는 책의 끝에 다섯 가지 어려운 문제를 포함시켰는데, 이는 앞으로 60년 동안 우연의 게임에서 수학적 기술을 보여주고자 하는 사람들을 위한 표준 시험이 되었다.[82] 이 문제들에 대해 연구한 사람들로는 아브라함 드무아브르, 야코프 베르누이, 요하네스 후데, 바뤼크 스피노자, 그리고 라이프니츠가 있다.

베르나르 발랑(Bernard Vaillant)이 그린 크리스티안 하위헌스의 초상화 (1686)


수학에서 하위헌스는 고대 그리스 기하학, 특히 아르키메데스의 업적을 능숙하게 다루었고, 데카르트와 페르마의 해석 기하학과 무한소 기법을 능숙하게 사용했다.[170] 그의 수학적 스타일은 곡선과 운동의 기하학적 무한소 분석으로 가장 잘 설명할 수 있다. 역학에서 영감과 이미지를 얻었지만, 형태는 순수 수학으로 남았다.[68] 더 많은 수학자들이 무한소, 극한 과정, 운동을 다루기 위해 고전 기하학에서 미적분학으로 눈을 돌리면서 하위헌스는 이러한 유형의 기하학적 분석을 마무리했다.[34]

하위헌스는 수학을 사용하여 물리학의 문제에 완벽하게 답할 수 있었다. 종종 이것은 복잡한 상황을 설명하기 위한 간단한 모델을 도입한 다음, 단순한 주장에서 논리적 결과로 분석하고, 그 과정에서 필요한 수학을 개발하는 것을 포함했다.

하위헌스는 엄격한 기하학적 증명 방법을 요구하는 결과의 공리적 제시를 선호했다. 그는 기본 공리와 가설의 선택에서 불확실성의 수준을 허용했지만, 이러한 것에서 유도된 정리의 증명은 결코 의심의 여지가 없었다.[88]

수학을 물리학에 적용하고 물리학을 수학에 적용하는 것 외에도, 하위헌스는 수학을 방법론, 특히 세계에 대한 새로운 지식을 생성하는 능력으로 의존했다.[173]

출판을 위해 의도된 적은 없었지만, 하위헌스는 충돌에 관한 그의 소수의 원고에서 물리적 실체를 나타내는 대수 표현을 사용했다.[39] 이것은 그를 오늘날처럼 물리학의 관계를 설명하기 위해 수학 공식을 사용한 최초의 사람들 중 한 명으로 만들 것이다.[40] 하위헌스는 그의 ''Dioptrica''에서 작업하는 동안 극한의 현대적 개념에 근접했지만, 기하 광학 외부에서는 그 개념을 사용하지 않았다.[175]

3. 2. 물리학

크리스티안 하위헌스는 빛의 반사, 굴절, 회절 현상을 하위헌스의 원리를 통해 설명한 빛의 파동 이론으로 유명하다. 그는 이 내용을 1690년 《빛에 관한 논술》에 정리하여 출간했다. 그의 이론은 아이작 뉴턴의 《광학(Opticks)》에 나타난 빛의 입자설과 대립했지만, 1801년 토마스 영의 이중슬릿 회절 실험으로 파동 이론이 힘을 얻었다. 그러나 이후 광자 개념이 도입되면서 빛의 입자성과 파동성에 대한 논쟁이 다시 벌어졌다.

하위헌스는 빛이 횡파라는 이론을 바탕으로 복굴절과 편광 현상을 설명했고, 빛 전파 현상을 설명하기 위해 단단하고 탄성이 있는 미립자 모임인 에테르 개념을 제시했다. 1652년부터 망원경과 렌즈 개발에 관심을 가졌고, 형 및 스피노자 등과 협력하여[209] 1655년 망원경을 개량, 이후 천문학에서 다양한 업적을 남겼다.

하위헌스는 물체가 원운동할 때 받는 원심력 방정식을 세웠다. 원심력은 돌을 줄에 묶어 돌릴 때 돌이 상대적으로 받는 힘과 같다.

:F_{cf}=\frac{m\ v^2}{r}

여기서 m은 물체의 질량, v는 접선속도, r은 원운동의 반지름이다. 돌의 관성계에서 원심력과 줄이 돌을 당기는 힘은 평형을 이룬다. 이 당기는 힘은 구심력이며 크기는 같지만 방향은 반대다. 하위헌스는 1673년 《원심력에 관하여On the centrifugal force영어》를 출판했다.

그는 물체계에서 무게중심의 초기 위치는 자발적으로 변하지 않는다는 점을 응용하여 물체 충돌을 해석했고, 1656년 완전 탄성체의 운동을 계산했지만[210] 출판하지는 않았다. 갈릴레오처럼 운동은 상대적이며, 속도 변화에는 힘이 필요하다고 생각했다. 이는 이후 뉴턴의 제2법칙으로 체계화되었다.

하위헌스는 소리 탐구에 탁월했다. 1693년 분수 소리가 계단에 반사되며 만들어지는 높낮이를 묘사하고, 소리를 파동으로 보는 '오르간 관 이론'을 적용해 현대적 설명을 이끌어냈다. 그는 이 지식을 바탕으로 한 옥타브를 31개 구간으로 분할하는 오르간을 발명했다.

3. 2. 1. 광학

크리스티안 하위헌스는 빛에 관한 파동 이론으로 유명하다. 그는 빛의 반사, 굴절, 회절 현상을 하위헌스의 원리에 기반하여 설명했고, 이를 정리한 《빛에 관한 논술》을 1690년에 출간했다.[143] 그의 이론은 아이작 뉴턴의 《광학(Opticks)》에서 다룬 빛의 입자설과 대립되었지만, 1801년 토마스 영의 이중슬릿 회절 실험으로 파동 이론이 힘을 얻었다. 그러나 이후 광자 개념 도입으로 빛의 입자성과 파동성에 대한 논쟁이 다시 벌어졌다.

하위헌스는 빛이 횡파라는 이론에 기반하여 복굴절과 편광 현상을 설명했으며, 빛 전파 현상 설명을 위해 단단하고 탄성이 있는 미립자 모임인 에테르 개념을 상정했다. 1652년부터 망원경과 렌즈 개발에 관심을 가졌고, 형과 스피노자 등과의 협력으로[209] 1655년 망원경 개량에 성공, 이후 천문학에서 다양한 업적을 세웠다.

호이겐스의 공중 망원경, ''Astroscopia Compendiaria'' (1684)에서 발췌.


하위헌스는 빛의 굴절과 렌즈, 즉 디오프트릭스 연구에 오랫동안 관심을 가졌다.[133] 1652년부터 망원경 이론을 담은 라틴어 논문 초고 ''Tractatus''를 작성했는데, 여기에는 포괄적이고 엄격한 망원경 이론이 담겨 있었다. 그는 망원경의 특성과 작동 원리에 대해 이론적 질문을 제기한 몇 안 되는 사람 중 하나였으며, 천문학에 사용되는 실제 기기에 수학적 전문성을 적용한 거의 유일한 사람이었다.[134]

하위헌스는 ''Dioptrica''라는 논문을 통해 연구를 발표하려 했으나, 더 포괄적인 내용을 담기 위해 연기했고, 이 논문은 1703년에야 출판되었다.[20] 이 논문은 세 부분으로 구성되었는데, 첫 번째는 굴절의 일반 원리, 두 번째는 구면 및 색수차, 세 번째는 망원경과 현미경 제작의 모든 측면을 다루었다. 데카르트의 디옵트릭스가 이상적인 (타원형 및 쌍곡선형) 렌즈만 다룬 것과 달리, 하위헌스는 현미경과 망원경 같은 장치에 실제로 제작, 통합될 수 있는 구면 렌즈만 다루었다.[135]

하위헌스는 망원경 대물렌즈의 긴 초점 거리, 조리개 축소를 위한 내부 스톱, 호이겐 아이피스라는 새로운 종류의 접안렌즈 등 구면 수차와 색수차 영향을 최소화하는 실용적 방법을 개발했다.[135]

1655년부터 형 콘스탄티인과 함께 망원경 개선을 위해 직접 렌즈를 갈기 시작했다.[136] 1662년에는 망원경 접안렌즈로 사용되는 두 개의 평볼록렌즈 세트인 하위헌스 접안렌즈를 고안했다.[137][138] 그의 렌즈는 사양에 따라 일관되게 연마된 뛰어난 품질로 알려졌지만, 망원경이 매우 선명한 이미지를 생성하지 못해 근시를 앓았을 가능성이 제기되기도 했다.[139]

렌즈는 1660년대 하위헌스가 스피노자와 교류할 수 있게 한 공통 관심사였는데, 스피노자는 렌즈를 전문적으로 갈았다. 스피노자는 데카르트주의자였기에 그들은 과학에 대한 다른 관점을 가졌고, 토론 중 일부는 서신으로 남아 있다.[140] 하위헌스는 아버지 콘스탄테인 하위헌스가 관심을 가졌던 현미경 분야에서 렌즈 연마사 안토니 판 레이우엔훅의 업적을 접했다.[4] 그는 프로젝터에서 렌즈 사용에 대해 조사했고, 1659년 서신에서 설명된 매직 랜턴 발명가로 여겨진다.[141] 지암바티스타 델라 포르타, 코르넬리스 드레벨 등도 랜턴 장치에 기여했지만, 하위헌스의 디자인은 더 나은 투영을 위해 렌즈를 사용했다는 점에서 차별성을 가진다. (아타나시우스 키르허도 그 공로를 인정받았다).[142]

하위헌스의 ''빛에 관한 논문''(1690년)에 나온 하위헌스 원리를 이용해 설명한 평면파의 굴절


하위헌스는 1678년 파리 과학 아카데미에 처음 발표한 빛의 파동설로 광학 분야에서 특히 기억된다. 그의 ''디오프트리카''의 예비 장이었던 이 이론은 1690년 ''빛에 관한 논문(Traité de la Lumière)''[143]으로 출판되었으며, 관측 불가능한 물리적 현상(빛의 전파)에 대한 최초의 완전한 수학적, 기계적 설명을 담고 있다.[5][144] 그는 파동 이론에 도움을 준 이냐스-가스통 파르디의 광학 원고를 언급한다.[145]

당시 과제는 대부분의 물리 광학 현상(예: 회절)이 관측되지 않거나 문제로 인식되지 않았기에 기하 광학을 설명하는 것이었다. 1669년 라스무스 바르톨린이 발견한 아이슬란드 스파(방해석)에서 1672년 이중 굴절(복굴절)을 실험했고, 처음에는 설명할 수 없었지만, 이후 파면 이론과 진곡선 개념을 사용하여 설명했다.[144] 굴곡에 대한 아이디어도 개발했다.[4] 1677년 올레 뢰머 보고서를 바탕으로 빛의 속도가 유한하다고 가정했지만, 이미 그렇게 믿었을 것으로 추정된다.[146] 빛을 방사형 파면으로 설정하고, 빛살의 일반적 개념은 파면에 수직으로 전파되는 것을 묘사한다. 파면 전파는 파면을 따라 모든 지점에서 방출되는 구면파 결과로 설명된다(오늘날 하위헌스-프레넬 원리).[147] 데카르트 견해를 수정한, 완벽하게 탄성 있는 입자를 통한 전달을 가진 편재하는 광발 에테르를 가정했고, 빛의 본질은 종파였다.[146]

그의 빛 이론은 널리 받아들여지지 않았고, 뉴턴의 경쟁 이론인 입자설이 더 많은 지지를 얻었다. 종파는 관측된 복굴절을 설명할 수 없는 단일 편광만 가진다는 것이 하위헌스 이론에 대한 강력한 반대 의견 중 하나였다. 그러나 1801년 토마스 영의 간섭 실험과 1819년 프랑수아 아라고의 포아송 점 검출은 뉴턴이나 다른 입자 이론으로 설명할 수 없어 하위헌스의 아이디어와 파동 모델을 되살렸다. 1821년 프레넬은 빛이 종파가 아닌 횡파라는 결과로 복굴절을 설명할 수 있었다.[148] 하위헌스-프레넬 원리는 제임스 클러크 맥스웰의 전자기 이론이 양자 역학 발전과 광자 발견으로 종결될 때까지 빛 전파의 모든 측면을 설명하는 물리 광학 발전의 기초가 되었다.[135][149]

3. 2. 2. 역학

하위헌스는 물체가 원운동을 할 때 받는 원심력을 표현하는 방정식을 세웠다. 원심력이란 돌을 줄에 묶어 돌렸을 경우 돌이 상대적으로 받는 것과 같은 종류의 힘을 말한다.

:F_{cf}=\frac{m\ v^2}{r}

여기서 m은 원운동을 하는 물체의 질량, v는 원운동을 하는 물체의 접선속도, r은 원운동의 반지름을 뜻한다. 돌의 관성계에서 원심력과 줄이 돌을 당기는 힘이 평형을 이루고 있다. 이렇게 당기는 힘은 구심력이라고 하며 크기가 같지만 방향은 반대다. 하위헌스는 자신의 원심력에 대한 발견을 1673년 《원심력에 관하여On the centrifugal force영어》라는 이름으로 출판하였다.

이 외에도 물체의 운동에 대한 전반적인 해석을 냈다. 그는 어떠한 물체계에서도 무게중심의 초기 위치는 자발적으로 변하지 않는다는 독창적인 응용을 통해 물체의 충돌을 해석하였고, 1656년에는 완전 탄성체의 경우의 운동을 완벽히 계산해 냈지만[210] 출판을 하지는 않았다. 그리고 갈릴레오와 비슷하게 운동은 상대적이며, 운동의 속도가 변하기 위해서는 힘이 필요하다는 생각을 하였다. 이러한 아이디어는 이후 뉴턴의 제2법칙으로 뉴턴에 의해 체계적인 형태로 정리되었다.

크리스티안 호이겐스, 장-자크 클레리옹의 부조(약 1670년).


동시대의 다른 과학자들과 마찬가지로, 호이겐스는 자신의 연구 결과와 발견을 서둘러 출판하지 않고 편지를 통해 자신의 연구를 전파하는 것을 선호했다.[69]

1651년부터 1657년 사이에 호이겐스는 수학적 재능과 고전적 및 해석 기하학에 대한 능숙함을 보여주는 여러 저술을 출판하여 수학자들 사이에서 그의 영향력과 명성을 높였다.[88] 같은 시기에 호이겐스는 대부분 잘못된 데카르트의 충돌 법칙에 의문을 품기 시작하여 대수적으로, 그리고 나중에는 기하학적으로 올바른 법칙을 유도했다.[39] 그는 어떤 물체 시스템에 대해서도 시스템의 무게 중심은 속도와 방향이 동일하게 유지된다는 것을 보여주었는데, 이것을 호이겐스는 "운동량" 보존이라고 불렀다. 당시 다른 사람들도 충격을 연구하고 있었지만, 호이겐스의 충돌 이론은 더 일반적이었다.[40] 이러한 결과는 서신을 통한 논쟁과 ''Journal des Sçavans''의 짧은 논문을 통해 주요 참고 자료이자 추가 논쟁의 초점이 되었지만, 1703년 ''De Motu Corporum ex Percussione영어''(''충돌하는 물체의 운동에 관하여'')가 출판될 때까지 더 많은 독자들에게 알려지지 않았다.[41][39]

휘겐스의 ''전집(Oeuvres Complètes)''에서 충돌하는 물체 이론을 단순화하는 상대 운동에 대한 사고 방식으로서의 보트 비유.


기계 철학자들의 일반적인 접근 방식은 현재 "접촉 작용"이라고 불리는 종류의 이론을 가정하는 것이었다. 휘겐스는 이 방법을 채택했지만 그 한계를 인식하지 않은 것은 아니었다.[95] 반면 파리에서 그의 제자였던 라이프니츠는 나중에 이를 버렸다.[96] 이러한 방식으로 우주를 이해함으로써 충돌 이론이 물리학의 중심이 되었는데, 운동하는 물질을 포함하는 설명만이 진정으로 이해할 수 있었기 때문이다. 휘겐스는 데카르트적 접근 방식의 영향을 받았지만, 그는 그다지 독단적이지 않았다.[97] 그는 1650년대에 탄성 충돌을 연구했지만 10년 이상 출판을 미루었다.[98]

휘겐스는 탄성 충돌에 대한 데카르트의 법칙이 대체로 잘못되었다는 결론을 매우 일찍 내렸고, 질량 곱하기 속도 제곱의 곱의 보존, 그리고 모든 물체에 대해 한 방향으로의 운동량 보존을 포함한 올바른 법칙을 공식화했다.[99] 중요한 단계는 그가 문제의 갈릴레이 불변성을 인식했다는 것이었다.[100] 휘겐스는 1652년부터 1656년까지 ''De Motu Corporum ex Percussione영어''라는 제목의 원고에서 충돌 법칙을 연구했지만, 그의 연구 결과는 오랜 시간이 지나서야 알려졌다. 1661년에 그는 런던에서 윌리엄 브라운커와 크리스토퍼 렌에게 직접 그것을 전달했다.[101] 스피노자가 1666년 제2차 영국-네덜란드 전쟁 동안 헨리 올덴버그에게 쓴 내용은 신중했다.[102] 전쟁은 1667년에 끝났고, 휘겐스는 1668년에 왕립 학회에 그의 연구 결과를 발표했다. 그는 나중에 1669년 ''Journal des Sçavans''에 그것을 발표했다.[98]

1659년 호이겐스는 중력 가속도 상수를 발견하고 이차 형태로 현재 뉴턴의 운동 법칙의 두 번째 법칙으로 알려진 것을 진술했다.[103] 그는 구부러진 도로를 주행하는 경우와 같이 회전하는 기준틀에서 볼 때 물체에 작용하는 원심력에 대한 현재 표준 공식을 기하학적으로 유도했다. 현대적 표기법으로는 다음과 같다.

:F_{c}={m\ \omega^2}{r}

여기서 ''m''은 물체의 질량, ''ω''는 각속도, ''r''은 반지름이다.[6] 호이겐스는 그의 결과를 ''De vi Centrifuga영어''라는 제목의 논문에 수록했는데, 1703년까지 출판되지 않았다. 이 논문에서 자유 낙하의 운동학을 사용하여 뉴턴 이전에 최초의 일반화된 힘 개념을 제시했다.[104]

3. 2. 3. 음향학

하위헌스는 소리를 듣고 탐구하는 데 탁월한 능력을 보였다. 1693년 그는 뿜어져 나오는 분수의 소리가 계단에 의해 반복적으로 반사되며 만들어지는 소리의 높낮이를 묘사했다. 여기에 소리를 파동으로 보는 '오르간 관 이론'을 적용하여 현대적인 설명을 성공적으로 이끌어 냈다.[65] 그는 이러한 음향학적 지식을 바탕으로 한 옥타브를 31개의 구간으로 분할하여 음을 만들어 내는 오르간을 발명하기도 했다.

3. 2. 4. 시계

천문학이나 항해에는 정확한 시간 측정이 필요했다. 갈릴레오가 진자의 등시성을 발견하고 진자시계 아이디어를 냈지만 실현하지 못했고, 1657년 하위헌스가 최초로 진자시계 특허를 제출했다. 그러나 하위헌스가 직접 진자시계를 제작했다는 증거는 없다.[211] 그는 처음에는 두 개의 진자로 일정한 주기의 시간을 측정하려 했으나, 수십 초의 오차가 발생하여 여러 번 수정을 거듭했다. 근사적인 방법으로 공식을 구했기 때문에 진폭이 좁은 진자와 넓은 진자 사이의 오차가 컸다. 하위헌스는 이 문제를 해결하기 위해 물체를 놓았을 때 시작 지점(진폭)과 상관없이 아래로 미끄러져 내려가는 데 똑같은 시간이 걸리는 곡선(등시곡선 문제, tautochrone problem)을 연구했다. 그는 초기 미적분 형태의 기하학을 통해 이 곡선이 사이클로이드임을 보였다. 이를 통해 사이클로이드 형태의 벽을 제작하여 등시성 진자를 만드는 데 성공했다.[212] 이후 그는 진자뿐만 아니라 일반적인 의미의 진동하는 시스템에 대한 이론을 완성하여 제시하기도 하였다.[200]

200px


그의 1673년 저서 《진자시계》에서는 단순 진자, 복합 진자 등의 진자 운동을 설명하고 원심력이 적용되는 원리를 이끌어냈다. 그는 메르센의 진자 주기에 관한 문제를 수학적으로 풀어냈다. 이를 현대적으로 표현하면 다음과 같다.

:T=\ 2 \pi \sqrt{\frac{l}{g}}

(''T''는 진자의 주기, ''g''는 중력 가속도, ''l''은 진자의 길이)[211]

현재 그가 만든 시계 중 가장 오래된 시계는 1657년 작품으로 레이던의 보어하브 박물관에 전시되어 있다. 이 시계는 하위헌스 자신에게 천문학 용도나 일상 용도로 중요한 시계였다.[213] 그는 이후 더 정교한 시계를 만들기 위해 균형 용수철을 단 형태를 개발하였으며, 그 외에도 축소시킨 형태의 회중시계를 만들기도 했다.

보어하브 박물관에 보관되어 있는 하위헌스의 시계와 그의 저서

3. 3. 천문학



하위헌스는 1655년에 토성의 위성 타이탄을 최초로 확인했고, 자신이 직접 설계하고 제작한 43배 배율의 굴절 망원경을 이용하여 오리온 대성운을 관측하고 스케치했다.[9][8] 그는 성운을 여러 별로 세분화하는 데 성공했고, 여러 성간 성운과 일부 쌍성을 발견하였다.[150]

갈릴레오 갈릴레이가 자신의 망원경을 통해 토성에 희미한 테두리가 있음을 발견했지만, 하위헌스가 처음으로 구형의 행성 주위에 고리가 있음을 해석해 냈다. 그는 처음에 토성이 기이한 모양의 고체라고 생각하였지만, 1656년 토성의 고리가 모래들로 이루어져 있다고 결론을 내렸다.[200]

:a a a a a a a c c c c c d e e e e e g h i i i i i i i I I l l m m n n n n n n n n n o o o o p p q r r s t t t t t u u u u u

위의 암호문은 《토성의 달에 관한 새로운 관측》에 수록된 것으로,

Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cobaerente, ad eclipticam inclinato|그것은 황도 쪽으로 기운 납작하고 얇은 고리로 둘러싸여 있고, 그 고리는 어디에도 닿아 있지 않다la

라는 뜻의 라틴어 문장이다.[200]

1659년, 하위헌스는 자신의 이론과 연구 결과를 ''Systema Saturnium''에 발표했다. 이 책은 태양으로부터 행성까지의 상대 거리에 대한 측정값을 제공하고, 마이크로미터 개념을 도입했으며, 행성의 각지름을 측정하는 방법을 보여주어 망원경을 단순 관측 도구가 아닌 측정 도구로 사용할 수 있게 했다.[153]

같은 해, 하위헌스는 시르티스 메이저(Syrtis Major), 즉 화성의 화산 평원을 관측하여 화성의 자전 시간을 24시간 30분으로 추정했는데, 이는 실제 자전 시간인 24시간 37분과 불과 몇 분 차이밖에 나지 않는 정확한 값이다.[154] 1672년 8월에는 화성의 극관을 처음으로 관측하였다.

'''코스모테오로스'''(1698)에 나온 태양과 행성의 상대적 크기


1695년 사망 직전, 하위헌스는 '''코스모테오로스(Cosmotheoros)'''를 완성하여 외계 생명체의 존재에 대해 추측했다. 그는 액체 형태의 물이 생명에 필수적이며, 물의 성질은 행성마다 온도 범위에 맞게 달라야 한다고 썼고, 화성과 목성 표면의 어둡고 밝은 반점을 관찰하여 이 행성들에 물과 얼음이 있다는 증거로 받아들였다.[163]

또한 이 책에서 태양계의 상대적 크기에 대한 추정치와 항성 거리를 계산하는 방법을 발표했다.[40] 그는 태양을 향한 스크린에 작은 구멍을 여러 개 만들어 별 시리우스(Sirius)의 빛과 강도가 같다고 추정할 때까지 계속했다. 그런 다음 이 구멍의 각도가 태양 지름의 1/27,664임을 계산했고, 시리우스가 태양만큼 밝다고 (잘못) 가정하여 약 30,000배 더 멀리 떨어져 있다고 계산했다.

3. 3. 1. 타이탄

하위헌스는 1655년 3월 25일, 50배율 상당의 망원경으로 토성을 관찰하여 작은 천체가 토성 주위를 돌고 있음을 확인했다. 3개월간의 지속된 관측 끝에 그는 이 천체가 토성의 위성이라는 결론을 내렸다. 하지만 자신이 내린 결론에 확신을 가지지 못한 하위헌스는 1656년 《토성의 달에 관한 새로운 관측》이란 논문에서 라틴어 철자를 뒤섞은 암호를 추가하여 발표하였다. 이는 나중에 토성의 위성으로 분명하게 밝혀졌을 때 자신이 가장 먼저 발견했다는 것을 증명하기 위함이었다.[200]

:UUUUUUU ccc rr h b n q x

위의 암호문 중 하나는 "토성의 위성은 16일 4시간의 주기를 가지고 있다"라는 의미를 품고 있다. 그는 이 위성을 라틴어로 '사투르니 루나' 즉 '토성의 위성'이라고 불렀다. 오늘날 이름인 '타이탄'은 이후 영국의 천문학자인 윌리엄 허셜이 붙인 이름이다.

카시니-하위헌스 호가 2005년에 촬영한 타이탄의 모습


1997년 10월 15일에 토성 탐사를 목적으로 발사된 카시니-하위헌스 호는 하위헌스의 토성에 대한 발견 업적들을 기려 그의 이름을 붙였다. 이 탐사선은 토성에 착륙하기까지 그 위성인 타이탄의 자료를 보내 왔다.

3. 3. 2. 토성의 고리

1655년, 호이겐스는 자신이 설계한 43배 배율의 굴절 망원경을 이용하여 토성의 모습이 "어디에도 닿지 않고 황도면에 기울어진 얇고 평평한 고리" 때문이라고 최초로 제안했다.[151] 1659년, 자신의 이론과 연구 결과를 ''Systema Saturnium''에 발표했다.[152] 이 책은 50년 전 갈릴레오의 ''별들의 전령'' 이후 가장 중요한 망원경 천문학 저술로 여겨진다.[152]

호이겐스의 토성 모습 설명, ''Systema Saturnium'' (1659)

3. 3. 3. 그 외의 발견

1659년 호이겐스는 중력 가속도 상수를 발견하고 이차 형태로 현재 뉴턴의 운동 법칙의 두 번째 법칙으로 알려진 것을 진술했다.[103] 그는 구부러진 도로를 주행하는 경우와 같이 회전하는 기준틀에서 볼 때 물체에 작용하는 원심력에 대한 현재 표준 공식을 기하학적으로 유도했다. 현대적 표기법으로는 다음과 같다.

:F_{c}={m\ \omega^2}{r}

여기서 ''m''은 물체의 질량, ''ω''는 각속도, ''r''은 반지름이다.[6] 호이겐스는 그의 결과를 ''De vi Centrifuga''라는 제목의 논문에 수록했는데, 1703년까지 출판되지 않았다. 이 논문에서 자유 낙하의 운동학을 사용하여 뉴턴 이전에 최초의 일반화된 힘 개념을 제시했다.[104]

그 외에 호이겐스 접안렌즈[198]를 발명했고, 호이겐스 원리[199]를 제창했으며, 빛의 매개체로서 에테르를 제창하는 등의 업적이 있다.

4. 저서

출판 연도제목원제설명
1651년쌍곡선, 타원, 원의 구적법에 대한 정리Theoremata de quadratura hyperboles, ellipsis, et circuli하위헌스의 첫 저서로, 기하학적 소양을 널리 알리는 데 기여했다.[200]
1651년원 측정에 대한 고찰Cyclometriae그레고리우스(Gregorius Saint-Vincent)가 제시한 원적 문제 해법의 논리적 오류를 지적했다.[214]
1654년원주의 크기에 관한 발명De Circuli Magnitudine Inventa《원 측정에 대한 고찰》에서 다룬 주제를 더욱 심도 있게 다루었다.[215]
1657년주사위 도박 이론De Ratiociniis in Ludo Aleae파스칼, 페르마와 교환한 확률 문제를 바탕으로 확률에 대한 미적분을 다루었다.[216]
1659년토성의 체계Systema Saturnium토성의 고리 모양 변화를 다루었다.[200]
1650년액체 위에 떠 있는 것들에 관하여De Iis Quae Liquido Supernatant미발표.[181]
1654년몇몇 저명한 문제의 구성Illustrium Quorundam Problematum Constructiones보충.[182]
1655년시계Horologium진자 시계에 관한 단편 소책자.[4]
1656년토성의 위성에 대한 새로운 관측에 관하여De Saturni Luna Observatio Nova토성의 위성 타이탄 발견을 기술.[183]
1656년충돌하는 물체의 운동에 관하여De Motu Corporum ex Percussione1703년 사후 출판.[184]
1659년원심력에 관하여De vi Centrifuga1703년 사후 출판.[186]
1673년진자 시계 또는 시계에 적용된 진자의 운동에 대한 기하학적 증명Horologium Oscillatorium Sive de Motu Pendulorum ad Horologia Aptato Demonstrationes Geometricae진자 시계의 이볼루트 이론과 설계 포함, 프랑스 루이 14세에게 헌정.[124]
1684년관 없이 사용하는 복합 망원경Astroscopia Compendiaria Tubi Optici Molimine Liberata[69]
1685년망원경용 유리를 연마하는 것에 관한 회고록Memoriën aengaende het slijpen van glasen tot verrekijckers렌즈 연마에 관한 논문.[5]
1686년동서 경도를 찾는 데 시계를 사용하는 방법에 대한 간단한 설명Kort onderwijs aengaende het gebruijck der horologiën tot het vinden der lenghten van Oost en West바다에서 경도를 결정하는 데 시계를 사용하는 방법에 대한 설명.[185]
1690년빛에 관한 논고Traité de la Lumière빛의 전파 성질에 관한 논문.[20]
1690년중력의 원인에 관한 논고Discours de la Cause de la Pesanteur보충.[69]
1691년화성 주기에 관한 편지Lettre Touchant le Cycle Harmonique31음 시스템에 관한 단편 논문.[33]
1698년코스모테오로스Cosmotheoros태양계, 우주론 및 외계 생명체에 관한 논문.[164]
1703년유고Opuscula Posthuma[69]: * 충돌하는 물체의 운동에 관하여 (De Motu Corporum ex Percussione): 1656년에 작성된 최초의 정확한 충돌 법칙을 담고 있음.: * 천체 투영기 설명 (Descriptio Automati Planetarii): 천체 투영기의 설명과 설계 제공.
1724년새로운 화성 주기Novus Cyclus Harmonicus하위헌스 사후 라이덴에서 출판된 음악 논문.[33]
1728년크리스티안 하위헌스 쥘리켐의 유고Christiani Hugenii Zuilichemii, dum viveret Zelhemii Toparchae, Opuscula Posthuma광학 및 물리학 관련 작품 포함.[186]
1888년–1950년하위헌스 전집Huygens, Christiaan. Oeuvres complètes.22권. 편집자 D. Bierens de Haan (1–5), J. Bosscha (6–10), D.J. Korteweg (11–15), A.A. Nijland (15), J.A. Vollgraf (16–22). 헤이그:[182]
Oeuvres Complètes 1권 표지
: * Tome I: Correspondance 1638–1656 (1888).: * Tome II: Correspondance 1657–1659 (1889).: * Tome III: Correspondance 1660–1661 (1890).: * Tome IV: Correspondance 1662–1663 (1891).: * Tome V: Correspondance 1664–1665 (1893).: * Tome VI: Correspondance 1666–1669 (1895).: * Tome VII: Correspondance 1670–1675 (1897).: * Tome VIII: Correspondance 1676–1684 (1899).: * Tome IX: Correspondance 1685–1690 (1901).: * Tome X: Correspondance 1691–1695 (1905).: * Tome XI: Travaux mathématiques 1645–1651 (1908).: * Tome XII: Travaux mathématiques pures 1652–1656 (1910).: * Tome XIII, Fasc. I: Dioptrique 1653, 1666 (1916).: * Tome XIII, Fasc. II: Dioptrique 1685–1692 (1916).: * Tome XIV: Calcul des probabilités. Travaux de mathématiques pures 1655–1666 (1920).: * Tome XV: Observations astronomiques. Système de Saturne. Travaux astronomiques 1658–1666 (1925).: * 'Tome XVI: Mécanique jusqu’à 1666. Percussion. Question de lexistence et de la perceptibilité du mouvement absolu. Force centrifuge'' (1929).: * Tome XVII: L’horloge à pendule de 1651 à 1666. Travaux divers de physique, de mécanique et de technique de 1650 à 1666. Traité des couronnes et des parhélies (1662 ou 1663) (1932).: * Tome XVIII: L’horloge à pendule ou à balancier de 1666 à 1695. Anecdota (1934).: * Tome XIX: Mécanique théorique et physique de 1666 à 1695. Huygens à l’Académie royale des sciences (1937).: * Tome XX: Musique et mathématique. Musique. Mathématiques de 1666 à 1695 (1940).: * Tome XXI: Cosmologie (1944).: * Tome XXII: Supplément à la correspondance. Varia. Biographie de Chr. Huygens. Catalogue de la vente des livres de Chr. Huygens (1950).


5. 다른 과학자들과의 관계

하위헌스는 여러 과학자들과 교류하며 자신의 연구를 발전시켰다. 올레 뢰머, 데카르트, 아이작 뉴턴 등 당대 최고의 과학자들과의 관계는 그의 업적에 큰 영향을 미쳤다.

마랭 메르센은 1648년 사망할 때까지 하위헌스와 서신 왕래를 한 아버지의 친구였다.[14] 메르센은 1647년 1월 3일 콘스탄틴에게 아들의 수학적 재능에 대해 편지를 썼고, 아르키메데스에 비견될 만큼 칭찬했다.[88] 1646년 10월에는 현수교와 사슬선이 갈릴레이가 생각했던 것처럼 포물선이 아니라는 것을 증명하는 내용이 있다.[30] 2년(1647~1648년) 동안 휘겐스가 메르센에게 보낸 편지에는 자유 낙하 법칙에 대한 수학적 증명, 그레고리 드 생뱅상의 원의 구적법 주장(휘겐스는 이것이 틀렸음을 증명했다), 타원의 구정, 발사체, 그리고 진동하는 현 등 다양한 주제가 담겨 있었다.[32]

1654년, 하위헌스는 헤이그에 있는 아버지의 집으로 돌아와 연구에 전념했다.[14] 이후, 하위헌스는 광범위한 서신 교환 대상을 개발했지만, 프랑스에서 5년간의 ''프롱드'' 때문에 1648년 이후로는 어려움을 겪었다. 1655년 파리를 방문한 하위헌스는 이스마엘 불리아우를 찾아 자신을 소개했고, 불리아우는 그를 클로드 밀롱에게 데려갔다.[35] 피에르 드 카르카비를 통해 하위헌스는 1656년에 피에르 드 페르마와 서신을 주고받았다. 하위헌스는 당시 수학을 물리학에 응용하려고 했지만, 페르마의 관심은 더 순수한 주제에 있었다.[37]

하위헌스는 자신의 연구 결과와 발견을 서둘러 출판하지 않고 편지를 통해 자신의 연구를 전파하는 것을 선호했다.[69] 1651년부터 1657년 사이에 호이겐스는 수학적 재능과 고전적 및 해석 기하학에 대한 능숙함을 보여주는 여러 저술을 출판하여 수학자들 사이에서 그의 영향력과 명성을 높였다.[88]

1661년 5월 3일, 하위헌스는 천문학자 토마스 스트리트와 리처드 리브와 함께 런던에서 리브의 망원경을 사용하여 수성이 태양을 통과하는 것을 관측했다.[42]

하위헌스는 경도 문제를 풀기 위하여 추시계를 개발하였다. 1665년에 그는 왕립 학회가 다른 형태의 시계를 개발하려 한다는 것을 알았고, 그중 특히 로버트 훅이 용수철 시계를 가지고 실험한다는 것을 알았다. 하위헌스는 이 시계가 온도에 많은 영향을 받을 것이라고 생각했고, 훅에게 그의 시계에 대해 부정적인 생각을 적어 보냈다. 그럼에도 하위헌스는 용수철로 작동되는 시계에 대해 연구했지만, 그 시계들은 그의 진자 시계보다 정확도가 떨어졌다.[223]

5. 1. 올레 뢰머

올레 뢰머는 크리스티안 하위헌스와 함께 연구를 진행하던 동료였다. 뢰머는 목성의 위성인 이오의 식 간격이 일정하지 않다는 것을 관측으로 발견했다. 그는 지구가 목성에서 멀어질수록 빛이 목성에서 출발해 망원경에 도달하는 시간이 길어지기 때문이라고 주장했다. 1679년 11월 9일, 뢰머는 이오의 식이 예상보다 10분 늦게 일어날 것이라고 정확히 예측하여 빛의 속도가 유한함을 증명하였다.[222]

5. 2. 데카르트

하위헌스는 어릴 적 수학 교육에 데카르트의 영향을 많이 받았다. 그러나 1668년 탄성체 충돌에 관한 연구에서 충돌에 관한 데카르트 법칙의 오류를 발견했고, 이를 영국의 왕립 학회에 알렸다. 그는 당시 원운동에 관심이 많았지만, 데카르트의 중력 이론에 대해 고찰했다. 비록 이 당시에 데카르트의 이론에 대해 부정적인 견해를 가졌던 것으로 보이나, 결국 아카데미 데 시앙스에 이 주제를 제시했다.[200]

5. 3. 뉴턴

아이작 뉴턴의 빛과 망원경에 대한 이론, 특히 색에 관한 이론이 잘못되었다고 비판했다. 1689년 왕립 학회에서 뉴턴을 만났을 때 뉴턴에 대한 존경심을 표했지만, 만유인력에 관한 그의 이론은 믿지 않았다. 뉴턴의 이론에는 어떻게 한 질량이 다른 질량을 인식할 수 있는지에 대한 설명이 없었기 때문이다. 이후 프린키피아와 뉴턴에 대해 하위헌스는 다음과 같이 말했다.[200]

5. 4. 아카데미 데 시앙스와 왕립학회

하위헌스는 1666년 프랑스 과학 아카데미의 창립 회원이 되었다. 그는 파리에 도착해서 아카데미가 아직 체계화되지 못한 상태라는 것을 알았고, 로버발, 피에르 드 카르카비 등과 상의하여 프랑스 왕립 도서관으로 아카데미를 옮겼으며, 하위헌스도 여기서 살았다. 그는 영국의 왕립 학회 운영 방법에 대한 지식을 바탕으로 아카데미에서 중요한 역할을 하였다.[200] 이곳에서 그는 독일의 수학자이자 철학자인 G. W. 라이프니츠와 알게 되어 그 후 계속 우호적인 관계를 유지했다.[200]

1661년 하위헌스는 런던의 그레샴 대학에서 주최되는 왕립 학회 모임에 참여했다. 여기서 그는 월리스를 비롯한 영국 과학자들의 실력에 감탄하여 왕립 학회와 계속 연락을 취했다. 그는 영국 과학자들에게 자신의 망원경을 보여주었고, 그들은 이것이 영국에서 쓰는 것보다 성능이 좋다는 것을 인정했다. 요크 공작은 하위헌스의 망원경으로 달과 토성을 관측했다. 또한 영국에 있을 당시 그는 보일의 진공 펌프에 감명을 받았다. 헤이그로 돌아온 그는 보일이 한 여러 실험들을 직접 해 보았다. 그 후 1663년에 하위헌스는 왕립 학회에 초대되었다.

1663년, 왕립 학회는 하위헌스를 회원으로 선출했는데, 이는 그가 34세 때로 첫 번째 외국인 회원이었다.[49][50]

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