Christiaan Huygens

Christiaan Huygens (1629-1695) fue un matemático, físico y astrónomo neerlandés. Figura destacada de la Revolución Científica, Huygens combinó la investigación de teorías de base matemática, como el movimiento de las ondas luminosas, con proyectos prácticos, como la construcción de telescopios de gran calidad y relojes que utilizaban resortes reguladores. También se le atribuye la construcción del primer reloj de péndulo funcional, así como el descubrimiento de los anillos de Saturno.

Primeros años

Christiaan Huygens nació en La Haya, en los Países Bajos, el 14 de abril de 1629. Los miembros de su familia habían ocupado altos cargos en la administración pública durante varias generaciones. El padre de Christiaan, Constantijn (1596-1687), era secretario del líder de la República Holandesa. Christiaan recibió educación privada en el hogar familiar antes de ingresar en la Universidad de Leiden, donde estudió Derecho y Matemáticas a partir de 1645. No llegó a completar la carrera, pero como su familia era rica, nunca tuvo que trabajar para ganarse la vida. Libre para dedicarse a sus intereses científicos, algo a lo que lo animó su padre, primero se centró en las matemáticas y en resolver problemas de geometría antes de explorar formas de mejorar los instrumentos que necesitaban los astrónomos para realizar su trabajo.

Huygens y Saturno

Huygens, junto con su hermano Constantijn (1628-1697), diseñó y fabricó instrumentos de alta calidad, como microscopios. En general los Países Bajos eran famosos en aquella época por sus fabricantes de lentes de gran calidad. A Huygens le interesaba la astronomía, así que desarrolló mejoras para los telescopios existentes utilizando lentes de fabricación holandesa y les sacó un gran partido a sus nuevos instrumentos. En 1658, presentó una ponencia sobre los anillos de Saturno en una reunión a la que asistieron dignatarios de la Iglesia y el Estado franceses en la Academia de Montmor. Tres años antes, Galileo Galilei (1564-1642) había observado algo extraño en Saturno, algo que parecían ser apéndices a ambos lados del planeta, pero su telescopio no era lo suficientemente bueno como para distinguir los anillos; el instrumento de Huygens sí lo era. También fue el primero en avistar claramente Titán, una de las lunas de Saturno. Más adelante regresaría a los cielos nocturnos, pero primero se centró en el reto de medir el tiempo con la mayor precisión de la historia.

El reloj de péndulo

Puede que Galileo fuera el primero en imaginar relojes más precisos utilizando un péndulo en lugar de un volante regulardor, pero fue Huygens quien fabricó el primer ejemplar funcional en 1657 (aunque su compatriota holandés Salomon Closter, con quien Huygens había colaborado anteriormente en su reloj de péndulo, también lo logró en la misma época). Huygens presentó su reloj de péndulo al mundo científico en general en su Horologium (1657), cuyo prefacio le reconocía a Galileo el mérito de la idea original. Los relojes de péndulo aumentaron la precisión de manera drástica; ahora los relojes tan solo perdían entre 10 y 15 segundos al día, en comparación con los 15 minutos de los modelos sin péndulo. Este invento revolucionó la medición del tiempo y hizo posible toda una serie de experimentos científicos, porque con él se podía alcanzar una mayor precisión.

En 1673 le siguió otra obra sobre los relojes de péndulo, Horologium Oscillatorium. En ella, Huygens presentó «un magistral análisis matemático de la cicloide, la curva trazada por un punto en el borde de una rueda al rodar sobre una superficie horizontal… las propiedades matemáticas de la curva garantizaban el balanceo perfectamente regular del péndulo del reloj» (Jardine, 332).

La mayor precisión de los relojes de péndulo aún no era suficiente para resolver el problema de los marineros, que para determinar la longitud a la que se encontraban necesitaban poder medir el tiempo con exactitud. En cualquier caso, un péndulo no funcionaría en el mar, dado el movimiento del barco. Otro problema era que la humedad del mar podía afectar en gran medida a las delicadas piezas móviles de los relojes. Estos problemas no impidieron que Huygens probara un sofisticado modelo con una especie de péndulo enjaulado en ensayos marítimos en la década de 1660. En 1665, Huygens llegó incluso a publicar un práctico manual para que los marineros utilizaran su reloj, Instrucciones relativas al uso de relojes de péndulo para determinar la longitud en el mar. Sin embargo, el reloj no tuvo éxito.

Huygens y su compañero relojero holandés Johannes van Ceulen volvieron a intentar resolver el problema de la longitud en la década de 1680. Convencieron a la Compañía Neerlandesa de las Indias Orientales (VOC) de financiar la construcción de un modelo de péndulo funcional en 1682. Los directores de la VOC se dieron cuenta de que una mejor navegación significaba tiempos de travesía más cortos, lo cual se traduciría en más ganancias y menos dinero gastado. La fabricación del reloj llevó tres años, y luego se probó en el mar en 1685, 1686 y 1690 (en un viaje desde los Países Bajos hasta el cabo de Buena Esperanza). Por desgracia, las pruebas se consideraron insatisfactorias y el reloj demasiado sensible a los movimientos del mar. Huygens nunca pudo crear su péndulo perfecto, ya que sus piezas se desgastaban demasiado rápido y, por lo tanto, simplemente no era práctico con los materiales del siglo XVII.

El cronómetro marino

Aunque nunca abandonó del todo el reloj de péndulo, Huygens intentó al mismo tiempo construir un cronómetro de mano preciso a mediados de la década de 1670 utilizando la nueva idea de resorte regulador. La primera vez que esbozó el relojo accionado por resorte, escribió en su diario: «Eureka, lo he encontrado» (Jardine, 144). Desgraciadamente, se vio envuelto en una disputa sobre la prioridad del mecanismo de resorte del reloj con el científico inglés y famoso litigante Robert Hooke (1635-1703). Huygens había anotado en su diario la fecha exacta en que logró su avance con la espiral: el 23 de enero de 1675. Hooke afirmaba que él había tenido la idea original ya en 1658, pero que no la había puesto en práctica. Para demostrarlo, también construyó un reloj accionado por resorte en 1675. Cabe la posibilidad de que algún conocido en común le hubiese comunicado la idea de Hooke a Huygens. Además, había un tercer inventor, el relojero parisino Isaac Thuret, que también afirmaba haber desarrollado un nuevo tipo de reloj. Huygens había contratado a Thuret para que fabricara un modelo de su invento, por lo que la reivindicación de prioridad del francés era muy dudosa. Esta desafortunada situación ilustra que, en este periodo, no bastaba con inventar algo, sino que el público tenía que reconocer a alguien como el primer inventor para obtener un mayor reconocimiento. Al final, el resorte mejoró la precisión y redujo el tamaño de los relojes, pero aún no era lo suficientemente bueno para la navegación, donde dos o tres segundos de diferencia suponían grandes diferencias geográficas. El reloj de bolsillo accionado por resorte se hizo muy popular entre los marineros de agua dulce, pero ni Huygens ni Hooke ganaron mucho dinero con lo que se había convertido en una idea de dominio público que cualquier relojero decente podía llevar a la práctica. Por su parte, el problema de la longitud no se logró resolver hasta 1770 y la llegada del cronómetro marino de Harrison, inventado por John Harrison (1693-1776).

Además de poseer un impresionante dominio de las matemáticas, Huygens fue un gran fabricante de instrumentos prácticos. También experimentó con bombas de aire, y fue el único en lograr cierto éxito, aparte de Hooke, de nuevo. El asistente de Huygens en sus experimentos con bombas fue el francés Denis Papin (1647-1713), quien alcanzó mayores logros y diseñó el precursor de la olla a presión, un dispositivo que llevaría a inventores posteriores a pensar en la posibilidad de aprovechar el vapor para impulsar un motor.

El telescopio aéreo

Otro instrumento científico de precisión por el que Huygens sintió gran interés fue el telescopio aéreo. La idea consistía en utilizar un diseño de telescopio refractor, pero en lugar de colocar la lente y el espejo dentro de un tubo largo para separarlos, Huygens prescindió por completo del tubo. Con una lente colocada en una estructura alta, como un edificio o un árbol, y la otra en el suelo, se podía obtener una imagen mucho más nítida que con un telescopio de tubo. El telescopio aéreo construido por Huygens en 1686 era enorme. La distancia entre las lentes, la distancia focal, era de 67 metros (210 pies), lo que lo convertía en el telescopio más grande del mundo en aquella época. Huygens publicó sus ideas sobre los telescopios en 1684 en su Astroscopia Compendiaria. Donó su telescopio aéreo a la Royal Society, y las diversas lentes y el ocular pueden verse hoy en día en el Museo de la Ciencia de Londres.

Reconocimiento internacional

Huygens visitó la Royal Society de Londres en 1661 y fue nombrado miembro en 1663, uno de los primeros extranjeros en conseguirlo. Varios de los artículos de Huygens se publicaron en la revista no oficial de la Royal Society, Philosophical Transactions.

Huygens vivió en París de 1666 a 1681. Fue nombrado miembro de la Real Academia de Ciencias de París (Académie des Sciences, fundada en 1666), el primer extranjero en recibir tal nombramiento (junto con Gian Domenico Cassini). Su condición de miembro le garantizaba un salario para su investigación y una impresionante pensión de 5.000 libras cuando llegara el momento. Esto no era algo inusual, ya que Luis XIV de Francia (que reinó de 1643-1715) quería específicamente atraer a las mentes más brillantes de Europa a su academia. Sin embargo, las políticas de Luis XIV se volvieron cada vez más antiprotestantes, tal y como dejó claro su revocación del Edicto de Nantes unos años más tarde, por lo que Huygens regresó a los Países Bajos en 1681, donde vivió el resto de su vida en La Haya.

Teorías de la luz y la gravedad

En 1690, Huygens publicó su Tratado sobre la luz. En él, presentó su «teoría que describe la luz como una onda emitida por las partículas de un objeto, que desencadena una serie de ondas adicionales. Estas ondas se propagan a través de un éter compuesto por partículas» (Burns, 226). Hoy en día, el principio de Huygens sobre la luz sigue siendo válido. Este principio establece que los «impulsos de luz se suceden de forma irregular… una infinidad de impulsos esféricos, cada uno de los cuales se origina en un punto diferente a lo largo de la perturbación inicial» (Bynum, 235). Lo que Huygens no advirtió, sino que fue descubierto por científicos posteriores, fue que los diferentes colores de la luz (el espectro) viajan cada uno en su propia longitud de onda, lo que explica por qué se puede usar un cuerpo externo para manipular la luz, como se observa en la refracción a través de una lente o de las gotas de lluvia. Huygens planteó correctamente la hipótesis de que la luz blanca no tenía por qué estar compuesta por el espectro completo de colores, sino que podía estar formada por ciertos pares, por ejemplo, el azul y el amarillo.

Huygens era un filósofo mecánico cartesiano no del todo ortodoxo (para quien todos los fenómenos naturales debían reducirse al movimiento y la materia), y ponía en duda el trabajo pionero de Isaac Newton sobre la gravedad, ya que el científico británico no podía explicar la causa de la gravedad, sino solo sus efectos. Huygens y Newton se conocieron en Londres en 1689. En lugar de la teoría de la gravedad universal de Newton, que carecía de causa, Huygens presentó un modelo alternativo de la gravedad en su Discours de la cause de la pesanteur (Discurso sobre la causa de la gravedad), publicado en 1690. En él, Huygens «propuso que las partículas responsables de la gravedad giran alrededor de la Tierra en todas las direcciones, tanto alrededor de los polos como del ecuador, y alrededor de cualquier otro gran círculo trazado en la superficie de la Tierra» (Henry, 76-7).

Muerte y legado

Hacia el final de su vida, Huygens escribió una visión general simplificada de la filosofía cartesiana, Kosmotheoros o Los mundos celestes descubiertos, publicada póstumamente en 1698. Menos cartesianas fueron las teorías de Huygens sobre el impacto y la fuerza centrífuga, para las que desarrolló nuevas fórmulas algebraicas. Sufrió problemas de salud en sus últimos años y falleció en La Haya el 8 de julio de 1695. En su testamento, el científico legó sus documentos a la Universidad de Leiden. El holandés había revolucionado la medición del tiempo, había construido una teoría duradera de la luz y había demostrado lo que se podría lograr con mejores telescopios mediante sus observaciones de Saturno. La Agencia Espacial Europea hizo aterrizar una nave en Titán, una de las lunas de Saturno, en 2005; esa nave recibió el nombre de Huygens.