TU/e-prof helpt gelijk van Huygens bewijzen

Twee slingeruurwerken, opgehangen aan dezelfde balk, gaan op den duur altijd synchroon heen en weer bewegen, ontdekte Christiaan Huygens in 1665. Ruim 350 jaar later presenteren Eindhovense en Mexicaanse onderzoekers in het blad Scientific Reports de meest correcte en gedetailleerde beschrijving tot nu toe van deze ‘Huygens synchronisation’. Wat blijkt: Huygens had destijds voor zover mogelijk, al de juiste verklaring bedacht. Bovendien helpen deze inzichten om synchronisatie in tal van oscillerende systemen te begrijpen, bijvoorbeeld bij biologische ritmes in het menselijk lichaam.

‘Een eigenaardige verbondenheid’, zo typeerde de beroemde Nederlandse natuurkundige Christiaan Huygens de onverwachte ontdekking die hij in zijn huis in Den Haag deed in 1665. Twee door hem gebouwde slingeruurwerken, opgehangen aan dezelfde houten balk, bleken keer op keer met dezelfde frequentie netjes in de pas heen en weer te gaan slingeren, ongeacht hun startpositie.
 
Zonder de beschikking te hebben over de benodigde wiskunde, vermoedde Huygens dat het effect veroorzaakt werd door kleine trillingen in de houten balk waar de klokken aan hangen. Ruim 350 jaar later bewijst Henk Nijmeijer, hoogleraar Dynamics and Control aan de TU/e en Huygens-liefhebber, samen met Mexicaanse collega’s dat Huygens geniale uitleg klopte. Deze week beschrijven ze in Scientific Reports (een zusterblad van het gezaghebbende Nature) de meest uitvoerige studie tot nu toe naar het effect, dat tegenwoordig bekend staat als Huygens synchronization.

Het team deed een moderne variant van het experiment van Huygens, waarbij twee slingeruurwerken - speciaal voor deze gelegenheid door de Mexicaanse klokkenfabriek Relojes Centenario vervaardigd - werden geplaatst op een houten onderstel. Naast het doen van uitvoerige metingen met deze opstelling analyseerden en simuleerden de onderzoekers het effect aan de hand van het meest geavanceerde wiskundig model dat tot nu toe is ontwikkeld.

Zo konden ze het mechanisme achter de synchronisatie correct en in detail uit de doeken doen, en bijvoorbeeld de de twee jaar geleden geopperde theorie dat geluidspulsen de synchronisatie veroorzaken, naar de prullenbak verwijzen. Ze ontdekten ook welke variabelen bepalen of de klokken in fase of tegengesteld gaan slingeren, iets wat niet door Huygens werd opgemerkt. Ook nieuw is de ontdekking dat de slingeruurwerken niet alleen synchroon gaan, maar op den duur ook iets langzamer lopen - en dus onbetrouwbaar worden als uurwerk.

Dat het ruim 350 jaar oude effect wetenschappers tot de dag van vandaag blijft boeien, komt mede door de vele vergelijkbare synchronisaties die in de techniek en natuur optreden, zoals bij ongebalanceerde rotoren of de hartslag in het menselijk lichaam. Ook bestaan aanwijzingen dat bepaalde epileptische aanvallen worden veroorzaakt door optredende synchronisatie van neuronen in de hersenen.

Lees de publicatie in Scientific Reports hier. Ook de Volkskrant berichtte deze week uitvoerig over het werk van de Eindhovense en Mexicaanse onderzoekers; verder was TU/e-hoogleraar Nijmeijer over dit onderwerp te horen op onder andere Radio 1.

Bron: Persteam TU/e

Deel dit artikel