“摆的等时性原理”在一定条件下成立

未解之谜

1665年，惠更斯无意间发现，无论两个摆锤从哪里或者什么时候开始摆动，在约半小时内，它们最终总会以相同的频率彼此相反地摆动。为了验证，惠更斯又拿来两个摆锤，在不同的时间释放，结果也一样。

惠更斯画像

为什么挂在同一面墙上的钟摆可以相互影响，并随着时间流逝会慢慢同步呢？惠更斯认为，这是由于钟摆之间有一种神秘的“沟通”方式。然而几个世纪以来，由于缺少测量钟摆之间互动的精确工具，始终没有人知道其中的奥秘。

直到2002年，美国的研究者对这一问题重新进行了实验，发现摆锤的重量比整个摆钟结构的重量轻很多时，就会出现惠更斯当时看到的奇怪现象。但一些科学家并不买账，他们认为这个实验并没有解释清楚钟摆的重量为什么会影响钟摆，从惠更斯留下的手稿来看，也无法解释为什么惠更斯钟摆会在半小时内同步。

惠更斯发明的游丝摆轮

真正的幕后推手

由于此前的研究者使用的摆钟多为商业和通用钟表的缩小版本，和惠更斯使用的并不一样，于是在2015年，葡萄牙的研究者仿照惠更斯当时使用的摆钟，制作出了两个复杂的摆钟，然后悬挂到铝梁上，并用高精度光学传感器测量钟摆摆动的周期。果然，在一段时间后，摆锤开始以相同的幅度反方向摆动。

随后，这位研究者又把两个摆钟放在一张木桌上，奇怪的现象出现了：此时，钟摆并没有朝相反的方向摆动，它们摆动的方向完全相同！

这到底是为什么呢？通过模拟摆钟的数字模型，研究者们终于找出了答案。

原来，惠更斯在三百多年前的预测是正确的，两个摆钟确实存在“沟通”，而“沟通工具”竟然是连接两个摆钟的支撑物，比如木桌，两个摆钟通过木桌在交换能量。而支撑材料的刚度、厚度和质量都会影响摆钟同步的方式，以及摆钟的时间准确程度。那么，这些悬挂材料之间传递的是什么能量呢？答案是声音。

走动着的摆钟的声音能量在连接着它们之间的材料间穿梭，导致它们最终出现了摆幅相同的共振现象。原来，钟摆、齿轮等装置靠相互产生的推力运动，每个结构的机械运动都会产生少量的声能，当一个钟摆“滴答”摇摆了一声，这些声音能量会在两者的传导物之间传播，并进行能量交换，两个钟摆的摆幅会因此微调，直到它们共振，出现一个钟摆与另一个钟摆同步的现象。

虽然摆钟之间的支撑材料可以传播声能，让两个钟摆出现同步现象，但当研究者将两个摆钟的齿轮驱动机制换成更平滑的机制时，这时就不会产生那么大的能量脉冲，可结果竟然是两个摆钟仍然出现了同步现象，这说明除了声能，肯定还有其他因素的影响。科学家们只是揭开了惠更斯摆钟之谜的一层面纱，在这个看似简单的问题背后，一定还隐藏着其他没有被找到的答案。

作者：呆阿明 图源网络

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