FYSICI VERKLAREN DE `SYMPATHIE' VAN HUYGENS' KLOKKEN

Een klein maar intrigerend raadsel van ruim drie eeuwen oud is opgelost. Het wordt behandeld in de Proceedings of the Royal Society A. Een gepaste plaats, want de Britse Royal Society was ook het instituut dat er het eerst van te horen kreeg, nu precies 337 jaar geleden. In maart 1665 ontving het een brief van Christiaan Huygens, waarmee al geruime tijd contact werd onderhouden, waarin deze een vreemde waarneming aan zijn zelfontworpen slingeruurwerken beschreef. Huygens had twee extra zwaar uitgevoerde klokken, bedoeld voor gebruik op zee, dicht bij elkaar aan eenzelfde stevige draagbalk opgehangen en vastgesteld dat de slingers van die klokken vroeg of laat volmaakt synchroon gingen slingeren. En altijd precies in tegenfase. Als de slinger van de ene klok zijn meest linkse stand bereikte zat die van de ander uiterst rechts. En omgekeerd. Het maakte niet uit vanuit welke slingerposities de proeven werden begonnen, vroeg of laat raakten de slingers keurig in anti-fase. Meestal al binnen een half uur.

Huygens zelf noemde het verschijnsel `sympathie', later is de ruimere term `synchrone oscillatie' gangbaar geworden. De Nederlandse fysicus kon er geen goede verklaring voor vinden, dacht even dat de slingers via luchtwervelingen contact onderhielden en nam later terecht aan dat impulsen werden doorgegeven via de gemeenschappelijke ondersteuning. Werden de klokken voldoende ver uit elkaar gezet en apart ondersteund dan trad het verschijnsel niet op.

Huygens gaf het fenomeen veel aandacht omdat hij hoopte het te kunnen gebruiken bij de bouw van klokken die secuur genoeg liepen voor de navigatie op zee. De Royal Society trok net de andere conclusie: kennelijk was het slingeren van klokslingers zo gevoelig voor kleine verstoringen dat ze al binnen een half uur onaanvaardbaar `van slag' konden zijn.

Door de eeuwen heen is getheoretiseerd over Huygens synchrone oscillaties maar de onderzoekers Bennett, Schatz en Wiesenfeld van het Georgia Institute of Technology lijken nu wel het laatste woord gesproken te hebben. Zij geven een uitputtende theoretische verklaring voor het verschijnsel en kunnen de `sympathie' nu experimenteel naar believen oproepen. Niet bij replica's van Huygens' klokken maar ook bij eigentijdse slingeruurwerken die door een stalen veer worden aangedreven en zijn voorzien van een modern anker-echappement.

Voorwaarde is dat de eigen, vrije slingertijden van de twee klokken niet te veel verschillen en dat precies de juiste `koppeling' bestaat tussen de klokken. Als maat voor dat laatste gebruiken de onderzoekers de verhouding van het slingergewicht tot het systeemgewicht, dat is het totaalgewicht van beide klokken samen en hun speciale draagconstructie: een T-vormige structuur geplaatst op een soepel rijdend karretje.

Huygens heeft uitzonderlijk geluk gehad, stellen ze vast, de meeste klokken ontwikkelen geen synchrone oscillatie. En ze ontdekten nog iets: als het quotiënt van slingergewicht en systeemgewicht een bepaalde waarde overstijgt kunnen de klokken elkaar ook tot stilstand brengen: `beating death'. Huygens heeft dat nooit waargenomen.

Artikel: www.physics.gatech.edu/schatz onder `coupled oscillators'.