Articles

Foucault, Jean Bernard Léon

(nar. Paříž, Francie, 19. září 1819; D.Paříž, II. února 1868)

experimentální fyzika.

syn knihkupce-vydavatele, Foucault získal své vzdělání doma kvůli svému choulostivému zdraví. Lhostejný student absolvoval baccalauréat až po zvláštním koučování a začal studovat medicínu a doufal, že využije jako chirurg značnou obratnost, kterou prokázal (od třinácti let) při výrobě řady vědeckých hraček, včetně parního stroje. Foucault, vzbouřený pohledem na krev a utrpení a stimulovaný novými směry vynálezem daguerreotypie, opustil své lékařské studie, i když ne dříve, než se dostal do pozornosti Alfreda Donného, učitele klinické mikroskopie na École de Médecine. Donné ho učinil asistentem v kurzu mikroskopie, poté spoluautorem jeho učebnice (publikováno v letech 1844-1845). Foucault nakonec následoval svého mistra jako vědecký reportér pro noviny Journal des débats (1845), poté napsal, v brilantním stylu najednou živý a přesný, pravidelný sloupec, ve kterém diskutoval pro široké publikum nejnovější ze světa vědy.

od roku 1844 do roku 1846 Foucault publikoval geometrické, aritmetické a chemické texty pro baccalauréat. Poté, kromě svých novinových článků, publikoval pouze vědecké práce. Foucault pracoval v laboratoři zřízené ve svém domě, dokud po udělení kříže Čestné legie v roce 1851 (za jeho kyvadlový experiment) a docteur ès sciences physiques v roce 1853 (za svou práci porovnávající rychlost světla ve vzduchu a vodě) nedostal místo jako fyzik na Pařížské observatoři Napoleonem III. následovaly další vyznamenání: Copleyova medaile Královské společnosti v roce 1855, důstojník Čestné legie a člen Bureau des Longitudes v roce 1862 a zahraniční člen Královské společnosti (1864) a první člen Královské společnosti.Akademie Berlína a Petrohradu. Nakonec, poté, co nebyl zvolen v roce 1857, byl Foucault zvolen v roce 1865, po smrti Clapeyrona, člena Académie des Sciences.

nepozorující katolík, dokud ho jeho poslední nemoc nevrátila do církve, vedl Foucault klidný život úplné oddanosti vědeckému výzkumu. Malý a křehký, podařilo se mu elegantně předsedat skupině vědeckých přátel, kteří se shromáždili ve čtvrtek v jeho domě v rue d ‚ Assas. Zemřel na onemocnění mozku ve věku osmačtyřiceti let po sedmiměsíční nemoci.

Foucault je nejlépe známý pro dva z nejvýznamnějších experimentů poloviny devatenáctého století-laboratorní stanovení rychlosti světla (1850, 1862) a mechanickou demonstraci rotace Země (1851, 1852) – a pro jeho pokrok v technologii dalekohledu. Provedl také řadu dalších důležitých experimentů, zejména v optice, a vyvinul několik zařízení, která byla široce používána v experimentální vědě i technologii.

v roce 1834 vyvinul Charles Wheatstone zařízení rotaingmirror pro měření rychlosti elektřiny a v roce 1838 Arago navrhl, že stejný princip by mohl být použit pro stanovení rychlosti světla terrestriálně (dřívější stanovení byla astronomická). Srovnání této rychlosti ve vzduchu a ve vodě by bylo jasným experimentálním testem mezi vlnovými a částicovými teoriemi světla, protože první vyžadovalo, aby světlo cestovalo rychleji ve vzduchu; druhý, ve vodě. Aragovy pokusy o provedení experimentu byly neúspěšné a selhání zraku ho donutilo opustit je. Okamžitě se Foucault a Hippolyte Fizeau, s nimiž Foucault spolupracoval na optických výzkumech v letech 1845 až 1847, začali nezávisle pokoušet překonat překážky, které Arago porazily.

Fizeau byl první, kdo uspěl; nahrazením rotačního zrcadlového aparátu v laboratoři ozubeným kolem přerušujícím paprsek světla putující po dlouhé pozemské dráze získal v roce 1849 první přesné měření rychlosti světla na zemském povrchu. Fizeau se vrátil k rotujícímu zrcadlu, aby porovnal rychlost světla ve vzácných a hustých médiích, ale zde byl poražen Foucaultem, který 30. Dubna 1850 oznámil, že “ světlo cestuje rychleji ve vzduchu než ve vodě „(Recueil, s. 207). Jeho aparát je znázorněn na obrázku 1. Zdroj světla při a se odráží zrcadlem m, otáčejícím se rychlostí 800 otáček za sekundu, do sféricky konkávního stacionárního zrcadla M a zpět do a‘. (Skleněná rovina g umožňuje pozorovateli v O vidět zdroj i odraz.) Použitím jak dráhy vzduchu (horní polovina diagramu, obrázek a‘), tak dráhy vody (dolní polovina diagramu,

vodou naplněná trubice T, obrázek a“) lze rychlost světla, která je funkcí posunutí odraženého obrazu a ‚nebo a“ od zdrojového obrazu a, porovnat ve dvou médiích. Protože obraz vody a “ je vychýlen více než obraz vzduchu, musí světlo cestovat rychleji ve vzduchu než ve vodě.

Foucaultův první experiment, provedený v roce 1850 a napsaný v plné výši ve své disertační práci z roku 1853, byl čistě srovnávací; až do roku 1862 neoznámil žádné číselné hodnoty. Pak s vylepšeným přístrojem dokázal přesně měřit rychlost světla ve vzduchu. Tento výsledek, výrazně menší než Fizeauův z roku 1849, změnil přijatou hodnotu sluneční paralaxy a potvrdil vyšší hodnotu, kterou Le Verrier vypočítal z astronomických údajů. Foucaultův přístroj s otočným zrcadlem byl základem pro pozdější stanovení rychlosti světla a. a. Michelsonem a Simonem Newcombem.

s Fizeau, Foucault byl průkopníkem v astronomické fotografii tím, že první daguerrotypie slunce v roce 1845. Dlouhé expozice nezbytné pro fotografování hvězd vyžadovaly, aby dalekohled zůstal nepřetržitě namířen na nebeský objekt. Pro regulaci pohonu pro takový dalekohled uvedl Foucault v roce 1847 do praxe neúspěšný projekt Christian Huygens ze sedmnáctého století pro hodiny s kuželovým kyvadlem. Foucaultovy hodiny měly ocelovou tyč, která podporovala bob kyvadla, a všiml si, že taková tyč, nastavit vibraci, zatímco je upnutá ve sklíčidle soustruhu, měl tendenci udržovat svou rovinu vibrací, když se soustruh otáčel ručně.

toto neočekávané chování tyče navrhlo foucaultovi experimentální demonstraci rotace Země. Ve sklepě svého domu namontoval kyvadlo s pětikilogramovým Bobem zavěšeným na ocelovém závitu dlouhém dva metry, volně se houpat v jakémkoli směru a vázán na konci svého houpání nití. Když byla nit zapálena, kyvadlo se začalo houpat a ve středu 8. ledna 1851 byl Foucault odměněn pohledem na rovinu houpání kyvadla, které se postupně otáčelo „ve směru denního pohybu nebeské koule“ (Recueil, s. 378, n.). Opakováním experimentu v poledníkové síni Pařížské observatoře s jedenáctimetrovým kyvadlem oznámil Foucault 3. února 1851 Académie des Sciences své zjištění, že kruh popsaný rovinou kyvadla je nepřímo úměrný sinusu zeměpisné šířky. Tento experiment, brzy rozšířený a přesunutý do Panthéonu, se opakoval během příštích dvou let na řadě míst po celém světě a vedl k desetinásobnému nárůstu vědeckých prací věnovaných kyvadlu.

jak tvrdil Foucault ve své zprávě pro Akademii, jeho zjištění ilustrovalo Poissonovo teoretické zacházení s vychylovací silou rotace Země (Journal de l ‚ École polytechnique, 16 , (1-68), ale Poisson výslovně popřel, že by mohl být pozorován účinek na kyvadlo (s. 24).

pokračoval v experimentování s mechanikou rotace Země, Foucault v roce 1852 vynalezl gyroskop, který, jak ukázal, dal jasnější demonstraci než kyvadlo rotace Země a měl vlastnost, podobnou té magnetické jehly, udržování pevného směru. Foucaultovo kyvadlo a gyroskop měly více než populární význam (který pokračuje dodnes). Nejprve stimulovali vývoj teoretické mechaniky, vytvářeli relativní pohyb a teorie kyvadla a gyroskopických standardních témat pro studium a vyšetřování. Za druhé, před foucaultovými demonstracemi bylo studium těch pohybů na zemském povrchu, ve kterých hraje výchylná síla rotace významnou roli (zejména větry a oceánské proudy), ovládáno nefyzickými představami o tom, jak tato síla působila. Foucaultovy demonstrace a teoretické postupy, které inspirovaly, přesvědčivě ukázaly, že tato vychylovací síla působí ve všech horizontálních směrech, čímž poskytuje zdravý fyzický pohled, na kterém by mohl Buys Ballot, Ferrel, Ulrich Vettin a další stavět.

jejich daguerrotypie slunce byla pouze jedním plodem spolupráce mezi Foucaultem a Fizeauem. Společně v letech 1844 až 1847 provedli půl tuctu výzkumů. Dva měli zvláštní význam: v letech 1845 a 1846 rozšířili experimenty Thomase Younga a Fresnela, aby ukázali, že k interferenci došlo mezi paprsky světla, jejichž cesty se lišily o několik tisíc vlnových délek, a v roce 1847 ukázaly studiem interference tepelných paprsků ze Slunce, že sálavé teplo má vlnovou strukturu identickou se strukturou světla. Tyto dva experimenty výrazně posílily vlnovou teorii světla.

se svým blízkým přítelem Julesem Regnaultem ukázal Foucault v roce 1848, jak mozek kombinuje do jednoho obrazu dvě samostatné barvy, z nichž každá je prezentována jedinému oku. Krátce poté Foucault hodil sluneční světlo na světlo z uhlíkového oblouku, aby překrýval spektra. Z jeho pozorování, že dvojitá jasně žlutá čára oblouku byla totožná s dvojitou tmavou čarou ve slunečním spektru (linie D ze sodíku), dospěl k závěru, že oblouk může absorbovat stejné světlo, jaké emitoval, ale zobecnění tohoto pozorování k vysvětlení fraunhoferových linií bylo ponecháno pro Kirchhoffa v roce 1859.

v roce 1853 Foucault studoval vodivost v kapalinách a v roce 1855 prokázal přeměnu mechanické práce na teplo otočením měděného disku umístěného mezi póly elektromagnetu klikou a měřením tepla produkovaného v disku.

nikdo ve své době nepřekročil Foucault v technické vynalézavosti. Od jeho prvních publikovaných prací o zlepšení v daguerrotypii (1841, 1843) až po dokončení jeho siderostatu krátce po jeho smrti, zařízení navržená Foucaultem a provedená, nejprve sám a později s pomocí ostatních, vyřešila vynikající problémy praxe ve vědě i technologii. Vyvinul regulátor pro obloukovou lampu, který umožnil, aby byl plyn nahrazen elektřinou při dodávce umělého světla do mikroskopu (1843), a jeho zlepšení tohoto regulátoru (1849) přineslo obloukovou lampu do divadla. Navrhl fotometr (1855). Jeho rtuťový přerušovač (1856) zlepšil výkon ruhmkorffových indukčních cívek a jeho dvojlomný hranol (1857), který používal vzduch spíše než balzám mezi dvěma kusy, umožnil získat rovinné polarizované světlo do ultrafialového záření. Kolem roku 1860 se vrátil k problému výroby mechanického pohybu, což ho vedlo k experimentu s kyvadlem, a vyvinul celou řadu mechanických regulátorů, které ve své účinnosti značně přesahovaly guvernéra Jamese Watta. Tyto regulátory byly použity nejprve ve strojích, které udržovaly dalekohled namířený nepřetržitě na slunce (heliostat) nebo hvězdu (siderostat) a poté ve velkých parních strojích, a to jak v továrnách, tak na pařížské výstavě v roce 1867.

žádný z těchto vynálezů však nebyl pro vědu tak významný jako Foucaultovo zavedení moderní techniky stříbření skla na výrobu zrcadel pro reflexní dalekohledy (1857) a jeho jednoduché, ale přesné metody testování a korekce postavy zrcadel i čoček (1858). Sklo se ukázalo jako mnohem lepší než speculum kov dříve používaný v reflexních dalekohledech, protože je mnohem lehčí, snadněji se brousí a figuruje, a snadněji se znovu objeví, pokud se poškodí nebo poškodí.

Foucaultova mimořádná znalost přesného jazyka jak slovem, tak skutkem nebyla vždy jeho současníky mezi mistry francouzské analytické tradice, pro které ho jeho šetrné používání matematiky odsoudilo jako pouhého šťastného drotáře. Jeho štiplavé novinové články, i když nikdy zlý, byly také zdrojem nepřátelství. Foucaultův zájem o astrofyziku se setkal s pevnou opozicí Le Verriera, ředitele Pařížské observatoře, teoretického astronoma staré školy, a Foucaultovi bylo proto zabráněno v instalaci jeho siderostatu do observatoře. Nicméně, než zemřel, Foucault získal respekt všech jako vynikající experimentátor; a jeho pověst rostla po jeho smrti jako moderní teleskopická astronomie vyvinutá na základě optických technik, které slavnostně otevřel.

bibliografie

i.původní díla. Foucaultovy práce, publikované většinou v Comptes rendus hebdomadaires des seances de l ‚ Académie des sciences, byly shromážděny a vydány společně s řadou nepublikovaných prací v Recueil des travaux scientifiques de Léon Foucault, 2 vols. V jednom (Paříž, 1878). Obrázek 1 v textu je převzat z desky 4 Recueil, který je zase převzat z foucaultovy práce, Sur les vitesses relatives de la lumiére dans l ‚air et dans l‘ eau (Paříž, 1853).

II. sekundární literatura. V Recueilu jsou také dva hlavní zdroje pro Foucaultův život a dílo: J. Bertrand, „Avertissement“, I, I-iv, and „Des progrés de la mécanique,“ I, v-xxviii, the latter originally published in Revue des deux mondes, 51 (1 May 1864), 96-115, in order to help Foucault ‚s candidacy for the Académie des Sciences; and J. a. Lissajous,“ Notice historique sur la vie et les travaux de Léon Foucault, “ II, 1-18. Užitečné jsou také P. Gilbert,“ Leon Foucault, sa vie et son oeuvre scientifique, “ v Revue des questions scientifiques, 5 (1879), 108-154, 516-563. Betrand ve svém článku zmiňuje opozici, které Foucault čelil v Akademii; opozice Le Verrier je zmíněna v P. Larousse, Grand dictionnaire universel du XIXe siècle, VIII (Paříž, 1872), 649.

Harold L. Burstyn

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.