Articles

Foucault, Jean Bernard L Larson

(f. Paris, Frankrig, 19. September 1819; D.Paris, II. februar 1868)

eksperimentel fysik.

søn af en boghandler-udgiver, Foucault modtog sin uddannelse hjemme på grund af hans sarte helbred. En ligeglad studerende, han bestod baccalauren kun efter særlig coaching og begyndte at studere medicin i håb om at bruge som kirurg den betydelige fingerfærdighed, han havde demonstreret (fra tretten år) ved at fremstille et antal videnskabelige legetøj, herunder en dampmaskine. Oprørt af synet af blod og lidelse og stimuleret i nye retninger ved opfindelsen af daguerreotypi, Foucault opgav sine medicinske studier, skønt ikke før han var blevet opmærksom på Alfred Donn Lars, lærer i klinisk mikroskopi ved Purpur de M. Donn Lenin gjorde ham til assistent i mikroskopikurset, derefter medforfatter til sin lærebog (udgivet i 1844 – 1845). Foucault efterfulgte til sidst sin mester som videnskabsreporter for avisen Journal des d kurtbats (1845) og skrev derefter i en strålende stil på en gang livlig og præcis en regelmæssig kolonne, hvor han for et generelt publikum diskuterede det seneste fra videnskabens verden.

fra 1844 til 1846 Foucault offentliggjort geometri, aritmetik, og kemi tekster til baccalaur krirat. Derefter, bortset fra hans avisartikler, offentliggjorde han kun videnskabelige artikler. Foucault arbejdede i et laboratorium, der blev oprettet i sit hjem, indtil han efter tildelingen af korset af Legion of Honor i 1851 (for hans penduleksperiment) og docteur Kriss sciences fysik i 1853 (for sin afhandling, der sammenlignede lysets hastighed i luft og vand) fik en plads som fysiker ved Paris observatory af Napoleon III. yderligere hædersbevisninger fulgte: Copley Medal of the Royal Society i 1855, officer for Legion of Honor og medlem af Bureau des Longitudes i 1862, og udenlandsk medlem af Royal Society of the Royal samfundet (1864) og akademierne i Berlin og Skt. Endelig, efter at have undladt at blive valgt i 1857, blev Foucault valgt i 1865 efter døden af Clapeyron, et medlem af Acadiuslæren for videnskab.

en Nonobserving Katolik indtil hans endelige sygdom returnerede ham til kirken, Foucault førte et stille liv i total hengivenhed til videnskabelig forskning. Lille og skrøbelig formåede han at præsidere yndefuldt over gruppen af videnskabelige venner, der samledes på torsdage i hans hus i rue d ‘ Assas. Han døde af hjernesygdom i en alder af otteogfyrre efter en syv måneders sygdom.

Foucault er bedst kendt for to af de mest betydningsfulde eksperimenter i midten af det nittende århundrede-laboratoriebestemmelsen af lysets hastighed (1850, 1862) og den mekaniske demonstration af Jordens rotation (1851, 1852)-og for hans fremskridt med teleskopets teknologi. Han udførte også en række andre vigtige eksperimenter, hovedsageligt inden for optik, og udviklede flere enheder, der blev meget brugt i både eksperimentel videnskab og teknologi.

i 1834 udviklede Charles Hvedesten et rotationsspejl apparat til at måle hastigheden af elektricitet, og i 1838 foreslog Arago, at det samme princip kunne anvendes til bestemmelse af lysets hastighed terrestrisk (tidligere bestemmelser var astronomiske). En sammenligning af denne hastighed i luft og i vand ville være en klar eksperimentel test mellem bølge-og partikelteorierne om lys, da førstnævnte krævede lys for at rejse hurtigere i luft; sidstnævnte i vand. Aragos forsøg på at udføre eksperimentet mislykkedes, og svigtende syn tvang ham til at opgive dem. Straks Foucault og Hippolyte Phiseau, med hvem Foucault havde samarbejdet om optiske undersøgelser mellem 1845 og 1847, begyndte uafhængigt at forsøge at overvinde de forhindringer, der havde besejret Arago.

Phiseau var den første til at lykkes; ved at erstatte det roterende spejlapparat i laboratoriet med et tandhjul, der afbryder en lysstråle, der bevæger sig over en lang jordvej, opnåede han den første præcisionsmåling af lysets hastighed på jordens overflade i 1849. Han vendte tilbage til det roterende spejl for at sammenligne lysets hastighed i sjældne og tætte medier, men her blev han slået af Foucault, der meddelte den 30. April 1850, at “lys bevæger sig hurtigere i luft end i vand” (Recueil, s.207). Hans apparat er vist i Figur 1. En lyskilde ved a reflekteres af et spejl m, der roterer med 800 omdrejninger i sekundet, til et sfærisk konkavt stationært spejl M og tilbage igen til a’. (Glasplanet g tillader observatøren ved O at se både kilde og refleksion.) Ved brug af både en luftvej (øverste halvdel af diagrammet, billede A’) og en vandvej (nederste halvdel af diagrammet,

vandfyldt rør T, billede A”) kan lysets hastighed, som er en funktion af forskydningen af det reflekterede billede A’ eller a” fra kildebilledet a, sammenlignes i de to medier. Da vandbilledet a ” afbøjes mere end luftbilledet, skal lyset bevæge sig hurtigere i luften end i vand.

Foucaults første eksperiment, der blev udført i 1850 og skrevet fuldt ud i sin doktorafhandling fra 1853, var rent komparativt; han annoncerede ingen numeriske værdier indtil 1862. Derefter kunne han med et forbedret apparat måle præcist lysets hastighed i luften. Dette resultat, betydeligt mindre end Phiseaus fra 1849, ændrede den accepterede værdi af solparallaks og retfærdiggjorde den højere værdi, som Le Verrier havde beregnet ud fra astronomiske data. Foucaults drejespejlapparat var grundlaget for de senere bestemmelser af lysets hastighed af A. A. Michelson og Simon nyankomne.

med Phiseau havde Foucault været banebrydende inden for astronomisk fotografering ved at lave den første daguerreotype af solen i 1845. De lange eksponeringer, der var nødvendige for at fotografere stjernerne, krævede, at teleskopet kontinuerligt blev peget på det himmelske objekt. For at regulere drevet til et sådant teleskop bragte Foucault i 1847 Christian Huygens’ abortive syttende århundrede projekt til et ur med et konisk pendul. Foucaults ur havde en stålstang til støtte for pendulets bob, og han bemærkede, at en sådan stang, der blev sat vibrerende, mens den var fastspændt i chucken på en drejebænk, havde en tendens til at opretholde sit vibrationsplan, når drejebænken blev drejet manuelt.

denne uventede opførsel af stangen foreslog Foucault en eksperimentel demonstration af Jordens rotation. I kælderen i hans hus monterede han et pendul med en fem kilo bob ophængt fra en ståltråd, der var to meter lang, fri til at svinge i enhver retning og bundet i enden af dens sving med en tråd. Da tråden blev sat i brand, begyndte pendulet at svinge, og klokken 2 onsdag den 8. januar 1851 blev Foucault belønnet ved synet af pendulets svingplan, der gradvist drejede “i retning af den himmelske kugles daglige bevægelse” (Recueil, s. 378, n.). Gentagelse af eksperimentet i Meridian hall of the Paris observatory med et elleve meter langt pendul, rapporterede Foucault til Acadic kr.den 3. februar 1851, at han fandt ud af, at cirklen beskrevet af pendulets svingplan er omvendt proportional med breddegradens sinus. Dette eksperiment, der snart blev opskaleret og flyttet til Panth-floden, blev gentaget i løbet af de næste to år på en række steder over hele verden og gav anledning til en ti gange stigning i de videnskabelige artikler, der var afsat til pendulet.

som Foucault hævdede i sin rapport til Akademiet, illustrerede hans fund Poisson ‘s teoretiske behandling af afbøjningskraften af Jordens rotation (Journal De L’ Purpole polytechnik, 16 , (1-68), men Poisson havde eksplicit benægtet, at effekten på pendulet kunne observeres (s. 24).

Foucault fortsatte med at eksperimentere med mekanikken i Jordens rotation og opfandt i 1852 gyroskopet, som han viste, gav en klarere demonstration end pendulet til Jordens rotation og havde egenskaben, svarende til den magnetiske nål, at opretholde en fast retning. Foucaults pendul og gyroskop havde mere end en populær betydning (som fortsætter den dag i dag). For det første stimulerede de udviklingen af teoretisk mekanik, hvilket gjorde relativ bevægelse og teorierne om pendulet og gyroskopet standard emner til undersøgelse og undersøgelse. For det andet før Foucaults demonstrationer blev undersøgelsen af disse bevægelser på jordens overflade, hvor den afbøjende rotationskraft spiller en fremtrædende rolle (især vind og havstrømme) domineret af ufysiske forestillinger om, hvordan denne kraft handlede. Foucaults demonstrationer og de teoretiske behandlinger, de inspirerede, viste endeligt, at denne afbøjende kraft virker i alle vandrette retninger, hvilket giver den sunde fysiske indsigt, som Buys Ballot, Ferrel, Ulrich Vettin og andre kunne bygge på.

deres daguerreotype af solen var kun en frugt af samarbejdet mellem Foucault og Phiseau. Sammen mellem 1844 og 1847 gennemførte de et halvt dusin undersøgelser. To var af særlig betydning: i 1845 og 1846 udvidede de eksperimenterne med Thomas Young og Fresnel for at vise, at interferens fandt sted mellem lysstråler, hvoraf stierne adskiller sig med flere tusinde bølgelængder, og i 1847 viste de ved at studere interferensen af varmestråler fra solen, at strålevarme har en bølgelignende struktur identisk med lysets. Disse to eksperimenter styrkede bølgeteorien om lys betydeligt.

med sin nære ven Jules Regnault viste Foucault i 1848, hvordan hjernen kombinerer i et billede to separate farver, hver præsenteret for et enkelt øje. Kort derefter kastede Foucault sollys på lyset fra en kulstofbue for at overlejre spektre. Fra sin observation, at den dobbelte lyse gule linje i buen var identisk med den dobbelte mørke linje i solspektret (D-linje fra natrium), konkluderede han, at buen kunne absorbere det samme lys, som den udsendte, men generaliseringen af denne observation for at forklare Fraunhofer-linjerne blev efterladt til Kirchhoff i 1859.

i 1853 studerede Foucault ledningsevne i væsker, og i 1855 demonstrerede han omdannelsen af mekanisk arbejde til varme ved at dreje med en krumtap en kobberskive placeret mellem polerne i en elektromagnet og måle varmen produceret i disken.

ingen i sin tid overskred Foucault i teknisk opfindsomhed. Fra hans første offentliggjorte artikler om forbedringer i daguerreotypi (1841, 1843) til færdiggørelsen af hans siderostat kort efter hans død løste enhederne designet af Foucault og henrettet, først af ham selv og senere med hjælp fra andre, udestående problemer med praksis inden for både videnskab og teknologi. Han udviklede en regulator til buelampen, som gjorde det muligt for gas at blive erstattet af elektricitet i tilførslen af kunstigt lys til mikroskopet (1843), og hans forbedring af denne regulator (1849) bragte buelampen ind i teatret. Han designede et fotometer (1855). Hans kviksølvafbryder (1856) forbedrede ydeevnen for Ruhmkorff induktionsspoler, og hans dobbeltbrydende prisme (1857) ved hjælp af luft snarere end balsam mellem de to stykker gjorde det muligt at opnå plan polariseret lys ind i ultraviolet. Omkring 1860 vendte han tilbage til problemet med at gøre mekanisk bevægelse ensartet, hvilket havde ført ham til penduleksperimentet, og han udviklede en hel række mekaniske regulatorer, der gik betydeligt ud over James guvernør i deres effektivitet. Disse regulatorer blev først brugt i maskiner, der holdt et teleskop peget kontinuerligt mod solen (heliostat) eller en stjerne (siderostat) og derefter i store dampmaskiner, både på fabrikker og ved Paris-udstillingen i 1867.

ingen af disse opfindelser var imidlertid lige så vigtige for videnskaben som Foucaults introduktion af den moderne teknik til forsølvning af glas til fremstilling af spejle til reflekterende teleskoper (1857) og hans enkle, men nøjagtige metoder til test og korrektion af figuren af både spejle og linser (1858). Glas viste sig at være meget bedre end det spekulummetal, der tidligere blev brugt i reflekterende teleskoper, fordi det er meget lettere i vægt, lettere at male og figurere og lettere at dukke op igen, hvis det bliver plettet eller beskadiget.

Foucaults ekstraordinære kommando over et præcist sprog i både ord og gerning blev ikke altid taget til dets sande værdi af hans samtidige blandt mestrene i den franske analytiske tradition, for hvem hans sparsomme brug af matematik fordømte ham som blot en heldig tinkerer. Hans skarpe avisartikler, skønt aldrig ondskabsfulde, var også en kilde til fjendtlighed. Foucaults interesse for astrofysik mødte den faste modstand fra Le Verrier, direktør for Paris observatory, en teoretisk astronom fra den gamle skole, og Foucault blev derfor forhindret i at installere sin siderostat i observatoriet. Ikke desto mindre, før han døde, havde Foucault erhvervet respekt for alle som en fremragende eksperimentalist; og hans ry voksede efter hans død, da moderne teleskopisk astronomi udviklede sig på basis af de optiske teknikker, han havde indviet.

bibliografi

I. originale værker. Foucaults papirer, der for det meste blev offentliggjort i Comptes rendus hebdomadaires des s corrances de l ‘ Acad Larsmie des sciences, blev indsamlet og udstedt sammen med et antal upublicerede papirer i Recueil des travauks Videnskabsvidenskab, 2 bind. i en (Paris, 1878). Figur 1 i teksten er taget fra plade 4 i Recueil, som igen er taget fra Foucaults afhandling, Sur les vitesses slægtninge de la Lumi Larre dans l ‘air et dans l’ eau (Paris, 1853).

II. sekundær litteratur. De to vigtigste kilder til Foucaults liv og arbejde er også i Recueil: J. Bertrand, “Avertissement”, I, I-iv, og “Des program de la M M”, I, v-VIII, sidstnævnte oprindeligt offentliggjort i Revy des de mondes, 51 (1.maj 1864), 96-115, for at hjælpe Foucaults kandidatur til den akademiske verden af videnskaber; og J. A. Lissajous, “Bemærk historien om La vie et les travauks de l Larson Foucault,” II, 1-18. Også nyttigt er P. Gilbert, ” Leon Foucault, sa vie et son oeuvre videnskab,” i Revue des spørgsmål videnskab, 5 (1879), 108-154, 516-563. Betrand henviser i sin artikel til oppositionen Foucault står over for i Akademiet; oppositionen af Le Verrier er nævnt i P. Larousse, Grand dictionnaire universel Du si luscle, VIII (Paris, 1872), 649.

Harold L. Burstyn

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.