Articles

Foucault, Jean Bernard Léon

(n. París, Francia, 19 de septiembre de 1819; m. París, II de febrero de 1868)

física experimental.

Hijo de un librero-editor, Foucault recibió su educación en casa debido a su delicada salud. Un estudiante indiferente, aprobó el bachillerato solo después de un entrenamiento especial y comenzó a estudiar medicina, con la esperanza de poner en práctica como cirujano la considerable destreza que había demostrado (desde la edad de trece años) en la fabricación de una serie de juguetes científicos, incluida una máquina de vapor. Indignado por la visión de la sangre y el sufrimiento y estimulado en nuevas direcciones por la invención de la daguerrotipia, Foucault abandonó sus estudios de medicina, aunque no antes de llamar la atención de Alfred Donné, profesor de microscopía clínica en la École de Médecine. Donné lo nombró asistente en el curso de microscopía, luego coautor de su libro de texto (publicado en 1844-1845). Foucault finalmente sucedió a su maestro como reportero científico para el periódico Journal des débats (1845), escribiendo a partir de entonces, en un estilo brillante a la vez vivo y preciso, una columna regular en la que discutía para una audiencia general lo último del mundo de la ciencia.

De 1844 a 1846 Foucault publicó textos de geometría, aritmética y química para el bachillerato. A partir de entonces, a excepción de sus artículos periodísticos, publicó solo artículos científicos. Foucault trabajó en un laboratorio instalado en su casa hasta que, tras la concesión de la Cruz de la Legión de Honor en 1851 (por su experimento con péndulo) y el doctor en ciencias físicas en 1853 (por su tesis que comparaba la velocidad de la luz en el aire y el agua), Napoleón III le otorgó un lugar como físico en el observatorio de París. Le siguieron otros honores: la Medalla Copley de la Royal Society en 1855, oficial de la Legión de Honor y miembro del Bureau des Longitudes en 1862, y miembro extranjero de la Royal Society (1864) y las academias de Berlín y San Petersburgo. Finalmente, después de no haber sido elegido en 1857, Foucault fue elegido en 1865, tras la muerte de Clapeyron, miembro de la Académie des Sciences.

Católico no observador hasta que su última enfermedad lo devolvió a la iglesia, Foucault llevó una vida tranquila de total devoción a la investigación científica. Pequeño y frágil, logró presidir con elegancia el grupo de amigos científicos que se reunían los jueves en su casa de la rue d’Assas. Murió de una enfermedad cerebral a la edad de cuarenta y ocho años después de una enfermedad de siete meses.

Foucault es mejor conocido por dos de los experimentos más significativos de mediados del siglo XIX-la determinación en laboratorio de la velocidad de la luz (1850, 1862) y la demostración mecánica de la rotación de la Tierra (1851, 1852)-y por su avance en la tecnología del telescopio. También realizó una serie de otros experimentos importantes, principalmente en óptica, y desarrolló varios dispositivos que fueron ampliamente utilizados tanto en ciencia experimental como en tecnología.

En 1834 Charles Wheatstone desarrolló un aparato de espejo rotogénico para medir la velocidad de la electricidad, y en 1838 Arago sugirió que el mismo principio podría aplicarse para determinar la velocidad de la luz terrestre (las determinaciones anteriores eran astronómicas). Una comparación de esta velocidad en el aire y en el agua sería una prueba experimental clara entre las teorías de ondas y partículas de la luz, ya que la primera requería que la luz viajara más rápido en el aire; la segunda, en el agua. Los intentos de Arago de llevar a cabo el experimento no tuvieron éxito, y la vista deficiente lo obligó a abandonarlos. Inmediatamente Foucault e Hippolyte Fizeau, con quien Foucault había colaborado en investigaciones ópticas entre 1845 y 1847, comenzaron de forma independiente a intentar superar los obstáculos que habían derrotado a Arago.

Fizeau fue el primero en tener éxito; al reemplazar el aparato de espejo giratorio en el laboratorio con una rueda dentada que interrumpía un rayo de luz que viajaba por un largo camino terrestre, obtuvo la primera medición de precisión de la velocidad de la luz en la superficie de la tierra en 1849. Fizeau regresó al espejo giratorio para comparar la velocidad de la luz en medios raros y densos, pero aquí fue derrotado por Foucault, quien anunció el 30 de abril de 1850 que «la luz viaja más rápido en el aire que en el agua» (Recueil, p. 207). Su aparato está diagramado en la Figura 1. Una fuente de luz en a es reflejada por un espejo m, que gira a 800 revoluciones por segundo, a un espejo estacionario esférico cóncavo M y de vuelta a a’. (El plano de vidrio g permite al observador en O ver tanto la fuente como la reflexión.) Mediante el uso de una trayectoria de aire (mitad superior del diagrama, imagen a’) y una trayectoria de agua (mitad inferior del diagrama,

tubo lleno de agua T, imagen a»), la velocidad de la luz, que es una función del desplazamiento de la imagen reflejada a’ o a» de la imagen de origen a, se puede comparar en los dos medios. Dado que la imagen de agua a» se desvía más que la imagen de aire, la luz debe viajar más rápido en el aire que en el agua.

El primer experimento de Foucault, llevado a cabo en 1850 y escrito en su totalidad en su tesis doctoral de 1853, fue puramente comparativo; no anunció valores numéricos hasta 1862. Luego, con un aparato mejorado, pudo medir con precisión la velocidad de la luz en el aire. Este resultado, significativamente menor que el de Fizeau de 1849, cambió el valor aceptado del paralaje solar y reivindicó el valor más alto que Le Verrier había calculado a partir de datos astronómicos. El aparato de espejo giratorio de Foucault fue la base para las determinaciones posteriores de la velocidad de la luz por A. A. Michelson y Simon Newcomb.

Con Fizeau, Foucault fue pionero en la fotografía astronómica al hacer el primer daguerrotipo del sol en 1845. Las largas exposiciones necesarias para fotografiar las estrellas requerían que el telescopio permaneciera apuntando continuamente al objeto celestial. Para regular el accionamiento de dicho telescopio, Foucault en 1847 puso en práctica el proyecto fallido del siglo XVII de Christian Huygens para un reloj con un péndulo cónico. El reloj de Foucault tenía una varilla de acero para soportar la bobina de su péndulo, y notó que dicha varilla, que vibraba mientras estaba sujeta al mandril de un torno, tendía a mantener su plano de vibración cuando el torno se giraba a mano.

Este comportamiento inesperado de la varilla sugirió a Foucault una demostración experimental de la rotación de la tierra. En el sótano de su casa montó un péndulo con una bobina de cinco kilogramos suspendida de un hilo de acero de dos metros de largo, libre para oscilar en cualquier dirección y atado en la extremidad de su oscilación con un hilo. Cuando el hilo se encendió, el péndulo comenzó a balancearse, y a las 2 de la mañana del miércoles 8 de enero de 1851, Foucault fue recompensado con la visión del plano de oscilación del péndulo girando gradualmente «en la dirección del movimiento diurno de la esfera celeste» (Recueil, p. 378, n.). Repitiendo el experimento en la sala del meridiano del observatorio de París con un péndulo de once metros de largo, Foucault informó a la Academia de Ciencias el 3 de febrero de 1851 su hallazgo de que el círculo descrito por el plano de oscilación del péndulo es inversamente proporcional al seno de la latitud. Este experimento, que pronto se amplió y se trasladó al Panteón, se repitió durante los dos años siguientes en varios lugares de todo el mundo y dio lugar a un aumento de diez veces en los artículos científicos dedicados al péndulo.

Como Foucault afirmó en su informe a la Academia, su hallazgo ilustraba el tratamiento teórico de Poisson de la fuerza de desviación de la rotación de la tierra (Journal de l’École polytechnique, 16 , (1-68), pero Poisson había negado explícitamente que el efecto sobre el péndulo pudiera observarse (p. 24).

Continuando con la experimentación de la mecánica de la rotación de la tierra, Foucault en 1852 inventó el giroscopio, que, según demostró, daba una demostración más clara que el péndulo de la rotación de la tierra y tenía la propiedad, similar a la de la aguja magnética, de mantener una dirección fija. El péndulo y el giroscopio de Foucault tenían más que un significado popular (que continúa hasta nuestros días). En primer lugar, estimularon el desarrollo de la mecánica teórica, haciendo que el movimiento relativo y las teorías del péndulo y el giroscopio fueran temas estándar para el estudio y la investigación. En segundo lugar, antes de las demostraciones de Foucault, el estudio de aquellos movimientos en la superficie de la tierra en los que la fuerza de desviación de la rotación juega un papel prominente (especialmente los vientos y las corrientes oceánicas) estaba dominado por nociones no físicas de cómo actuaba esta fuerza. Las demostraciones de Foucault y los tratamientos teóricos que inspiraron mostraron de manera concluyente que esta fuerza desviadora actúa en todas las direcciones horizontales, proporcionando así la percepción física sólida sobre la que Buys Ballot, Ferrel, Ulrich Vettin y otros podrían construir.

Su daguerrotipo del sol fue solo un fruto de la colaboración entre Foucault y Fizeau. Juntos, entre 1844 y 1847, llevaron a cabo media docena de investigaciones. Dos fueron de especial importancia: en 1845 y 1846 ampliaron los experimentos de Thomas Young y Fresnel para mostrar que se producía interferencia entre rayos de luz cuyos caminos diferían en varios miles de longitudes de onda, y en 1847 mostraron, al estudiar la interferencia de los rayos de calor del sol, que el calor radiante tiene una estructura ondulada idéntica a la de la luz. Estos dos experimentos fortalecieron considerablemente la teoría ondulatoria de la luz.

Con su amigo Jules Regnault, Foucault mostró en 1848 cómo el cerebro combina en una imagen dos colores separados, cada uno presentado a un solo ojo. Poco después, Foucault arrojó luz solar sobre la luz de un arco de carbono para superponer los espectros. A partir de su observación de que la doble línea amarilla brillante del arco era idéntica a la doble línea oscura en el espectro solar (línea D del sodio), concluyó que el arco podía absorber la misma luz que emitía, pero la generalización de esta observación para explicar las líneas de Fraunhofer se dejó para Kirchhoff en 1859.

En 1853 Foucault estudió la conductividad en líquidos, y en 1855 demostró la conversión del trabajo mecánico en calor girando con una manivela un disco de cobre colocado entre los polos de un electroimán y midiendo el calor producido en el disco.

Nadie en su tiempo superó a Foucault en inventiva técnica. Desde sus primeros trabajos publicados sobre mejoras en el daguerrotipo (1841, 1843) hasta la finalización de su sideróstato poco después de su muerte, los dispositivos diseñados por Foucault y ejecutados, primero por él mismo y más tarde con la ayuda de otros, resolvieron problemas pendientes de práctica tanto en ciencia como en tecnología. Desarrolló un regulador para la lámpara de arco, que hizo posible que el gas fuera suplantado por electricidad en el suministro de luz artificial al microscopio (1843), y su mejora a este regulador (1849) llevó la lámpara de arco al teatro. Diseñó un fotómetro (1855). Su interruptor de mercurio (1856) mejoró el rendimiento de las bobinas de inducción de Ruhmkorff, y su prisma birrefringente (1857), utilizando aire en lugar de bálsamo entre las dos piezas, hizo posible obtener luz polarizada plana en el ultravioleta. Alrededor de 1860 volvió al problema de hacer uniforme el movimiento mecánico, que lo había llevado al experimento del péndulo, y desarrolló toda una serie de reguladores mecánicos que iban considerablemente más allá del gobernador de James Watt en su efectividad. Estos reguladores se utilizaron primero en máquinas que mantenían un telescopio apuntando continuamente al sol (helióstato) o a una estrella (sideróstato) y luego en grandes máquinas de vapor, tanto en fábricas como en la Exposición de París de 1867.

Ninguno de estos inventos, sin embargo, fue tan significativo para la ciencia como la introducción de Foucault de la técnica moderna para el vidrio plateado para hacer espejos para telescopios reflectores (1857) y sus métodos simples pero precisos para probar y corregir la figura de espejos y lentes (1858). El vidrio demostró ser muy superior al metal de espéculo utilizado anteriormente en telescopios reflectantes porque es mucho más liviano, más fácil de moler y esculpir, y más fácil de resurgir si se empaña o daña.

El extraordinario dominio de Foucault de un lenguaje preciso, tanto en palabras como en hechos, no siempre fue tomado en su verdadero valor por sus contemporáneos entre los maestros de la tradición analítica francesa, para quienes su uso ahorrador de las matemáticas lo condenó como un mero chapucero afortunado. Sus penetrantes artículos periodísticos, aunque nunca viciosos, también fueron una fuente de hostilidad. El interés de Foucault por la astrofísica se encontró con la firme oposición de Le Verrier, director del observatorio de París, un astrónomo teórico de la vieja escuela, y Foucault se vio impedido de instalar su sideróstato en el observatorio. Sin embargo, antes de morir, Foucault había adquirido el respeto de todos como un experimentador excepcional; y su reputación creció después de su muerte a medida que la astronomía telescópica moderna se desarrollaba sobre la base de las técnicas ópticas que había inaugurado.

BIBLIOGRAFÍA

I. Obras Originales. Los trabajos de Foucault, publicados en su mayoría en Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences, fueron recopilados y publicados junto con una serie de trabajos inéditos en Recueil des travaux scientifiques de Léon Foucault, 2 vols. en uno (París, 1878). La figura 1 del texto está tomada de la lámina 4 del Recueil, que a su vez está tomada de la tesis de Foucault, Sur les vitesses relatives de la lumiére dans l’air et dans l’eau (París, 1853).

II. La Literatura Secundaria. Las dos fuentes principales de la vida y obra de Foucault también se encuentran en el Recueil: J. Bertrand,» Avertissement», I, i-iv, y» Des progrés de la mécanique, «I, v-xxviii, este último publicado originalmente en Revue des deux mondes, 51 (1 de mayo de 1864), 96-115, para ayudar a la candidatura de Foucault a la Academia de Ciencias; y J. A. Lissajous,» Notice historique sur la vie et les travaux de Léon Foucault, » II, 1-18. También es útil P. Gilbert, «Leon Foucault, sa vie et son oeuvre scientifique», en Revue des questions scientifiques, 5 (1879), 108-154, 516-563. Betrand alude en su artículo a la oposición que Foucault enfrentó en la Academia; la oposición de Le Verrier se menciona en P. Larousse, Grand dictionnaire universel du XIXe siècle, VIII (París, 1872), 649.

Harold L. Burstyn

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.