Articles

Foucault, Jean Bernard Lé

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

eksperimentell fysikk.

foucault, sønn av en bokhandler-utgiver, fikk sin utdannelse hjemme på grunn av sin delikate helse. En likegyldig student, han passerte baccalauré først etter spesiell coaching og begynte å studere medisin, i håp om å ta i bruk som kirurg den betydelige fingerferdigheten han hadde demonstrert (fra tretten år) i å lage en rekke vitenskapelige leker, inkludert en dampmotor. Opprør av synet av blod og lidelse og stimulert i nye retninger av oppfinnelsen av daguerreotypi, foucault forlatt sine medisinske studier, men ikke før Han hadde kommet til seg oppmerksomheten Til Alfred Donné, lærer i klinisk mikroskopi ved É É. Donné gjorde ham assistent i mikroskopi kurset, da medforfatter av sin lærebok (publisert i 1844-1845). Foucault etterfulgte endelig sin mester som vitenskapsreporter for Avisen Journal des dé (1845), deretter skrev han, i en strålende stil på en gang livlig og presis, en vanlig kolonne der han diskuterte for et generelt publikum det siste fra vitenskapens verden.

Fra 1844 til 1846 foucault publisert geometri, aritmetikk, og kjemi tekster for baccalauré. Deretter, bortsett fra hans avisartikler, publiserte han bare vitenskapelige artikler. Foucault jobbet i et laboratorium satt opp i sitt hjem til han, etter tildelingen Av Legion Of Honor-Korset i 1851 (for sitt pendeleksperiment) og docteur è sciences physiques i 1853 (for sin avhandling som sammenlignet lysets hastighet i luft og vann), ble han gitt et sted som fysiker Ved paris observatory Av Napoleon III. Ytterligere æresbevisninger fulgte: Copley-Medaljen til Royal Society i 1855, offiser av Legion Of Honor og medlem Av Bureau des Longitudes i 1862, og utenlandsk medlem Av Royal Society.samfunnet (1864) og akademiene i berlin og st. petersburg. Til slutt, etter å ha mislyktes i å bli valgt i 1857, Ble Foucault valgt i 1865, etter clapeyrons død, et medlem Av Acadé des Sciences.

En nonobserving Katolsk til hans siste sykdom returnerte ham til kirken, Ledet Foucault et stille liv med total hengivenhet til vitenskapelig forskning. Liten og skrøpelig klarte han å presidere grasiøst over gruppen av vitenskapelige venner som samlet seg på torsdager i huset hans i rue d ‘ Assas. Han døde av hjernesykdom i en alder av førtiåtte etter en syv måneders sykdom.

Foucault er best kjent for to av de mest betydningsfulle eksperimenter fra midten av det nittende århundre-laboratoriebestemmelsen av lysets hastighet (1850, 1862) og den mekaniske demonstrasjonen av jordens rotasjon (1851, 1852)-og for hans fremgang av teleskopets teknologi. Han utførte også en rekke andre viktige eksperimenter, hovedsakelig i optikk, og utviklet flere enheter som ble mye brukt i både eksperimentell vitenskap og teknologi.

I 1834 utviklet Charles Wheatstone et roterende speilapparat for å måle hastigheten til elektrisitet, Og I 1838 foreslo Arago at det samme prinsippet kunne brukes for å bestemme lysets hastighet terrestrialt (tidligere bestemmelser var astronomiske). En sammenligning av denne hastigheten i luft og i vann ville være en klar eksperimentell test mellom bølge – og partikkelteoriene om lys, siden det førstnevnte krevde lys for å reise raskere i luft; sistnevnte, i vann. Aragos forsøk på å utføre forsøket mislyktes, og sviktende syn tvang ham til å forlate dem. Umiddelbart Foucault Og Hippolyte Fizeau, Som Foucault hadde samarbeidet om optisk forskning mellom 1845 og 1847, begynte uavhengig å forsøke å overvinne hindringene Som hadde beseiret Arago.

Fizeau var den første til å lykkes; ved å erstatte det roterende speilapparatet i laboratoriet med et tannhjul som forstyrrer en lysstråle som beveger seg over en lang terrestrisk bane, oppnådde han den første presisjonsmåling av lysets hastighet på jordens overflate i 1849. Fizeau returnerte til det roterende speilet for å sammenligne lysets hastighet i sjeldne og tette medier, men her ble Han slått av Foucault, som kunngjorde 30. April 1850 at «lyset beveger seg raskere i luft enn i vann» (Recueil, s. 207). Hans apparat er diagrammet I Figur 1. En lyskilde ved a reflekteres av et speil m, som roterer ved 800 omdreininger per sekund, til et sfærisk konkavt stasjonært speil M og tilbake igjen til a’. (Glassplanet g tillater observatøren Ved O å se både kilde og refleksjon.) Ved bruk av både en luftbane (øvre halvdel av diagrammet, bilde a’) og en vannbane (nedre halvdel av diagrammet,

vannfylt rør T, bilde a»), kan lysets hastighet, som er en funksjon av forskyvningen av det reflekterte bildet a’ eller a» fra kildebildet a, sammenlignes i de to mediene. Siden vannbildet a » avbøyes mer enn luftbildet, må lyset reise raskere i luft enn i vann.

Foucaults første eksperiment, utført i 1850 og skrevet opp i sin doktorgradsavhandling i 1853, var rent komparativt; han annonserte ingen tallverdier før 1862. Deretter, med et forbedret apparat, var han i stand til å måle nøyaktig lysets hastighet i luften. Dette resultatet, betydelig mindre Enn Fizeaus av 1849, endret den aksepterte verdien av solparallakse og bekreftet den høyere verdien Som Le Verrier hadde beregnet fra astronomiske data. Foucaults dreiespeilapparat var grunnlaget for senere bestemmelse av lysets hastighet av A. A. Michelson og Simon Newcomb.

Med Fizeau hadde Foucault pioner innen astronomisk fotografering ved å lage den første daguerreotypen av solen i 1845. De lange eksponeringene som var nødvendige for å fotografere stjernene, krevde at teleskopet kontinuerlig pekte på det himmelske objektet. For å regulere stasjonen for et slikt teleskop, tok Foucault I 1847 I Bruk Christian Huygens ‘ abortive syttende århundre prosjekt for en klokke med en konisk pendel. Foucaults klokke hadde en stålstang for å støtte boben til pendelen, og han la merke til at en slik stang, satt vibrerende mens den klemmet i en dreiebenk, hadde en tendens til å opprettholde sitt vibrasjonsplanet når dreiebenken ble rotert for hånd.

denne uventede oppførselen til stangen foreslo Foucault en eksperimentell demonstrasjon av jordens rotasjon. I kjelleren av huset hans monterte han en pendel med en fem kilo bob suspendert av en ståltråd to meter lang, fri til å svinge i alle retninger og bundet i enden av svingen med en tråd. Når tråden ble satt i brann, pendelen begynte å svinge, og på 2 AM på onsdag, 8 januar 1851, Foucault ble belønnet ved synet av flyet av swing av pendelen gradvis snu «i retning av den daglige bevegelsen av himmelkulen» (Recueil, s. 378, n.). Ved å gjenta eksperimentet i Meridianhallen I paris observatoriet med en elleve meter lang pendel, rapporterte Foucault Til Acadé des Sciences den 3. februar 1851 hans funn at sirkelen beskrevet av pendelens svingplan er omvendt proporsjonal med sinus av breddegraden. Dette eksperimentet, som snart ble oppskalert og flyttet til Panthyon, ble gjentatt i løpet av de neste to årene på en rekke steder over hele verden og ga opphav til en ti ganger økning i de vitenskapelige papirene viet til pendelen.

Som Foucault hevdet i sin rapport Til Akademiet, viste hans funn Poissons teoretiske behandling Av avbøyningskraften til jordens rotasjon (Journal de L’é polytechnique, 16, (1-68), Men Poisson hadde eksplisitt nektet at effekten på pendelen kunne observeres (s. 24).

Ved å fortsette å eksperimentere med mekanikken til jordens rotasjon, Fant Foucault i 1852 gyroskopet, som han viste, ga en klarere demonstrasjon enn pendelen til jordens rotasjon og hadde egenskapen, lik den magnetiske nålen, for å opprettholde en fast retning. Foucaults pendel og gyroskop hadde mer enn en populær betydning (som fortsetter til denne dagen). For det første stimulerte de utviklingen av teoretisk mekanikk, gjorde relativ bevegelse og teoriene til pendelen og gyroskopets standardemner for studier og etterforskning. For Det andre, før Foucaults demonstrasjoner, var studiet av de bevegelsene på jordens overflate hvor den avbøyende rotasjonskraften spiller en fremtredende rolle (spesielt vind og havstrømmer) dominert av unfysiske forestillinger om hvordan denne kraften handlet. Foucaults demonstrasjoner og de teoretiske behandlingene de inspirerte, viste at denne avbøyningskraften virker i alle horisontale retninger, og dermed gir den lyden fysisk innsikt Som Buys Ballot, Ferrel, Ulrich Vettin og andre kunne bygge på.

deres daguerreotype av solen var bare en frukt av samarbeidet Mellom Foucault og Fizeau. Sammen, mellom 1844 og 1847, utførte de et halvt dusin undersøkelser. To var av spesiell betydning: I 1845 og 1846 utvidet De eksperimentene Til Thomas Young og Fresnel for å vise at forstyrrelser fant sted mellom lysstråler som stiene varierte med flere tusen bølgelengder, og i 1847 viste de, ved å studere forstyrrelsen av varmestråler fra solen, at strålevarme har en bølgelignende struktur som er identisk med lysets. Disse to forsøkene styrket bølgeteorien om lys betydelig.

sammen med Sin nære venn Jules Regnault viste Foucault i 1848 hvordan hjernen kombinerer i ett bilde to separate farger, hver presentert for et enkelt øye. Kort tid etter kastet Foucault sollys på lyset fra en karbonbue for å overlegge spektrene. Fra hans observasjon at den doble lysgule linjen i buen var identisk med den doble mørke linjen i solspekteret (d-linjen fra natrium), konkluderte han med at buen kunne absorbere det samme lyset som det utsendte, men generaliseringen av denne observasjonen for å forklare Fraunhofer-linjene ble etterlatt For Kirchhoff i 1859.

I 1853 Foucault studerte ledningsevne i væsker, og i 1855 han demonstrerte konvertering av mekanisk arbeid til varme ved å dreie med en sveiv en kobber disk plassert mellom polene i en elektromagnet og måle varmen som produseres i disken.

ingen i sin tid overskredet Foucault i teknisk oppfinnsomhet. Fra hans første publiserte artikler om forbedringer i daguerreotypi (1841, 1843) til ferdigstillelsen av hans siderostat kort tid etter hans død, løste enhetene designet Av Foucault og utført, først av seg selv og senere med hjelp fra andre, utestående problemer med praksis i både vitenskap og teknologi. Han utviklet en regulator for arc-lampen, som gjorde det mulig for gass å bli erstattet av elektrisitet ved tilførsel av kunstig lys til mikroskopet (1843), og hans forbedring til denne regulatoren (1849) brakte arc-lampen inn i teatret. Han designet et fotometer (1855). Hans mercury interrupter (1856) forbedret Ytelsen Til Ruhmkorff induksjonsspoler, og hans birefringent prisme (1857), ved hjelp av luft i stedet for balsam mellom de to delene, gjorde det mulig å oppnå plan polarisert lys inn i ultrafiolett. En gang rundt 1860 vendte han tilbake til problemet med å gjøre mekaniske bevegelser uniform, noe som hadde ført ham til pendeleksperimentet, og han utviklet en hel rekke mekaniske regulatorer som gikk betydelig utover James Watts guvernør i deres effektivitet. Disse regulatorene ble først brukt i maskiner som holdt et teleskop pekte kontinuerlig på solen (heliostat) eller en stjerne (siderostat) og deretter i store dampmaskiner, både i fabrikker og På Parisutstillingen I 1867.

Ingen av disse oppfinnelsene var imidlertid like viktige for vitenskapen som Foucaults introduksjon av den moderne teknikken for sølvglass for å lage speil for reflekterende teleskoper (1857) og hans enkle, men nøyaktige metoder for testing og korrigering av figuren til både speil og linser (1858). Glass viste seg mye bedre enn spekulummetallet som tidligere ble brukt i reflekterende teleskoper fordi det er mye lettere i vekt, lettere å male og figurere, og lettere å gjenoppstå hvis det blir tarnished eller skadet.

Foucaults ekstraordinære beherskelse av et presist språk i både ord og gjerning ble ikke alltid tatt på sitt sanne verdi av hans samtidige blant mesterne av den franske analytiske tradisjonen, for hvem hans sparsomme bruk av matematikk fordømte ham som bare en heldig tinkerer. Hans skarpe avisartikler, selv om de aldri var onde, var også en kilde til fiendtlighet. Foucaults interesse for astrofysikk møtte sterk motstand Fra le Verrier, direktør For paris-observatoriet, en teoretisk astronom av den gamle skolen, og Foucault ble derfor forhindret i å installere sin siderostat i observatoriet. Likevel, før Han døde, Hadde Foucault fått respekt for alle som en fremragende eksperimentalist; og hans rykte vokste etter hans død som moderne teleskopisk astronomi utviklet seg på grunnlag av de optiske teknikkene han hadde innviet.

BIBLIOGRAFI

I. Originale Verk. Foucaults papirer, publisert for det meste i comptes rendus hebdomadaires des sé De l ‘ Acadéie des sciences, ble samlet inn og utstedt sammen med en rekke upubliserte papirer i Recueil des travaux scientifiques De Lé Foucault, 2 bind. I En (Paris, 1878). Figur 1 i teksten er hentet fra Plate 4 Av Recueil, som igjen er hentet Fra Foucaults avhandling, Sur les vitesses slektninger de la lumié dans l ‘air et dans l’ eau (Paris, 1853).

II. Sekundær Litteratur. De to viktigste kildene Til Foucaults liv og arbeid er også I Recueil: J. Bertrand, «Avertissement», I, i-iv, Og «Des progrunner de la mé,» i, v-xxviii, sistnevnte opprinnelig publisert I Revue des deux mondes, 51 (1 Mai 1864), 96-115, for å hjelpe Foucaults kandidatur Til Acadé des Sciences; OG J. A. Lissajous, «Legg Merke til historique sur la vie et les travaux de Lé Foucault,» II, 1-18. Også nyttig Er P. Gilbert, «Leon Foucault, sa vie et son oeuvre scientifique,» I Revue des questions scientifiques, 5 (1879), 108-154, 516-563. Betrand henspiller i sin artikkel til opposisjonen Foucault møtt I Akademiet; opposisjonen Til Le Verrier er nevnt I P. Larousse, Grand dictionnaire universel du XIXe siècle, VIII (Paris, 1872), 649.

Harold L. Burstyn

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert.