Articles

Foucault, Jean Bernard Léon

(Parijs, 19 September 1819; Parijs, II februari 1868)

experimentele fysica. De zoon van een boekhandelaar-uitgever, Foucault kreeg zijn opleiding thuis vanwege zijn delicate gezondheid. Als onverschillige student slaagde hij pas na speciale coaching voor het baccalauréat en begon hij geneeskunde te studeren, in de hoop als chirurg gebruik te kunnen maken van de aanzienlijke behendigheid die hij had aangetoond (vanaf zijn dertiende) in het maken van een aantal wetenschappelijke speelgoed, waaronder een stoommachine. In opstand gekomen door het zien van bloed en lijden en in nieuwe richtingen gestimuleerd door de uitvinding van daguerreotypie, stopte Foucault met zijn medische studies, hoewel niet voordat hij onder de aandacht was gekomen van Alfred Donné, leraar klinische microscopie aan de École de Médecine. Donné maakte hem assistent in de microscopie cursus, vervolgens coauteur van het leerboek (gepubliceerd in 1844-1845). Foucault volgde uiteindelijk zijn master op als wetenschapsverslaggever voor de krant Journal des débats (1845), waarna hij in een briljante stijl tegelijk levendig en nauwkeurig een vaste column schreef waarin hij voor een algemeen publiek het laatste nieuws uit de wereld van de wetenschap besprak.Van 1844 tot 1846 publiceerde Foucault meetkunde, rekenkunde en scheikunde teksten voor het baccalauréat. Daarna publiceerde hij, met uitzondering van zijn krantenartikelen, alleen wetenschappelijke artikelen. Foucault werkte in een laboratorium opgezet in zijn huis, totdat, als gevolg van de toekenning van het Kruis van het Legioen van Eer in 1851 (voor zijn slinger experiment) en de docteur ès sciences physiques in 1853 (voor zijn proefschrift het vergelijken van de snelheid van licht in lucht en water), kreeg hij een plaats als natuurkundige aan het observatorium in Parijs door Napoleon III. Verder eert gevolgd: de Copley Medal van de Royal Society in 1855, officier van het Legioen van Eer en lid van het Bureau des Posities in 1862, en buitenlands lid van de Royal Society (1864) en de academie van Berlijn en St. Petersburg. Foucault werd in 1865 gekozen na de dood van Clapeyron, een lid van de Académie des Sciences.Foucault was katholiek tot zijn laatste ziekte hem terugbracht naar de kerk en leidde een rustig leven van totale toewijding aan wetenschappelijk onderzoek. Hij is klein en broos en slaagt erin de groep wetenschappelijke vrienden die zich op donderdag in zijn huis in de Rue d ‘ Assas verzamelen, op sierlijke wijze voor te zitten. Hij stierf aan een hersenziekte op achtenveertigjarige leeftijd na een ziekte van zeven maanden.Foucault is vooral bekend van twee van de belangrijkste experimenten van het midden van de negentiende eeuw-de laboratoriumbepaling van de lichtsnelheid (1850, 1862) en de mechanische demonstratie van de rotatie van de aarde (1851, 1852)-en voor zijn vooruitgang van de technologie van de telescoop. Hij voerde ook een aantal andere belangrijke experimenten uit, voornamelijk in de optica, en ontwikkelde verschillende apparaten die op grote schaal werden gebruikt in zowel de experimentele wetenschap als de technologie.In 1834 ontwikkelde Charles Wheatstone een rotaingmirror apparaat om de snelheid van elektriciteit te meten, en in 1838 stelde Arago voor dat hetzelfde principe zou kunnen worden toegepast op het bepalen van de snelheid van licht terrestrisch (eerdere metingen waren astronomisch). Een vergelijking van deze snelheid in lucht en in water zou een duidelijke experimentele test zijn tussen de golf-en deeltjestheorieën van licht, aangezien de eerste licht nodig had om sneller te reizen in lucht; de laatste, in water. Arago ‘ s pogingen om het experiment uit te voeren waren niet succesvol, en falend gezichtsvermogen dwong hem om ze te verlaten. Onmiddellijk begonnen Foucault en Hippolyte Fizeau, met wie Foucault tussen 1845 en 1847 had samengewerkt aan optische onderzoeken, zelfstandig te proberen de obstakels te overwinnen die Arago hadden verslagen.

Fizeau was de eerste die slaagde; door het roterende spiegelapparaat in het laboratorium te vervangen door een tandwiel dat een lichtstraal onderbreekt die over een lang terrestrisch pad reist, verkreeg hij in 1849 de eerste precisiemeting van de lichtsnelheid aan het aardoppervlak. Fizeau keerde terug naar de roterende spiegel om de lichtsnelheid in zeldzame en dichte media te vergelijken, maar hier werd hij verslagen door Foucault, die op 30 April 1850 aankondigde dat “licht sneller reist in de lucht dan in het water” (Recueil, p. 207). Zijn apparaat is weergegeven in Figuur 1. Een lichtbron bij a wordt gereflecteerd door een spiegel m, die met 800 omwentelingen per seconde draait, naar een bolvormige holle stationaire spiegel M en weer terug naar a’. (Het glazen vlak g staat de waarnemer bij O toe om zowel bron als reflectie te zien.) Door gebruik te maken van zowel een luchtweg (bovenste helft van diagram, afbeelding a’) als een waterweg (onderste helft van diagram,

met water gevulde buis T, afbeelding a”), kan de lichtsnelheid, die een functie is van de verplaatsing van het gereflecteerde beeld a’ Of a ‘ van het bronbeeld A, in de twee media worden vergeleken. Aangezien het waterbeeld a ” meer wordt afgebogen dan het luchtbeeld, moet het licht sneller in lucht dan in water reizen.Foucault ‘ s eerste experiment, uitgevoerd in 1850 en volledig geschreven in zijn proefschrift van 1853, was puur vergelijkend; hij kondigde geen numerieke waarden aan tot 1862. Vervolgens, met een verbeterd apparaat, was hij in staat om precies de snelheid van het licht in de lucht te meten. Dit resultaat, aanzienlijk kleiner dan dat van Fizeau uit 1849, veranderde de geaccepteerde waarde van zonneparallax en bevestigde de hogere waarde die Le Verrier had berekend op basis van astronomische gegevens. Foucault ‘ s turning-mirror apparaat was de basis voor de latere bepalingen van de lichtsnelheid door A. A. Michelson en Simon Newcomb.Met Fizeau was Foucault een pionier in de astronomische fotografie door het maken van het eerste daguerreotype van de zon in 1845. De lange belichting die nodig was voor het fotograferen van de sterren vereiste dat de telescoop continu gericht bleef op het hemellichaam. Om de aandrijving van zo’ n telescoop te regelen, bracht Foucault in 1847 het mislukte zeventiende-eeuwse project van Christian Huygens in de praktijk voor een klok met een conische slinger. Foucault ‘ s klok had een stalen staaf ter ondersteuning van de bobbel van zijn slinger, en hij merkte dat een dergelijke staaf, ingesteld trillen terwijl geklemd in de chuck van een draaibank, de neiging om zijn trillingsvlak te handhaven wanneer de draaibank werd gedraaid met de hand.Dit onverwachte gedrag van de staaf suggereerde aan Foucault een experimentele demonstratie van de rotatie van de aarde. In de kelder van zijn huis monteerde hij een slinger met een vijf kilogram bob opgehangen aan een stalen draad van twee meter lang, vrij om te zwaaien in elke richting en vastgebonden aan het uiteinde van de schommel met een draad. Toen de draad in brand werd gestoken, begon de slinger te slingeren, en om 2 uur ‘ s nachts op woensdag 8 januari 1851, werd Foucault beloond door de aanblik van het schommelvlak van de slinger geleidelijk draaiend “in de richting van de dagbeweging van de hemelbol” (Recueil, p. 378, n.). Foucault herhaalde het experiment in de meridiaanhal van het Parijse observatorium met een elf meter lange slinger en rapporteerde op 3 februari 1851 aan de Académie des Sciences dat de cirkel beschreven door het vlak van de slinger ‘ s swing omgekeerd evenredig is met de sinus van de breedtegraad. Dit experiment, dat al snel werd opgeschaald en naar het Panthéon werd verplaatst, werd in de loop van de volgende twee jaar herhaald op een aantal plaatsen over de hele wereld en leidde tot een vertienvoudiging van de wetenschappelijke artikelen gewijd aan de slinger.Zoals Foucault beweerde in zijn rapport aan de Academie, illustreerde zijn bevinding Poissons theoretische behandeling van de afbuigende kracht van de rotatie van de aarde (Journal De L ‘ École polytechnique, 16 , (1-68), maar Poisson had expliciet ontkend dat het effect op de slinger waargenomen kon worden (p. 24).Foucault bleef experimenteren met de mechanica van de rotatie van de aarde en vond in 1852 de gyroscoop uit, die volgens hem een duidelijkere demonstratie gaf dan de slinger van de rotatie van de aarde en de eigenschap had, vergelijkbaar met die van de magnetische naald, om een vaste richting te behouden. Foucault ‘ s slinger en gyroscoop had meer dan een populaire betekenis (die tot op de dag van vandaag). Ten eerste stimuleerden ze de ontwikkeling van theoretische mechanica, het maken van relatieve beweging en de theorieën van de slinger en de gyroscoop standaard onderwerpen voor studie en onderzoek. Ten tweede, voorafgaand aan Foucault ‘ s demonstraties werd de studie van die bewegingen op het aardoppervlak waarin de afbuigende kracht van rotatie een prominente rol speelt (vooral winden en oceaanstromingen) gedomineerd door onfysische noties van hoe deze kracht werkte. Foucault ‘ s demonstraties en de theoretische behandelingen die ze inspireerden toonden overtuigend aan dat deze afbuigende kracht werkt in alle horizontale richtingen, waardoor het geluid fysiek inzicht verschaft waarop Buys Ballot, Ferrel, Ulrich Vettin en anderen konden bouwen.Hun daguerreotype van de zon was slechts één resultaat van de samenwerking tussen Foucault en Fizeau. Tussen 1844 en 1847 voerden ze samen een half dozijn onderzoeken uit. Twee waren van bijzonder belang: in 1845 en 1846 breidden zij de experimenten van Thomas Young en Fresnel uit om aan te tonen dat er interferentie plaatsvond tussen lichtstralen waarvan de paden verschilden met enkele duizenden golflengten, en in 1847 toonden zij, door de interferentie van zonnestralen te bestuderen, aan dat stralingswarmte een golfachtige structuur heeft die identiek is aan die van licht. Deze twee experimenten versterkten de golftheorie van licht aanzienlijk.Met zijn goede vriend Jules Regnault toonde Foucault in 1848 hoe het brein twee verschillende kleuren combineert in één beeld, elk gepresenteerd aan één oog. Kort daarna gooide Foucault zonlicht op het licht van een koolstofboog om de spectra over elkaar heen te leggen. Uit zijn observatie dat de dubbele heldergele lijn van de boog identiek was aan de dubbele donkere lijn in het zonnespectrum (D-lijn van natrium), concludeerde hij dat de boog hetzelfde licht kon absorberen als het uitstraalde, maar de veralgemening van deze waarneming om de fraunhoferlijnen te verklaren werd overgelaten aan Kirchhoff in 1859.In 1853 bestudeerde Foucault de geleidbaarheid van vloeistoffen en in 1855 demonstreerde hij de omzetting van mechanisch werk in warmte door met een crank een koperen schijf tussen de polen van een elektromagneet te draaien en de in de schijf geproduceerde warmte te meten.

niemand in zijn tijd overtrof Foucault in technische inventiviteit. Van zijn eerste gepubliceerde artikelen over verbeteringen in daguerreotypie (1841, 1843) tot de voltooiing van zijn siderostaat kort na zijn dood, de apparaten ontworpen door Foucault en uitgevoerd, eerst door hemzelf en later met de hulp van anderen, opgelost uitstaande problemen van de praktijk in zowel wetenschap als technologie. Hij ontwikkelde een regelaar voor de booglamp, die het mogelijk maakte om gas te verdringen door elektriciteit in de toevoer van kunstlicht naar de microscoop (1843), en zijn verbetering van deze regelaar (1849) bracht de booglamp in het theater. Hij ontwierp een fotometer (1855). Zijn mercury interrupter (1856) verbeterde de prestaties van Ruhmkorff inductiespoelen, en zijn birefringent prisma (1857), waarbij lucht in plaats van balsem tussen de twee stukken werd gebruikt, maakte het mogelijk om vlak gepolariseerd licht in het ultraviolet te verkrijgen. Rond 1860 keerde hij terug naar het probleem van het uniform maken van mechanische beweging, wat hem tot het slingerexperiment had geleid, en hij ontwikkelde een hele reeks Mechanische regelaars die aanzienlijk verder gingen dan James Watts gouverneur in hun effectiviteit. Deze regelaars werden eerst gebruikt in machines die een telescoop continu gericht hielden op de zon (heliostaat) of een ster (siderostaat) en vervolgens in grote stoommachines, zowel in fabrieken als op de tentoonstelling in Parijs van 1867.Geen van deze uitvindingen was echter zo belangrijk voor de wetenschap als Foucault ‘ s introductie van de moderne techniek voor het verzilveren van glas om spiegels te maken voor reflecterende telescopen (1857) en zijn eenvoudige maar nauwkeurige methoden voor het testen en corrigeren van de figuur van zowel spiegels als lenzen (1858). Glas bleek veel beter te zijn dan het speculummetaal dat eerder werd gebruikt in reflecterende telescopen, omdat het veel lichter is in gewicht, gemakkelijker te slijpen en figuur, en gemakkelijker weer op te duiken als het wordt aangetast of beschadigd.Foucault ‘ s buitengewone beheersing van een precieze taal in woord en daad werd niet altijd op zijn waarde geschat door zijn tijdgenoten onder de meesters van de Franse analytische traditie, voor wie zijn spaarzame gebruik van de wiskunde hem veroordeelde als slechts een gelukkige knutselaar. Zijn scherpe krantenartikelen, hoewel nooit gemeen, waren ook een bron van vijandigheid. Foucault ‘ s interesse in astrofysica stuitte op de sterke oppositie van Le Verrier, directeur van het Parijse observatorium, een theoretische astronoom van de oude school, en Foucault werd daarom verhinderd zijn siderostaat in het observatorium te installeren. Niettemin had Foucault, voordat hij stierf, het respect van iedereen verworven als een uitstekende experimentalist; en zijn reputatie groeide na zijn dood als moderne telescopische astronomie ontwikkeld op basis van de optische technieken die hij had ingehuldigd.

bibliografie

I. originele werken. Foucault ’s papers, meestal gepubliceerd in de Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’ Académie des sciences, werden verzameld en uitgegeven samen met een aantal ongepubliceerde papers in Recueil des travaux scientifiques de Léon Foucault, 2 vols. in one (Parijs, 1878). Figuur 1 in de tekst is ontleend aan Plaat 4 van het Recueil, die op zijn beurt is overgenomen uit Foucault ’s thesis, Sur les vitesses relatives de la lumiére dans l’ air et dans l ‘ eau (Parijs, 1853).

II. secundaire literatuur. De twee belangrijkste bronnen voor Foucault ‘ s leven en werk bevinden zich ook in het Recueil: J. Bertrand,” Avertissement”, I, I-iv, en” Des progrés de la mécanique, “i, v-xxviii, de laatste oorspronkelijk gepubliceerd in Revue des deux mondes, 51 (1 mei 1864), 96-115, om Foucault’ s kandidatuur voor de Académie des Sciences te helpen; en J. A. Lissajous,” Notice historique sur la vie et les travaux de Léon Foucault, ” II, 1-18. Ook nuttig is P. Gilbert, “Leon Foucault, sa vie et son oeuvre scientifique,” in Revue des questions scientifiques, 5 (1879), 108-154, 516-563. Betrand verwijst in zijn artikel naar de oppositie die Foucault in de Academie tegenkwam; de oppositie van Le Verrier wordt vermeld in P. Larousse, Grand dictionnaire universel du XIXe siècle, VIII (Parijs, 1872), 649.

Harold L. Burstyn

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.