Articles

Foucault, Jean Bernard Léon

(ur. Paryż, Francja, 19 września 1819; zm. Paryż, II luty 1868)

fizyka eksperymentalna.

syn księgarza-wydawcy, Foucault otrzymał wykształcenie w domu ze względu na jego delikatny stan zdrowia. Obojętny student zdał maturę dopiero po specjalnym szkoleniu i zaczął studiować medycynę, mając nadzieję wykorzystać jako chirurg znaczną zręczność, którą wykazał (od trzynastego roku życia) w tworzeniu wielu zabawek naukowych, w tym silnika parowego. Zbuntowany przez widok krwi i cierpienia i pobudzony w nowych kierunkach przez wynalezienie dagerotypii, Foucault porzucił studia medyczne, chociaż nie wcześniej, niż zwrócił na siebie uwagę Alfreda Donné, nauczyciela mikroskopii klinicznej w École de Médecine. Donné uczynił go asystentem w kursie mikroskopii, a następnie współautorem jego podręcznika (opublikowanego w latach 1844-1845). Foucault w końcu zastąpił swojego mistrza jako reporter naukowy w Gazecie Journal des débats (1845), pisząc następnie, w błyskotliwym stylu, jednocześnie żywym i precyzyjnym, regularną kolumnę, w której omawiał dla publiczności najnowsze wiadomości ze świata nauki.

w latach 1844-1846 Foucault publikował teksty z geometrii, arytmetyki i chemii do matury. Później, oprócz artykułów prasowych, publikował jedynie prace naukowe. Foucault pracował w laboratorium utworzonym w jego domu, aż, po przyznaniu Krzyża Legii Honorowej w 1851 (za jego eksperyment wahadła) i Docteur council sciences physiques w 1853 (za swoją pracę porównując prędkość światła w powietrzu i wodzie), otrzymał miejsce jako fizyk w Obserwatorium paryskim przez Napoleona III. dalsze wyróżnienia następnie: medal Copleya Royal Society w 1855, oficer Legii Honorowej i członek Bureau des Longitudes w 1862, i zagraniczny członek Royal Society (1864) oraz Akademie w Berlinie i Petersburgu. Ostatecznie, po nieudanym wyborze w 1857, Foucault został wybrany w 1865, po śmierci Clapeyrona, członka Académie des Sciences.

nieuważny Katolik, dopóki jego ostateczna choroba nie przywróciła go do kościoła, Foucault prowadził spokojne życie pełne całkowitego oddania badaniom naukowym. Mały i słaby, udało mu się z wdziękiem przewodniczyć grupie przyjaciół naukowych, którzy zbierali się w czwartki w jego domu na rue d ’ Assas. Zmarł na chorobę mózgu w wieku czterdziestu ośmiu lat po siedmiomiesięcznej chorobie.

Foucault jest najbardziej znany z dwóch najważniejszych eksperymentów połowy XIX wieku-laboratoryjnego oznaczania prędkości światła (1850, 1862) i mechanicznej demonstracji obrotu Ziemi (1851, 1852)-oraz z postępu technologii teleskopu. Przeprowadził również szereg innych ważnych eksperymentów, głównie w optyce, i opracował kilka urządzeń, które były szeroko stosowane zarówno w nauce eksperymentalnej, jak i technologii.

w 1834 Charles Wheatstone opracował urządzenie rotaingmirror do pomiaru prędkości elektryczności, a w 1838 Arago zasugerował, że ta sama zasada może być stosowana do określania prędkości światła (wcześniejsze oznaczenia były astronomiczne). Porównanie tej prędkości w powietrzu i w wodzie byłoby wyraźnym eksperymentalnym testem między teoriami fali i cząstek światła, ponieważ pierwsza wymagała, aby światło poruszało się szybciej w powietrzu; druga w wodzie. Próby przeprowadzenia eksperymentu przez Arago nie powiodły się, a słaby wzrok zmusił go do porzucenia ich. Natychmiast Foucault i Hippolyte Fizeau, z którymi Foucault współpracował przy badaniach optycznych w latach 1845-1847, zaczęli samodzielnie podejmować próby pokonania przeszkód, które pokonały Arago.

Fizeau jako pierwszy odniósł sukces; zastępując w laboratorium aparaturę wirująco-lustrzaną kołem zębatym przerywającym promień światła poruszający się po długiej drodze ziemskiej, w 1849 roku uzyskał pierwszy precyzyjny pomiar prędkości światła na powierzchni Ziemi. Fizeau powrócił do obracającego się lustra, aby porównać prędkość światła w rzadkich i gęstych mediach, ale tutaj został pobity przez Foucaulta, który ogłosił 30 kwietnia 1850, że „światło porusza się szybciej w powietrzu niż w wodzie” (Recueil, str. 207). Jego Aparatura jest przedstawiona na rysunku 1. Źródło światła w punkcie a jest odbijane przez lustro m, obracające się z prędkością 800 obrotów na sekundę, do sferycznie wklęsłego stacjonarnego lustra M i z powrotem do a’. (Szklana płaszczyzna g pozwala obserwatorowi w punkcie O zobaczyć zarówno źródło, jak i odbicie.) Poprzez zastosowanie zarówno ścieżki powietrza (górna połowa diagramu, obraz a’), jak i ścieżki wodnej (dolna połowa diagramu,

rura wypełniona wodą T, obraz a”), prędkość światła, która jest funkcją przesunięcia odbitego obrazu a’ lub A” z obrazu źródłowego a, może być porównana w obu mediach. Ponieważ obraz wody a ” jest odchylany bardziej niż obraz powietrza, światło musi podróżować szybciej w powietrzu niż w wodzie.

pierwszy eksperyment Foucaulta, przeprowadzony w 1850 roku i napisany w całości w jego pracy doktorskiej z 1853 roku, był czysto porównawczy; nie ogłosił żadnych wartości liczbowych aż do 1862 roku. Następnie, dzięki ulepszonemu aparatowi, był w stanie dokładnie zmierzyć prędkość światła w powietrzu. Wynik ten, znacznie mniejszy niż wynik Fizeau z 1849 roku, zmienił akceptowaną wartość paralaksy słonecznej i potwierdził wyższą wartość, którą Le Verrier obliczył na podstawie danych astronomicznych. Aparat zwierciadlany Foucaulta był podstawą do późniejszych oznaczeń prędkości światła przez A. A. Michelsona i Simona Newcomba.

wraz z Fizeau Foucault był pionierem fotografii Astronomicznej, wykonując pierwszy dagerotyp Słońca w 1845 roku. Długie naświetlania niezbędne do fotografowania gwiazd wymagały, aby teleskop pozostawał stale skierowany na obiekt niebiański. Aby regulować napęd takiego teleskopu, Foucault w 1847 roku wprowadził w życie nowatorski XVII-wieczny projekt Christiana Huygensa dotyczący zegara ze stożkowym wahadłem. Zegar Foucaulta miał stalowy pręt do podtrzymywania Boba wahadła i zauważył, że taki pręt, wibrujący podczas zaciskania w uchwycie Tokarki, miał tendencję do utrzymywania swojej płaszczyzny wibracji, gdy tokarka była obracana ręcznie.

to nieoczekiwane zachowanie pręta zasugerowało Foucault ’ owi eksperymentalny pokaz ruchu obrotowego Ziemi. W piwnicy swojego domu zamontował wahadło z pięciokilogramowym Bobem zawieszonym na stalowej nici o długości dwóch metrów, swobodnie huśtającym się w dowolnym kierunku i przywiązanym na końcu huśtawki nicią. Kiedy nitka została podpalona, wahadło zaczęło się kołysać, a o 2 w nocy w środę, 8 stycznia 1851, Foucault został nagrodzony widokiem płaszczyzny kołysania wahadła stopniowo obracającego się „w kierunku dziennego ruchu sfery niebieskiej” (Recueil, P. 378, N.). Powtarzając eksperyment w sali południkowej Obserwatorium Paryskiego z wahadłem o długości 11 metrów, Foucault poinformował Académie des Sciences 3 lutego 1851 roku, że okrąg opisany przez płaszczyznę wahadła jest odwrotnie proporcjonalny do sinusa szerokości geograficznej. Eksperyment ten, wkrótce powiększony i przeniesiony do Panteonu, został powtórzony w ciągu następnych dwóch lat w wielu miejscach na całym świecie i dał początek dziesięciokrotnemu wzrostowi prac naukowych poświęconych wahadłu.

jak twierdził Foucault w swoim raporcie dla Akademii, jego odkrycie zilustrowało teoretyczne traktowanie przez Poissona siły odchylającej obrotu Ziemi (Journal de l ’ École polytechnique, 16, (1-68), ale Poisson wyraźnie zaprzeczył, że wpływ na wahadło może być obserwowany (s. 24).

kontynuując eksperymenty na mechanice obrotu Ziemi, Foucault w 1852 roku wynalazł żyroskop, który, jak pokazał, dał wyraźniejszą demonstrację niż wahadło obrotu Ziemi i miał właściwość, podobną do właściwości igły magnetycznej, utrzymania ustalonego kierunku. Wahadło i żyroskop Foucaulta miały więcej niż popularne znaczenie (które trwa do dziś). Po pierwsze, stymulowały rozwój mechaniki teoretycznej, dzięki czemu ruch względny i teorie wahadła i żyroskopu standardowych tematów do badań i badań. Po drugie, przed demonstracją Foucaulta badanie tych ruchów na powierzchni ziemi, w których siła odchylająca rotacji odgrywa znaczącą rolę (zwłaszcza wiatry i prądy oceaniczne) było zdominowane przez niefizyczne wyobrażenia o tym, jak ta siła działała. Demonstracje Foucaulta i teoretyczne zabiegi, które zainspirowały Foucaulta wykazały, że ta siła odchylająca działa we wszystkich kierunkach poziomych, zapewniając w ten sposób solidny fizyczny wgląd, na którym Buys Ballot, Ferrel, Ulrich Vettin i inni mogli zbudować.

ich dagerotyp słońca był tylko jednym z owoców współpracy Foucaulta i Fizeau. Łącznie w latach 1844-1847 przeprowadzili pół tuzina badań. Dwa miały szczególne znaczenie: w 1845 i 1846 rozszerzyli eksperymenty Thomasa Younga i Fresnela, aby pokazać, że interferencja miała miejsce między promieniami światła, których ścieżki różniły się o kilka tysięcy długości fal, a w 1847 wykazali, badając interferencję promieni ciepła od słońca, że promieniowanie cieplne ma strukturę falopodobną identyczną ze światłem. Te dwa eksperymenty znacznie wzmocniły falową teorię światła.

wraz ze swoim bliskim przyjacielem Jules ’ em Regnaultem, Foucault pokazał w 1848 roku, w jaki sposób mózg łączy w jednym obrazie dwa oddzielne kolory, z których każdy przedstawiony jest pojedynczemu oku. Wkrótce potem Foucault rzucił światło słoneczne na światło z łuku węglowego, aby nałożyć widmo. Na podstawie obserwacji, że Podwójna jasnożółta linia łuku jest identyczna z podwójną ciemną linią w widmie słonecznym (Linia D od sodu), doszedł do wniosku, że łuk może absorbować to samo światło, które emitował, ale uogólnienie tej obserwacji w celu wyjaśnienia linii Fraunhofera pozostawiono Kirchhoffowi w 1859 roku.

w 1853 Foucault badał przewodność w cieczach, a w 1855 zademonstrował zamianę pracy mechanicznej na ciepło poprzez obracanie za pomocą korby miedzianego dysku umieszczonego między biegunami elektromagnesu i pomiar ciepła wytwarzanego w Dysku.

nikt w jego czasach nie przewyższał Foucaulta w technicznej inwencji. Od pierwszych opublikowanych prac na temat ulepszeń w dagerotypii (1841, 1843) do ukończenia jego siderostatu krótko po jego śmierci, urządzenia zaprojektowane przez Foucaulta i wykonane, najpierw przez niego samego, a później z Pomocą innych, rozwiązywały nierozstrzygnięte problemy praktyki zarówno w nauce, jak i technice. Opracował regulator dla lampy łukowej, który umożliwiał wyparcie gazu przez elektryczność w dostawie sztucznego światła do mikroskopu (1843), a jego ulepszenie do tego regulatora (1849) wprowadziło lampę łukową do teatru. Zaprojektował fotometr (1855). Jego przerywacz rtęciowy (1856) poprawił wydajność cewek indukcyjnych Ruhmkorffa, a jego dwójłomny pryzmat (1857), używając powietrza zamiast balsamu między dwoma częściami, umożliwił uzyskanie płaszczyzny spolaryzowanego światła w ultrafiolecie. Około 1860 roku powrócił do problemu ujednolicenia ruchu mechanicznego, co doprowadziło go do eksperymentu wahadła i opracował całą serię regulatorów mechanicznych, które znacznie przewyższały ich skuteczność gubernatora Jamesa Watta. Regulatory te były stosowane najpierw w maszynach, które utrzymywały teleskop skierowany stale na słońce (heliostat) lub gwiazdę (siderostat), a następnie w dużych silnikach parowych, zarówno w fabrykach, jak i na wystawie w Paryżu w 1867 roku.

żaden z tych wynalazków nie był jednak tak znaczący dla nauki, jak wprowadzenie przez Foucaulta nowoczesnej techniki srebrzenia szkła w celu wykonania luster do teleskopów odbijających światło (1857) i jego prostych, ale dokładnych metod testowania i korygowania figury zarówno luster, jak i soczewek (1858). Szkło okazało się znacznie lepsze od metalu wziernika stosowanego wcześniej w teleskopach odbijających, ponieważ jest znacznie lżejsze, łatwiejsze do szlifowania i figury oraz łatwiejsze do wynurzenia, jeśli ulegnie zmatowieniu lub uszkodzeniu.

niezwykłe opanowanie przez Foucaulta precyzyjnego języka, zarówno w słowie, jak i w czynie, nie zawsze było brane pod uwagę przez współczesnych mu Mistrzów francuskiej tradycji analitycznej, dla których oszczędne posługiwanie się matematyką potępiało go jedynie jako szczęśliwego majsterkowicza. Jego ostre artykuły prasowe, choć nigdy nie były złośliwe, były również źródłem wrogości. Zainteresowanie Foucaulta astrofizyką spotkało się z stanowczym sprzeciwem Le Verriera, dyrektora Obserwatorium Paryskiego, teoretycznego astronoma starej szkoły, w związku z czym Foucault nie mógł zainstalować swojego siderostatu w Obserwatorium. Jednak przed śmiercią Foucault zyskał szacunek wszystkich jako wybitny eksperymentator, a jego reputacja wzrosła po jego śmierci jako nowoczesnej astronomii teleskopowej rozwijanej w oparciu o techniki optyczne, które zapoczątkował.

Bibliografia

I. Prace oryginalne. Prace Foucaulta, opublikowane głównie w Comptes rendus hebdomadaires des séances de l ’ Académie des sciences, zostały zebrane i wydane wraz z szeregiem niepublikowanych prac w Recueil des travaux scientifiques de Léon Foucault, 2 vols. w jednym (Paryż, 1878). Rys. 1 w tekście pochodzi z płyty 4 Recueil, która z kolei pochodzi z tezy Foucaulta Sur les vitesses relatives de la lumiére dans l 'air et dans l’ eau (Paryż, 1853).

II.Literatura dodatkowa. Dwa główne źródła życia i twórczości Foucaulta znajdują się również w Recueil: J. Bertrand,” Avertissement”, I, i-iv i” Des progrés de la mécanique”, I, v-xxviii, ten ostatni pierwotnie opublikowany w Revue des deux mondes, 51 (1 maja 1864), 96-115, w celu wsparcia kandydatury Foucaulta do Académie des Sciences; i J. A. Lissajous, „Notice historique sur la vie et les travaux de Léon Foucault”, II, 1-18. Przydatny jest również P. Gilbert, „Leon Foucault, sa vie et son oeuvre scientifique”, in Revue des questions scientifiques, 5 (1879), 108-154, 516-563. Betrand w swoim artykule nawiązuje do opozycji, z jaką Foucault spotkał się w Akademii; o opozycji Le Verriera wspomina P. Larousse, Grand dictionnaire universel du XIXe siècle, VIII (Paryż, 1872), 649.

Harold L. Burstyn

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.