Articles

Foucault, Jean Bernard L. O. C.

(f. Paris, Frankrike, 19 September 1819; d. Paris, II februari 1868)

experimentell fysik.

son till en bokhandlare-utgivare, Foucault fick sin utbildning hemma på grund av sin känsliga hälsa. En likgiltig student, han passerade baccalaur auguiat först efter speciell coachning och började studera medicin, i hopp om att använda som kirurg den betydande fingerfärdighet han hade visat (från tretton års ålder) för att göra ett antal vetenskapliga leksaker, inklusive en ångmotor. Revolterad av synen av blod och lidande och stimulerad i nya riktningar genom uppfinningen av Daguerreotypi, övergav Foucault sina medicinska studier, men inte innan han hade uppmärksammats av Alfred Donn sackaros, lärare i klinisk mikroskopi vid sackaros de M. Donn Bisexuell gjorde honom till assistent i mikroskopikursen, sedan medförfattare till sin lärobok (publicerad 1844 – 1845). Foucault efterträdde slutligen sin mästare som vetenskapsreporter för tidningen Journal des d jacobats (1845) och skrev därefter, i en lysande stil på en gång livlig och exakt, en vanlig kolumn där han diskuterade för en allmän publik det senaste från vetenskapens värld.

från 1844 till 1846 publicerade Foucault geometri -, aritmetik-och kemitexter för baccalaur jacobat. Därefter, förutom hans tidningsartiklar, publicerade han bara vetenskapliga artiklar. Foucault arbetade i ett laboratorium som inrättades i sitt hem tills han, efter utmärkelsen av Cross of the Legion of Honor 1851 (för hans pendulexperiment) och docteur aubbis sciences physiques 1853 (för sin avhandling som jämför ljusets hastighet i luft och vatten), fick en plats som fysiker vid Paris observatory av Napoleon III. ytterligare utmärkelser följde: Copley Medal of the Royal Society 1855, officer of the Legion of Honor och medlem av Bureau des Longitudes 1862, och utländsk medlem av Royal Society samhället (1864) och akademierna i Berlin och St Petersburg. Slutligen, efter att ha misslyckats med att väljas 1857, valdes Foucault 1865, efter Clapeyrons död, en medlem av Academic Askormie des Sciences.

en Nonobserving Katolik tills hans sista sjukdom återvände honom till kyrkan, Foucault ledde ett lugnt liv med total hängivenhet till vetenskaplig forskning. Liten och svag lyckades han presidera graciöst över gruppen vetenskapliga vänner som samlades på torsdagar i sitt hus i rue d ’ Assas. Han dog av hjärnsjukdom vid en ålder av fyrtioåtta efter en sju månaders sjukdom.

Foucault är mest känd för två av de viktigaste experimenten i mitten av artonhundratalet-laboratoriebestämningen av ljusets hastighet (1850, 1862) och den mekaniska demonstrationen av jordens rotation (1851, 1852)-och för hans framsteg av teleskopets teknik. Han utförde också ett antal andra viktiga experiment, främst inom optik, och utvecklade flera enheter som användes allmänt inom både experimentell vetenskap och teknik.

1834 utvecklade Charles Wheatstone en roterande spegelapparat för att mäta Elens hastighet, och 1838 föreslog Arago att samma princip skulle kunna tillämpas för att bestämma ljusets hastighet terrestriellt (tidigare bestämningar var astronomiska). En jämförelse av denna hastighet i luft och i vatten skulle vara ett tydligt experimentellt test mellan våg-och partikelteorierna om ljus, eftersom den förra krävde att ljuset skulle resa snabbare i luft; den senare i vatten. Aragos försök att genomföra experimentet misslyckades, och misslyckande syn tvingade honom att överge dem. Omedelbart Foucault och Hippolyte Fizeau, med vilka Foucault hade samarbetat om optiska undersökningar mellan 1845 och 1847, började självständigt försöka övervinna de hinder som hade besegrat Arago.

Fizeau var den första som lyckades; genom att ersätta den roterande spegelapparaten i laboratoriet med ett tandat hjul som avbröt en ljusstråle som färdades över en lång markbunden väg, fick han den första precisionsmätningen av ljusets hastighet vid jordytan 1849. Fizeau återvände till den roterande spegeln för att jämföra ljusets hastighet i sällsynta och täta medier, men här blev han slagen av Foucault, som meddelade den 30 April 1850 att ”ljus färdas snabbare i luft än i vatten” (Recueil, S. 207). Hans apparat är schematisk i Figur 1. En ljuskälla vid A reflekteras av en spegel m, som roterar med 800 varv per sekund, till en sfäriskt konkav stationär spegel M och tillbaka igen till A’. (Glasplanet g tillåter observatören vid O att se både källa och reflektion.) Genom att använda både en luftväg (övre halvan av diagrammet, bild A’) och en vattenväg (nedre halvan av diagrammet,

vattenfyllt rör T, bild A”) kan ljusets hastighet, som är en funktion av förskjutningen av den reflekterade bilden A’ eller a” från källbilden a, jämföras i de två medierna. Eftersom vattenbilden a ” avböjs mer än luftbilden måste ljuset färdas snabbare i luft än i vatten.

Foucaults första experiment, som genomfördes 1850 och skrevs i sin helhet i sin doktorsavhandling 1853, var rent jämförande; han meddelade inga numeriska värden förrän 1862. Sedan, med en förbättrad apparat, kunde han mäta exakt ljusets hastighet i luften. Detta resultat, betydligt mindre än Fizeau 1849, ändrade det accepterade värdet av solparallax och bekräftade det högre värdet som Le Verrier hade beräknat från astronomiska data. Foucaults vändspegelapparat var grunden för de senare bestämningarna av ljusets hastighet av A. A. Michelson och Simon Newcomb.

med Fizeau hade Foucault banat väg för astronomisk fotografering genom att göra den första daguerreotypen av solen 1845. De långa exponeringar som krävs för att fotografera stjärnorna krävde att teleskopet kontinuerligt pekade på det himmelska objektet. För att reglera drivningen för ett sådant teleskop införde Foucault 1847 Christian Huygens abortiva sjuttonhundratalsprojekt för en klocka med en konisk pendel. Foucaults klocka hade en stålstång för att stödja boben på sin pendel, och han märkte att en sådan stång, satt vibrerande medan den klämdes fast i chucken på en svarv, tenderade att behålla sitt vibrationsplan när svarven roterades för hand.

detta oväntade beteende hos stången föreslog Foucault en experimentell demonstration av jordens rotation. I källaren i sitt hus monterade han en pendel med en fem kilo bob upphängd från en ståltråd två meter lång, fri att svänga i vilken riktning som helst och bundet i änden av sin gunga med en tråd. När tråden sattes i brand började pendeln svänga, och klockan 2 på onsdagen den 8 januari 1851 belönades Foucault med synen av pendelns svängningsplan som gradvis vred ”i riktning mot den himmelska sfärens dagliga rörelse” (Recueil, s. 378, n.). Upprepa experimentet i meridianhallen i Paris observatorium med en elva meter lång pendel, rapporterade Foucault till Acadaubbimie des Sciences den 3 februari 1851 att han fann att cirkeln som beskrivs av planet för pendulens svängning är omvänt proportionell mot sinus för latitud. Detta experiment, som snart skalades upp och flyttades till Panthusicon, upprepades under de kommande två åren på ett antal platser över hela världen och gav upphov till en tiofaldig ökning av de vetenskapliga artiklar som ägnas åt pendeln.

som Foucault hävdade i sin rapport till Akademin illustrerade hans upptäckt Poissons teoretiska behandling av jordens rotation avböjningskraft (Journal De L ’ Jacobcole polytechnique, 16, (1-68), men Poisson hade uttryckligen förnekat att effekten på pendeln kunde observeras (s. 24).

fortsätter att experimentera med mekaniken i jordens rotation, Foucault 1852 uppfann gyroskopet, vilket han visade gav en tydligare demonstration än jordens rotationspendel och hade egenskapen, liknande den hos magnetnålen, att upprätthålla en fast riktning. Foucaults pendel och gyroskop hade mer än en populär betydelse (som fortsätter till denna dag). Först stimulerade de utvecklingen av teoretisk mekanik, vilket gjorde relativ rörelse och teorier om pendeln och gyroskopet standardämnen för studier och utredning. För det andra, före Foucaults demonstrationer dominerades studien av de rörelser på jordens yta där den avböjande rotationskraften spelar en framträdande roll (särskilt vindar och havsströmmar) av ofysiska föreställningar om hur denna kraft agerade. Foucaults demonstrationer och de teoretiska behandlingar de inspirerade visade slutgiltigt att denna avböjande kraft verkar i alla horisontella riktningar, vilket ger den sunda fysiska insikten som Buys Ballot, Ferrel, Ulrich Vettin och andra kunde bygga på.

deras daguerreotyp av solen var bara en frukt av samarbetet mellan Foucault och Fizeau. Tillsammans, mellan 1844 och 1847, genomförde de ett halvt dussin undersökningar. Två var av särskild betydelse: 1845 och 1846 utvidgade de experimenten med Thomas Young och Fresnel för att visa att störningar ägde rum mellan ljusstrålar som banorna skilde sig åt med flera tusen våglängder, och 1847 visade de, genom att studera störningar av värmestrålar från solen, att strålningsvärme har en vågliknande struktur identisk med ljusets. Dessa två experiment stärkte ljusets vågteori avsevärt.

med sin nära vän Jules Regnault visade Foucault 1848 hur hjärnan kombinerar två separata färger i en bild, var och en presenterad för ett enda öga. Kort därefter kastade Foucault solljus på ljuset från en kolbåge för att överlappa spektra. Från hans observation att den dubbla ljusgula linjen i bågen var identisk med den dubbla mörka linjen i solspektret (D-linjen från natrium) drog han slutsatsen att bågen kunde absorbera samma ljus som den emitterade, men generaliseringen av denna observation för att förklara Fraunhofer-linjerna lämnades för Kirchhoff 1859.

1853 studerade Foucault ledningsförmåga i vätskor och 1855 demonstrerade han omvandlingen av mekaniskt arbete till värme genom att vrida med en vev en kopparskiva placerad mellan polerna på en elektromagnet och mäta värmen som produceras i skivan.

ingen i sin tid överskred Foucault i teknisk uppfinningsrikedom. Från hans första publicerade artiklar om förbättringar i daguerreotypy (1841, 1843) till slutförandet av hans siderostat strax efter hans död löste de enheter som designades av Foucault och avrättades, först av honom själv och senare med hjälp av andra, utestående problem med övning inom både vetenskap och teknik. Han utvecklade en regulator för båglampan, vilket gjorde det möjligt för gas att ersättas av el vid tillförsel av artificiellt ljus till mikroskopet (1843), och hans förbättring av denna regulator (1849) förde båglampan in i teatern. Han designade en fotometer (1855). Hans kvicksilverbrytare (1856) förbättrade prestandan hos Ruhmkorff induktionsspolar, och hans dubbelbrytande prisma (1857), med hjälp av luft snarare än balsam mellan de två delarna, gjorde det möjligt att erhålla planpolariserat ljus i ultraviolett. Omkring 1860 återvände han till problemet med att göra mekanisk rörelse enhetlig, vilket hade lett honom till pendulexperimentet, och han utvecklade en hel serie mekaniska regulatorer som gick betydligt utöver James Watts guvernör i deras effektivitet. Dessa regulatorer användes först i maskiner som höll ett teleskop riktat kontinuerligt mot solen (heliostat) eller en stjärna (siderostat) och sedan i stora ångmotorer, både i fabriker och vid Parisutställningen 1867.

ingen av dessa uppfinningar var dock lika betydelsefulla för vetenskapen som Foucaults introduktion av den moderna tekniken för silverglas för att göra speglar för reflekterande teleskop (1857) och hans enkla men exakta metoder för att testa och korrigera figuren för både speglar och linser (1858). Glas visade sig vara mycket överlägset den spekulummetall som tidigare använts i reflekterande teleskop eftersom den är mycket lättare i vikt, lättare att slipa och figur och lättare att dyka upp igen om den blir fläckad eller skadad.

Foucaults extraordinära behärskning av ett exakt språk i både ord och handling togs inte alltid till sitt sanna värde av hans samtida bland mästarna i den franska analytiska traditionen, för vilken hans sparsamma användning av matematik fördömde honom som bara en lycklig tinkerer. Hans skarpa tidningsartiklar, även om de aldrig var onda, var också en källa till fientlighet. Foucaults intresse för astrofysik mötte den fasta oppositionen från Le Verrier, chef för Paris observatory, en teoretisk astronom i den gamla skolan, och Foucault hindrades därför från att installera sin siderostat i observatoriet. Ändå, innan han dog, hade Foucault förvärvat respekten för alla som en enastående experimentalist; och hans rykte växte efter hans död när modern teleskopastronomi utvecklades på grundval av de optiska tekniker han hade invigt.

bibliografi

I. originalverk. Foucaults papper, som mest publicerades i Comptes rendus hebdomadaires des s portuguances de l ’ Acad Expormie des sciences, samlades in och utfärdades tillsammans med ett antal opublicerade papper i Recueil des travaux scientifiques de l Foucault, 2 vols. i ett (Paris, 1878). Figur 1 i texten är hämtad från platta 4 i Recueil, som i sin tur är hämtad från Foucaults avhandling, Sur les vitesses släktingar de la lumi aucre dans l ’air et dans l’ eau (Paris, 1853).

II. sekundär litteratur. De två huvudkällorna för Foucaults liv och arbete finns också i Recueil: J. Bertrand, ”Avertissement”, I, I-iv, och ”Des progrcuns de la M. O. canique,” I, v-xxviii, den senare publicerades ursprungligen i Revue des deux mondes, 51 (1 maj 1864), 96-115, för att hjälpa Foucaults kandidatur för Academic Aucunmie des Sciences, och J. A. Lissajous, ”meddelande historique sur la vie et les travaux de L. O. C. Foucault,” II, 1-18. Också användbart är P. Gilbert, ” Leon Foucault, sa vie et son oeuvre scientifique,” i Revue des questions scientifiques, 5 (1879), 108-154, 516-563. Betrand hänvisar i sin artikel till oppositionen som Foucault mötte i akademin; oppositionen av Le Verrier nämns i P. Larousse, Grand dictionnaire universel du XIXe si exporcle, VIII (Paris, 1872), 649.

Harold L. Burstyn

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.