Леон Фуко

Краткая биография

Жизнь и работа

Леон Фуко родился 18 сентября 1819 года в Париже. Его полное имя — Жан Бернар Леон Фуко. Первоначально он собирался заниматься медициной, но постепенно переключился на экспериментальную физику. У него не было типичной для многих крупных физиков того времени академической карьеры: особенно сильной стороной Фуко было умение придумывать и строить приборы, с помощью которых сложные физические идеи можно было превратить в непосредственно наблюдаемый эффект.

К середине XIX века вращение Земли вокруг своей оси уже не было новой гипотезой. Оно следовало из накопленных астрономических данных и всей развивавшейся картины Солнечной системы. Однако оставался интересный экспериментальный вопрос: можно ли увидеть это вращение непосредственно на Земле, не наблюдая движение Солнца, звёзд или планет?

В 1851 году Фуко предложил исключительно наглядный ответ. Свободно колеблющийся маятник стремится сохранять направление плоскости своих колебаний относительно инерциального пространства. Земная поверхность тем временем вращается вместе с планетой. Поэтому наблюдателю, находящемуся на Земле, кажется, что плоскость колебаний маятника медленно поворачивается относительно пола.

Эффект зависит от географической широты. На полюсе Земля совершала бы практически полный оборот под плоскостью колебаний примерно за одни звёздные сутки. По мере приближения к экватору наблюдаемая скорость поворота уменьшается, а на самом экваторе такой эффект для идеального маятника исчезает. Поэтому маятник Фуко не просто показывает, что Земля вращается, — характер движения количественно связан с положением наблюдателя на её поверхности.

В феврале 1851 года Фуко сообщил об этом опыте Французской академии наук, а затем эксперимент был продемонстрирован в парижском Пантеоне с маятником, подвешенным на проволоке длиной около 67 метров. Масштаб делал медленное изменение направления колебаний достаточно наглядным для большой аудитории. Smithsonian Institution характеризует опыт Фуко как первую удовлетворительную лабораторную демонстрацию вращения Земли, выполненную без опоры на астрономические наблюдения.

Фуко занимался не только механикой. Вместе с развитием методов измерения скорости света он исследовал важный спор между различными представлениями о природе света. Экспериментально он показал, что свет распространяется в воде медленнее, чем в воздухе. Этот результат противоречил предсказанию ньютоновской корпускулярной модели в её тогдашней форме и поддерживал волновое описание света. В 1853 году Фуко посвятил этому вопросу докторскую диссертацию «О сравнительных скоростях света в воздухе и воде». Позднее, в 1862 году, с помощью вращающегося зеркала он выполнил улучшенное наземное измерение абсолютной скорости света.

В исследованиях электромагнетизма Фуко наблюдал нагрев проводника, движущегося в магнитном поле, вследствие возникающих в нём замкнутых индукционных токов. Такие вихревые токи впоследствии стали широко известны как токи Фуко. Этот эффект используется и учитывается во множестве устройств — от электромагнитных тормозов до трансформаторов и индукционного нагрева.

Из исследования вращения вырос ещё один знаменитый прибор. В 1852 году Фуко создал устройство с быстро вращающимся ротором, позволяющее демонстрировать сохранение направления оси вращения, и ввёл для него название «гироскоп» — от греческих слов, связанных с вращением и наблюдением. Позднее гироскопические принципы получили огромное значение в навигации и системах ориентации.

Фуко был избран иностранным членом Лондонского королевского общества и в 1855 году получил его медаль Копли. Он работал в Парижской обсерватории, а в 1865 году был избран членом Французской академии наук. Его научная репутация основана не на одной теоретической системе, а на серии точных экспериментов, превращавших трудно наблюдаемые физические явления в измеримые движения, скорости и силы.

Фуко умер в Париже в феврале 1868 года. Его маятник остаётся одним из наиболее наглядных экспериментов классической физики: наблюдатель стоит на поверхности Земли и видит медленное изменение траектории маятника, хотя в более фундаментальном описании движется прежде всего сама система отсчёта вместе с вращающейся планетой.