Биография Жана Фуко

Биография Жана Фуко

Жан Фуко, 1819 – 1868, французский физик

Гениальный физик, который доказал, что Земля вращается вокруг своей оси, родился 18 сентября 1819 г. в Париже, в семье известного книгоиздателя. Учиться маленький Жан Бернар Леон не любил, однако уже в детстве проявлял незаурядные способности. С минимальным набором инструментов он мог сконструировать телеграф, собрать паровую машину и прочие технические игрушки, а также мастерски управлялся с токарным станком. Последний и определил его судьбу. Однажды Жан заметил: если зажать в патроне станка длинный упругий прут и заставить его колебаться, то плоскость движения даже при очень высокой скорости не изменится. Данное явление заинтересовало Жана, и для удобства он решил заменить прут маятником. Это и было первым шагом к доказательству вращения Земли.

Повзрослев, Фуко увлекся медициной и даже собрался посвятить себя хирургии. Увы, паническая боязнь крови разрушила его планы. Не в силах совладать с собой, он оставил мысли о врачебной практике. Зато не оставил работу с микроскопом, что привело Фуко в область экспериментальной физики.

Первым делом Жан сконструировал электрический прибор для освещения поля зрения микроскопа. Затем усовершенствовал фотографический процесс, разработанный Л. Дагером, после чего стал делать отчетливые снимки объектов под микроскопом. Три года Фуко занимался микроанатомией, помогая готовить курс лекций А. Ф. Донне, одному из основателей микрофотографии. А потом начал экспериментировать с механикой, электричеством, электромагнетизмом и оптикой, самостоятельно конструируя все необходимые приборы. Одним из таких приборов был первый автоматический регулятор света для дуговой лампы, излучающей свет с помощью электрической дуги – определенного вида разряда в газе. Впоследствии этот регулятор использовался в Парижском оперном театре для имитации восхода солнца.

К 1845 г. Жан вместе с другом И. Физо разработал новый метод изготовления зеркал для крупных телескопов. Вместо привычного в то время металла ученые предложили использовать покрытое тонким слоем серебра стекло. Такой вариант был намного легче и дешевле традиционного. К тому же в случае потускнения металл приходилось перешлифовывать, а стекло можно было просто заменить. Благодаря этому изобретению Фуко сделал серию относительно четких фотографий Солнца, на которых даже просматривались пятна на поверхности.

В том же 1845 г. французский ученый Ф. Араго убедил Фуко и Физо измерить скорость света. Физо собрал базовую экспериментальную установку с зубчатым колесом и полупрозрачным зеркалом, в 8633 м от которого находилось еще одно, плоское зеркало. Луч направлялся на полупрозрачное зеркало, а оно отражало свет на плоское зеркало. Поскольку стотысячные доли секунды измерять еще не умели, Физо использовал зубчатое колесо, которое вращалось между зеркалами и периодически закрывало свет. Постепенно увеличивая скорость вращения колеса, физик довел ее до 12,67 оборота в секунду, и тогда свет исчез, так как не успевал «проскакивать» между зубцами. Рассчитав скорость вращения колеса, количество зубцов и удвоенное расстояние от источника до зеркала, друзья вычислили, что скорость света равна 315 тыс. км/с.

Позднее Фуко дополнил и усовершенствовал установку Физо – заменил зубчатое колесо вращающимся полупрозрачным зеркалом, и это позволило ему получить более точный результат – 298 тыс. км/с. Далее ученые определили скорость света в воде. И выяснили, что она меньше, чем в воздухе, чем окончательно доказали волновую природу излучений.

В 1850 г. Жан Фуко представил самое известное свое изобретение – маятник, демонстрирующий вращение Земли и определяющий длительность суток. Первые опыты ученый провел в подвале своего парижского дома, прикрепив к своду стальную проволоку с подвешенным 5 килограммовым шаром. Жан отвел шар в сторону, к стене, затем «пустил в свободный полет» – и… зафиксировал смещение плоскости колебаний маятника на несколько градусов. Какой вывод можно было сделать из этого наблюдения? Только один: Земля вращается!
Поздно ночью Фуко описал это гениальное открытие, а месяцем позже собрал академиков в Парижской обсерватории, после чего президент Второй республики Луи Бонапарт (будущий Наполеон III) потребовал провести опыт в Пантеоне – архитектурно историческом памятнике Парижа. Теперь уже шар, подвешенный под самым куполом здания, весил 28 кг, а длина стальной проволоки составляла 67 м. Под креплением было сооружено шестиметровое круговое ограждение, вокруг которого насыпали песок, чтобы маятник при пересечении линии круга оставлял отметки. Одно движение маятник совершал за 16,4 секунды и при каждом новом колебании отклонялся от предыдущей отметки на 3 мм, так что за час плоскость колебания изменилась практически на 11°, а через 32 ч завершила полный оборот. Таким образом, Фуко подтвердил, что Земля вращается.

80 лет спустя модель его маятника была установлена в петербургском Исаакиевском соборе, а позже – в Харькове, Болонье, Вильнюсе, Нагасаки и других городах мира. В 2011 г. в Киевском политехническом институте появился самый большой маятник на постсоветском пространстве, весящий 43 кг.

После фееричной демонстрации своего изобретения Фуко сконструировал гироскоп – прибор, представляющий собой твердое тело, укрепленное в карданном подвесе (шарнирной опоре, состоящей из трех колец и позволяющей закрепленному в ней объекту вращаться вокруг своей оси одновременно в нескольких плоскостях). Свойства гироскопа широко используются в современной технике для придания устойчивости, определения направления, автоматического управления самолетами, судами, реактивными снарядами.

В 1855 м Фуко обнаружил: если взять медный диск диаметром 5 см и толщиной 5 мм и уронить его между полюсами неактивного электромагнита, то пластина упадет с обычным ускорением. Однако при включении магнитного поля падение диска резко замедлится, словно в очень вязкой среде. А сама пластина нагреется от вихревого тока («токов Фуко»), индуцированного в металле.
Спустя несколько лет ученый придумал способ определять с точностью до 25 мкм, насколько сильно зеркало телескопа отклоняется от сферической формы. Этот метод получил название «тест Фуко острием ножа».

В середине 1860 х у Фуко проявились симптомы рассеянного склероза, а 11 февраля 1868 г. ученого не стало. За 48 лет жизни он оставил яркий след в мировой физике, хотя Парижская академия наук далеко не сразу оценила его работы. Попытка Фуко в 1857 г. вступить в АН окончилась неудачей. И только восемь лет спустя, когда ученый уже был членом Лондонского королевского общества и Берлинской АН, его приняли в Парижскую Академию. А в 1860 м он стал членом корреспондентом Петербургской АН.