You are here

Жан Фуко и его маятник


Jean Foucault pendulum

... Есть, однако, в этом маятник нечто,
заставляющее меня всматриваться
в него внимательнее.
Эдгар По

Не буду скрывать, что для меня стало большой честью иметь возможность принять участие и выступить во время этого знаменательного события, которое хотя и проходило в нашем родном КПИ, но, без преувеличения, нужно говорить о событии общегосударственного значения. Имею в виду открытие 24 февраля 2011г., повторю, в Украине, настоящего маятника Фуко.

Начну с того, что именно благодаря маятнику имя выдающегося французского физика-экспериментатора известно, можно сказать, каждому образованному человеку. Но маятник, который прославил парижского профессора, члена Парижской академии наук Жана Бернара Фуко, далеко не единственное, а с точки зрения специалистов и не главное, что сделал в науке этот всемирно известный ученый. Напомню, что исследования Фуко больше касались не механики, а оптики и электричества. Так, в оптике он один из первых начал измерять скорость света и первый доказал, что она в воздухе и в воде различна, что было важно для понимания волновой природы самого света. Если коснуться электричества, то даже студентам технических специальностей, уверен, хорошо известны так называемые индукционные токи Фуко, которые, вызывая паразитный нагрев вредят работе большого количества устройств и с которыми поэтому надо бороться. Фуко занимался и приборостроением, и настолько усовершенствовал гироскоп, что именно после этого тот стал широко применяться в мореплавании и геодезии. И все это принадлежит одному и тому же исследователю, именем которого названо несколько известных физических явлений. Недаром Российская академия наук избрала Жана Бернара Фуко своим иностранным членом!

Считаю, об этом обязательно надо было напомнить, но сегодня я пишу не для чествования знаменитого имени Фуко, а совсем по другому поводу - открытии и запуску в КПИ простого прибора, который состоит только из двух элементов: достаточно тяжелого предмета, как правило, металлического шара, и, кто как пожелает, или относительно легкой веревки или троса, или цепи, на которых этот шар висит. Все вместе, то есть шар на подвесе, как все мы знаем, называется маятником, точнее математическим маятником, который может осуществлять периодическое ограниченное движение, что называется колеблющимся движением, или просто колебаниями. И в школе, и в университете подобные маятники являются одними из главных приборов для изучения законов Ньютона и проявлений земного притяжения, а также измерения различных физических величин, как: частот или периодов колебаний, их зависимости от длины подвеса и массы шара и тому подобное. Интересно, что все эти свойства маятников были хорошо известны и использовались задолго до собственных исследований Фуко.

Но опять же не это главное в маятнике Фуко, о котором идет речь. Главное, что впервые и понял Фуко на предмет использования, - это то, что плоскость колебаний маятника сохраняется во время его движения. А значит, если колебания происходят в системе отсчета, которая сама является неподвижной, то движение любых объектов, что в ней движутся, можно проследить и измерить. Таким образом, если, скажем, Земля подвижная, то она будет менять свое положение в пространстве относительно упомянутой плоскости.

Эта очень простая, на первый взгляд, а на самом деле гениальная идея до Фуко никого из других исследователей, образно говоря, не посетила. Из нее же немедленно следовало, что при достаточно длинной длине подвеса и как можно большем весе шара, когда период колебаний становится достаточно большим, можно наглядно наблюдать вращательное движение Земли в реальном времени, так как маятник не является жестко закрепленным относительно Земли.

Боюсь, обращаюсь прежде всего к молодым людям, их это не удивляет, потому что слова о вращательном движении Земли, скорее всего, им кажутся почти тривиальными. Молодому и среднему поколениям это, как и шарообразная форма Земли, известно не слов родителей или преподавателей, а благодаря, в частности, телевидению, где часто демонстрируются фото- и киносъемки из космоса. Поэтому о таких банальных вещах, казалось бы, нечего и говорить - любой заявит, что о таком давно и хорошо знает. Однако, призываю, не надо быть столь самоуверенными, поскольку модные и распространенные теперь различные социологические опросы выявляют и несколько грустные вещи. Так, по данным одного из них, что недавно произошел в разных регионах России, включая Москву и Санкт-Петербург, только 17% респондентов правильно ответили на вопрос о причинах смены времен года. Не думаю, что наши данные были бы намного лучше.

Jean Foucault Поэтому давайте вспомним, что предшествовало появлению маятника Фуко и в чем его роль, которая так сильно поразила людей. Дело в том, что люди всегда интересовались мирозданием. Я говорю люди во множестве, но это не совсем соответствует истине, так как на самом деле о подобных глубоких вещах думают только отдельные лица, а способных что-то понять вообще единицы. Но они, то есть такие, которые хотят разобраться в подлинной природе вещей, всегда присутствуют в массе людей. И на вопрос, как же организован мир в целом, свой ответ нашел греческий мыслитель Птолемей, который предложил модель, что стала признанной и получила название геоцентрической или Птоломеевой, системы мира. Опираясь на визуальные наблюдения, она гласила, что центром Вселенной является неподвижная Земля, вокруг которой по круговым орбитам движется Солнце, другие небесные тела, и звезды образуют сферический небосвод, тоже неподвижен.

Как ни странно, но такие представления просуществовали почти полтора тысячелетия. Точнее, 1400 лет всех людей Земли устраивало учение, согласно которому Земля - центральный объект мироустройства, и никто, или практически никто в этом не сомневался. Более того, система Птолемея была канонизирована церковью и на многие годы стала основополагающей составляющей христианского вероучения.

Однако все же оставались некоторые чудаки, которые не верили общепринятым утверждениям. Вернее, даже не столько не верили, сколько хотели убедиться, что геоцентрическая система работает. Тем более, что средства наблюдений постоянно совершенствовались.

Переворот в сознании был вызван польским астрономом Николя Коперником, который под давлением неопровержимых наблюдательных фактов, что не согласовывались с расчетами на основе Птоломеевой системы о движении планет и Солнца, фактически был вынужден отбросить геоцентрическое мироздание, где главным был постулат о центральном положении и неподвижности Земли, а сложный характер движений планет и Солнца объяснялся волей Творца, или Бога. Отказ от геоцентрической системы влек за собой отказ от идеи о человеке, как центральный в прямом и переносном смысле элемент божественного устройства мира что составляло основные положения Священной книги - Библии. Коперник же в центр поместил Солнце, предположив, что все планеты, включая Землю, вращаются вокруг него. Это вводило в обращение представление о гелиоцентрической системе мира, кардинально противоречило библейским канонам, ломало их. Именно поэтому трактат Коперника «Об обращении небесных тел», обнародованный в 1543 году, церковь строго запретила, и запрет длился около трех столетий, вплоть до 1828 года. Сделанное Коперником иначе, чем человеческим и научным подвигом, назвать нельзя. Добавлю, что распространение идей Коперника подвергалось большому сопротивлению со стороны церковных деятелей и церкви в целом. Сторонника этого учения Джордано Бруно было сожжено на костре инквизиции, и его собственные труды о бесконечности пространства во Вселенной также сожжено. И Галилео Галилей, чтобы не быть наказанным инквизицией, как мы знаем, отказался от некоторых своих убеждений относительно движения Земли, но перед смертью сказал широко известные слова: «И все-таки она вертится!», касающиеся Земли.

Надо при этом понимать, что все эти драматические события не доказывали и не могли доказать широкой общественности вращение Земли, так как само по себе вращение планет вокруг Солнца еще не предполагает их собственного вращения. Поэтому, когда Фуко понял, как и ради чего можно использовать обычный маятник, он одновременно также понял, чем рискует, и после демонстрации опыта императору Франции, которому тот понравился, он все же решил обратиться к Папе Римскому за специальным разрешением. Последнее, как ни странно, было получено из-за благословения, потому что, как заявил Папа, соответствующая демонстрация не только не отменяет Бога, а наоборот, доказывает его могущество. И вот ровно 160 лет назад в Парижском Пантеоне была осуществлена первая демонстрация того, что вращательное движение действительно имеет место и происходит вокруг оси, соответствующей направлению недвижимого подвеса или вертикали в той точке Земли, где этот подвес находится. Как писали тогда парижские газеты, собравшиеся на первую демонстрацию, были не столько возбуждены от увиденного, сколько потрясены ним, а до того неизвестное почти никому, кроме профессионального сообщества, имя Фуко достаточно быстро получило всемирную славу и теперь его знают даже школьники с родителями или школьными учителями что посетили тот или иной маятник Фуко. Маятники с высокими подвесами стали модными и их как особую диковинку, что, тем не менее, в определенной степени сохраняется до сих пор, стали строить много стран, но известных маятников Фуко не более полутора десятка. Например, в СССР самый известным был сооруженный в бывшем Ленинграде, в Исаакиевском соборе, и открытый ровно 80 лет назад, в марте 1931 года. Интересно, что тогда там находился Государственный антирелигиозный музей, а запуск маятника в газете «Правда» был назван триумфом науки над религией, что, конечно, к сожалению, не так.

Возвращаясь собственно к маятнику Фуко, добавлю, что он позволяет измерять широту своего географического расположения, а также, что знают меньше, такой феномен неинерциальных координатных систем отсчета, как некую силу инерционного происхождения, впервые рассчитал французский физик и инженер, тоже член Французской академии наук Гюстав Кориолис и которая уже 150 лет носит его имя. Она определяет, как должен сдвигаться предмет, когда его движение описывать в неинерциальной системе, но другие детали об этой силе выходят за пределы этого моего сообщения.

Таким образом, построение маятника Фуко является, по моему убеждению, выдающимся событием, а место его сооружения и регулярные демонстрации становятся, точнее - должны стать, важным центром просвещения. И то, что для такого места в Киеве выбрана научно-техническая библиотека КПИ, тоже правильно и глубоко символично.

И последнее. Примерно пять, а может шесть, лет назад одна из самых влиятельных газет мира «New York Times» провела опрос нескольких тысяч физиков многих стран по поводу наиболее важных и красивых физических опытов за всю историю человечества. Так вот, маятник Фуко занял среди первых десяти почетное 5-е место. А это ярко свидетельствует, что маятник Фуко делал и делает свое дело - неопровержимо доказывает всем, кто хочет в этом убедиться, что Земля действительно непрерывно вращается.

Хотел бы пожелать всем нам, чтобы маятник Фуко Киевской политехники оправдал наши общие надежды и всегда без каких-либо препятствий гармонично колебался, неся людям настоящие знания.

x

Електронний кампус

Інформаційні ресурси

Викладачі КПІ

GitHub репозиторій