Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки

Рис. 16. Маятник Фуко в Пантеоне с бордюрами из песка, при помощи которых показывается положение маятника в конце каждого качания

Демонстрация в Пантеоне проходила далеко не идеально. Бороздки, проделываемые штифтом, постепенно становились все шире и превратились в узкую восьмерку, скорее всего, из-за каких-то изъянов в струне или в месте крепления. Расстояние, проходимое диском маятника с каждым качанием, также уменьшалось вследствие сопротивления воздуха, хотя время, уходившее на каждое качание, оставалось неизменным (в силу изохронизма колебаний маятника, открытого Галилеем и справедливого для всех маятников с небольшой амплитудой колебаний). И тем не менее в течение примерно пяти или шести часов изменение в плоскости движения маятника было очевидным. На протяжении этого времени направление его движения смещалось влево по часовой стрелке (в Южном полушарии смещение происходило бы против часовой стрелки) приблизительно на 60–70 градусов. Восхищенный Луи-Наполеон учредил для Фуко специальную синекуру, назначив его физиком при Обсерватории и позволив перенести туда из подвала его домашнюю лабораторию.

Надо сказать, что 1851-й вообще был годом чудес. В лондонском Хрустальном дворце открылась Всемирная выставка, знаменуя собой начало новой эры в практике демонстраций и в организации пространства и времени. Чтобы по возможности отрегулировать поток публики, в билетах на выставку впервые было указано время посещения. Многие социологи ведут отсчет истории современных массовых мероприятий со времени лондонской Всемирной выставки.

Вдобавок 1851 год стал Годом маятника. Маятники Фуко распространялись по всему миру, их установили в Оксфорде, Дублине, Нью-Йорке, Рио-де-Жанейро, на Цейлоне и в Риме. Соборы с их высокими сводами и величественной атмосферой были идеальным местом для установки маятников. В мае 1851 года маятник был установлен в Реймском соборе (струна длиной 41 метр, диск весом 19,8 кг, отклонение при каждом качании более 1 мм), одном из красивейших готических соборов, где короновались короли Франции. В июне 1868 года маятник Фуко установили в Амьенском соборе, еще одном шедевре готической архитектуры. Маятник Фуко намеревались разместить и в лондонском Хрустальном дворце, однако организационные мероприятия слишком затянулись.

Один из таких маятников был представлен на парижской Всемирной выставке в 1855 году. Для этого события Фуко придумал хитроумное нововведение, с помощью которого при каждом качании диск маятника получал небольшой электромагнитный толчок, помогавший избежать убывания скорости. В том же году самый первый маятник установили в парижском Музее искусств и ремесел – учреждении, специально созданном как «хранилище новых и полезных изобретений». Маятник висит там и поныне.

Но маятник Фуко был не просто интересной публичной демонстрацией. Подобно любому научному открытию, он был бесчисленными нитями связан с прошлым и многое освещал в будущем. Историки науки, изучая тексты более ранних периодов, обнаружили, что у Фуко были предшественники. Оказалось, ученые и прежде обращали внимание на то, что груз раскачивающегося маятника медленно смещается влево. Среди них был и Вивиани, преданный ученик Галилея, первый всерьез занявшийся маятниками. Однако Фуко был первым, кто связал это смещение с вращением Земли.Тем временем сам Фуко признавал, что основная идея его изобретения принадлежит математику и физику Симеону-Дени Пуассону (1781–1840). Пуассон высчитал, что пушечные ядра в полете должны слегка отклоняться в сторону из-за вращения Земли, хотя он полагал, что это отклонение слишком мало, чтобы его можно было заметить. Пуассон также пришел к выводу, что вращение Земли должно воздействовать и на маятники, однако от него ускользнуло, что незначительное воздействие на движение диска маятника будет увеличиваться с каждым качанием, позволив движению, по выражению Фуко, накапливать эти воздействия и «перейти из области теории в область практических наблюдений». Позднее, когда дальность полета пушечных снарядов возросла, артиллеристам пришлось учитывать «эффект Пуассона». По словам физика Ричарда Крэйна,

...