Роберт Криз - Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки

Пользующийся метафорами – это вовсе не Аарон, внемлющий Моисею, пророку и открывателю истин, и возглашающий эти истины на доступном профанам языке. Или же, если все-таки развивать данную аналогию, следует признать, что не так уж и велика разница между откровением и проповедью, между открытием и его разъяснением и распространением, между тем, чем нечто является , и тем, на что оно похоже . Любой акт исследования неизбежно связан с метафорическим мышлением. Ведь Моисей тоже был своего рода Аароном по отношению к Богу.

Рис. 15.Маятник Фуко в парижском Пантеоне

Впервые я увидел маятник Фуко в моей родной Филадельфии. Маятник висит в фойе Института Франклина, в проеме основной лестницы. Тонкий трос, на котором он держится, прикреплен к потолку четырьмя этажами выше, а его серебристый шар беззвучно скользит взад и вперед над вделанным в пол кругом компаса (недавно там установили подсвечиваемый глобус). Я до сих пор прекрасно помню надпись на табличке на втором этаже: «Трос маятника имеет 85 футов длины; груз – свинцовый шар двадцати трех дюймов в диаметре массой 1800 фунтов». Маятник качается взад и вперед по прямой линии, тяжело и беззвучно, и одно колебание занимает десять секунд. Подвешенный груз каждый раз приходит немного левее, чем в предыдущий, то есть плоскость колебаний медленно поворачивается по часовой стрелке с неизменной скоростью – 9,6 градуса в час. В табличке также говорится, что впечатление, будто плоскость качаний маятника меняет направление, обманчиво. Ее направление неизменно по отношению к звездам [11]. На самом деле иллюзия перемещения маятника объясняется тем, что посетитель музея видит, как вращается Земля, а вместе с ней пол в здании Института и круг компаса в полу под маятником.

Маятник был установлен в 1934 году, когда Институт Франклина – точнее, научный музей – переехал в свое нынешнее здание. Установка маятника стала поводом для необычной демонстрации. Проволоку, весившую всего девять фунтов, нельзя было скатывать, а нужно было держать вытянутой во избежание возникновения загибов и растяжений, которые могли бы так или иначе помешать ее равномерному движению. В результате ее полностью вытянутой несли по улицам Филадельфии от места изготовления до нового здания. Медленная странная процессия из одиннадцати человек, несущих длинную проволоку, сопровождалась эскортом полиции и вереницей изумленных зевак и репортеров 93.

Маятник в Институте Франклина сигнализировал об изменении направления колебаний тем, что примерно каждые двадцать минут сбивал один из четырехдюймовых стальных колышков, расставленных на полу двумя полукругами вдоль внешней окружности компаса. Посещая музей, я частенько отходил от других экспонатов и присоединялся к толпе зрителей, наблюдающих за качанием серебряного шара и внимательно следящих за колышками в надежде увидеть, как один из них упадет. Вначале шар только задевал за колышек, от чего тот начинал покачиваться. Еще через несколько колебаний колышек уже заметно шатался. Еще ряд колебаний – и от очередного удара шара колышек едва удерживался в вертикальном положении. Но ненадолго! Еще одно или два колебания – и колышек опрокидывался, а шар начинал подбираться к следующему. Порой я просто смотрел на сам маятник, пытаясь почувствовать то, что рассказывала табличка: вообразить, как движемся я и пол у меня под ногами. По причинам, которые я так и не смог до конца понять, мне ни разу не удалось ощутить это полностью, хотя от маятника у меня навсегда осталось ощущение тайны и мистического благоговения.

Движения маятника, неподконтрольные человеку, стали для меня самым главным воплощением всесилия законов природы. Единственное человеческое воздействие на маятник заключалось в том, что сотрудник музея ежедневно в десять утра, перед самым открытием экспозиций, запускал маятник, и тот начинал раскачиваться в направлении север-юг. Иногда я приезжал в музей очень рано и, едва распахивались двери, со всех ног бежал к лестничному пролету, чтобы увидеть момент запуска маятника. Но я всегда опаздывал. Однажды я узнал, что один из сотрудников музея решил в качестве подарка сыну на день рождения позволить ему самому запустить маятник. Как же я завидовал этому мальчишке! Другие ребята мечтают, чтобы им позволили сделать первый удар в бейсбольном матче. Я же всегда мечтал запустить маятник Фуко.

Французский ученый Жан-Бернар-Леон Фуко (1819–1868) родился в Париже. Мальчишкой он мастерил механические игрушки, затем занялся медициной с тем, чтобы в дальнейшем применить свои практические таланты в хирургии, однако вскоре обнаружил, что не выносит вида крови и зрелища человеческих страданий. Он заинтересовался механическими инструментами и изобретениями; воображением Фуко завладел процесс фотографии, изобретенный его земляком Луи Дагером. В этом деле он смог успешно реализовать свои способности изобретателя. Его помощником стал еще один бывший студент-медик Ипполит Физо, и они вместе начали работать над усовершенствованием изобретения, которое сегодня известно под названием дагеротипа и являлось предшественником современной фотографии. В 1845 году они оба сделали первый отчетливый снимок Солнца. Затем, в 1850 году – вначале совместно, впоследствии же (рассорившись) по отдельности, – прежде чем приступить к измерению абсолютной скорости света в воздухе, они доказали, что скорость света в воздухе выше, чем в воде. Несколько позже Фуко также внес значительный вклад в создание зеркал для телескопов.

Фуко удалось сделать несколько первых фотографий звезд – настоящий технический подвиг для того времени. Обычно слабо светящиеся объекты фотографируются путем открывания затвора фотоаппарата на несколько минут. Но из-за вращения Земли вокруг своей оси создается впечатление, что звезды медленно движутся по небосводу: это делает невозможным фотографирование небесных тел способом очень долгой выдержки. Вместо этого Фуко возродил некогда отброшенную идею и изготовил похожее на часы устройство, управляемое маятником, с помощью которого можно удерживать камеру направленной на звезду в течение достаточного для экспозиции времени. Правда, вместо обычного диска на подвесе он использовал металлический стержень, который раскачивался подобно маятнику.

Бо́льшая часть этого оборудования была сделана в лаборатории, которую Фуко устроил в своем парижском доме на Рю-д’Асса. Однажды он вставил упругий длинный стержень в патрон ручного токарного станка. Заставив стержень колебаться, он медленно повернул ручку станка и с удивлением обнаружил, что стержень продолжает колебаться в той же плоскости, что и первоначально. Это пробудило в Фуко любопытство ученого, и он начал экспериментировать с более традиционным маятником – грузом сферической формы, подвешенным вертикально на рояльной струне. Он зажал струну в вертикально направленный патрон сверлильного станка, качнул маятник и включил станок. Маятник также продолжал колебаться в прежней плоскости.