Увлечённый наукой, но не учёбой: легендарный Жан Фуко

Выдающийся ученый Жан Бернар Леон Фуко прожил всего 45 лет, но как прожил! Он изобрел гироскоп, измерил скорость света, исследовал вихревые токи (которые теперь названы его именем), сделал первую в истории фотографию солнца, показал как вращается Земля с помощью изобретенного им маятника, и усовершенствовал множество уже созданных изобретений.

Жан Бернар Леон Фуко родился 18 сентября 1819 года в Париже, в состоятельной семье книготорговца, прославившегося сериями книг об истории Франции. В детстве будущий ученый не проявлял интереса к учёбе. Один из немногих его друзей впоследствии скажет:

«Ничто в мальчике не предвещало, что когда-нибудь он станет знаменитым. Его здоровье было хрупким, характер – мягким, робким, сдержанным. Из-за слабого здоровья и медлительности он не мог учиться в колледже, а только благодаря помощи преданных своему делу наставников, за которыми наблюдала его мать».

Учителя его описывали как ленивого, не сдающего работы вовремя воспитанника. К тому же Жан Бернар Леон стеснялся своей болезненной внешности и астигматизма, но несмотря ни на что ему удалось окончить Колледж Станислава – престижное католическое учебное заведение для детей буржуа – и получить степень бакалавра гуманитарных наук.

Хотя у мальчика и не наблюдалось интереса к учёбе, Жан Бернар Леон проявлял незаурядные технические способности: в 13 лет он с минимальным набором инструментов сконструировал телеграф и паровую машину. А его судьбу решило умение мастерски обращаться с токарным станком. Мать решила, что с такой ловкостью рук из него получится отличный хирург, поэтому юноша поступил в Парижскую медицинскую школу в 1839 году. Профессор Альфред Донне был очень доволен успехами студента Фуко, но оказалось, что будущий хирург совершенно не переносит вида крови, и ему была предложена скромная роль лаборанта.

Все эти годы Жан Бернар Леон вместе с другом по колледжу Ипполитом Физо с восторгом следил за технической революцией, которая во Франции и по всему миру набирала обороты. Однажды они присутствовали на беседах Луи Дагера о способах фотографии и взялись усовершенствовать конструкцию аппарата для съёмки через микроскоп. Так Жан Бернар Леон создал своё первое научное изобретение – прибор для электрического освещения поля зрения микроскопа.
В 1845 году Фуко и Донне опубликовали «Курс микроскопии», который содержал 80 фотографий объектов под микроскопом. Сразу после этого 25-летний Фуко заменил Донне на посту научного редактора ежедневной газеты Journal des Débats, а Донне вошёл в историю как изобретатель микрофотографии.

За время работы в газете (1845–1862) Фуко написал несколько сотен научных статей. Вот как о нём отзывались коллеги: «В возрасте 25 лет, ничего не почерпнув в школе или из книг, увлечённый наукой, но не учёбой, Леон Фуко сделал работу учёных понятной и ценной для общественности. Начав без всякого опыта заниматься наукой высочайшего уровня со всей её неразберихой и проблемами, он уверенно достиг успеха».
Или вот ещё: «Всегда вежливый, но ищущий правды, Фуко выносил взвешенные суждения. Ранее неизвестный, этот молодой человек без научных публикаций и известных научных открытий проявлял тихий авторитет и откровенность, что раздражало многих ведущих учёных».

После публикации «Курса микроскопии» к Фуко и Физо подошёл физик и астроном Доминик Франсуа Жан Араго и спросил, могут ли они сфотографировать солнце. Друзья с азартом взялись за новую задачу и сделали первую в истории фотографию солнца! Она была получена 2 апреля 1845 года, с помощью процесса дагеротипии и выдержкой 1/60 секунды. При внимательном осмотре можно заметить солнечные пятна.

В процессе работы Фуко и Физо придумали новый метод изготовления зеркал для крупных телескопов. Вместо привычного в то время металла учёные 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. Араго пришёл в восторг от результатов и, поняв, что этот тандем способен и на другие эксперименты для Парижской академии наук, предложил друзьям измерить скорость света. Учёные справились и с этой задачей, причём при помощи очень хитроумной конструкции. Опыт Фуко–Физо был проведён на специально придуманной установке. Поскольку стотысячные доли секунды измерять ещё не умели, экспериментаторы использовали зубчатое колесо, которое вращалось между зеркалами и периодически закрывало свет. Когда скорость вращения достигла 12,67 оборота в секунду, свет исчез, так как не успевал «проскакивать» между зубцами. Рассчитав скорость вращения колеса, количество зубцов и удвоенное расстояние от источника до зеркала, исследователи вычислили, что скорость света равна 315 тыс. км/с. Позднее они усовершенствовали конструкцию, что позволило получить более точный результат – 298 тыс. км/с. По такому принципу измерялась и скорость света в воде.

Результаты опыта стали сенсацией, потому что подтвердили теорию волновой природы света и окончательно «вбили гвоздь в гроб Ньютоновской корпускулярной теории». Сам Фуко в атмосфере шумного успеха был скромен:

«Я не изобретал ни вращающееся зеркало, ни ахроматическую линзу, ни сеть, ни микрометр, просто мне посчастливилось соединить эти инструменты, разработанные другими учёными, таким образом, что я решил проблему, поставленную 12 лет назад».

Этот эксперимент Фуко описал в диссертации под названием «О скоростях света в воздухе и воде» и был удостоен за неё докторской степени. А через год, в январе 1851 года, Жан Бернар Леон Фуко разослал учёным Парижа письма такого содержания: «Приглашаю вас понаблюдать за вращением Земли». Это была презентация маятника, о котором будут знать даже школьники спустя столетия: эти маятники будут устанавливать по разным городам мира и посвящать им бессмертные произведения.

Учёный сконструировал такую опору, которая позволяла бы маятнику свободно перемещаться в любом направлении без сопротивления. То есть подвес оставался бы неподвижным относительно звезд, маятник свободно колебался, а пол вместе с планетой медленно вращался, оставляя на специально насыпанном песке отметки. Самый первый эксперимент с двухметровым маятником Фуко провёл ночью 8 января 1851 года в погребе своего красивого дома на перекрестке улиц Вангирар и Ассас. Окрылённый успехом, исследователь рассказал Араго о своём достижении, и титулованный физик попросил его торжественно повторить опыт публично. Этот торжественный показ прошёл в марте 1851 года в парижском Пантеоне.

Успех был таким ошеломительным, что было немедленно объявлено, что опыты Фуко в пантеоне проводились по просьбе президента Второй республики Луи Бонапарта, будущего Наполеона III. Понаблюдать за вращением Земли с помощью маятника Фуко в Парижском пантеоне можно и сегодня, а также во многих других городах мира.

Официальных подтверждений тому нет, но когда император пришёл к власти в 1851 году путём государственного переворота, а Наполеон III был учёным-любителем, то специально для Фуко при Императорской обсерватории была организована должность физика. Получив новые возможности, Фуко создавал для Обсерватории телескопы с множеством инновационных функций, которые позволили сделать новые открытия. Скромный по природе, Жан Бернар Луи Фуко не стал почивать на лаврах, продолжая различные эксперименты и исследования. Он изобрёл гироскоп – прибор, представляющий собой твёрдое тело, укреплённое в карданном подвесе, позволяющем закреплённому в нём объекту вращаться вокруг своей оси одновременно в нескольких плоскостях. Свойства гироскопа широко используются в современной технике для придания устойчивости, определения направления, автоматического управления самолётами, судами, реактивными снарядами, в космическом телескопе Хаббл и множестве других.

Фуко также принадлежит изобретение автоматического регулятора света для дуговой электрической лампы, который впоследствии Парижский оперный театр использовал для имитации восхода солнца. Фуко проводил исследования в области электромагнетизма и астрономии. Он подробно исследовал вихревые токи, позднее названными токами Фуко, и открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами. Эти исследования нашли применение в разработке электродинамических тормозов-замедлителей, которые и сейчас используются при эксплуатации грузовых автомобилей, автобусов, поездов.

Конечно, знаменитый учёный был избран членом Парижской Академии наук, хотя и не с первой попытки. Он стал иностранным членом Лондонского королевского общества и Берлинской Академии наук, членом-корреспондентом Петербургской Академии наук. За экспериментальные исследования в области физики в 1855 году его наградили медалью Копли – престижной наградой Лондонского королевского общества. В 1862 году Наполеон III сделал его офицером Почётного легиона за научные достижения в экспедиции в Испанию с целью наблюдения за затмением солнца.

Жан Бернар Леон Фуко прожил недолгую яркую жизнь. Он скончался в возрасте 48 лет от рассеянного склероза. Вполне вероятно, что болезнь была результатом действия химических веществ (в частности ртути), с которыми Фуко экспериментировал всю свою жизнь.

В начале ХХ века его имя выгравировали на Эйфелевой башне в числе 72 имён самых выдающихся учёных, инженеров и промышленников Франции, живших в период с 1789-го по 1889 год.

По материалам Оксаны Прилепиной