傅科擺(設備)

傅科擺（英語：Foucault pendulum），是依據法國物理學家萊昂·傅科命名的，是證明地球自轉的一種簡單設備。雖然人們長久以來都知道地球在自轉，但傅科擺第一次以簡單的實驗予以證明。今天，它在許多科學博物館和大學內是很受歡迎的展品。

基本介紹

• 書名：傅科擺
• 作者： (意)翁貝托·埃科
• 原版名稱：Il pendolo di Foucault
• 譯者：郭世琮
• ISBN：9787532759941
• 頁數：750
• 定價：69
• 出版社：上海譯文出版社
• 出版時間：2014-1
• 裝幀：平裝

基本概述

為了證明地球在自轉，法國物理學家傅科（1819—1868）於1851年做了一次成功的擺動實驗，傅科擺由此而得名。實驗在法國巴黎先賢祠最高的圓頂下方進行，擺長67米，擺錘重28公斤，懸掛 點經過特殊設計使摩擦減少到最低限度。這種擺慣性和動量大，因而基本不受地球自轉影響而自行擺動，並且擺動時間很長。在傅科擺試驗中，人們看到，擺動過程中擺動平面沿順時針方向緩緩轉動，擺動方向不斷變化。分析這種現象，擺在擺動平面方向上並沒有受到外力作用，按照慣性定律，擺動的空間方向不會改變，因而可知，這種擺動方向的變化，是由於觀察者所在的地球沿著逆時針方向轉動的結果，地球上的觀察者看到相對運動現象，從而有力地證明了地球是在自轉。

傅科擺放置的位置不同，擺動情況也不同。在北半球時，擺動平面順時針轉動；在南半球時，擺動平面逆時針轉動。而且緯度越高，轉動速度越快，在赤道上的擺幾乎不轉動，在兩極極點旋轉一周的周期則為一恆星日（23小時56分4秒），簡單計算中可視為24小時。傅科擺擺動平面偏轉的角度可用公式θ°=15°tsinφ來求，單位是度。式中φ代表當地地理緯度，t為偏轉所用的時間，用小時作單位，因為地球自轉角速度1小時等於15°，所以，為了換算，公式中乘以15°。

北京天文館傅科擺

北京天文館大廳里就有一個巨大的傅科擺，時時刻刻提醒人們，地球在自西向東自轉著。

無論我們認為地球是繞自身軸旋轉，或者認為是恆星繞地球旋轉而地球處於靜止，這都是無關緊要的。

——馬赫

證明自轉

1616年伽利略接受羅馬教廷的審判，當他被迫承認 地心說 的時候，有人記載說，伽利略喃喃自語道：“可是地球仍然在動啊！”伽利略是否說過這句話已經不可靠，按理說後人杜撰的成分比較大。很難想像有人聽見了伽利略低聲說出的“異端”言論，並且把它記錄了下來，更何況當時伽利略已經神志不太清醒。聖經說大地是不動的；而地球是存在自轉和公轉。那么，一個問題是，如何觀察到地球的運動——比如自轉呢？

傅科

歷史實驗

時間回溯到1851年的巴黎。在國葬院（法蘭西共和國的先賢祠）的大廳里，讓·傅科（Jean Foucault）正在進行一項有趣的實驗。傅科在大廳的穹頂上懸掛了一條67米長的繩索，繩索的下面是一個重達28千克的擺錘。擺錘的下方是巨大的沙盤。每當擺錘經過沙盤上方的時候，擺錘上的指針就會在沙盤上面留下運動的軌跡。按照日常生活的經驗，這個碩大無比的擺應該在沙盤上面畫出唯一一條軌跡。該實驗被評為“物理最美實驗”之一。

實驗開始了，人們驚奇的發現，傅科設定的擺每經過一個周期的震盪，在沙盤上畫出的軌跡都會偏離原來的軌跡（準確地說，在這個直徑6米的沙盤邊緣，兩個軌跡之間相差大約3毫米）。“地球真的是在轉動啊”，有的人不禁發出了這樣的感慨。

國葬院

截止到2013年，巴黎國葬院中依然保留著150年前傅科擺實驗所用的沙盤和標尺。不僅僅是在巴黎，在世界各地你都可以看到傅科擺的身影，例如，你可以在北京天文館看到一個傅科擺的複製品。

懸掛方法

擺的運動可以超然於地球的自轉，但懸掛擺的支架一般卻要帶動它參與地球的自轉。為解決這一問題，傅科採取了一種簡單而巧妙的裝置－萬向節（如圖），從而使擺動平面超然於地球的自轉。

自轉慣性

傅科的這個擺的是一個演示地球自轉的實驗。這種擺也因此被命名為“傅科擺”。傅科擺為什麼能夠演示出地球自轉呢？簡單的說，因為慣性。

通常，我們說“地球具有自轉”的時候，我們並沒有明確出它到底相對於什麼自轉。這是一個非常重要的問題，如果沒有參照物，談論運動是不可想像的。還沒有辦法在空間中打上一根釘子作為絕對的參照物，因此，我們只能依靠較遠的、看起來似乎是靜止的天體作為參照物。事實上，那些天體也絕不是“空間中的釘子”，只不過因為它們實在太遙遠了，我們不妨——事實上恐怕也是唯一的選擇——把它們作為參照物。以遙遠的恆星作為參照物，一個物體不受外力作用的時候，將一直保持它的運動狀態。這也是牛頓第一定律的內容。

擺是一種很有趣的裝置。給擺一個恰當的起始作用，它就會一直沿著某一方向，或者說某一平面運動。如果擺的擺角小於5度的話，(高中物理書允許在10°之內)擺錘甚至可以視為做一維運動的諧振子。

考慮一種簡單的情況，假如把傅科擺放置在北極點上，那么會發生什麼情況呢？很顯然，地球在自轉——相對於遙遠的恆星自轉。同樣，由於慣性，傅科擺的擺錘相對於遙遠恆星的運動方向（平面）是不變的。（你可以想像，有三顆遙遠的恆星確定了一個平面，而傅科擺恰好在這個平面內運動。由於慣性，當地球以及用來吊起擺錘的架子轉動的時候，擺錘仍然在那個平面內運動）那么什麼情況發生了呢？你站在傅科擺附近的地球表面上，顯然會發現擺動的平面正在緩緩的轉動，它轉動的速度大約是鐘錶時針轉動速度的一半，也就是說，每小時傅科擺都會順時針轉過15度。擺在同一平面內運動，這裡所說的平面是由遠方的恆星確定的

如果把傅科擺放置赤道上呢？那樣的話，我們將觀察不到任何轉動。把擺錘的運動看做一維諧振（單擺），由於它的運動方向與地軸平行，而地軸相對遙遠的恆星是靜止的，所以我們觀測不到傅科擺相對地面的轉動。

在把傅科擺移回巴黎。擺錘的運動可以分解為沿地軸方向的和與之垂直方向上的兩個分運動。後者會產生相對地面的旋轉（正如北極的傅科擺）。這兩個分運動合成的結果是，從地面上的人看來，傅科擺以某種角速度緩慢的旋轉——介於傅科擺在北極和赤道的角速度之間。（也可以從科里奧利力的角度解釋，得出的結論是一樣的）如果在北極的觀測到傅科擺旋轉一周的時間是A（A=24h），那么在任意緯度γ上，傅科擺旋轉一周所需的時間是A/sinγ。對於巴黎，這個數字是31.8小時。

傅科巧手

1819年，讓·傅科生於巴黎。傅科從小喜歡動手做試驗，最初傅科學習的是醫學，後來才轉行學習物理學。1862年，傅科使用旋轉鏡法成果的測定了光速為289 000km/s，這是當時相當了不起的成績，因此他被授予了騎士二級勳章。此外，傅科還在實驗物理方面做出了一些貢獻。例如改進了照相術、拍攝到了鈉的吸收光譜（但是解釋是由基爾霍夫做出的）。

傅科擺實驗的第二年，即1852年，他製造出了迴轉儀（陀螺儀）——也就是現代航空、軍事領域使用的慣性制導裝置的前身。此外，他還發現了在磁場中的運動圓盤因電磁感應而產生渦電流，這被命名為“傅科電流”。當然，不能忘記的是傅科擺實驗，因為這個非常簡單的演示了地球自轉現象的實驗，傅科獲得了榮譽騎士五級勳章。

傅科使用了如此巨大的擺是有道理的。由於地球轉動的比較緩慢（相對擺的周期而言），需要一個比較長的擺線才能顯示出軌跡的差異。又因為空氣阻力的影響，這個系統必須擁有足夠的機械能（一旦擺開始運動，就不能給它增加能量）。所以傅科選擇了一個28千克的鐵球作為擺錘。此外，懸掛擺線的地方必須允許擺線在任意方向運動。傅科正是因為做到了這三點，才能成功地演示出地球的自轉現象。

小說

《傅科擺》（Foucault’s Pendulum，1988）

作者: (意)翁貝托·埃科
出版社: 上海譯文出版社
原作名: Il pendolo di Foucault
譯者: 郭世琮
出版年: 2014-1
頁數: 750
定價: 69.00
裝幀: 平裝
叢書: 翁貝托·埃科作品系列
ISBN: 9787532759941

內容簡介

《傅科擺》的主人公卡素朋是位治中世紀史的專家，他的朋友貝爾勃和狄歐塔列弗則是一家學術出版社的資深編輯，他們有一個共同的愛好：研究中世紀聖堂武士的傳說。根據掌握的一份神秘檔案，他們發現了一個天大的秘密：每過120年，一代又一代分散在歐洲各地的36名聖堂武士將要重新聚首一次，拼合他們手上斷簡殘篇的信息，以便掌握一種可以控制世界、改造人類前途的巨大能量。據說西方歷史上的種種神秘社團，比如薔薇十字會、大白兄弟會、共濟會等等，一直在追求著這種比核武器還要恐怖的能量。據說莎士比亞、培根、馬克思乃至愛因斯坦等歷史名人，也都是聖堂武士的傳人。卡素朋的女友莉雅通過研究檔案得出另外的結論：根本就沒有什麼聖堂武士的秘密，那份檔案不過是個送貨－購物清單。但已經走火入魔的三人根本不相信她的解釋，同時，許多“要將秘密知識據為己有的人”開始關注此事。最後，狄歐塔列弗死了，貝爾勃因之喪生，卡素朋知道自己也難逃毒手——雖然所謂的秘密不過是他們三人自己的發明。

一如在《玫瑰的名字》里那樣，翁貝托·埃科透過角色的名字玩弄了不少典故。《玫瑰的名字》里，威廉一名出自柯南道爾爵士《歇洛克福爾摩斯》系列裡的《巴斯克維爾獵犬》，波格斯的喬治（連環殺人案的元兇）居然是阿根廷小說家博爾赫斯（Jorge Luis Borges 1899~1986)的諧音。而在《傅科擺》中，至少有一個名字是讀者不可掉以輕心的。這個名字就是本書題目上的“傅科”（Foucault)。他是十九世紀法國物理學界的巨擘。他曾經參與發明高精度測量絕對光速的技術，更為地球繞軸旋轉提供了實驗證明。所謂“傅科擺”，正是這位物理學家賴以證實地球自轉速率的設計。但是“傅科”這個名字其實另有意旨，它暗示的其實是米歇爾傅科（Michel Foucault）

時值《傅科擺》出版二十五周年，作者翁貝托·埃科對小說進行了仔細修訂，增補了數幅插圖，並改寫了其中一個章節。本書以翁貝托·埃科於2013年修訂的《傅科擺》為底本。

20世紀70年代的米蘭，精通中世紀歷史的學者卡索邦博士與他的兩位朋友——加拉蒙出版社資深編輯貝爾勃和迪奧塔萊維，負責出版一套旨在贏利的“赫耳墨斯叢書”。

在雪片般湧來的稿件中，在與一個個神秘學愛好者的接觸過程中，一個不斷重複而又歧義叢生的“聖殿騎士陰謀論”反覆出現。三個夥伴自詡博學、技癢難耐，本著玩笑心理，將歷史中流傳著的眾多神秘事件、人物和社團編織成一個天衣無縫的“計畫”，幾乎“重寫”和“改寫”了整部世界歷史。為了讓“計畫”更為圓滿，他們臆造了一個秘密社團：“特萊斯”。沒有料到的是，神秘主義者照單全收，真的組織了“特萊斯”，追蹤卡索邦和貝爾勃，並將在全世界搜尋“計畫”中那張子虛烏有的“秘密地圖”……

作者簡介

Umberto Eco翁貝托·埃科(1932- ) 1932年1月5日出生於義大利皮耶迪蒙特亞歷山德里亞，Eco這個名字據說原是一位“先知”給他祖父取的名字，是ex caelis oblatus 的首字母縮寫，意為“上天所賜”。從1954年獲哲學博士學位，到現今為博洛尼亞大學高等人文科學院教授、院長，埃科的人生可謂豐富。1956年出版了第一本書 Il problema estetico in San Tommaso，內容是哲學博士論文的延續。同年，他開始在家鄉做演講，並逐漸和許多先鋒派作家、音樂家以及畫家建立起持久的關係。1959年，他的第二本書 Sviluppo dell’estetico medievale 出版，奠定了他作為最重要的中世紀學家之一的地位。在這期間，他還撰寫、編輯大量雜誌專欄，對文化現象進行評論，從迪斯尼到詹姆斯·邦德現象，再到中國革命時期的連環畫冊，內容幾乎無所不包。他也逐步發展在“開放”的文本和符號學方面的思想，發表《悠遊小說林》、《開放的作品》、《詮釋與過度詮釋》、《誤讀》等作品，到70年代末，埃科在符號學領域已經是領袖人物。接下來，他作為專欄作家、社會評論家的聲譽非常顯赫，《帶著鮭魚去旅行》、《密涅瓦火柴盒》等專欄隨筆集大受歡迎，在歐洲他已成為知識和教養的象徵。他還著手翻譯了多個作品，刊登在Il giorno, La stampa, Corriere della Sera等著名出版物上。可誰也沒有想到，他的人生軌跡在世紀之交發生如此重大的變化——他成了一位影響世界的小說家。

埃科身兼小說家、哲學家、史學家、文學評論家、符號學家、美學家和積極的公共知識分子等多種身份，除學術專著外，小說更為他贏得國際性聲譽。他在四十八歲時出版的第一部小說《玫瑰的名字》，行銷1600萬冊，席捲歐美各地暢銷書排行榜，被翻譯成近40種語言，贏得義大利和法國最重要的文學獎，1986年被改編為同名電影，由拍攝過《熊》、《情人》的法國大導演讓-雅克·阿諾執導，影壇巨星肖恩·康納利主演，創下極佳票房紀錄，轟動全球，更一舉囊括英國影藝學會、法國愷撒獎、德國電影獎、義大利國家影評人獎等多項殊榮。

除《玫瑰的名字》之外，小說《昨日之島》銷售400萬冊，《傅科擺》銷售900萬冊，新作《波多里諾》、《洛阿娜女王的神秘火焰》更是受到全世界埃科迷、懸疑小說迷、推理小說迷、魔幻小說迷的狂熱追捧。

埃科和妻子Renate育有一子一女。他對自己的評價是“會同時開始做許多事情，並把它們融合在一起，形成一種連續的內在聯繫的那種人……如果我沒有那么多的事情要做，我會迷失自己”。