Dobromila Lebrová: Léon Foucault, francouzský fyzik, astronom - 190. výročí narození

Rubrika: Publicistika – Co je psáno...

Přes svůj poměrně krátký život se tento fyzik zapsal do historie fyziky několika významnými objevy. Nejčastěji bývá citováno i v krásné literatuře jako cosi tajuplného Foucaultovo kyvadlo, pomocí něhož dokázal otáčení planety Země. Sám o tom prohlásil: „Jakýkoli člověk, který je uveden do přítomnosti této skutečnosti, se na pár okamžiků zastaví a zůstane zamyšlený a tichý; a pak se většinou nechá unášet stále pronikavějším a dychtivějším pocitem našeho neustálého pohybu prostorem.“
Jean Bernard Léon Foucault, jak zní celé jeho jméno, se narodil před sto devadesáti lety v neděli dne 18. září 1819 v Paříži. Jeho otec Jean Léon Fortuné Foucault byl nepříliš bohatým knihkupcem a vydavatelem, kterému se ale podařilo vydat vynikající vícesvazkové dilo o francouzské historii. Protože otec nebyl zdráv, odešel brzy do penze a rodina se kvůli otcovu zdraví přestěhovala do Nantes. Ale ani přestěhování zdraví otcovo nezlepšilo, zemřel r. 1829, kdy ještě nebylo Léonovi ani deset let.
Když se po otcově smrti s maminkou vrátili do Paříže, bydleli nedaleko Lucemburské zahrady na křižovatce ulic rue de Vangirard a rue d´Assas. Dům ještě stojí a je na něm pamětní deska. Matka Léonovi umožnila poměrně dobré vzdělání. Byl poslán do prestižní Collège Stanislas, kde ale příliš neexceloval - učitelé ho považovali spíš za líného, protože nestačil plnit úkoly v požadované době. Bylo to pravděpodobně způsobeno tím, že Léon měl značný problém s očima - jedno oko měl krátkozraké a druhé dalekozraké - a bylo prý to i na jeho vzhledu znát. Matka se tedy rozhodla při využití poručníků pro domácí učitele. V té době kamarádil Léon s dalším budoucím slavným francouzským matematikem a fyzikem - o dva a půl roku mladším, Julesem Lissajousem (1822 - 1880).
Dalším jeho přítelem, se kterým se poznal na Stanislavově koleji, byl Armand Hippolyte Louis Fizeau (1819 - 1896), rovněž významný fyzik.
Doma se projevovaly Léonovy konstrukční schopnosti - udělal si model lodi, mechanický telegraf, fungující model parního stroje. Učil se doma a prošel různými zkouškami až po bakalářské a začal v r. 1939 studovat medicínu. Chtěl splnit matce její sen - získat lékařský diplom a stát se chirurgem.
Ze začátku velice dobře prospíval a jeho profesor Alfred Donné (1801 - 1878) se z jeho úspěchů radoval. - Donné je znám jako objevitel vaginárního mikroorganismu Trichomonas vaginalis a rovněž jako první popsal mikroskopické příznaky leukémie ze vzorku krve.
Ale krize pro Foucaulta nastala v okamžiku, kdy přešel k vyšetřením do nemocnice. Zde zjistil, že nesnáší pohled na krev - omdlíval totiž. Donné mu chtěl ale pomoci. Vzhledem k jeho talentu se pokusil využít jeho schopností a tak ho zaměstnal jako asistenta pro své mikroskopické studie. Asistentem Donného byl pak tři roky.
Krátce před tímto životním zvratem vyslechl Foucault spolu s Fizeauem přednášku předchůdce fotografie Louise Daguerra (1787 - 1851) o jeho fotografických metodách. Fizeau začal metody zkoušet, ještě cosi vylepšíl a to přivedlo Foucaulta na myšlenku využít tyto - tehdy nové - zobrazovací metody ve své práci pro Donnéa. Zároveň se oba přátelé začali v této souvislosti zabývat vylepšováním stávajících světelných zdrojů. Foucaultovi se podařilo vyvinout metodu fotografování pomocí mikroskopu. Spolu s profesorem Donnerem zaznamenali množství mikroskopických zkoumání. Z jejich práce vzešel atlas „Cours de microscopie complémentaire des études médicales“ (Příručka doplňující mikroskopie k lékařským studiím anatomie), který byl pak vydán v r. 1845 v pařížském vydavatelství J.- B. Baillière, které se specializovalo na vydávání lékařských atlasů.
Profesor Donné byl vědeckým vydavatelem deníku „Journal des Débats“ (Časopis rozprav). V r. 1845 se svého postavení vzdal ve prospěch Foucaulta. Foucault, který nikdy nic takového nedělal - snad to byly pouze geny po tatínkovi, se ujal práce s nadšením a se snahou přiblížit vědecká zkoumání širší veřejnosti. Soudobý význačný francouzský matematik Joseph Louis Bertrand (1822 - 1900) komentoval Foucaultovy první vědecké články; psal o jejich duchovnosti. Vyzdvihoval Foucaultovu zdvořilost vůči vědcům i autorům a jeho opatrně formulované závěry. Po poměrně dlouhou dobu byla redakce tohoto časopisu pro Foucaulta jediným zdrojem obživy.
Z atlasu mikroskopie se o Foucaultovi dozvěděl další významný francouzský vědec François Arago (1786 - 1853), který měl za sebou mnoho úspěšných bádání v oblasti celé fyziky a který byl krátce na to - před revolucí v r. 1848 - jeden měsíc francouzským ministerským předsedou. Seznámil se s Foucaultem a navrhl jemu a Fizeauovi, kterého už znal z dřívějška, zda by se nechtěli pokusit o fotografie Slunce. Při prvních snímcích zaznamenali oba přátelé k velké radosti Aragově řadu slunečních skvrn. A Arago to byl, který zařídil, po zjištění Foucaultových schopností, aby se ucházel o možnost měření rychlosti světla ve vodě pro francouzskou akademii. Arago si sice přál pokus provést sám, ale měl takové oční problémy, že to nebylo možné. Fizeau a Foucalt využili jeho návrhu použití rotujícího zrcadla podle myšlenky britského fyzika Charlese Wheatstonea (1802 - 1875), který ho používal pro měření rychlosti elektrických výbojů.
Měřili rychlost světla ve vzduchu, tak, aby odstranili nepřesnosti, kterých se před nimi dopustili předchozí fyzikové, počínaje Galileem Galilei (1564 - 1642).
Hyppolyte Fizeau zkonstruoval otáčející se kolo se stem zubů, které se otáčelo rychlostí 100 otáček za sekundu. Za kolem umístil světlo a do poměrně velké vzdálenosti před kolo umístil zrcátko. Při změnách rychlosti otáčení kola sledoval, kdy se světlo vrátí stejnou mezerou mezi zuby a kdy ne.
Foucault se o určení rychlosti šíření světla pokusil v roce 1850 jiným způsobem. K určení rychlosti použil rotující zrcadlo. Světlo letělo k otáčejícímu se zrcadlu, kde se odrazilo zpět směrem na nepohyblivé a poté znovu zpět na otáčející se zrcadlo, které se ovšem mezitím pootočilo o malý úhel. Až další pokusy prováděl ve vodě a dokázal, že rychlost světla je ve vodě menší než ve vzduchu, čímž vyvrátil Descartovu (1596 - 1650) a Newtonovu (1643 - 1727) korpuskulární teorii světla a dokázal, že světlo je vlnění. Sám o svém pokusu napsal: „Nevynalezl jsem ani rotující zrcadlo ani achromatické čočky ani mikrometr, ale měl jsem to štěstí, abych dal tyto přístroje, vyvinuté jinými vědci, dohromady takovým způsobem, abych vyřešil problém zadaný před dvěma lety.“
Mezitím v r. 1849 vyšel jeho příspěvek v „Comptes - rendus de l'Académie des science“ (Referáty Akademie věd) s popisem elektromagnetického regulátoru pro elektrickou obloukovku. Obloukovou lampou se totiž zabýval na začátku čtyřicátých let a jeho vylepšení spočívalo v návrhu zařízení, které udržovalo uhlíky obloukovky ve stálé vzdálenosti. Dosáhl toho tím, že nahradil doposud používané uhlíky z dřevěného uhlí retortovanými uhlíky, tj. uhlíky vzniklými při destilaci nafty. Kvůli uhořívání uhlíků použil k jejich vzájemnému posuvu hodinového stroje.
Pravděpodobně v souvislosti se svými optickými pokusy a v návaznosti na svou oční vadu napsal v r. 1840 Foucault spolu s dalším svým přítelem, lékárníkem Julesem Ragnauldem (1820 - 1895) článek o binokulárním vidění. Příspěvek vyšel rovněž v r. 1849 v „Comptes - rendu“.
Jeho další myšlenkou bylo, zda by dokázal navrhnout závěs pro kyvadlo, který by umožnil volný pohyb kyvadla v libovolném směru, čímž by demonstroval otáčení Země. V r. 1851 takové kyvadlo zkonstruoval ve sklepě svého domu. Kyvadlo bylo dvoumetrové z tenkého ocelového drátu, na němž visela pětikilogramová koule. Kyvadlo bylo vychýleno ze svislé polohy a přivázáno ke stěně provázkem, který byl na začátku pokusu přepálen. Během první půlhodiny se kyvadlo už vychýlilo z původního směru kývání.
Foucaltův pokus je založen na setrvačnosti kyvadla. Kyvadlo rozkývané v určité rovině se snaží setrvat v této rovině, i když je závěs upevněn na něčem, co se otáčí, což v tomto případě mělo být otáčení Země. Ale po určité době se rovina kyvu od původní roviny kyvu vlivem otáčení Země odchyluje, až se projití celého cyklu navrátí do počáteční fáze. Foucault o tom řekl Aragovi a ten ho požádal, aby pokus zopakoval v pařížské hvězdárně (l´Observatoire de Paris).
Pozvánka k předvedení pokusu ve hvězdárně dne 3. února 1851 byla adresována všem vědcům. V tomto případě byl závěs jedenáctimetrový. Foucault uvedl, že úhel pootočení je závislý na sinu zeměpisné šířky místa, kde se měření provádí. Podle toho se jeho zákonu říkalo sinusový zákon. Matematický popis pokusu krátce na to předvedli dva vědci. Ve francouzské akademii předložil matematickou formulaci matematik Jacques Binet (1786 - 1856) a v turinské akademii v Itálii matematik a astronom Giovanni Plana (1781 - 1864).
Tehdejší francouzský prezident Ludvík Bonaparte, který rok na to stal francouzským císařem Napoléonem III., byl velkým ctitelem vědy, a ten zařídil, aby se Foucaultův pokus opakoval ve francouzském Pathéonu, v památníku, v jehož kryptě jsou pochováni slavní Francouzové. - Závěs byl dlouhý tentokrát 67 metrů, zátěž vážila 28 kilogramů a na konci byla opatřena hrotem, který zaznamenával pohyb kyvadla do písku na podlaze vzhledem k čáře naznačující první kyv. Veřejnost byla nadšená.
Chtěl ještě dokázat otáčení Země jiným způsobem. V r. 1852 vyvinul zařízení, které nazval gyroskop, podle řeckého „gyros“, což znamená „kruh“ nebo „otáčení“. Vycházel z myšlenky Piérra Simona de Laplace (1749 - 1827), který přišel s nápadem zkonstruovat jako pomůcku pro školní výuku - učil totiž na École polytechnique v Paříži - setrvačník, který by se pohyboval v pevném rámečku. Foucault zařízení zkonstruoval s použitím Kardanova kloubu a předpokládal, že gyroskop zůstane stát, zatímco se Země bude pohybovat. Pokus ale nebyl tak úspěšný jako u kyvadla z důvodu tření. V jeho době neměl jeho vynález takový význam jako v současnosti při letectví a hlavně při letech do vesmíru.
V r. 1854 založila skupina nadšenců pro fotografování „Société française de photographie“ (Francouzská společnost fotografie), jejímž zakládajícím členem byl i Foucaultův přítel Ragnault. Foucault se stal rovněž jejich členem a některé jeho fotografie jsou dodnes chloubou světových výstav.
Politické změny, které mezitím ve Francii nastaly, pracovaly ve Foucaultův prospěch. Koncem r. 1851 byl státní převrat, Ludvík Bonaparte rozpustil parlament a po roce se prohlásil císařem Napoléonem III.
Doposud vědecká veřejnost nebrala Foucaulta vážně, vzhledem k tomu, že neměl dokončené vědecké vzdělání. Napoléon to celkem chápal, protože sám byl vědec - amatér. Z toho důvodu vědu podporoval a vysloveně pro Foucaulta v r. 1855 zařídil místo fyzika v nově přejmenované „L´Observatoire imperial de Paris“ (Císařské hvězdárně v Paříži).
V září 1855 experimentoval Foucault s měděným diskem, otáčejícím se v magnetickém poli. Poznal, že se disk a ohřál a také že se v důsledku ohřátí zvětšil. Zjistil tedy, že pokud se pohybuje masivní vodivý předmět v magnetickém poli, vznikají proudy, jejichž směr se nedá určit a po určité době způsobují ohřátí tohoto předmětu. Tyto proudy se nazývají buď „vířivé“ nebo po něm Foucaultovy. Je zapotřebí s ními počítat především při návrzích elektrických motorů, aby nedošlo k přehřátí jejich součástí. Ale vířivých proudů lze naopak s výhodou využívat v elektrickém ohřevu, například v povrchových úpravách kovů.
Foucaultovi se ale dostalo v tomto roce i mezinárodního ocenění - od anglické akademie Royal Society dostal Copleyovu medaili - nejvyšší ocenění, které akademie udílela. Podle některých pramenů to bylo za gyroskop, podle jiných za souvislosti mezi elektromagnetismem a teplem - tedy za vířivé proudy. Ovšem ve zprávě akademie stojí, že medaili dostal "For his various researches in experimental physics" (Za různá bádání v experimentální fyzice).
Jako pracovník pařížské hvězdárny se zabýval otázkou zlepšení povrchu dalekohledových zrcadel. V r. 1857 použil postříbření odrazné plochy zrcadel, což bylo možné případně i opravovat či obnovovat. Jeho technologie se užívalo po celé století. - O dva roky mu o tom vyšlo pojednání „Mémoire sur la construction des téléscopes en verre argenté“ (Elaborát o konstrukci dalekohledu z postříbřeného skla).
Vyvinul také fotometr - přístroj na měření intenzity světla a vyvinul speciální rtuťový přerušovač pro zlepšení účinnosti indukčních cívek.
V r. 1860 doprovázel Foucault ředitele pařížské hvězdárny Urbaina Le Verriera (1811 - 1877) do Španělska, kde fotografoval zatmění Slunce.
Začala přicházet ocenění. V r. 1862 se stal rytířem francouzské Čestné legie, stal se členem Royal Society v Londýně. Byl zvolen členem „Bureau des Longitudes“ (Úřadu pro měření délek). Stal se členem německé akademie „Deutsche Akademie der Naturforscher Leopoldina“ (Německá akademie přírodovědců Leopoldina) a r. 1865 se stal také po smrti jednoho ze zakladatelů termodynamiky - fyzika Émila Clapeyrona (1799 - 1864) - i členem mechanické sekce francouzské akademie věd l´Académie se sciences. Podle některých pramenů byl i zahraničním členem ruské akademie v St. Peterburgu.
V r. 1865 napsal článek o Jamesu Wattovi (1736 - 1819).
V říjnu 1867 začal Foucault mít ve svých rukou pocity necitlivosti. Nemoc velice rychle pokračovala i přes snahy jeho matky najít nějaké metody k uzdravení. Některé prameny uvádějí, že šlo o roztroušenou sklerózu. Ale mnozí životopisci se domnívají, že šlo o otravu rtutí, jejíž příznaky se roztroušené skleróze podobají. Je to celkem logické - Foucault při svých elektrotechnických pokusech pracoval velmi často se rtutí - a protože byla elektrotechnika tehdy ještě velmi mladý obor, zapálené vědce nebezpečí práce se rtutí vůbec nenapadlo.Je možný i dědičný vliv po otci, bylo známo, že byl velmi křehké konstituce, jak tělesně, tak nervově.
Zemřel v úterý 11. února 1868 ve věku 48 let.
Pochován byl na hřbitově na Montmartru.
Jeho dílo vydala jeho matka v r. 1878 pod názvem „Recuel des travaux de Lón Foucault“ (Sborník vědeckých prací Léona Foucaulta). Jeho základní díla vycházela časopisecky v letech 1847 až 1869 v „Comptes-rendus“.
V Paříži je ulice jeho jména, na Měsíci je jeho kráter a jeho jméno nese i asteroid (5668).
V r. 1995 pracoval v marseilleské hvězdárně novozélandský astronom William Tobin, který obdivoval Foucaultův dalekohled, který je tam stále vystaven. Nadšen jeho dílem, začal pátrat po jeho životě a napsal jeho životopis „The Life and Science of Leon Foucault: The Man who Proved the Earth Rotates“ (Život a věda Léona Foucaulta: Člověk, který dokázal otáčení Země). Kniha vyšla v r. 2003. Její autor se tak nadchl pro Foucaulta, že se ve Francii po odchodu do důchodu v r. 2006 usadil.
Z knihy je možné se dozvědět ještě pár útržků o Foucaultově životě. Foucault, i když se nikdy neoženil, měl společnost žen rád, měl více přátel než nepřátel, miloval pití kávy, ale pravděpodobně nekouřil.
U nás jsou v některých místech také Foucaultova kyvadla. Má prý být v Rotundě v Květné zahradě v Kroměříži a od r. 1994 také ve vestibulu techniky v Praze 2, na Karlově náměstí 13. 

Tento článek byl v Pozitivních novinách poprvé publikován 18. 09. 2009.