提起地球的自轉,在科學技術高度發達的今天,已經是一個不容置疑的真理,但如果讓人們對此作出證明,就不是一件簡單的事情了。
第一個對地球自轉做出證明的是法國物理學家傅科。他生於1819年,從很小的時候起,他就顯得心靈手巧,特別喜歡做些精致的小玩意兒。他的父母本以為他會成為一個巧手工匠,可是當傅科成年後,卻選擇了外科和顯微醫學,最後更令人意外地轉向了照相術和物理學方麵的實驗研究。不過,無論從事哪個方麵的研究,聰明勤奮的傅科都能得心應手。他專注於科研事業,取得了不俗的成績,還曾在1853年由於光速的測定而獲得了物理學博士學位,並被拿破侖三世委任為巴黎天文台物理學教授。
1851年,傅科進行了著名的傅科擺實驗。他根據地球自轉的理論,提出除了赤道以外,地球上的其他地方,單擺的振動麵都會發生旋轉。為了證明這一點,傅科在法國巴黎萬神廟的圓頂上將自己親手製作的傅科擺吊上,讓擺在廣場上悠然自得地擺動著。這時,成千上萬的人前來觀看這一奇妙的實驗。隨著時間一分一秒地流逝,人們發現了奇跡,那就是擺在悄悄地發生著“移動”,並且是沿順時針方向發生旋轉。有的人在擺動開始時,明明看到擺球運動到自己眼前,又蕩了回去,可經過一段時間後,擺球竟離自己越來越遠。實驗結束後,即使不懂地理學的人也得出了這樣的結論:眼看著自己沒有移動,那一定是腳下的地球發生了“移動”。地球在一刻不停地做著自轉。
為了加強說服力,這一實驗又被傅科移到巴黎天文台重做,也得到了相同的結論。後來傅科又在不同地點進行實驗,發現擺的振動麵的旋轉周期隨地點而異,其周期正比於單擺所處地點的緯度的正弦,在兩極的旋轉周期為24小時。振動麵旋轉方向,北半球為順時針,南半球為逆時針。這些實驗無疑成為地球自轉的最好證明。為此,傅科被授予榮譽騎士五級勳章。
傅科擺的擺動現已為世界所公認。我國北京天文館的大廳裏就有一個傅科擺,一個金屬球在一根係在圓穹頂上的長長細線下來回擺動著。下麵是一個刻著度數的像鐵鍋似的大圓盤,人們可以由此讀取擺動平麵旋轉的度數。前去參觀的人們都喜歡在這裏停留一段時間,親眼看一看地球是怎樣自轉的。
實際上,擺動的平麵是不會發生移動的,因為在地球上,無論什麼物體都無法擺脫地球自轉。而傅科選用了較長的金屬絲,是為了讓擺動的時間達到足夠的長度,這樣便於觀察擺動的變化,同時選用較重的擺球,是為了增加擺本身的慣性和動量,以克服空氣的阻力。一旦它擺動起來,作為一種運動狀態,有滯後於地球自轉的慣性,就能夠減少地球自轉的影響,但也不是脫離了地球自轉。
知道了這一點,我們就不難分析出這樣的結論:由於地球的自轉,每一個觀測者都被地球帶著運動,盡管觀測者站在原地沒有動,可腳下的地麵是動了,也就等於把觀測者悄悄地帶離了原地。因此,真正沒有移動的是擺動平麵。