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【科學史上的今天】09/18——傅科誕辰（Jean Bernard Léon Foucault, 1819－1868）

大概再也沒有其它科學實驗能像「傅科擺」這樣，如此一目了然地在我們眼前演示有違直覺的科學真理，同時還帶著莊嚴的肅穆之感與神聖的美感。如果伽利略當年知道這個實驗，他在宗教法庭上那句「可是地球仍然在動啊！」的喃喃喟嘆，會不會更能振振有辭呢？

發明這項實驗的傅科出生於巴黎，因為怕血而放棄醫科，將興趣轉向機械發明。他與另一位醫學中輟生投入銀版照相法的改良，拍下最早期的恆星照片。由於星光黯淡，必須用長時間曝光才足以讓恆星在底片上顯影；但因為地球自轉的緣故，結果會得到拖曳成線的星軌圖。傅科想到用鐘錶來控制照相機跟著轉動，使其固定指向恆星，如此就可以得到清楚的恆星照。

當他在車床上架設裝置，試著慢慢轉動底座時，發現鐘擺並不會隨著底座旋轉而改變來回擺動的方向。根據牛頓的慣性定律，這其實一點兒也不奇怪，但傅科卻是靈光一閃，在腦中啟動了類似愛因斯坦的思想實驗：如果底座擴大為整個房間地板，而我們站在上面跟著慢慢旋轉，就會以為是鐘擺的擺盪面逐漸改變方向。甚至進一步想，當我們站在地面上隨著地球自轉，不也會看到鐘擺改變擺盪方向？

傅科動手在家中實際實驗，他知道繩子要夠長才能顯示出擺盪軌跡的差異，而且為了克服空氣阻力，一開始的機械能要夠大，所以擺錘要夠重。經過幾次嘗試，終於在 1851 年 1 月 8 日成功觀察到繩擺逐漸以順時針方向改變擺盪方向。

不久後，巴黎天文台長請他前往重做此實驗，由於那邊可以允許更長的纜繩，效果更為明顯。消息傳開後，皇室要他在萬神殿公開演示。於是當天在場民眾即使早知地球自轉的事實，但在親眼目睹長 67 公尺的鋼絲吊掛著 28 公斤重的砲彈，以每 16 秒往返一次的速度緩慢沉重地來回擺動並且逐漸改變方向時，還是不免屏息讚嘆：地球真的在轉動啊！

這項實驗一炮而紅，傳遍各地；世界各國也紛紛架起傅科擺，公開供民眾參觀。而傅科為了使地球自轉的實驗不受限於特定場地，在第二年改用陀螺儀（此名詞即他所創）演示，並指出可作為一種定向裝置。雖然傅科後來還有許多科學貢獻，如發明校驗反射式望遠鏡之面鏡的方法、發明偏光鏡、用旋轉鏡測出誤差僅 0.6% 的光速，但大眾記得的還是以他為名的傅科擺。這或許是因為傅科擺如此簡潔有力地展示無形的、巨大的自然力量，並在觀賞者心中勾起一種敬畏的感動吧！就像傅科自己所形容的：

「這現象靜默的展現，既無形也永不停止。人們可以感覺到，可以看到它穩定的生成，它不受人為力量而加快或是減緩。看到這件事實的任何人都會駐足沉思、沉默片刻。而之後伴他離去的，則是那個對我們在太空中持續不間的運行有更敏銳體驗的永恆感覺。」

圖片說明：1851 年，傅科在巴黎天文台實驗的情境。本張圖片為 1912 年 《小巴黎（LE PETIT PARISIEN）》報紙，為了紀念此次地球自轉實驗滿 15 週年，所繪製刊載的插圖。