不用去太空,只要有傅科擺也可以讓你看到地球轉動

每天太陽東升西落，晚上又有"半個月亮爬上來"，依據常識，我們都會知道一定有東西在轉動，那到底是什麼在轉動呢？最直觀的解釋就是太陽月亮都圍繞著地球轉動，這也是最好理解的，這方面最成功的理論就是託勒密的"地心說"。

不過理論並不是只用來解釋日常的，還需要解釋天象，比如日食月食什麼時候有，這個問題在那個時代很重要，還有更重要的編撰曆法，這是關係國計民生的大事，春種秋收都靠曆法，慢慢地地心說的錯漏之處也顯露出來了。

於是就有了哥白尼的"日心說"，"日心說"雖然不是絕對真理，但比"地心說"前進了一大步，這也引來了教會的瘋狂報復，在教會的眼中，大地作為宇宙中心才更能符合他們的利益，而且要是"日心說"正確的話，那麼地球就要轉起來了，這是教會無論如何都不能接受的，出於對教會的恐懼，哥白尼臨去世前才公布了他的研究。

偉大的伽利略接過了哥白尼的旗幟，繼續宣揚"日心說"，教會再也不能忍受了，對伽利略進行了"世紀審判"，年邁的伽利略跪在冰冷的地面上，喃喃說道"畢竟地球就是在轉動啊"。

教會之所以會這麼肆無忌憚，當然是因為他們掌握的巨大權力，還有很重要的一點那就是人們並不能感覺到地球轉動，無論哥白尼還是伽利略都是依靠天文觀測知道的地球轉動，而絕大部分人是沒有機會進行天文觀測的。

要是傅科生在了那個年代，估計教會就不會那麼囂張，因為他發明的傅科擺就可以讓每個人都看到地球在轉動。

傅科

1、 為什麼人們感覺不到地球轉動

先來說一下為什麼在地球上不容易感到地球的轉動。

首先我們每個人對於地球來說太渺小了，我們小時候都做過旋轉木馬，即使閉上眼睛堵上耳朵，我們也能知道木馬在旋轉，因為都能感到向心力，就是旋轉木馬對每個人的推力，我們都要抓緊欄杆，還有一個遊戲叫瘋狂老鼠，那個感覺就更強烈了，都感覺要飛出去了，這就是向心力。

地球的旋轉速度也非常快，"坐地日行八萬裡"嘛，為什麼我們感覺不到旋轉的向心力呢？因為地球太大了，自轉的角速度又太小了，24小時才轉360°，要是旋轉木馬也是這個角速度的話，我們也感覺不到向心力，不過沒有一個商家會這麼做，因為一天才轉一圈，那就賠死了。

還是來看看向心力公式吧，來計算一下地球自轉我們受到多大力量。

公式中，T就是周期，就取24小時吧，r是地球半徑，就按照6400千米算吧，m是人體質量，按照60kg，這樣算下來，向心力大約就是2牛頓，差不多就是人體重量的1/300，這還不如一陣風的力量大呢，所以我們就根本感覺不到。

要是地球的旋轉速度快到1小時22分鐘一圈的話，向心力就差不多等於我們的體重了，那麼我們就可以飛起來了。

但是即便木馬轉的非常慢，我們不用抓緊欄杆，僅僅憑摩擦力就可以對抗向心力的時候，就是說感覺不到向心力，我們照樣知道木馬在轉，這是由於我們睜著眼呢，可以看到身邊不動的東西，這就是參照物，可是在地球上我們找不到這麼一個不動的參照物，所以也就感覺不到地球的自轉了。

二、傅科讓人們看到了轉動的地球

根據牛頓第一定律，在沒有受到外力情況下，物體的運動狀態不變，但是完全不受外力的物體是不存在的，只能找到受外力影響非常小的系統，於是傅科想到了單擺。

說起來單擺還是伽利略的發現，伽利略在看到教堂的鐘的時候，發現來回搖晃的鐘每次搖擺都具有等時性，這同樣也是後來惠更斯發明掛鐘的原理，其實單擺在擺動角度很小的時候，小於5°的時候是一個簡諧振動，在沒有耗盡初始能量之前是一個穩定系統。

要是單擺在一個固定平面上，單擺來回擺動的軌跡是完全重合的，但是要是再一個轉動的平面上呢，當單擺擺過來的時候，是一條軌跡，擺回去的時候由於平面已經轉動了一個角度，那麼單擺的軌跡就和原來的有一點偏差，只要記錄單擺的軌跡就可以知道平面是不是轉動了。

同樣這個原理也可以用在地球上，不過單擺要做的非常大，因為地球轉的太慢了。於是傅科就做了一個巨大的單擺。

傅科把單擺建在法國先賢祠最高的圓頂下，擺長67米，擺錘重28公斤，為了顯示單擺的軌跡，在單擺下面安放了一個巨大的沙盤，每次單擺划過都會留下一條痕跡

傅科擺

1851年，傅科擺啟動了，人們驚奇地發現，單擺每振動一次（周期為16.5秒），擺尖在沙盤邊沿畫出的路線移動約3毫米，每小時偏轉11°20'（即31小時47分回到原處）時，這說明地球確實在轉動，很多教徒都驚呆了，這次是真的看到了地球在轉動。

傅科擺不但證明了地球的自轉，還可以判斷在哪個半球，在《名偵探柯南》中，柯南靠抽水馬桶中水的旋轉方向來判斷是南半球還是北半球，這是完全錯誤的，只能說明漫畫家的科學常識不足，但是用傅科擺卻可以，南半球的傅科擺會朝左邊轉動，北半球呢自然就朝右邊轉動了。

傅科擺的應用還不止於此，利用傅科擺還可以測量緯度，傅科擺平面轉動的公式可以用Θ=15tsinφ來表示，t為偏轉所用的時間，用小時表示，這個拿個鐘錶就可以測量出來，φ就是當地的緯度，15呢，則是地球一小時自轉的角度，因為24小時自轉360°，一小時當然就是15°了。

這樣就會發現一個問題，要是在赤道上，那麼緯度為0°，sinφ就是0了，這就是說在赤道上傅科擺是不偏轉的，這是為什麼呢？

這就要說到之前的參照物了，其實地球的自轉是相對於星空的自轉，要是在地球上的物體為參照物是體現不了地球的自轉的。

而且牛頓力學的最根本的基礎就是參照系，遵循牛頓第一定律的系統都是相對於絕對空間的，這個絕對空間就是以太，其實牛頓也對以太不太有興趣，他的水桶實驗就對此提出了疑問，馬赫認為牛頓力學的參照系應該是星空，漫天繁星中最穩定當然就是北極星了，所以地球自轉的參照系就應該是北極星了。

而北極星就在地球地軸的延長線上，而赤道面是和地軸垂直的，這樣赤道面也就成了一個靜止的參照系，在赤道的傅科擺自然就是不轉動了。

不過還有一個小問題，那就是傅科擺也在隨著地球自轉而轉動啊，那麼就不再是牛頓的慣性系了啊，這個問題傅科早就想到了解決辦法，他把單擺用一個萬向節掛在了圓頂之下。

萬向節

萬向節大家都很熟悉了，那是傳動系統的重要零件，可以使得連接件的夾角在一定範圍內變化，其實我們的四肢關節就是一種萬向節，這樣地球自轉對單擺造成的輕微影響就可以消除了。

2、 穿越者傅科

傅科本來是學醫的，可是他的一個缺點就是怕血，這個缺點也確實沒辦法繼續學醫，傅科只好放棄了醫學，但凡放棄醫學的都會有一番大成就，比如魯迅先生棄醫從文，餘華也是棄醫從文，更不用說孫中山先生棄醫從革命了，傅科也不例外，他放棄醫學後改學物理，成為了一代物理大師。

上面所說的傅科擺只不過是他重要貢獻中的一項，他還測量了光速，發現了傅科電流，這足以使他在光學和電磁學方面名留青史，但是傅科並不是只在象牙塔中，他還改進了瓦特的蒸汽機，使運行更加平穩。

在展現傅科擺之後的第二年，傅科發明了陀螺儀，這可能是航海航空領域最重要的發明，在導航沒有出現的年代，人們就是靠陀螺儀走向星辰大海，即便今天，陀螺儀也是重要的導航設備，我們把手機倒過來，屏幕也跟著翻轉了過來，就是因為手機裡有一個小小的陀螺儀。

陀螺儀

在小說《傅科擺》中，作者翁貝託艾柯認為傅科是一個穿越者，不過他不是從現在穿越到過去，而是從過去穿越過來的，聽起來有點象借屍還魂。

傅科的所有成就都和他生活時代二百年前的物理學大師惠更斯相關，他就好像是惠更斯穿越到了傅科身上。

傅科擺其實就是一個大型的惠更斯鐘擺，而惠更斯更是光學大師，是光的波動說的代表人物，傅科就測量了光速，惠更斯對天體物理頗有興趣，傅科就發明了陀螺儀。

這就好像是惠更斯壯志未酬，又附身到傅科身上繼續為科學做貢獻一樣，當然了，這些都是玩笑了，每一個偉大的科學家都值得我們銘記。