クエリ: 1851年にパリの霊廟・パンテオンで、地球の自転を証明するための振り子の実験を行った、フランスの物理学者は誰?
文章: レオン・フーコー ジャン・ベルナール・レオン・フーコー(フランス語:Jean Bernard Lon Foucault、1819年9月18日 - 1868年2月11日)は、フランス王国パリ出身の物理学者。1851年に地球の自転を証明する際に用いられる「フーコーの振り子」の実験を行ったことで名高い。また、1855年にはアルミニウムなどの金属板を強い磁界内で動かしたり、金属板の近傍の磁界を急激に変化させた際に、電磁誘導効果により金属内で生じる渦状の誘導電流である「渦電流(フーコー電流とも)」を発見した。また、ジャイロスコープの発明者とされるが、実際は1817年にドイツの天文学者ヨハン・ゴットリープ・フリードリヒ・フォン・ボーネンベルガー(ドイツ語版)が発明した。なお、フーコーが1851年に発明した「フーコーの振り子」をフーコー自身が「ジャイロスコープ」と呼称したため、「ジャイロスコープ」が一般に広まった。
文章: パリの聖体の奇跡 パリの聖体の奇跡は、1290年にフランスのパリで起こったとされる聖体の奇跡の事である。 文章: 地球 そして1539年、ニコラウス・コペルニクスが『天体の回転について』を発表して地動説を唱えると、ヨハネス・ケプラーやガリレオ・ガリレイが理論を補完し、地球は宇宙の中心の座を太陽に譲り渡し、惑星のひとつと認識されるようになった。 次に疑問となったのは、地球が真球か否かという点だった。ルネ・デカルトやジョヴァンニ・カッシーニは南北に縦長な球(長球)との立場を取ったが、アイザック・ニュートンは、振り子時計をパリから赤道付近へ持ってゆくと遅くなるというジャン・リシェによる報告から推測し、地球は南北方向がややつぶれた楕円球(扁球)だと考えた。この問題はジョヴァンニの子息ジャック・カッシーニ(縦長派)とピエール・ルイ・モーペルテュイ(横長派)がアカデミー・デ・シアンスを舞台にした論争の主題となり、ルイ15世の指示で実測が行われることになった。1736年から10年間をかけた観測では、ラップランド(トルネ谷)の緯度差1度当たりの子午線弧長がペルーよりも約1km長いことが判明し、地球は南北側が短いことが明らかとなった。論争に敗れたジャックだが、後に孫の代まで続いた子午線の測定は地球の周長を知らしめ、メートル法制定に寄与した。 19世紀には新しい元素の発見が相次ぎ、さらに光から元素を推定できる分光器が発明された。太陽光の分光から太陽には未知の元素「ヘリウム」がある可能性が示唆されていたが、1895年にウィリアム・ラムゼーがウラン鉱石から新しい元素を発見し、これがヘリウムであると同定した。この結論は、アリストテレス以来の第五元素(エーテル)説を葬り去り、地球も太陽も同じ物質から作られているということを証明した。20世紀初頭にアルフレート・ヴェーゲナーが提唱した大陸移動説では、なぜその運動が起こるかを説明できなかった。しかし第二次世界大戦で発達した音波を使用する技術を用いた海底地形の調査を通じて大西洋の中央海嶺が発見され、さらにそこから両側に海洋底が広がっていることが判明した。この発見を皮切りに様々な証拠が集められ、重力計測による大陸地殻と海洋地殻の存在、地震波計測による核とマントルの存在が明らかとなり、1960年代中ごろにマントル対流と地殻のさまざまな運動が理論的に構築され、プレートテクトニクスの概念が生まれた。これは1980年代頃までには大枠が出来上がり、さらに地震波トモグラフィーによるマントル構造の解析(マントルトモグラフィー)や対流状況とプレートの関連を解析(プルームテクトニクス)などへ研究段階は発展した。 文章: フーコーの振り子 フーコーは理論家というより、自らの手で実験装置を作っていた技術者であった。フーコーは、望遠鏡の制御に使用する振り子時計の改良を行っていた。このとき、たまたま旋盤のチャックに装着されていた金属棒を振動させて、旋盤をゆっくり回しても振動面が変化しないことを見つけた。次に、フーコーはピアノ線に錘をつけた振り子をボール盤の台に取り付け、台をゆっくり回転させた。やはり、振り子の振動面は変化しないことを確認した。フーコーは、旋盤やボール盤の回転台を自転する地球に置き換えれば、自転の影響で振り子の振動面の変化が観測できるはずだと考えた。ただし振り子の位置は平面上でなく球面上にあり、振り子が極点から赤道の間のどの位置にくるかによって振動面の運動は変化することに気がついた。この関係について「フーコーの正弦則」と呼ぶが、フーコーは力学理論の素養なしに、直感的に導き出した。 文章: ポール・ランジュバン パリに生まれた。物理・化学学校(cole de Physique et Chimie)と高等師範学校(cole Normale Suprieure)で学んだ後、ケンブリッジ大学に進み、キャヴェンディッシュ研究所でジョゼフ・ジョン・トムソンのもとで学んだ。その後ソルボンヌ大学でピエール・キュリーのもとで1902年に学位を得た。1904年、コレージュ・ド・フランスの教授となった。1926年、パリ市立工業物理化学高等専門大学の校長になった。1934年、科学アカデミーに選ばれた。 常磁性や反磁性の研究を行った。原子の電子構造から磁性の起源を説明した。1917年、水晶の圧電効果を使った水晶振動子を開発し、超音波を初めて発生させることに成功。これを第一次世界大戦中に潜水艦の位置の測定に用いる研究を行ったが、戦争中に実用化することはできなかった。ランジュヴァンは、1922年にアインシュタインをコレージュ・ド・フランスに招くなどフランスにおいて相対性理論を広めた一人である。また、ソナーの開発者としても知られる。 1910年、マリ・キュリーとの恋愛が発覚した(ちなみに、キュリーの孫で物理学者のエレーヌ・ランジュヴァン=ジョリオはランジュヴァンの孫ミシェルと結婚している)。1928年に王立協会の外国人会員となり、同協会から1940年にコプリ・メダルを受賞した。 文章: シェハリオンの実験 振り子は対称形の重力場中に真っ直ぐに吊り下げられている。ここで山のような十分に巨大な質量が近傍にあれば、その引力によって振り子のワイヤーは真の鉛直方向に対して僅かにずれる。例えば星のような既知の物体に対する振り子のワイヤーの角度の変位が山の両側から慎重に計測される。もし山の質量が、山の体積とその岩石の平均密度とは独立に得られるなら、それらの値の補外により地球の平均密度、さらに質量を得ることができる。 アイザック・ニュートンはブリンキピアでこのような効果を考察していたが、当初そこでは現実の山がもたらす効果は計測するためには変位角が小さすぎるだろうと悲観していた。彼はそのような引力の効果は惑星級の大きさで初めて計測できるものであろうと記していた。しかしこのニュートンの当初の悲観は根拠の無いもので、彼の計算では理想的な3マイル (約4,800m) の高さの山に対する変位角は 2 分以下であり、この角度は大変に微小ではあったものの、その時代の計測機器の能力範囲内であった。 ニュートンのアイディアを試す本実験は、ニュートンの万有引力の法則を証明するとともに、地球の質量と密度の推定値を与える。この時代では天体の質量は相対比率しか既知でなかったので、地球の質量の決定は他の惑星、それらの衛星 (月)、そして太陽の質量の有意な値をもたらすこととなる。この時点では実験家たちの目的ではなかったもののこのアイディアには万有引力定数 G の決定という意義もあったが、科学文献での G の値への言及はほぼ100年後まで待たなくてはならなかった。 文章: エトヴェシュの実験 最初の実験は1885年頃に行われ、明白な違いがないことが実証され、エトヴェシュはこれをより正確に実証するために実験の改善を行った。1889年、材料による重力の変化があるかどうかを確かめるために異なるタイプの試料材料と装置を用いた。この実験では2000万分の1の要求精度でこの変化を測定できないことが証明された。1890年、ブダペストのゲッレールト山での質量測定とともにこれらの結果を発表した。翌年、自身で「水平バリオメータ」と呼んだ改良版の装置の研究を開始した。この改良版では基本的な設計をわずかに変更し、端に直接取り付けるのではなく2つの静止質量のうち1つを端から紐で吊るすようにした。これによりトーションを2次元において、さらにgの局所水平成分を測定することができた。ずっと正確なものでもあった。 文章: フーコーの振り子 v t h = 2 ω R sin θ {\displaystyle v_{th}=2\omega R\sin \theta } この計算方法に従うと、東京(北緯35度)で半径50cmのコンプトン・ジェネレーターを水平から180度反転させて流速を測定すると、0.04 mm/s(分速2.5mm)となる。コンプトンの実験結果は、理論値から3%以内の誤差に収まったことが報告されている。 「レンズ・サーリング効果(英語版)」とは、大質量物体(例えば地球)が回転する際に近くにある慣性空間を引きずる現象のことである。例えば、広げた布の上にボールを置き、これを布の上で回転させると布が回転に引っ張られるが、同様に地球の自転によっても発生し、結果としてフーコーの振り子の振動面の回転に歳差運動が生じると考えられる。これは一般相対性理論により予言された。 文章: アントワーヌ・ラヴォアジエ アントワーヌ=ローラン・ド・ラヴォアジエ(ラボアジェ、ラヴワジエ、ラボアジエなどとも、フランス語:Antoine-Laurent de Lavoisier, [twan l d lavwazje]、1743年8月26日 - 1794年5月8日)は、フランス王国パリ出身の化学者、貴族。質量保存の法則を発見、酸素の命名、フロギストン説を打破したことから「近代化学の父」と称される。1774年に体積と重量を精密にはかる定量実験を行い、化学反応の前後では質量が変化しないという質量保存の法則を発見。 文章: アントワーヌ・オーギュスタン・クールノー アントワーヌ・オーギュスタン・クールノー(Antoine Augustin Cournot、1801年8月28日 - 1877年3月31日)は、フランスの哲学者、数学者。「限界革命」より半世紀前に数理モデルを用いて複占や需給の理論を展開した数理経済学の始祖とされる。A・ワルラス(レオン・ワルラスの父)ともにレオン・ワルラスに経済学の道を勧め、L・ワルラスに一般均衡理論の着想をもたらした学者の一人である。 文章: ピエール・ルモニエ ピエール・ルモニエ(Pierre Lemonnier、1675年6月28日 - 1757年11月27日)は、フランスの数学者である。ルモニエは、パリのコレージュ・ダルクール(Collge d'Harcourt)の物理学の教授であった。彼の書いた哲学の入門書は、各地のコレージュで教科書として用いられた。1725年にフランス科学アカデミーの幾何学の助教授に任命され、1736年に準会員となった。天文学者のピエール・シャルル・ルモニエ、植物学者のルイ・ギョーム・ルモニエの父であり、親子ともにフランス科学アカデミーの会員であった。 文章: サントーリオ・サントーリオ ヴェネツィア貴族の出身。父はアントーニオ・サントーリオ(Antonio Santorio)。パドヴァ大学で医学を学び、ヴェネツィアで開業、ポーランド王の侍医を務め、パドヴァに戻り、1611年パドヴァ大学の教授になる。体温計、脈拍計などを開発した。サントーリオは医学に定量的な計測を行うことを始めた。 1602年に彼は脈拍数を測定するために振り子を使った。ガリレオ・ガリレイとの議論に触発されたと思われる。代謝量を計測するために、図のように秤の上で過ごした。 文章: モンゴルフィエ兄弟 モンゴルフィエ兄弟(モンゴルフィエきょうだい)は、兄ジョゼフ=ミシェル・モンゴルフィエ(フランス語: Joseph-Michel Montgolfier 、1740年8月26日 - 1810年6月26日)と弟ジャック=エティエンヌ・モンゴルフィエ(フランス語: Jacques-tienne Montgolfier 、1745年1月6日 - 1799年8月2日)の2人で熱気球を発明し、世界で初の有人飛行を行なったフランスの兄弟。その功績から1783年12月、兄弟の父ピエールがルイ16世により貴族に叙せられ「ド・モンゴルフィエ」(de Montgolfier)を名乗るようになった。 文章: 長岡半太郎 長岡は大学院時代から磁歪の実験研究に取り組み、並行して回折の数理物理学的な研究も行った。また、地震や地球物理学の研究にも携わり、地磁気の測量、流星による電波の散乱の報告などをしている。その後、研究の対象は原子構造論や分光学、水銀還金などに広がった。 1900年(明治33年)にフランス・パリで開催された万国物理学会には、アンリ・ポアンカレやキュリー夫妻(ピエール・キュリーとマリ・キュリー)、アンリ・ベクレルなどといった当時の有名物理学者とともに参加。磁歪の研究成果を報告している。 また、世界の物理学の最新情勢を日本に紹介する仕事も積極的に行なっている。1888年(明治21年)には、ハインリヒ・ヘルツの実験について特別講演を行い、紹介記事を執筆した。留学中の1895年には、ヴィルヘルム・レントゲンによるX線発見の報告を日本に送った。また、1922年(大正11年)にアルベルト・アインシュタインが来日し、日本中でアインシュタインブームが起こった際は、宮中にて相対性理論の講義を行なった。 文章: フーコーの振り子 クレインの設計したフーコーの振り子の弦の長さは70cm。地球の自転による振り子の振動面の回転の誤差は2%以内。クレインは自身の設計したフーコーの振り子を時計として自宅とオフィスの2ヶ所で使用し、約10年間の連続稼働を行った。 クレインはさらに、同様の改良によって弦の長さが15cm(5.9インチ)でもフーコーの振り子として動作したと報告している。 和歌山県立粉河高等学校の教諭であった生地富雄により、弦の長さ:76cm、錘の質量:150gの小型の振り子での試作実験が、1963年に報告されている。楕円運動の対策としてシャロン環を使用。振動の減衰対策として振り子の支点の直下に電磁石を置いて、錘を電磁石で吸引する方法をとった。振幅9cmで実験したところフーコーの正弦則から求めた理論値に対して誤差5.3%以内の結果が得られたと報告している。この研究に対して日本学生科学賞地学クラブ総理大臣賞が送られている。 文章: 例外 なお、「振り子の等時性」は古くから言われているが、実は「振り子は、いつも等時的に動いている」と見なしてよいのか、(ガリレオなどの物理学者が、物を基準に時間を計る、と恣意的に決めて)「ある(同一の)振り子が1回振れる間を、同じ時間と見なす」と方針を定めて理論体系を組み立てたのか、つきつめて科学哲学的に考察する場合、難しい問題をはらんでいる。例えば冬至の日の出から日の出の間に揺れる振り子の回数を観測してみた場合に、それがある年に増えた場合に、「1日の長さが伸びたのか?」(「地球の回転の速度が遅くなったのか?」)と考えるのか、「昨年と比べて振り子の1回の揺れにかかる時間が短くなったのか?」というのは、この観測だけでは解決できない。ほかの様々な観察をいくつも行い、総合的に判断せざるを得ない。ひとつの振り子だけを用いている場合でも複雑であるが、複数の振り子、あるいは周期的な運動を「時計」として用いている時に、それぞれが「ズレ」た場合、それが何を意味しているのか解釈する場合も、実は複雑になる。 あらかじめ想定している法則にあてはまらない事例が見つかった場合、どう判断するのか、という難しいテーマがある。 同じ事象を眼の前にして、どのような判断・行動をするのか、ということで結果が大きく異なってくる。