站在地球上看地球自转

美籍华裔物理学家丁肇中，在获得诺贝尔奖金的演说中，曾有这样一段发人深省的肺腑之言：“我是在旧中国长大的，因此想借这个机会向在发展中国家的青年们强调一下实验工作的重要性。中国有句古话：‘劳心者治人，劳力者治于人。’这种落后的思想，对在发展中国家的青年们有很大害处。由于这种思想，很多在发展中国家学习的学生们都倾向于理论的研究而避免实验工作。事实上，自然科学理论不能离开实验这个基础，特别是物理学，它是从实验中产生的，我希望由于我这次得奖，能够唤起在发展中国家的学生们的兴趣，而注意实验工作的重要性。”

实验方法是人类认识大自然的重要手段。下面我们先谈谈实验在证实或否定已有理论方面的作用。

自从哥白尼创立日心说以来，人们开始认识到日夜交替是由地球的自转造成的。可是由于人们并没有直接看到地球的自转，看到的只是太阳的东升西落，因此，人们对于地球的自转还半信半疑。迟至 1805 年，一位法兰西科学院院士还这样写过：“天文学家要使我相信，我像一只烧鸡穿在铁棍上那样旋转，那真是用心枉然！”

如何才能证明地球的自转呢？这已成为摆在科学家面前的一个难题。能不能用实验来证明呢？科学家们经过认真地研究之后发现，地球如此

巨大，要做到这一点是不可能的。要想亲眼看到地球自转，除非人类离开地球，但那时人们还做不到这一点。

然而，这一难题被一个年轻人出人意料地解决了。他就是法国科学家傅科。

傅科认为，既然地球自转着。那就总会有办法证明的。可是他一时却想不出什么好的办法。这一时期，傅科正在研究单摆的运动。意大利科学家伽

利略曾经发现了单摆的等时性原理，傅科心想，除此之外，单摆的运动还有没有其它规律了呢？有一天，他准备研究一下摆的振幅受空气阻力影响的问题。他首先让一个摆运动起来，并记下初时的角度和时间，然后打开一本书看起来，想过一会儿再量一次。一段时间过去了，傅科放下书，抬起头来，想看一看振幅减少了多少。可是，他一看却不禁愣住了，开始时单摆的摆动方向正对着自己的视线，但现在居然与视线平行了。为了证实这一现象，他找来一些细砂铺在地板上，让单摆下部的尖端在砂面上划过。傅科看到，单摆摆动留下的痕迹果然发生了变化，细砂上形成了两个对顶的扇形。

对于眼前这一奇怪的现象，傅科感到迷惑不解。因为根据惯性定律，运动着的物体在没有受到外力作用的时候，总是保持着匀速的直线运动状态。这就是说，单摆在没有受到外力作用的时候，摆动的方向不应该发生变化。经过认真的思考，傅科认为这可能是由于地球的自转造成的。如果是这

样的话，那不就可以用单摆来证明地球的自转吗？

傅科的计算结果果然证明了自己的设想是正确的。如果我们在北极竖起一个巨摆，让它摆动起来。由于北极处于地球自转轴的顶端，摆架就随着地球一起转动，24 小时转一圈。由于我们和支架随着地球自转一同转动，而摆的摆动方向又不会改变，这样，当我们站在摆下时，就会看到摆动的方向也变化了 360 度。地理纬度越低，摆动方向的改变就越慢。在巴黎需要 31 小时

47 分；在赤道上摆动的方向将不发生任何变化，因为这时支架的方向已经不随地球的自转而改变了。

1851 年，当时的共和国总统路易·拿破仑·波拿巴下令让傅科在先贤祠

演示地球自转的实验。傅科在先贤祠 83 米高的穹顶悬挂一条 67 米长的钢丝，

配有保持它运动的机构，下面装上一个 28 千克的重球。重球摆动一个来回需

要 16 秒，摆动的路程为 14 米。由于地球自转，万神殿的地板也随着旋转，因而可看出摆动平面相对于地上的大沙盘不断地由东向西慢慢地改变方向。重球摆动一个周期，大沙盘就偏离摆动平面 2.5 毫米。这样一次一次地偏移，就雄辩地证明了地球是在自转。

在场的人无不为自己亲眼看到了地球的自转而激动万分。有一位观众指着这个摆感叹地说：“要是当年伽利略能够用这个实验来驳斥宗教裁判所的谎言，那该多好啊！”

就这样，傅科在地球上用实验证实了地球的自转，解决了这一悬而未决的难题。为了表彰傅科的功绩，各国的科学家一致决定，把巨摆命名为“傅科摆”。

在世界许多博物馆和天文馆里就能够看到“傅科摆”。北京天文馆的大厅里有一个傅科摆，由于北京所处的纬度比巴黎还低，所以摆面旋转一周约需 37 小时 15 分钟，如果你能耐心地在旁边观看一会儿，你就能亲眼看到地球的自转。