什么叫博科摆
我们站在地面上,总觉得脚下的土地稳稳当当,连风都是顺着固定方向吹的。可1851年,法国物理学家让·傅科做了个实验,把“地球在转”这件看不见的事,变成了所有人都能亲眼看见的现象——他用的装置,就是博科摆。博科摆的样子不复杂,核心就两件东西:一根足够长的绳子,和一个足够重的重锤。绳子得长,越长越好——傅科当年在巴黎先贤祠的穹顶上挂了根67米长的钢丝,几乎从屋顶垂到地面;重锤得沉,沉到能对抗空气阻力的干扰——他用了个28公斤的铁球,表面还镀了层铜,免得生锈影响重量。这样的设计只有一个目的:让摆的摆动足够稳定,足够持久,能把微小的变化放大成肉眼可见的结果。
当傅科把铁球拉到一边松开,铁球开始沿着一个固定方向摆动——比如从东往西。可奇怪的事发生了:没过多久,人们发现铁球的摆动方向慢慢变了——原本朝西的摆幅,渐渐转向了西南,再转向南,就像有人悄悄推了摆锤一把。更有意思的是,这种变化是匀速的:每过一个小时,摆动方向顺时针转11度多一点;31个小时后,正好转一整圈,回到最初的方向。
在场的人盯着铁球看了许久,终于反应过来:不是摆锤在转,是地球在转。博科摆的秘密,藏在“摆动平面的不变性”里——任何摆的摆动方向,本质上都是固定的,就像你在行驶的火车上抛一个小球,小球的落点相对于铁轨永远是一条直线,不会跟着火车转弯。可地球是个“会转的火车”,自西向东绕着地轴自转,而博科摆的摆动平面不会跟着地球转。于是,站在地球这个“转动的参考系”里的我们,就会看到摆的方向在慢慢改变——北半球顺时针转,南半球逆时针转,赤道上则几乎不会变。
傅科的实验一做,整个巴黎都轰动了。人们挤在先贤祠里,看着铁球慢悠悠地改变摆动方向,突然就懂了:原来我们脚下的大地,从来都不是静止的。那些课本里说的“地球自转”,不是数学家的公式,不是天文学家的推测,是这个铁球每一次摆动都在证明的事实。
所以,博科摆就是这样一种装置:它用长绳悬挂重锤,靠摆动方向的匀速变化,把地球自转的“看不见”变成“看得见”。它没有复杂的齿轮,没有精密的仪表,只是用最朴素的物理规律,把宏大的天体运动,浓缩成了一个铁球的摆动——你看它转得慢,其实是地球转得稳;你看它方向变,其实是我们站在转动的星球上,终于看清了自己的位置。
直到今天,很多科技馆里还摆着博科摆。当孩子们盯着摆锤慢慢转向时,他们看见的不只是一个摆动的铁球,更是300多年前哥白尼说过的那句话:“地球不是宇宙的中心,它在转。”而博科摆,就是这句话最直观的脚。
