El pèndol de Foucault

La història de la ciència, com tota l’activitat humana, té els seus tòpics i llegendes propis. Un de bo és el celebèrrim experiment de Galileu a la torre inclinada de Pisa. Davant d’una representació del món universitari de l’època, va deixar caure dues esferes idèntiques, tret que una era de ferro i l’altra de fusta. Ambdues van arribar a terra alhora i mostraren així com la velocitat de caiguda dels cossos és sempre la mateixa amb independència de la seva massa (del que pesin). Un altre fet llegendari va tenir lloc anys més tard, un horabaixa qualsevol, quan Newton va veure caure una poma i va començar a pensar en la llei de la gravitació universal. Curiosament, l’experiment de Pisa mai no es va realitzar. Galileu sabia molt bé quin seria el resultat i sabia també que, de fer-lo, potser es veuria emmascarat per les mateixes dificultats experimentals. En va tenir prou a reflexionar-hi de manera rigorosa, la investigació de Pisa és una experiència mental. Sigui com sigui, el resultat és el correcte i això permet, per exemple, construir pèndols on el període és independent de la massa de l’esfera. Així, dos pèndols de la mateixa llargada però un de fusta i l’altre amb bola de plom tenen idèntic període d’oscil·lació. Sortosament, alguns experiments llegendaris sí que s’han fet més d’una vegada...

L’any 1851 Leon Foucault, davant una nodrida concurrència científica, cremà amb una espelma un fil de seda i alliberà així una pesada esfera de plom que va començar a moure’s penjada d’un cable d’acer. El cable era fixat al centre de la cúpula del Panteó de París a 67 metres d’altura. El pèndol, amb un període de diversos segons, oscil·lava lentament. Mentrestant, un petit canó de ploma, que prèviament s’havia fixat a la seva part inferior, deixava una marca subtil però visible en unes piles de sorra col·locades de manera estratègica en els extrems del vano que descrivia.

Els assistents van observar astorats com a poc a poc aquesta marca s’anava desplaçant, unes fraccions de mil·límetre en cada oscil·lació, allò precisament que havia previst Foucault. Quedà confirmat, la Terra gira sobre si mateixa. Aquest experimentum crucis ha passat a la història com un dels més famosos i amb raó, ja que a diferència d’altres gaudeix d’una simplicitat envejable. És potser per aquests dos factors que tants museus de ciència l’han instal·lat al seu vestíbul, però darrere de l’aparent simplicitat s’amaga un treball extraordinari.

Jean Bernat Leon Foucault, nascut a París el 1819 i amb una sòlida preparació teòrica, va despuntar per la seva capacitat de resoldre els problemes tècnics creant dispositius experimentals d’una gran precisió i posats a prova amb temes purament de ciència bàsica. Per exemple, s’interessà per la mesura de la velocitat de la llum i aconseguí, amb un aparell totalment mecànic, el valor aproximat acceptat en l’actualitat de 300.000 Km/seg, pels 299.792,458 Km/seg que s’utilitzen per definir la longitud del metre. Les seves aportacions no es limitaren a això i desenvolupà també treballs importantíssims en el camp de l’òptica, l’astronomia i el magnetisme. En qualsevol cas, avui és conegut de manera universal pel pèndol, que permet comprovar que la Terra volta, però com?

Imaginem que miram un pèndol de Foucault. Si esperam alguns minuts, comprovarem com el pla que descriu en oscil·lar a poc a poc es trasllada. Als museus s’han instal·lat elements adients per facilitar aquesta observació i és típic que el pèndol vagi tombant cilindres similars a bitlles de manera regular. Quan això passa, el públic sol aplaudir amb entusiasme, ja que la tensió acumulada és molta. Sovint no sap per què ho fa i a mi m’agrada pensar que aplaudeix el triomf de la ciència per sobre de les concepcions precientífiques que ens fan pensar que som el centre de l’univers.

En realitat allò que succeeix és que el pèndol, tot i moure’s, manté estable i quiet en l’espai el seu pla d’oscil·lació, és a dir, la Terra gira per sota el pèndol. Això és perquè l’esfera d’aquest pesa molt i, encara que la seva velocitat no és gaire gran, la inèrcia és molt important. Tant és així que, quan la Terra gira, retorça sobre si mateixa el cable que suspèn la bolla. Naturalment, això és una font d’error difícil de resoldre. En l’experiment del Panteó Foucault simplement va penjar el fil d’una biga de roure que instal·là sobre la cúpula, però més endavant va fixar en aquest punt una ròtula Cardan que absorbia la rotació terràqüia.

Conscient com era de la subtilitat del fenomen, va realitzar experiments sistemàtics. Primer, amb pèndols de 2 metres als baixos de la seva residència. Després va construir versions més grans, amb la qual cosa la sensibilitat millorà de manera espectacular.

Tot i la proximitat del pèndol de Foucault amb un de matemàtic, teòric, les lleis de la física s’imposen i pateix de moltíssimes causes d’error. Als museus, el motor que el fa moure’s, per tal que el públic pugui gaudir tota la jornada de l’espectacle, introdueix moviments espuris en el cable de suspensió i d’aquesta manera el pla d’oscil·lació tendeix a convertir-se en una el·lipse estreta.

Els corrents d’aire persistents també modifiquen la trajectòria i també existeixen pertorbacions a mig camí entre la llegenda científica i els fenòmens excepcionals i inexplicats. Així, per exemple, s’han comunicat moviments anòmals durant les eclipsis de sol i diversos experimentadors reporten dificultats especials en endegar el pèndol quan es llança d’est a oest.

De tota manera, la demostració del gir terraqüi és possible dins una habitació tancada, sense recórrer a cap observació astronòmica. És a dir, no cal utilitzar les estrelles com a sistema de referència, ja que el mateix pèndol ho és. Imaginem qu ens trobam enfilats a sobre de l’esfera, tot es mouria al nostre voltant. Més encara, si el pèndol permetés una major precisió observacional, seria possible observar com tota la nostra galàxia gira al seu torn!

Així, doncs, com quedam? Qui és el centre de l’univers? Ho som nosaltres, com deien Ptolomeu i tants d’altres, o bé el pèndol de Foucault? El dubte el va resoldre algunes dècades més tard un científic anomenat Albert Einstein quan va aclarir que en el nostre univers no hi ha observadors privilegiats i tothom n’és el centre.