Am 3. Februar 1851 demonstrierte ein 32-jähriger Franzose, der sein Medizinstudium abgebrochen und sich mit Fotografie beschäftigt hatte, definitiv, dass sich die Erde tatsächlich drehte, was das wissenschaftliche Establishment in Paris überraschte.
Auf eine Ahnung hin hatte Léon Foucault festgestellt, dass er ein Pendel verwenden konnte, um die Wirkung der Erdbewegung zu veranschaulichen. Er rief eine Gruppe von Wissenschaftlern zusammen und verlockte sie mit einer Notiz: „Sie sind eingeladen, die Erde drehen zu sehen.“ Foucault hängte ein Pendel an die Decke des Meridianraums des Pariser Observatoriums. Als es durch die Luft flog, zeichnete es ein Muster nach, das effektiv bewies, dass sich die Welt um eine Achse drehte.
Einen Monat später teilte Foucault sein Experiment mit ganz Paris im majestätischen Pantheongebäude. Nach Angaben der American Physical Society schwebte er an der hohen Kuppel des Pantheons einen 61-Pfund-Messingknüppel an einem 220-Fuß-Kabel. Beim Hin- und Herbewegen zeichnete das spitze Ende des Bob Linien in Sand, der auf eine Holzplattform gegossen worden war. Im Laufe der Zeit veränderte sich der Winkel dieser Linien, was den Zuschauern nahe legte, dass sich die Bewegungsrichtung des Pendels unter dem Einfluss einer nicht wahrgenommenen Rotationsbewegung - der der Erde - änderte.
Foucault konnte ein wissenschaftliches Konzept auf eine Weise demonstrieren, die der Durchschnittsbürger leicht erfassen kann, sagt Rebecca C. Thompson, Leiterin der Öffentlichkeitsarbeit für die APS. Über Jahrhunderte war es eine weit verbreitete Überzeugung, dass sich die Erde um eine Achse drehte. Aber es war Foucault, der die letzten Zweifel ein für alle Mal zerstreute und das Phänomen fest in der Realität verankerte. "Es begann wirklich der kulturelle Wandel, unser Universum grundlegend anders zu verstehen", sagt Thompson.
Das Experiment war ein Erfolg, der Schwärme von faszinierten Parisern anzog und Foucault in den Ruhm katapultierte. Pendel, die auf Foucaults Berechnungen basieren, tauchen weltweit auf - und sind immer noch ein Wahrzeichen vieler Wissenschaftsmuseen in den USA und anderen Ländern.
Die Smithsonian Institution machte ein Pendel zum Mittelpunkt ihres Museums für Geschichte und Technologie (das später zum National Museum of American History wurde). Das Gebäude, das 1964 in der National Mall in Washington DC eröffnet wurde, wurde speziell für die Aufnahme eines Pendels entworfen. Es hing von der Decke des dritten Stocks und erstreckte sich über eine Länge von 71 Fuß durch die Mitte des Gebäudes, wo es langsam und rhythmisch über einen phantastisch verzierten Kreis im ersten Stock schwang. Das Smithson'sche Pendel sollte im zweiten Stock von oben betrachtet werden.
Ein von Foucault inspirierter Pendelapparat im CosmoCaixa-Museum in Barcelona, Spanien. Wenn sich die Bahn des Pendels aufgrund der Erdrotation verschiebt, stößt der Bob allmählich auf alle vertikalen Stäbe um den Umfang des Kreises. (Wikimedia Commons) Wenn die Besucher nach unten schauten, sahen sie eine symmetrische hohle Messingkugel mit einem Gewicht von etwa 240 Pfund und der Form einer umgekehrten Träne. Beim Hin- und Herbewegen - erleichtert durch einen elektromagnetischen Druck, der es ermöglicht, dass es trotz Luftwiderstand und Vibrationen im Kabel ununterbrochen schwingt - schlug es Stifte um, die an festen Punkten entlang des Umfangs eines kleinen Kreises standen. Im Laufe der Zeit konnten die Zuschauer die Richtung der Pendelschwankung erkennen, was darauf hindeutete, dass sich die Erde unter ihnen drehte.
Das Smithson'sche Pendel bewegte sich wie alle Pendel nach dem Foucault'schen Sinusgesetz, das vorhersagt, wie stark sich die Bahn eines Pendels jeden Tag aufgrund seiner Breite verzerrt. Ohne äußere Kräfte würde ein Pendel für immer in einer Ebene hin und her schwingen - es würde keine allmähliche Winkelverschiebung geben. Aber die Erde dreht sich, also ist die Geschichte nicht so einfach.
Da sich alle Punkte auf der Erdoberfläche als Einheit drehen, müssen diejenigen, die sich in den weiteren Teilen des Planeten - näher am Äquator - befinden, jede Sekunde mehr Meter zurücklegen (dh schneller gehen), um mit der Punkteverfolgung „Schritt zu halten“ Täglich kleinere Kreise in den extremen nördlichen und südlichen Breiten. Obwohl sie es nicht spüren, bewegt sich eine Person in Quito, Ecuador, mit deutlich höherer Geschwindigkeit als eine in Reykjavik, Island.
Da jeder Schwung eines Pendels von einem Punkt weiter vom Äquator zu einem Punkt in der Nähe des Äquators und umgekehrt führt und die Geschwindigkeiten an diesen Punkten unterschiedlich sind, wird der Weg des Pendels bei jedem Schwung subtil verzerrt und allmählich vom Äquator weggedreht seine ursprüngliche Ausrichtung. Das Ausmaß dieses Effekts hängt davon ab, wo auf der Erde das Pendel schwingt.
Am Nordpol - wo kleine Änderungen der Breite große Auswirkungen haben - würde sich der von einem Pendel zurückgelegte Weg in nur 24 Stunden um volle 360 Grad verschieben, erklärt Thompson. Am Äquator hingegen würde die Bewegung eines Pendels überhaupt nicht verzerren.
Unter Verwendung seines Sinusgesetzes sagte Foucault voraus, dass sich die Bahn seines Pendels in Paris jede Stunde um 11, 25 Grad oder 270 Grad pro Tag verschieben würde. Und das tat es auch.
Das Smithsonian Pendel wurde schließlich mit der Begründung außer Betrieb genommen, dass es nicht viel mit der amerikanischen Geschichte zu tun habe, dem neuen Schwerpunkt des ehemaligen Museums für Geschichte und Technologie. (Smithsonian Institutionsarchiv) Sein Sinusgesetz erlaubt es jedem mit einer guten trigonometrischen Grundlage, ein Pendel zu verwenden, um seinen Breitengrad zu bestimmen. Meistens ist das Pendel jedoch in Museen auf der ganzen Welt zu einem Objekt geworden, das Wunder hervorruft.
So ikonisch wie der Elefant, der die Besucher in der Rotunde des Smithsonian National Museum of Natural History begrüßt, war das Pendel im Museum für Geschichte und Technologie ein Treffpunkt, ein eindrucksvoller Hintergrund für Reflexion und Bildung. „Es war wie ein Brunnen in einem Park“, sagt Peter Liebhold, Kurator für Arbeit und Industrie am American History Museum.
Kinder und Erwachsene starrten auf das Pendel und meditierten über seine Bewegung und Bedeutung. An einem Morgen im Jahr 1998, bevor das Museum eröffnet wurde, schnappte das Kabel und der massive Bob raste auf den Boden zu und verfehlte knapp einen Mitarbeiter.
Anstatt das Kabel zu reparieren, entschied sich das Museum, Foucaults Pendel zurückzuziehen. Sein damaliger Direktor entschied, dass das Gerät weder mit Amerika noch mit Geschichte viel zu tun hatte, sagt Liebhold.
Die Entscheidung teilte die Mitarbeiter. "Es gab Pendelhasser und Pendelhasser", sagt Liebhold. Pro-Pendel-Mitarbeiter sagten, es sei cool und lustig, es zu sehen. Die Anti-Pendel-Gruppe glaubte, dass dies nicht viel zu den Bemühungen des Museums beitrug, die Öffentlichkeit über die amerikanische Geschichte und Kultur zu unterrichten.
Obwohl Liebhold sagt, dass er im Lager der Hasser war, glaubt er, dass Pendel ihren Platz haben, nur woanders. Ein Pendel „stärkt das Vertrauen der Massen in die Kraft der Wissenschaft“, sagt er.
Thompson stimmt zu und bemerkt, dass das Pendel zwar nicht mehr benötigt wird, um zu beweisen, dass sich die Erde dreht, „es aber nützlich ist, wenn wir Kinder in die Wissenschaft einbeziehen können.“
