Джозеф Петцваль

Джозеф Петцваль
Рожденный	( 1807-01-06 ) 6 января 1807 г. Сепесбела/Zipser Bela, Королевство Венгрия , Австрийская империя (сегодня Спишска Бела , Словакия)
Умер	17 сентября 1891 г. (1891-09-17) (84 года) Вена , Австро-Венгрия
Национальность	словацкий венгерский
Гражданство	Королевство Венгрия
Известный	Кривизна поля Петцваля Вклад в геометрическую оптику , фотографию , кинематографию.
Научная карьера
Поля	Физика
Учреждения	Будапештский университет Венский университет

Джозеф Петцваль (6 января 1807 г. - 17 сентября 1891 г.) ) был математиком , изобретателем и физиком, наиболее известным своими работами в области оптики . Он родился в городе Сепешбела в Венгерском королевстве (по-немецки: Ципсер Бела, ныне Спишска Бела в Словакии ).

Петцваль учился, а затем читал лекции в Institutum Geometricum (ныне Будапештский технологический и экономический университет ) в Буде (ныне часть Будапешта ). С 1841 по 1848 год он возглавлял Институт практической геометрии и гидрологии/архитектуры. Позже он принял назначение на кафедру математики в Венском университете . Петцваль стал членом Венгерской академии наук в 1873 году.

Петцваль считается одним из главных основоположников геометрической оптики , современной фотографии и кинематографии . Среди его изобретений — портретная линза Петцваля и оперный бинокль , которые до сих пор широко используются. Ему также приписывают открытие преобразования Лапласа. а также известен своими обширными работами по аберрациям в оптических системах .

Ранний период жизни

В 1801 году отец Йозефа Петцваля женился на ципсерской немке Сюзанне Кройцманн, родившейся в Сепесбеле, Венгерское королевство , дочери предыдущего учителя той же школы в Сепесбеле. Пара воспитала шестерых детей: Густава Адольфа (1800–1803), который умер преждевременно; Нестор Эмилиан (1804–1806); Жозеф Максимилиан (1807–1891); Петрол Бальтазар (1809–1889); и три дочери. В 1810 году семья переехала в Кесмарк (по-немецки: Кясмарк, сегодня Кежмарок, Словакия) и в 1819 году в Лоче (по-немецки: Лойчау, сегодня Левоча, Словакия).

Вся семья разделяла склонность к технологиям. Отец Йозефа работал учителем в евангелической школе в Сепесбеле, а также органистом в Сепесбеле, а затем в Кесмарке. Он также был проводником и геодезистом в Лоче. Он имел репутацию выдающегося музыканта и композитора, обладавшего к тому же механическим даром. В 1824 году ему были вручены два патента: один на усовершенствования маятниковых часов , другой — на «полиграф» ( пишущую машинку ). Брат Петцваля, Петрол Бальтазар Пецваль, был уважаемым математиком, инженером и астрономом .

Образование

Йозеф Петцваль посещал начальную школу в Кесмарке, а среднюю школу начал в Кесмарке и Подолине (по-немецки: Пудлейн, ныне Подолинец, Словакия). 1 октября 1819 года он вернулся к своей семье в Лоче и поступил в среднюю школу. И в начальной, и в средней школе он считался одним из лучших в своем классе по предметам латынь (официальный язык Венгерского королевства) и религия; однако у него были проблемы со своим венгерским языком . До прибытия в Лоче он также был очень слаб в математике. Однако в Лоче он явно прибавил в этой дисциплине.

О Петцвале рассказывают такой анекдот: когда его семья уже решила сделать из Петцваля сапожника, он прочитал книгу «Аналитическая статья по элементам математики» на летних каникулах, сразу после окончания четвертого класса, немецкого математика Хаузера. в начальной школе. Он готовился пройти повторный урок по математике. После того, как Петцваль закончил книгу, ребенок, который раньше плохо учился математике, быстро стал математическим гением.

После окончания средней школы Петцваль решил поступить в Institutum Geometricum, инженерный факультет Пестерского университета. Перед этим ему пришлось окончить двухгодичный лицей , который он посещал с 1823 по 1825 год в Кассе (по-немецки: Кашау, сегодня Кошице, Словакия ). Когда он прибыл туда в 1823 году, Петцваль уже хорошо разбирался в предметах латыни, математического анализа, классической литературы и стилистики. Помимо словацкого, он прекрасно говорил на чешском, немецком и венгерском языках. С помощью отца он также выучил французский и английский языки.

Дальнейшее обучение и карьера

После окончания лицея Петцваль год работал воспитателем у графа Алмасси в уезде Хевес . Помимо получения срочно необходимых денег, этот опыт также обеспечил ему важные социальные контакты.

С 1826 по 1828 год Петцваль учился в Institutum Geometricum в Буде и получил инженерный диплом в 1828 году. В том же году он поступил в аспирантуру университета и стал самопровозглашенным заведующим физическим факультетом ( в 1831 году). С 1828 по 1835 год Петцваль одновременно работал городским инженером в городе Буда, в частности специалистом по борьбе с наводнениями и канализацией, и изучал математику, механику и практическую геометрию. Он является автором нереализованного плана строительства судоходного канала вокруг Буды. В 1830 году его расчеты плотины спасли город от наводнения, вызванного разливом Дуная . После того, как он получил докторскую степень. в 1832 году преподавал в качестве доцента в университете. В этот период он также получил степень по математике. В 1835 году он был назначен университетским профессором высшей математики.

После приглашения в Венский университет в 1836 году Петцваль в 1837 году занял там должность кафедры математики и проработал до 1877 года профессором математики. Помимо математики, он занимался также механикой, баллистикой, оптикой и акустикой. Его лекции по теории алгебраических уравнений, объединяющей линейные и дифференциальные уравнения с постоянными и переменными коэффициентами, баллистике, акустической теории и другим областям, отличались высоким качеством и пользовались большой популярностью.

Петцваль переехал в арендованный заброшенный монастырь на горе Каленберг . Там он основал собственную мастерскую по заточке стекла. Его линзы стали всемирно известными, потому что Петцваль также был искусным заточником линз и точным механиком.

В 1840 году он сконструировал свой знаменитый портретный объектив. В 1845 году начались споры с предпринимателем Петером Вильгельмом Фридрихом фон Фойгтлендером (1812–1878) о том, кто имел право производить линзы Петцваля. В 1859 году в дом Петцваля ворвались, а его рукописи — результат многолетних исследований — были уничтожены. Петцвалю так и не удалось восстановить утраченные документы. Его самая изысканная техническая книга по оптике, затерянная вместе с его рукописями, так и не появилась в печати. С тех пор он в первую очередь занимался акустикой и начал дистанцироваться от общества. Его предприятие с Карлом Дицлером провалилось в 1862 году (см. ниже); Дицлер умер в 1872 году.

В 1869 году в возрасте 62 лет Пецваль женился на своей экономке, но она умерла через четыре года. В 1877 году он прекратил читать лекции, удалился в монастырь на Каленберге и стал отшельником .

Могила Йозефа Петцваля

Петцваль умер в Вене в 1891 году, почти забытый, озлобленный и обездоленный. Его могила находится на центральном кладбище Вены. Его горечь в конце жизни, вероятно, можно объяснить, с одной стороны, его продолжающимися спорами с Фойгтлендером, потерей его рукописей и неудачей в бизнесе; а с другой стороны, к тому факту, что его пожизненная работа в области оптики так и не была признана. Сообщается, что незадолго до своей смерти Петцваль сказал:

« Я победил свет, я крепко держу его в руках, потому что в мире тоже много тьмы » .

Частная жизнь и хобби

Петцваль был хорошим спортсменом и наездником. В детстве он часто путешествовал с семьей в Высокие Татры , а также был заядлым спортсменом. В Вене он долгое время был лучшим фехтовальщиком и бойцом на ринге города. Он также унаследовал от своего отца отличный музыкальный талант. Якобы, пока он преподавал в Вене, на свои лекции он всегда ездил на вороной арабской лошади.

Петцваль никогда не хотел ничего рассказывать о своей личной жизни и поэтому при жизни был относительно непроницаем для других. Как описал доктор Эрменьи в своей книге « Жизнь доктора Йозефа Петцваля» .

« ...он дошел до того, что всегда вставлял голую точку, например, пользовался появляющимся ежегодником Императорской Академии наук, где бы, кроме имен членов, ни фигурировали вышеупомянутые дата и место рождения для себя в эту колонку » .

В конце своей жизни он жил во все большей изоляции в своем «замке» на Каленберге, имея в компании только свою лошадь, хотя несколько академий и научных обществ назначили его членом (членом Академии наук в Вене (1846/1849 г.) ), внешний член Венгерской академии наук (1873), почётный член Союза чешских математиков и физиков (1881), носители французского Шарля Шевалье Платенмедайля и др.).

Споры

Петцваль предъявлял очень высокие требования к себе и другим. Вероятно, это было связано с его критическим, спорным и саркастическим характером, который доставлял ему немало конфликтов, особенно в области математики.

У Петцваля возник спор с Кристианом Допплером по поводу проблем акустики, и Допплер ответил в 1852 году книгой, озаглавленной «Замечания по поводу возражений, высказанных профессором Петцвалем против правильности моей теории».

В частности, он был вовлечен в длительные споры с предпринимателем Фойгтлендером. Это началось в 1845 году, когда Петцваль впервые поднял вопрос о мошенничестве. Поскольку у Петцваля был патент только в Австрии, Фойгтлендер перенес свое производство в Брауншвейг в Германии , где в последующие 20 лет произвел около 60 000 линз Петцваля. Петцваль, со своей стороны, с 1854 года сотрудничал с австрийским производителем оптики Дитцлером. Линзы последнего продавались в Австрии как «фотографический Dialyt », а компания Voigtländer продавала линзы в Германии и Австрии как «Voightländer Orthoskop». После дальнейшего вмешательства Фойгтлендера Дитцлер обанкротился в 1862 году. Когда Петцваль пригрозил судебным иском, Фойгтлендер закрыл свой австрийский завод в 1866 году. Петцваль мог бы затем передать маркетинг, но он отказался от работы с оптикой после того, как его дом был ограблен в 1859 году, и работал вместо этого на акустике. В 1862 году он также прекратил читать лекции по оптике.

Открытия и изобретения

Оптика

Схема портретной линзы Петцваля 1841 года: кронное стекло с розовым оттенком, бесцветное стекло с синим оттенком.

линзы Петцваля

Современные объективы Петцваля от проектора

Величайшие достижения Петцваля связаны с его работами в области геометрической оптики . В 1839 году Луи Дагер представил дагерротип — первый коммерчески успешный фотографический процесс. Фокса Талбота был Калотип открыт ранее, но коммерческого успеха не имел. Петцваль узнал об изобретении от своего друга, венского профессора Андреаса фон Эттингсгаузена . Проблема с дагерротипом заключалась в том, что для создания портрета требовалась выдержка до 30 минут. По настоянию Эттингсхаузена Петцваль открыл мастерскую и лабораторию в Каленберге в Вене и после шести месяцев сложных вычислений разработал конструкции улучшенных объективов для портретной и пейзажной фотографии . Поскольку в то время артиллерия была одной из немногих профессий, в которых использовались передовые математические вычисления, эрцгерцог Людвиг предоставил для вычислительных работ восемь артиллерийских канониров и трех капралов. Расчеты, которые эти люди проводили совместно друг с другом, рассматривались как ранний (хотя и человеческий) пример параллельный компьютер .

Портретный объектив Петцваля ( Petzval Porträtobjektiv почти без искажений ) представлял собой Anachromatischer vierlinser (двойной ахроматический объектив с четырьмя линзами в трех группах). Сила света этой плоской «портретной линзы» была существенно выше, чем у эталона дагера 1839 года, линзы Волластона Шевалье ( е /16 ). Экран f /3,6 с фокусным расстоянием 160 мм позволило значительно сократить время экспозиции — используя выдержку всего от 15 до 30 секунд по сравнению с 10 минутами ранее. Таким образом, впервые стало возможным создание снимков.

Портретный объектив представлял собой склеенную двойную линзу спереди ( f /5 ) и двойной линзой с щелью сзади. Задняя двойная линза была необходима для коррекции сферических и комических ошибок. В линзе Шевалье использовались две склеенные двойные линзы, но они были немедленно заменены линзой Петцваля, так что Petzval Porträtlinse стала первой широко используемой цементированной линзой. Первые портретные объективы были довольно маленькими и имели диаметр 2,6 см. Линзы Петцваля 1856 года производства Дицлера имели диаметр 15 см и вес 15 кг, с помощью которых можно было делать портреты размером 33 на 42 см. [1]

В 1840 году Петцваль разрешил венскому предпринимателю Петеру Вильгельму Фридриху фон Фойгтлендеру производить линзы за единовременную выплату в 2000 гульденов без патента или контракта, что позже привело к длительному спору между Петцвалем и Фойгтлендером. Фойгтлендер, подтвердивший этот процесс своими собственными расчетами, изготовил прототип в мае 1840 года и начал производство объективов для дагерротипных фотоаппаратов в 1841 году, заработав на этом состояние. Термоэмиссионные камеры были изготовлены из латуни с использованием круглых дагерротипических пластин диаметром 8 см. В 1841 году было изготовлено 600 таких фотоаппаратов и продано по цене 120 гульденов. За это достижение Фойгтлендер получил медаль на Всемирной выставке в Париже. Эти первые камеры с металлическим корпусом были прототипами современных камер. Прошло еще 50 лет, прежде чем стала доступна улучшенная камера. Портретный объектив Петцваля использовался в 1920-х годах (часто под другими названиями) в фотоаппаратах и ​​сегодня используется в проекторах. Объектив сыграл важную роль в развитии фотографии и кинематографии.

Даже несмотря на все его очевидные улучшения, Петцваль остался недоволен объективом и после некоторых улучшений предоставил его для производства и патентования другим. Камера с новым ландшафтным объективом производства Дитцлера имела легкую складную камеру с двойным сильфоном. Петцваль никогда не получал коммерческой прибыли от использования объектива.

Среди других работ Петцваля - изобретение оперного бинокля, расчеты системы линз, которые привели к совершенствованию телескопа и микроскопа (1843 г.), расчеты для создания эффективных биноклей и создание новых прожекторов (1847 г.). Однако его план по строительству систем освещения для кораблей на Дунае не удалось осуществить. Его специальная зеркальная лампа (лампа Петцваля), позволявшая максимально использовать световую энергию, использовалась, в частности, для ярких проекторов, разработанных Петцвалем. Петцваля также можно считать изобретателем современной системы неастигматических линз, основываясь на записях из его поместья. Около 1860 года Петцваль провел фотограмметрические измерения с использованием сконструированного им оборудования. Он также научно доказал, что светящиеся твердые соединения излучают больше света, чем горящие газы. Карл Фрайгер Ауэр фон Вельсбах позже применил этот принцип к сконструированной им газовой лампе.

Достижения Петцваля сегодня используются в кинематографии, астрономии и метеорологии. Объектив Astro-Petzval-Objektiv используется в астрономии. Этот объектив позволял без искажений отображать большую часть неба, а также позволял фотографировать галактики и звездные поля. Немецкие оптические компании (Töpfer, Voigtländerkorrigie, Zeiss ) производили объективы Петцваля до 1940-х годов. Самым большим вкладом Петцваля в оптику являются его теоретические основы построения и коррекции систем оптических линз. Он выполнил фундаментальные работы по теории аберраций в оптических системах. Несколько центральных терминов в этой области позже были названы в честь Петцваля:

• Поверхность Петцваля — это вообще изогнутая плоскость изображения ненастроенной оптической системы.
• При соблюдении условия Петцваля поверхность Петцваля является ровной.

К сожалению физиков, Петцваль так и не выпустил подготовленного многотомного оптического труда.

Математика

В математике Петцваль подчеркивал практическую применимость. Он сказал: «Человечество существует не ради науки, но наука должна использоваться для улучшения условий жизни человечества». Он работал над применением преобразования Лапласа . Его работа была очень тщательной, но не вполне удовлетворительной, поскольку он не мог использовать интеграцию ребер, чтобы инвертировать преобразование. Петцваль написал статью в двух томах, а также большую работу на эту тему. Полемика со студентом Саймоном Спритцером, который обвинил Петцваля в плагиате Пьера-Симона Лапласа , привела к тому, что математики, находившиеся под влиянием Спритцера, Джордж Буль и Жюль Анри Пуанкаре, позже назвали преобразование в честь Лапласа. Петцваль пытался математически представить практически все, что его окружало. Таким образом, он пытался математически смоделировать фехтование или ход лошади. Его одержимость математикой в ​​конце концов привела к открытию портретной цели.

Акустика

При изучении акустики Петцваль особенно интересовался струн колебаниями , дифференциальными уравнениями колебаний струн и математической теорией музыкальных инструментов. Он разработал фортепиано с тремя последовательностями клавиш. Петцваль разработал теорию колебаний натянутых струн, а также собственную теорию тональных систем.

Мемориалы

Музей истории фотографии и кинематографии имени Йозефа Максимилиана Петцваля, входящий в состав Словацкого технического музея Кошице, расположен в Спишской Беле, в доме, где родился Пецваль. кратер Петцваль на обратной стороне Луны Его именем назван , а также дороги и статуи в современной Словакии, Австрии и Венгрии.

В 1980 году именем Петцваля было присвоено имя планетоида по просьбе астрономического института в Татранской Ломнице и чешских ученых (3716 Petzval, 1980 TG); Портретный объектив Петцваля позволил открыть в конце XIX века множество планетоидов. С 1928 года Австрийский совет по образованию вручает «Медаль Петцваля» за особые достижения в области научной фотографии.

Этническая принадлежность и имя

В Magyar Tudományos Akadémia Acta technica, том 25, 1959 г. отмечается спор по поводу этнической принадлежности Петцваля. По данным Венгерской академии наук:

« Австрийцы объявили Петцваля австрийцем, чехи пытались доказать его богемное происхождение, словаки утверждали, что графство Сепеш , где родился Пецваль, сейчас находится в Словакии , поэтому он, должно быть, был словаком. "

— Венгерская академия наук ,

В той же публикации также цитируются заявления Петцваля о том, что он венгр и «... верный сын отечества». Как упоминалось ранее, в школе у ​​него были проблемы с венгерским языком, поскольку он не был его родным языком. Современники Пецваля широко признавали, что он был венгром, как всегда заявлял Пецваль. "Он прожил 54 года своей жизни в Вене, но не смог стать, и не стал венцем - преданный своей родной стране, он остался венгром". - рассказал Люгер, мэр Вены, на похоронах Петцваля.

Работает

• Отчет о результатах некоторых диоптрических исследований ( Пешт , 1843 г.)
• Характеристики хорошей камеры-обскуры ( Вена , 1847 г.)
• Интегрирование линейных дифференциальных уравнений с постоянными и переменными коэффициентами, I–II. ( Вена , 1853–1859)
• Отчеты об оптических исследованиях ( Вена , 1857 г.)
• О новом пейзаже – как дальнозорком ( Вена , 1858)
• Теория возмущений в опорных линиях (в сводах и подвесных мостах) ( Лейпциг , 1904–1905)
• Теория тональных систем ( Лейпциг , 1904–1905)
• Из лекций по баллистике. Вклад в историю баллистики ( Лейпциг , 1908 г.)

Внешние ссылки

• Статья об линзах Петцваля
• Йожеф Петцваль
• www.info.omikk.bme.hu (на венгерском языке)
• Премия Йозефа Петцваля (на венгерском языке)
• Медаль Йозефа Петцваля (на венгерском языке)
• Джозеф Петцваль на Monoskop.org