Габриэль Липпман

Габриэль Липпман ФорМемРС
Липпманн в 1908 году
Рожденный	Йонас Фердинанд Габриэль Липпманн ( 1845-08-16 ) 16 августа 1845 г. Бонневуа , Люксембург (часть города Люксембург с 1921 года)
Умер	13 июля 1921 г. ( 1921-07-13 ) (75 лет) СС Франция , Атлантический океан
Альма-матер	Высшая нормальная школа
Известный	пластина Липпмана Электрометр Липпмана Электросмачивание Интегральная фотография Обратный пьезоэлектрический эффект
Награды	ФорМемРС (1896 г.) Нобелевская премия по физике (1908 г.)
Научная карьера
Поля	Физика
Учреждения	Сорбонна
Докторантура	Густав Кирхгоф
Другие научные консультанты	Герман фон Гельмгольц
Докторанты	Мария Кюри
Подпись

Йонас Фердинанд Габриэль Липпманн ForMemRS (16 августа 1845 — 13 июля 1921) — люксембургско-французский физик и изобретатель, лауреат Нобелевской премии по физике за свой метод фотографического воспроизведения цветов, основанный на явлении интерференции . Его родители были французскими евреями .

Ранняя жизнь и образование

Габриэль Липпманн родился в Бонневуа , Люксембург (люксембургский: Bouneweg), 16 августа 1845 года. В то время Бонневуа входил в состав коммуны Холлерих (люксембургский: Холлерех), которую часто называют местом его рождения. (Оба места, Бонневуа и Холлерих, теперь являются районами города Люксембург.) Его отец, Исаи, французский еврей, родившийся в Эннери недалеко от Меца , управлял семейным бизнесом по производству перчаток в бывшем монастыре в Бонневуа. В 1848 году семья переехала в Париж , где Липпмана сначала обучала его мать, Мириам Роуз (Леви), а затем поступил в лицей Наполеона (ныне лицей Анри-IV ). Говорили, что он был довольно невнимательным, но вдумчивым учеником с особым интересом к математике. В 1868 году он был принят в Высшую нормальную школу в Париже, где провалил экзамен , который позволил бы ему поступить на педагогическую профессию, предпочитая вместо этого изучать физику. В 1872 году французское правительство отправило его с миссией в Гейдельбергский университет , где он смог специализироваться в области электричества при поддержке Густава Кирхгофа, получив в 1874 году докторскую степень с отличием. Затем Липпман вернулся в Париж в 1875 году, где продолжал учиться до 1878 года, когда стал профессором физики в Сорбонне . В Сорбонне он преподавал акустику и оптику.

Профессор Липпманн в лаборатории Сорбонны по исследованиям в области физики ( Bibliothèque de la Sorbonne , NuBIS)

Карьера

За прошедшие годы Липпманн внес несколько важных вкладов в различные области физики.

Электрометр Липпмана (1872 г.)

Капиллярный электрометр

Одним из ранних открытий Липпмана была связь между электрическими и капиллярными явлениями, что позволило ему разработать чувствительный капиллярный электрометр, впоследствии известный как электрометр Липпмана , который использовался в первом аппарате ЭКГ . В докладе, представленном Философскому обществу Глазго 17 января 1883 года, Джон Г. М'Кендрик описал аппарат следующим образом:

Электрометр Липпмана состоит из трубки из обычного стекла длиной 1 метр и диаметром 7 миллиметров, открытой с обоих концов и удерживаемой в вертикальном положении прочной опорой. Нижний конец втягивается в точку капилляра до тех пор, пока диаметр капилляра не станет 0,005 миллиметра. Трубка наполнена ртутью, а точка капилляра погружена в разбавленную серную кислоту (1 к 6 воды по объему), причем на дне сосуда с кислотой находится еще немного ртути. Платиновую проволоку соединяют с ртутью в каждой трубке и, наконец, принимают меры, позволяющие увидеть точку капилляра в микроскоп с увеличением в 250 диаметров. Такой инструмент очень чувствителен; и Липпман утверждает, что можно определить разность потенциалов, столь малую, как разность потенциалов в одну 10 080-ю Даниэля . Таким образом, это очень тонкий способ наблюдения и (поскольку его можно градуировать методом компенсации) измерения мельчайших электродвижущих сил.

Докторская диссертация Липпмана, представленная в Сорбонне 24 июля 1875 года, была посвящена электрокапиллярности .

Пьезоэлектричество

В 1881 году Липпман предсказал обратный пьезоэлектрический эффект.

Цветная фотография

Цветная фотография, сделанная Липпманом в 1890-х годах. Он не содержит никаких пигментов или красителей.

Прежде всего, Липпмана помнят как изобретателя метода воспроизведения цветов с помощью фотографии, основанного на явлении интерференции , который принес ему Нобелевскую премию по физике за 1908 год.

В 1886 году интерес Липпмана обратился к методу фиксации цветов солнечного спектра на фотопластинке . 2 февраля 1891 года он объявил Академии наук: «Мне удалось получить изображение спектра с его цветами на фотопластинке, при этом изображение остается фиксированным и может сохраняться при дневном свете без ухудшения». К апрелю 1892 года он смог сообщить, что ему удалось создать цветные изображения витража, группы флагов, вазы с апельсинами, увенчанной красным маком, и разноцветного попугая. Он представил свою теорию цветной фотографии с использованием интерференционного метода в двух докладах Академии: один в 1894 году, другой в 1906 году.

Стоячая волна. Красные точки — это волновые узлы.

Явление интерференции оптике возникает в результате волнового распространения света в . Когда свет заданной длины волны отражается зеркалом обратно на самого себя, генерируются стоячие волны , подобно тому, как рябь, возникающая от камня, брошенного в стоячую воду, создает стоячие волны при отражении от поверхности, например, от стенки бассейна. В случае обычного некогерентного света стоячие волны различимы только в пределах микроскопически тонкого объема пространства рядом с отражающей поверхностью.

Липпманн использовал это явление, проецируя изображение на специальную фотопластинку, способную фиксировать детали, меньшие, чем длины волн видимого света. Свет проходил через опорный лист стекла в очень тонкую и почти прозрачную фотографическую эмульсию, содержащую субмикроскопические зерна галогенида серебра . Временное зеркало из жидкой ртути, находившееся в тесном контакте с эмульсией, отражало свет обратно через него, создавая стоячие волны, узлы которых оказывали незначительное влияние, а пучности создавали скрытое изображение . После разработки результатом стала структура ламелей , очень тонкий узор полос в отдельных параллельных слоях, состоящий из субмикроскопических зерен металлического серебра, который был постоянным рекордом стоячих волн. Во всей эмульсии расстояние между ламелями соответствовало полуволнам фотографируемого света; λ/(2n), где λ — длина волны света в воздухе, а n — показатель преломления эмульсии. Таким образом, информация о цвете хранилась локально. Чем больше расстояние между полосами, тем длиннее была длина волны, записанная по цвету изображения, причем самая длинная была красная.

Готовую пластину освещали спереди под почти перпендикулярным углом, используя дневной свет или другой источник белого света, содержащий полный диапазон длин волн видимого спектра . В каждой точке пластины свет примерно той же длины волны, что и свет, создавший ламели, сильно отражался обратно к зрителю. Свет других длин волн, который не поглощался и не рассеивался зернами серебра, просто проходил через эмульсию, обычно поглощаясь черным просветляющим покрытием, нанесенным на обратную сторону пластины после его проявления. Таким образом, длины волн и, следовательно, цвета света, сформировавшего исходное изображение, были восстановлены, и стало видно полноцветное изображение.

На практике использовать процесс Липпмана было непросто. Чрезвычайно мелкозернистые фотоэмульсии с высоким разрешением по своей природе гораздо менее светочувствительны, чем обычные эмульсии, поэтому требовалось длительное время выдержки. С объективом с большой диафрагмой и очень ярко освещенным солнцем объектом иногда была возможна выдержка камеры менее одной минуты, но типичными были экспозиции, измеряемые в минутах. Чистые спектральные цвета воспроизводятся блестяще, но нечеткие широкие полосы длин волн, отражаемые объектами реального мира, могут быть проблематичными. В результате этого процесса не получались цветные отпечатки на бумаге, и оказалось невозможно сделать хорошую копию цветной фотографии Липпмана путем ее повторной фотографии, поэтому каждое изображение было уникальным. Призма с очень малым углом обычно приклеивалась к передней части готовой пластины, чтобы отклонить нежелательные отражения от поверхности, и это делало пластины любого значительного размера непрактичными. Размер его ранних фотографий составлял 4 на 4 см, позже увеличился до 6,5 на 9 см. Освещение и расположение обзора, необходимые для наилучшего просмотра цветов, исключали случайное использование. Хотя специальные пластины и держатель пластин со встроенным резервуаром для ртути были коммерчески доступны в течение нескольких лет c. В 1900 году даже опытные пользователи находили стабильно хорошие результаты недостижимыми, и этот процесс так и не превратился в элегантную с научной точки зрения лабораторную диковинку. Однако это стимулировало интерес к дальнейшему развитию цветной фотографии .

Процесс Липпмана предвосхитил лазерную голографию , которая также основана на записи стоячих волн в фотографическом носителе. Голограммы отражения Денисюка , часто называемые голограммами Липпмана-Брэгга, имеют схожие пластинчатые структуры, которые преимущественно отражают определенные длины волн. В случае реальных многоволновых цветных голограмм этого типа информация о цвете записывается и воспроизводится так же, как в процессе Липпмана, за исключением того, что высококогерентный лазерный свет, проходящий через носитель записи и отражающийся обратно от объекта, генерирует требуемый отчетливый свет. стоячие волны в относительно большом объеме пространства, что исключает необходимость отражения в непосредственной близости от носителя записи. Однако, в отличие от цветной фотографии Липпмана, лазеры, объект и носитель записи должны сохранять стабильность с точностью до четверти длины волны во время экспозиции, чтобы стоячие волны могли быть записаны адекватно или вообще.

Интегральная фотография

В 1908 году Липпманн представил то, что он назвал «интегральной фотографией», в которой для фотографирования сцены используется плоская решетка близко расположенных маленьких сферических линз, записывающих изображения сцены, как она появляется из многих немного разных горизонтальных и вертикальных мест. Когда полученные изображения корректируются и просматриваются через один и тот же набор линз, каждый глаз видит единое интегрированное изображение, состоящее из небольших частей всех изображений. Положение глаза определяет, какие части маленьких изображений он видит. Эффект заключается в том, что визуальная геометрия исходной сцены реконструируется, так что границы массива кажутся краями окна, через которое сцена выглядит в натуральную величину и в трех измерениях, реалистично демонстрируя параллакс и сдвиг перспективы при любом изменении. изменение положения наблюдателя. Этот принцип использования многочисленных линз или апертур изображения для записи того, что позже было названо световым полем, лежит в основе развивающейся технологии камер и микроскопов светового поля .

Когда Липпман представил теоретические основы своей «интегральной фотографии» в марте 1908 года, было невозможно сопроводить их конкретными результатами. В то время отсутствовали материалы, необходимые для изготовления двояковыпуклого экрана с надлежащими оптическими качествами. В 1920-х годах многообещающие испытания были проведены Эженом Эстанавом с использованием стеклянных линз Стэнхоупа и Луи Люмьером с целлулоидом. Интегральная фотография Липпмана легла в основу исследований трехмерных и анимированных лентикулярных изображений , а также цветных лентикулярных процессов.

Измерение времени

В 1895 году Липпман разработал метод устранения личного уравнения в измерениях времени с помощью фотографической регистрации и изучал устранение неравномерностей маятниковых часов , разработав метод сравнения времени колебаний двух маятников с почти равным периодом.

Целостат

Липпманн также изобрел целостат — астрономический инструмент, который компенсировал вращение Земли и позволял фотографировать область неба без видимого движения.

Броуновский храповик

В 1900 году он предложил то, что позже было названо броуновским храповиком , как чисто механическую версию демона Максвелла , якобы показывая, что кинетическая теория газа несовместима со вторым законом термодинамики.

Академическая принадлежность

Липпманн был членом Академии наук с 8 февраля 1886 года до своей смерти, а в 1912 году был ее президентом. Кроме того, он был иностранным членом , Лондонского королевского общества членом Бюро долгот , и член Института Великого Герцога Люксембурга. Он стал членом Французского общества фотографии в 1892 году и его президентом с 1896 по 1899 год. Липпманн был одним из основателей Института теоретической и прикладной оптики во Франции. Липпманн был президентом Société Astronomique de France (SAF) , французского астрономического общества, с 1903 по 1904 год.

Почести

Липпманн был назначен кавалером Почетного легиона 29 декабря 1881 года, произведен в офицеры 2 апреля 1894 года, в звание командующего 14 декабря 1900 года и в звание великого офицера 6 декабря 1919 года.

В городе Люксембурге именем Липпмана был назван Институт фундаментальных научных исследований ( Centre de Recherche Public Gabriel Lippmann ), который 1 января 2015 года объединился с другим крупным исследовательским центром и образовал новый Люксембургский институт науки и технологий (LIST).

Личная жизнь

Липпманн женился на дочери писателя Виктора Шербулье в 1888 году. Он умер 13 июля 1921 года на борту парохода «Франция» по пути из Канады.

См. также

• Аутостереоскопия
• Броуновский храповик
• Камера светового поля
• Список еврейских нобелевских лауреатов

Дальнейшее чтение

• Цветная фотография Габриэля Липпмана: наука, медиа, музеи . Ханин Ханнух. Амстердам. 2022. ISBN  978-94-6372-855-3 . OCLC   1304814408 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) CS1 maint: другие ( ссылка )
• Дж. П. Пьер и Дж. А. Массар (редакторы) (1997): Габриэль Липпманн: Празднование секцией естественных, физических и математических наук Института Великого Герцога Люксембурга 150-летия ученого, родившегося в Люксембурге, лауреата Нобелевской премии в 1908 г., Люксембург, Секция естественных, физико-математических наук Института Великого Герцога Люксембурга в сотрудничестве с семинаром по математике и семинаром по истории науки и медицины Университетского центра Люксембурга, 139 стр.
• Лебон, Эрнест, «Ученые того времени: биография, аналитическая библиография произведений», включая Портрет Габриэля Липпмана. – 1911. с. 70, Готье-Виллар (Париж), 1909–1913.
• Изабель Бергоенд, Оптический Dagobert , Editions Thierry Marchaisse, 2015.

Внешние ссылки

• Габриэль Липпманн на Nobelprize.org включая Нобелевскую лекцию 14 декабря 1908 г. Цветная фотография.
• Габриэль Липпманн в Еврейской энциклопедии
• Общественный исследовательский центр – Габриэль Липпманн