Габріель Ліпман

Фотографія Габріель Ліпман (photo Gabriel Lipman)

Gabriel Lipman

  • День народження: 06.08.1845 року
  • Вік: 75 років
  • Місце народження: Холлерих, Люксембург
  • Дата смерті: 12.06.1921 року
  • Громадянство: Люксембург

Біографія

Французький фізик Габріель Ионас Ліпман народився в Холлерихе (Люксембург). До тринадцяти років він навчався вдома, а після переїзду батьків у Париж поступив в ліцей Наполеона. У 1868 р. Л. став студентом Еколь нормаль сюперьер. Складання рефератів німецьких статей для французького журналу «Аннали хімії та фізики» («Annales de Chimie et de Physique») розбудило в ньому інтерес до досліджень електрики.

Під час фінансується урядом відрядження в Німеччину (1873) для вивчення методів викладання природничих наук Л. працював у Гейдельберзькому університеті з фізіологом Вільгельмом Кюне і фізиком Густавом Кирхгофом, а потім у Берліні з фізіологом і фізиком Германом фон Гельмгольцем. Кюне показав Л. досвід, в якому крапля ртуті, покрита сірчаної кислотою, деформувалася при легкому дотику залізної зволікання. Л. прийшов до висновку, що метали і сірчана кислота утворюють електричну батарею, напруга якої змінює форму поверхні ртуті. Ця щаслива гіпотеза дозволила йому створити капілярний електрометрії (або вольтметр) – похилу капілярну скляну трубку, в якій поверх ртутного стовпчика розташовується сірчана кислота. Індуковані електрикою зміни в викривленої поверхні ртуті змушують ртутний стовпчик рухатися в капілярі, і ці переміщення дозволяють вимірювати різниці електричного потенціалу до 0,001 вольта.

Після повернення в Париж » для завершення утворення Л. провів дослідження электрокапиллярности, впливу електричних полів на поверхневий натяг рідин, а в 1875 р. захистив у Сорбонні дисертацію на здобуття ступеня доктора наук. У 1878 р. він став співробітником факультету природничих наук Паризького університету, а в 1883 р. був призначений професором математичної фізики. З 1886 р. Л. став керівником науково-дослідної лабораторії, співробітником якої залишався до кінця свого життя.

Л. провів дослідження ефекту освіти електрики під дією механічної деформації ртутної поверхні. Він представляв собою явище, протилежне тому, на якому заснована дія капілярного електрометра. Ця робота допомогла Л. сформулювати загальну теорему, яку він опублікував у 1881 р. Ця теорема стверджує, що, знаючи про існування деякого фізичного явища, ми можемо передбачити існування і величину зворотного ефекту. Л. застосував свою теорему до явища п’єзоелектрики – виникнення електричних зарядів при стиску або розтягу деяких кристалів, наприклад кварцу. Так як механічні сили, породжуючи заряди, змінюють розміри кристала (зміна розмірів призводить до виникнення напруги), Л. передбачив, що якщо до кристалу прикласти напругу, то це викличе зміна його розмірів. П’єр Кюрі і його брат Жак підтвердили припущення Л. експериментально.

Зворотний п’єзоелектричний ефект нині широко використовується в науці і техніці. Приложенноек п’єзоелектричним кристалам змінну напругу змушує їх здійснювати коливання і випромінювати звукові хвилі, що знаходить застосування в сонарах (пристроях для виявлення підводних човнів), різних ультразвукових пристроях, що використовуються для очищення поверхонь, дистанційного контролю і в зуболікарських сверлах.

У 1879 р. Л. висловив припущення про те, що електричні заряди збільшують інерцію тіла – його опір зміні швидкості. Можливо, що на цю думку його наштовхнули спостереження Майкла Фарадея (1838) і експерименти Р. А. Роуленда (1876), показали, що рухається заряд, еквівалентний електричного струму і створює магнітне поле. Але Л. ніде не посилався на експериментальне підтвердження своєї гіпотези і не займався її подальшим розвитком.

У 1891 р. Л. продемонстрував метод отримання невыцветающих кольорових фотографій. Процес, що дозволяє отримувати кольорові фотографії, був запропонований в 1848 р. французьким фізиком Едмоном Беккерелем. У ньому використовувалася срібна пластинка, покрита шаром хлориду срібла, але фотографії швидко вицвітають, а сам Беккерель не міг дати пояснення утворення кольорового зображення. Через 20 років німецький фізик Вільгельм Ценкер пояснив виникнення кольору на фотографіях Беккереля явищем інтерференції. Теорія Ценкера отримала подальший розвиток у роботах англійського фізика Дж. У. Стретта і була підтверджена експериментально в 1890 р. німецьким фізиком Отто Вінером.

Інтерференція є не що інше, як комбінування різних світлових хвиль, які приходять одночасно в одну і ту ж точку. Світло являє собою електричне і магнітне поля, напруженість яких періодично зростає, зменшується і змінює знак уздовж осей, перпендикулярних один одному і напрямку поширення світла. Тому світлові хвилі можуть підсилювати чи послаблювати один одного в залежності від того, спрямовані на їх поля в одну і ту ж сторону або в протилежні. Якщо світлові хвилі мають однакову довжину (і відповідну їй частоту), то виникає інтерференційна картина – кільця чи смуги. Яскраві плями на ній відповідають приходу хвиль, які перебувають у фазі (в одній і тій же точці повного циклу зміни), темні – приходу хвиль в протифазі (в діаметрально протилежних точках циклу). Відстані між плямами на інтерференційній картині залежать від довжини хвилі. Хвилі з різною довжиною хвилі, інтерферируются, створюють картини, які зміщуються відносно один одного безперервно, результатечего загальна картина виявляється змазаною.

На фотопластинках Беккереля, як пояснив Ценкер, падаюче світло интерферирует зі світлом хвилі тієї ж довжини, відбитим від срібної платівки, що породжує картину з яскравих шарів, розташованих через півхвильові інтервали і розділених темними шарами. Так як довжина хвилі відповідає кольору, що сприймається оком, різні кольори створюють інтерференційні картини на різній глибині і в різних місцях на платівці, де вони виникають при падаючому світлі. Світлова енергія, накопичена в кожній точці плівки за час експозиції, визначає число зерен металевого срібла, які утворюються з хлориду срібла при наступному прояві пластинки. Ці металеві зерна стають копіями інтерференційних картин для різних кольорів у вигляді потемнілих шарів, розташованих на різній глибині і з різним бічним зміщенням.

При розгляданні такий фотографії в звичайному світлі, тобто суміші усіх кольорів, світло відбивається від шарів зерен металевого срібла, і від самої срібної платівки. Світлові хвилі, відбиті від шарів різної глибини, посилюються в результаті інтерференції тільки при цілком певній довжині хвилі (кольорі), що відповідає відстаням між шарами, і таким чином відтворюють кольори сфотографованого об’єкта.

Коли Л. винайшов свій спосіб кольорової фотографії, що дозволяє одержувати знімки, не выцветавшие незабаром після прояву, він заперечував, що кольори на фотографіях за методом Беккереля обумовлені інтерференцією. К. стверджував, що інтерференція лежить в основі його власного методу. Пластинки Л. були виготовлені з прозорого скла і з одного боку покриті відносно товстим шаром світлочутливої емульсії з желатину, нітрату срібла і броміду калію. Під час експозиції касета покривала вільну сторону скляної пластинки ртуттю, яка створювала блискучу поверхню, що відбиває, Інтерференційні картини між світлом, що падає від об’єкта і відбитим від ртуті (саме ці інтерференційні картини зберігають «пам’ять» про колір зображення), запечатлялись у розподілі зерен срібла, що виникали в результаті хімічних реакцій при прояві. Згодом Л. образно описував винайдений ним як процес створення свого роду шаблону, або форми, з світлових променів в товщі фотоплівки.

«За створення методу фотографічного відтворення кольорів на основі явища інтерференції» Л. був удостоєний Нобелівської премії з фізики 1908 р. Упомянуво тому «ключове положення, яке займає фотографічне відтворення різних об’єктів в сучасному житті», К. Б. Хассельберг з Шведської королівської академії наук на церемонії вручення премії сказав, що «метод кольорової фотографії Л. знаменує новий крок вперед… в мистецтві фотографії». Виступаючи з Нобелівською лекцією, Л. продемонстрував, що при його методі колір дійсно виникає внаслідок інтерференції в фотопластинці без участі будь-яких барвників: він змочив емульсію, желатин розбухнув і відстані між плямами на інтерференційній картині змінилися, кольору зникли. Але варто було желатину підсохнути, як інтерференційні картини відновилися, а зображення знову знайшло колір.

Л. зазначив необхідність подальшого вдосконалення свого методу: «Тривалість експозиції (1 хвилина на сонячному світлі) все ще занадто велика для портретної зйомки. Коли я тільки приступив до роботи, тривалість експозиції доходила до 15 хвилин. Процес слід вдосконалювати і надалі. Життя коротке, а прогрес йде так повільно». Сучасна кольорова фотографія з плівками, що вимагають експозиції в частки секунди, заснована на триколірному процесі з використанням поглинаючих барвників, вперше запропонований в 50-х роках XIX ст. шотландським фізиком Джеймсом Клерком Максвеллом.

У наступні роки Л. вніс великий внесок у розвиток сейсмології та астрономії. Йому належать ідеї використання телеграфних сигналів для раннього оповіщення про землетруси та вимірювання швидкості поширення пружних хвиль у земній корі. Він запропонував нову різновид сейсмографа для безпосереднього вимірювання прискорення в русі земної поверхні. Л. розробив конструкцію двох астрономічних інструментів: целостата з повільно обертовим дзеркалом, що дозволяє отримувати стаціонарне зображення ділянки неба, на який наведено інструмент, а не тільки одиночної зірки, і уранографа, за допомогою якого можна зробити фотографічну карту неба з вже нанесеними на ній меридіанами, за яким зручно відраховувати рівні інтервали часу. Його підручник з термодинаміки (науці про перетворення теплової енергії та її зв’язку з механічною енергією) став стандартним курсом у Франції.

У 1888 р. К. одружився. Він помер на борту пароплава «La France», повертаючись з поїздки в Канаду. Л. був членом Французької академії наук (у 1912 р. – її президент), членом Лондонського королівського товариства. Він був удостоєний звання командора ордена Почесного легіону.