Фриц Цернике

Создатель фазово-контрастной микроскопии

Фазово-контрастные микроскопы пользуются большой популярностью у биологов; изучение клеток под такими микроскопами возможно без предварительного окрашивания культур. Обязаны этими микроскопами – и еще целым рядом ценнейших открытий физического толка – мы голландскому физику Фрицу Цернике.

Родился Цернике в Амстердаме, Голландия (Amsterdam, Netherlands), в семье Карла Фредерика Августа Цернике (Carl Frederick August Zernike) и Антье Дайперник (Antje Dieperink). Родители Фрица были преподавателями математики, однако отец увлекался еще и физикой; интерес к физике от него унаследовал и Цернике-младший. В Университете Амстердама (University of Amsterdam) Фриц изучал математику, физику и (в качестве основного предмета) химию.

В 1912-м за свои исследования опалесценции газов Фриц получил специальную премию.

В 1913-м Цернике стал ассистентом Якобуса Корнелиуса Каптейна (Jacobus Cornelius Kapteyn); вместе они работали в астрономической лаборатории Университета Гронингена (Groningen University).

В 1914-м Фриц вместе с Леонардом Саломоном Орнштейном (Leonard Salomon Ornstein) создал так называемое 'уравнение Орнштейна-Цернике' для теории критической точки.

В 1915-м Фриц Цернике получил должность физика-исследователя, в 1920-м стал полноправным профессором теоретической физики.

В 1930-м Цернике занимался исследованием спектральных линий; в ходе исследований своих он открыл так называемые 'призрачные линии', возникавшие слева и справа от линий основных и создававшиеся эффектом дифракционой решетки с фазой, смещенной относительно основной на 90 градусов. В 1933-м на физическо-медицинском конгрессе в Вагенингене Фриц представил вниманию коллег первый вариант метода фазово-контрастной микроскопии. Позже он изрядно доработал собственное открытие; во время Второй Мировой на основе теорий Цернике был создан первый фазово-контрастный микроскоп.

Немалый вклад Цернике внес и в другой раздел оптики – теорию дефектов изображения. Ранее анализ дефектов (аберраций) оптических систем опиралс

я преимущественно на работы Людвига Зейделя (Ludwig Seidel), опубликованные еще в середине 19-го века. Увы, работам этим недоставало точности в классификации отдельных разновидностей аберраций. Модель Цернике опиралась не на разложения в степенные ряды, но на ортогональные многочлены; используя этот инструмент, Фриц сумел решить одну довольно старую проблему оптики – проблему поиска оптимального баланса между различными аберрациями. Впоследствии полиномы Цернике довольно активно использовались в оптическом дизайне, оптической метрологии и анализе изображений.

Работы Цернике пробудили в его коллегах большой интерес к теории когерентности и изучению частично когерентных источников света. В 1938-м Фриц Цернике опубликовал сравнительно простой вывод ранее известной теоремы ван Циттерта (Van Cittert); сейчас теорема эта известна, как 'теорема ван Циттерта–Цернике'.

Последние годы своей жизни Фриц Цернике страдал от довольно серьезной болезни; скончался ученый в 1966-м в больнице Амерсфорта, Голландия (Amersfoort, Netherlands).

За свою успешную научную деятельность Фриц удостоился целого ряда различных наград и премий; так, он числился иностранным членом Королевского Общества (Royal Society). Известно, что число Эрдёша (Erdős number) у Цернике составляло 6. В честь Фрица Цернике был назван университетский комплекс к северу от Гронингена и один из лунных кратеров. Самой престижной премией из полученных Фрицем, стала Нобелевская премия по физике – её ученому вручили в 1953-м, за обоснование фазово-контрастного метода и изобретение фазово-контрастного микроскопа. Интересно, что внучатый племянник Цернике, Герардус Хоофт (Gerardus 't Hooft), также получил Нобелевскую премию по физике в 1999-м.