Габриэль Липман

Биография

Французский физик Габриель Ионас Липман родился в Холлерихе (Люксембург). До тринадцати лет он учился дома, а после переезда родителей в Париж поступил в лицей Наполеона. В 1868 г. Л. стал студентом Эколь нормаль сюперьер. Составление рефератов немецких статей для французского журнала «Анналы химии и физики» ("Annales de Chimie et de Physique") пробудило в нем интерес к исследованиям электричества.

Во время финансируемой правительством командировки в Германию (1873) для изучения методов преподавания естественных наук Л. работал в Гейдельбергском университете с физиологом Вильгельмом Кюне и физиком Густавом Кирхгофом, а затем в Берлине с физиологом и физиком Германом фон Гельмгольцем. Кюне пока

зал Л. опыт, в котором капля ртути, покрытая серной кислотой, деформировалась при легком прикосновении железной проволочки. Л. пришел к выводу, что металлы и серная кислота образуют электрическую батарею, напряжение которой изменяет форму поверхности ртути. Эта счастливая догадка позволила ему созда

ть капиллярный электрометр (или вольтметр) – наклонную капиллярную стеклянную трубку, в которой поверх ртутного столбика располагается серная кислота. Индуцируемые электричеством изменения в искривленной поверхности ртути вынуждают ртутный столбик двигаться в капилляре, и эти перемещения позволяют и

змерять разности электрического потенциала до 0,001 вольта.

По возвращении в Париж для завершения образования Л. провел исследования электрокапиллярности, влияния электрических полей на поверхностное натяжение жидкостей, а в 1875 г. защитил в Сорбонне диссертацию на соискание степени доктора наук

. В 1878 г. он стал сотрудником факультета естественных наук Парижского университета, а в 1883 г. был назначен профессором математической физики. С 1886 г. Л. стал руководителем научно-исследовательской лаборатории, сотрудником которой оставался до конца своей жизни.

Л. провел исследование эффект

а образования электричества под действием механической деформации ртутной поверхности. Он представлял собой явление, обратное тому, на котором основано действие капиллярного электрометра. Эта работа помогла Л. сформулировать общую теорему, которую он опубликовал в 1881 г. Эта теорема утверждает, что

, зная о существовании некоторого физического явления, мы можем предсказать существование и величину обратного эффекта. Л. применил свою теорему к явлению пьезоэлектричества – возникновение электрических зарядов при сжатии или растяжении некоторых кристаллов, например кварца. Так как механические си

лы, порождая заряды, изменяют размеры кристалла (изменение размеров приводит к возникновению напряжения), Л. предсказал, что если к кристаллу приложить напряжение, то это вызовет изменение его размеров. Пьер Кюри и его брат Жак подтвердили предположение Л. экспериментально.

Обратный пьезоэлектрич

еский эффект ныне широко используется в науке и технике. Приложенное к пьезоэлектрическим кристаллам переменное напряжение вынуждает их совершать колебания и излучать звуковые волны, что находит применение в сонарах (устройствах для обнаружения подводных лодок), различных ультразвуковых устройствах,

используемых для очистки поверхностей, дистанционного контроля и в зубоврачебных сверлах.

В 1879 г. Л. высказал предположение о том, что электрические заряды увеличивают инерцию тела – его сопротивление изменению скорости. Возможно, что на эту мысль его натолкнули наблюдения Майкла Фарадея (1838

) и эксперименты Г.А. Роуленда (1876), показавшие, что движущийся заряд эквивалентен электрическому току и создает магнитное поле. Но Л. нигде не ссылался на экспериментальное подтверждение своей гипотезы и не занимался ее дальнейшим развитием.

В 1891 г. Л. продемонстрировал метод получения невыц

ветающих цветных фотографий. Процесс, позволяющий получать цветные фотографии, был предложен в 1848 г. французским физиком Эдмоном Беккерелем. В нем использовалась серебряная пластинка, покрытая слоем хлорида серебра, но фотографии быстро выцветали, а сам Беккерель не мог дать объяснения образованию

цветного изображения. Через 20 лет немецкий физик Вильгельм Ценкер объяснил возникновение цвета на фотографиях Беккереля явлением интерференции. Теория Ценкера получила дальнейшее развитие в работах английского физика Дж. У. Стретта и была подтверждена экспериментально в 1890 г. немецким физиком От

то Винером.

Интерференция есть не что иное, как комбинирование различных световых волн, приходящих одновременно в одну и ту же точку. Свет представляет собой электрическое и магнитное поля, напряженность которых периодически возрастает, убывает и изменяет знак вдоль осей, перпендикулярных друг др

угу и направлению распространения света. Поэтому световые волны могут усиливать или ослаблять друг друга в зависимости от того, направлены ли их поля в одну и ту же сторону или в противоположные. Если световые волны имеют одинаковую длину (и соответствующую ей частоту), то возникает интерференционна

я картина – кольца или полосы. Яркие пятна на ней соответствуют приходу волн, находящихся в фазе (в одной и той же точке полного цикла изменения), темные – приходу волн в противофазе (в диаметрально противоположных точках цикла). Расстояния между пятнами на интерференционной картине зависят от длины

волны. Волны с различной длиной волны, интерферируя, создают картины, которые смещаются относительно друг друга непрерывно, в результате чего общая картина оказывается смазанной.

На фотопластинках Беккереля, как объяснил Ценкер, падающий свет интерферирует со светом волны той же длины, отраженны

м от серебряной пластинки, что порождает картину из ярких слоев, расположенных через полуволновые интервалы и разделенных темными слоями. Так как длина волны соответствует цвету, воспринимаемому глазом, различные цвета создают интерференционные картины на различной глубине и в различных местах на пл

астинке, где они возникают при падающем свете. Световая энергия, накопленная в каждой точке пленки за время экспозиции, определяет число зерен металлического серебра, которые образуются из хлорида серебра при последующем проявлении пластинки. Эти металлические зерна становятся копиями интерференцион

ных картин для различных цветов в виде потемневших слоев, расположенных на различной глубине и с различным боковым смещением.

При рассматривании такой фотографии в обычном свете, т.е. в смеси всех цветов, свет отражается и от слоев зерен металлического серебра, и от самой серебряной пластинки. Св

етовые волны, отраженные от слоев различной глубины, усиливаются в результате интерференции только при вполне определенной длине волны (цвете), соответствующей расстояниям между слоями, и таким образом воспроизводят цвета сфотографированного объекта.

Когда Л. изобрел свой способ цветной фотографи

и, позволявший получать снимки, не выцветавшие вскоре после проявления, он отрицал, что цвета на фотографиях по методу Беккереля обусловлены интерференцией. Л. утверждал, что интерференция лежит в основе его собственного метода. Пластинки Л. были изготовлены из прозрачного стекла и с одной стороны п

окрыты относительно толстым слоем светочувствительной эмульсии из желатина, нитрата серебра и бромида калия. Во время экспозиции кассета покрывала свободную сторону стеклянной пластинки ртутью, которая создавала блестящую отражающую поверхность, Интерференционные картины между светом, падающим от об

ъекта и отраженным от ртути (именно эти интерференционные картины хранят «память» о цвете изображения), запечатлялись в распределении зерен серебра, возникавших в результате химических реакций при проявлении. Впоследствии Л. образно описывал изобретенный им процесс как создание своего рода шаблона,

или формы, из световых лучей в толще фотопленки.

«За создание метода фотографического воспроизведения цветов на основе явления интерференции» Л. был удостоен Нобелевской премии по физике 1908 г. Упомянув о том «ключевом положении, которое занимает фотографическое воспроизведение различных объекто

в в современной жизни», К.Б. Хассельберг из Шведской королевской академии наук на церемонии вручения премии сказал, что «метод цветной фотографии Л. знаменует новый шаг вперед... в искусстве фотографии». Выступая с Нобелевской лекцией, Л. продемонстрировал, что при его методе цвет действительно возн

икает вследствие интерференции в фотопластинке без участия каких-либо красителей: он смочил эмульсию, желатин разбух и расстояния между пятнами на интерференционной картине изменились, цвета исчезли. Но стоило желатину подсохнуть, как интерференционные картины восстановились, а изображение вновь обр

ело цвет.

Л. отметил необходимость дальнейшего усовершенствования своего метода: «Продолжительность экспозиции (1 минута на солнечном свете) все еще слишком велика для портретной съемки. Когда я только приступил к работе, продолжительность экспозиции доходила до 15 минут. Процесс следует совершен

ствовать и дальше. Жизнь коротка, а прогресс идет так медленно». Современная цветная фотография с пленками, требующими экспозиции в доли секунды, основана на трехцветном процессе с использованием поглощающих красителей, впервые предложенном в 50-х гг. XIX в. шотландским физиком Джеймсом Клерком Макс

веллом.

В последующие годы Л. внес большой вклад в развитие сейсмологии и астрономии. Ему принадлежат идеи использования телеграфных сигналов для раннего оповещения о землетрясениях и измерения скорости распространения упругих волн в земной коре. Он предложил новую разновидность сейсмографа для н

епосредственного измерения ускорения в движении земной поверхности. Л. разработал конструкцию двух астрономических инструментов: целостата с медленно вращающимся зеркалом, позволяющим получать стационарное изображение участка неба, на который наведен инструмент, а не только одиночной звезды, и урано

графа, с помощью которого можно сделать фотографическую карту неба с уже нанесенными на ней меридианами, по которым удобно отсчитывать равные интервалы времени. Его учебник по термодинамике (науке о превращениях тепловой энергии и ее связи с механической энергией) стал стандартным курсом во Франции.