Нобелевские лауреаты: Габриэль Липпман

О человеке, изобретения которого привели к созданию электрокардиографии и голографии, человеке, который родился в крошечном государстве, а умер в море, человеке, которому благодарны астрономы и фотографы, рассказывает наш сегодняшний выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Габриэль Ионас Липпман

Родился 6 августа 1845 года, Холлерих, Люксембург.

Умер 12 июля 1921 года, пароход «Франция», Атлантический океан.

Нобелевская премия по физике 1908 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За создание метода фотографического воспроизведения цветов на основе явления интерференции» (for his method of reproducing colours photographically based on the phenomenon of interference).

Наш герой — первый лауреат, родившийся в одном из самых маленьких государств мира. Более того, он единственный, который и родился, и умер в столь необычных местах: родился будущий лауреат в Великом Герцогстве Люксембург, а скончался вообще посреди океана, но на «Франции» — так назывался пароход, на котором он возвращался домой. Но обо всем по порядку.

Люксембуржцем Липпман (какое-то время его фамилию Lippmann по-русски писали просто Липман, сейчас же устоялось написание Липпман) пробыл недолго: его родители переехали в Париж. До подросткового возраста наш герой учился дома, и только в 13 лет его отдали в знаменитый Лицей Наполеона. Окончив его, Липпман в 1868 году поступил в Высшую нормальную школу Парижа (École normale supérieure). Она и поныне считается одним из лучших вузов мира и лучшим высшим учебным заведением Франции, а уж в те времена…

Уже студентом наш герой стал причастен к изданию научных журналов: его привлекли составлять рефераты из немецкой научной периодики для французского журнала Annales de Chimie et de Physique. Разбирая работы лучших немецких физиков, Липпман определился с тематикой собственных исследований — электричеством.

В 1873 году французское Минобрнауки (а Высшая нормальная школа находилась в подчинении министерства) отправляет Липпмана в Германию. Главным заданием молодого специалиста было обучиться методам преподавания естественных наук… Но кто будет заниматься изучением методичек, когда есть возможность поработать с такими физиками, как Густав Кирхгоф и Герман фон Гельмгольц, и таким физиологом, как Вильгельм Кюне?

Любопытно, что именно физиолог и биолог Кюне показал молодому ученому физический опыт, который сподвиг его на изобретение. Берем капельку ртути, покрываем ее серной кислотой. Берем железную проволочку и слегка касаемся ею капельки. Капля дергается, деформируется. А это значит, что железо и ртуть вместе образовали в серной кислоте электрическую батарею, и возникшее напряжение изменяет поверхностное натяжение ртути.

Озарение Липпмана позволило ему создать одно из главных своих изобретений — капиллярный электрометр. В наклонной стеклянной трубке поверх ртутного столбика была налита серная кислота, к ртути были подведены провода с двух сторон. Электричество заставляет ртуть менять поверхностное натяжение и перемещает ртутный столбик по капилляру. Так уже в 1873 году был создан прибор, который мог измерять разность потенциалов в одну тысячную вольта!

Забегая вперед, скажем, что в 1887 году электрометр Липпмана станет важнейшей частью нового медицинского прибора — электрокардиографа. Огастес Уоллер при помощи этого устройства впервые в истории смог записать электрокардиограмму человека. Потом он много выступал на медицинских конгрессах со своим бульдогом, чью ЭКГ снимал прямо на лекциях. Другое дело, что по этой кардиограмме было невозможно ничего понять, и пришлось ждать Виллема Эйнтховена, который усовершенствовал метод… Но о нем мы расскажем, когда дойдет очередь до Нобелевской премии по медицине 1924 года.

А электрометр Липпмана стал основой его диссертации Relation entre les phénomènes électriques et capillaires, посвященной электрокапиллярным явлениям. Диссертация была с блеском защищена по возвращении в Париж в 1875 году.

Дальше карьера ученого пошла в гору, и очень бойко. В 1883 году он получил профессорскую позицию в Парижском университете, в 1886 году — в Сорбонне. Тогда же он стал членом академии наук. Но к тому времени он и вправду стал очень знаменит.

Второе свое важное открытие Липпман сделал в 1881 году, сформулировав теорему об обратимости физических явлений. Она тоже возникла из электрокапиллярной физики: он смог пронаблюдать, что при деформации ртутной капли, возникает небольшой электрический ток.

«Зная о существовании некоторого физического явления, мы можем предсказать существование и величину обратного эффекта», — заявил Липпман, но, как истинный ученый, сразу придумал, где этот принцип можно проверить. Примерно тогда братья Кюри открыли пьезоэлектрический эффект: если сжать некоторые кристаллы, возникнет электрический ток. Липпман постулирует: если приложить напряжение к пьезокристаллам, то кристалл деформируется. Благородный Липпман предложил проверить свою правоту братьям Кюри. Так был открыт обратный пьезоэлектрический эффект. Многие современные устройства, например сонары, используют именно его.

А в 1891 году Липпман продемонстрировал изобретение, за которое 17 лет спустя получил «Нобеля». Это процесс получения невыцветающих цветных фотографий.

Первые цветные фотографии получил еще в 1848 году Эдмон Беккерель (не путать с нобелиатом Анри Беккерелем). В его методе использовалась серебряная пластинка, покрытая слоем хлорида серебра, но фотографии быстро выцветали (потому и не сохранилось ни одного цветного портета тех лет), а сам изобретатель никак не мог понять и тем более объяснить, что же он создал. Через 20 лет немецкий физик Вильгельм Ценкер объяснил возникновение цвета на фотографиях Беккереля явлением интерференции.

Нужно сказать, что с интерференцией света человечество было знакомо задолго до Липпмана. Само явление наблюдали еще два великих Роберта, современники Бойль и Гук, еще в XVII веке. Сам термин — ровесник века девятнадцатого, его ввел Томас Юнг: в 1801 году он придумал «принцип суперпозиции», а в 1803 и само слово «интерференция».

Теорию Ценкера потом разрабатывал хорошо знакомый нам английский физик Джон Уильям Стретт и экспериментально подтвердил в 1890 году немецкий физик Отто Винер.

Интересно, что, когда Липпман изобрел свой способ цветной фотографии, позволявший получать снимки, не выцветавшие вскоре после проявления, он отрицал, что цвета на фотографиях по методу Беккереля обусловлены интерференцией.

«Интерференция — это мое открытие», — заявлял Липпман. Его фотопластинки делались из стекла и с одной стороны покрывались толстым слоем светочувствительной эмульсии из желатина, нитрата серебра и бромида калия. Во время экспозиции кассета «автоматически» покрывала свободную сторону стеклянной пластинки ртутью, которая создавала блестящую отражающую поверхность.

Рисунок интерференции между лучами света, падающими напрямую от объекта и отраженными от ртути (именно эти интерференционные картины хранят «память» о цвете изображения), запечатлялся в распределении зерен серебра, выраставших при проявлении картинки. Сам Липпман описал открытый им процесс как создание «матрицы из световых лучей» в толще эмульсии.

Кстати, выступая с Нобелевской лекцией, Липпман наглядно показал, что никаких красителей в его способе нет: он просто намочил фотопластинку с цветной фотографией, желатин разбух, расстояния между пятнами в интерференционной картине изменились, и цвета исчезли. Пока Липпман продолжал читать свою лекцию, желатин высох, и цвета снова появились.

Может показаться, что фотографический метод Липпмана стал тупиковым путем: слишком сложно, слишком дорого. И пусть он передавал истинные цвета объекта, а не «физиологические», вызванные смешением трех красителей. Пусть только по методу Липпмана можно было измерять спектр — все это ушло в прошлое с появлением более дешевой трехцветной фотографии. Однако чуть более усовершенствованный метод Липпмана привел к открытию совершенно нового метода создания изображений — основанной на интерференции голографии. Деннис Габор должен быть благодарен Липпману за свою Нобелевскую премию.

Кстати, должны поминать Липпмана добрым словом и астрономы, ведь именно он создал целостат — устройство из двух плоских зеркал, позволяющее неподвижному телескопу следить за движущимся небом и получать четкие снимки на длительной экспозиции.

Липпман прожил долгую и красивую жизнь. Он сделал еще очень много: придумывал сейсмографы, создавал систему оповещения о землетрясениях, написал учебник термодинамики, на долгие годы ставший эталонным во Франции. Он и ушел красиво: умер на теплоходе «Франция» по пути из Канады домой.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.