Габриэль Липпман

Нобелевскую премию по физике Габриэль Липпман получил за метод цветной фотографии, который сегодня почти не используется. Зато его идеи легли в основу голографии, а открытые им электрокапиллярные явления управляют каплями в современных струйных принтерах. Сам учёный успел поработать и в электричестве, и в сейсмологии, и даже сконструировал прибор для съёмки неба.

От домашнего обучения до лабораторий Германии

Габриэль Липпман родился 16 августа 1845 года в Люксембурге в еврейской семье. Его отец был негоциантом, мать происходила из семьи негоцианта. Вскоре после рождения сына Липпманы вернулись во Францию. До тринадцати лет Габриэль учился дома, затем поступил в Лицей Наполеона в Париже.

В 1868 году он стал студентом Высшей нормальной школы. Интерес к электрическим явлениям пробудился во время составления рефератов немецких статей для французского журнала «Анналы химии и физики».

В 1873 году правительство профинансировало его командировку в Германию. В Берлине Липпман встречался с физиологом и физиком Германом фон Гельмгольцем, а в Гейдельбергском университете работал совместно с физиологом Вильгельмом Кюне и физиком Густавом Кирхгофом.

Капля ртути, изменившая науку

Решающим для выбора направления исследований оказался опыт Кюне: капля ртути, покрытая серной кислотой, деформировалась при лёгком прикосновении железной проволочки. Липпман сделал вывод, что два металла и кислота образуют электрическую батарею, а созданное ею напряжение меняет форму поверхности ртути. Так было открыто явление электрокапиллярности.

Вернувшись в Париж, в 1875 году он защитил диссертацию «Relation entre les phénomènes électriques et capillaires». В 1883-м Липпман возглавил кафедру теории вероятностей и математической физики, а в 1886-м занял кафедру экспериментальной физики в Сорбонне и был избран в академию наук.

Изменение поверхностного натяжения ртути позволило ему построить чрезвычайно чувствительный прибор — капиллярный электрометр. В наклонной капиллярной трубке столбик ртути реагирует на малую разность потенциалов значительным перемещением. Липпману удавалось измерять напряжения до 0,001 В. Он изобрёл также электрокапиллярный двигатель для превращения электрической энергии в механическую работу и обратно, ртутный гальванометр и ртутный электродинамометр.

Теорема, предсказавшая обратный эффект

Наблюдение за образованием разности потенциалов при деформации ртутной поверхности привело Липпмана к важнейшему открытию — сформулированной в 1881 году теореме об обратимости физических явлений. Она утверждает: зная о существовании некоторого явления, можно предсказать существование и величину обратного эффекта.

Применив теорему к пьезоэлектрическому эффекту, Липпман высказал гипотезу: если к кристаллу приложить электрическое поле, произойдёт изменение его размеров. Пьер Кюри и его брат Жак провели эксперимент и подтвердили предположение. Теперь обратный пьезоэлектрический эффект широко применяется в технике наравне с прямым.

Липпман создал и удобный метод для измерения сопротивления жидкостей, указав на важные факты прохождения электричества через электролиты. Он предложил новые способы для опытного определения «ома» и измерения сопротивления в абсолютных единицах.

Цвет из интерференции

Метод получения цветных изображений на основе явления интерференции Липпман представил Французской академии наук в 1891 году. За него же в 1908-м получил Нобелевскую премию по физике.

В 1888 году учёный женился. В 1921-м умер на борту парохода «Франция», возвращаясь из поездки в Канаду.

Сейсмограф, целостат и объёмные снимки

Липпман не ограничивался электричеством и оптикой. Он предложил новую конструкцию сейсмографа для непосредственного измерения ускорения при землетрясении, а также идеи использования телеграфных сигналов для раннего оповещения о землетрясениях.

В астрономии он разработал два инструмента. Целостат — оптическая система с медленно вращающимся зеркалом, компенсирующая суточное вращение и обеспечивающая статичное изображение участка неба. Уранограф позволял получать фотографический снимок неба с нанесёнными меридианами, по которому удобно отсчитывать интервалы времени.

Ещё одно изобретение — интегральная фотография, технология записи объёмного изображения с помощью двумерного массива микролинз. Она на несколько десятилетий предвосхитила похожую по возможностям голографию.

Наследие и признание

Работы Липпмана по фотографии не используются из-за технической сложности процесса. Но при записи объёмных голограмм Денисюка применяют аналогичный подход, только с интерференцией двух независимых волн. Явления электрокапиллярности и электросмачивания привлекают внимание в связи с развитием микрофлюидики: с их помощью управляют движением мельчайших капелек жидкости. Кроме струйных принтеров, эти эффекты можно использовать в дисплеях и объективах с переключаемым фокусным расстоянием.

Липпман состоял членом Французской академии наук и в 1912 году был избран её президентом. Он был иностранным членом Лондонского королевского общества, командором ордена Почётного легиона, иностранным членом-корреспондентом Петербургской академии наук. В 1979 году Международный астрономический союз присвоил его имя кратеру на обратной стороне Луны.

Вопросы о Липпмане

Почему метод Липпмана не прижился?

Процесс был технически сложен в реализации, поэтому работы по фотографии не используются в настоящее время. Однако аналогичный подход применяется при создании голограмм.

Что такое электрокапиллярный двигатель?

Это изобретение Липпмана для превращения электрической энергии в механическую работу и обратно. Оно основано на изменении формы поверхности ртути под действием напряжения.

Какую теорему сформулировал Липпман?

Теорему об обратимости физических явлений, опубликованную в 1881 году. Она позволила предсказать обратный пьезоэлектрический эффект, который позже подтвердили братья Кюри.