«Жизнь коротка, а прогресс идет так медленно»

Он стал первооткрывателем многих явлений природы, создал ряд научных теорий и методов, изобрел уникальные приборы. И это далеко не все, что оставил после себя в науке Ионас Фердинанд Габриэль Липпман – первый лауреат Нобелевской премии родом из Великого герцогства Люксембург.

 

Повороты судьбы

Габриэль появился на свет 16 августа 1845 г. в городке Холлерих. Его отец – Исайя Липпман из Меца, владелец фабрики по изготовлению перчаток, мать – Мириам Роуз Леви. Через три года семья переехала в Париж, где мальчик до 13 лет получал домашнее образование. А в 1858-м родители определили сына в лицей Генриха IV. Своенравный подросток пренебрегал предметами, которые ему не нравились. В результате по окончании лицея он не сдал экзамен на звание учителя со степенью бакалавра. Родители переживали за сына, но все случившееся оказалось к лучшему…

В 1868 г. Габриэль стал студентом Высшей нормальной школы – одного из самых престижных вузов Франции. По заданию преподавателей он составлял рефераты немецкой научной периодики для французского журнала «Анналы химии и физики». Это пробудило в нем интерес к изучению электрических явлений, и он занялся лабораторными опытами. Получив высшее образование, продолжил научные занятия в альма матер. А в 1873 г. Министерство образования и науки профинансировало его командировку в Германию для изучения методов преподавания естественных наук. В Берлине он встречался с Германом Гельмгольцем, в Гейдельбергском университете работал с физиологом Вильгельмом Кюне и физиком Густавом Кирхгофом.

Кюне продемонстрировал молодому ученому опыт, в котором капля ртути, покрытая серной кислотой, деформировалась при легком прикосновении железной проволочки. Отсюда Липпман сделал неожиданный вывод: два металла и серная кислота образуют электрическую батарею, а созданное ею напряжение изменяет поверхность ртути. Это счастливое озарение позволило ему открыть электрокапиллярные явления и определило направление дальнейших исследований. Он создал первый высокоточный капиллярный электрометр в виде наклонной стеклянной трубки, в которой поверх ртутного столбика налита серная кислота, а к ртути подведены провода. Индуцируемые электричеством изменения в искривленной поверхности ртути вынуждают ее столбик двигаться по капилляру, что позволяет измерять разность электрического потенциала до одной тысячной вольта. Кстати, ртутный гальванометр впоследствии стал важнейшей частью медицинского прибора, при помощи которого впервые записана электрокардиограмма человека. Липпман изобрел также электрокапиллярный двигатель для превращения электрической энергии в механическую и обратно, ртутный гальванометр и ртутный электродинамометр.

Проработав несколько лет в лабораториях Германии, Липпман во всеоружии вернулся в Париж, где продолжал исследовать электрокапиллярность и влияние электрических полей на поверхностное натяжение жидкостей. В 1875 г. он с блеском защитил в Сорбонне докторскую диссертацию «Связь между электрическими и капиллярными явлениями», став там научным сотрудником факультета естественных наук. А в 1879-м представил на конкурс Французской академии наук работу об эффективной массе заряженного тела, которая способствовала созданию основ теории электрона, разработанной лишь спустя десятилетия. В 1883 г. Липпман был назначен в Сорбонне профессором кафедры теории вероятностей и математической физики, а спустя три года возглавил кафедру экспериментальной физики. И с той поры до конца своей жизни руководил исследовательской лабораторией.

 

Будни и праздники академика

Тогда же Габриэль Липпман был избран членом Академии наук Франции. В 1888 г. он женился на дочери известного писателя Шербюлье. Супруги жили в достатке в старинном парижском особняке, детей у них не было. Однако натуре ученого претило почивать на лаврах. Он читал лекции студентам, руководил их научной работой (среди них была Мария Склодовская). И неутомимо занимался любимой наукой, причем проявлял себя искусным экспериментатором, замечательным теоретиком и изобретателем.

В 1881 г. Липпман сделал второе важное открытие, также возникшее в русле электрокапиллярной физики. Наблюдая образование разности электрических потенциалов под действием механической деформации ртутной поверхности, ученый обнаружил в кварце явление обратимости так называемого пьезоэлектрического эффекта и на этой основе сформулировал теорему: «Зная о существовании некоторого физического явления, мы можем предсказать существование и величину обратного эффекта». Применив эту теорему к пьезоэлектрическому эффекту, в котором электрическое напряжение возникает при сжатии или растяжении кристаллов, Липпман предположил: если к кристаллу приложить электрическое поле, произойдет изменение его размеров, и наоборот. Пьер и Жак Кюри по просьбе Липпмана провели эксперимент, подтвердивший его догадку. Отныне прямой и обратный пьезоэлектрический эффект при переменном напряжении стал широко применяться в сонарах – локаторах, обнаруживающих объекты в космосе и под водой с помощью излучаемых звуковых импульсов, в ультразвуковых устройствах, используемых для очистки поверхностей, дистанционного контроля, в зубоврачебных сверлах и др.

Липпман создал удобный метод для измерения сопротивления жидкостей, позволивший установить, что вода, заряженная положительно, при соприкосновении с отрицательным электродом содержит излишек водорода, который растворяется, как только внешняя сила электричества достигнет достаточной величины; а вода, заряженная отрицательно вокруг положительного электрода, содержит излишек кислорода. Он нашел новые методы опытного определения единицы сопротивления «Oм» и измерения сопротивления в абсолютных единицах. Выяснил следствия принципа сохранения электрического заряда, применив их для рассмотрения задач теоретической электротехники. Кроме биотехнических применений и массово изготавливаемых струйных принтеров эти эффекты сегодня используются в дисплеях и объективах с переключаемым фокусным расстоянием.

Пожалуй, самым известным достижением Липпмана стала разработка им метода получения цветных изображений, базирующегося на явлении интерференции. Наброски общей теории фотографического воспроизведения цвета он сделал еще в 1886 г., но практическое выполнение этого процесса потребовало многолетнего экспериментирования. В 1891-м он смог сообщить в Академии наук о первых успехах, однако только через два года продемонстрировал полноценные фотографии и опубликовал целостную теорию. Эти работы получили развитие при создании голографии венгерским евреем Деннисом Габором.

За создание метода фотографического воспроизведения цветов на основе явления интерференции Герберт Липпман был в 1908 г. удостоен Нобелевской премии по физике. Подчеркнув, что фотографическое воспроизведение разных объектов в современной жизни занимает ключевое положение, представитель Шведской королевской академии наук на церемонии вручения премии сказал: «Метод цветной фотографии Липпмана знаменует новый шаг вперед в искусстве фотографирования». В своей лекции нобелевский лауреат объяснил, что при его методе цвет возникает вследствие интерференции в фотопластинке без участия каких-либо красителей, отметив необходимость дальнейшего совершенствования метода, поскольку продолжительность экспозиции пока еще слишком велика. «Жизнь коротка, а прогресс идет так медленно», – заметил он при этом.

В последующие годы Габриэль Липпман внес ценный вклад во многие отрасли физики. Ему принадлежат идеи использования телеграфных сигналов для раннего оповещения о землетрясениях и измерения скорости распространения упругих волн в земной коре. Он предложил новую конструкцию сейсмографа для непосредственного измерения ускорения в движении земной поверхности. Разработал конструкцию двух астрономических инструментов: целостата – оптической системы с медленно вращающимся зеркалом, позволяющим получать с большой выдержкой статичное изображение участка неба, на который наведен прибор; и уранографа, с помощью которого создается фотографическая карта неба с уже нанесенными на ней меридианами, благодаря чему удобно отсчитывать интервалы времени. Липпман разработал теории поляризации гальванических элементов и электромагнетизма. Он опубликовал около двух десятков фундаментальных работ в ведущих научных журналах и курс лекций в Сорбонне в виде стабильного учебника по электродинамике.

 

По заслугам и честь

Габриэль Липпман обоснованно считается одним из ведущих физиков планеты и входит в когорту великих ученых мира. В 1912 г. научная общественность Франции, вопреки разгулу антисемитских настроений в стране, избрала его президентом Академии наук. Раймон Пуанкаре, президент Третьей французской республики, наградил его титулом командора ордена Почетного легиона. А Королевское фотографическое общество Великобритании вручило ему медаль Прогресса. Профессор Липпман был почетным членом Лондонского и Эдинбургского королевских обществ, Прусской академии наук, иностранным членом-корреспондентом Российской академии наук.

Яркие личности, подобные Габриэлю Липпману, и в преклонном возрасте не ведают душевного покоя. До конца своих дней он жил в постоянном движении, проявляя высокую активность в делах научных и общественных. И скончался внезапно 13 июля 1921 г. посреди Атлантического океана на борту парохода La France, возвращаясь домой из Канады, где принимал участие в составе миссии Анри Файоля, основателя классической школы управления. Еще в 1979 г. Международный астрономический союз присвоил имя Липпмана кратеру на обратной стороне Луны. В Люксембурге научный центр Centre de Recherche Public (Общественная исследовательская аудитория) был назван в честь Габриэля Липпмана. А у западного побережья Антарктиды находится группа островов, которые также носят его имя.

 

Давид ШИМАНОВСКИЙ