Jonas Ferdinand Gabriel Lippmann ForMemRS (16 de agosto de 1845 - 12 de julio de 1921) fue un físico , inventor y premio Nobel de Física luxemburgués-francés por su método de reproducción fotográfica de colores basado en el fenómeno de la interferencia . [2]
Gabriel Lippmann nació en Bonnevoie , Luxemburgo (en luxemburgués: Bouneweg), el 16 de agosto de 1845. [3] En ese momento, Bonnevoie formaba parte de la comuna de Hollerich (en luxemburgués: Hollerech), que a menudo se menciona como su lugar de nacimiento. (Ambos lugares, Bonnevoie y Hollerich, son ahora distritos de la ciudad de Luxemburgo). Su padre, Isaïe, un judío francés nacido en Ennery cerca de Metz , administraba el negocio familiar de fabricación de guantes en el antiguo convento de Bonnevoie. En 1848, la familia se mudó a París , donde Lippmann fue inicialmente tutorizado por su madre, Miriam Rose (Lévy), antes de asistir al Lycée Napoléon (ahora Lycée Henri-IV ). [4] Se decía que había sido un alumno bastante desatento pero reflexivo con un interés especial en las matemáticas. En 1868, fue admitido en la Escuela Normal Superior de París, donde no aprobó el examen de agregación que le habría permitido ingresar a la profesión docente, prefiriendo en cambio estudiar física. En 1872, el gobierno francés lo envió en misión a la Universidad de Heidelberg , donde pudo especializarse en electricidad con el estímulo de Gustav Kirchhoff, recibiendo un doctorado con distinción "summa cum laude" en 1874. [5] Lippmann luego regresó a París en 1875, donde continuó estudiando hasta 1878, cuando se convirtió en profesor de física en la Sorbona . [6] [7] [8] En la Sorbona enseñaba acústica y óptica. [9]
Lippmann hizo varias contribuciones importantes a diversas ramas de la física a lo largo de los años.
Uno de los primeros descubrimientos de Lippmann fue la relación entre los fenómenos eléctricos y capilares, lo que le permitió desarrollar un electrómetro capilar sensible, conocido posteriormente como electrómetro de Lippmann , que se utilizó en el primer electrocardiógrafo . En un artículo presentado en la Sociedad Filosófica de Glasgow el 17 de enero de 1883, John G. M'Kendrick describió el aparato de la siguiente manera:
La tesis doctoral de Lippmann, presentada en la Sorbona el 24 de julio de 1875, trataba sobre la electrocapilaridad . [12]
En 1881, Lippmann predijo el efecto piezoeléctrico inverso . [13]
A Lippmann se le recuerda sobre todo como el inventor de un método para reproducir colores mediante fotografía, basado en el fenómeno de interferencia , que le valió el Premio Nobel de Física en 1908. [7]
En 1886, el interés de Lippmann se centró en un método para fijar los colores del espectro solar en una placa fotográfica . El 2 de febrero de 1891, anunció a la Academia de Ciencias: "He logrado obtener la imagen del espectro con sus colores en una placa fotográfica, por lo que la imagen permanece fija y puede permanecer a la luz del día sin deteriorarse". [3] En abril de 1892, pudo informar que había logrado producir imágenes en color de una vidriera, un grupo de banderas, un cuenco de naranjas coronado por una amapola roja y un loro multicolor. Presentó su teoría de la fotografía en color utilizando el método de interferencia en dos artículos a la Academia, uno en 1894, el otro en 1906. [5]
El fenómeno de interferencia en óptica se produce como resultado de la propagación ondulatoria de la luz . Cuando la luz de una determinada longitud de onda se refleja sobre sí misma en un espejo, se generan ondas estacionarias , de forma similar a las ondas resultantes de una piedra arrojada al agua en calma que crean ondas estacionarias cuando se reflejan en una superficie como la pared de una piscina. En el caso de la luz incoherente ordinaria , las ondas estacionarias se distinguen solo dentro de un volumen microscópicamente delgado de espacio junto a la superficie reflectante.
Lippmann aprovechó este fenómeno proyectando una imagen sobre una placa fotográfica especial capaz de registrar detalles más pequeños que las longitudes de onda de la luz visible. La luz pasaba a través de la lámina de vidrio que la soportaba hasta una emulsión fotográfica muy fina y casi transparente que contenía granos de haluro de plata submicroscópicos . Un espejo temporal de mercurio líquido en íntimo contacto con la emulsión reflejaba la luz a través de él, creando ondas estacionarias cuyos nodos tenían poco efecto mientras que sus antinodos creaban una imagen latente . Después del revelado , el resultado era una estructura de láminas , un patrón de franjas muy fino en capas paralelas distintas compuestas de granos de plata metálica submicroscópicos, que era un registro permanente de las ondas estacionarias. A lo largo de la emulsión, el espaciamiento de las láminas correspondía a las medias longitudes de onda de la luz fotografiada; λ/(2n), donde λ es la longitud de onda de la luz en el aire y n es el índice de refracción de la emulsión. De este modo, la información de color se almacenaba localmente. Cuanto mayor era la separación entre las franjas, mayor era la longitud de onda registrada a partir del color de la imagen, siendo el rojo la más larga. [9]
La placa terminada se iluminó desde el frente en un ángulo casi perpendicular , utilizando luz diurna u otra fuente de luz blanca que contuviera toda la gama de longitudes de onda del espectro visible . En cada punto de la placa, la luz de aproximadamente la misma longitud de onda que la luz que había generado las láminas se reflejaba intensamente hacia el observador. La luz de otras longitudes de onda que no era absorbida ni dispersada por los granos de plata simplemente pasaba a través de la emulsión, generalmente para ser absorbida por un revestimiento antirreflejos negro aplicado a la parte posterior de la placa después de que se había revelado. Las longitudes de onda, y por lo tanto los colores, de la luz que había formado la imagen original se reconstituían de este modo y se veía una imagen a todo color. [14] [15] [16]
En la práctica, el proceso de Lippmann no era fácil de usar. Las emulsiones fotográficas de alta resolución y grano extremadamente fino son inherentemente mucho menos sensibles a la luz que las emulsiones ordinarias, por lo que se requerían tiempos de exposición largos. Con un lente de gran apertura y un sujeto muy iluminado por el sol, a veces era posible una exposición de la cámara de menos de un minuto, pero las exposiciones medidas en minutos eran típicas. Los colores espectrales puros se reproducían brillantemente, pero las bandas anchas mal definidas de longitudes de onda reflejadas por objetos del mundo real podían ser problemáticas. El proceso no producía impresiones en color sobre papel y resultó imposible hacer un buen duplicado de una fotografía en color de Lippmann volviéndola a fotografiar, por lo que cada imagen era única. Un prisma de ángulo muy poco profundo se solía pegar al frente de la placa terminada para desviar los reflejos no deseados de la superficie, y esto hacía que las placas de cualquier tamaño sustancial fueran poco prácticas. El tamaño de sus primeras fotografías era de 4 cm por 4 cm, aumentado más tarde a 6,5 cm por 9 cm. [9] La iluminación y la disposición de visualización necesarias para ver los colores con el mejor efecto impedían su uso ocasional. Aunque las placas especiales y un portaplacas con un depósito de mercurio incorporado estuvieron disponibles comercialmente durante unos años alrededor de 1900 , incluso los usuarios expertos encontraron que era difícil obtener buenos resultados consistentes y el proceso nunca dejó de ser una elegante curiosidad de laboratorio científica. Sin embargo, sí estimuló el interés en el desarrollo posterior de la fotografía en color . [16]
El proceso de Lippmann prefiguró la holografía láser , que también se basa en el registro de ondas estacionarias en un medio fotográfico. Los hologramas de reflexión de Denisyuk , a menudo denominados hologramas de Lippmann-Bragg, tienen estructuras lamelares similares que reflejan preferentemente ciertas longitudes de onda. En el caso de los hologramas en color de múltiples longitudes de onda reales de este tipo, la información de color se registra y reproduce igual que en el proceso de Lippmann, excepto que la luz láser altamente coherente que pasa a través del medio de registro y se refleja desde el sujeto genera las ondas estacionarias distintas requeridas en un volumen de espacio relativamente grande, eliminando la necesidad de que la reflexión se produzca inmediatamente adyacente al medio de registro. Sin embargo, a diferencia de la fotografía en color de Lippmann, los láseres, el sujeto y el medio de registro deben mantenerse estables con una precisión de un cuarto de longitud de onda durante la exposición para que las ondas estacionarias se registren adecuadamente o en absoluto.
En 1908, Lippmann introdujo lo que llamó "fotografía integral", en la que se utiliza un conjunto plano de lentes esféricas pequeñas y muy espaciadas para fotografiar una escena, registrando imágenes de la escena tal como aparece desde muchas posiciones horizontales y verticales ligeramente diferentes. Cuando las imágenes resultantes se rectifican y se ven a través de un conjunto similar de lentes, cada ojo ve una única imagen integrada, compuesta de pequeñas porciones de todas las imágenes. La posición del ojo determina qué partes de las pequeñas imágenes ve. El efecto es que se reconstruye la geometría visual de la escena original, de modo que los límites del conjunto parecen ser los bordes de una ventana a través de la cual la escena aparece a tamaño real y en tres dimensiones, exhibiendo de manera realista el paralaje y el cambio de perspectiva con cualquier cambio en la posición del observador. [17] Este principio de utilizar numerosas lentes o aperturas de imagen para registrar lo que más tarde se denominó un campo de luz subyace a la tecnología en evolución de las cámaras y microscopios de campo de luz .
Cuando Lippmann presentó los fundamentos teóricos de su "fotografía integral" en marzo de 1908, era imposible acompañarlos con resultados concretos. En ese momento, faltaban los materiales necesarios para producir una pantalla lenticular con las cualidades ópticas adecuadas. En la década de 1920, Eugène Estanave realizó experimentos prometedores, utilizando lentes Stanhope de vidrio , y Louis Lumière , utilizando celuloide. [18] La fotografía integral de Lippmann fue la base de la investigación sobre imágenes lenticulares en 3D y animadas , así como sobre procesos lenticulares en color.
En 1895, Lippmann desarrolló un método para eliminar la ecuación personal en las mediciones de tiempo, utilizando registro fotográfico, y estudió la erradicación de irregularidades en los relojes de péndulo , ideando un método para comparar los tiempos de oscilación de dos péndulos de períodos casi iguales. [4]
Lippmann también inventó el celostato , una herramienta astronómica que compensaba la rotación de la Tierra y permitía fotografiar una región del cielo sin movimiento aparente. [4]
En 1900, propuso lo que más tarde se llamaría el trinquete browniano , como una versión puramente mecánica del demonio de Maxwell , supuestamente mostrando que la teoría cinética del gas es incompatible con la segunda ley de la termodinámica. [19] [20]
Lippmann fue miembro de la Academia de Ciencias desde el 8 de febrero de 1886 hasta su muerte, y fue su presidente en 1912. [21] Además, fue miembro extranjero de la Royal Society de Londres , miembro del Bureau des Longitudes , [4] y miembro del Gran Instituto Ducal de Luxemburgo. Se convirtió en miembro de la Société française de photographie en 1892 y su presidente de 1896 a 1899. [22] Lippmann fue uno de los fundadores del Institut d'optique théorique et appliquée en Francia. Lippmann fue presidente de la Société Astronomique de France (SAF) , la sociedad astronómica francesa, de 1903 a 1904. [23]
Lippmann fue nombrado Caballero de la Legión de Honor el 29 de diciembre de 1881, ascendido a Oficial el 2 de abril de 1894, a Comandante el 14 de diciembre de 1900 y a la dignidad de Gran Oficial el 6 de diciembre de 1919. [24]
En la ciudad de Luxemburgo se creó un instituto de investigación científica fundamental que lleva el nombre de Lippmann ( Centro de Investigación Pública Gabriel Lippmann ) y que el 1 de enero de 2015 se fusionó con otro importante centro de investigación para formar el nuevo Instituto Luxemburgués de Ciencia y Tecnología (LIST). [25]
Lippmann se casó con la hija del novelista Victor Cherbuliez en 1888. [4] Murió el 12 de julio de 1921 a bordo del vapor France mientras se dirigía desde Canadá. [26]
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