诺贝尔物理学奖史演义系列(八)——李普曼定格彩色时光

作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-02-07

李普曼首创的彩色摄像技术开启了记录彩色世界的大门,带动了相机业的发展,获得诺贝尔物理学奖实至名归。

这是一个全民摄影的时代,人人都是时光的记录者,有了智能手机更是随意抓拍。据《2018中国网络视听发展研究报告》介绍,我国手机摄影用户达到5.78亿。智能手机最大的功能就是摄影摄像,就是一台小型的数码相机。

数码相机(来源:佳能网)

数码相机(来源:佳能网)

数码相机又叫数字式相机,它用一种叫电子传感器的设备,把光学影像转换成数据贮存起来。电子传感器是一种光感应式的电子设备,可以记录图像的各种颜色。数码相机诞生以前,人们主要通过绘画和传统黑白片相机来记录时光。彩色摄影技术的问世推动了数码相机的发展。从传统黑白照片到彩色摄影技术的转变,与一位法国科学家的努力息息相关。他因为首创彩色摄影技术而独摘1908年度诺贝尔物理学奖。

人生开挂也爱国

1891年夏,法国科学院的一处实验室里,一位络腮胡子的中年人对着一张黑白照的全家福,上面有他的妻子和儿子,发出疑问“照片怎么才能变成彩色的?”

这个问题他思考了很久。最初的想法是,在感光板的乳剂背面涂一层反光层,入射光线与反射光线干涉形成彩色潜影,潜影经处理就可以打印成彩色照片。但是背面涂何种物质的反光层,潜影的深浅又如何控制,他一直在想法解决这两个问题。每次看到全家福,这个念头就更深一层。

他叫加布里埃尔·李普曼,法国科学院院士,时任巴黎大学数理教授,有专门的实验室。他出身书香门第,从小就对科学有着浓厚的兴趣。他的父母长期在卢森堡的贵族家庭当教师,生活优裕,但为了李普曼毅然辞职回到法国,在文化气息浓厚的巴黎法丁区安家。他们经常给儿子讲法国的历史,并教育他要像爱自己一样热爱祖国。

李普曼像(来源:搜狐网)

李普曼像(来源:搜狐网)

爱国!这个念头在小李普曼心里播下了种子。

李普曼的人生从23岁起开挂。1868年,他考上巴黎高等师范学校教育系,很快由于数理成绩出色转入物理系。此后,他大量阅读物理学方面的书籍,稍有空闲就去实验室。同时,他对物理学的力、电、光等领域都进行深入研究,在光学领域更是取得杰出的成就。1875年,李普曼在巴黎大学获得博士学位,五年后被聘为该大学数理教授,1891年被选为法国科学院院士。当时在光学领域还没有全球闻名的法国科学家,进入法国科学院后,他暗暗发誓,一定要在光学领域做出一番成绩,为国争光。

巴黎大学(来源:留学网)

巴黎大学(来源:留学网)

经过反复研究,他决定把首创彩色摄影技术作为攻关课题。这才有对着全家福苦思冥想的故事。

彩色摄影创新法

话说李普曼虽然定下攻克彩色摄像技术的决心,但深知此举十分艰难。此时距科学家沃可兰德发明第一台金属机身的照相机已有半个世纪,相机及胶卷的发展很是缓慢,美国柯达公司生产出柔软、可卷绕的胶卷才五年时间。这种柯达胶卷只能对黑白染料和颜料进行调和,生成的也是黑白照片。

经过反复实验,李普曼终于找到一种通过不同波长来感光生成彩色照片的方法。这种方法关键点之一就是感光板的乳剂反光层选材。无数次研究后,他确定用汞(水银)来做乳剂反光层。他逐一试验彩色潜影的深浅,终于找到其中的诀窍。

照相机的原理(来源:无忧网)

照相机的原理(来源:无忧网)

李普曼接下来做的是,把带有胶片的感光板放进装有水银的盒子里,通过曝光让水银与感光板接触形成反射面,这样等到感光板晾干后,彩色就出现了。因为感光板内部发生了光的干涉现象。

“当以后用白光照射观察底片时,由于选择反射的原因,底片上的每一点只把那些已记录在其上经过选择了的颜色反射到人们眼中,而其他颜色都通过干涉相消。人们在照片上每一点都看到了像所呈现的颜色,而这仅仅是一种选择反射现象。照片本身是由没有彩色的物质构成的。”李普曼兴奋地在笔记本上记下这段话,随后写入论文中。后来,人们把这种创新的彩色摄影方法称为“李普曼法”。1893年,李普曼用所创方法拍摄出人类历史上第一张彩色相片,与论文一起呈交给瑞典皇家科学院。

李普曼因首创彩色摄像技术而荣获1908年度诺贝尔物理学奖。四年后,他当选为法国科学院院长。再后来,他发明了对星体进行长时间摄影的“定天仪”,设计了在军事上有着重要用途的潜艇探测器……李普曼名扬世界,实现了年轻时为国争光的宏愿。

李普曼之所以受到诺贝尔物理学和化学奖组委会的青睐,还因为光学的重要作用。作为经典物理的重要组成部分,光学自诺贝尔物理学奖开设以来便备受重视。据统计,诺贝尔物理学奖一百多年历史中,四十多项成果都与光学密切相关,将近占了诺贝尔物理学奖的一半,而这些成果都对物理学发展起了举足轻重的作用。李普曼首创的彩色摄像技术,实现了从摄像黑白到彩色的重大飞跃,推动了相机业的发展。数码相机、智能手机的诞生,都以此项技术为基础。

光学重要,电学更重要,诺贝尔物理学和化学奖组委会深知此理。李普曼钻研彩色摄影技术之后不久,利用电磁波进行信息传递的无线电正悄然兴起,最终影响全球。两位对无线电作出重要贡献的科学家共同获得1909年度诺贝尔物理学奖。他们是谁?他们又是如何进行无线电通讯实验的?欲知后事如何,且听下回分解。

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【参考资料】

1. 图书《诺贝尔物理学奖一百年》,2002年上海科学普及出版社出版,作者是郭奕玲、沈慧君。

2. 论文《20世纪物理学的伟大缩影》,作者清华大学郭奕玲,《物理研究》2009年第2期。

3. 论文《法国物理学家发明彩色玻璃照相技术》,作者丁一,《物理研究》2010年第3期。

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