Gabriel Lippmann

Gabriel Jonas Lippmann (16. elokuuta 1845 Bonnevoie, Luxemburg – 13. heinäkuuta 1921 Atlantin valtamerellä, matkalla Kanadasta Ranskaan) oli ranskalainen fyysikko. Hän vaikutti perustavalla tavalla useiden fysiikan ja kemian alojen kehitykseen. Hänen tutkimiaan aloja olivat muun muassa sähköoppi, lämpöoppi, optiikka, ja valokemia. Vuonna 1908 Lippmann palkittiin Nobelin fysiikanpalkinnolla valon interferenssi-ilmiöön perustuvan värivalokuvauksen keksimisestä. Ranskassa toimii hänen kunniakseen nimetty tutkimuskeskus, Centre de Recherche Public Gabriel Lippmann.

Nuoruus ja opinnot
Lippmann syntyi elokuussa 1845 juutalaisperheeseen Hollenrichissa, Luxemburgissa, jossa hänen isällään oli parkitsemis- ja hansikastehdas. Kolme vuotta myöhemmin perhe muutti Pariisiin, jossa Lippmann eli suurimman osan lapsuuttaan. Hän oli äitinsä kotiopetuksessa vuoteen 1858, jolloin hän aloitti Lycée Napoléonissa. Hän oli kiinnostunut vain tietyistä aiheista, joten hän ei ollut mallioppilas. Vielä vuonna 1868 opettajankoulutuksessa hän jätti samasta syystä valitsematta kursseja, joilla olisi saanut opettajan pätevyyden.

Ura
Lippmann osallistui 1873 luonnontieteelliseen projektiin Saksassa tarkoituksenaan tutkia luonnontieteiden opetusmenetelmiä. Hän työskenteli fysiologi Wilhelm Kühnen, tutkija Hermann von Helmholtzin ja fyysikko Gustav Kirchhoffin kanssa Heidelbergin yliopistossa, jossa hän väitteli filosofian tohtoriksi vuonna 1874. Monien muiden kiinnostuksen kohteiden lisäksi hän opiskeli siellä ranskalaista ja saksalaista kirjallisuutta.

Toisen tohtorin nimikkeensä luonnontieteissä Lippmann sai vuonna 1875 väiteltyään 28-vuotiaana kehittämästään kapillaarielektrometristä Pariisin yliopistossa Sorbonnessa. Lippmann liittyi Pariisin Luonnontieteelliseen tiedekuntaan vuonna 1878 ja nimitettiin Sorbonnessa kokeellisen fysiikan professoriksi vuonna 1883. Samana vuonna hänet valittiin myös Ranskan tiedeakatemiaan, jonka puheenjohtajaksi hän pääsi 1912.

Lippmann seurasi fyysikko Jules Jaminia Ranskan fysiikan tutkimuslaboratorion johtajan virkaan, jossa hän pysyi kuolemaansa saakka. Lippmann otti 1893 laboratorioonsa töihin nuoren puolalaisen opiskelijan Maria Sklodowskan. Nainen teki häneen niin suuren vaikutuksen, että hän esitteli tämän yhdelle parhaista assistenteistaan, Pierre Curielle. Näiden kahden Lippmannin alaisen avioliitto vuonna 1895 oli alku merkittävälle yhteistyölle luonnontieteiden parissa.

Nobel-palkitun värivalokuvausmenetelmänsä Lippmann kehitti vuonna 1886, mutta lopullinen teoria valmistui vasta 1894. Elämänsä aikana hän sai myös Royal Society of Londonin jäsenyyden.

Saavutukset
Lippmann myötävaikutti moniin perustavanlaatuisiin fysiikanaloihin, erityisesti sähköoppiin, termodynamiikkaan, optiikkaan sekä fotokemiaan ja kehitti parannuksia lukuisiin fysiikan perustutkimusvälineisiin. Lippmann työskenteli monien erilaisten onnistuneiden projektien parissa, ja hän sai niiden aikana monta patenttia.

Ennen värivalokuvausmenetelmänsä kehittämistä hän tutki sähköisten ilmiöiden ja kapillaari-ilmiön yhteyksiä, mikä johti erittäin herkän kapillaarielektrometrin kehittämiseen. Tämä työ mahdollisti erittäin pienien jännitteiden mittaamisen ja oli perustana ensimmäisten sydänsähkökäyrää mittaavien elektrokardiografien kehittämisessä. 1800-luvun lopussa hänen työnsä sisälsivät myös heilureiden tutkimista, minkä avulla hän onnistui kehittämään menetelmän, jolla saadaan poistettua systemaattinen virhe mitattaessa aikaa.

Lippmannin vuonna 1908 julkaisema idea, ”intergraalinen valokuvaus”, muistettiin 1960-luvulla, kun holografia alkoi uudestaan kiinnostaa ihmisiä. Lippmannin tavoitteena oli ollut kehittää kuva, jonka katsoja voi havaita muuttuvan eri suunnista katsottuna. Hänen ratkaisunsa oli muodostaa toistuva kuvio pienistä kameran linsseistä, joista jokainen ottaa kuvan kohteesta hieman eri suunnasta. Lippmann on tunnettu myös monista töistään meteorologian, astronomian ja seismologian parissa. Yksi näistä on koelostaatti, jota käytetään teleskoopeissa pitämään tähtien kuva paikoillaan halutun aikaa.

Värivalokuvaus
Tunnetuin Lippmannin työ on hänen vuonna 1886 kehittämänsä ja vuonna 1908 Nobel-palkittu valokuvauspaperi, jossa värikuva syntyy diffraktiolla ja interferenssi-ilmiöllä täysin ilman pigmenttejä. Tavoite oli edistää kuvan tuottamista aiemmista yrityksistä täysin poikkeavalla tavalla, ja tuloksena oli kaksiosainen tapa valmistaa värikuvia suoraan kohteensisäisten aallonpituuksien avulla. Tutkimusta pidettiin mullistavana ja omaperäisenä, koska se ei seurannut fysiikan ilmeistä kehityksensuuntaa.

Valokuvauslevyn kehittelyn Lippmann aloitti muodostamalla seisovia aaltoja peileistä heijastuvista aalloista. Sitten hän heijasti kuvan totuttuun tapaan valokuvausfilmin lähes läpinäkyvän, pieniä hopeahiukkasia sisältävän emulsion läpi mutta asettamalla taakse lasilevyn, joka oli pinnoitettu elohopealla peiliksi. Näin Lippmann sai emulsiossa aikaan seisovien aaltojen rintaman, kun epäkoherentit valonsäteet kulkivat sen läpi, osuivat peiliin ja palasivat takaisin emulsioon.

Levylle heijastettua kuvaa ei pystynyt paikantamaan emulsiossa säteilyintensiteetin mukaan, vaan aaltorintaman muodostamien seisovien aaltojen solmukohdat näkyivät heikosti ja kupukohtiin muodostui latentti eli piilevä kuva. Emulsion hopeahiukkset järjestäytyivät sen mukaan, mikä aallonpituus missäkin kohtaa muodosti seisovan aallon. Kuvaa otettaessa emulsio altistui kohteesta heijastuville aallonpituuksille eli käytänossä auringonvalolle, ja hopeahiukkaset järjestäytyivät seisovien aaltojen mukaan kerroksiin, joilla kaikilla oli oma periodinsa. Seuraavassa vaiheessa eli kuvan kehityksessä levy kastettiin valoherkkään nesteeseen ja altistettiin epäkoherentille valolle, jolloin se sirosi valokuvauslevyn hopeahiukkasista. Jokaisessa kohdassa vahvistui se aallonpituus, jolle hopeahiukkastasojen välimatka aiheutti vahvistavan interferenssin eli hiukkasista heijastuvat säteet olivat samassa vaiheessa. Muut aallonpituudet heikkenivät interferenssin vaikutuksesta ja värit tulivat näkyviin valokuvauslevyn kuivuttua. Kuvan kehittäminen siis tapahtui aivan kuten siihen aikaan mustavalkokuvienkin kohdalla. Ilmiö on aivan sama kuin saippuakuplan pinnalla, ja luonnossa joillakin hyönteisillä ja perhosilla on tällainen interferenssivärin muodostava kerroksellinen rakenne, (katso taivaansiivet). 

Lippmann kehitti yleisen teorian värivalokuvausmenetelmälleen vuonna 1886, mutta käytännön kokeissa ilmeni yhä ongelmia. Kuitenkin vuosien kärsivällisten kokeiden jälkeen hän esitteli menetelmänsä Ranskan tiedeakatemialle vuonna 1891. Tuolloin hänen ottamansa valokuvat olivat vielä heikkoja laadultaan. Vihdoin vuonna 1893 hän esitteli Auguste ja Louis Lumiéren ottamia kuvia, joissa värit oli tuotettu täydellisen ortokromaattisesti. Lopullisen teorian hän julkaisi vuonna 1894. Nobel-palkinnon Lippmann sai tästä tulevaisuudessa laajasti hyödynnetystä valon aaltoluonnetta täydentävästä teoriastaan, jonka käytännön tulos oli värivalokuva.

Kehityksen alussa valokuvauslevy vaati 15 minuutin altistumisen valolle, mutta parantelun jälkeen aikaa tarvittiin enää minuutti. Kehittämiseen kului aikaa 15 minuuttia. Kuitenkin aika oli käytännössä liian pitkä ja hankaloitti kuvaamista, jonka vuoksi Lippmannin menetelmä ei koskaan levinnyt yleiseen käyttöön. Nobel-esitelmänsä loppuun hän kirjoitti: ”Progress may continue. Life is short and progress is slow.”

Yksityiselämä ja kuolema
Lippmann meni naimisiin vuonna 1888 Madamoiselle Cherbuliezin kanssa, mutta he eivät saaneet lapsia. Lippmann kuoli Atlantin valtamerellä heinäkuun 13. päivä 1921 palatessaan kotiin työmatkaltaan Pohjois-Amerikasta.

Lähteet

Aiheesta muualla

Nobelprize.org Gabriel Lippmannin elämäkerta 

Ranskalaiset fyysikot
Nobelin fysiikanpalkinnon saajat
Ranskan tiedeakatemian jäsenet
Vuonna 1845 syntyneet
Vuonna 1921 kuolleet