Фриц Зернике: Жизнь и открытия голландского физика

Введение

Голландский физик (1888–1966)
Фриц Зернике (16 июля 1888 – 10 марта 1966) — голландский физик, удостоенный Нобелевской премии по физике в 1953 году за изобретение фазово-контрастного микроскопа.

Ранние годы и образование

Фредерик "Фритс" Зернике родился 16 июля 1888 года в Амстердаме, Нидерланды, в семье Карла Фридриха Августа Зернике и Антье Диперинк. Оба родителя преподавали математику, и он особенно унаследовал от отца страсть к физике. Он изучал химию (по специальности), математику и физику в Амстердамском университете.

Академическая карьера

В 1912 году он был награжден премией за его работу по опалесценции в газах. В 1913 году он стал ассистентом Якобуса Каптейна в астрономической лаборатории Гронингенского университета. В 1914 году Зернике и Леонард Орнштейн совместно отвечали за выведение уравнения Орнштейна — Зернике в теории критических точек. В 1915 году он стал лектором по теоретической механике и математической физике в том же университете, а в 1920 году был повышен до профессора математической физики. В 1930 году, проводя исследования спектральных линий, Зернике обнаружил, что так называемые «фантомные» линии, возникающие слева и справа от каждой основной линии в спектрах, полученных с помощью дифракционной решетки, имеют фазу, сдвинутую от фазы основной линии на 90 градусов. На физическом и медицинском конгрессе в Вагенгенгене в 1933 году Зернике впервые описал свою технику фазового контраста в микроскопии. Он расширил свой метод для тестирования формы вогнутых зеркал. Его открытие легло в основу первого фазово-контрастного микроскопа, созданного во время Второй мировой войны. Он также внес вклад в область оптики, связанный с эффективным описанием дефектов изображения, или аберраций, оптических систем, таких как микроскопы и телескопы. Первоначально представление об аберрациях основывалось на теории, разработанной Людвигом Зейделем в середине девятнадцатого века. Представление Зейделя основывалось на разложениях в степенные ряды и не позволяло четко разделять различные типы и порядки аберраций. Ортогональные полиномы круга Зернике предложили решение давней проблемы оптимального «баланса» различных аберраций оптического прибора. С 1960-х годов полиномы круга Зернике широко используются в оптическом проектировании, оптической метрологии и анализе изображений. Работа Зернике способствовала возрождению интереса к теории когерентности, изучению частично когерентных источников света. В 1938 году он опубликовал более простое доказательство теоремы Ван Циттерта 1934 года о когерентности излучения от удаленных источников, теперь известной как теорема Ван Циттерта — Зернике.

In 1912, he was awarded a prize for his work on opalescence in gases. In 1913, he became assistant to Jacobus Kapteyn at the astronomical laboratory of Groningen University. In 1914, Zernike and Leonard Ornstein were jointly responsible for the derivation of the Ornstein–Zernike equation in critical point theory. In 1915, he became lector in theoretical mechanics and mathematical physics at the same university and in 1920 he was promoted to professor of mathematical physics. In 1930, Zernike was conducting research into spectral lines when he discovered that the so called ghost lines that occur to the left and right of each primary line in spectra created by means of a diffraction grating, have their phase shifted from that of the primary line by 90 degrees. It was at a Physical and Medical Congress in Wageningen in 1933, that Zernike first described his phase contrast technique in microscopy. He extended his method to test the figure of concave mirrors. His discovery lay at the base of the first phase contrast microscope, built during World War II. He also made another contribution in the field of optics, relating to the efficient description of the imaging defects or aberrations of optical imaging systems like microscopes and telescopes. The representation of aberrations was originally based on the theory developed by Ludwig Seidel in the middle of the nineteenth century. Seidel's representation was based on power series expansions and did not allow a clear separation between various types and orders of aberrations. Zernike's orthogonal circle polynomials provided a solution to the long standing problem of the optimum 'balancing' of the various aberrations of an optical instrument. Since the 1960s, Zernike's circle polynomials are widely used in optical design, optical metrology and image analysis. Zernike's work helped awaken interest in coherence theory, the study of partially coherent light sources. In 1938 he published a simpler derivation of Van Cittert's 1934 theorem on the coherence of radiation from distant sources, now known as the Van Cittert–Zernike theorem.

Смерть

Он умер в больнице в Амерсфорте в 1966 году, после нескольких лет болезни. Его внучка — журналистка Кейт Зернике.

Почести и награды

В 1946 году Зернике стал членом Королевской нидерландской академии искусств и наук. В 1953 году Зернике был удостоен Нобелевской премии по физике за изобретение фазово-контрастного микроскопа – прибора, позволяющего изучать внутреннюю структуру клеток без необходимости окрашивания и, следовательно, их уничтожения. В 1954 году Зернике стал почетным членом Оптического общества (OSA). Зернике был избран иностранным членом Королевского общества (ForMemRS). Дистрибутив Linux Oz Enterprise был назван в честь Леонарда Орнштейна и Фредерика Зерника.