Введение

Американский физик и изобретатель (1868–1955)

Роберт Уильямс Вуд (2 мая 1868 – 11 августа 1955) – американский физик и изобретатель, внесший значительный вклад в область оптики. Он был пионером в области инфракрасной и ультрафиолетовой фотографии. Патенты и теоретические работы Вуда заложили основу для современного понимания физики ультрафиолетового света и сделали возможным широкое применение УФ-флуоресценции, получившей популярность после Первой мировой войны. Он опубликовал множество статей по спектроскопии, фосфоресценции, дифракции и ультрафиолетовому излучению.

Ранние годы и образование

Роберт В. Вуд родился в Конкорде, штат Массачусетс, в семье Роберта Уильямса Вуда-старшего. Его отец родился в Массачусетсе в 1803 году и работал врачом в штате Мэн до 1838 года, затем врачом и пионером сахарной промышленности на Гавайских островах до 1866 года. Он также был активным членом Американской статистической ассоциации. Вуд-младший учился в латинской школе Роксбери, первоначально намереваясь стать священником. Однако он решил изучать оптику, когда однажды ночью стал свидетелем редкого сияющего полярного сияния и поверил, что эффект вызван «невидимыми лучами». В поисках этих «невидимых лучей» Вуд получил несколько степеней в области физики в Гарвардском университете и Массачусетском технологическом институте. Будучи студентом Гарварда, он проглотил марихуану в рамках самоэксперимента, записал испытанные галлюцинации в отчете для курса психологии. Нью-йоркская газета опубликовала этот отчет. В начале 1902 года Вуд обнаружил, что в отраженных спектрах металлической решетки с размерами меньше длины волны имеются темные области. Это необычное явление получило название аномалии Вуда и привело к открытию поверхностного плазмонного поляритона (SPP) – особой электромагнитной волны, возбуждаемой на металлических поверхностях. В 1903 году он разработал фильтр, стекло Вуда, непрозрачный для видимого света, но прозрачный для ультрафиолетового и инфракрасного излучения, который используется в современных черных лампах. В 1904 году Вуд опроверг существование так называемых N-лучей. Французский физик Проспер Рене Блондло утверждал, что открыл новую форму излучения, подобную рентгеновским лучам, и назвал ее N-лучами. Некоторые физики сообщали об успешном воспроизведении его экспериментов, другие – о неудаче в наблюдении этого явления. Посетив лабораторию Блондло по просьбе журнала Nature, Вуд тайно удалил важную призму из аппарата Блондло во время демонстрации. Предполагаемый эффект все равно был зафиксирован, что показало, что N-лучи были результатом самообмана Блондло. Вуд выявил область с очень низким ультрафиолетовым альбедо (область, где большая часть ультрафиолетового излучения поглощается) в регионе плато Аристорха на Луне, что, по его мнению, было связано с высоким содержанием серы. Этот район до сих пор называется пятном Вуда. В 1909 году Вуд построил первый практический жидкостный зеркальный астрономический телескоп, вращая ртуть для придания ей параболической формы, и исследовал его преимущества и ограничения. Вуда называют «отцом инфракрасной и ультрафиолетовой фотографии». Хотя открытие электромагнитного излучения за пределами видимого спектра и разработка фотоэмульсий, способных его регистрировать, предшествовали работам Вуда, он был первым, кто намеренно создал фотографии как в инфракрасном, так и в ультрафиолетовом излучении. В 1938 году он официально вышел на пенсию и был назначен профессором-исследователем, на этой должности он оставался до самой смерти. Как до, так и после выхода на пенсию Вуд принимал участие в нескольких полицейских расследованиях, включая взрыв на Уолл-стрит. Странная смерть 51-летней светской львицы Кэтрин Бриско в ее доме в Балтиморе в 1934 году от неосторожно выброшенной детонаторной шашки и его эксперименты, связанные с этим, привели к первой научной публикации о кумулятивных зарядах в трудах Королевского общества в 1936 году. Вуд также был автором научно-популярных работ. В 1915 году Вуд в соавторстве с Артуром Трейном написал научно-фантастический роман «Человек, который качал Землю». Его продолжение, «Создатель Луны», было опубликовано в следующем году. Вуд также написал и проиллюстрировал две книги стихов для детей: «Как отличить птиц от цветов» (1907) и «Аналогии животных» (1908).

Личная жизнь

В 1892 году Вуд женился на Гертруде Хупер Эймс в Сан-Франциско. Она была дочерью Пелхэма Уоррена и Огюсты Хупер (Вуд) Эймс, а также внучкой Уильяма Норти Хупера и судьи Верховного суда штата Массачусетс Сета Эймса. Она была его "неизменной спутницей более 60 лет, хотя сама не проявляла интереса к науке", в Балтиморе, в их загородном доме близ Истгемптона на Лонг-Айленде и во время их путешествий за границу. У них был обширный круг друзей. Его жена давала ему "стабильность, без которой человек с таким темпераментом, как у Вуда, мог бы временами столкнуться с серьезными трудностями". У них было трое детей.

Вклад в ультразвуковое исследование

Хотя физическая оптика и спектроскопия были главными областями исследований Вуда, он также внес существенный вклад в область ультразвука. Его основными достижениями стали фотографирование звуковых волн и изучение ультразвука большой мощности.

Фотография звуковых волн

Его первым вкладом в область ультразвука стала фотография звуковых волн. Основной областью исследований Вуда была физическая оптика, но он столкнулся с проблемой демонстрации своим студентам волновой природы света, избегая математических абстракций, которые им казались сложными для понимания. Поэтому он решил сфотографировать звуковые волны, возникающие при электрической искре, в качестве аналогии световым волнам. Электрическая искра была выбрана, поскольку она создает не волновой пакет, а единый волновой фронт, что облегчало его изучение и визуализацию. Хотя этот метод был впервые открыт Августом Тёплером, Вуд провел более детальное изучение ударных волн и их отражений.

Ультразвук высокой мощности

После этих ранних работ Вуд вернулся к физической оптике, отложив свой интерес к "сверхзвуковым явлениям" на значительное время. С вступлением Соединенных Штатов в Первую мировую войну, Вуда попросили помочь в военных усилиях. Он решил сотрудничать с Полем Лангевеном, который исследовал ультразвук как способ обнаружения подводных лодок. Находясь в лаборатории Лангевена, он заметил, что ультразвуковые волны высокой мощности способны вызывать образование пузырьков воздуха в воде, и что рыбы погибают, а рука экспериментатора испытывает сильную жгучую боль, если поместить ее в путь интенсивного звукового луча. Все эти наблюдения пробудили его интерес к ультразвуку высокой мощности. В 1926 году Вуд поделился с Альфредом Ли Лумисом описанием экспериментов Лангевена, и они вместе начали проводить эксперименты с ультразвуком высокой интенсивности; это стало основным вкладом Вуда в область ультразвуковой техники. Экспериментальная установка работала от двухкиловаттного генератора, изначально разработанного для печи, что позволяло получать очень высокую выходную мощность. Они использовали частоты в диапазоне от 100 до 700 кГц. Когда кварцевая пластина преобразователя погружалась в масло, она поднимала столб масла выше остальной поверхности. При низкой мощности столб был невысоким и неровным, а при высокой мощности поднимался до 7 см, "с вершиной, извергающей капли масла, словно миниатюрный вулкан".

Почести

Медаль Рамфорда Королевского общества за работы в области физической оптики, 1938 год. Медаль Генри Дрейпера Национальной академии наук за вклад в астрофизику, 1940 год. Кратер Вуд на обратной стороне Луны назван в его честь. Почетные степени Берлинского университета, Университета Кларка, Университета Бирмингема и Эдинбургского университета. Член Американской академии искусств и наук, Американского философского общества, Физического общества, Королевского института в Лондоне (почетный член), Физического общества Лондона (почетный член), Королевской шведской академии в Стокгольме (иностранный член), Индийской ассоциации по развитию науки в Калькутте (иностранный член).

Ссылки на древесину

Документальный фильм об Альфреде Ли Лумисе – «Секрет Туксидо-парка», 30 сезон, эпизод 2 телепрограммы «Американский опыт» на PBS.

Архивные коллекции

Документы Роберта В. Вуда, 1838–1942, Библиотека и архив Нильса Бора.