Йозеф Петцваль [4] (6 января 1807 г. – 17 сентября 1891 г. [5] ) был математиком , изобретателем и физиком, наиболее известным по своей работе в области оптики . Он родился в городе Шепешбела в Королевстве Венгрия (на немецком языке: Zipser Bela, сейчас Spišská Belá в Словакии ). [1] [2] [3] [6]
Петцваль учился и позже преподавал в Institutum Geometricum (ныне Будапештский университет технологий и экономики ) в Буде (сегодня часть Будапешта ). Он возглавлял Институт практической геометрии и гидрологии/архитектуры между 1841 и 1848 годами. Позже в жизни он принял назначение на кафедру математики в Венском университете . Петцваль стал членом Венгерской академии наук в 1873 году.
Петцваль считается одним из главных основателей геометрической оптики , современной фотографии и кинематографии . Среди его изобретений — портретная линза Петцваля и театральный бинокль , которые до сих пор широко используются. Ему также приписывают открытие преобразования Лапласа [ нужна ссылка ] , а также он известен своими обширными работами по аберрации в оптических системах .
В 1801 году отец Йозефа Петцваля женился на немке по происхождению Сюзанне Крейцман, которая родилась в Шепешбеле, Королевство Венгрия , дочери предыдущего учителя в той же школе в Шепешбеле. Пара воспитала шестерых детей: Густава Адольфа (1800–1803), который преждевременно умер; Нестора Эмилиана (1804–1806); Йозефа Максимилиана (1807 - 1891); Петрола Балтазара (1809–1889); и трех дочерей. В 1810 году семья переехала в Кешмарк (на немецком языке: Käsmark, сегодня Кежмарок, Словакия), а в 1819 году в Лёче (на немецком языке: Leutschau, сегодня Левоча, Словакия).
Вся семья разделяла склонность к технике. Отец Йозефа работал учителем в евангелической школе в Сепешбеле, а также органистом в Сепешбеле, а позже в Кешмарке. Он также был дирижером и геодезистом в Лёче. Он имел репутацию выдающегося музыканта и композитора, который также был одарен механикой. В 1824 году он получил два патента: один на усовершенствование маятниковых часов , а другой на «полиграф» ( пишущую машинку ). Брат Петцваля, Петрол Балтазар Петцвал, был уважаемым математиком, инженером и астрономом .
Йозеф Петцваль посещал начальную школу в Кешмарке и начал обучение в средней школе в Кешмарке и Подолине (на немецком языке: Pudlein, сейчас Podolínec, Словакия). 1 октября 1819 года он вернулся к своей семье в Лёче и поступил в среднюю школу. И в начальной школе, и в средней школе он был одним из лучших в своем классе по латыни (официальный язык Королевства Венгрии) и религии; однако у него были проблемы с венгерским . До поступления в Лёче он также был очень слаб в математике. Однако в Лёче он явно улучшил свои показатели в этой дисциплине.
Рассказывают анекдот о Петцвале: когда семья уже решила сделать из Петцваля сапожника, он прочитал книгу «Аналитическая статья об элементах математики» немецкого математика Хаузера на летних каникулах, сразу после окончания четвертого класса начальной школы. Он готовился к повторному прохождению курса математики. После того, как Петцвал дочитал книгу, ребенок, который был слабым учеником по математике, быстро стал математическим гением.
После окончания средней школы Петцваль решил перейти в Institutum Geometricum, инженерный факультет Университета Пестера. До этого ему пришлось окончить двухгодичный лицей , который он посещал с 1823 по 1825 год в Каше (на немецком языке: Kaschau, сегодня Кошице, Словакия ). Когда он прибыл туда в 1823 году, Петцваль уже хорошо разбирался в таких предметах, как латынь, математический анализ, классическая литература и стилистика. В дополнение к своему словацкому языку он мог прекрасно говорить на чешском, немецком и венгерском языках. С помощью своего отца он также выучил французский и английский языки. [7]
После окончания лицея Петцваль в течение года работал воспитателем у графа Алмаши в округе Хевеш . Помимо того, что этот опыт принес ему крайне необходимые деньги, он также обеспечил ему важные социальные контакты.
С 1826 по 1828 год Петцваль учился в Institutum Geometricum в Буде и получил диплом инженера в 1828 году. В том же году он присоединился к программе аспирантуры университета и стал самопровозглашенным заведующим кафедрой физики (в 1831 году). С 1828 по 1835 год Петцваль одновременно работал городским инженером в городе Буда — в частности, как специалист по борьбе с наводнениями и канализации — и изучал математику, механику и практическую геометрию. Он был автором нереализованного плана строительства судоходного канала вокруг Буды. В 1830 году его расчеты плотины спасли город от затопления, вызванного разливом Дуная . После получения докторской степени в 1832 году он преподавал в качестве доцента в университете. В этот период он также получил степень по математике. В 1835 году он был назначен университетским профессором высшей математики.
После приглашения в Венский университет в 1836 году Петцваль занял должность заведующего кафедрой математики в 1837 году и проработал там до 1877 года профессором математики. Помимо математики, он также занимался механикой, баллистикой, оптикой и акустикой. Его лекции по теории алгебраических уравнений, которая интегрировала линейные и дифференциальные уравнения с постоянными и переменными коэффициентами, баллистике, акустической теории и другим областям были высокого качества и пользовались большой популярностью.
Петцваль переехал в арендованный заброшенный монастырь на горе Каленберг . Там он основал собственную мастерскую по заточке стекла. Его линзы стали всемирно известными, поскольку Петцваль был также искусным заточником линз и точным механиком.
В 1840 году он спроектировал свой знаменитый портретный объектив. 1845 год принес споры с предпринимателем Петером Вильгельмом Фридрихом фон Фойгтлендером (1812–1878) о том, кто имеет право производить линзы Петцваля. В 1859 году дом Петцваля был взломан, а его рукописи — результат многолетних исследований — были уничтожены. Петцвалю так и не удалось восстановить утраченные документы. Его самая изысканная техническая книга по оптике, утерянная вместе с рукописями, никогда не будет напечатана. С тех пор он в первую очередь занимался акустикой и начал отдаляться от общества. Его предприятие с Карлом Дитцлером потерпело неудачу в 1862 году (см. далее ниже); Дитцлер умер в 1872 году.
В 1869 году, в возрасте 62 лет, Петцваль женился на своей экономке, но она умерла четыре года спустя. В 1877 году он прекратил читать лекции, удалился в монастырь на горе Каленберг и стал отшельником .
Петцваль умер в Вене в 1891 году, почти забытый, озлобленный и нищий. Его могила находится на центральном венском кладбище. Его горечь в конце жизни, вероятно, можно проследить, с одной стороны, из его продолжающейся полемики с Фойгтлендером, потери его рукописей и его делового краха; а с другой стороны, из того факта, что он никогда не был по-настоящему признан за свою пожизненную работу в области оптики. Сообщается, что незадолго до своей смерти Петцваль сказал:
Петцваль был хорошим спортсменом и наездником. В детстве он часто ездил с семьей в Высокие Татры , а также был преданным спортсменом. В Вене он долгое время был лучшим фехтовальщиком и бойцом на ринге в городе. Он также унаследовал от отца прекрасный талант к музыке. Говорят, что когда он был лектором в Вене, он всегда ездил на лекции на черной арабской лошади.
Петцваль никогда не хотел ничего сообщать о своей личной жизни, и поэтому был относительно непостижим для других при жизни. Как описал доктор Эрменьи в своей книге « Жизнь доктора Йозефа Петцваля»
В конце жизни он жил во все большей изоляции в своем «замке» на горе Каленберг, в компании только своей лошади, хотя несколько академий и ученых обществ избрали его своим членом (член Академии наук в Вене (1846/1849), внешний член Венгерской академии наук (1873), почетный член Союза чешских математиков и физиков (1881), обладатель французской Платиновой медали Шарля Шевалье и др.).
Петцваль предъявлял к себе и другим очень высокие требования. Вероятно, это было связано с его критическим, спорным и саркастическим характером, что приносило ему много конфликтов, особенно в области математики.
У Петцваля возник спор с Христианом Допплером по вопросам акустики, и Доплер ответил в 1852 году книгой под названием «Замечания по поводу возражений, высказанных профессором Петцвалем против правильности моей теории».
В частности, он был вовлечен в длительные споры с предпринимателем Фойгтлендером. Они начались в 1845 году, когда Петцваль впервые поднял вопрос о мошенничестве. Поскольку Петцваль имел патент только в Австрии, Фойгтлендер перенес свое производство в Брауншвейг в Германии , где он произвел около 60 000 линз Петцваля в течение следующих 20 лет. Петцваль со своей стороны сотрудничал с 1854 года с австрийским производителем оптики Dietzler. Линзы последнего продавались в Австрии как «фотографические Dialyt », в то время как Фойгтлендер продавал линзы в Германии и Австрии как «Voightländer Orthoskop». После дальнейшего вмешательства Фойгтлендера Дицлер обанкротился в 1862 году. Когда Петцваль пригрозил судебным иском, Фойгтлендер закрыл свой австрийский завод в 1866 году. Петцваль мог бы тогда перевести маркетинг, но он отказался от работы с оптикой после того, как его дом ограбили в 1859 году, и вместо этого занялся акустикой. В 1862 году он также прекратил читать лекции по оптике.
Величайшие достижения Петцваля заключаются в его работе с геометрической оптикой . В 1839 году Луи Дагер представил дагерротип , первый коммерчески успешный фотографический процесс. Калотип Фокса Тальбота был открыт ранее, но не имел коммерческого успеха. Петцваль узнал об изобретении от своего друга, венского профессора Андреаса фон Эттингсгаузена . Дагерротип был проблематичным, поскольку для создания портрета требовалось время экспозиции до 30 минут. По настоянию Эттингсгаузена Петцваль создал мастерскую и лабораторию в Каленберге в Вене и после шести месяцев сложных вычислений разработал проекты улучшенных объективов как для портретной, так и для пейзажной фотографии . Поскольку артиллерия была одним из немногих занятий, в которых использовались передовые математические вычисления в то время, эрцгерцог Людвиг одолжил восемь артиллерийских канониров и трех капралов для вычислительных работ. Расчеты, которые эти люди проводили совместно друг с другом, считаются ранним (хотя и человеческим) примером параллельного компьютера .
Портретный объектив Петцваля ( Petzval Porträtobjektiv ) был почти без искажений Anachromatischer vierlinser (двойной ахроматический объектив с четырьмя линзами в трех группах). Интенсивность света этого плоского «портретного объектива» была существенно выше, чем у стандарта Дагера 1839 года, объектива Волластона Шевалье (ж /16). Экранж /3.6с фокусным расстоянием 160 мм стало возможным существенно сократить время экспозиции — используя выдержки всего около 15–30 секунд по сравнению с 10 минутами ранее. Таким образом, впервые стали возможны моментальные снимки.
Портретный объектив состоял из склеенной двойной линзы спереди (ж /5) и двойная линза с зазором сзади. Задняя двойная линза была необходима для исправления сферических и коматических ошибок. Линза Шевалье использовала две склеенные двойные линзы, но была немедленно заменена линзой Петцваля, так что Petzval Porträtlinse стала первой склеенной линзой, получившей широкое распространение. Первые портретные объективы были довольно маленькими и имели диаметр 2,6 см. Линзы Петцваля 1856 года, произведенные Дитцлером, имели диаметр 15 см и вес 15 кг, с помощью них можно было делать портреты размером 33 на 42 см. [1]
В 1840 году Петцваль разрешил венскому предпринимателю Петеру Вильгельму Фридриху фон Фойгтлендеру изготовить линзу за единовременную плату в 2000 гульденов, без патента или контракта, что позже привело к длительному спору между Петцвалем и Фойгтлендером. Фойгтлендер, который подтвердил процесс с помощью собственных расчетов, изготовил прототип в мае 1840 года и начал производство линз для дагерротипных камер в 1841 году, заработав на этом целое состояние. Термоионные камеры изготавливались из латуни с использованием круглых дагерротипных пластин, которые экспонировались диаметром 8 см. В 1841 году было изготовлено 600 таких камер, которые продавались по цене 120 гульденов. За это достижение Фойгтлендер получил медаль на всемирной выставке в Париже. Эти первые камеры с металлическим корпусом были прототипами современных камер. Прошло еще 50 лет, прежде чем появилась усовершенствованная камера. Портретный объектив Петцваля использовался в 1920-х годах (часто под другими названиями) в камерах и используется сегодня в проекторах. Объектив сыграл важную роль в развитии фотографии и кинематографии.
Даже несмотря на все его очевидные улучшения, Петцваль был недоволен объективом и, после некоторых усовершенствований, предоставил его производство и патентование другим. Камера с новым ландшафтным объективом, произведенная Дитцлером, имела легкую складную камеру с двойными мехами. Петцваль никогда не получал коммерческой прибыли от объектива.
Среди других работ Петцваля — изобретение театрального бинокля, расчеты системы линз, которые привели к совершенствованию телескопа и микроскопа (1843), расчеты для эффективных биноклей и строительство новых прожекторов (1847). Однако его план по строительству систем освещения для кораблей на Дунае не мог быть осуществлен. Его специальная зеркальная лампа (лампа Петцваля), которая позволяла максимально использовать световую энергию, использовалась, в частности, для ярких проекторов, разработанных Петцвалем. Петцваля также можно считать изобретателем современной системы унастигматических линз, основываясь на записях из его поместья. Около 1860 года Петцвал провел фотограмметрические измерения с использованием разработанного им оборудования. Он также научно доказал, что светящиеся твердые соединения излучают больше света, чем горящие газы. Позже Карл Фрайхерр Ауэр фон Вельсбах применил этот принцип к разработанной им газовой лампе.
Достижения Петцваля сегодня используются в кинематографии, астрономии и метеорологии. Объектив Astro-Petzval-Objektiv используется в астрономии. Этот объектив делал неискаженную иллюстрацию большой части неба, а также позволял фотографировать галактики и звездные поля. Немецкие оптические компании (Töpfer, Voigtländerkorrigie, Zeiss ) производили объектив Петцваля до 1940-х годов. Самым большим вкладом Петцваля в оптику являются его теоретические основы для построения и коррекции оптических линзовых систем. Он выполнил фундаментальную работу по теории аберрации в оптических системах. Несколько центральных терминов этой области позже были названы в честь Петцваля:
К сожалению физиков, Петцваль так и не выпустил подготовленный многотомный оптический труд.
В математике Петцваль подчеркивал практическую применимость. Он говорил: «Человечество не существует ради науки, но наука должна использоваться для улучшения условий человечества». Он работал над приложениями преобразования Лапласа . Его работа была очень тщательной, но не полностью удовлетворительной, поскольку он не мог использовать интеграцию ребер, чтобы инвертировать преобразование. Петцваль написал статью в двух томах, а также большую работу на эту тему. Спор со студентом Саймоном Шпритцером, который обвинил Петцваля в плагиате Пьера-Симона Лапласа , привел к тому, что математики, находившиеся под влиянием Шпритцера, Жорж Буль и Жюль Анри Пуанкаре позже назвали преобразование в честь Лапласа. Петцваль пытался представить практически все в своем окружении математически. Таким образом, он пытался математически смоделировать фехтование или ход лошади. Его одержимость математикой в конечном итоге привела к открытию объективного портрета.
В изучении акустики Петцваль особенно интересовался колебаниями струн , дифференциальными уравнениями колебаний струн и математической теорией музыкальных инструментов. Он спроектировал фортепиано с тремя последовательностями клавиш. Петцваль разработал теорию колебаний натянутых струн, а также собственную теорию тоновых систем.
Музей истории фотографии и кинематографии имени Йозефа Максимилиана Петцваля, часть Словацкого технического музея в Кошице, находится в Спишской Беле, в доме, где родился Петцвал. В его честь назван кратер Петцвал на обратной стороне Луны , а также дороги и статуи в современных Словакии, Австрии и Венгрии.
В 1980 году по просьбе астрономического института в Татранской Ломнице и чешских ученых в честь Петцваля был назван планетоид (3716 Petzval, 1980 TG) ; портретный объектив Петцваля сделал возможным открытие многих планетоидов в конце 19 века. Австрийский совет по образованию с 1928 года вручает «Медаль Петцваля» за особые достижения в области научной фотографии.
В Magyar Tudományos Akadémia Acta technica, том 25, 1959 г. отмечается спор по поводу этнической принадлежности Петцваля. По данным Венгерской академии наук:
« Австрийцы заявили, что Петцваль был австрийцем, чехи пытались доказать его чешское происхождение, словаки утверждали, что графство Шепеш , где родился Петцваль, теперь находится в Словакии , поэтому он должен был быть словаком».
— Венгерская академия наук , [8]
В той же публикации также цитируется заявление Петцваля о том, что он венгр и «... верный сын отечества» [9] Как упоминалось ранее, в школе он испытывал трудности с венгерским языком, поскольку это не был его родной язык. Современники Петцваля широко признавали, что он был венгром, как всегда заявлял Петцваль. «Он прожил 54 года своей жизни в Вене, но не смог стать и не стал венцем — преданный своей родной стране, он остался венгром», — сказал Люэгер, мэр Вены, на похоронах Петцваля. [10]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )