Роберт Уильямс Вуд (2 мая 1868 г. — 11 августа 1955 г.) — американский физик и изобретатель, внесший основополагающий вклад в область оптики . Он был пионером инфракрасной и ультрафиолетовой фотографии . Патенты и теоретические работы Вуда формируют современное понимание физики ультрафиолетового света и сделали возможными бесчисленные применения УФ-флуоресценции, которая стала популярной после Первой мировой войны . [1] [2] [3] [4] Он опубликовал множество статей по спектроскопии , фосфоресценции , дифракции и ультрафиолетовому свету .
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 Мэне до 1838 года, затем врачом и пионером в сахарной промышленности на Гавайских островах до 1866 года. Он также принимал активное участие в Американской статистической ассоциации. [5] : 327 Вуд-младший посещал Латинскую школу Роксбери, изначально намереваясь стать священником. Однако вместо этого он решил изучать оптику, когда однажды ночью стал свидетелем редкого яркого полярного сияния и поверил, что эффект вызван «невидимыми лучами». В своем стремлении найти эти «невидимые лучи» Вуд изучал и получил несколько степеней по физике в Гарвардском университете и Массачусетском технологическом институте . [ требуется ссылка ]
Будучи студентом Гарварда, он принимал марихуану в рамках эксперимента над собой, записал галлюцинации, которые он испытывал, в отчете для курса психологии. Нью-йоркская газета опубликовала отчет. [5] : 335 После того, как он получил степень бакалавра по химии там, он продолжил в Университете Джонса Хопкинса [5] : 327 и в 1892 году он перешел в Чикагский университет . В 1894 году он отправился в Берлинский университет , чтобы продолжить химию, и под влиянием Генриха Рубенса навсегда изменил карьеру на физику. В 1896 году он вернулся в США, сначала в Массачусетский технологический институт, а в 1897 году в качестве преподавателя в Университете Висконсина . [5] : 328
После 4 лет в Университете Висконсина и после смерти Генри Аугустуса Роуленда , ему было всего 33 года, и он был назначен его преемником в Университете Джонса Хопкинса и штатным профессором "оптической физики" в Университете Джонса Хопкинса с 1901 года до своей смерти. Он тесно сотрудничал с Альфредом Ли Лумисом в Такседо-Парке, Нью-Йорк . [6] [7]
В начале 1902 года Вуд обнаружил, что спектры отражения субволновой металлической решетки имеют темные области. [8] Это необычное явление было названо аномалией Вуда и привело к открытию поверхностного плазмонного поляритона (ППП), особой электромагнитной волны, возбуждаемой на металлических поверхностях.
В 1903 году он разработал фильтр , стекло Вуда , которое было непрозрачным для видимого света, но прозрачным как для ультрафиолетового, так и для инфракрасного , и используется в современных ультрафиолетовых лампах . [9] Он использовал его для ультрафиолетовой фотографии, но также предложил использовать его для секретной связи. [9] Он также был первым человеком, который сфотографировал ультрафиолетовую флуоресценцию . [9] [10] Он также разработал ультрафиолетовую лампу, которая широко известна как лампа Вуда в медицине. Немного сюрреалистический светящийся вид листвы на инфракрасных фотографиях называется эффектом Вуда. [11]
В 1904 году Вуд опроверг существование так называемых N-лучей . Французский физик Проспер-Рене Блондло заявил, что открыл новую форму излучения, похожую на рентгеновские лучи , которую он назвал N-лучами. Некоторые физики сообщили, что успешно воспроизвели его эксперименты; другие сообщили, что им не удалось наблюдать это явление. Посетив лабораторию Блондло по просьбе журнала Nature , Вуд тайно извлек необходимую призму из аппарата Блондло во время демонстрации. Предполагаемый эффект все еще был зарегистрирован, показывая, что N-лучи были самообманом со стороны Блондло. [12]
Вуд определил область с очень низким ультрафиолетовым альбедо (область, где поглощается большая часть ультрафиолета) в районе плато Аристарха на Луне , что, по его мнению, было связано с высоким содержанием серы . [13] Область по-прежнему называется Пятном Вуда. [14]
В 1909 году Вуд построил первый практический жидкозеркальный астрономический телескоп, вращая ртуть для придания ей параболоидальной формы, и исследовал его преимущества и ограничения. [15] Вуда называют «отцом как инфракрасной, так и ультрафиолетовой фотографии». [9] Хотя открытие электромагнитного излучения за пределами видимого спектра и разработка фотографических эмульсий, способных регистрировать их, произошли до Вуда, он был первым, кто намеренно делал фотографии как с инфракрасным , так и с ультрафиолетовым излучением. [10] В 1938 году он официально вышел на пенсию, а затем был назначен профессором-исследователем, должность, которую он занимал до своей смерти.
И до, и после выхода на пенсию Вуд принимал участие в нескольких полицейских расследованиях, включая взрыв на Уолл-стрит . [10] Его расследования «Убийства в коробке с конфетами», взрыва 1930 года, в результате которого погибли 18-летняя Наоми Холл Брэди и двое ее братьев и сестер в ее доме в Сит-Плезант, штат Мэриленд , помогли осудить ее зятя Лероя за непредумышленное убийство. [10] [16] Странная смерть 51-летней светской львицы Кэтрин Бриско в ее доме в Балтиморе в 1934 году от небрежно брошенного капсюля-детонатора и его эксперименты, основанные на этом, привели к первой научной публикации о взрывчатых пенетраторах в Трудах Королевского общества в 1936 году. [10] [17] [18]
Вуд также был автором нетехнических работ. В 1915 году Вуд совместно с Артуром Трейном написал научно-фантастический роман « Человек, который потряс Землю » . [19] Его продолжение, «Создатель Луны» , было опубликовано в следующем году. [20] Вуд также написал и проиллюстрировал две книги детских стихов: « Как отличить птиц от цветов» (1907) и «Аналоги животных» (1908).
В 1892 году Вуд женился на Гертруде Хупер Эймс в Сан-Франциско. Она была дочерью Пелхэма Уоррена и Августы Хупер (Вуд) Эймс и внучкой Уильяма Норти Хупера и судьи Верховного суда Массачусетса Сета Эймса. [21] Она была его «постоянной спутницей на протяжении более 60 лет, хотя сама она не интересовалась научными вещами» в Балтиморе, на их летнем даче недалеко от Истхэмптона на Лонг-Айленде и во время их поездок за границу. У них был очень широкий круг друзей. Его жена обеспечивала «стабильность, без которой человек с темпераментом Вуда мог бы иногда находить жизнь очень трудной». У них было трое детей. [5] : 338
За несколько лет до этого у Вуда случился сердечный приступ [5] : 337 он скончался во время сна без какой-либо серьезной болезни [5] : 327 в Амитивилле, штат Нью-Йорк . [21]
Хотя основными областями исследований Вуда были физическая оптика и спектроскопия, он также внес существенный вклад в область ультразвука . Его главным вкладом было фотографирование звуковых волн и исследование ультразвука высокой мощности.
Его первым вкладом в область ультразвука была фотография звуковых волн. Основной областью исследований Вуда была физическая оптика, но он столкнулся с проблемой демонстрации своим студентам волновой природы света, не прибегая к математическим абстракциям, которые они находили запутанными. Поэтому он решил сфотографировать звуковые волны, испускаемые электрической искрой, как аналогию световым волнам. [22] Электрическая искра использовалась, потому что она производит не цуг волн, а один волновой фронт , что делает ее гораздо более интуитивно понятной для изучения и визуализации. Хотя этот метод был впервые открыт Августом Топлером , Вуд провел более подробные исследования ударных волн и их отражений. [23]
После этих ранних вкладов Вуд вернулся к физической оптике, отложив свой интерес к «сверхзвуку» на некоторое время. Со вступлением Соединенных Штатов в Первую мировую войну Вуда попросили помочь с военными усилиями. Он решил работать с Полем Ланжевеном , который исследовал ультразвук как метод обнаружения подводных лодок . Находясь в лаборатории Ланжевена, он заметил, что мощные ультразвуковые волны могут вызывать образование пузырьков воздуха в воде , и что рыба погибнет, а рука экспериментатора будет страдать от жгучей боли, если ее поместить на путь интенсивного звукового луча. Все эти наблюдения пробудили в нем интерес к мощному ультразвуку.
В 1926 году Вуд рассказал об экспериментах Ланжевена Альфреду Ли Лумису , и они вместе провели эксперименты с ультразвуком высокой интенсивности; это оказалось основным вкладом Вуда в область ультразвука.
Экспериментальная установка приводилась в действие двухкиловаттным генератором , который был разработан для печи, что позволяло генерировать очень высокую выходную мощность. Частоты, которые они использовали, варьировались от 100 до 700 кГц . [24] Когда кварцевый пластинчатый преобразователь был подвешен в масле, он поднимал холм масла на 7 сантиметров (3 дюйма) выше остальной поверхности масла. При более низкой мощности холм был низким и комковатым; при высокой мощности он поднимался на все 7 см, «его вершина извергала капли масла, как миниатюрный вулкан». [24] Воздушные капли масла могли достигать высоты 30–40 сантиметров (12–16 дюймов). Аналогично, когда стеклянная пластина диаметром 8 сантиметров (3 дюйма) помещалась на поверхность масла, до 150 граммов (5 унций) внешнего веса можно было поместить поверх стеклянной пластины, поддерживаемой силой одних только ультразвуковых волн. Это достигалось за счет отражения и повторного отражения волн между преобразователем и стеклянной пластиной, что позволяло каждой генерируемой волне многократно передавать свою силу стеклянной пластине.
При попытке измерить температуру кучи извергающейся нефти стеклянным термометром Вуд и Лумис случайно обнаружили еще один набор эффектов. Они отметили, что хотя ртуть в термометре показывала только 25 °C (77 °F), стекло было настолько горячим, что к нему было больно прикасаться, и они заметили, что боль становилась невыносимой, если они пытались сильно сжать термометр. Даже если очень тонкую стеклянную нить диаметром всего 0,2 миллиметра (0,01 дюйма) и длиной 1 метр (3 фута 3 дюйма) поместить в масло одним концом, удерживание выпуклости в стекле другим концом все равно приводило к тому, что на коже оставалась бороздка, и кожа обжигалась, с образованием болезненных и кровавых волдырей, которые держались несколько недель, показывая, что передаваемые ультразвуковые колебания были довольно мощными. [24] Когда вибрирующий стеклянный стержень слегка касался высушенных древесных щепок , стержень сжигал древесину и заставлял ее дымиться; при нажатии на щепу он быстро прожигал щепу, оставляя после себя обугленное отверстие. Все это время стеклянный стержень оставался холодным, а нагрев ограничивался кончиком. Когда стеклянный стержень слегка прижимали к стеклянной пластине, он протравливал поверхность, а если прижимали сильнее, он протачивал пластину насквозь. Микроскопические исследования показали, что выделяющиеся осколки включали мелко измельченное стекло и шарики расплавленного стекла. [24]
Вуд и Лумис также исследовали нагревание жидкостей и твердых тел изнутри с помощью ультразвука высокой интенсивности. Хотя нагревание жидкостей было относительно простым, они также смогли нагреть кубик льда так, что центр растаял раньше, чем снаружи. Способность нагревать или повреждать объекты изнутри теперь является основой современного терапевтического ультразвука . Обращая внимание на воздействие ультразвука высокой интенсивности на живую материю, Вуд и Лумис наблюдали, как ультразвук разрывает хрупкие тела на куски. Клетки, как правило, разрывались при достаточно высоком воздействии, хотя очень маленькие, такие как бактерии, умудрялись избегать разрушения. Лягушки, мыши или мелкие рыбы погибали после одной-двух минут воздействия, повторяя более раннее наблюдение Ланжевена. [24]
Вуд и Лумис также исследовали образование эмульсий и туманов , кристаллизацию и зародышеобразование , химические реакции , интерференционные картины и стоячие волны в твердых телах и жидкостях под действием ультразвука высокой интенсивности. После завершения этого широкого спектра экспериментов [ когда? ] Вуд вернулся к оптике и больше не возвращался к ультразвуковым исследованиям. Лумис продолжил развивать эту науку вместе с другими сотрудниками. [25]
