Роберт Уильямс Вуд (2 мая 1868 — 11 августа 1955) — американский физик и изобретатель, внесший решающий вклад в область оптики . Он был пионером в области инфракрасной и ультрафиолетовой фотографии . Патенты и теоретические работы Вуда способствуют современному пониманию физики ультрафиолетового света и сделали возможным бесчисленное множество применений 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, до 1838 года был врачом в штате Мэн, затем до 1866 года работал врачом и пионером сахарной промышленности на Гавайских островах , а также работал в Американской статистической ассоциации. [5] : 327 Вуд-младший посещал Латинскую школу Роксбери, первоначально намереваясь стать священником. Однако вместо этого он решил изучать оптику, когда однажды ночью стал свидетелем редкого сияющего полярного сияния и полагал, что этот эффект вызван «невидимыми лучами». В своем стремлении найти эти «невидимые лучи» Вуд учился и получил несколько степеней по физике в Гарвардском университете и Массачусетском технологическом институте . [ нужна цитата ]
Будучи студентом Гарварда, он проглотил марихуану в рамках эксперимента над собой, а пережитые им галлюцинации записал в отчете по курсу психологии. Соответствующее сообщение опубликовала нью-йоркская газета. [5] : 335 После того, как он получил там степень бакалавра химии, он продолжил обучение в Университете Джонса Хопкинса [5] : 327 и в 1892 году перешёл в Чикагский университет . В 1894 году он поступил в Берлинский университет , чтобы продолжить изучение химии, и под влиянием Генриха Рубенса навсегда переключился на карьеру физика. В 1896 году он вернулся в США, сначала в Массачусетский технологический институт, а в 1897 году в качестве преподавателя в Висконсинском университете . [5] : 328
После 4 лет работы в Висконсинском университете и после смерти Генри Огастеса Роуленда ему было всего 33 года, и он все же был назначен его преемником в Университете Джонса Хопкинса и штатным профессором «оптической физики» в Университете Джонса Хопкинса с 1901 по его смерть. Он тесно сотрудничал с Альфредом Ли Лумисом в парке Такседо, Нью-Йорк . [6] [7]
В начале 1902 года Вуд обнаружил, что в спектрах отражения субволновой металлической решетки имеются темные области. [8] Это необычное явление было названо аномалией Вуда и привело к открытию поверхностного плазмон-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 света , и используется в современных черных фонарях . [9] Он использовал его для ультрафиолетовой фотографии, но также предлагал использовать его для секретной связи. [9] Он также был первым человеком, сфотографировавшим ультрафиолетовую флуоресценцию . [9] [10] Он также разработал ультрафиолетовую лампу, которая широко известна в медицине как лампа Вуда . Немного сюрреалистический вид светящейся листвы на инфракрасных фотографиях называется эффектом Вуда. [11]
В 1904 году Вуд опроверг существование так называемых N-лучей . Французский физик Проспер-Рене Блондло утверждал, 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 заказу журнала Nature , Вуд во время демонстрации тайно удалил существенную призму из аппарата Блондло. О предполагаемом эффекте все еще сообщалось, показывая, что N-лучи были самообманом со стороны Блондло. [12]
Вуд определил область с очень низким альбедо ультрафиолета (область, где поглощалась большая часть ультрафиолета) в районе плато Аристарха на Луне , что, по его предположению, было связано с высоким содержанием серы . [13] Район по-прежнему называется Пятно Вуда. [14]
В 1909 году Вуд сконструировал первый практический астрономический телескоп с жидким зеркалом , вращая ртуть, придавая ему параболоидную форму, и исследовал его преимущества и недостатки. [15] Вуда называют «отцом инфракрасной и ультрафиолетовой фотографии». [9] Хотя открытие электромагнитного излучения за пределами видимого спектра и разработка фотоэмульсий , способных его фиксировать, предшествовали Вуду, он был первым, кто намеренно производил фотографии как с инфракрасным , так и с ультрафиолетовым излучением. [10] В 1938 году он официально вышел в отставку и был назначен профессором-исследователем, и занимал эту должность до своей смерти. Вуд принимал участие в расследовании нескольких преступлений, в том числе взрыва на Уолл-стрит . [10]
Вуд также является автором нетехнических работ. В 1915 году Вуд вместе с Артуром Трейном написал научно-фантастический роман « Человек, который потряс Землю» . [16] Его продолжение, «Создатель Луны », было опубликовано в следующем году. [17] 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 Огасты Хупер (Вуд) Эймс, а также внучкой Уильяма Норти Хупера и судьи Верховного суда Массачусетса Сета Эймса. [18] Она была его «постоянной спутницей более 60 лет, хотя сама не интересовалась научными вещами» в Балтиморе, в их летнем доме недалеко от Истгемптона на Лонг-Айленде и во время их путешествий за границу. У них был очень широкий круг друзей. Его жена обеспечивала «стабильность, без которой жизнь человека с таким темпераментом, как Вуд, иногда могла бы оказаться очень трудной». У них было трое детей. [5] : 338
За несколько лет до этого у Вуда случился сердечный приступ [5] : 337 , он скончался во сне без какой-либо тяжелой болезни [5] : 327 в Амитивилле, штат Нью-Йорк . [18]
Хотя основными областями исследований Вуда были физическая оптика и спектроскопия, он также внес существенный вклад в область ультразвука . Его основными вкладами были фотографирование звуковых волн и исследование мощного ультразвука.
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. [19] Была использована электрическая искра, поскольку она создает не волновой ряд, а одиночный волновой фронт , что делает ее гораздо более интуитивно понятной для изучения и визуализации. Хотя этот метод был впервые открыт Августом Топлером , Вуд провел более детальные исследования ударных волн и их отражений. [20]
После этих ранних работ Вуд вернулся к физической оптике, на некоторое время отложив интерес к «сверхзвуку». После вступления Соединенных Штатов в Первую мировую войну Вуда попросили помочь в военных действиях. 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 вызвать образование пузырьков воздуха в воде , и что рыба погибнет, а рука экспериментатора пострадает от жгучей боли, если окажется на пути 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 движение генератором мощностью две кВт , который был разработан для печи и позволял генерировать очень высокую выходную мощность. Частоты, которые они использовали, варьировались от 100 до 700 кГц . [21] Когда преобразователь кварцевой пластины был подвешен в масле, он поднимал холмик масла на 7 сантиметров (3 дюйма) выше остальной поверхности масла. При меньшем увеличении холмик был низким и комковатым; при больших увеличениях он поднимался на целых 7 см, «на его вершине извергались капли нефти, словно миниатюрный вулкан». [21] Капли нефти в воздухе могут достигать высоты 30–40 сантиметров (12–16 дюймов). Аналогичным образом, когда на поверхность масла была помещена стеклянная пластина диаметром 8 сантиметров (3 дюйма), на верхнюю часть стеклянной пластины можно было поместить до 150 граммов (5 унций) внешнего груза, поддерживаемого силой только ультразвуковые волны. Это было достигнуто за счет отражения и повторного отражения волн между преобразователем и стеклянной пластиной, позволяя каждой генерируемой волне многократно передавать свою силу стеклянной пластине.
Пытаясь измерить температуру холма извергающейся нефти с помощью стеклянного термометра, 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 крепко сжать термометр. Даже если очень тонкую стеклянную нить диаметром всего 0,2 миллиметра (0,01 дюйма) и длиной 1 метр (3 фута 3 дюйма) опустить в масло с одного конца, удержание выпуклости в стекле на другом конце все равно приведет к образованию бороздки. они оставались на коже, и кожа была сожжена, с образованием болезненных и кровавых волдырей, которые держались несколько недель, что свидетельствует о том, что передаваемые ультразвуковые колебания были довольно мощными. [21] Когда вибрирующий стеклянный стержень слегка прикасался к высушенной щепе , стержень сжигал древесину и вызывал ее дымление; при прижатии к щепе она быстро прогорала насквозь, оставляя после себя обугленную дыру. Все это время стеклянный стержень оставался холодным, а нагрев ограничивался кончиком. Когда стеклянный стержень слегка прижимали к стеклянной пластине, он протравливал поверхность, а при более сильном нажатии он протыкал пластину насквозь. Микроскопические исследования показали, что выделившиеся обломки включали мелкодисперсное стекло и шарики расплавленного стекла. [21]
Вуд и Лумис также исследовали внутренний нагрев жидкостей и твердых тел с помощью ультразвука высокой интенсивности. Хотя нагрев жидкостей был относительно простым, они также могли нагреть кубик льда так, что его центр таял раньше внешней части. Способность нагревать или повреждать предметы внутри сейчас является основой современного терапевтического ультразвука . Обратив 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 сильном воздействии, хотя очень маленьким, таким как бактерии, удавалось избежать разрушения. Лягушки, мыши или мелкая рыба погибали после одной-двух минут воздействия, что повторяет более раннее наблюдение Ланжевена. [21]
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 воздействием ультразвука высокой интенсивности. После завершения этого широкого спектра экспериментов, [ когда? ] Вуд вернулся к оптике и не вернулся к ультразвуковым работам. Лумис продолжил развивать науку вместе с другими сотрудниками. [22]
