光也可以被复制、粘贴?

作者: 科学大院

来源: 科学艺术研究中心

发布日期: 2022-12-10 07:00:36

本文介绍了法国物理学家加布里埃尔·李普曼发明的干涉彩色摄影法,以及他如何利用这一技术在摄影领域取得的成就。文章还探讨了这一技术对现代成像技术,特别是全息技术的影响。

加布里埃尔·李普曼(Gabriel Lippmann)回到酒店房间,啖了一口刚送来的热咖啡,小心翼翼而又不失优雅的从壁炉里拿出一块昏黄暗淡的底片,仔细端详。“还不错,应该可以了。”他把底片放在前端开口的盒子里,挂在墙上,用一道白光照射,如魔法一般,湛蓝的湖边飘着两座红顶小屋,在黑乎乎的底片上即刻显现。

此时的李普曼已经在旅行中利用他独家发明的彩色摄影技术拍摄了不少照片。下一站,就是斯德哥尔摩,他即将站上领奖台,接受诺贝尔物理学奖。

1908年,为了表彰法国物理学家加布里埃尔·李普曼(1845-1921)发明干涉彩色摄影法,瑞典皇家科学院向他授予了诺贝尔物理奖。虽然李普曼的彩色摄影技术没有在后世广泛普及,时至今日甚至失传,但他的思路和方法无疑具有超越时代的意义,启迪了未来科学成像技术的发展。

李普曼首先改造了成像底片。将平整光滑的薄玻璃板、感光乳液和汞底板依次层层叠放,将镜头对准玻璃板,而传统摄影的感光乳液则在玻璃板的前方,直面镜头。当光线穿过玻璃和感光乳液到达汞后,汞像镜子一样,将光反射回来,和入射光波叠加,产生干涉。

进行曝光时,感光乳剂发生反应,将干涉条纹“印刻”在玻璃上,这些干涉条纹实际上就是被拍摄物体的颜色信息,此刻的玻璃板充满了人眼无法察觉的条纹沟壑,其实就是被凝固了的肥皂泡膜。

1892年,在世界上第一部电影《工人离开里昂的卢米埃尔工厂》首映前三年,卢米诶尔兄弟与科学家们积极合作,研究探索各类新颖的摄影技术。李普曼也在他们的技术及资金的支持下,与其他科学家合作,完成了三幅彩色摄影作品:一盏彩色玻璃、一碗橘子和一只标本鹦鹉。1894年他完成并发表了整套彩色摄影方法及理论。德国蔡司公司则根据李普曼的彩色摄影法设计开发了一款新型相机和彩色照片观看系统。

相较于主流摄影成像技术,不论是数字还是胶片,不论是过去还是今天,都只是记录红绿蓝三色光谱并混合来显现万千色彩。而EPFL(瑞士洛桑联邦理工学院)的研究团队最近发现,李普曼的技术可以捕捉26到64个频段的可见光谱,甚至有些光谱还没有被现代科学所发现。虽然不是历史上第一张彩色照片,却是最特别的。可以说,这种技术直接获取了阳光的色彩,这些色彩更纯粹、更自然。

在获得诺贝尔奖之后不久,李普曼发表了一篇论文,提出了一种实现立体观感照片的方法。这次,他要升级改造的是19世纪中,欧洲出现的“立体眼镜”,利用左右眼视差而制成的视错觉娱乐装置。李普曼这个想法是最古早的裸眼3D解决方案。虽然没有机会实现他所预想的成果,但他的这套方案却启发了后人,最终发展成了我们所熟知、具有一定立体动态观感的“光栅立体图像”。

李普曼在天文、计时、测量等领域均有突出贡献。

除了发明和科研,李普曼在科学教育方面也颇有成就,双料诺贝尔第一人居里夫人(Madame Curie),就是他的博士生。由于曝光时间过长,观看不便以及不易复制,李普曼的彩色摄影法没有被广泛利用和发展,他的思路却被后代的科学家学习借鉴,在现代干涉成像及光学存储领域,都有一定影响。而对于我们经常听到的“全息”技术来说,李普曼的这套理论和方法则是“祖师爷”一般的存在。

“全息之父”丹尼斯·加博尔(Dennis Gabor)受到他的启发,提出了“全息”的基本理论及全息成像的基本方法。在他之后,前苏联科学家尤里·丹尼斯克(Yuri Denisyuk)则更直接的利用李普曼的思路,更进一步的发明了“白光全息”(White Light Holography)。为了致敬李普曼,这种全息技术也叫做“李普曼全息”(Lippmann Holography)。

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