غابرييل ليبمان

كان من أوائل اكتشافات ليبمان العلاقة بين الظواهر الكهربائية والشعيرية ، مما مكّنه من تطوير مقياس كهربائي شعيري حساس - عُرف لاحقًا باسم مقياس ليبمان الكهربائي - والذي استُخدم في أول جهاز تخطيط كهربية القلب . وفي ورقة بحثية قُدّمت إلى الجمعية الفلسفية في غلاسكو في 17 يناير 1883، وصف جون غراي ماكيندريك الجهاز على النحو التالي:

يتكون مقياس ليبمان الكهربائي من أنبوب زجاجي عادي، طوله متر واحد وقطره 7 مليمترات، مفتوح من كلا الطرفين، ومثبت في وضع رأسي بواسطة دعامة متينة. يُسحب الطرف السفلي للأنبوب إلى نقطة شعرية حتى يصبح قطرها 0.005 مليمتر. يُملأ الأنبوب بالزئبق، وتُغمر النقطة الشعرية في حمض كبريتيك مخفف (بنسبة 1 إلى 6 من الماء حجمًا)، ويُضاف القليل من الزئبق إلى قاع الوعاء الحاوي على الحمض. يُوصل سلك بلاتيني بالزئبق في كل أنبوب، وأخيرًا، تُجهز آلية تسمح برؤية النقطة الشعرية باستخدام مجهر يُكبّر 250 ضعفًا. هذا الجهاز شديد الحساسية؛ ويذكر ليبمان أنه من الممكن تحديد فرق جهد صغير جدًا يصل إلى جزء من 10080 من دانييل . لذا فهي وسيلة دقيقة للغاية للمراقبة، وقياس القوى الدافعة الكهربائية الدقيقة (حيث يمكن معايرتها بطريقة التعويض). ^{[ 12 ] [ 13 ]}

في عام 1881، تنبأ ليبمان بالتأثير الكهروإجهادي العكسي . ^{[ 14 ] [ 15 ]}

قبل كل شيء، يُذكر ليبمان على أفضل وجه كمخترع لطريقة إعادة إنتاج الألوان عن طريق التصوير الفوتوغرافي، استنادًا إلى ظاهرة التداخل ، والتي أكسبته جائزة نوبل في الفيزياء عام 1908. ^{[ 9 ]}

في عام ١٨٨٦، انصبّ اهتمام ليبمان على طريقة لتثبيت ألوان الطيف الشمسي على لوحة فوتوغرافية . وفي ٢ فبراير ١٨٩١، أعلن للأكاديمية الفرنسية للعلوم : "لقد نجحتُ في الحصول على صورة الطيف بألوانه على لوحة فوتوغرافية، بحيث تبقى الصورة ثابتة ويمكنها البقاء في ضوء النهار دون أن تتلف". ^{[ ١٦ ]} وبحلول أبريل ١٨٩٢، أفاد بأنه نجح في إنتاج صور ملونة لنافذة زجاجية ملونة، ومجموعة من الأعلام، ووعاء من البرتقال يعلوه زهرة خشخاش حمراء، وببغاء متعدد الألوان. وقدّم نظريته في التصوير الملون باستخدام طريقة التداخل في ورقتين بحثيتين للأكاديمية، إحداهما عام ١٨٩٤ والأخرى عام ١٩٠٦. ^{[ ٥ ]}

تحدث ظاهرة التداخل في علم البصريات نتيجة لانتشار الموجات الضوئية. فعندما ينعكس ضوء ذو طول موجي معين على نفسه بواسطة مرآة، تتولد موجات مستقرة ، تمامًا كما تتولد الموجات المستقرة عند سقوط حجر في ماء ساكن، وذلك عند انعكاسه عن سطح ما، كجدار حوض السباحة. وفي حالة الضوء غير المتماسك العادي ، تكون الموجات المستقرة واضحة فقط ضمن حيز مجهري رقيق مجاور للسطح العاكس.

استغل ليبمان هذه الظاهرة بإسقاط صورة على لوحة فوتوغرافية خاصة قادرة على تسجيل تفاصيل أصغر من أطوال موجات الضوء المرئي. يمر الضوء عبر الصفيحة الزجاجية الداعمة إلى مستحلب فوتوغرافي رقيق للغاية وشبه شفاف يحتوي على حبيبات هاليد الفضة متناهية الصغر . تعكس مرآة مؤقتة من الزئبق السائل، ملامسة للمستحلب، الضوء مرة أخرى من خلاله، مما يُنشئ موجات ثابتة لا تؤثر عقدها إلا قليلاً، بينما تُنشئ بطونها صورة كامنة . بعد التحميض ، تكون النتيجة بنية من الصفائح ، وهي نمط هدبي دقيق للغاية في طبقات متوازية متميزة تتكون من حبيبات فضة معدنية متناهية الصغر، وهو سجل دائم للموجات الثابتة. في جميع أنحاء المستحلب، تتوافق المسافة بين الصفائح مع أنصاف أطوال موجات الضوء المصوّر؛ λ/(2n)، حيث λ هو طول موجة الضوء في الهواء و n هو معامل انكسار المستحلب. وهكذا تُخزّن معلومات اللون محليًا. كلما زادت المسافة بين الأهداب، زاد طول الموجة المسجلة من لون الصورة، وكان اللون الأحمر هو الأطول. ^{[ 10 ]}

تُضاء اللوحة النهائية من الأمام بزاوية شبه عمودية ، باستخدام ضوء النهار أو أي مصدر آخر للضوء الأبيض يحتوي على كامل نطاق الأطوال الموجية في الطيف المرئي . عند كل نقطة على اللوحة، ينعكس ضوء ذو طول موجي مماثل تقريبًا للضوء الذي شكّل الصفائح بقوة نحو المشاهد. أما الضوء ذو الأطوال الموجية الأخرى، الذي لم تمتصه أو تشتته حبيبات الفضة، فيمر ببساطة عبر المستحلب، وعادةً ما يمتصه طلاء أسود مضاد للانعكاس يُطبّق على ظهر اللوحة بعد تحميضها. وهكذا، تُعاد تكوين الأطوال الموجية، وبالتالي الألوان، للضوء الذي شكّل الصورة الأصلية، فتظهر صورة ملونة كاملة. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

في الواقع، لا تُعدّ عملية ليبمان سهلة الاستخدام. فالمستحلبات الفوتوغرافية عالية الدقة ذات الحبيبات الدقيقة للغاية أقل حساسية للضوء بطبيعتها من المستحلبات العادية، مما يستلزم فترات تعريض طويلة. مع عدسة ذات فتحة واسعة وهدف مُضاء بضوء الشمس الساطع، يُمكن أحيانًا الحصول على تعريض للكاميرا لمدة تقل عن دقيقة واحدة، ولكن التعريضات التي تُقاس بالدقائق هي الأكثر شيوعًا. تُعاد إنتاج الألوان الطيفية النقية ببراعة، ولكن قد تُشكّل نطاقات الأطوال الموجية العريضة غير الواضحة التي تعكسها الأجسام في العالم الحقيقي مشكلة. لا تُنتج هذه العملية مطبوعات ملونة على الورق، وقد ثبت استحالة الحصول على نسخة جيدة من صورة ليبمان الملونة بإعادة تصويرها، لذا فإن كل صورة فريدة من نوعها. عادةً ما كان يُلصق منشور بزاوية ضحلة جدًا على مقدمة اللوحة النهائية لصد انعكاسات السطح غير المرغوب فيها، مما جعل اللوحات ذات الأحجام الكبيرة غير عملية. يبلغ حجم صوره المبكرة 4  سم × 4  سم، ثم زاد لاحقًا إلى 6.5  سم × 9  سم. ^{[ 10 ]} إن الإضاءة وترتيبات الرؤية اللازمة لرؤية الألوان بأفضل شكل ممكن تحول دون استخدامها بشكل عرضي. على الرغم من توفر الألواح الخاصة وحامل الألواح المزود بخزان زئبق مدمج تجاريًا لبضع سنوات حوالي عام 1900 ، إلا أن حتى المستخدمين الخبراء وجدوا صعوبة في الحصول على نتائج جيدة باستمرار، ولم تتجاوز هذه العملية كونها مجرد فضول علمي أنيق في المختبر. ومع ذلك، فقد حفزت الاهتمام بتطوير التصوير الفوتوغرافي الملون. ^{[ 19 ]}

مهدت عملية ليبمان الطريق للتصوير المجسم بالليزر ، الذي يعتمد بدوره على تسجيل الموجات المستقرة في وسط تصويري. تتميز صور دينيسيوك المجسمة الانعكاسية، والتي تُعرف غالبًا باسم صور ليبمان-براغ المجسمة، ببنية صفائحية مماثلة تعكس أطوال موجية معينة بشكل تفضيلي. في حالة الصور المجسمة الملونة متعددة الأطوال الموجية من هذا النوع، تُسجل معلومات اللون وتُعاد إنتاجها تمامًا كما في عملية ليبمان، باستثناء أن ضوء الليزر عالي التماسك الذي يمر عبر وسط التسجيل وينعكس من الجسم المراد تصويره يُولد الموجات المستقرة المطلوبة في حيز كبير نسبيًا، مما يُلغي الحاجة إلى حدوث انعكاس بجوار وسط التسجيل مباشرةً. مع ذلك، وعلى عكس التصوير المجسم بالألوان بتقنية ليبمان، يجب الحفاظ على استقرار الليزر والجسم المراد تصويره ووسط التسجيل ضمن نطاق ربع طول موجي أثناء التعريض الضوئي حتى يتم تسجيل الموجات المستقرة بشكل كافٍ أو حتى تسجيلها على الإطلاق.

في عام ١٩٠٨، قدّم ليبمان ما أسماه " التصوير التكاملي "، حيث تُستخدم مصفوفة مستوية من عدسات كروية صغيرة متقاربة لتصوير مشهد ما، مسجلةً صورًا للمشهد كما يظهر من مواقع أفقية ورأسية متعددة ومختلفة قليلاً. عند تصحيح الصور الناتجة وعرضها من خلال مصفوفة عدسات مماثلة، ترى كل عين صورة متكاملة واحدة، مؤلفة من أجزاء صغيرة من جميع الصور. يحدد موضع العين أي أجزاء من الصور الصغيرة تراها. والنتيجة هي إعادة بناء الهندسة البصرية للمشهد الأصلي، بحيث تبدو حدود المصفوفة كحواف نافذة يظهر من خلالها المشهد بحجمه الطبيعي وثلاثي الأبعاد، مُظهرًا بشكل واقعي اختلاف المنظر وتغير المنظور مع أي تغيير في موضع المُشاهد. ^{[ ٢٠ ]} هذا المبدأ، المتمثل في استخدام عدسات أو فتحات تصوير متعددة لتسجيل ما سُمي لاحقًا بـ" حقل الضوء" ، هو أساس التكنولوجيا المتطورة لكاميرات ومجاهر حقل الضوء .

عندما قدّم ليبمان الأسس النظرية لـ"التصوير المتكامل" في مارس 1908، كان من المستحيل إرفاقها بنتائج ملموسة. في ذلك الوقت، كانت المواد اللازمة لإنتاج شاشة عدسية ذات خصائص بصرية مناسبة غير متوفرة. في عشرينيات القرن العشرين، أجرى يوجين إستاناف تجارب واعدة باستخدام عدسات ستانوب الزجاجية ، ولويس لوميير باستخدام السيلولويد. ^{[ 21 ]} شكّل التصوير المتكامل لليبمان أساسًا للبحوث المتعلقة بالصور العدسية ثلاثية الأبعاد والمتحركة، وكذلك عمليات العدسات الملونة .

في عام 1895، طور ليبمان طريقة لإزالة المعادلة الشخصية في قياسات الوقت، باستخدام التسجيل الفوتوغرافي، ودرس القضاء على عدم انتظام ساعات البندول ، وابتكر طريقة لمقارنة أوقات تذبذب بندولين لهما فترة متساوية تقريبًا. ^{[ 4 ]}

كما اخترع ليبمان جهاز الكويلوستات ، وهو أداة فلكية تعوض عن دوران الأرض وتسمح بتصوير منطقة من السماء دون حركة ظاهرة. ^{[ 4 ]}

في عام 1900، اقترح ليبمان ما يُعرف لاحقًا باسم آلية براون ، باعتبارها نسخة ميكانيكية بحتة من شيطان ماكسويل ، زاعمًا أن النظرية الحركية للغازات لا تتوافق مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية . ^{[ 22 ] [ 23 ]}