Эта статья выставлена на рецензию

Доплер, Кристиан

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Кристиан Доплер
Christian Doppler
Cdoppler.jpg
Дата рождения:

29 ноября 1803(1803-11-29)

Место рождения:

Зальцбург, Австрия

Дата смерти:

17 марта 1853(1853-03-17) (49 лет)

Место смерти:

Венеция, Италия

Страна:

Flag of Austria.svg Австрия

Научная сфера:

физика (оптика, электричество, астрономия и акустика)

Место работы:

Чешский технический университет, Венский университет

Альма-матер:

Венский технический университет

Кристиан Доплер на Викискладе

Кристиан Андреас Доплер (нем. Christian Doppler (/ˈdɒplər/); 29 ноября 1803, Зальцбург — 17 марта 1853, Венеция) — австрийский математик и физик.

Эффект, обнаруженный Доплером, является неотъемлемой частью современных теорий о начале Вселенной (Большом взрыве и красном смещении). Он используется сегодня при прогнозе погоды, в радарах и системе навигации, в изучении движения звёзд и диагностике сердечно-сосудистых заболеваний[1].

Биография[править | править вики-текст]

Происхождение и образование[править | править вики-текст]

Кристиан Доплер родился 29 ноября 1803 года в Зальцбурге в семье каменщиков, дело которых успешно существовало с 1674 года. Родители — Иоганн (1766—1823) и Тереза Доплеры — имели пятеро детей: Иоганн, Катарина, Терезиа, Кристиан и Анна[2]. Отец Доплера занимался поставкой мраморных плит и мраморных алтарей в Аугсбург, Мюнхен, Линц, Вену и Штирию. Он также выполнял заказы для резиденции Людвига I Баварского. Кристиан рос в среде каменщиков и с ранних лет учился каменному делу[3].

Кристиан Доплер мог бы продолжить семейную традицию, однако он имел слабое здоровье. Доплер посещал начальную школу в Зальцбурге и среднюю школу в Линце. Во время учёбы он проявил выдающиеся способности в математике. Его родители проконсультировались с профессором математики Зальцбургского лицея, который порекомендовал Доплеру продолжить обучение в Венском политехническом институте, где он и учился в 1822—1825 годах[1].

В возрасте 21 года, он возвратился в родной Зальцбург и закончил образование (лекции по философии в лицее Зальцбурга), зарабатывая на жизнь уроками физики и математики. Затем продолжил учиться в Венском Университете высшей математике, механике и астрономии[4]. К концу обучения он был назначен ассистентом профессора высшей математики и механики в Университете. За время работы он опубликовал 4 математические статьи, первая из которых называлась «Вклад в теорию параллелей»[5].

Работа в Праге[править | править вики-текст]

Работа ассистентом была временной, и когда Доплеру было около 30, он начал поиски постоянного места. Он подавал заявления в институты Линца, Любляны, Вены, Цюриха и Праги, однако получил много отказов. В то время (с 1833 года) учёный в течение полутора лет работал клерком на хлопчатобумажной фабрике. Это было тяжёлое время, и Доплер в возрасте 32 лет решил эмигрировать в Соединённые Штаты Америки. Он обратился к американскому консулу в Мюнхене с вопросами о возможности эмиграции и учительских позициях в Америке. Но в это же время ему предлагают две возможные должности в Европе, и он принимает одно из них. 30 апреля 1835 года Доплер становится учителем элементарной математики и вычислений в Государственной средней школе в Праге. Его материальное положение улучшается и в 1836 году он женится на Матильде Стурм (Mathild Sturm). 22 января 1837 года у них родилась дочь Матильда[6].

В 1836 он получает назначение дополнительного профессора высшей математики и практической геометрии в Политехническом институте Праги (Technical Institute of Prague), и по 1838 год он преподаёт там несколько часов в неделю[1]. В это время он публикует 3 работы. Доплер проводил много времени в тесных и душных аудиториях, он читал лекции примерно 400 студентам. Современники полагали, что именно в эти годы он заболел лёгочным туберкулёзом, от которого впоследствии умер[7]. 8 апреля 1838 года рождается первый сын Доплера, Людвиг (1838—1906), а через два года и второй сын Адольф (1840—1916)[8].

Титульный лист статьи «О цветном свете двойных звезд и некоторых других звезд на небесах»

Позиция профессора практической геометрии и элементарной математики в Политехническом Институте появилась в конце 1837 года, однако Доплер был назначен на неё только в марте 1841 года. Несмотря на состояние здоровья и изматывающую преподавательскую работу, в это время Доплер очень интенсивно занимался наукой. Он опубликовал новый метод определения расстояний, исследовал аберрации света, предложил применение фотографических методов в астрономии[9].

В этой должности 25 мая 1842 года он представил статью, которая впоследствии сделала его широко известным, — «О цветном свете двойных звезд и некоторых других звезд на небесах»(нем.  «Über das farbige Licht der Doppelstern und einiger anderer Gestirne des Himmels») — на заседании Отделения естественных наук Королевского Научного общества Богемии в Праге. Эта статья была опубликована в трудах Общества в следующем году. Вслед за презентацией своей статьи Доплер был избран членом Королевского Научного общества Богемии. Он получил почётное звание доктора Пражского университета в 1847 году, а в 1848 году был избран членом Академии Наук в Вене[1]. В семье Доплеров в 1843 родилась девочка — Берта, а затем в 1844 году ещё один ребёнок — Херман[10].

В 1844 году у Доплера начало ухудшаться здоровье, появились жалобы от студентов и учёный взял отпуск по болезни. Он вернулся к своей работе только в 1846 году. В 1847 года учёный перешел на должность профессора математики, физики и механики в Горной Академии в небольшом городе Банска-Штьявница. Политическая нестабильность в 1848 году вынудила Доплера поехать в Вену в качестве профессора практической геометрии в Политехническом Институте. Указом Императора Франца Иосифа I от 17 января 1850 года он был назначен первым директором нового Института Физики в Университете Вены[1].

Знакомство с Иоганном Менделем[править | править вики-текст]

В только созданный институт физики принимали очень ограниченное число учеников: до 12 обычных студентов и около одиннадцати одарённых учеников, часть из которых получали специальную стипендию. Среди последних студентов был Грегор Иоганн Мендель, аспирант и монах Августинского аббатства Святого Томаша в Брюнне (ныне Брно, Чехия), будущий основоположник учения о наследственности. Мендель в 1850 году проходил экзамен на звание преподавателя, но не сдал. Его экзаменатор по физике порекомендовал Менделя в ученики Доплеру. Доплер в целом хорошо отозвался о студенте, однако заметил, что у него немного шансов сдать экзамен по физике, необходимый для преподавательской деятельности, поэтому Доплер начал давать частные уроки Менделю. Мендель изучал физику два семестра (1851—1852)[11].

Последний год жизни[править | править вики-текст]

В ноябре 1852 года он переехал в Венецию, воздух которой в то время рекомендовался людям с лёгочными заболеваниями. Несмотря на плохое самочувствие, Доплер продолжал работать. После пяти месяцев болезни 17 марта 1853 года Кристиан Допплер скончался от туберкулеза. Он был похоронен на кладбище на острове Сан-Микеле. К концу лета 1853 года с разрешения городских властей в галерее кладбища был установлен памятник[12].

Научная деятельность[править | править вики-текст]

Научные интересы Кристиана Доплера лежали в таких областях физики как оптика и акустика. Основные труды выполнены по аберрации света, теории микроскопа и оптического дальномера, теории цветов и некоторым другим темам. Публикация об эффекте Доплера была наиболее значительной среди его работ. Он также исследовал электричество и магнетизм, изменение магнитного отклонения со временем[13].

Эффект Доплера[править | править вики-текст]

Публикация статьи[править | править вики-текст]

Исходя из собственных наблюдений за волнами на воде, Доплер предположил, что подобные явления происходят в воздухе с другими волнами. На основании волновой теории он в 1842 году вывел, что приближение источника света к наблюдателю увеличивает наблюдаемую частоту, отдаление уменьшает её («Об окрашенном свете двойных звёзд»). Доплер теоретически обосновал зависимость частоты звуковых и световых колебаний, воспринимаемых наблюдателем, от скорости и направления движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга. Это явление впоследствии было названо его именем (эффект Доплера).

Доплер использовал этот принцип в астрономии и провел параллель между акустическим явлением и оптическим. Он полагал, что все звёзды излучают белый свет, однако цвет меняется из-за их движения к или от Земли (этот эффект для двойных звёзд очень мал[13]). Хотя изменения в цвете невозможно было наблюдать с оборудованием того времени, теория о звуке была протестирована уже в 1845 году. Только открытие спектрального анализа дало возможность экспериментальной проверки эффекта в оптике[14].

Критика публикации Доплера[править | править вики-текст]

Главным основанием для критики являлось то, что статья не имела экспериментальных подтверждений и была исключительно теоретической. Хотя общее объяснение его теории и вспомогательные иллюстрации, которые он привел для звука, и были верны, объяснения и девять поддерживающих аргументов об изменении цвета звёзд не были. Ошибка произошла из-за заблуждения, что все звёзды излучают белый свет, и Доплер, видимо, не знал об открытиях инфракрасного (У.Гершель, 1800 год) и ультрафиолетового излучения (И.Риттер, 1801 год)[15].

Хотя к 1950 году эффект Доплера был подтверждён экспериментально для звука, его теоретическая основа была подвержена сильным дебатам, которые спровоцировал Дж.Петцваль[en][16]. Основные возражения Петцваля были основаны на преувеличении роли высшей математики. Он ответил на теорию Доплера своей работой «Об основных принципах волнового движения: закон сохранения длины волны», представленной на встрече Академии Наук 15 января 1852 года. В ней он утверждал, что теория не может представлять ценности, если она опубликована всего на 8 страницах и использует только простые уравнения. В своих возражениях Петцваль смешал два абсолютно разных случая движения наблюдателя и источника и движения среды. В последнем случае, согласно теории Доплера, частота не меняется[17].

Экспериментальная проверка[править | править вики-текст]

В 1845 году голландский метеоролог из Утрехта, Христофор Хенрик Дидерик Бёйс-Баллот, подтвердил эффект Доплера для звука на железной дороге между Утрехтом и Амстердамом. Локомотив, достигающий невероятную в то время скорость 40 миль/ч, тянул открытый вагон с группой трубачей. Баллот слушал изменения нот во время движения вагона при приближении и отдалении. В тот же год Доплер провел эксперимент, используя две группы трубачей, одна из которых двигалась от станции, а вторая оставалась неподвижной. Он подтвердил, что, когда оркестры играют одну ноту, они находятся в диссонансе. В 1846 году он опубликовал пересмотренную версию своей теории, в которой он рассматривал как движение источника, так и движение наблюдателя. Позднее в 1848 году французский физик Арман Физо обобщил работы Доплера, применив его теорию и на свет (рассчитал смещение линий в спектрах небесных светил)[1]. В 1860 году Эрнст Мах предсказал, что линии поглощения в спектрах звёзд, связанные с самой звездой, должны обнаруживать эффект Доплера, также в этих спектрах существуют линии поглощения земного происхождения, не обнаруживающие эффект Доплера. Первое соответствующее наблюдение удалось провести в 1868 году Уильяму Хаггинсу[18].

Применение эффекта Доплера[править | править вики-текст]

Принцип Доплера получил многочисленные применения в астрономии для измерений скоростей движения звёзд вдоль луча зрения (приближения или удаления от наблюдателя) и их вращения вокруг оси, параметров вращения планет, колец Сатурна (что позволило уточнить их структуру), турбулентных потоков в солнечной фотосфере, траекторий спутников, контроль за термоядерными реакциями, а затем и в самых разнообразных областях физики и техники (в воздушной навигации и радарах, используемых ГИБДД[19]). Широкое применение эффект Доплера получил в современной медицине: на нём основано множество приборов ультразвуковой диагностики[20].

Память[править | править вики-текст]

Памятник Кристиану Доплеру

В честь Доплера назван открытый им эффект и техники, использующие его, — эффект Доплера, доплерография, доплер-аппараты, доплеровский радар, доплеровский измеритель, акустический доплеровский измеритель течения (ADCP), доплеровский измеритель скорости и сноса (ДИСС), лазерный доплеровский анемометр[21] и другие.

Существует ряд научных лаборатории имени Доплера, например в Кембридже[22], Венском университете, университете Зальцбурга. В Австрии открыта исследовательская ассоциация им. Кристиана Доплера, осуществляющая кооперацию между научной и бизнес сферами и поддержку лабораторий им. Кристиана Доплера[23].

На сегодняшний день в родном городе ученого, Зальцбурге, существуют больница, площадь и мост имени Доплера. Известный производитель шоколада Fürst (изобретатель конфет Моцарткугель) выпускает конфеты «DopplerKonfekt»[24]. В Венском Университете установлен памятник Доплеру.

В 1970 г. Международный астрономический союз присвоил имя Кристиана Доплера кратеру на обратной стороне Луны[25].

Вариации имени[править | править вики-текст]

В англоязычной литературе существует несколько вариации имени Доплера: Иоганн Кристиан Доплер, Кристиан Андреас Доплер, Кристиан Иоганн Доплер и Иоганн Кристиан Андреас Доплер[26]. В его церковном свидетельстве о рождении имя Кристиан Андреас Доплер, однако Доплер никогда не использовал свое второе имя. Предполагается, что данная ошибка была совершена первыми исследователями-биографами, которые в записях в церковной книге приняли имя отца за второе имя Кристиана[27].

Юбилей[править | править вики-текст]

В 2003 году в честь двухсотлетия с рождения Кристиана Доплера были проведены конференции в Зальцбурге, Праге, Вене и Венеции. Их материалы были опубликованы в книге «Christian Doppler: life and work, principle and applications : proceedings of the Commemorative Symposia in 2003, Salzburg, Prague, Vienna, Venice» [3], которая содержит обзоры жизни Доплера и применений его эффекта.

Опубликованные работы[править | править вики-текст]

Многие исследователи сходятся во мнении, что всего Доплер опубликовал 51 работу[28]. Приводится часть из них:

  • Первая публикация:нем. Ein Beitrag zu den Parallelen- Theorien (Вклад в теорию параллелей). Wiener Polytechn. Jahrb. 17. 1832.
  • нем.  Über die wahrscheinliche Ursache der Elecktricitats-Erregung durch Berührung und der elektrischen Spannung (О вероятной причине возникновения электричества через контакт и электрический потенциал). Ibid. 18. 1834.
  • нем.  Über das farbige Licht der Doppelstern und einiger anderer Gestirne des Himmels (On the coloured light of the double stars and certain other stars of the heavens.) Borrosch & Andre, Prague. 1842. Позднее в 1843 опубликовано в Abhandlungen der königl. böhm. Gesellschaft der Wissenschaften 2: 465—482).
  • нем.  Ein Beitrag zur Electrizitäts-Erzeugung durch Reibung (Вклад трения в производство электричества) Hessler’s encyclopädische Zeitschrift 16: 337. 1842.
  • нем.  Arithmetik und Algebra mit besonderer Rücksicht auf die Bedürfnisse der verschiedenen Wissenschaften und des praktischen Lebens, mit einem Anhange von 450 Aufgaben und Beispielen (Учебник по арифметике и алгебре со специальными ссылками на требования различных наук и жизни, с приложением с 450 задачами и примерами). Borrosch & Andre, Prague. 1842 (2-ое издание, Braumuller, Вена, 1851).
  • нем.  Über eine alle bisherigen Metallgemische an Reflexionsvermögen übertreffende und daher zu optischen Zwecken vorzuglich geeignete Legirung (О сплаве, который превосходит в отражательной способности все предыдущие смеси металлов, и поэтому особенно подходит для оптических целей). Hessler’s encyclopädische ZeitschriJt 19: 389.1842.
  • нем. Über eine wesentliche Verbesserung der katoptrischen Mikroscope (Об исключительном усовершенствовании отражательного микроскопа). Borrosch & Andre, Прага. 1845.
  • нем. Versuch einer systematischen Classification der Farben (Попытка систематической классификации цветов). Borresch & Andre, Прага. 1848.
  • нем.  Über die Möglichkeit, die Anzahl und den absoluten Abstand der Korperatome sowie das Mass ihrer wechselseitigen Anziehungsstärke zunächst bei den verschiedenen einfachen festen Körpern zu bestimmen (О возможности определить число и абсолютное расстояние между атомами и их силу взаимного притяжения, для начала в различных простых твердых телах). Опубликовано в 1953 в Jahrbuch der österreichischen Akademie der Wissenschafien, 498−514.

Примечания[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Храмов Ю. А. Доплер Христиан (Doppler Johann Christian) // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 106. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.)
  • Кудрявцев П.С. История физики. Том 1. — Москва: ГУПИМ РСФСР, 1956. — 320 с.
  • Лауэ М. История физики. — Москва: ГИТТЛ, 1956. — 229 с.
  • Куперберг Е.Б. Клиническая допплерография окклюзирующих поражений артерий мозга и конечностей. — Москва: НЦССХ РАМН им. А.Н.Бакулева, 1997. — 106 с.
  • Ed.: E.Hiebl, M.Musso. Christian Doppler: life and work, principle and applications: proceedings of the Commemorative Symposia in 2003, Salzburg, Prague, Vienna, Venice. — Living Edition, 2007. — 207 с. — ISBN 9783901585098.
  • Roguin A (2002). «Christian Johann Doppler: the man behind the effect.». The British Journal of Radiology 75 (895): 615–619. DOI:10.1259/bjr.75.895.750615.
  • Pasquale M, Paulshock BZ. (1991). «Christian Christian Doppler (1803–1853): an ingenious theory, an important effect». J.Lab.Clin.Med. 118: 384–6.
  • Eden A. (1985). «Johann Christian Doppler». Ultrasound Med Biol 118: 537–9.
  • Schuster P. Moving the Stars. Christian Doppler, His Life, His Works and Principle and the World After. — Living Edition Publishers, 2005. — 232 с.
  • Eden A. The Search for Christian Doppler. — Springer-Verlag Wien, 1992. — 136 с. — ISBN 3211823670.