Frits Zernike, physicien néerlandais, a inventé le microscope à contraste de phase (Nobel 1953)Biographique Frits Zernike (1888-1966), le prix Nobel de physique 1953 Affiliation au moment de l’attribution : Université de Groningen, Pays-Bas Motivation du prix : « pour sa démonstration de la méthode de contraste de phase, en particulier pour son invention du microscope à contraste de phase »Lorsque la lumière traverse un objet transparent, il y a un changement dans la phase des ondes lumineuses, la position des crêtes des ondes les unes par rapport aux autres. Notre œil ne le perçoit pas, mais au début des années 1930, Frits Zernike a développé un moyen de le rendre visible. Un faisceau lumineux traverse un objet tandis qu’un faisceau de référence passe à côté. Lorsque les faisceaux sont rapprochés, ils sont renforcés ou annulés en raison du déphasage, et l’objet est délimité plus clairement en contraste avec son environnement. Le microscope à contraste de phase est devenu particulièrement important dans l’étude des cellules vivantes.Frits Zernike est né à Amsterdam le 16 juillet 1888, deuxième fils d’une famille de six enfants. Son père, Carl Frederick August Zernike, était professeur de mathématiques et directeur d’une école primaire à Amsterdam, et était un homme très doué ayant des intérêts dans de nombreuses branches de la science; il a compilé de nombreux livres élémentaires dans une série de sujets, et avait aussi des articles sur la pédagogie à son actif. Sa mère, Antje Dieperink, était également professeur de mathématiques. L’un de ses frères est également devenu professeur de physique, l’une de ses sœurs, mariée au célèbre peintre Jan Mankes, a été la première femme ordonnée dans l’Église protestante néerlandaise, une autre sœur est l’une des principales personnalités littéraires des Pays-Bas.Frits a hérité sa passion pour la physique de son père ; enfant, il possédait déjà un arsenal de pots, de creusets, de tubes, qu’il grattait avec son propre argent de poche, ou qu’il recevait en cadeau d’industriels intelligents. Au lycée, il excellait dans les matières scientifiques et négligeait des matières telles que l’histoire et les langues, y compris le grec et le latin, pour lesquelles plus tard il fut obligé de passer un test d’immatriculation d’État afin d’être pleinement admis à l’Université.Au cours de ces années scolaires, il consacra tout son temps libre à ses innombrables expériences, pénétrant également dans le domaine de la photographie couleur. Ses moyens financiers limités l’obligent à synthétiser son propre éther dont il a besoin pour ses expérimentations photographiques. D’autres résultats de son ingéniosité furent un appareil photographique et un observatoire astronomique miniature équipé du mouvement d’horlogerie d’un vieux tourne-disque, qui lui permit de photographier une comète. Avec son père et sa mère, il s’est également livré à la résolution de problèmes mathématiques ardus.Il entra à l’Université d’Amsterdam en 1905, étudiant la chimie, avec la physique et les mathématiques comme matières mineures. Son intérêt précoce pour les mathématiques apparaît à partir d’un essai de prix sur les probabilités pour lequel il obtint une médaille d’or de l’Université de Groningue en 1908. Un travail plus élaboré sur l’opalescence critique fut également récompensé en 1912 par la Société néerlandaise des sciences de Haarlem, qui avait comme jury éminents scientifiques de l’époque : Lorentz, Van der Waals et Haga. Lorsqu’on lui a demandé de choisir entre une médaille d’or et une somme d’argent, il a répondu qu’il préférait l’argent, car il avait déjà joui du privilège de recevoir une médaille d’or. L’essai du prix a ensuite servi de base à sa thèse de doctorat (1915). Dans sa partie théorique, il a appliqué la mécanique statistique de Gibbs et cela a constitué le point de départ d’années de collaboration fructueuse avec L.S. Ornstein, qui a travaillé dans le même domaine. En 1913, Kapteyn, le célèbre professeur d’astronomie à l’université de Groningen, l’invita à être son assistant. En 1915, il obtient son premier poste d’enseignant universitaire, non pas en chimie, ni en astronomie, mais en tant que successeur d’Ornstein en tant que maître de conférences en physique mathématique à Groningue, où il est nommé professeur titulaire en 1920. Ses articles sur les statistiques comprennent un article avec J.A. Prins, introduisant la fonction g pour la corrélation de la position de deux molécules dans un liquide, un article détaillé dans le manuel Geiger et Scheel et une méthode d’approximation dans le problème ordre-désordre (1940). Parmi ses travaux expérimentaux, le galvanomètre sensible, fabriqué depuis 1923 par Kipp and Sons, Delft, est bien connu. A partir de 1930, il se tourne vers l’optique, développe le contraste de phase, écrit sur les erreurs d’imagerie du réseau concave et sur la cohérence partielle. Avec la collaboration de ses élèves, il résout le problème de l’influence des aberrations de la lentille sur le diagramme de diffraction à un foyer (1938-1948)Il est intéressant de savoir que sa grande découverte du phénomène de contraste de phase, qu’il découvrit un soir de 1930 dans son laboratoire d’optique entièrement peint en noir, n’attira pas immédiatement l’attention qu’elle méritait. Les usines Zeiss de renommée mondiale à Iéna ont complètement sous-estimé la valeur de son microscope à contraste de phase. Ce n’est que lorsque la Wehrmacht allemande a fait le point sur toutes les inventions pouvant servir à la guerre qu’enfin (en 1941) les premiers microscopes à contraste de phase ont été fabriqués. La situation grotesque s’est ainsi produite que la machinerie de guerre allemande a aidé à développer à l’échelle industrielle l’invention longtemps négligée du professeur Zernike alors que son inventeur, comme ses compatriotes, souffrait de l’oppression des mêmes puissances allemandes lors de l’occupation des Pays-Bas. Après la guerre, d’autres entreprises se sont également lancées dans la production de plusieurs milliers de microscopes à contraste de phase, rendant ainsi le service à la science, et en particulier à la médecine, qui aurait dû être réalisé une vingtaine d’années plus tôt.Les réalisations de Zernike ont été reconnues par la Royal Microscopical Society; il a également reçu la médaille Rumford de la Royal Society (Londres) et un doctorat honorifique en médecine de l’Université d’Amsterdam.
Zernike s’est marié deux fois. Sa première épouse, Dora van Bommel van Vloten, est décédée en 1945 ; ils eurent un fils. En 1954, il épousa Mme L. Koperberg-Baanders. Après sa retraite de l’Université de Groningue, ils ont déménagé à Naarden, une ville à la campagne près d’Amsterdam.
Frits Zernike (1888-1966)Frits Zernike est né à Amsterdam, le 16 juillet 1888. Il a hérité sa passion pour la physique de son père ; enfant, il possédait déjà un arsenal de pots, de creusets et de tubes qu’il rassemblait avec son propre argent de poche ou qu’il recevait en cadeau d’industriels intelligents. Il consacre tout son temps libre à des expériences.Zernike est entré à l’Université d’Amsterdam en 1905, avec une spécialisation en chimie et une mineure en physique et en mathématiques. Ses travaux sur l’opalescence des gaz lui ont valu une médaille d’or de la Société néerlandaise des sciences en 1912. En 1913, Jacobus Kapteyn, un célèbre professeur d’astronomie à l’Université de Groningue, l’a invité à être son assistant. Au bout de deux ans, Zernike obtint son premier poste d’enseignant universitaire, non pas en astronomie, mais en tant que chargé de cours en physique mathématique à Groningue, où il fut nommé professeur titulaire en 1920. Ses articles sur les statistiques comprennent un article avec JA Prins, introduisant la fonction g pour la corrélation de la position de deux molécules dans un liquide, un article détaillé dans le manuel Geiger et Scheel et une méthode d’approximation dans le problème ordre-désordre. Il a développé un galvanomètre sensible et à partir de 1930 s’est concentré sur l’optique, développant le contraste de phase et écrivant sur les erreurs d’imagerie du réseau concave et sur la cohérence partielle. Avec la collaboration de ses étudiants, il a résolu le problème de l’influence des aberrations de la lentille sur le diagramme de diffraction à un foyer.La grande découverte de Zernike du phénomène de contraste de phase, qu’il découvrit un soir de 1930 dans son laboratoire d’optique entièrement peint en noir, n’attira pas immédiatement l’attention. Les usines Zeiss d’Iéna ont complètement sous-estimé la valeur de son microscope à contraste de phase. Cependant, lorsque les forces de défense allemandes ont fait le bilan de toutes les inventions qui pourraient servir dans la guerre en 1941, le microscope à contraste de phase était en tête de liste. Après la guerre, d’autres entreprises se sont également lancées dans la production de plusieurs milliers de microscopes à contraste de phase. Pour ses recherches sur le contraste de phase, Zernike a reçu le prix Nobel en 1953. Ses réalisations ont également été reconnues par la Royal Microscopical Society et la Royal Society (Londres). Il a reçu un doctorat honorifique en médecine de l’Université d’Amsterdam. Zernike est décédé en 1966.
Frits Zernike et le microscope à contraste de phaseLe 16 juillet 1888 , le physicien néerlandais et lauréat du prix Nobel Frits Zernike est né. Il est surtout connu pour son invention du microscope à contraste de phase , un instrument qui permet l’étude de la structure interne des cellules sans avoir besoin de colorer et donc de tuer les cellules .
« Je suis impressionné par les grandes limites de l’esprit humain. À quelle vitesse sommes-nous pour apprendre, c’est-à-dire pour imiter ce que les autres ont fait ou pensé auparavant. Et combien lent à comprendre, c’est-à-dire à voir les connexions plus profondes. Cependant, nous sommes le plus lents à inventer de nouvelles connexions ou même à appliquer de vieilles idées dans un nouveau domaine.
– Conférence Nobel de Frits Zernike, « Comment j’ai découvert le contraste de phase » (11 décembre 1953)
Frits Zernike – Petite enfance
Frits Zernike est né dans une famille de scientifiques . Ses parents étaient tous deux professeurs de mathématiques , l’un de ses frères est devenu professeur de physique et l’une de ses sœurs est devenue l’une des plus grandes personnalités littéraires des Pays-Bas . Frits Zernike lui-même excellait dans les matières scientifiques à l’école et consacrait la majeure partie de son temps libre aux expériences ainsi qu’à la photographie . Lorsque Zernike est entré à l’ Université d’Amsterdam , il a étudiéchimie , physique et mathématiques . Il a reçu une médaille d’or de l’ Université de Groningue en 1908 pour un essai sur les probabilités , qui a ensuite formé la base de sa thèse de doctorat .
En 1913 , Zernike a été invité à devenir l’ assistant du professeur d’ astronomie à l’Université de Groningue , Jacobus Kapteyn et a occupé son premier poste d’enseignant en physique mathématique deux ans plus tard après avoir reçu son doctorat en 1915 avec une thèse sur l’opalescence critique . 3 ] Zernike a publié des articles dans le domaine des statistiques dans lesquels il a par exemple introduit la fonction g pour la corrélationde la position de deux molécules dans un liquide.
La technique du contraste de phaseZernike a développé un galvanomètre sensible , qui a été produit par Kipp und Söhne à Delft à partir de 1923. À partir de 1930, il s’est engagé dans l’optique et a résolu le problème de l’influence des aberrations de lentille sur le motif de diffraction à un foyer avec ses étudiants . Lors d’un congrès physique et médical à Wageningen en 1933 , Zernike expliqua pour la première fois sa technique de contraste de phase en microscopie . Malheureusement pour Zernike , sa découverte du phénomène de contraste de phase n’a pas immédiatement reçu une grande attention. On pense que les usines Zeiss d’ Iéna ont sous-estimé la valeur de son invention et il a fallu près d’une autre décennie avant que la Wehrmacht allemande fasse le point sur toutes les inventions qui pourraient servir dans la guerre pour que les premiers microscopes à contraste de phase soient enfin fabriqués.
Percée industrielleAinsi, la situation grotesque est survenue que la Wehrmacht a aidé une invention longtemps sous-estimée de Zernike à une percée industrielle, tandis que Zernike et ses compatriotes ont souffert de l’oppression par les mêmes forces pendant l’occupation des Pays-Bas. Après la guerre, des milliers de microscopes à contraste de phase ont été fabriqués par plusieurs fabricants, ce qui s’est avéré très utile dans de nombreux domaines scientifiques, en particulier la médecine. En 1946, Zernike devient membre de l’Académie royale des arts et des sciences des Pays-Bas.
Prix Nobel de physique
En 1953, Zernike a reçu le prix Nobel de physique » pour sa méthode de contraste de phase déclarée, en particulier pour son invention du microscope à contraste de phase « . Avec les polynômes de Zernike qui portent son nom, des fonctions orthogonales sur le cercle unitaire, Zernike a également apporté une autre contribution importante à l’optique, qui est utilisée, par exemple, pour décrire les erreurs d’imagerie. De plus, le théorème de Van Cittert-Zernike porte son nom et celui de Pieter Hendrik van Cittert, qui établit une relation entre la fonction de corrélation spatiale du premier ordre et la distribution d’intensité associée d’une source lumineuse incohérente étendue.
En outre, les contributions de Frits Zernike à la science ont ensuite été honorées par la Royal Microscopical Society et il a reçu un doctorat honorifique en médecine de l’ Université d’Amsterdam . Vers 1958, année où Zernike était émérite, il fut frappé par une maladie neurologique qui le gênait de plus en plus et dont il mourut en 1966. Le petit-neveu de Zernike, Gerard ‘t Hooft, remporta le prix Nobel de physique en 1999.
Frits Zernike (1888-1966)Physicien néerlandais qui a reçu le prix Nobel de physique en 1953 pour son invention du microscope à contraste de phase, un instrument qui permet l’étude de la structure interne des cellules sans avoir besoin de colorer et donc de tuer les cellules. Outre sa capacité à rendre visibles au microscope des objets incolores et transparents, il permet également de détecter de légers défauts dans les miroirs, les lentilles de télescope et autres instruments indispensables à la recherche. À cet égard, la plaque de phase de Zernike sert d’indicateur qui localise et mesure de petites irrégularités de surface à une fraction d’une longueur d’onde lumineuse.
https://www.optica.org/en-us/history/biographies/bios/frits-zernike/
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