Heinrich Gustav Johannes Kayser

Heinrich Gustav Johannes Kayser

16. 3. 1853–14. 10. 1940

Německý fyzik a spektroskopik, jehož jméno nese jednotka vlnočtu kayser (Ky, 1 Ky = 1 cm−1 = 100 m−1).

Heinrich Gustav Johannes Kayser patří k významným osobnostem přesné spektroskopie na přelomu 19. a 20. století. Systematicky měřil spektra chemických prvků, spolupracoval s matematikem Carlem Rungem a v roce 1895 spektroskopicky doložil výskyt hélia v zemské atmosféře. Jeho rané práce se týkaly akustiky, ale trvalý význam má především jeho práce ve spektrální analýze, v terminologii povrchových jevů a v souhrnném zpracování spektroskopických dat.

Heinrich Kayser životopis

Heinrich Kayser se narodil 16. března 1853 v Bingenu nad Rýnem (Bingen am Rhein, tehdy v Hesenském velkovévodství). Jeho otec Johann Jacob Heinrich Kayser musel ukončit studia práv kvůli vážné oční chorobě a převzal rodový statek. Matka Dorothea Amélia von Metz pocházela z rodiny spojené s Ruskem; rodiče se vzali v Moskvě v roce 1843 a po několika letech v Královci (Königsberg) se přestěhovali do Bingenu. Heinrich byl nejmladší z pěti dětí.

Protože se rodina často stěhovala, dostával Kayser v raném věku z velké části domácí výuku od otce. Učil se latinu, řečtinu, matematiku i dějepis. Vzdělání pokračoval na Pädagogiu v Halle a dokončil ho v roce 1872 na Sophiengymnasiu v Berlíně.

V roce 1873 nastoupil na štrasburskou univerzitu. Mezi jeho učitele patřili August Kundt a W. C. Röntgen, který vedl jeho doktorskou práci. V roce 1877 se přesunul na berlínskou univerzitu, kde přednášeli mimo jiné Hermann von Helmholtz a Gustav Robert Kirchhoff. Na konci roku 1878 dokončil Kayser svou disertační práci a ústní zkoušku složil 6. února 1879.

Kayser učitel

V roce 1878 nastoupil Kayser spolu s Heinrichem Hertzem jako asistent profesora Helmholtze ve Fyzikálním ústavu Berlínské univerzity. V té době se začal zajímat o spektroskopii; jeho první přednášku na toto téma navštívilo v roce 1883 kolem 150 posluchačů.

V roce 1885 byl pozván vyučovat na Technische Hochschule v Hannoveru, dnešní Leibnizovu univerzitu. Jeho spolupracovníkem se stal matematik a fyzik Carl Runge. Společně začali systematicky studovat spektra chemických prvků a hledat pravidelnosti ve vlnových délkách spektrálních čar. V Hannoveru se Kayser seznámil se svou budoucí ženou, paní Prümm, se kterou se oženil v roce 1887.

Kayser byl v letech 1894–1920 profesorem na univerzitě v Bonnu. Na bonnskou stolici fyziky byl povolán jako nástupce Heinricha Hertze, který zemřel 1. ledna 1894 ve věku 36 let. Hertz zde předtím převzal místo po Rudolfu Clausiovi. Za Kayserova vedení se bonnský fyzikální ústav stal jedním z evropských center spektroskopického výzkumu.

Akustika, spektroskopie a adsorpce

Kayserovy rané práce se týkaly akustiky a vlastností zvukových vln. Známý je ale především jako badatel v oblasti spektrální analýzy. Jeho zájem o spektroskopii zesílil o Vánocích roku 1881, kdy spolupracoval s Ernstem Hagenem na přednáškách o spektroskopii. Kaysera zaujalo, že fyzika tehdy ještě neuměla uspokojivě vysvětlit vznik jasných spektrálních čar.

V roce 1881 Kayser zavedl pro popis pohlcování plynů a par na površích pojem adsorpce. Tím odlišil jev probíhající na povrchu od absorpce, při níž látka proniká do objemu jiné látky. Termín adsorpce se v tomto významu používá dodnes ve fyzikální chemii, materiálovém inženýrství i při popisu katalýzy.

Po nástupu v Hannoveru začal Kayser ve spolupráci s Carlem Rungem precizně proměřovat spektra prvků. Společně určili vlnové délky, intenzity a ostrost asi 4500 čar spektra železa, které zvolili jako standard, a přibližně 2000 čar uhlíku. Měření postupně rozšířili na další prvky a hledali empirické vztahy pro převrácené hodnoty vlnových délek čar. Jejich vzorce byly užitečné pro jednotlivé prvky, ale obecnější a jednodušší formulaci později našel švédský fyzik Johannes Rydberg. Přesná Kayserova a Rungeova měření zůstala důležitým experimentálním základem pozdější atomové fyziky.

V roce 1895 Kayser pomocí spektroskopických metod doložil přítomnost hélia v zemské atmosféře. Hélium bylo do té doby známo hlavně ze slunečního spektra (Jules Janssen a Norman Lockyer, 1868) a z některých minerálů, jejichž analýzou se zabýval William Ramsay.

Kayser jako jednotka vlnočtu

Po Kayserovi byla pojmenována jednotka vlnočtu kayser. Vlnočet je převrácená hodnota vlnové délky a udává počet vln na jednotku délky. Ve spektroskopii se dlouho používal zápis v jednotkách cm−1, protože dává praktická čísla pro optická i infračervená spektra.

Platí vztah 1 Ky = 1 cm−1 = 100 m−1. V SI se vlnočet vyjadřuje jednotkou m−1. Značka Ky je pro web vhodnější než historicky užívané K, protože písmeno K je dnes značkou kelvinu. V moderní odborné literatuře se název kayser používá zřídka; běžnější je přímý zápis cm−1.

Kayser v praxi

Spektroskopie využívá skutečnost, že atomy a molekuly vyzařují nebo pohlcují záření jen při určitých energiích. Tyto energie se projeví jako spektrální čáry nebo pásy. Vlnočet je praktický zejména proto, že je přímo úměrný energii fotonu: čím větší je vlnočet, tím větší je energie odpovídajícího záření.

Jednotky cm−1 se dodnes často používají v infračervené spektroskopii. Například pás s vlnočtem 1000 cm−1 má stejnou hodnotu jako 100 000 m−1. Historický název 1000 Ky by tedy popisoval tutéž hodnotu, ale v současné praxi se obvykle zapisuje přímo 1000 cm−1.

Heinrich Kayser autor

První práci publikoval Kayser ještě jako student ve Štrasburku v roce 1877: Bestimmung des Verhältnisses der specifischen Wärme für Luft bei constantem Volumen durch Schallgeschwindigkeit.

V roce 1883 vydal knihu Lehrbuch der Spektralanalyse. V letech 1888 a později publikoval s Carlem Rungem rozsáhlou řadu monografií Über die Spectren der Elemente v edici Pruské akademie věd. Od roku 1890 vycházela jeho učebnice Lehrbuch der Physik für Studierende.

Vrcholem Kayserovy vědecké práce je monumentální osmisvazková příručka spektroskopie Handbuch der Spektroskopie. Začala vycházet roku 1900 a poslední svazek byl dokončen roku 1932 za redakční spolupráce Heinricha Konena. Dílo shrnovalo obrovské množství měření od klasické optiky až po spektroskopii počátku 20. století.

V roce 1905 Kayser publikoval pojednání o elektronové teorii. V roce 1925 vydal Tabelle der Schwingungszahlen, na kterou navázala Tabelle der Hauptlinien der Linienspektren aller Elemente.

Krátce před smrtí napsal Kayser rozsáhlou autobiografii Erinnerungen aus meinem Leben. Rukopis měl 342 stran a v anotované edici jej vydali až v roce 1996 Matthias Dörries a Klaus Hentschel.

Kayser byl v letech 1905, 1916 a 1917 nominován na Nobelovu cenu za fyziku. Od roku 1902 byl korespondenčním členem fyzikálně matematického oddělení ruské akademie věd (via Kayser H. G. J.). V roce 1911 byl zvolen zahraničním členem londýnské Royal Society (ForMemRS).

Heinrich Gustav Johannes Kayser zemřel 14. října 1940 v Bonnu.

Časté otázky

Co je kayser?

Kayser je historická jednotka vlnočtu. Platí 1 Ky = 1 cm−1. V SI se stejná veličina vyjadřuje v m−1.

Proč se ve spektroskopii používá cm−1?

Zápis v cm−1 dává pro optická a infračervená spektra přehledné číselné hodnoty. Proto se v praxi udržel i tam, kde se při převodu do SI používá m−1.

Co Kayser objevil?

Kayser v roce 1895 spektroskopicky doložil výskyt hélia v zemské atmosféře. Významné jsou také jeho přesné práce o spektrech prvků a zavedení pojmu adsorpce.

Jak souvisí Kayser s Carlem Rungem?

Kayser a Runge společně měřili spektra chemických prvků a hledali matematické vztahy mezi čarami ve spektrech. Jejich výsledky byly důležitým experimentálním podkladem pro pozdější vývoj atomové fyziky.

Je kayser běžná jednotka?

Název kayser se dnes používá spíše historicky. V odborné praxi se obvykle zapisuje přímo hodnota ve tvaru cm−1, případně v SI jako m−1.

Související

Zdroje