ジョセフ・ペッツヴァル

ジョセフ・ペッツヴァルはケシュマルクで小学校に通い、ケシュマルクとポドリン（ドイツ語ではプドライン、現在のスロバキアのポドリーネツ）で中学校の勉強を始めた。1819年10月1日、彼はロチェの家族のもとに戻り、高校に入学した。小学校と高校の両方で、彼はラテン語（ハンガリー王国の公用語）と宗教の科目でクラスでトップクラスの成績を収めたが、ハンガリー語には苦労した。ロチェに来る前は数学も非常に苦手だったが、ロチェでは明らかにこの分野で向上した。

ペッツヴァルに関する逸話の一つに次のようなものがある。ペッツヴァルの家族は彼を靴職人にしようと決めていたが、彼は小学校4年生を終えたばかりの夏休みに、ドイツの数学者ハウザーの著書『数学の基礎に関する解析論文』を読んだ。彼は数学の再履修を控えていた。ペッツヴァルはこの本を読み終えると、それまで数学が苦手だった少年が、たちまち数学の天才へと変貌を遂げた。

高校卒業後、ペッツヴァルはペシュテル大学の工学部である幾何学研究所に進学することを決めた。その前に、彼は2年間のリセを修了する必要があり、1823年から1825年までカッサ（ドイツ語: Kaschau、現在のスロバキアのコシツェ）で通った。1823年にカッサに到着した時点で、ペッツヴァルはすでにラテン語、数学解析、古典文学、文体論に精通していた。スロバキア語に加えて、チェコ語、ドイツ語、ハンガリー語も完璧に話すことができた。父親の助けを借りて、フランス語と英語も学んだ。^{[ 9 ]}

ペッツヴァルはスポーツマンであり、乗馬も得意だった。幼い頃は家族とよくハイタトラ山脈へ旅行していた。ウィーンではフェンシングとボクシングの名手として知られていた。音楽の才能は父親から受け継いだ。伝えられるところによると、ウィーンで講師をしていた頃は、いつも黒いアラビア馬に乗って講義に出席していたという。

ペッツヴァルは私生活について多くを語らなかったため、生前は周囲の人々にとって比較的謎めいた人物だった。エルメニ博士は著書『ヨーゼフ・ペッツヴァル博士の生涯』の中で、

「…彼は、例えば、帝国科学アカデミーの年次年鑑に掲載されている会員名簿の日付と場所以外に、生年月日が前述の通り記載されている箇所を、必ずこの欄に挿入するほどだった。」

晩年、彼はカーレンベルクの「城」で、馬だけを友としてますます孤立した生活を送っていたが、いくつかのアカデミーや学術団体から会員に任命されていた（ウィーン科学アカデミー会員（1846/1849年）、ハンガリー科学アカデミー外部会員（1873年）、チェコ数学者・物理学者連合名誉会員（1881年）、フランスのシャルル・シュヴァリエ・プラチナメダル受章者など）。

ペッツヴァルは自身にも他者にも非常に高い要求を課していた。それはおそらく、彼の批判的で好戦的、そして皮肉屋な性格と関係があり、特に数学の分野で多くの対立を引き起こした。

ペッツヴァルは音響学の問題をめぐってクリスティアン・ドップラーと論争を繰り広げ、ドップラーは1852年に「ペッツヴァル教授による私の理論の正当性に対する異議への反論」と題する著書でこれに反論した。

特に彼は実業家のフォクトレンダーと長期にわたる論争を繰り広げた。この論争は1845年にペッツヴァルが初めて不正行為を訴えたことから始まった。ペッツヴァルはオーストリアでしか特許を保有していなかったため、フォクトレンダーは生産拠点をドイツのブラウンシュヴァイクに移し、その後20年間で約6万個のペッツヴァルレンズを生産した。一方ペッツヴァルは1854年からオーストリアの光学機器メーカーであるディーツラーと協力関係にあった。ディーツラーのレンズはオーストリアでは「写真用ダイアリット」として販売され、フォクトレンダーはドイツとオーストリアで「フォクトレンダー・オルソスコープ」として販売した。フォクトレンダーによるさらなる妨害の後、ディーツラーは1862年に破産した。ペッツヴァルが法的措置をちらつかせたため、フォクトレンダーは1866年にオーストリアの工場を閉鎖した。ペッツヴァルはその後、販売を移管することもできたが、1859年に自宅が強盗に遭って以来、光学の仕事から身を引き、音響の研究に専念していた。1862年には、光学に関する講義も中止した。

ペッツヴァルの最大の功績は幾何光学の研究にある。1839年、ルイ・ダゲールはダゲレオタイプを発表した。これは商業的に成功した最初の写真技法である。フォックス・タルボットのカロタイプはそれ以前に発見されていたが、商業的な成功は収められなかった。ペッツヴァルは友人であるウィーンの教授アンドレアス・フォン・エッティングスハウゼンからこの発明を知った。ダゲレオタイプは肖像写真を作成するのに30分もの露光時間を必要とするという問題があった。エッティングスハウゼンの勧めで、ペッツヴァルはウィーンのカーレンベルクに工房と研究所を設立し、6ヶ月にわたる複雑な計算の後、肖像写真と風景写真の両方のための改良された対物レンズの設計図を作成した。当時、高度な数学的計算を使用する職業は砲兵だけであったため、ルートヴィヒ大公は計算作業に8人の砲兵と3人の伍長を派遣した。これらの人々が互いに連携して行った計算は、並列コンピュータの初期の（ただし人間による）例として考えられてきた。

ペッツバールのポートレート用対物レンズ（Petzval Porträtobjektiv）は、ほぼ歪みのないアナクロマティック・ヴィアリンザー（3群4枚のレンズからなる二重アクロマティック対物レンズ）でした。この平面的な「ポートレートレンズ」の光量は、1839年のダゲール標準レンズであるウォラストン・シュヴァリエレンズ（f /16 ）よりも大幅に高くなりました。焦点距離160mm、f/3.6のスクリーンにより、露光時間を大幅に短縮することが可能になり、従来の10分に比べてわずか15～30秒程度で撮影できるようになりました。こうして、初めてスナップ写真が撮影可能になったのです。 

ポートレート用対物レンズは、前面に接着された二重レンズ（f /5）と、背面に隙間のある二重レンズで構成されていました。背面の二重レンズは、球面収差とコマ収差を補正するために必要でした。シュヴァリエレンズは2枚の接着された二重レンズを使用していましたが、すぐにペッツバールレンズに置き換えられたため、ペッツバールポートレートレンズが広く使用された最初の接着レンズとなりました。最初のポートレート用対物レンズはかなり小さく、直径は2.6cmでした。ディーツラーが1856年に製造したペッツバールレンズは、直径15cm 、重量15kgで、33×42cmのポートレートを撮影することができました。    

1840年、ペッツヴァルはウィーンの実業家ペーター・ヴィルヘルム・フリードリヒ・フォン・フォクトレンダーに、特許も契約もないまま、2,000グルデンの1回限りの支払いでレンズの製造を許可した。これが後にペッツヴァルとフォクトレンダーの間で長引く論争につながった。フォクトレンダーは、自らの計算でそのプロセスを確認し、1840年5月に試作品を製作し、1841年にダゲレオタイプカメラ用のレンズの製造を開始し、莫大な富を築いた。熱電子式カメラは真鍮製で、直径8cmの円形ダゲレオタイププレートを使用した 。1841年には、これらのカメラが600台製造され、120グルデンで販売された。フォクトレンダーはこの功績により、パリ万国博覧会でメダルを授与された。これらの最初の金属ボディカメラは、今日の現代カメラの原型となった。改良されたカメラが登場するまでには、さらに50年を要した。ペッツバールのポートレート用対物レンズは、1920年代まで（しばしば別の名称で）カメラに使用され、現在でもプロジェクターに使用されている。このレンズは、写真と映画の発展において重要な役割を果たした。

数々の改良が加えられたにもかかわらず、ペッツヴァルはこのレンズに満足せず、いくつかの改良を加えた後、製造と特許取得を他社に委ねた。ディーツラーが製造したこの新しい風景用レンズを搭載したカメラは、二重蛇腹を備えた軽量の折りたたみ式チャンバーを備えていた。ペッツヴァルはこのレンズで商業的な利益を得ることはなかった。

ペッツヴァルの他の業績には、オペラグラスの発明、望遠鏡と顕微鏡の完成につながったレンズシステムの計算（1843年）、効率的な双眼鏡の計算、新しい投光器の建設（1847年）などがある。しかし、ドナウ川の船舶用照明システムの建設計画は実現しなかった。光エネルギーの最大限の利用を可能にした彼の特別な鏡面ランプ（ペッツヴァルランプ）は、特にペッツヴァルが開発した明るいプロジェクターに使用された。ペッツヴァルは、彼の遺産の記録に基づくと、現代の非点収差レンズシステムの発明者ともみなされている。1860年頃、ペッツヴァルは自身が設計した装置を使用して写真 測量を行った。彼はまた、発光する固体化合物が燃焼するガスよりも多くの光を発することを科学的に証明した。カール・フライヘル・アウアー・フォン・ウェルスバッハは後に、この原理を自身が設計したガスランプに応用した。

ペッツバールの業績は、今日では映画撮影、天文学、気象学に活用されている。アストロ・ペッツバール対物レンズは天文学で使用されている。この対物レンズは、空の大部分を歪みなく描写し、銀河や星野の撮影を可能にした。ドイツの光学メーカー（トプファー、フォクトレンダーコリギー、ツァイス）は、1940年代までペッツバール対物レンズを製造していた。ペッツバールの光学への最大の貢献は、光学レンズシステムの構造と補正に関する理論的基礎を確立したことである。彼は光学系の収差理論の基礎的な研究を行った。この分野のいくつかの重要な用語は、後にペッツバールにちなんで名付けられた。

• ペッツバール面とは、調整されていない光学系の、一般的に湾曲した像面のことである。
• ペッツバール条件を満たす場合、ペッツバール面は平坦である。

物理学者たちの残念なことに、ペッツヴァールは完成させた多巻構成の光学に関する著作を結局出版しなかった。

数学において、ペッツヴァルは実用性を重視した。彼は「人類は科学のために存在するのではなく、科学は人類の生活状況を改善するために用いられるべきである」と述べた。彼はラプラス変換の応用に取り組んだ。彼の研究は非常に綿密であったが、変換を反転させるために辺積分を用いることができなかったため、完全には満足のいくものではなかった。ペッツヴァルはこのテーマについて2巻の論文と長編の著作を執筆した。ペッツヴァルがピエール＝シモン・ラプラスの盗作をしたと非難した学生シモン・シュプリッツァーとの論争により、シュプリッツァーの影響を受けた数学者ジョージ・ブールとジュール・アンリ・ポアンカレは後にこの変換をラプラスにちなんで命名した。ペッツヴァルは周囲のあらゆるものを数学的に表現しようと試みた。例えば、フェンシングや馬の軌跡を数学的にモデル化しようとした。彼の数学への執着は最終的に肖像画の発見につながった。

音響学の研究において、ペッツヴァルは特に弦の振動、弦の振動に関する微分方程式、そして楽器の数学理論に関心を寄せていた。彼は3つの鍵盤配列を持つピアノを設計した。ペッツヴァルは張られた弦の振動理論と、独自の音色体系理論を発展させた。