Хевисайд, Оливер
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Оливер Хевисайд | |
---|---|
Родился | 18 мая, 1850 Камден, Лондон, Англия |
Умер | 3 февраля, 1925 Торки , Девон, Англия |
Известная цитата | Неужели я должен отказаться от хорошего обеда, если не понимаю процессов пищеварения? |
О́ливер Хе́висайд (англ. Oliver Heaviside, 18 мая, 1850 — 3 февраля, 1925) — английский учёный-самоучка, инженер, математик и физик. Впервые применил комплексные числа для изучения электрических цепей, разработал технику применения преобразования Лапласа для решения дифференциальных уравнений, сформулировал уравнения Максвелла в терминах электрической и магнитной сил и потока, и независимо от других математиков создал векторный анализ. Несмотря на то, что Хевисайд большую часть жизни был не в ладах с научным сообществом, его работы изменили облик математики и физики на многие годы.
Содержание |
[править] Биография
[править] Молодость
Хевисайд родился в Англии, лондонском районе Камден. Будущий учёный был низкоросл, рыж и в молодости страдал скарлатиной. Болезнь оказала на него тяжёлое влияние, и Хевисайд остался глуховат. Несмотря на то, что хорошо учился (в 1865 г. был пятым из 500 учеников), Оливер бросил школу в 16 лет и стал изучать азбуку Морзе и электромагнетизм.
Хевисайд стал телеграфистом, сначала в Дании, а потом в Англии Great Northern Telegraph Company. Он продолжал учиться и в 1872 г., работая старшим телеграфистом в Ньюкасле, начал исследования электричества. В 1874 г. Оливер оставил эту должность и работал в одиночестве в доме своих родителей. Здесь он разработал теорию линий передачи (также известную как «телеграфные уравнения»).
Хевисайд математически доказал, что равномерно распределённая ёмкость телеграфной линии минимизирует одновременно затухание и искажение. Если ёмкость достаточно велика и сопротивление изоляции не слишком велико, в линии не будет искажений и все частоты будут затухать одинаково. Уравнения Хевисайда способствовали дальнейшему развитию телеграфной связи.
[править] Зрелость
В 1880 году Хевисайд исследовал скин-эффект в телеграфных линиях передачи и переписал результаты Максвелла из их первоначальной неуклюжей формы в терминах современного векторного анализа, таким образом сведя системы из 20-ти уравнений с 12-тью переменными к четырём дифференциальным уравнениям, известным как уравнения Максвелла. Четыре уравнения Максвелла описывают природу неподвижных и движущихся заряженных частиц и магнитных диполей, и отношения между ними, а именно электромагнитную индукцию.
Между 1880 и 1887 г.г., Оливер Хевисайд разрабатывал операционное исчисление (он ввёл обозначение D для дифференциального оператора), метод решения дифференциальных уравнений с помощью сведения к обыкновенным алгебраическим уравнениям, который по началу вызвал бурную полемику из-за отсутствия строгого обоснования. Тогда он произнёс известную фразу: «Математика есть наука экспериментальная, определения появляются последними». Это было ответом на критику за использование ещё не вполне определённых операторов.
В 1887 г. Хевисайд предложил добавить катушки индуктивности к трансатлантическому телеграфному кабелю (увеличив тем самым собственную ёмкость) для коррекции возникавших искажений. По политическим причинам этого сделано не было. Позднее Михаил Пупин разработал способ увеличения дальности передачи для телефонных линий с помощью установки удлинительных катушек через определённые интервалы вдоль линии передачи. Этот метод следовал идеям Хевисайда.
В двух работах 1888 г. и 1889 г. Хевисайд вычислил деформацию электрического и магнитного полей вокруг движущегося заряда, а также эффекты вхождения заряда в плотную среду. Он предсказал излучение Вавилова-Черенкова и вдохновил Фитцжеральда предложить понятие т. н. сокращения Лоренца-Фитцжеральда.
В 1889 г., после исследований Джозефом Джоном Томпсоном электрона, Хевисайд начал работу над концепцией электромагнитной массы. Хевисайд считал её настолько же настоящей, как и массу материальную, способной производить такие же эффекты. Вильгельм Вин позднее проверил результат Хевисайда для малых ускорений.
В 1891 году Британское Королевское Общество признало вклад Хевисайда в математическое описание электромагнитных явлений, присвоив звание Члена Королевского Общества. В 1905 году Хевисайд стал почётным доктором Университета Гёттингена.
[править] Последние годы
В 1902 г. Хевисайд предсказал существование в ионосфере слоя Кеннелли-Хевисайда. Предположения Хевисайда включали способы передачи радиосигналов в обход кривизны земной поверхности. Существование ионосферы было подтверждено в 1923 году. Предсказания Хевисайда, вместе с теорией излучения Планка, возможно, повлияли на прекращение попыток обнаружить радиоизлучение Солнца и других астрономических объектов. Какая бы ни была причина, по всей видимости попыток не было в течение 30 лет, до изобретения в 1932 г. Карлом Янским радиоастрономии.
Будучи всю жизнь не в ладах с научным сообществом, в последние годы учёный стал весьма эксцентричен. Хотя в молодости Хевисайд активно занимался велосипедным спортом, на шестом десятке лет его здоровье серьёзно ухудшилось. В этот период Хевисайд подписывал корреспондецию своим именем с инициалами W.O.R.M (червь), хотя эти буквы ничего не обозначали. Хевисайд начал красить ногти в розовый цвет и использовать гранитные глыбы вместо домашней мебели. Хевисайд умер в Торки, Девон, и похоронен на кладбище Пейнтон. Большая часть признания пришла к нему после смерти.
[править] Инновации и открытия
Хевисайд развил идею ионосферы, предсказав существование слоя Кеннелли-Хевисайда. Хевисайд разработал теорию линий передач (известную как «телеграфные уравнения»). Хевисайд независимо ввёл вектор Пойнтинга.
Хевисайд упростил для использования учёными оригинальные результаты Максвелла. Эта новая формулировка дала четыре векторных уравнения, известных теперь как уравнения Максвелла. Хевисайд ввёл т. н. функцию Хевисайда, используемую для моделирования электрического тока в цепи. Хевисайд разработал понятие вектора и векторный анализ. Хевисайд создал операторный метод для линейных дифференциальных уравнений.
[править] Термины теории электромагнетизма
Оливер Хевисайд ввёл следующие термины:
- «электрет» для электрического аналога постоянного магнита, или, иными словами, любую субстанцию обладающую квазипостоянной электрической поляризацией (напр. ферроэлектрик).
- В сентябре 1885, «проводимость» и «проницаемость».
- В феврале 1886, «индуктивность».
- В июле 1886, «импеданс».
- В декабре 1887, «полная проводимость».
- В мае 1888, «магнитное сопротивление».
- В июне 1887, Хевисайд использовал термин «полная проводимость», позднее заменённый на реактивную проводимость.
[править] См. также
[править] Ссылки
- Болотовский Б. М. Оливер Хевисайд, М.: «Наука», 1985 г.
- Нахин П. Дж. Оливер Хевисайд//В мире науки. № 8, 1990.