Хэвисайд


Хэвисайд
О́ливер Хе́висайд
Oliver Heaviside
Дата рождения:

18 мая 1850 г.

Место рождения:

Флаг Великобритании Лондон, Великобритания

Дата смерти:

30 марта 1914 г.

Место смерти:

Флаг Великобритании Торки, Девон, Великобритания

Гражданство:

британское

Научная сфера:

физика, математика, инженерное дело

Место работы:

Большая Северная Телеграфная Компания (engl.)

Известен как:

слой Кеннелли-Хевисайда, Реактивное сопротивление, функция Хевисайда, Дифференциальные операторы, Векторный анализ

Награды и премии


первый лауреат Медали Фарадея (engl.) (1922)

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, переформулировал уравнения Максвелла в терминах трехмерных векторов, напряженностей электрического и магнитного полей и электрической и магнитной индукций, 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.

Содержание

Биография

Молодость

Хевисайд родился в Англии, лондонском районе Камден, в семье Томаса Хевисайда и Рейчел Елизабет Вест и был младшим из их четрырех сыновей. Отец работал гравером и художником. В раннем детстве Оливер переболел скарлатиной, в результате чего серьезно пострадал его слух, и он был слабослышащим всю оставшуюся жизнь. Это обстоятелство серьезно повлияло на его детство, т.к. из-за проблем со слухом он не мог нормально общаться с ровесниками. Несмотря на то, что хорошо учился (в 1865 году был пятым из 500 учеников), Оливер бросил школу в 16 лет и самостоятельно изучал азбуку Морзе, теорию электричества, электротехнику и занимался языками - немецким и датским.

В 1868 г. Хевисайд переежает в Данию и становится телеграфистом, где быстро осваeвает тонкости профессии телеграфиста. В 1871 г. он возвращается в Англию и занимает пост старшего телеграфиста в Большой Северной Телеграфной компании(engl.) в Ньюкасле, где отвечает за международный телеграфный трафик компании. В 1872-73 гг. он публикует свои первые работы по электричеству, которыми серьезно заинтересовался Джеймс Максвелл. Максвелл упоминает про исследования Хевисайда во втором издании своей книги "Исследования по электричеству и магнетизму", что вдохновлет Оливера на более серьезные занятия наукой. В 1874 году он оставляет должность телеграфиста и занимается исследованиями частным порядком в доме своих родителей. В это время он разработал теорию линий передачи (также известную как «телеграфные уравнения»). Хевисайд математически доказал, что равномерно распределённая ёмкость телеграфной линии минимизирует одновременно затухание и искажение сигнала. Если ёмкость достаточно велика и электрическое сопротивление изоляции не слишком велико, в линии не будет искажений и все частоты будут затухать одинаково. Уравнения Хевисайда способствовали дальнейшему развитию телеграфной связи.

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 годами, 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 году 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, сербский физик Михайло Пупин (engl.) 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 года и 1889 года 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 так называемого сокращения Лоренца — Фитцжеральда.

В 1889 году, после открытия Джозефом Джоном Томсоном 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.

Последние годы

В 1902 году 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 году 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.

Изобретения 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 так называемую функцию Хевисайда, используемую для моделирования электрического тока в цепи. Хевисайд разработал понятие вектора и векторный анализ. Хевисайд создал операторный метод для линейных дифференциальных уравнений.

Термины теории электромагнетизма

Оливер Хевисайд ввёл следующие термины:

Паралелльно с Д. У. Гибсом привёл теорию векторов и векторного анализа к виду в котором эта теория стала получать признание научного сообщества того времени. До этого теория векторов вызывала неприятие у некоторых известных учёных (Кельвин). Изложение этой теории есть в книге О. Хевисайда — «Теория электричества».

См. также

Литертатура

  • Применко Л.А. Математические идеи О. Хевисайда // Из истории развития физико-математических наук. Киев,1981. С. 37-44.
  • Болотовский Б. М. Оливер Хевисайд. М.: Наука, 1985.
  • Нахин П. Дж. Оливер Хевисайд. В мире науки, № 8, 1990.

Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Хэвисайд" в других словарях:

  • Ионосфера — Строение атмосферы Ионосфера  верхняя часть атмосферы Земли, состоящая из мезосферы, мезопаузы и термосферы, сильно …   Википедия