Оливър Хевисайд — английски електроинженер и автор на векторния анализ
Оливър Хевисайд (Камдън, Лондон, 18 май 1850 г. - Торки, Девън, 3 февруари 1925 г.) е английски електроинженер, математик и физик, самоук. Той е една от най-впечатляващите и едновременно противоречиви фигури във викторианската наука: самоучка, който чрез интуиция и дълбоки сметки преобръща начина, по който се формулират и прилагат електромагнитните теории.
Ранни години и самостоятелно обучение
Хевисайд израства в Лондон и напуска формалното си образование рано. Вместо университетско обучение, той се обучава сам, четейки научни списания и експериментирайки с електрически вериги. Работата му в телеграфната практика и личните наблюдения върху поведението на електричеството и сигналите му дават практическа основа за математическите му разработки.
Научни приноси
Въпреки че е бил добре познат в научния свят по време на живота си, едва след смъртта му хората осъзнават колко дълбоко е повлиял върху изучаването на математиката и физиката. Някои от най-важните му приноси включват:
- Прилагане на комплексни числа и разработване на аналитични методи за изучаване на електрическите вериги, което улеснява разбирането на променливотокови процеси и резонанс.
- Работа върху теорията на електромагнитните вълни и необходимостта да се разработят удобни средства за работа с диференциални уравнения, водеща до практически методи за решаване на уравненията на разпространение на сигнали в кабели и среди.
- Реформулиране и опростяване на уравненията на полето на Максуел, чрез въвеждане и популяризиране на модерни векторни понятия (дивергенция, ротация и др.). Поради тези свои приноси той често се смята за един от основоположниците на съвременния векторен анализ.
- Разработване на т.нар. оперативно (операционно) смятане — практичен метод за решаване на линейни диференциални уравнения, който по-късно е свързан и развити чрез теорията на Лапласовите трансформации. Част от техниките, които той използва, по-късно намират широко приложение при анализа на електрически вериги и управляващи системи.
- Въведение на понятия и функции, които днес носят неговото име — например Heaviside step function (функция стъпка), използвана в теорията на сигналите и системите.
Телеграфия, кабели и йоносфера
Хевисайд анализира и моделира затихването и изкривяването на сигнали в подводни кабели, като предлага идеи за подобряване на предаването на сигнали на далечни разстояния. Той също така независимо от други учени предсказва съществуването на проводящ слой в горните слоеве на атмосферата, който може да отразява радиовълни — това е т.нар. слой Кенели-Хийвисайд (или просто йоносферата), играещ ключова роля при радиокомуникациите.
Стил, характер и по-късни години
Личността му е била ексцентрична: Хевисайд води затворен начин на живот, често отхвърля академичните норми и критикува официалната наука. Някои съвременници го описват като „луд учен“, но това е по-скоро отражение на необичайния му стил и нетрадиционните му методи, отколкото на качеството на работата му. През последните си години той се премества в Торки, Девън, където живее скромно до смъртта си през 1925 г.
Наследство
Днес приносите на Хевисайд са неотменна част от съвременната електротехника, електромагнетизъм и математически методи в инженерството. Множество понятия и техники, които първоначално са били спорни или непълно признати, по-късно стават стандартна част от учебниците и практиката. Неговите писания, в това число и многотомното му произведение „Electromagnetic Theory“, продължават да влияят върху начина, по който инженерите и физиците подхождат към проблемите на полето и сигналите.
Оливър Хевисайд, ~1900 г.
Живот
Хевисайд е роден в Камдън Таун, Лондон. Баща му е опитен гравьор на дърво. Чичо му, сър Чарлз Уитстоун (1802-1875 г.), е един от изобретателите на телеграфа и прави известни експерименти през 1837 г. от гара Юстън.
Хевисайд беше нисък и с червена коса. Като млад страда от скарлатина, която го прави доста глух, особено в по-късните му години. Хевисайд учи в училището Camden House до 16-годишна възраст и продължава да учи вкъщи до 18-годишна възраст. Получава работа като телеграфоподавател и известно време работи в Дания. Той забелязва, че скоростта на работа от Англия до Дания е с 40% по-висока, отколкото в обратната посока, и през 1871 г. открива повреда в телеграфния кабел от Англия до Дания. През 1873 г. той получава копие от първото издание на книгата на Максуел "Трактат за електричеството и магнетизма". Тази книга му оказва голямо влияние и му помага да създаде много математически идеи. По това време той работи в Нюкасъл. През 1875 г. се връща в Лондон, за да живее с родителите си. Там прекарва много време в писане на своите открития, но никой не иска да публикува статиите му, защото са твърде трудни за разбиране. Той анализира променливите токове 15 години преди те да започнат да се използват с търговска цел.
Когато родителите му се преместват в Пейгнтън, той се премества с тях. След смъртта им живее в Нютън Абът, а след това, от 1908 г. до смъртта си, в Торки. Не е бил женен.
Ексцентрично поведение
На стари години Хевисайд става все по-ексцентричен. Той бил беден и живеел сам в голяма къща в Торки, която не можел да си позволи да отоплява добре. Обичаше да му гостуват приятели, но много хора се отдръпваха от него, тъй като често се държеше грубо. Не можел да готви и в дома му редовно идвал приятелски настроен полицай, за да му носи храна. Тъй като Хийвисайд бил глух и не чувал почукването на вратата, полицаят отварял пощенската кутия и свирел силно със свирката си. Къщата и градината били в ужасен безпорядък. В къщата му имало буци гранит за мебели. Често поставяше буквите W.O.R.M. след името си, просто на шега. Обичаше да си боядисва ноктите в розово. Поне веднъж боядисал косата си черна и докато била мокра, носел на главата си чайник.
Когато през 1925 г. пада от стълба и е откаран с линейка в старчески дом, той за първи път се вози в моторно превозно средство. Той казал на шофьора на линейката, че пътуването му е харесало. Месец по-късно умира в старческия дом в Торки и е погребан в Пейгнтън.
Работата му
| Електромагнетизъм |
|
|
| Електричество - Магнетизъм - Магнитна проницаемост |
| Електрически заряд - закон на Кулон - |
| Магнитостатика Закон на Ампер - Електрически ток - Магнитно поле - |
| Електродинамика Закон за силата на Лоренц - ЕМП - Електромагнитна индукция - Закон на Фарадей - Закон на Ленц - Изместващ ток - Уравнения на Максуел - ЕМ поле - Електромагнитно излъчване - Потенциал на Лиенард-Вихерт - Тензор на Максуел - Вихров ток |
| Електрическа мрежа Електропроводимост - Електрическо съпротивление - Капацитет - |
| Ковариантна формулировка Електромагнитен тензор - Електромагнитен тензор на напрежението и енергията - Четирипроводен ток - Електромагнитен четирипотенциал |
Хевисайд прилича на сър Исак Нютон по това, че е работил сам и невинаги е публикувал всички свои експерименти. В тетрадките си записвал много идеи, но не смятал, че те са готови за публикуване, но се оказало, че са много важни. Например той предположил, че на много километри над земната повърхност има атмосферен проводящ слой, който може да се използва за изпращане на радиовълни на дълги разстояния около кривината на Земята. През 1923 г. наистина е открито, че съществуват сложни йонизирани слоеве (наречени ''йоносфера''). По-късно слоят Кенели-Хийвисайд е наречен на негово име. До 1950 г., 25 години след смъртта му, в света има повече от 50 станции, които експериментират с радиокомуникация в горните слоеве на атмосферата.
Хевисайд прави проучвания за това как да се предава ясно речта при телефонна комуникация. Той изследва отражението в телефонните вериги (то предизвиква смущаващо ехо). От 1886 г. нататък той посвещава по-голямата част от времето си на разпространението на електромагнитните вълни в пространството, разработено от Херц, и на движението на атомите, открито от Джей Джей Томсън.
Отличия
Хевисайд не се интересува от получаването на почести. Всъщност той никога не е печелил пари от откритията си и често му е било трудно да плаща сметките. Вероятно е бил много доволен, че през 1891 г. е избран за член на Кралското дружество. Правителството му отпуска годишна пенсия от 120 лири стерлинги по Гражданския списък. През 1908 г. е избран за почетен член на Института на електроинженерите, а през 1918 г. - за почетен член на Американския институт на електроинженерите. През 1921 г. е първият човек, удостоен с медал "Фарадей".
Известен цитат на Хевисайд е: "Трябва ли да откажа вечерята си, защото не разбирам напълно процеса на храносмилане"?
Гробът на Хевисайд в гробището на Пейгнтън
Свързани страници
- Функция на Хевисайд
- Магнитно съпротивление
- Делта функция на Дирак
- Коаксиален кабел
- Медал Hughes
Въпроси и отговори
Въпрос: Кой е бил Оливър Хевисайд?
О: Оливър Хевисайд е английски електроинженер, математик и физик, живял от 18 май 1850 г. до 3 февруари 1925 г.
В: С какво се е занимавал в света на науката?
О: Използва комплексни числа за изследване на електрически вериги и работи много върху теорията на електромагнитните вълни, което налага да се намерят нови начини за работа с диференциални уравнения. Работил е също върху уравненията на полето на Максуел и векторния анализ и е сочен за създател на векторното смятане.
Въпрос: Как е призната работата му?
О: Работата му е призната след смъртта му; хората са осъзнали колко много е променил изучаването на математиката и физиката. Част от йоносферата е наречена на негово име - слой Кенели-Хийвисайд - в знак на почит към постиженията му.
Въпрос: Какъв човек е бил Оливър Хевисайд?
О: Оливър Хевисайд е имал ексцентрична личност, която често е отговаряла на стереотипа за луд учен, за който много хора си мислят.
В: С какво е допринесъл за математиката и физиката?
О: Оливър Хевисайд е допринесъл значително за математиката и физиката, като е използвал комплексни числа за изучаване на електрически вериги, работил е много върху теорията на електромагнитните вълни, върху уравненията на полето на Максуел и векторния анализ и е изобретил векторното изчисление.
