Олівер Хевісайд (англ. Oliver Heaviside; 18 травня 1850, Камден Таун, Лондон — 3 лютого 1925, Торкі, Девон) — британський математик, фізик і електроінженер-самоучка, один із найвизначніших учених у галузі електромагнетизму та телеграфії. Він значно спростив рівняння Максвелла до сучасної векторної форми, незалежно розробив векторний аналіз, операційний обчислювальний метод (еквівалентний перетворенню Лапласа) та передбачив існування іоносфери (шар Кеннеллі–Хевісайда). Хевісайд був ексцентричною особистістю, яка через глухоту та незалежний характер часто конфліктувала з науковим істеблішментом, але його внесок став основою сучасної електротехніки та телекомунікацій.
Ранні роки та освіта
Олівер Хевісайд народився в бідній родині в Камден Таун — одному з найбідніших і кримінальних районів Лондона вікторіанської епохи. Він був наймолодшим із чотирьох синів (за деякими джерелами — трьох) Томаса Хевісайда, гравера по дереву та аквареліста, та Рейчел Елізабет Вест (уроджена Вест). Сім'я жила в скрутних умовах: батько боровся з конкуренцією від нових технологій друку. Мати раніше працювала гувернанткою і утримувала невелику школу для сусідських дітей.
У дитинстві Олівер перехворів на скарлатину, яка залишила йому часткову глухоту. Це сильно вплинуло на його соціальне життя: він важко спілкувався з однолітками, був замкнутим і часто конфліктував. Незважаючи на це, у школі Camden House Grammar School він показував відмінні результати — у 1865 році посів 5-те місце серед 500 учнів. Однак через фінансові труднощі родини в 16 років (1866) він змушений був залишити школу. Формальної вищої освіти Хевісайд так і не отримав — рік навчався самостійно вдома, вивчав азбуку Морзе та основи електрики.
Важливу роль у його долі відіграв родич — сер Чарльз Вітстон (Wheatstone), співвинахідник телеграфу та чоловік тітки. Завдяки йому Олівер у 1870 році влаштувався телеграфістом у Великій Північній Телеграфній Компанії (спочатку в Данії, потім у Ньюкаслі). Робота з телеграфними лініями стала для нього практичною школою електрики.
Кар'єра та наукові відкриття
У 1874 році через посилення глухоти Хевісайд залишив роботу телеграфіста і повністю присвятив себе самостійним дослідженням. Він повернувся до Лондона, жив із батьками і глибоко вивчав трактат Джеймса Клерка Максвелла «Трактат про електрику та магнетизм» (1873). Ця книга стала поворотним моментом у його житті.
Основні досягнення Хевісайда:
- Спрощення рівнянь Максвелла (1884): Максвелл записав свої рівняння у складній формі з 20 рівняннями та 20 невідомими (у кватерніонах). Хевісайд переписав їх у сучасній векторній формі з використанням дивергенції, ротора та градієнта, зведши до чотирьох рівнянь у двох невідомих (E і B). Сьогодні ми називаємо їх «рівняннями Максвелла», хоча значна частина — заслуга Хевісайда.
- Він незалежно розробив векторний аналіз (паралельно з Гіббсом і Гейзеном).
- У 1890 році, за п'ятнадцять років до Ейнштейна, Хевісайд отримав відому формулу E=mc2.
- Операційний обчислювальний метод (operational calculus, 1880–1887): Замість розв'язування диференціальних рівнянь він використовував алгебраїчний підхід, замінюючи оператор диференціювання на змінну. Це еквівалентно сучасному перетворенню Лапласа і дозволило ефективно аналізувати перехідні процеси в електричних колах. Метод був контроверсійним через брак строгості, але практично дуже потужним.
- Теорія телеграфії та телефонії: Вивів рівняння телеграфіста (telegrapher's equations), запропонував коаксіальний кабель (запатентував у 1880-х), ідею distortionless transmission line (лінії без спотворень сигналу) та ввів терміни як «імпеданс», «індуктивність», «провідність» у сучасному розумінні. Його роботи зробили можливим далекі телефонні лінії.
- Передбачення іоносфери (1902): Незалежно від Артура Кеннеллі Хевісайд припустив існування електропровідного шару в верхній атмосфері, який відбиває радіохвилі й дозволяє їм огинає Землю. Цей шар називають шаром Кеннеллі–Хевісайда (E-шар іоносфери). Пізніше це підтвердили експерименти.
- Інші ідеї: Передбачив зростання маси заряду зі швидкістю (передвісник спеціальної теорії відносності), ідею про субатомні частинки, використання комплексних чисел в електричних колах.
Хевісайд публікував статті в журналах, таких як *Electrical Papers* (1892) та тритомник *Electromagnetic Theory* (1893–1912). Він ніколи не працював в університеті чи лабораторії — все робив удома.
Особисте життя та характер
Хевісайд був яскравою, але складною особистістю: низького зросту, рудий, глухий, замкнутий і ексцентричний. Він зневажав формальну математику з її «строгістю», часто сварився з колегами (наприклад, з фізиками через пріоритетність робіт) і рідко відвідував наукові товариства. Жив бідно, отримував невелику пенсію та допомогу від друзів.
У пізні роки (з 1889) жив у Девоні (спочатку з родиною, потім самотньо в Торкі). Став відлюдьком: меблі в будинку — гранітні блоки, нігті фарбував у рожевий колір, підписував листи ініціалами «W.O.R.M.». Сусідські діти дражнили його, кидали каміння у вікна. Незважаючи на глухоту, він залишався гострим на розум і переконаним у своїй правоті.
Смерть та спадщина
Олівер Хевісайд помер 3 лютого 1925 року в Торкі у віці 74 років після падіння з драбини. Похований на кладовищі в Пейнтоні поруч із батьками. Наступного дня, після смерті Олівера Хевісайда, грабіжник проникнув у занедбаний будинок. Оскільки Хевісайд жив дуже скромно, злодія не мала нічого цінного щоб вкрасти, тоді він забрав із собою кілька книг і рукописів. Серед них, на жаль, виявився рукопис четвертого тому «Теорії електромагнетизму», над яким Хевісайд працював останні двадцять років свого життя. Рукопис містив усі результати його роботи зі створення єдиної теорії поля, теорії, яка поєднує електрику, магнетизм та гравітацію в єдину логічну систему. Незважаючи на інтенсивні пошуки, ні рукопис, ні його копія, відправлена Хевісайдом американському видавцеві, досі не знайдено. Цілком можливо, що вона містила відповіді на багато фізичних проблем, які досі не вирішені. Можливо, разом із рукописом зникло і безцінне «рівняння світу», над яким фізики боролися протягом кількох десятиліть.
У чотирьох рівняннях електромагнетизму рівняння для закону Ампера залишається дуже суперечливим. Моя версія полягає в тому, що «у дроті під струмом» відбувається явище електромагнітної індукції, зворотний ефект електромагнітної індукції Фарадея. Ви можете прочитати мою версію за посиланням: Електродинаміка без електронів.
.jpg)
Докази можуть бути лише фактичними. Олівер працював над четвертим томом «Електродинаміки», який не знайшли після його смерті – це факт. На шкоду закону Ома та закону Ампера, чомусь усі так бояться визнати, що явище електромагнітної індукції відбувається в замкнутому електричному колі. Розв’яжемо приклад для електромагнітного генератора з навантаженням. Струм у колі має відповідати двом рівнянням:
I = E/R+r = U/R.
Напруга на виводах фазної обмотки під навантаженням має відповідати рівнянню
U = E - I*(R+r), де частина рівняння ΔU = I*(R+r). – це падіння напруги (втрати на електричну індукцію E, питання в тому, куди воно зникло).
Можна записати, що ЕРС у колі E = U+ΔU.
Закон Ома: I = λE+E(зовнішній)
Закон Ампера: ∮ B • dl = μ₀ * I.
Електродинамічне рівняння для закону Ампера має вигляд ∇×H = J + dD / dt.
Мені здається очевидним, що його слід записати як рівняння складових: dD / dt = J = H(B).
Загалом, має більше сенсу записати це в термінах електромагнітної індукції:
∇×Вi = - dEi / dt,
де Вi – магнітна індукція навколо провідника, а Ei – розсіювана електрична індукція ЕРС.
За життя він отримав визнання: обраний членом Лондонського королівського товариства (FRS, 1891), почесний доктор Геттінгенського університету (1905), перша медаль Фарадея (1922). Однак повне визнання прийшло посмертно. Його методи стали основою сучасної електротехніки, радіозв'язку та математики. Шар іоносфери, функція Хевісайда (одинична сходинка), векторний аналіз — усе це носить його ім'я.
Хевісайд — класичний приклад генія-самоучки, який, попри відсутність формальної освіти та соціальні труднощі, радикально змінив науку. Його життя показує, як талант і наполегливість можуть подолати обставини.
Джерела інформації базуються на біографічних статтях з Wikipedia, MacTutor, Britannica та інших наукових ресурсах.
Немає коментарів:
Дописати коментар