Oliver Heaviside

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Oliver Heaviside
Oliver Heaviside2.jpg
Francis Edwin Hodge festménye
Életrajzi adatok
Született 1850. május 18.
Camden Town, London, Nagy-Britannia
Elhunyt 1925. február 3. (74 évesen)
Torquay, Devon
Nemzetiség angol
Pályafutása
Szakterület fizika, matematika
Jelentős munkái Kennelly–Heaviside réteg
reaktancia
vektoranalízis
differenciáloperátor
Szakmai kitüntetések
Faraday-díj

Oliver Heaviside (1850. május 18., Camden Town, London, Nagy-Britannia - 1925. február 3., Torquay, Devon megye) autodidakta angol villamosmérnök, matematikus, fizikus. Elsőként alkalmazott komplex számokat az elektromos áramkörök leírására, matematikai módszereket fejlesztett ki differenciálegyenletek megoldására (a módszer később Laplace-transzformáció néven vált ismertté). Átalakította és egyúttal egyszerűsítette a Maxwell-egyenleteket és a vektoranalízist.

Életrajza[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Korai évek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A Kings Street 55. alatt született London egyik külvárosában (Camden Town)[1] (az utca ma Plender Street). Alacsony volt és vörös hajú, gyerekkori skarlátbetegség miatt hallása meggyengült. Jó tanuló volt, 1865-ben 500 tanulóból az 5. helyre sorolták be. Nagybátyja Sir Charles Wheatstone (1802–1875) a távíró egyik feltalálója az 1830-as évek közepén, nemzetközileg is ismert szakértő volt az elektromágnesség területén. Wheatstone Heaviside nagynénjét vette el, és élénken érdeklődött unokaöccse tanulmányai iránt.[2]

Heaviside 16 évesen fejezte be az iskolát, ezután otthon tanult 18 éves koráig. Egyetlen fizetett állása egy távírászi munka volt[2] a Great Northern Telegraph Company távíró-társaságnál. Először Dániában dolgozott, majd áthelyezték Newcastle-upon-Tyne-ba, ahol hamarosan vezető távírásznak nevezték ki. Valószínűnek látszik, hogy az állás megszerzéséhez nagybátyja, Sir Charles is hozzájárult.[3] Heaviside a munka mellett folytatta otthoni tanulmányait, 21 és 22 éves korában tanulmányokat tett közzé az elektromos áramkörök és a távíró témakörében. 1874-ben, 24 éves korában otthagyta az állást, és ezután teljes idejében tanulással foglalkozott szülei házában.

1873-ban kezébe került James Clerk Maxwell frissen kiadott könyve, a kétkötetes Treatise on Electricity and Magnetism („Tanulmány az elektromosságról és mágnességről”). A munka nagy hatással volt rá, amire idős korában is emlékezett.

Otthon folytatott kutatásai egyik gyakorlati eredménye volt az átviteli vonalakra vonatkozó ún. távíróegyenlet. Heaviside kimutatta, hogy a vonal mentén egyenletesen elosztott induktivitás csökkenti a jel torzítását. Ennek alkalmazása segített a távíró tökéletesítésében.

Élete derekán[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egész életében nőtlen maradt.

1880-ban az elektromos áram ún. „bőrhatás”-át tanulmányozta. Ugyanabban az évben Angliában szabadalmaztatta a koaxiális kábelt. 1884-ben átalakította Maxwell ormótlan képleteit, az eredeti 20 egyenletet négy differenciálegyenletté vonta össze. Ezeket ma Maxwell-egyenletek néven ismerjük. A négy átalakított egyenlet leírja az álló és mozgó elektromos töltések természetét és a mágneses dipólusokat, valamint a kettő közötti kapcsolatot, nevezetesen az elektromágneses indukciót.

1880 és 1887 között Heaviside kifejlesztette az operációs kalkulust (ebben már szerepelt a differenciális operátor D jelölése). Ezzel a módszerrel differenciálegyenleteket lehetett megoldani, mintha egyszerű algebrai egyenletek lennének. A módszer eleinte nagy ellenállásba ütközött, mert a levezetés matematikai értelemben nem volt elég szigorú. Heaviside mondása szerint: „A matematika kísérleti tudomány, ahol a definíciók nem elsőnek, hanem csak később jönnek.” Ezt válaszként a kritikákra fogalmazta meg. Máskor ezt mondta: „Nem utasítom el a vacsorámat csak azért, mert nem vagyok tisztában az emésztés folyamatának minden részletével.”

1887-ben azt javasolta, hogy a telefon- és távíróvonalakhoz induktivitásokat kell csatlakoztatni, hogy növeljék azok öninduktivitását és így csökkenjen a torzítás, ami addig gondokat okozott és korlátozta az áthidalható távolságot. Azonban politikai okokból ezt nem valósították meg.

Az AT&T Corp. később egy mérnökét, George Ashley Campbell-t és egy külső szakértőt, Michael I. Pupint bízta meg azzal, hogy vizsgálják meg Heaviside munkáinak hiányosságait vagy hibáit. Campbell és Pupin továbbfejlesztették Heaviside munkáit, az AT&T ezek alapján több szabadalmat is bejegyeztetett. Az AT&T később pénzt ajánlott Heaviside-nak ezeknek a munkáknak a felhasználási jogaiért. Heaviside azonban elutasította az anyagi ajánlatot és teljes elismerést követelt. Heaviside krónikusan szegény volt, az elutasítása ezért még megdöbbentőbb.[4]

1888-ban és 1889-ben két tanulmányt tett közzé, amikben a mozgó elektromos töltést körülvevő elektromos és mágneses terek torzulásainak számításával foglalkozott, valamint a töltés sűrűbb közegbe való behatolásának hatásaival. Ezek közt szerepelt az a jelenség, amit ma Cserenkov-sugárzásnak nevezünk. Inspirálta barátját, George FitzGeraldt a ma „Lorentz–FitzGerald elmélet” néven ismert hosszkontrakció kidolgozásában.

1889-ben Heaviside elsőként írta le helyesen a mégneses erő megváltozását mozgó elektromos töltésre[5], ezt ma Lorentz-erő néven ismerjük.

Az 1880-as évek végén és az 1890-es évek elején Heaviside az „elektromágneses tömeg” ötletén dolgozott. Heaviside elképzelése szerint ez ugyanolyan anyag, mint a többi és ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik. Wilhelm Wien később igazolta Heaviside képletét kis sebességek esetén.

1891-ben a brit Royal Society elismerte Heaviside hozzájárulását az elektromágneses jelenség matematikai leírásához, és tagjai közé választotta. A tudományos társaság által a következő évben kiadott Philosophical Transactions című kiadványban mintegy 50 oldalt szántak a Heaviside által kifejlesztett vektormódszer ismertetésére az elektromágneses elmélet területén. 1905-ben Heaviside-nak a Göttingeni egyetem tiszteletbeli doktori címet ajándékozott.

Későbbi évek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Heaviside sírja a paigntoni temetőben

1902-ben Heaviside azzal az elmélettel állt elő, hogy a légkörben, pontosabban az ionoszférában létezik egy ma Kennelly-Heaviside réteg néven ismert felület aminek elektromos tulajdonságai vannak. Ennek a felületnek a létezése teszi lehetővé, hogy a rövidhullámú rádióhullámok erről a rétegről többször visszaverődve nagy távolságra eljussanak a Föld felszíne fölött haladva. Az ionoszféra létezését kísérletileg mintegy húsz évvel később, 1923-ban igazolták.

Az 1922-ben létrehozott Faraday-díjat ő kapta meg elsőként.

Torquay-ban halt meg (Devon megye, Nagy-Britannia), sírja a paigntoni temetőben van. Munkáinak nagy részét csak halála után értékelték igazán.

Találmányai és felfedezései[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Heaviside elősegítette a vektorok alkalmazását a tudományos számításokban, létrehozta a vektoranalízist.
  • Maxwell az elektromágnességről 20 egyenletet tett közzé, 20 változó mennyiséggel. Heaviside a rotáció és a divergencia operátorok bevezetésével az egyenletek közül 12 átalakításával az egyenletek számát 4-re csökkentette, amikben már csak 4 ismeretlen mennyiség volt. (Ennek ellenére az egyenleteket ma is Maxwell egyenleteknek nevezzük).
  • Bevezette a Heaviside-függvény fogalmát (más néven egységugrás-függvény), amivel elektromos áramkörök viselkedését lehet vizsgálni.
  • Bevezette az operátor-módszert lineáris differenciálegyenletek megoldására. A módszer szigorú matematikai levezetését később Thomas John I'Anson Bromwich angol matematikus adta meg.
  • Továbbfejlesztette azt az elképzelést, hogy a Föld légkörének felső rétege ionizált réteget tartalmaz (ez az ionoszféra).
  • Kifejlesztette az adatátviteli vonalakra vonatkozó elméletet (ez az ún. távíróegyenlet).
  • Másoktól függetlenül megalkotta a Poynting vektort.

Publikációi[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. From the book: Oliver Heaviside: the life, work, and times of an electrical genius of the victorian age. See [1]
  2. ^ a b See History of Wireless, a book by Tapan K Sarkar et al.
  3. See [2]
  4. Norbert Wiener. Invention: The Care and Feeding of Ideas. MIT Press, 70–75. o (1993). ISBN 0262731118 
  5. Oliver Heaviside. „On the Electromagnetic Effects due to the Motion of Electrification through a Dielectric”. Philosophical Magazine, April 1889, p. 324.  

Szakirodalom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Lee, G., "Oliver Heaviside". London, 1947.
  • "The Heaviside Centenary Volume". The Institution of Electrical Engineers. London, 1950.
  • Josephs, H, J., "Oliver Heaviside : a biography". London, 1963.
  • Josephs, H, J., "The Heaviside Papers found at Paignton in 1957.". Electromagnetic Theory by Oliver Heaviside. New York, 1971.
  • Moore, D. H., "Heaviside Operational Calculus". New York, 1971. ISBN 0-444-00090-9
  • Buchwald, J. Z., "From Maxwell to microphysics". Chicago, 1985. ISBN 0-226-07882-5
  • Searle, G. F. C., "Oliver Heaviside, the Man". St Albans, 1987. ISBN 0-906340-05-5
  • Nahin, P. J., "Oliver Heaviside, Sage in Solitude". IEEE Press, New York, 1988. ISBN 0-87942-238-6
  • Laithwaite, E. R., "Oliver Heaviside - establishment shaker". Electrical Review, 12 November 1982.
  • Hunt, B. J., "The Maxwellians". Ithaca NY, 1991.ISBN 0-8014-8234-8
  • Lynch, A. C., "The Sources for a Biography of Oliver Heaviside". History of Technology, Vol. 13, ed. G. Hollister-Short, London & New York, 1991.
  • Yavetz, I., "From Obscurity to Enigma: The Work of Oliver Heaviside, 1872-1889". Basel, 1995. ISBN 3-7643-5180-2
  • Pickover, Clifford A., "Strange Brains and Genius, The Secret Lives of Eccentric Scientists and Madmen". 2 June 1999. ISBN 0-688-16894-9
  • Nahin, Paul J., "Oliver Heaviside: The Life, Work, and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age". November, 2002. ISBN 0-8018-6909-9
  • Mahon, Basil, "Oliver Heaviside: Maverick mastermind of electricity". The Institution of Engineering and Technology. 2009. ISBN 978-0-86341-965-2

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]