Oliver Heaviside
Oliver Heaviside | |
1900 körül | |
Életrajzi adatok | |
Született | 1850. május 18. Camden Town, London, Nagy-Britannia |
Elhunyt | 1925. február 3. (74 évesen) Torquay, Devon |
Sírhely | Paignton Cemetery |
Ismeretes mint |
|
Nemzetiség | angol |
Pályafutása | |
Szakterület | fizika, matematika |
Jelentős munkái | Kennelly–Heaviside réteg reaktancia vektoranalízis differenciáloperátor |
Szakmai kitüntetések | |
Faraday-díj | |
A Wikimédia Commons tartalmaz Oliver Heaviside témájú médiaállományokat. |
Oliver Heaviside (Camden Town, London, Nagy-Britannia, 1850. május 18. – Torquay, Devon megye, 1925. február 3.) 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]Korai évek
[szerkesztés]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]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 mágneses 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]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]- 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]- 1885, 1886, and 1887, "Electromagnetic induction and its propagation", The Electrician.
- 1887. Electrical Papers.
- 1888/89, "Electromagnetic waves, the propagation of potential, and the electromagnetic effects of a moving charge", The Electrician.
- 1889, "On the Electromagnetic Effects due to the Motion of Electrification through a Dielectric", Phil.Mag.S.5 27: 324.
- 1892, "On the Forces, Stresses, and Fluxes of Energy in the Electromagnetic Field", Philosopical Transaction of the Royal Society A 183:423–80.
- 1893, "A gravitational and electromagnetic analogy," The Electrician.
- 1951. Electromagnetic theory: The complete & unabridged edition. ISBN B0000CI0WA
- 1970. Electromagnetic Theory. American Mathematical Society. ISBN 0-8284-0237-X.
- 1999. Electrical Papers. American Mathematical Society. ISBN 0-8284-0235-3.
- 2003. Electrical Papers. American Mathematical Society. ISBN 0-8218-2840-1
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ From the book: Oliver Heaviside: the life, work, and times of an electrical genius of the victorian age. See [1]
- ↑ a b See History of Wireless, a book by Tapan K Sarkar et al.
- ↑ See
- ↑ Norbert Wiener. Invention: The Care and Feeding of Ideas. MIT Press, 70–75. o. (1993). ISBN 0262731118
- ↑ Oliver Heaviside (1894). „On the Electromagnetic Effects due to the Motion of Electrification through a Dielectric”. Philosophical Magazine, April 1889, p. 324.
Szakirodalom
[szerkesztés]- 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]- The MacTutor History of Mathematics archive, "Oliver Heaviside". School of Mathematics and Statistics. University of St Andrews, Scotland
- Heather, Alan, "Oliver Heaviside". Torbay Amateur Radio Society.
- Katz, Eugenii, "Oliver Heaviside". Hebrew University of Jerusalem.
- „Oliver Heaviside”. John H. Lienhard. The Engines of Our Ingenuity. NPR. KUHF-FM Houston. 1990. október 27. 426. epizód. [2].
- Ghigo, F., "Pre-History of Radio Astronomy, Oliver Heaviside (1850-1925)". National Radio Astronomy Observatory, Green Bank, West Virginia.
- Eric W. Weisstein, "Heaviside, Oliver (1850-1925)". Eric Weisstein’s World of Scientific Biography. Wolfram Media, Inc.
- Naughton, Russell, "Oliver W. Heaviside: 1850 – 1925". Adventures in CyberSound.
- Bexte, Peter, "Kabel im Denkraum" (German)
- Tr. "Cable in the thinking area"
- McGinty, Phil, "Oliver Heaviside". Devon Life, Torbay Library Services.
- Gustafson, Grant, "Heaviside's Methods". math.Utah.edu. (PDF)
- The Dibner Library Portrait Collection, "Oliver Heaviside".
- "Physical units". 1911 Encyclopædia
- Heaviside's Operational Calculus
- Heaviside's Operator Calculus
- JACKSON, W (1950). „Life and work of Oliver Heaviside (May 18, 1850 – February 3, 1925).” 165 (4208), 991–3. o. DOI:10.1038/165991a0. PMID 15439051.
- Many books by Heaviside available online at The Internet Archive