George Gabriel Stokes

Sir George Gabriel Stokes, född 13 augusti 1819 i County Sligo, Irland, död 1 februari 1903 i Cambridge, England, var en irländsk matematiker och fysiker, var verksam i Cambridge. Han grundlade den moderna hydrodynamiken och läran om kroppars rörelse i viskösa ämnen. Han  lämnade också betydelsefulla bidrag till kunskapen om geodesi.

Biografi
Stokes var yngste son till pastor Gabriel Stokes, präst i Irländska kyrkan, som tjänstgjorde som rektor för Skreen i Grevskapet Sligo, och hans hustru Elizabeth Haughton, dotter till pastor John Haughton. Stokes hemliv påverkades starkt av hans fars evangeliska protestantism: tre av hans bröder gick in i kyrkan, varav den mest framstående var John Whitley Stokes, ärkediakon i Armagh. Efter att ha gått i skolor i Skreen, Dublin och Bristol tog Stokes 1837 studentexamen vid Pembroke College, Cambridge. Fyra år senare tog han examen som senior wrangler och första Smithspristagare, prestationer som gav honom stipendium till högskolan. I enlighet med collegestadgarna var Stokes tvungen att avgå från stipendiet när han gifte sig 1857. Tolv år senare, enligt nya stadgar, omvaldes han till stipendiet och han behöll den platsen fram till 1902, då han dagen före sin 83-årsdag valdes till högskolans Master. Han höll den positionen fram till sin död i Cambridge 1903. Det finns ett minnesmärke över honom i norra gången vid Westminster Abbey.

Karriär
År 1849 utnämndes Stokes till Lucasian professor i matematik i Cambridge, en position han innehade till sin död 1903. Den 1 juni 1899 firades jubileet för denna utnämning och en minnesguldmedalj överlämnades till Stokes av universitetets kansler och marmorbyster i Stokes av Hamo Thornycroft erbjöds formellt till Pembroke College och till universitetet av Lord Kelvin. Stokes, som utnämndes till baronet 1889, tjänade vidare sitt universitet genom att representera det i parlamentet från 1887 till 1892 som en av de två medlemmarna för Cambridge universitets valkrets. Åren 1885–1890 var han också ordförande i Royal Society, där han varit en av sekreterarna sedan 1854. Eftersom han också var Lucasian professor vid denna tidpunkt var Stokes den första personen som innehade alla tre positionerna samtidigt. Newton höll samma tre, men inte samtidigt.

Stokes var den äldsta av trion av naturfilosofer, James Clerk Maxwell och Lord Kelvin var de andra två, som särskilt bidrog till berömmelsen av Cambridge-skolan för matematisk fysik i mitten av 1800-talet. Stokes ursprungliga arbete började omkring 1840 och kännetecknas av sin kvantitet och kvalitet. Royal Societys katalog över vetenskapliga artiklar ger titlarna på över hundra rapporter av honom publicerade fram till 1883. Några av dessa är bara korta anteckningar, andra är korta kontroversiella eller korrigerande uttalanden, men många är långa och detaljerade avhandlingar.

Vetenskapligt arbete

I omfattning täckte hans arbete ett brett spektrum av fysisk undersökning, men som Marie Alfred Cornu påpekade i sin Rede Lecture från 1899, handlade större delen av det om vågor och de omvandlingar som påtvingades dem under deras passage genom olika medier.

Strömningsdynamik
Hans första publicerade artiklar, som publicerades 1842 och 1843, rörde den stabila rörelsen av inkompressibla vätskor och några fall av flytande rörelse. Dessa följdes 1845 av en om friktionen av vätskor i rörelse och jämvikten och rörelsen hos elastiska fasta ämnen, och 1850 av en annan om effekterna av vätskans inre friktion på pendelns rörelse. Till ljudteorin gjorde han flera bidrag, inklusive en diskussion om vindens effekt på ljudets intensitet och en förklaring av hur intensiteten påverkas av arten av den gas i vilken ljudet produceras. Dessa undersökningar tillsammans satte vetenskapen om vätskedynamik på en ny grund och gav en nyckel inte bara till förklaringen av många naturfenomen, såsom upphängning av moln i luft och sänkning av krusningar och vågor i vatten, utan också till lösningen av praktiska problem, såsom flödet av vatten i floder och kanaler, och fartygens ytfriktion.

Ljus
Kanske är hans mest kända undersökningar de som handlar om vågteorin om ljus. Hans optiska arbete började tidigt i hans vetenskapliga karriär. Hans första uppsatser om ljusets avvikelse utkom 1845 och 1846, och följdes 1848 av en om teorin om vissa band som ses i spektrumet. 

År 1849 publicerade han en lång uppsats om den dynamiska diffraktionsteorin, där han visade att polarisationsplanet måste vara vinkelrätt mot utbredningsriktningen. Två år senare diskuterade han färgerna på tjocka plåtar. 
 
Stokes undersökte också George Airys matematiska beskrivning av regnbågar. Airys resultat innehöll en integral som var besvärlig att utvärdera. Stokes uttryckte integralen som en divergerande serie, som var lite förstådd. Men genom att skickligt trunkera serien (dvs ignorera alla utom de första termerna i serien) fick Stokes en exakt approximation till integralen som var mycket lättare att utvärdera än själva integralen. Stokes forskning om asymptotiska serier ledde till grundläggande insikter om sådana serier. 
 
År 1852 beskrev han i sin berömda uppsats om förändringen av ljusets våglängd fenomenet fluorescens, som uppvisas av fluorspar och uranglas, material som han ansåg ha förmågan att omvandla osynlig ultraviolett strålning till strålning med längre våglängder som är synlig.

Samma år, 1852, utkom rapporter om sammansättning och upplösning av strömmar av polariserat ljus från olika källor, och 1853 en undersökning av den metalliska reflektionen som uppvisas av vissa icke-metalliska ämnen. Forskningen skulle belysa fenomenet ljuspolarisering.

Oftalmologi
År 1849 uppfann Stokes Stokes-linsen för att upptäcka astigmatism. Det är en linskombination som består av cylindriska linser med lika men motsatt effekt som är fästa på ett sådant sätt att linserna kan roteras i förhållande till varandra.

Bibliografi i urval
Stokes matematiska och fysiska artiklar publicerades i samlad form i fem volymer, de tre första (Cambridge, 1880, 1883 och 1901) under eget redaktörskap, och de två sista (Cambridge, 1904 och 1905) under Sir Joseph Larmor, som också valde och arrangerade Memoir and Scientific Correspondence of Stokes som publicerades i Cambridge 1907.

Utmärkelser och hedersbetygelser

Lucasian professor i matematik vid Cambridge University
Från Royal Society, av vilket han blev stipendiat 1851, fick han Rumfordmedaljen 1852 som ett erkännande av hans undersökningar av ljusets våglängd och senare, 1893, Copleymedaljen.
År 1869 presiderade han över Exeter-mötet i British Association.
Från 1883 till 1885 var han Burnett-föreläsare i Aberdeen, hans föreläsningar om ljus, som publicerades 1884–1887, som behandlade dess natur, dess användning som ett undersökningsmedel och dess fördelaktiga effekter.
Den 18 april 1888 antogs han som Freeman i City of London.
Den 6 juli 1889 gjorde drottning Victoria honom till baronet som Sir George Gabriel Stokes från Lensfield Cottage i Baronetage i Storbritannien; titeln utslocknade 1916.
År 1891 publicerade han som Gifford-föreläsare en volym om naturlig teologi.
Medlem av preussiska orden Pour le Mérite
Doctor mathematicae (honoris causa) vid Det Kongelige Frederiks Universitet den 6 september 1902, då de firade hundraårsjubileet av matematikern Niels Henrik Abels födelse.
Stokes, en enhet av kinematisk viskositet, är uppkallad efter honom.
I juli 2017 namngav Dublin City University en byggnad efter Stokes som ett erkännande av hans bidrag till fysik och matematik.

Referenser

 Bra Böckers lexikon, 1980.

Noter

Vidare läsning
Wilson, David B., Kelvin and Stokes A Comparative Study in Victorian Physics, (1987) 

Peter R Lewis, Beautiful Railway Bridge of the Silvery Tay: Reinvestigating the Tay Bridge Disaster of 1879, Tempus (2004). 

PR Lewis, Disaster on the Dee: Robert Stephenson's Nemesis of 1847, Tempus Publishing (2007) 
 George Gabriel Stokes: Life, Science and Faith Edited by Mark McCartney, Andrew Whitaker, and Alastair Wood, Oxford University Press, 2019.

Se även 
 Stokes lag
 Stokes sats
 Stokes-skift
 Stokes-spridning
 Navier-Stokes ekvationer

Externa länkar 

 Biography on Dublin City University Web site
  (1907), ed. by J. Larmor
 Mathematical and physical papers volume 1 and volume 2 from the Internet Archive
 Mathematical and physical papers, volumes 1 to 5 from the University of Michigan Digital Collection.
 Life and work of Stokes
 Natural Theology (1891), Adam and Charles Black. (1891–93 Gifford Lectures)

Irländska matematiker
Irländska fysiker
Engelska matematiker
Engelska fysiker
Eponymer
Födda 1819
Avlidna 1903
Män
Ledamöter av Royal Society
Lucasiska professorer i matematik
Mottagare av Copleymedaljen