Oliver Heaviside

Oliver Heaviside (18. maaliskuuta 1850 Lontoo – 3. helmikuuta 1925 Devon) oli brittiläinen itseoppinut insinööri, matemaatikko ja fyysikko. Hän sai enemmälti julkisuutta töistään vasta kuoltuaan. Hän ei ollut täysin itseoppinut, vaan kävi koulua 16-vuotiaaksi, jolloin hän sen keskeytti huolimatta hyvästä menestyksestään. Hän oli sairastanut lapsena tulirokon, mistä syystä hän oli osittain kuuro.

Elämäntyönään hän sovelsi kompleksilukuja sähköpiireihin, kehitti tekniikoita differentiaaliyhtälöiden ratkaisemiseksi Laplacen muunnosten avulla ja muotoili uudelleen Maxwellin kenttäyhtälöt soveltuviksi sähköisten ja magneettivoimien kuvaamiseen. Hän oli myös muotoilemassa vektorianalyysiä.

Varhainen elämä 
Oliver Heaviside syntyi vuonna 1850 Lontoossa. Hänen vanhempansa olivat Rachel Elizabeth West ja Thomas Heaviside. Oliver oli nuorin perheen neljästä pojasta. Oliver sairastui lapsena tulirokkoon, mikä vaikutti hänen kuuloonsa ja myöhemmin tällä oli suuri vaikutus hänen elämäänsä. Hän oli lapsena tyytymätön itseensä ja suhteet muihin lapsiin olivat hankalat. Hän kävi koulua 16-vuotiaaksi asti, jolloin hän keskeytti sen huolimatta hyvästä menestyksestään. Hän oli enemmän tyytymätön kouluun, kuin oppimiseen ja hän jatkoi opiskelua koulun jälkeen. Koulun jätettyään hän ryhtyi tutustumaan Morsen aakkosiin sekä sähkömagnetismiin ja opiskeli kieliä, etenkin saksaa ja tanskaa. Vuonna 1868 Heaviside matkusti Tanskaan ja hänestä tuli sähköttäjä. Hän eteni urallaan nopeasti ja hän palasi Englantiin vuonna 1871 ottaakseen vastaan viran vastaan Newcastlessa Great Northern Telegraph Companyssa, jossa käsiteltiin ulkomaan liikennettä.

Tutkijan ura 

Newcastlessa toimiessaan Heaviside ryhtyi vakavaan tutkimustyöhön. Hän tuli yhä kasvavassa määrin kuurommaksi, mutta hän teki työnsä ohella omia tutkimuksiaan sähköstä. Hän alkoi julkaista omia kirjoituksiaan ensimmäisen vuonna 1872 ja toisen vuonna 1873. Heavisidea kiinnosti etenkin James Clerk Maxwellin laatimat Maxwellin yhtälöt, joiden avulla pystyttiin käsittämään klassillisen sähkömagnetismin kaikkia ilmiöitä. Maxwellin yhtälöt olivat 1800-luvun fyysikoille liian vaikeatajuisia, mutta Heaviside oli niitä harvoja jotka ymmärsivät teorian ja hän jatkoi niiden kehittelyä.

Vuonna 1874 Heaviside jätti kokonaan työnsä ja keskittyi tutkimuksiinsa. Hän eristäytyi ulkomaailmasta ja hän sai elantonsa vanhempiensa ja ystäviensä avustuksella, sekä satunnaisista kirjoituspalkkioista. Elämäntyönään hän kehitti Maxwellin yhtälöistä yksinkertaistetumman version. Hän oli ensimmäinen tutkija joka sovelsi vektorilaskentaa ja negatiivisen resistanssin käsitettä.

Hän keksi myös lennätinjohtojen teorian ja miten signaalin siirtoa voitiin parantaa induktanssikelojen avulla. Tällä oli suuri taloudellinen merkitys, sillä oli tärkeää tehdä siirtojohdoista mahdollisimman ohuita ja mahdollisimman halvasta metallista, koska siirtoyhteydet olivat pitkät. Heaviside ei koskaan hyötynyt itse keksinnöstään taloudellisesti. Heaviside oivalsi miten kaapelin vaimennus voidaan laskea, ja hän totesi että siirtojohdossa signaali kulkee johdon eri osissa eri nopeudella, jolloin signaali vääristyy. Hän kehitti sarjainduktanssin teorian, jonka perusteella hän lisäsi kaapelin induktanssia lisäämällä tietyin välein sarjaan asennettuja keloja.

Tätä samaa teoriaa sovelsivat myöhemmin George Campbell ja Mihajlo Pupin, joka piti ideaa omana keksintönään. Pupin julkaisi teoriasta kirjoituksen ja menetelmää on sittemmin kutsuttu kaapelin pupinoinniksi. Tätä ennen käytössä oli jo Campbellin suunnittelemia keloja, ja Campbellin ja Pupinin välille syntyi patenttikiista, mutta Heavisiden osuudesta keksinnössä osapuolet vaikenivat, sillä patentit saattaisivat raueta jos Heavisiden osuus keksinnöistä tulisi ilmi. Pupin voitti patenttikiistan, sillä Campbellin työnantaja Bell-yhtiö lunasti patentin Pupinilta saadakseen kiistan raukeamaan, jotta Heavisiden osuus ei tulisi ilmi kiistan pitkittyessä.

Patenttikiistan aikaan Heaviside jatkoi omia tutkimuksiaan. Kun Guglielmo Marconi oli vuonna 1901 saanut radioteitse yhteyden Atlantin yli, fyysikot olivat ymmällään siitä miten tämä oli mahdollista. Suora tie maan läpi vaimensi signaalia liikaa, ja voitiin myös osoittaa mahdottomaksi radioaaltojen kaartuminen ilmakehässä, sillä ilman taitekerroin muuttuu niin loivasti että radioaallot eivät kaarru tarpeeksi. Teoria että radioaallot kaartuvat maan pinnan mukana, oli liian monimutkaista osoittaa todeksi. Heaviside ratkaisi selittämättömän ongelman vuonna 1918, hän oivalsi että ilmakehässä on sähköä johtava kerros josta radioaallot heijastuvat takaisin maanpintaan. Tätä ideaa esitti myös Arthur E. Kennelly. Tätä kerrosta kutsuttiinkin aluksi Kennellyn-Heavisiden kerrokseksi, kunnes se nimettiin myöhemmin ionosfääriksi.

Heaviside ei koskaan hyötynyt keksinnöistään taloudellisesti, eikä hän saanut niistä kunniaa elinaikanaan. Hän eli varattomana sukulaistensa ja ystäviensä tuella. Hän ei myöskään suostunut ottamaan vastaan kaikkia hänelle myönnettyjä apurahoja. Oliver Heaviside kuoli 72-vuotiaana vuonna 1925. Hänen merkityksensä sähkötekniikan kehityksessä on suuri, vaikkakin se on jäänyt muiden keksijöiden varjoon.

Lähteet

Viitteet 

Brittiläiset insinöörit
Brittiläiset fyysikot
Kuurot henkilöt
Vuonna 1850 syntyneet
Vuonna 1925 kuolleet