Оливер Хевисајд

Оливер Хевисајд (|Oliver Heaviside; — ) — самоук англиски електроинженер, математичар, и физичар кој ги адаптирал комплексните броеви кои се прилагодуваат на електричните кола, измислил математички техники за решавање на диференцијални равенки (подоцна е утврдено дека се еквивалентни на Лапласова трансформација), и го реформулирал Максвеловото поле на равенки во однос на електричната и магнетна сила и флуксова енергија, и независно ја ко-формулирал векторска анализа. Иако бил во постојан судир со научните основања поголемиот дел од неговиот живот, Хевисајд го сменил изгледот на телекомуникациите,математиката и науката за годините кои следат.
1 Животопис
1.1 Младост
Хевисајд е роден на 55 Кингс Стрит (ега Плендер улица) во Лондоновиот Камден Таун. Бил низок и црвенокос и боледувал од шарлах кога бил млад, која го оставила со оштетен слух. Мало наследство му овозможило на семејството да се преселат во поголемиот дел во Камден кога тој имал 13 години каде што бил испратен во Камден Граматичкото Школо. Бил добар ученик (бил петти од пет стотини студенти во 1865) но неговите родители не можеле да го задржат во школо откако наполнил 16 години, така што тој продолжил да учи дома сам уште една година. Нема понатамошно формално образование.
Чичкото на Хевисајд ја стекнал титулата Сер со стапувањето во брак Чарлс Ветстоун (1802–1875), оригиналниот коизумител на првиот комерцијално успешен тееграф во средината на 1830-тите, како и меѓународно признатиот експерт во телеграфија и електромагнетизам. Ветстоун земал голем интерес во школувањето на неговиот внук. и во 1867 го пратил да работи заедно со неговиот постар брат Артур кој раководел една од телеграфските компании на Ветстоун Newcastle-upon-Tyne.
Две години подоцна тј се вработил како телеграфски оператор заедно со Данската Голема Северна телеграф компанија поставил кабел од Њукасл Данска користејки Британски изведувачи, наскоро станал електричар. Хевисајд продолжил да учи додека работел, додека на возраст од 22 години објавил статија во престижното Филозофско Списаните за "Најдобар аранжман на Ветстоновиот мост за мерење на Даден Отпор со Даден Галанометар и Батерија" која добила позитивна критика од физичарите кои неуспешно се обиделе да го решат овој алгебарски проблем, вклучувајќи ги и Сер Вилиам Томсон, на кого му дал копија од документот и Џејмс Кларк Маквел. Како и да е, кога ја објавил статијата за дуплекс метод на користење на телеграфски кабел, тој отишол кај Р. С. Кулеј, главниот инженер на Пошта и телеграф систем кој сметал дека дуплекс е непрактичен. Подоцна во 1873, неговата апликација за придружување на Општеството на Телеграф инженери била одбиена со коментар дека "тие не сакале телеграфски службеници". Ова го налутило Хевисајд кој го замолил Томсон да го спонзорира, додека пак со поддршката и од претседателот тој бил примен "покрај П.О. снобови".
Во 1873 Хевисајд се сретнал со Максвеловата најнова објавена, а ден-денес позната, во два тома ''Расправа за електрицитет и магнетизам''. Во неговите стари години Хевисајд рекол:
Правејќи истражувања од дома,тој помогнал да се развие телеграфската линија теоријата (позната и како "''телеграфски равенки''"). Хевисајд ја покажал математички дека рамномерно распределената индуктивност во телеграфската линија би ги намалила слабеењето и нарушувањето, и дека,ако индуктивноста е доволно голема и изолација отпор не е премногу висок, коло нема да биде нарушена додека моменталнаод сите честоти ќе има еднаква брзина како и размножувањето. Хевисајдовите равенки помогнаа во понатамошните имплрементации на телеграфот.
1.2 Кариера
Од 1882 до 1902, освен 3 години, тој придонел редовни артикли на трговијата со хартија ''Електричарот'', кој сакал да ја подобри својата позиција, за која бил плате 40 евра годишно. Оваа сума не била доволна за нормално живеење, но неговите барања биле многу мали а воедно и тој го работел тоа кое отсекогаш сакал да го работи. Помеѓу 1883 и 1887 месечно биле објавувани по 2-3 статии кои подоцна го формирале најголеимот дел од неговата ''Електромагнетна теорија'' и ''Електрични Трудови''.
Во 1880, Хевисајд го истражувал ефектот на кожата во телеграфските трансмисиони линии. Истата година го патентирал, во Англија, коксијалниот кабел. Во 1884 тој ја преработил Макселовата математичка анализа од нејзината оригинална тешка форма (тие веќе се преформулираат како кватерниони) до нивната вектор терминологија, со што се намалуваат 12 од оригиналните 20 равенки, 20 непознати сведува на 4 диференцијални равенки во 2 непознати кои сега ги знаеме како Максвелови равенки. 4те реформулирани Максвелови равенки ја опишуваат природата на статички и подвижни електрични полнења и магентски диполи,а воедно и врската меѓу тие две, електромагнетни индукции.
Помеѓу 1880 и 1887, Хевисајд ја развил оперативната анализа (вклучувајќи ја ''Д'' нотаијата за диференцијалниот оператор, за кој е заслужен за создавањето), метод на решавање на диференцијални равенки со нивно трансформирање во обични алгебарски равенки кои предизвикале голема контраверзност кога биле претставени за првпат,жто се должи на недостатокот на строгост во нејзиното изведување. Тој кажал, "Математиката е експериментална наука,за која дефинициите не доааѓаат веднаш, туку малу подоцна." Тој одговорил на критиките за неговата употреба на оператори кои не биле јасно дефинирани. Во друга прилика тој изјавил во своја одбрана, "Јас не одбивам да вечерам едноставно бидејќи не го разбирам процесот на дигестија."
Во 1887, Хевисајд работел заедно со неговиот брат Артур на труд со име "The Bridge System of Telephony". Меѓутоа трудот бил блокиран од страна на противникот на Артур, Вилијам Хенри Приц на Пошта, бидејќи дел од предлогот бил loading coil (inductors) треба да бидат додадени на телефонските и телеграфски линии со цел да се зголеми нивната индукција и да се поправи нарушувањето кои го претрпеле. Приц од неодамна изјавил дека само-индуктивноста е најглемиот непријател на јасната трансмисија. Хевисајд бил исто така убеден дека Приц стои зад разрешувањето на уредникот на ''Електричарот'' кој ги донел своите долготрајни написи во застој (се до 1891). Имало долга историја на непријателство помеѓу Хевисајд и Приц. Хевисајд сметал дека При е математички некомпетентен; проценката била поддржана од биографот Paul J. Nahin: "Приц беше моќен владин претставник, премногу амбициозен, а во некои неверојатни начини, краен шупак." Мотивациите на Приц за спречувањето на работата на Хевисајд, биле повеќе за да се зачува репутацијата на Приц и да се избегне признавањето на грешка отколку дека тој е виновен за грешките во работата на Хевисајд.
Важноста на работата на Хевисајд останала неоткриена некое време после издавањето на ''Електричарот'', така да неговите права лежат во јавна сопственост. Во 1897, AT&T биле најмени еден од неговите вработени научници, George A. Campbell, и надворешен детекив Michael I. Pupin да најдат некој дел од работата на Хевисајд кој е неточен или пак недовршен. Кемпбел и Пупин ја прошириле работата на Хевисајд и AT&T кои биле полни со патенти кои ги покривале не само нивните истражувања туку и техничкиот метод на градење на коели кои претходно биле измислени од Хевисајд. AT&T подоцна му понудиле пари на Хевисајд во замена за неговите авторски права; можно е дека почитта која ја имале инженерите на Бел влијаела врз оваа понуда. Меѓутоа, Хевисајд ја одбил оваа понуда,одбивајки да прифати каква било сума на пари освен ако тие не му дадат целосно признавање. Хевисајд бил хронично сиромашен и со тоа, тоа што тој ја одбил понудата направил се да изгледа уште почудно.
Меѓутоа овој неуспех имал ефект во свртувањето на вниманието на Хевисајд спрема електромагнетното зрачење,и во два труда во 1888 и 1889, Хевисајд ги собрал деформациите на електричните и магнетни полиња кои ги обиколуваат движечките честички, а воедно и вклучува предвидување кое е сега познато како Черенково Зрачење кое го инспирирало неговиот пријател Џорџ ФитцЏералд да го педложи тоа кое е сега познато како Лоренц ФитџЏералдова контракција.
Во 1889, Хевисајд го објавил првото издание за правилно изведување на магнетна сила на движечки честички. која сега е наречена Лоренцова Сила.
Во доцните 1890, Хевисајд работел на концептот на електромагнетната маса. Хевисајд се однесувал спрема ова како материјал маса, способна за создавање на исти ефекти. Wilhelm Wien подоцна го потврдил овој израз (за ниска брзини).
Во 1891 Британското Кралско Друштво ги препознала Хевисајдовите придонеси во математичкиот опиц на електромагнетниот феномен со тоа што го именувале како Припадник на Кралското Друштво, а во годината која следувала биле посветени повеќе од 50 страници на ''Филозофски Трансакции'' на Друштвото на неговите вектор методи и електромагнетната теорија. Во 1905 на Хевисајд му бил доделен хонорарен докторат од страна University of Göttingen.
1.3 Подоцнежни години и ставови
Во 1896, Фитцџералд и John Parry добиле граѓанска пензија од £120 годишно за Хевисајд,кој сега живеел во Девон, го убедувале да ја прифати, откако тој одбил неколку хуманитрани понуди од Кралското Друштво.
Во 1902, Хевисајд го предложил постоењето на тоа кое е сега познато како Kennelly–Heaviside layer од јоносферата. Хевисајдовиот предлог ги вклучил средствата со кои радио-сигналите се пренесуваат околу Земјината топка. Постоењето на јоносферата било потврдено во 1923. Предвидувањата на Хевисајд, комбинирани со радиационата теорија на Planck, можеби ги обесхрабрила понатамошните обиди за детектирање на радио бранови од Сонцето и други астрономни објекти. Не се знае од која причина, меѓутоа немало никакви обиди 30 години, сè до напредокот на Јански за радиоастрономија во 1932.
Во подоцнежните години, неговото однесување станало поприлично ексцентрично. Според неговиот придружник B. A. Behrend, тој станал осаменик кој бил толку многу против средби со луѓе, што почнал да ги испраќа скриптите од неговиот ''Електричар'' до самопослуга од каде што уредниците ги зимале. Иако бил активен велосипедист во неговата младост, неговото здравје сериозно било нарушено во неговите 60-ти години. Во овој период Хевисајд пишувал букви со иницијалите "''W.O.R.M.''" после неговото име. Хевисајд исто така започнал да ги лакира своите нокти со розова боја и имал гранитни блокови наместо намештај во неговата куќа. Во 1922, тој станал првиот добитник на Faraday Medal, која била формирана истата година.
Во религиозните погледи на Хевисајд, тој бил Unitarian, но не бил религиозен. Дури и било кажано дека ги исмејувал оние кои ја ставале својата верба во рацете на Семоќниот.
Хевисајд починл во Torquay во Девон и бил погребан блиску до источниот ќош на Paignton гробиштата. Бил закопан заедно со неговиот татко, Томас Хевисајд и неговата мајка, Рејчел Елизабет Хевисајд. Надгробната плоча била исчистена благодарејки на анонимен дарител во 2005. Поголемиот дел од неговите дела се признати после смртта.
1.4 Хевисајдов меморијален проект
Во July 2014, академиите во Њукаселовиот универзитет, Електромагнетната Група на Интереси која го создала Хевисајд Спомен Проектот сакале целосно да го реставрираат споменикот преку јавна претплата. Реставрираниот споменик бил свечено откриен на 30 August 2014 од Alan Heather, далечен роднина на Хевисајд. На откривањето присуствувал градоначалникот на Торбеј, пратеникот на Турбеј екс-кураторот на Музејот за Наука (representing the Institution of Engineering and Technology), и претседателот на Турбеј на граѓанското општество.
2 Иновации и откритија
Хевисајд направил многу во развојот на вектор методи и вектор калкулус. Максвеловата формулација електромагнетизам се состои од 20 равенки и 20 променливи. Хевисајд ги вработил curl и дивергенција операторите на вектор калкулус со цел да се реформулираат 12 од овие 20 равенки во 4 равенки 4 променливи (B, E, J, and ρ), формата со која од тогаш се познати (види Максвелови равенки). Помалку познато е дека Максвеловите равенки и Хевисајдовите равенки не се исти, фактички полесно е да се модифицираат за да се направат компатибилни со квантната физика.
Тој ја измислил Хевисајдовата функција и ја вработил да се моделира тековна во електрично поле. Тој го измислил оператор метода за решавање на линеарни диференијални равенки, која наликува на тековната Лапласова трансформација метода (види инверзна Лапласова трансформација, позната како "Bromwich integral"). Британскиот математичар Thomas John I'Anson Bromwich подозна измислил ригорозни математички оправдувања за Хевисајдовиот оператор метод.
Хевисајд ја напреднал идејата дека највисокиот слој на Земјината атмосфера содржи јонизиран слој познат како јоносфера; Во оваа смисла, тој го предвидел постоењето на Кенли-Хевисајдов слој. Во 1945 Едвард Виктор Аплетон ја примил Нобеловата награда во Физика за докажување дека овој слој навистина постои. Хевисајд ја развил теоријата за преносна линија (позната како "телеграфски равенки"), кои го имале ефектот на зголемување на преносот преку трансантлантски кабли со 10 фактор. Оригинално биле поребни 10 минути за трансмитување на секој сигнал и моментално се подобрува на еден сигнал во минута. Поврзано со ова е откритието дека телефонските трансмисии би можеле да се подобрат со поставување електична индуктивност серии заедно се кабелот. Heaviside also independently discovered the Poynting vector.
2.1 Електромагнетни термини
Heaviside coined the following terms of art in electromagnetic theory:
* admittance (December 1887);
* conductance (September 1885);
* electret for the electric analogue of a permanent magnet, or, in other words, any substance that exhibits a quasi-permanent electric polarization (e.g. ferroelectric);
* impedance (July 1886);
* inductance (February 1886);
* permeability (September 1885);
* permittance (later susceptance; June 1887);
* reluctance (May 1888).
3 Објавени дела
* 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", ''Philosophical Transaction of the Royal Society A'' 183:423–80.
**** 1893, " " ''The Electrician''.
****** 1951. ''Electromagnetic theory: The complete & unabridged edition''.
***
4 Поврзано
* Physics: Microwave, 1850 in science
* Mathematics: Analytical Society, Differential operator, Quaternions, Vector calculus
* Other: Heaviside condition
5 Дополнителна литература
Подредена по датуми.
******** Laithwaite, E. R., "''Oliver Heaviside – establishment shaker''". Electrical Review, 12 November 1982.
**** James B. Calvert (2002) , from University of Denver.
*