Devo rifiutare la mia cena perché non comprendo pienamente il processo della digestione?
Oliver Heaviside era un ingegnere elettrico autodidatta inglese, matematico e fisico che portò i numeri complessi all'analisi dei circuiti, inventò una nuova tecnica per risolvere equazioni differenziali equivalente alla trasformata di Laplace, sviluppò indipendentemente il calcolo vettoriale e riscrisse le equazioni di Maxwell nella forma comunemente usata oggi. Ha plasmato significativamente il modo in cui le equazioni di Maxwell sono comprese e applicate nei decenni successivi alla morte di Maxwell. La sua formulazione delle equazioni del telegrafista divenne commercialmente importante durante la sua stessa vita, dopo che il loro significato non fu notato per molto tempo, poiché pochi altri erano versati al tempo nella sua metodologia innovativa. Sebbene in disaccordo con l'establishment scientifico per la maggior parte della sua vita, Heaviside ha cambiato il volto delle telecomunicazioni, della matematica e della scienza.
Biografia
Primi anni
Heaviside è nato a Camden Town, Londra, al 55 Kings Street ora Plender Street. Era un bambino basso e dai capelli rossi, e ha sofferto di febbre scarlatta quando era giovane, che lo ha lasciato con un deficit uditivo. Un piccolo lascito ha permesso alla famiglia di trasferirsi in una parte migliore di Camden quando aveva tredici anni e fu mandato alla Camden House Grammar School. Era un buono studente, piazzandosi quinto su cinquecento studenti nel 1865, ma i suoi genitori non potevano mantenerlo a scuola dopo i 16 anni, quindi ha continuato a studiare da solo per un anno e non ha ricevuto ulteriore istruzione formale.
Lo zio di Heaviside per matrimonio era Sir Charles Wheatstone 1802–1875, un esperto celebrato internazionalmente in telegrafia ed elettromagnetismo, e il co-inventore originale del primo telegrafo commercialmente di successo a metà degli anni 1830. Wheatstone ha preso un forte interesse nell'educazione di suo nipote e nel 1867 lo ha mandato a nord per lavorare con il suo stesso, fratello maggiore Arthur, che gestiva una delle società telegrafiche di Wheatstone a Newcastle-upon-Tyne.
Due anni dopo ha preso un lavoro come operatore telegrafico con la Danish Great Northern Telegraph Company posando un cavo da Newcastle alla Danimarca utilizzando appaltatori britannici. Presto divenne un elettricista. Heaviside ha continuato a studiare mentre lavorava, e all'età di 22 anni ha pubblicato un articolo nella prestigiosa Philosophical Magazine su "The Best Arrangement of Wheatstone's Bridge for measuring a Given Resistance with a Given Galvanometer and Battery" che ha ricevuto commenti positivi da fisici che avevano tentato senza successo di risolvere questo problema algebrico, incluso Sir William Thomson, al quale ha dato una copia dell'articolo, e James Clerk Maxwell. Quando ha pubblicato un articolo sul metodo duplex di utilizzo di un cavo telegrafico, ha fatto scherzi su R. S. Culley, l'ingegnere capo del sistema telegrafico dell'Ufficio Postale, che era stato scartando il duplex come impraticabile. Più tardi nel 1873 la sua domanda di adesione alla Society of Telegraph Engineers è stata respinta con il commento che "non volevano impiegati telegrafici". Questo ha irritato Heaviside, che ha chiesto a Thomson di patrocinarlo, e con il sostegno del presidente della società è stato ammesso "nonostante gli snob dell'Ufficio Postale".
Nel 1873 Heaviside aveva incontrato il Treatise on Electricity and Magnetism di Maxwell, appena pubblicato e successivamente famoso, in due volumi. Nella sua vecchiaia Heaviside ha ricordato:
Ricordo il mio primo sguardo al grande trattato di Maxwell quando ero un giovane... Ho visto che era grande, più grande e grandissimo, con possibilità prodigiose nella sua potenza... Ero determinato a padroneggiare il libro e mi misi al lavoro. Ero molto ignorante. Non avevo conoscenza dell'analisi matematica (avendo imparato solo l'algebra e la trigonometria della scuola che avevo in gran parte dimenticato) e così il mio lavoro era stabilito per me. Mi ci vollero parecchi anni prima di poter capire il più possibile. Poi ho messo da parte Maxwell e ho seguito il mio percorso. E ho progredito molto più velocemente... Sarà compreso che predico il vangelo secondo la mia interpretazione di Maxwell.
Intraprendendo ricerche da casa, ha contribuito a sviluppare la teoria delle linee di trasmissione, nota anche come "equazioni del telegrafista". Heaviside ha dimostrato matematicamente che l'induttanza uniformemente distribuita in una linea telegrafica diminuirebbe sia l'attenuazione che la distorsione, e che, se l'induttanza fosse abbastanza grande e la resistenza dell'isolamento non troppo alta, il circuito sarebbe senza distorsione in quanto le correnti di tutte le frequenze avrebbero velocità di propagazione uguali. Le equazioni di Heaviside hanno aiutato ulteriormente l'implementazione del telegrafo.
Anni di mezzo
Dal 1882 al 1902, ad eccezione di tre anni, ha contribuito con articoli regolari al giornale commerciale The Electrician, che desiderava migliorare il suo status, per il quale è stato pagato £40 all'anno. Questo era appena sufficiente per vivere, ma le sue esigenze erano molto piccole e stava facendo quello che voleva di più. Tra il 1883 e il 1887 questi in media 2–3 articoli al mese e questi articoli in seguito hanno costituito la maggior parte della sua Electromagnetic Theory e Electrical Papers.
Nel 1880, Heaviside ha ricercato l'effetto pelle nelle linee di trasmissione telegrafica. Quello stesso anno ha brevettato, in Inghilterra, il cavo coassiale. Nel 1884 ha riformulato l'analisi matematica di Maxwell dalla sua forma originale goffa che erano già stati riformulati come quaternioni alla sua terminologia vettoriale moderna, riducendo così dodici delle venti equazioni originali in venti incognite alle quattro equazioni differenziali in due incognite che ora conosciamo come equazioni di Maxwell. Le quattro equazioni di Maxwell riformulate descrivono la natura delle cariche elettriche sia statiche che in movimento, dei campi magnetici e della relazione tra i due, vale a dire i campi elettromagnetici.
Tra il 1880 e il 1887, Heaviside ha sviluppato il calcolo operazionale utilizzando p, fornendo un metodo per risolvere equazioni differenziali mediante soluzione diretta come equazioni algebriche. Questo in seguito ha causato una grande controversia, a causa della sua mancanza di rigore. Ha detto famosamente: "La matematica è una scienza sperimentale e le definizioni non vengono per prime, ma più tardi. Si fanno da sole, quando la natura del soggetto si è sviluppata." In un'altra occasione ha chiesto in modo un po' più difensivo: "Devo rifiutare la mia cena perché non comprendo pienamente il processo della digestione?"
Nel 1887, Heaviside ha lavorato con suo fratello Arthur su un articolo intitolato "The Bridge System of Telephony". Tuttavia l'articolo è stato bloccato dal superiore di Arthur, William Henry Preece dell'Ufficio Postale, perché parte della proposta era che le bobine di carico gli induttori dovessero essere aggiunte alle linee telefoniche e telegrafiche per aumentare la loro auto-induttanza e correggere la distorsione che hanno subito. Preece aveva recentemente dichiarato che l'auto-induttanza era il grande nemico della trasmissione chiara. Heaviside era anche convinto che Preece fosse dietro il licenziamento dell'editor di The Electrician che ha portato la sua lunga serie di articoli a fermarsi fino al 1891. C'era una lunga storia di animosità tra Preece e Heaviside. Heaviside considerava Preece matematicamente incompetente, una valutazione sostenuta dal biografo Paul J. Nahin: "Preece era un potente funzionario governativo, enormemente ambizioso, e in alcuni modi straordinari, un completo incapace." Le motivazioni di Preece nel sopprimere il lavoro di Heaviside avevano più a che fare con la protezione della propria reputazione e l'evitamento di dover ammettere un errore rispetto a qualsiasi colpa percepita nel lavoro di Heaviside.
L'importanza del lavoro di Heaviside rimase scoperta per qualche tempo dopo la pubblicazione in The Electrician, e così i suoi diritti si trovavano nel dominio pubblico. Nel 1897, AT&T ha impiegato uno dei suoi stessi scienziati, George A. Campbell, e un investigatore esterno Michael I. Pupin per trovare qualche aspetto in cui il lavoro di Heaviside fosse incompleto o errato. Campbell e Pupin hanno esteso il lavoro di Heaviside, e AT&T ha depositato brevetti che coprivano non solo la loro ricerca, ma anche il metodo tecnico di costruzione delle bobine precedentemente inventate da Heaviside. AT&T in seguito ha offerto a Heaviside soldi in cambio dei suoi diritti; è possibile che il rispetto degli ingegneri Bell per Heaviside abbia influenzato questa offerta. Tuttavia, Heaviside ha rifiutato l'offerta, declinando di accettare denaro a meno che l'azienda non gli desse pieno riconoscimento. Heaviside era cronicamente povero, il che rende il suo rifiuto dell'offerta ancora più sorprendente.
Ma questo contrattempo ha avuto l'effetto di rivolgere l'attenzione di Heaviside verso la radiazione elettromagnetica, e in due articoli del 1888 e 1889, ha calcolato le deformazioni dei campi elettrici e magnetici che circondano una carica in movimento, così come gli effetti di essa che entra in un mezzo più denso. Questo includeva una previsione di quella che ora è nota come radiazione Cherenkov, e ha ispirato il suo amico George FitzGerald a suggerire quella che ora è nota come la contrazione di Lorentz–FitzGerald.
Nel 1889, Heaviside ha pubblicato per la prima volta una derivazione corretta della forza magnetica su una particella carica in movimento, che è il componente magnetico di quello che ora è chiamato la forza di Lorentz.
Tra la fine degli anni 1880 e l'inizio degli anni 1890, Heaviside ha lavorato sul concetto di massa elettromagnetica. Heaviside l'ha trattata come una massa materiale, capace di produrre gli stessi effetti. Wilhelm Wien in seguito ha verificato l'espressione di Heaviside per basse velocità.
Nel 1891 la Royal Society britannica ha riconosciuto i contributi di Heaviside alla descrizione matematica dei fenomeni elettromagnetici nominandolo Fellow della Royal Society, e l'anno successivo dedicando più di cinquanta pagine delle Philosophical Transactions della Società ai suoi metodi vettoriali e alla teoria elettromagnetica. Nel 1905 a Heaviside è stato assegnato un dottorato onorario dall'Università di Göttingen.
Anni successivi e opinioni
Nel 1896, FitzGerald e John Perry hanno ottenuto una pensione della lista civile di £120 all'anno per Heaviside, che ora viveva nel Devon, e lo hanno persuaso di accettarla, dopo che aveva rifiutato altre offerte di beneficenza da parte della Royal Society.
Nel 1902, Heaviside ha proposto l'esistenza di quella che è ora conosciuta come lo strato di Kennelly–Heaviside della ionosfera. La proposta di Heaviside includeva mezzi con cui i segnali radio vengono trasmessi attorno alla curvatura terrestre. L'esistenza della ionosfera è stata confermata nel 1923. Le previsioni di Heaviside, combinate con la teoria della radiazione di Planck, probabilmente hanno scoraggiato ulteriori tentativi di rilevare onde radio dal Sole e da altri oggetti astronomici. Per qualsiasi motivo, sembra che non ci siano stati tentativi per 30 anni, fino allo sviluppo dell'astronomia radio di Jansky nel 1932.
Negli anni successivi il suo comportamento divenne piuttosto eccentrico. Secondo l'associato B. A. Behrend, è diventato un recluso che era così contrario a incontrare le persone che consegnava i manoscritti dei suoi articoli di Electrician a un negozio di alimentari, dove gli editori li ritiravano. Sebbene fosse stato un ciclista attivo nella sua gioventù, la sua salute è seriamente declinata nel suo sesto decennio. Durante questo periodo Heaviside firmerebbe le lettere con le iniziali "W.O.R.M." dopo il suo nome. Heaviside avrebbe anche iniziato a dipingersi le unghie di rosa e avrebbe fatto spostare blocchi di granito nella sua casa per i mobili Nel 1922, è diventato il primo destinatario della Medaglia Faraday, che è stata istituita quell'anno.
Sulle opinioni religiose di Heaviside, era un unitariano, ma non uno religioso. Si diceva addirittura che scherzasse con le persone che ripongono la loro fede in un essere supremo.
Heaviside è morto il 3 febbraio 1925, a Torquay nel Devon dopo essere caduto da una scala, ed è sepolto vicino all'angolo orientale del cimitero di Paignton. È sepolto con suo padre, Thomas Heaviside 1813–1896 e sua madre, Rachel Elizabeth Heaviside. La lapide è stata pulita grazie a un donatore anonimo in qualche momento del 2005. La maggior parte del suo riconoscimento è stato guadagnato postumamente.
Progetto Memoriale Heaviside
Nel luglio 2014, accademici dell'Università di Newcastle, Regno Unito e il Newcastle Electromagnetics Interest Group hanno fondato il Progetto Memoriale Heaviside nel tentativo di ripristinare completamente il monumento attraverso una sottoscrizione pubblica. Il memoriale restaurato è stato solennemente inaugurato il 30 agosto 2014 da Alan Heather, un parente lontano di Heaviside. L'inaugurazione è stata preceduta dal Sindaco di Torbay, dal deputato per Torbay, da un ex curatore del Science Museum in rappresentanza dell'Institution of Engineering and Technology, dal Presidente della Torbay Civic Society e da delegati dell'Università di Newcastle.
La Raccolta Heaviside 1872–1923
Una raccolta dei quaderni, carte, corrispondenza, note e opuscoli annotati di Heaviside sulla telegrafia è conservata presso l'Institution of Engineering and Technology IET Archive Centre.
Innovazioni e scoperte
Heaviside ha fatto molto per sviluppare e promuovere i metodi vettoriali e il calcolo vettoriale. La formulazione di Maxwell dell'elettromagnetismo consisteva in 20 equazioni in 20 variabili. Heaviside ha impiegato gli operatori rotore e divergenza del calcolo vettoriale per riformulare 12 di queste 20 equazioni in quattro equazioni in quattro variabili B , E , J e ρ , la forma con cui sono stati conosciuti da allora in poi vedere le equazioni di Maxwell. Meno noto è che le equazioni di Heaviside e quelle di Maxwell non sono esattamente le stesse, e in realtà è più facile modificare le prime per renderle compatibili con la fisica quantistica. La possibilità di onde gravitazionali è stata anche discussa da Heaviside usando l'analogia
