「消化の過程を完全に理解していないからといって、夕食を拒否すべきだろうか?」
Oliver Heavisideは、複素数を回路解析にもたらし、ラプラス変換に相当する微分方程式を解くための新しい技術を発明し、独立してベクトル計算を開発し、現在一般的に使われている形でMaxwellの方程式を書き直した、イギリスの独学の電気技術者、数学者、物理学者でした。彼はMaxwellの死後の数十年間、Maxwellの方程式がどのように理解され応用されるかについて大きな影響を及ぼしました。彼の通信線方程式の定式化は彼の生涯のうちに商業的に重要になりましたが、その重要性が長い間注目されていなかったのは、当時、彼の新しい方法論に精通している人がほとんどいなかったためです。Heavisideは人生の大部分を科学界と対立していましたが、彼は電気通信、数学、科学の様相を変えました。
伝記
初期生活
Heavisideは、ロンドンのCamden Townの55 Kings Street(現在のPlender Street)で生まれました。彼は背が低く赤毛の子どもで、若い時に猩紅熱にかかり、それが聴力障害を残しました。小さな遺産により、家族は彼が13歳の時にCamdenの良い地区に引っ越し、彼はCamden House Grammar Schoolに通わされました。彼は優秀な学生で、1865年に500人中5位に入りましたが、両親は彼を16歳以降学校に通わせることができなかったため、彼は1年間独学で勉強を続け、それ以上の正式な教育は受けませんでした。
Heavisideの婚外叔父はSir Charles Wheatstone 1802–1875で、国際的に有名な電信と電磁気学の専門家であり、1830年代半ばに最初の商業的に成功した電信の共同発明者でした。Wheatstoneは甥の教育に強い関心を持ち、1867年に彼を北に送り、Wheatstoneの電信会社の1つをNewcastle-upon-Tyneで管理していた彼自身の兄であるArthurと働くようにしました。
2年後、彼はデンマークの大北電信会社の電信オペレーターとして職を得て、イギリスの請負業者を使用してNewcastleからデンマークへケーブルを敷設しました。彼はすぐに電気技術者になりました。Heavisideは仕事をしながら勉強を続け、22歳までに、名高い『Philosophical Magazine』に「与えられた抵抗を与えられた検流計および電池で測定するためのWheatstone橋の最良の配置について」という論文を発表し、この代数問題を解くことに失敗した物理学者からの肯定的なコメントを受けました。その中には、彼が論文のコピーを与えたSir William Thomsonと、James Clerk Maxwellも含まれます。電信ケーブルの二重送信方法に関する論文を発表した時、彼は郵便局の電信システムのエンジニアである郵便局局長R. S. Culleyを嘲笑しました。Culleyは二重送信を非実用的であると解雇していました。1873年後に電信技術者協会への入会申請は、「電信事務職員は必要ない」というコメントで却下されました。これはHeavisideを怒らせ、彼はThomsonに身元保証人になるよう頼み、協会の会長の支援とともに、彼は「郵便局のスノブがいるにもかかわらず」認められました。
1873年、Heavisideはその後有名になるMaxwellが新しく出版した、2巻の『電気と磁気に関する論文』に出会いました。彼の老年期にHeavisideは思い出しました:
私が若い頃にMaxwellの偉大な論文を初めて見た時のことを覚えています...それが偉大で、より偉大で、最も偉大であることに気付き、その力には並外れた可能性があることがわかりました...私は本を習得することを決意し、取り組みました。私は非常に無知でした。数学的分析の知識がなく(学校の代数と三角法だけを学んでいたもののほとんど忘れていました)、したがって私の仕事は定まりました。本を十分に理解できるようになるまでに数年かかりました。その後、私はMaxwellを脇に置き、自分の道を進みました。そして、私はより速く進歩しました...私はMaxwellの私の解釈に従って福音を説くことを理解されるでしょう。
自宅から研究を行い、彼は伝送線理論(「通信線方程式」とも呼ばれる)の開発を支援しました。Heavisideは、電信線に均一に分布したインダクタンスが減衰と歪みの両方を減らすことを数学的に示し、インダクタンスが十分に大きく、絶縁抵抗がそれほど高くない場合、すべての周波数の電流が等しい伝搬速度を持つため、回路は歪みがないことを示しました。Heavisideの方程式は電信の実装をさらに促進するのに役立ちました。
中年期
1882年から1902年まで、3年を除いて、彼は業界紙『The Electrician』に定期的な記事を寄稿しました。同紙は立場を向上させたいと考えていました。彼は年間40ポンドで報酬を受け取りました。これは生活するにはほとんど不十分でしたが、彼の要求は非常に小さく、彼は最も望んでいることをしていました。1883年から1887年の間、これらは月平均2~3本の記事となり、これらの記事は後に彼の『電磁気理論』と『電気論文』の大部分を形成しました。
1880年、Heavisideは電信伝送線に対するスキン効果を研究しました。同じ年に、彼はイギリスで同軸ケーブルの特許を取得しました。1884年、彼はMaxwellの数学的分析をその元の厄介な形から(それはすでに四元数として再キャストされていました)現代のベクトル用語に再キャストし、それにより元の20方程式の12を20個の未知数で減らし、4つの微分方程式に2個の未知数を減らし、今ではMaxwell方程式として知られています。4つの再定式化されたMaxwell方程式は、静止および移動している電荷の性質、磁場、およびそれらの間の関係、すなわち電磁場を説明しています。
1880年から1887年の間に、Heavisideはpを使用した操作計算を開発し、直接解を代数方程式として微分方程式を解く方法を提供しました。これは後で、その厳密さの欠如のため、多くの論争を引き起こしました。彼は有名に、「数学は実験的な科学であり、定義は最初に来るのではなく、後に来ます。主語の性質がそれ自身を発展させたとき、彼らは自分たちを作ります。」と言いました。別の時に、彼は「消化の過程を完全に理解していないからといって、夕食を拒否すべきだろうか?」とやや防御的に尋ねました。
1887年、Heavisideは兄のArthurと「電話橋システム」というタイトルの論文で協力しました。しかし、その論文はArthurの上司であるPost Officeの郵便局局長William Henry Preeceによってブロックされました。なぜなら、提案の一部は、装荷コイル(インダクタ)を電話および電信線に追加して、それらの自己インダクタンスを増加させ、それらが受けた歪みを修正する必要があるためです。Preeceは最近、自己インダクタンスを明確な伝送の大きな敵だと宣言していました。Heavisideはまた、Preeceが『The Electrician』の編集者の解雇の背後にあると確信していました。これにより、彼の長期にわたる記事シリーズは1891年まで停止しました。PreeceとHeavisideの間には長い敵対の歴史がありました。Heavisideはpreeceを数学的に無能であると考えていました。この評価は伝記作家Paul J. Nahinによって支持されています。「Preeceは強力な政府関係者で、非常に野心的で、いくつかの注目すべき点で、完全な間抜けでした。」Preeceの動機は、Heavisideの仕事を抑制する際に、Preeceの自身の評判を保護し、誤りを認めることを避けるためのものであり、Heavisideの仕事の知覚された欠陥に関するものではありませんでした。
Heavisideの仕事の重要性は、『The Electrician』での出版後しばらくの間、発見されないままで、そのため、その権利は公開されました。1897年、AT&Tは独自の科学者George A. Campbellと外部調査官Michael I. Pupinを雇い、Heavisideの仕事が不完全または不正確な点を見つけました。CampbellとPupinはHeavisideの仕事を拡張し、AT&Tは、彼らの研究だけでなく、Heavisideが以前に発明したコイルを構築する技術的方法もカバーする特許を申請しました。AT&Tは後にHeavisideに彼の権利と引き換えにお金を提供しました。Bell技術者がHeavisideを尊重していることが、このオファーに影響を与えた可能性があります。しかし、Heavisideはそのオファーを拒否し、会社が彼に完全な認識を与えない限り、お金を受け入れることを拒否しました。Heavisideは慢性的に貧困で、彼のオファーの拒否をさらに顕著にしました。
しかし、この挫折はHeavisideの注意を電磁放射に向ける効果があり、1888年と1889年の2つの論文で、彼は移動電荷の周囲の電場と磁場の変形、およびそれがより密な媒体に入る際の影響を計算しました。これには現在Cherenkov放射として知られているものの予測が含まれ、彼の友人George FitzGeraldが現在Lorentz–FitzGerald短縮として知られているものを提案するよう促しました。
1889年、Heavisideは移動電荷粒子に対する磁力の正しい導出を最初に出版しました。これは現在Lorentz力と呼ばれているものの磁成分です。
1880年代後半から1890年代初頭にかけて、Heavisideは電磁質量の概念に取り組みました。Heavisideはこれを材料質量として扱い、同じ効果を生み出すことができました。Wilhelm Wienは後にHeavisideの低速での式を検証しました。
1891年、イギリスの王立協会はHeavisideの電磁現象の数学的記述への貢献を認め、彼をFellow of the Royal Societyと命名し、翌年、協会の『Philosophical Transactions』の50ページ以上を彼のベクトル方法と電磁気理論に充てました。1905年、Heavisideはゲッティンゲン大学から名誉博士号を授与されました。
後年と見方
1896年、FitzGeraldとJohn Perryは、現在Devonに住んでいるHeavisideのために年間120ポンドの公務員リスト年金を取得し、王立協会からの他の慈善的なオファーを拒否した後、彼にそれを受け入れるよう説得しました。
1902年、Heavisideは現在Kennelly–Heaviside層として知られている電離圏の存在を提案しました。Heavisideの提案には、電波が地球の曲率の周りに伝送される手段が含まれていました。電離圏の存在は1923年に確認されました。Heavisideの予測は、Planckの放射理論と合わせて、太陽および他の天体からの電波を検出する試みをおそらく阻止しました。何らかの理由で、Janskyが1932年に電波天文学を開発するまで、30年間試みがなかったようです。
後年、彼の行動はかなり奇抜になりました。同僚B. A. Behrendによると、彼は、『Electrician』論文の原稿をキオスクに配達するほど人と会うことを嫌がった隠遁者になりました。編集者はそこでそれらを拾い上げました。彼は若い頃に積極的なサイクリストでしたが、彼の健康は彼の6番目の十年で深刻に低下しました。この間、Heavisideは彼の名前の後に「W.O.R.M.」のイニシャルで手紙に署名します。Heavisideはまた、彼の爪をピンク色で塗り始め、家具のために花崗岩のブロックを彼の家に移動させたと報告されています。1922年、彼はその年に確立されたFaraday Medal の最初の受賞者になりました。
Heavisideの宗教的見方について、彼はユニテリアンでしたが、宗教的ではありませんでした。彼は至高の存在への信仰を置く人々を嘲笑したと言われています。
Heavisideは1925年2月3日にDevonのTorquayで死亡しました。梯子から落ちた後、Paignton墓地の東角の近くに埋葬されています。彼は彼の父Thomas Heaviside 1813–1896と彼の母Rachel Elizabeth Heavisideと一緒に埋葬されています。墓石は2005年のある時点で匿名の寄付者のおかげで清掃されました。彼の認識のほとんどは死後に得られました。
Heaviside記念プロジェクト
2014年7月、イギリスのNewcastle Universityとthe Newcastle Electromagnetics Interest Groupの学者は、公開購読を通じて完全にHeaviside記念碑を復元する努力において、Heaviside記念プロジェクトを設立しました。復元された記念碑は、Heavisideの遠い親戚であるAlan Heatherにより、2014年8月30日に儀式的に公開されました。公開は、Torbayの市長、Torbay国会議員、the Institution of Engineering and Technologyを代表する科学博物館の元保全者、Torbay Civic Societyの会長、およびNewcastle Universityからの代表者が出席しました。
The Heaviside Collection 1872–1923
Heavisideのノートブック、論文、通信、電信に関する注釈が付けられたパンフレットのコレクションは、the Institution of Engineering and Technology IET Archive Centreに保管されています。
革新と発見
Heavisideはベクトル方法とベクトル計算を開発および提唱するために多くのことをしました。Maxwellの電磁気学の定式化は20個の変数で20個の方程式で構成されていました。Heavisideはベクトル計算のカールと発散演算子を使用して、これらの20個の方程式の12個を、4つの変数B、E、J、ρの4つの方程式に再定式化しました。それ以来知られている形式を参照(Maxwell's equations)。あまり知られていないのは、Heavisideの方程式とMaxwellの方程式がまったく同じではなく、実際には、量子物理学と互換性を持つようにするために前者を変更する方が簡単です。重力波の可能性もHeavisideによってアナロジーを使用して論じられました。
