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奥利弗·亥维赛

英国物理学家、电子工程师（1850—1925）

奥利弗·亥维赛（英语：Oliver Heaviside，1850年5月18日—1925年2月3日）是一名英国物理学家和电子工程师。他没有接受过正规的高等教育，作风古怪[2]，不太重视严格的数学论证，善以直觉进行论述和演算，在数学和工程上做出了众多原创性成就。他通过数年时间自学微积分和麦克斯韦的《电磁通论（英语：A Treatise on Electricity and Magnetism）》，创立矢量分析学，并将电磁学中最著名的麦克斯韦方程组改写为今天人们所熟知的形式。

奥利弗·亥维赛
Oliver Heaviside
出生(1850-05-18)1850年5月18日
 英国英格兰米德塞克斯康登镇
逝世1925年2月3日(1925岁—02—03)（74岁）
 英国英格兰德文郡托基
知名于黑维塞分式拆解法（英语：Heaviside cover-up method）
肯内利-黑维塞层（英语：Kennelly–Heaviside layer）
电抗
单位阶跃函数
微分算子
矢量分析
黑维塞条件（英语：Heaviside condition）
同轴电缆
奖项法拉第奖（英语：Faraday Medal） (1922)
皇家学会会士[1]
科学生涯
研究领域电机工程学、数学、物理学
机构大北公司
奥利弗·亥维赛之墓

生平

1850年5月18日，黑维塞出生于米德塞克斯郡卡姆登镇（现属伦敦），是家中排行最小的老四。[2]他父亲名叫托马斯·黑维塞（Thomas Heaviside），是一名木匠；母亲名叫瑞切尔·韦斯特（Rachel West），是一名保姆；姨父是著名电学专家与电报发明人查尔斯·惠斯通（英语：Charles Wheatstone）。[2]母亲瑞切尔曾在斯坡提伍德一家任职，带大过后来成为英国皇家学会主席的威廉·斯坡提伍德（William Spottiswoode）。[2]早年的家贫对黑维塞的一生都产生了影响。[2]他小时候曾就读于母亲任职的一所女校。[2]后来他转到Camden House School，由F. R. Cheshire教导。[2]他患过猩红热，令他耳朵听不清楚。

虽然他的学业成绩不俗（1865年，他在五百多个学生中排第五[来源请求]），但他没有去读大学[2]。他16岁离校，学习摩氏密码和电磁学。[来源请求]他在1868年去位于泰恩河畔纽卡斯尔的Anglo Danish Telegraph Company（后成为Great Northern Telegraph Company）当了一名电报员[2]。1872年，他成为主电报员，开始研究电力。[来源请求]他一直工作到1874年，最终因为听力下降而不得不辞去工作。[2]

他之后在父母家中孤独地进行研究。他开始一个人通过实验和学习，研究电报学中的一系列问题。[2]这段期间他提出了电报员方程。他指出，传输线上平均分布的电感会减少衰减和噪声，若电感够大且电阻够小，所有频率的电流会同等地衰减，电路便会无噪声。

1880年，他研究电报传输上的集肤效应。他将在电磁学上举足轻重的麦克斯韦方程组重新表述，将表述的符号系统由四元数改为矢量，将原来的20条方程精简到4条微分方程。[3]

1880年至1887年间，他提出了算子微积分（英语：Operational calculus），并用字母“p”表示微分算子。[4]但他当时给出的微分算子定义模糊，并不容易理解，适用范围有多大也不清楚。[4]这是一套将微分方程转换为普通代数方程的方法，但是当时的数学家们批评这个方法不够严谨。但黑维塞并不理会别人的批评。[2]

1887年，他提出以电感器来消除噪声。可惜这因政治原因而无法实行。后来AT&T的乔治·坎贝尔（英语：George Ashley Campbell）和一位外部的研究者米海洛·卜平研究过亥维赛的方法，并继续发展。AT&T申请了有关的专利，但这不止包括坎贝尔和卜平的工作，也包括亥维赛制作卷线的方法。AT&T之后提出向亥维赛买下他的工作，但亥维赛拒绝了，他要求AT&T承认那一部分完全是他的工作。

1888年和1889年，他计算了电场和磁场受移动中的电荷而产生的改变，和电荷进入更密的媒质时的影响。这跟后来的切连科夫辐射和洛伦兹-费兹杰罗收缩理论有关。1889年左右，受到约瑟夫·汤姆森提出的电子的影响，亥维赛钻研了电磁质量。他将电磁质量计算成真实的物质质量般。威廉·维恩后来证实亥维赛的方程在速度远低于光速时无误。

1902年，为了解释无线电波的反射，亥维赛和亚瑟·肯内利（英语：Arthur Edwin Kennelly）同时猜想大气有一层导电物质，这层大气现在称为肯内利-黑维塞层（英语：Kennelly–Heaviside layer），也即大气电离层。[5][2]1924年，爱德华·阿普尔顿因证实了这层的存在而获得1947年诺贝尔物理学奖。

1891年，他成为英国皇家学会会员。1905年，德国哥廷根大学授予他一个名誉博士头衔。他晚年性格变得越来越古怪，最后在德文郡托基逝世，葬于佩恩顿。

成就

著作

  • Oliver Heaviside. Electromagnetic Theory [电磁论] 1. Cosimo Classics. 2013年1月 [1893]. ISBN 1605206164 （英语）. 
  • Oliver Heaviside. Electromagnetic Theory [电磁论] 2. Cosimo Classics. 2013年1月 [1899]. ISBN 1602062765 （英语）. 
  • Oliver Heaviside. Electromagnetic Theory [电磁论] 3. Cosimo Classics. 2013年1月 [1912]. ISBN 1602062625 （英语）. 
  • Oliver Heaviside. Electromagnetic Waves [电磁波]. Andesite Press. 2015年8月. ISBN 1298516943 （英语）. 
  • Oliver Heaviside. Electrical Papers [电磁学论文] 1. Cambridge University Press. 2011年6月. ISBN 978-1108028561 （英语）. 
  • Oliver Heaviside. Electrical Papers [电磁学论文] 2. Cambridge University Press. 2011年6月. ISBN 978-1108028578 （英语）. 
  • Oliver Heaviside. The Works of Oliver Heaviside [黑维塞的工作]. Createspace Independent Publishing Platform. 2015年6月. ISBN 1514357372 （英语）. 

传记

风格

黑维塞习惯从事孤独的研究，他对自己发明的方法有着异乎常人的热情和偏执，不怕别人泼冷水，根本不在乎其他同行对他的微分算子理论的轻视。[2]后来的科技发展也证明他发明的微分算子的确具有重要的价值。[2]

黑维塞的写作风格通俗幽默，善于以辩论的形式展开问题讨论。[7]他不仅研究麦克斯韦方程组本身，还是第一个在著作中将麦克斯韦方程组应用到许多具体问题的人。[7]A. Foppl写于1897年的《涡旋场的几何学》对黑维塞所讲的内容进行了补充。[7]之后，Abraham以他们的著作为基础，创作了2卷本的《电学理论》，并成为流行的教材。[7]矢量分析学由此在物理学家中得以快速传播。[7]

名言

  • “逻辑分析可以慢慢来，反正它是永恒的。”（Logic can be patient for it is eternal.）[8]
  • “数学分2种，严格的和物理直观化的。前者的范围窄；后者粗犷而广泛。拘泥于公式的严格证明只会令绝大多数的数学物理探究止步不前。难道我要在完全理解消化反应的所有机理以前，拒绝进食吗？”（Mathematics is of two kinds, Rigorous and Physical. The former is Narrow: the latter Bold and Broad. To have to stop to formulate rigorous demonstrations would put a stop to most physico-mathematical inquiries. Am I to refuse to eat because I do not fully understand the mechanism of digestion?）[9]
    • 常见变体：“仅仅是因为我不理解消化的过程，我就应该要拒绝一顿美餐吗？”（Should I refuse a good dinner simply because I do not understand the process of digestion?）
  • “如果说让这个世界运转的是爱，那么让电磁波传遍世界的就是自感。”（If it is love that makes the world go round, it is self-induction that makes electromagnetic waves go round the world.）[来源请求]
  • “...自然界没有绝对的衡量尺度，小尺度也可能是重要的研究范围，甚至有可能具有伟大的重要性。”（...there is no absolute scale of size in nature, and the small may be as important, or more so than the great.）[来源请求]

参考资料

  1. ^ Anon. Obituary Notices of Fellows Deceased: Rudolph Messel, Frederick Thomas Trouton（英语：Frederick Thomas Trouton）, 約翰·維恩, John Young Buchanan, Oliver Heaviside, Andrew Gray. 皇家学会报告 A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 1926, 110 (756): i–v. Bibcode:1926RSPSA.110D...1.. doi:10.1098/rspa.1926.0036. 
  2. ^ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 Archives biographies: Oliver Heaviside 1850-1925 [档案传记：奥利弗·黑维塞]. 国际工程技术学会. [2017年10月6日]. （原始内容存档于2018年11月6日） （英语）. 
  3. ^ Bruce Hunt. Oliver Heaviside: A first-rate oddity [奥利弗·黑维塞：第一流的怪人] 65 (11). Physics Today: 48. 2012年11月 [2017年10月6日]. doi:10.1063/PT.3.1788. （原始内容存档于2021年9月1日） （英语）. 
  4. ^ 4.0 4.1 Kôsaku Yosida. Operational Calculus -- A Theory of Hyperfunctions [算子微积分——一种超函数的理论]. Springer-Verlag New York. 1984年 [2017年10月6日]. ISBN 978-1-4612-1118-1. doi:10.1007/978-1-4612-1118-1. （原始内容存档于2020年9月18日） （英语）. 
  5. ^ Pre-History of Radio Astronomy [射电天文学诞生前夕的历史]. 美国国家射电天文台. 2003年3月27日 [2017年10月6日]. （原始内容存档于2020年6月15日） （英语）. 
  6. ^ 菲利克斯·克莱因. 第5章“德国和英国1880年前后的力学和数学物理”. Vorlesungen über die Entwicklung der Mathematik im 19 [数学在19世纪的发展]. 数学翻译丛书 第1卷. 齐民友 (翻译) 中译本第1版. 高等教育出版社. 2010年3月: 207. ISBN 9787040288865 （中文（中国大陆））. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 菲利克斯·克莱因. 第1章“线性不变量理论的基本概念初步”. Vorlesungen über die Entwicklung der Mathematik im 19 [数学在19世纪的发展]. 数学翻译丛书 第2卷. 齐民友 (翻译) 中译本第1版. 高等教育出版社. 2010年3月: 43. ISBN 978-7-04-032284-2 （中文（中国大陆））. 
  8. ^ 出自Desmond MacHale在《Comic Sections》(1993年)第146页中一段未指明来源的引用。
  9. ^ 由Charles Melbourne Focken在《量纲方法及其应用》（Dimensional Methods and Their Applications, 1953）第17页所引用。

外部链接

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