Олівер Гевісайд (18.05.1850–03.02.1925)

Якщо Бог існує і в нього є ім’я, тоді його точно звати Джеймс Клерк Максвелл. І тоді його перший апостол — Олівер Гевісайд. Ніхто після нього не зробив так багато у царині теорії електромагнітних коливань. Ось його короткий життєпис і дуже невеликий перелік наукових досягнень.

Олівер Гевісайд народився в Лондоні 18 травня 1850 року в родині Томаса Гевісайда і Рейчел Елізабет Вест, і був наймолодшим серед чотирьох синів.

Гевісайд передбачив ефект Вавілова – Черенкова. Черенковське випромінювання було теоретично обґрунтоване Олівером Гевісайдом у працях, опублікованих між 1888 та 1889 роками. 1958-го П. Черенков, І. Тамм й І. Франк були нагороджені Нобелівською премією з фізики з формулюванням: «За відкриття і тлумачення ефекту Черенкова». І лише 1970 року під час прочитання праць Гевісайда було виявлено, що він був першим у цій сфері.

Якщо коротко, то суть ефекту Черенкова полягає в наступному. Якщо елементарна частинка, наприклад електрон, рухається в середовищі зі швидкістю, що перевищує швидкість світла в цьому середовищі, то її рух супроводжується електромагнітним випромінюванням. Це не суперечить загальній теорії відносності, оскільки швидкість світла у вакуумі більша за швидкість частинки в цьому середовищі. Практично це явище можна спостерігати під час роботи водо-водяного атомного реактора. Вода в реакторі світиться, бо крізь неї пролітають релятивістські електрони.

Відкриття скін-ефекту (skin effect). Вперше це явище описав Горацій Лемб 1883 року у статті для окремого випадку сферичних провідників, а 1885-го Олівер Гевісайд узагальнив для провідників будь-якої форми. Сутність скін-ефекту полягає в тому, що під час проходження змінного струму через провідник слід враховувати те, що струм поширюється переважно в його поверхневому шарі. Щоб знизити опір, провідники покривають шаром срібла, роблять пласкими, у вигляді трубок або багатожильними спеціального устаткування (літцендрат). Також скін-ефект використовують у металообробці, загартовуючи поверхневий шар металу деталей струмами високої частоти.

Винахід коаксіального кабелю. 1880 року Олівер Гевісайд отримав британський патент на коаксіальний кабель. Завдяки цьому винаходу по спеціальній двопровідній лінії стало можливо передавати не тільки телеграфні, а й телефонні сигнали, а згодом і телевізійні передачі. Коаксіальний кабель з’єднує радіопередавач із передавальною антеною, а також радіоприймач — із приймальною антеною.

1902 року він передбачив існування в іоносфері Землі шару Кеннеллі – Гевісайда. Експериментальне підтвердження було отримано 1924 року. На висоті 90–120 кілометрів від поверхні Землі розташований шар іоносфери, названий шаром Е. Він має важливе значення для далекого та наддалекого радіозв’язку. Від нього відображаються середні та короткі радіохвилі, завдяки чому можна слухати радіостанції, розташовані на іншому боці Земної кулі, без супутників зв’язку і ретрансляторів. Уся іоносфера простягається на висоту від 60 до 1000 кілометрів над поверхнею Землі.

Гевісайд ввів у фізику такі поняття: провідність, проникність, індуктивність, опір, електрети.

Слід зазначити, що всі ці численні успіхи в галузі теоретичної та прикладної фізики належать людині без учених ступенів. Він закінчив лише початкову школу (elementary school), після якої займався наукою шляхом самоосвіти. Гевісайд не навчався в університеті і не мав жодного вченого ступеня. Через те, що він проводив дослідження самостійно, не брав участі в наукових семінарах, симпозіумах і конференціях, не мав практики викладання, сучасникам було важко зрозуміти хід його думок. До того ж, щоб довести свої гіпотези, Гевісайд послуговувався вельми специфічним математичним апаратом, який дуже відрізнявся від загальноприйнятого у той час. Не всі фізики та математики могли адекватно сприймати його наукові роботи.

Він працював досить нетривалий період співробітником у телеграфній компанії, яка прокладала, а потім і експлуатувала кабель зв’язку з Англії в Данію. Почати наукові дослідження в галузі електрики його підштовхнув один парадокс: швидкість передачі даних з Англії в Данію була на 40% вищою, ніж у протилежному напрямку. 1887 році Гевісайд запропонував підключити котушки індуктивності до трансатлантичного телеграфного кабелю (збільшивши тим самим власну індуктивність), щоб скоригувати спотворення сигналу.

Він вів переписку з такими видатними вченими, як Генріх Герц, Олівер Лодж, Вільям Томсон (лорд Кельвін), Джон Перрі та лорд Релей. Крім того, Гевісайд нажив собі чимало ворогів серед опонентів — як серед фізиків, так і серед математиків (Пітер Тейт, Вільям Пріс, Вільям Бернсайд). Після того, як звільнився з телеграфної компанії, він почав писати наукові статті для журналів. На ці досить скромні гонорари від публікацій і жив, тобто все життя був безробітним і не мав стабільного заробітку.

Перша наукова стаття Гевісайда мала назву «Про дуплексну телеграфію». До його дослідження було прийнято вважати, що телеграфування одночасно в обидва боки по одній лінії хоча й можливе теоретично, однак його важко реалізувати на практиці, через малу пропускну спроможність телеграфного кабелю. Це було зумовлено його великою електричною ємністю. Гевісайд продемонстрував, як можна обійти це обмеження. Тільки одна ця пропозиція мала колосальний комерційний зиск для телеграфних компаній і могла б забезпечити Гевісайду фінансову незалежність. Та все вийшло зовсім інакше. Усе життя Гевісайд жив досить скромно і був украй обмежений матеріально.

Відома формула E = mc², яку приписують Ейнштейну, насправді вперше була виведена Гевісайдом.

1874 році він залишив роботу телеграфіста і повернувся до Лондона. Там почав займатися наукою. Мабуть, цьому сприяло те, що в нього став різко погіршуватися слух.

Далася взнаки перенесена ще в дитинстві скарлатина.

1873 року вийшла друком фундаментальна двотомна праця Максвелла «Трактат про електрику і магнетизм». Гевісайд купив цю книжку. Вона його вразила і визначила весь подальший хід його життя. До Гевісайда фізики вважали, що це дуже складна математично, абстрактна, суто теоретична і важка для розуміння праця.

Максвелл записав рівняння електромагнітного поля не в тій формі, в якій ми зараз їх знаємо і використовуємо, а застосовуючи кватерніони Гамільтона. Тоді це було дуже популярно. Для того, щоб користуватися рівняннями Максвелла в повсякденній практиці, Гевісайд не тільки записав їх у зручній векторній формі, а ще й розробив методи розв’язання цих рівнянь для певних найпростіших випадків і розв’язав їх. Для цього йому довелося створити два нові окремі розділи математики — операційне і векторне числення. Багато науковців зараз вважають, що чотири століття тому Ньютон використовував вектори, щоб описати сили; насправді ж першим, хто застосував вектори у фізиці, був Гевісайд.

1888 року Генріх Герц та Олівер Лодж, спираючись на теорію Максвелла, експериментально виявили існування електромагнітних коливань, тобто радіохвиль.

1891 року Лондонське королівське суспільство з розвитку знань про природу визнало внесок Гевісайда в математичний опис електромагнітних явищ, присвоївши йому звання члена цього товариства.

1893 року Гевісайд запропонував електромагнітний опис гравітації.

1896 року Оліверу призначили Королівську пенсію в розмірі 120 фунтів стерлінгів на рік.

1905 році він став почесним доктором Ґеттінґенського університету.

Олівер Гевісайд помер і був похований у місті Торкі, де жив та працював у останні роки. Після його смерті 3 лютого 1925 року дивним чином зник четвертий том його підсумкової наукової праці «Теорія електромагнетизму». Його вдалося лише частково відновити тільки завдяки чорновим записам та останнім листам автора.

1970 року Міжнародний астрономічний союз присвоїв ім’я Гевісайда кратеру на зворотному боці Місяця.

Література

1. Муслин Е. Отшельник из Торки. Техника молодёжи. — 1965. — № 10. — С. 18–19.

2. Нахин П. Дж. Оливер Хевисайд // В мире науки. — №8. — 1990.

3. Болотовский Б. М. Оливер Хевисайд, 1850–1925 / Отв. ред. В. Л. Гинзбург. — М.: Наука, 1985. — 256 с.