Ralph Howard Fowler | |
---|---|
Englanti Sir Ralph Howard Fowler | |
Nimi syntyessään | Englanti Ralph Howard Fowler |
Syntymäaika | 17. tammikuuta 1889 [1] [2] |
Syntymäpaikka | Roydon , Iso- Britannia |
Kuolinpäivämäärä | 28. heinäkuuta 1944 [1] [2] (55-vuotias) |
Kuoleman paikka | Cambridge , Iso- Britannia |
Maa | |
Tieteellinen ala | teoreettinen fysiikka |
Työpaikka | Cambridgen yliopisto |
Alma mater | Cambridgen yliopisto |
tieteellinen neuvonantaja | Archibald Hill |
Opiskelijat |
Homi Baba Garrett Birkhof Paul Dirac John E. Lennard-Jones William McCree Neville Mott Harry Massey Rudolf Peierls Luelin Thomas Subramanyan Chandrasekhar Douglas Hartree |
Tunnetaan | yksi teoreettisen astrofysiikan pioneereista |
Palkinnot ja palkinnot | |
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
Ralph Howard Fowler ( eng. Sir Ralph Howard Fowler ; 17. tammikuuta 1889 , Roydon , UK - 28. heinäkuuta 1944 , Cambridge , Iso- Britannia ) - englantilainen teoreettinen fyysikko , astrofyysikko ja matemaatikko , Lontoon Royal Societyn5 jäsen ( 192 ). Fowlerin tieteelliset työt ovat pääasiassa omistettu tilastollisen mekaniikan ja termodynamiikan , kvanttiteorian , astrofysiikan ja differentiaaliyhtälöiden teorian kysymyksiin . Tiedemiehen saavutuksista: Darwin - Fowlerin tilastollinen menetelmä ja sen myöhemmät sovellukset aineen termodynaamisten ominaisuuksien kuvaamiseen; yksi kenttäemission teorian perusyhtälöistä ; menetelmä tähtien spektrien analysoimiseksi ja ensimmäinen realistinen arvio tähtien ilmakehän paineesta ; yksi ensimmäisistä kvanttilakien sovelluksista astrofysiikan ongelmiin, mikä mahdollisti perustan nykyaikaiselle valkoisten kääpiöiden teorialle .
Ralph Howard Fowler syntyi Roydonissa , Essexissä , Isossa- Britanniassa . Hänen isänsä, liikemies Howard Fowler, oli aikoinaan merkittävä urheilija, pelasi Englannin rugbymaajoukkueessa ; äiti, Francis Eve, oli Manchesterin puuvillakauppiaan George Dewhurstin ( George Dewhurst ) tytär. Poika peri isänsä urheilullisuuden, ja hänestä tuli merkittävä osallistuja jalkapallon , golfin ja kriketin koulujen ja yliopistojen kilpailuihin . Ralph oli perheen kolmesta lapsesta vanhin. Hänen nuorempi sisarensa Dorothy ilmaisi itsensä entistä selvemmin urheilukentällä voittaen Englannin naisten golfin mestaruuden vuonna 1925 . Nuorempi veli Christopher, joka tuli Oxfordin yliopistoon juuri ennen ensimmäisen maailmansodan puhkeamista , lähetettiin rintamalle ja kuoli huhtikuussa 1917 Sommen taistelun aikana . Hänen kuolemansa oli vakava isku Ralphille [3] .
10-vuotiaaksi asti Ralph opiskeli kotona ohjaajan valvonnassa ja meni sitten Horris Hillin valmistelevaan kouluun ( Horris Hill School ). Vuosina 1902-1908 hän opiskeli Winchester Schoolissa ( eng. Winchester College ), jossa hän voitti useita palkintoja matematiikassa ja luonnontieteissä ja hänestä tuli koulun prefekti ( Prefect of Hall ). Joulukuussa 1906 Fowler voitti stipendin Trinity Collegeen, Cambridgen yliopistoon , jonne hän meni vuonna 1908 ja jossa hän opiskeli matematiikkaa valmistuen vuonna 1911 kandidaatin tutkinnolla . Hänelle myönnettiin matematiikan Rayleigh-palkinto vuonna 1913, hänet valittiin Trinity Collegen stipendiaattiksi lokakuussa 1914, ja hän sai taiteen maisterin tutkinnon vuonna 1915 . Samaan aikaan hän pelasi Cambridgen yliopiston joukkueessa golfkilpailuissa. Tuolloin hänen tutkimustyönsä oli omistettu "puhdaalle" matematiikalle, erityisesti joidenkin toisen asteen differentiaaliyhtälöiden ratkaisujen käyttäytymiseen [4] .
Ensimmäisen maailmansodan puhjettua Fowler palveli Royal Marine Artilleryssa ( Royal Marine Artillery ), osallistui tykistöupseerina Gallipolin taisteluun ja haavoittui vakavasti olkapäähän. Taakse lähetettyään ja toipuessaan hän liittyi Archibald Hillin ryhmään , joka työskenteli uuden lentokoneiden lennon havainnointilaitteen luomisen ja testaamisen parissa - peilin suuntamittarin ( peilin sijainnin etsijä ). Syksystä 1916 lähtien Fowler toimi Hillin sijaisena Portsmouthissa sijaitsevassa erityisessä kokeellisessa yksikössä , joka suoritti laskelmia ammusten aerodynamiikasta ja ilmatorjuntaäänipaikanninten kehittämistä. Näistä sotilaallisia aiheita koskevista teoksista vuonna 1918 hänelle myönnettiin Brittiläisen imperiumin ritarikunta ja hän sai kapteenin arvosanan. Useita tuloksia, joilla oli tärkeä rooli ballistiikan kehityksessä, julkaistiin sodan jälkeen tieteellisissä julkaisuissa [5] .
Sodan päätyttyä, huhtikuussa 1919 , Fowler palasi Cambridgeen, jossa hänestä tuli jälleen Trinity Collegen jäsen ja luennoi matematiikkaa. Hän ehti saada valmiiksi ennen sotaa aloitetun suuren työskentelyn tasokäyrien geometriasta. Hillin alainen työ kuitenkin siirsi kiinnostuksen kohteensa puhtaasta matematiikasta fysikaalisiin sovelluksiin, joten hän ryhtyi aktiivisesti tutkimaan kaasuteoriaa ja suhteellisuusteoriaa koskevia töitä, alkoi olla kiinnostunut kvanttiteorian kehityksestä. Tänä aikana kuuluisaa Cavendishin laboratoriota johti Ernest Rutherford , josta tuli pian Fowlerin läheinen ystävä. Siitä hetkestä lähtien Fowlerin ja Rutherford Laboratoryn välillä alkoi pitkä hedelmällinen yhteistyö, jossa hänet listattiin konsultiksi matemaattisissa kysymyksissä [6] . Vuonna 1921 hän meni naimisiin Rutherfordin ainoan tyttären Eileen Maryn (1901–1930) kanssa, joka kuoli pian heidän neljännen lapsensa syntymän jälkeen [7] . Vanhimmasta pojasta, Peter Fowlerista , tuli myös kuuluisa fyysikko, kosmisen säteen fysiikan asiantuntija [8] .
Vuonna 1922 Fowler nimitettiin Cambridgen yliopiston vartijaksi [7] . Tammikuussa 1932 hänet valittiin äskettäin muodostettuun Plummerin teoreettisen fysiikan professorin virkaan Cavendishin laboratoriossa . Vuonna 1938 hänet nimitettiin National Physical Laboratoryn johtajaksi , mutta vakavan sairauden vuoksi hänen oli pakko erota tehtävästään ja palata alkuperäiseen asemaansa [9] . Toisen maailmansodan puhjettua tiedemies palautti yhteistyön sotilashallituksen kanssa, ja hänet lähetettiin pian ulkomaille luomaan tieteellisiä yhteyksiä Kanadan ja Yhdysvaltojen tutkijoihin sotilaallisissa kysymyksissä (erityisesti yhteisen työn luomiseksi tutkaongelmaan ) . ) [10] . Tämä toiminta oli erittäin menestyksellistä, ja vuonna 1942 Fowler nostettiin ritarin kunniaksi. Palattuaan Englantiin, huonosta terveydestään huolimatta, Fowler jatkoi aktiivista yhteistyötä Admiralty ja Ordnance Boardin kanssa ballistiikan alalla. Tämä työ jatkui hänen viimeisiin päiviinsä asti [9] .
Fowler on ohjannut suuren joukon opiskelijoiden, jatko-opiskelijoiden ja henkilökunnan työtä, hänen oppilaitaan ovat Nobel-palkitut Paul Dirac , Neville Mott ja Subramanyan Chandrasekhar sekä kuuluisat fyysikot ja matemaatikot John Edward Lennard-Jones , Rudolf Peierls , Douglas Hartree , Homi Baba , Harry Massey , Garret Birkhoff , William McCree , Luelyn Thomas [11] [12] . Rutherfordin oppilas Mark Oliphant muisteli [13] :
Se johtui Fowlerin ponnisteluista ja hänen vaikutuksestaan nuoriin matemaatikoihin, että teoreettisen fysiikan koulu kasvoi Cambridgessa; vaikka Fowler itse ei ollut teoreettista fysiikkaa luovien tiedemiesten eturintamassa, hänellä oli erinomaiset matemaattiset kyvyt, jotka hän hyväluontoisesti ja avokätisesti asetti kokeilijoiden palvelukseen. Olen itse kiitollinen hänelle hänen kärsivällisestä huomiostaan vähäpätöisiä ahdinkoani kohtaan.
Nevill Mottin mukaan Fowler ei todellakaan ollut erinomainen tiedemies ("Dirac"), mutta hän oli tarpeeksi tarkkaavainen ymmärtääkseen tiettyjen teosten ja tulosten merkityksen. Siten hän oli yksi ensimmäisistä Isossa-Britanniassa, joka ymmärsi 1920-luvun puolivälissä Saksassa ja Tanskassa tehdyn kvanttimekaniikan uraauurtavan työn merkityksen ja vaikutti opiskelijoidensa houkuttelemiseen tähän aiheeseen. Mott jätti seuraavan kuvauksen opettajastaan [14] :
Hän oli erittäin huono luennoitsija. Ei voisi olla huonompi. En ajatellut luentoja loppuun asti, kävin aiheen nopeasti läpi. Hänellä oli erittäin voimakas ruumiinrakenne, kuten Rutherfordilla itsellään. Karkea ja kova ääni. Energinen, poikkeuksellisen energinen... [Hän voisi sanoa]: "Kyllä, en ymmärrä sitä. Huonosti kirjoitettu. Minusta sinun pitäisi tehdä jotain tämän kaltaista, mutta mielestäni sinun on parempi mennä Diraciin." Hyvin suorapuheinen, tietoinen rajoituksistaan... Pidän häntä enemmän kuin Henry VIII :n muotokuvia, joita voit nähdä Trinity Collegessa. Erittäin leveä ja lihaksikas, kovalla äänellä, nauttien elämästä täysillä. Tietysti hän sai aivohalvauksen ylityöstä, mutta joskus näin tapahtuu tämän tyyppisten täysiveristen ihmisten kanssa. Sen jälkeen hän oli vain puoliksi mies, mutta jopa puolet Fowlerista oli erittäin mukava kaveri.
Alkuperäinen teksti (englanniksi)[ näytäpiilottaa] Hän oli erittäin huono luennoitsija. Ei voisi olla huonompi. En ajatellut sitä; meni nopeasti. Hänellä oli erittäin voimakas ruumiinrakenne, kuten Rutherfordilla itsellään. Bluff ja kova ääni. Voimakas, äärimmäisen tarmokas... [Hän sanoisi]: "Kyllä, en ymmärrä tätä vähän. Se on huonosti kirjoitettu. Minusta sinun pitäisi tehdä se näin, mutta todella, sinun on parasta mennä ja kysyä Diracilta." Hyvin suorapuheinen, tietäen hänen rajoituksensa... Pidän häntä pikemminkin miehenä, kuten Henrik VIII:n muotokuvissa, joita voit nähdä Trinityssä. Erittäin leveä ja lihaksikas, kovaääninen, nauttien elämästä täysillä. Tietenkin hän sai aivohalvauksen ylityöstä; mutta sellainen täysiverinen mies tekee joskus. Mutta sitten hän oli vain puolet miehestä sen jälkeen, mutta jopa puolet Fowlerista oli melkoinen jätkä.Vuonna 1922 Fowler tarkasteli yhdessä Charles Galton Darwinin kanssa vuorovaikuttamattomien hiukkasten klassisia tilastoja ja osoitti, että on kätevämpää kuvata kaasun tilaa keskimääräisten (eikä todennäköisimpien) arvojen avulla. Tämä johtaa tarpeeseen laskea tilastolliset integraalit , jotka voidaan esittää ääriviivaintegraaleina ja arvioida satulapistemenetelmällä . Kehitetty lähestymistapa tilastollisten integraalien laskemiseen tunnetaan nykyään Darwin-Fowler-menetelmänä [15] [16] . Ehrenfestin adiabaattista hypoteesia käyttäen he antoivat järjestelmän kvanttitilille tiettyjä painotuksia, rakensivat vastaavan osiofunktion, tarkastelivat erityistapauksia (Planck-oskillaattorit, säteily onkalossa) ja osoittivat, kuinka siirtyä klassiseen tilastomekaniikkaan. Myöhemmin Fowler sovelsi kehitettyä tekniikkaa tasapainotilojen laskemiseen sekä kemiallisessa dissosiaatiossa että kaasuionisaatiossa korkeissa lämpötiloissa. Siten osoittautui mahdolliseksi tutkia aineen äärimmäisiä tiloja tilastomekaniikan menetelmin, mikä johti kysymykseen ionisoidun kaasun tilasta tähtien ilmakehissä [17] . Toinen alue, jolla Fowler sovelsi tilastomekaniikan menetelmiään, oli vahvojen elektrolyyttien teoria , aihe, joka sijaitsee fysiikan ja kemian rajalla [18] .
Vuonna 1931 Fowler muotoili niin kutsutun termodynamiikan nollalain [19] . Vuonna 1932 hän pohti yhdessä John Bernalin kanssa veden molekyylirakennetta . Klassisessa työssään tetraedrisesti järjestettyjen vesimolekyylien välisten vetysidosten (termiä ei ole vielä käytetty) perusrooli osoitettiin, mikä mahdollisti monien nestemäisen veden ja jään ominaisuuksien selittämisen. Lisäksi artikkeli sisälsi laskelmia ioniliuosten termodynaamisista ominaisuuksista ja erityisesti ionien liikkuvuudesta vedessä [20] .
Fowlerin monografioilla oli suuri vaikutus uusien fyysikkojen sukupolvien muodostumiseen. Tutkimuksensa perusteella, jolle myönnettiin Cambridgen yliopiston Adams-palkinto vuonna 1924, tiedemies kirjoitti kirjan "Statistical Mechanics", joka kävi läpi kaksi painosta kirjailijan elinaikana (vuosina 1929 ja 1936). Aiheen perusteiden systemaattisen käsittelyn lisäksi kirjassa kiinnitettiin suurta huomiota tilastomekaniikan lukuisiin sovelluksiin. Vuonna 1939 julkaistiin oppikirja "Statistical Thermodynamics", joka kirjoitettiin yhdessä Edward A. Guggenheimin kanssa ja joka oli suunniteltu matemaattisesti vähemmän valmistautuneelle lukijalle [ 21] .
1920-luvun alusta lähtien Fowler tuki aktiivisesti kvanttiteorian kehittämistä ja sen soveltamista sellaisiin kysymyksiin kuin yleisen tilastomekaniikan rakentaminen ja kemiallisen sidoksen selittäminen . Hän edisti kvanttiideoita Isossa-Britanniassa, auttoi kääntämään englanniksi useita saksalaisissa aikakauslehdissä julkaistuja perustavanlaatuisia artikkeleita, ja kuuluisat ulkomaiset fyysikot (kuten Heisenberg ja Kronig ) vierailivat Cambridgessä hänen kutsustaan [22] . Lisäksi Fowlerin työ vaikutti itsenäisen brittiläisen kvanttikemian koulun muodostumiseen , jolle oli ominaista näkemys tieteenalan kohtaamista ongelmista sovelletun matematiikan näkökulmasta. Sellaiset Fowlerin opiskelijat kuin Lennard-Jones ja Hartree ovat kvanttikemian perustajia [23] .
Useat Fowlerin teokset on omistettu faasisiirtymien ja kollektiivisten vaikutusten teorialle magneeteissa , metalliseoksissa ja liuoksissa , spektrilinjojen intensiteettien summasäännöille , eräille ydinfysiikan kysymyksille ( gammasäteiden absorptio raskailla alkuaineilla, vetyisotooppien erottaminen elektrolyyttisilla menetelmillä) [9] . Yhdessä Francis Astonin kanssa hän kehitti teorian varautuneiden hiukkasten fokusoinnista massaspektrografin avulla [7] . Vuonna 1928 Fowler käytti yhdessä Lothar Nordheimin kanssa esteen alaisen elektronitunneloinnin ideaa selittääkseen kappaleiden elektronien emissioilmiön ulkoisen sähkökentän - kentän emission vaikutuksesta ( Fowler-Nordheim-yhtälö ) [24] .
Vuosina 1923-1924 Fowler pohti yhdessä Edward Arthur Milnen kanssa absorptioviivojen intensiteetin käyttäytymistä tähtien spektrissä. Saha-yhtälön perusteella he onnistuivat yhdistämään viritys- ja ionisaatiovaikutusten yhdistelmästä johtuvan viivan intensiteettimaksimin arvon tähden ilmakehän "käänteisen kerroksen" paineeseen ja lämpötilaan , jossa absorptiospektrit. muodostuvat. Tämä mahdollisti ensimmäistä kertaa oikean kaasunpaineen suuruusluokan saamisen tähtien ilmakehissä. Fowlerin ja Milnen kehittämästä "maksimien menetelmästä" tuli 1920-luvulla tärkein keino analysoida tähtien spektrejä Donald Menzelin ja Cecilia Paynen onnistuneiden havaintovertailujen avulla . Useissa myöhemmissä kirjoituksissa, jotka kirjoitettiin yhdessä Guggenheimin kanssa, Fowler kehitti joitakin lähestymistapoja tähtiaineen fysikaalisen tilan monimutkaisen ongelman analysointiin ottaen huomioon poikkeamat ihanteellisen kaasun laeista, ionisaatioprosessit jne. [25] [26] [27]
Vuonna 1926 Fowler osoitti, että valkoisten kääpiöiden tulisi koostua lähes täysin ionisoiduista atomeista, jotka on puristettu suureen tiheyteen, ja rappeutuneesta elektronikaasusta ("kuten jättimäinen molekyyli alimmassa tilassa") äskettäin löydettyjen Fermi-Dirac-tilastojen mukaisesti [28 ] . Fowlerin tulokset, jotka olivat yksi uuden kvanttitilaston ensimmäisistä sovelluksista, antoivat mahdollisuuden päästä eroon paradoksista, jota ei voitu selittää klassisen lähestymistavan puitteissa: klassisen tilaston mukaan valkoisen kääpiön aineksen pitäisi ovat sisältäneet paljon vähemmän energiaa kuin tavallinen aine, joten se ei voisi palata normaalitilaansa edes sellaisen tähden poistamisen jälkeen läheisyydestä [26] . Arthur Eddingtonin kaunopuheisempi muotoilu sanoo, että klassinen tähti ei voi jäähtyä: kun energiaa häviää, tähden muodostavan kaasun paineen on laskettava, mikä johtaa painovoiman supistumiseen ja sitä kautta paineen nousuun. ja lämpötila. Fowlerin työ tarjosi ratkaisun tähän paradoksiin: elektronikaasu voi jäähtyä absoluuttiseen nollaan ja päätyä alimpaan mahdolliseen kvanttitilaan , jonka Pauli-periaate sallii , ja tällaisen rappeutuneen kaasun paine on riittävän suuri kompensoimaan gravitaatiosupistumista. 29] [Ymmärrys 1] . Näin ollen Fowlerin artikkeli "Tiheästä aineesta" loi perustan modernille valkoisten kääpiöiden teorialle [Comm 2] .
Fowlerin matemaattiset kiinnostuksen kohteet olivat ensisijaisesti tiettyjen toisen asteen differentiaaliyhtälöiden ratkaisujen käyttäytyminen. Varhaisessa tutkimuksessaan hän tarkasteli Riemmannin P-funktioiden kuutiomuunnoksia . Myöhemmin hän siirtyi astrofysikaalisten kysymysten yhteydessä Emden-yhtälön ominaisuuksiin , joka kuvaa tähden tasapainotilaa, ja antoi tämän yhtälön ratkaisuluokituksen erilaisille reunaehtoille ja polytrooppisille eksponenteille [31] . Nämä tulokset osoittautuivat erittäin arvokkaiksi, kun tarkastellaan erilaisia tähtimalleja [26] . Vuonna 1920 Fowler julkaisi tutkielman tasokäyrien differentiaaligeometriasta , joka käytiin läpi useita painoksia [31] .
Fowler on kirjoittanut noin 80 tieteellistä artikkelia, joista voidaan erottaa seuraavat:
Temaattiset sivustot | ||||
---|---|---|---|---|
Sanakirjat ja tietosanakirjat | ||||
Sukututkimus ja nekropolis | ||||
|