Fowler, Ralph Howard

Ralph Howard Fowler
Angličtina  Sir Ralph Howard Fowler
Jméno při narození Angličtina  Ralph Howard Fowler
Datum narození 17. ledna 1889( 1889-01-17 ) [1] [2]
Místo narození Roydon , Spojené království
Datum úmrtí 28. července 1944( 1944-07-28 ) [1] [2] (ve věku 55 let)
Místo smrti Cambridge , Spojené království
Země
Vědecká sféra teoretická fyzika
Místo výkonu práce Cambridgeská univerzita
Alma mater Cambridgeská univerzita
vědecký poradce Archibald Hill
Studenti Homi Baba
Garrett Birkhof
Paul Dirac
John E. Lennard-Jones
William McCree
Neville Mott
Harry Massey
Rudolf Peierls
Luelin Thomas
Subramanyan Chandrasekhar
Douglas Hartree
Známý jako jeden z průkopníků teoretické astrofyziky
Ocenění a ceny Důstojník Řádu britského impéria
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Ralph Howard Fowler ( angl.  Sir Ralph Howard Fowler ; 17. ledna 1889 , Roydon , Velká Británie  – 28. července 1944 , Cambridge , Velká Británie ) – anglický teoretický fyzik , astrofyzik a matematik , člen Královské společnosti v Londýně ( 1925 ). Fowlerovy vědecké práce jsou věnovány především otázkám statistické mechaniky a termodynamiky , kvantové teorie , astrofyziky a teorie diferenciálních rovnic . Mezi úspěchy vědce: statistická metoda Darwin - Fowler a její následné aplikace pro popis termodynamických vlastností hmoty; jedna ze základních rovnic teorie emise pole ; metoda pro analýzu hvězdných spekter a první realistický odhad tlaku v atmosféře hvězd ; jedna z prvních aplikací kvantových zákonů do problémů astrofyziky, která umožnila položit základy moderní teorie bílých trpaslíků .

Životopis

Původ a vzdělání

Ralph Howard Fowler se narodil v Roydonu , Essex , Spojené království . Jeho otec, obchodník Howard Fowler, byl svého času prominentním atletem, hrál za anglický národní rugbyový tým ; matka Francis Eve byla dcerou manchesterského obchodníka s bavlnou George Dewhursta ( George Dewhurst ). Syn zdědil po otci atletiku a stal se významným účastníkem školních a univerzitních soutěží ve fotbale , golfu a kriketu . Ralph byl nejstarší ze tří dětí v rodině. Ještě zřetelněji se na sportovním poli projevila jeho mladší sestra Dorothy, která v roce 1925 vyhrála anglický ženský golfový šampionát . Mladší bratr Christopher, který vstoupil na Oxfordskou univerzitu těsně před vypuknutím první světové války , byl poslán na frontu a zemřel v dubnu 1917 během bitvy na Sommě . Jeho smrt byla pro Ralpha vážnou ranou [3] .

Až do věku 10 let se Ralph vzdělával doma pod dohledem vychovatelky a poté vstoupil do přípravné školy v Horris Hill ( Horris Hill School ). V letech 1902-1908 studoval na Winchester School ( ang.  Winchester College ), kde získal několik cen v matematice a přírodních vědách a stal se prefektem školy ( prefect of Hall ). V prosinci 1906 získal Fowler stipendium na Trinity College, Cambridge University , kam odešel v roce 1908 a kde studoval matematiku, kterou ukončil v roce 1911 s titulem Bachelor of Arts . V roce 1913 mu byla udělena Rayleighova cena za matematiku, v říjnu 1914 byl zvolen Fellow of Trinity College a v roce 1915 získal titul Master of Arts . Zároveň hrál za tým Cambridgeské univerzity v golfových soutěžích. V této době se jeho výzkum věnoval „čisté“ matematice, konkrétně chování řešení některých diferenciálních rovnic druhého řádu [4] .

Válka. Začínáme s fyzikou

Po vypuknutí první světové války sloužil Fowler u Royal Marine Artillery ( Royal Marine Artillery ), zúčastnil se jako dělostřelecký důstojník bitvy u Gallipoli a byl vážně zraněn na rameni. Po odeslání do týlu a zotavení se připojil ke skupině Archibalda Hilla , kde pracoval na vytvoření a testování nového zařízení pro pozorování letu letadel - zrcadlového zaměřovače ( mirror position finder ). Od podzimu 1916 byl Fowler Hillovým zástupcem ve speciální experimentální jednotce umístěné v Portsmouthu , která prováděla výpočty aerodynamiky střel a vývoj protiletadlových zvukových lokátorů. Za tyto práce s vojenskou tématikou mu byl v roce 1918 udělen Řád britského impéria a hodnost kapitána. Řada výsledků, které hrály důležitou roli ve vývoji balistiky, byla po válce publikována ve vědeckých časopisech [5] .

Po skončení války, v dubnu 1919 , se Fowler vrátil do Cambridge, kde se opět stal členem Trinity College a přednášel matematiku. Měl čas dokončit velkou práci na geometrii rovinných křivek, započatou před válkou. Práce pod Hillem však posunula oblast jeho zájmu od čisté matematiky k fyzikálním aplikacím, takže se aktivně pustil do studia prací o teorii plynů a teorii relativity, začal se zajímat o rozvoj kvantové teorie. V této době vedl slavnou Cavendish Laboratory Ernest Rutherford , který se brzy stal Fowlerovým blízkým přítelem. Od toho okamžiku začala dlouhá plodná spolupráce mezi Fowlerem a Rutherfordskou laboratoří, ve které byl uveden jako konzultant pro matematické otázky [6] . V roce 1921 se oženil s jedinou dcerou Rutherforda, Eileen Mary (1901–1930), která zemřela krátce po narození jejich čtvrtého dítěte [7] . Nejstarší syn Peter Fowler se také stal  slavným fyzikem, specialistou na fyziku kosmického záření [8] .

zralá léta. Vědecká škola

V roce 1922 byl Fowler jmenován Wardenem (proktorem) University of Cambridge [7] . V lednu 1932 byl zvolen do nově vzniklého postu Plummerova profesora teoretické fyziky v Cavendish Laboratory . V roce 1938 byl jmenován ředitelem Národní fyzikální laboratoře , ale kvůli vážné nemoci byl nucen tuto funkci opustit a vrátit se na původní místo [9] . Po vypuknutí druhé světové války vědec obnovil spolupráci s Board of Ordnance a brzy byl poslán do zámoří, aby navázal vědecké kontakty s vědci z Kanady a Spojených států ve vojenských otázkách (zejména za účelem navázání společné práce na radarovém problému ) [10] . Tato činnost byla velmi úspěšná a byla poznamenána v roce 1942 povýšením Fowlera do rytířského stavu. Po návratu do Anglie, i přes jeho podlomené zdraví, Fowler nadále aktivně spolupracoval s admiralitou a Ordnance Board na balistice. Tato práce pokračovala až do jeho posledních dnů [9] .

Fowler dohlížel na práci velkého počtu studentů, postgraduálních studentů a zaměstnanců, mezi jeho studenty patří laureáti Nobelovy ceny Paul Dirac , Neville Mott a Subramanyan Chandrasekhar , stejně jako slavní fyzici a matematici John Edward Lennard-Jones , Rudolf Peierls , Douglas Hartree , Homi Baba , Harry Massey , Garret Birkhoff , William McCree , Luelyn Thomas [11] [12] . Rutherfordův student Mark Oliphant vzpomínal [13] :

To bylo přes Fowlerovo úsilí a jeho vliv na mladé matematiky že škola teoretické fyziky rostla v Cambridge; ačkoli Fowler sám nebyl v popředí těch vědců, kteří vytvořili teoretickou fyziku, měl vynikající matematické schopnosti, které dobromyslně a velkoryse dal do služeb experimentátorů. Sám jsem mu zavázán za jeho trpělivou pozornost vůči mým triviálním nesnázím.

Podle Nevill Mott nebyl Fowler ve skutečnosti vynikajícím vědcem („Dirac“), ale byl dostatečně vnímavý, aby pochopil význam určitých prací a výsledků. Byl tedy jedním z prvních ve Velké Británii, kdo ocenil význam průkopnické práce na kvantové mechanice, provedené v polovině 20. let 20. století v Německu a Dánsku, a přispěl k tomu, že jeho studenti toto téma zaujali. Mott zanechal následující popis svého učitele [14] :

Byl to velmi špatný lektor. Horší už to být nemůže. Přednášky jsem nedomyslel do konce, rychle jsem prošel téma. Měl velmi silnou postavu, jako sám Rutherford. Hrubý a hlasitý hlas. Energický, mimořádně energický... [Mohl by říct]: „Ano, nerozumím tomu. Špatně napsané. Myslím, že bys měl udělat něco takového, ale popravdě si myslím, že bys měl raději jít za Diracem." Velmi otevřený, vědom si svých limitů... Myslím si o něm spíše jako o portrétech Jindřicha VIII ., které můžete vidět na Trinity College. Velmi široký a svalnatý, s vysokým hlasem, užívající si života plnými doušky. Z přepracování měl samozřejmě mozkovou příhodu, ale to se u plnokrevných lidí tohoto typu občas stává. Poté byl jen poloviční muž, ale i polovina Fowlera byla velmi milý chlap.

Původní text  (anglicky)[ zobrazitskrýt] Byl to velmi špatný lektor. Horší už to být nemůže. Nevymyslel jsem to; šlo rychle. Měl velmi silnou postavu, jako sám Rutherford. Bluff a hlasitý hlas. Rázný, nesmírně rázný... [Řekl]: "Ano, tomuhle trochu nerozumím. Je to špatně napsané. Myslím, že bys to měl udělat takhle, ale popravdě, předpokládám, že by ses měl raději jít zeptat Diraca." Velmi upřímný, znám jeho omezení... Myslím si o něm spíše jako o muži, jako jsou portréty Jindřicha VIII., které můžete vidět v Trinity. Velmi široký a svalnatý s vysokým hlasem, užívající si života naplno. Samozřejmě dostal mrtvici z přepracování; ale takový plnokrevný muž někdy ano. Ale pak už byl jen poloviční muž, ale i polovina Fowlera byl docela chlap.

Vědecká činnost

Statistická mechanika a termodynamika

V roce 1922 Fowler spolu s Charlesem Galtonem Darwinem zvážili klasickou statistiku neinteragujících částic a ukázali, že je pohodlnější popsat stav plynu pomocí průměrných (spíše než nejpravděpodobnějších) hodnot. To vede k potřebě vypočítat statistické integrály , které mohou být reprezentovány jako vrstevnicové integrály a vyhodnoceny pomocí metody sedlových bodů . Vyvinutý přístup k výpočtu statistických integrálů je nyní znám jako Darwin-Fowlerova metoda [15] [16] . Pomocí adiabatické hypotézy Ehrenfesta přiřadili kvantovým stavům systému určité váhy, zkonstruovali odpovídající rozdělovací funkci, zvážili konkrétní případy (Planckovy oscilátory, záření v dutině) a ukázali, jak provést přechod ke klasické statistické mechanice. Později Fowler aplikoval vyvinutou techniku ​​na problém výpočtu rovnovážných stavů jak v chemické disociaci , tak v případě ionizace plynu při vysokých teplotách. Ukázalo se tedy, že je možné studovat extrémní stavy hmoty pomocí metod statistické mechaniky, což ho přivedlo k otázce stavu ionizovaného plynu ve hvězdných atmosférách [17] . Další oblastí, ve které Fowler aplikoval své metody statistické mechaniky, byla teorie silných elektrolytů , téma, které leží na pomezí fyziky a chemie [18] .

V roce 1931 Fowler formuloval tzv. nultý zákon termodynamiky [19] . V roce 1932 spolu s Johnem Bernalem uvažoval o molekulární struktuře vody . V jejich klasické práci byla prokázána zásadní role vodíkových můstků (termín dosud nebyl použit) mezi tetraedricky uspořádanými molekulami vody, což umožnilo vysvětlit řadu vlastností kapalné vody a ledu. Kromě toho článek obsahoval výpočty termodynamických vlastností iontových roztoků a zejména pohyblivosti iontů ve vodě [20] .

Fowlerovy monografie měly velký vliv na formování nových generací fyziků. Na základě svého pojednání, které bylo v roce 1924 oceněno Adamsovou cenou University of Cambridge, napsal vědec knihu „Statistická mechanika“, která za autorova života prošla dvěma vydáními (v letech 1929 a 1936). Kromě systematického zpracování základů předmětu věnovala kniha velkou pozornost četným aplikacím statistické mechaniky. V roce 1939 vyšla učebnice „Statistická termodynamika“, jejímž spoluautorem je Edward A.  Guggenheim a je určena pro méně matematicky připraveného čtenáře [ 21] .

Kvantová teorie

Od časných dvacátých lét, Fowler aktivně podporoval vývoj kvantové teorie a jeho použití k takovým záležitostem jako konstrukce zobecněné statistické mechaniky a vysvětlení chemické vazby . Propagoval kvantové myšlenky ve Velké Británii, pomohl přeložit do angličtiny řadu zásadních článků publikovaných v německých časopisech a na jeho pozvání navštívili Cambridge slavní zahraniční fyzici (např. Heisenberg a Kronig ) [22] . Navíc Fowlerova práce přispěla k vytvoření nezávislé britské školy kvantové chemie , která se vyznačovala pohledem na problémy, kterým disciplína čelí z hlediska aplikované matematiky. Takoví Fowlerovi studenti jako Lennard-Jones a Hartree patří mezi zakladatele kvantové chemie [23] .

Řada Fowlerových prací je věnována teorii fázových přechodů a kolektivních jevů v magnetech , slitinách a roztocích , sumárním pravidlům pro intenzity spektrálních čar , některým otázkám jaderné fyziky (absorpce gama záření těžkými prvky, separace izotopů vodíku elektrolytickými metodami) [9] . Spolu s Francisem Astonem vyvinul teorii fokusace nabitých částic pomocí hmotnostního spektrografu [7] . V roce 1928, spolu s Lotharem Nordheimem , Fowler použil myšlenku tunelování elektronů pod bariérou k vysvětlení jevu emise elektronů tělesy při působení vnější emise elektrického pole - pole ( rovnice Fowler-Nordheim ) [24] .

Astrofyzika

V letech 1923-1924 se Fowler spolu s Edwardem Arthurem Milnem zabýval chováním intenzity absorpčních čar ve spektrech hvězd. Na základě rovnice Saha se jim podařilo vztáhnout hodnotu maxima intenzity čáry, ke kterému dochází kombinací excitačních a ionizačních efektů, s tlakem a teplotou v „reverzní vrstvě“ atmosféry hvězdy , ve které absorpční spektra jsou vytvořeny. To umožnilo poprvé získat správný řádový tlak plynu ve hvězdných atmosférách. "Metoda maxim" vyvinutá Fowlerem a Milnem se stala hlavním prostředkem pro analýzu hvězdných spekter ve dvacátých letech minulého století, s pomocí úspěšných pozorovacích srovnání provedených Donaldem Menzelem a Cecilií Payneovou . V několika následujících článcích, které napsal spolu s Guggenheimem, Fowler rozvinul některé přístupy k analýze komplexního problému fyzikálního stavu hvězdné hmoty, přičemž vzal v úvahu odchylky od zákonů ideálního plynu, ionizační procesy atd. [25] [26] [27]

V roce 1926 Fowler ukázal, že bílí trpaslíci by se měli skládat z téměř úplně ionizovaných atomů, stlačených na vysokou hustotu, a degenerovaného elektronového plynu („jako obrovská molekula v nejnižším stavu“), a to v souladu s nedávno objevenými Fermi-Diracovými statistikami [28 ] . Fowlerovy výsledky, které byly jednou z prvních aplikací nové kvantové statistiky, umožnily zbavit se paradoxu, který nebylo možné vysvětlit v rámci klasického přístupu: podle klasické statistiky by hmota bílého trpaslíka měla obsahovaly mnohem méně energie než běžná hmota, takže by se nemohly vrátit do normálního stavu ani po odstranění takové hvězdy z blízkosti [26] . Výmluvnější formulace Arthura Eddingtona říká, že klasická hvězda nemůže vychladnout: když dojde ke ztrátě energie, tlak plynu, který tvoří hvězdu, se musí snížit, což povede ke gravitační kontrakci a následně ke zvýšení tlaku. a teplotu. Fowlerova práce poskytla řešení tohoto paradoxu: elektronový plyn se může ochladit na absolutní nulu a skončit v nejnižším možném kvantovém stavu povoleném Pauliho principem a tlak takového degenerovaného plynu je dostatečně velký, aby kompenzoval gravitační kontrakci [ 29] [Comm 1] . Fowlerův článek „O husté hmotě“ tak položil  základy moderní teorie bílých trpaslíků [Comm 2] .

Matematika

Fowlerovy matematické zájmy byly primárně v chování řešení určitých diferenciálních rovnic druhého řádu . Ve svém raném výzkumu zvažoval kubické transformace Riemannových P-funkcí . Následně v souvislosti s astrofyzikálními otázkami přešel k rysům Emdenovy rovnice , která popisuje rovnovážný stav hvězdy, a uvedl klasifikaci řešení této rovnice pro různé okrajové podmínky a polytropické exponenty [31] . Tyto výsledky se ukázaly jako velmi cenné při zvažování různých modelů hvězd [26] . V roce 1920 Fowler publikoval pojednání o diferenciální geometrii rovinných křivek , které prošlo několika vydáními [31] .

Ocenění a připomínky

Publikace

knihy Hlavní články

Fowler je autorem asi 80 vědeckých článků, z nichž lze rozlišit následující:

Některé články v ruštině

Poznámky

Komentáře
  1. ↑ Jak ukázal Arnold Sommerfeld v roce 1928 , koncept degenerovaného elektronového plynu nám umožňuje vysvětlit mnoho vlastností mnohem známějšího objektu, než je bílý trpasličí kov . Fowler později litoval, že nebyl první, kdo viděl tuto příležitost [30] .
  2. ↑ Vývoj teorie bílých trpaslíků v historickém sledu sledoval Fowlerův student Subramanyan Chandrasekhar ve své Nobelově přednášce: Chandrasekhar S. O hvězdách, jejich evoluci a stabilitě  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ruská akademie věd , 1985. - T. 145 , no. 3 . - S. 489-506 .
Prameny
  1. ↑ 1 2 Archiv historie matematiky MacTutor
  2. ↑ 1 2 Ralph Howard Fowler // Encyklopedie Brockhaus  (německy) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus , Wissen Media Verlag
  3. ↑ Milne (ON), 1945 , str. 61.
  4. ↑ Milne (ON), 1945 , pp. 62-63.
  5. ↑ Milne (ON), 1945 , pp. 65-67.
  6. ↑ Milne (ON), 1945 , str. 68.
  7. ↑ 1 2 3 Milne (ON), 1945 , str. 69.
  8. ↑ Sion, 2007 .
  9. ↑ 1 2 3 Milne (ON), 1945 , pp. 73-74.
  10. ↑ Avery D. The science of war: Kanadští vědci a spojenecká vojenská technologie . - University of Toronto Press, 1998. - S. 55. Archivováno 4. února 2016 na Wayback Machine
  11. ↑ Ralph Howard Fowler  . Matematicko-genealogický projekt. — Seznam Fowlerových studentů. Získáno 12. října 2014. Archivováno z originálu 14. dubna 2012.
  12. ↑ Khramov, 1983 , str. 272.
  13. ↑ Oliphant M. Days of Cambridge // Rutherford - vědec a učitel (K 100. výročí narození) / Ed. P. L. Kapitsa. - M . : Nauka, 1973. - S. 129. Archivní kopie ze dne 5. března 2016 na Wayback Machine
  14. ↑ Rozhovor Kuhna TS se sirem Nevillem  Mottem . Americký fyzikální institut (1963). Získáno 12. října 2014. Archivováno z originálu 18. října 2014.
  15. ↑ Zubarev D. N. The Darwin-Fowler Method  // Physical Encyclopedia. - M . : Sovětská encyklopedie, 1988. - T. 1 . - S. 558 . Archivováno z originálu 27. ledna 2012.
  16. ↑ Thomson GP Charles Galton Darwin (1887-1962) // Biografické paměti členů Královské společnosti. - 1963. - Sv. 9. - S. 73. - doi : 10.1098/rsbm.1963.0004 .
  17. ↑ Milne (ON), 1945 , pp. 69-70.
  18. ↑ Gavroglu a Simoes, 2002 , str. 191.
  19. ↑ Mortimer R.G. Fyzikální chemie . - Elsevier Academic Press, 2008. - S. 111. Archivováno 23. července 2014 na Wayback Machine
  20. ↑ Hodgkin DMC John Desmond Bernal // Biografické vzpomínky členů Královské společnosti. - 1980. - Sv. 26. - S. 50-51. - doi : 10.1098/rsbm.1980.0002 .
  21. ↑ Gavroglu a Simoes, 2002 , str. 194.
  22. ↑ Gavroglu a Simoes, 2002 , pp. 191-194.
  23. ↑ Gavroglu a Simoes, 2002 , pp. 195-196.
  24. ↑ Shrednik V. N. Autoelektronická emise  // Fyzická encyklopedie. - M . : Sovětská encyklopedie, 1988. - T. 1 . - S. 21 . Archivováno z originálu 16. května 2009.
  25. ↑ Milne (ON), 1945 , str. 70-71.
  26. ↑ 1 2 3 Chandrasekhar, 1945 .
  27. ↑ Hearnshaw, 2014 , str. 137-139.
  28. ↑ Milne (ON), 1945 , str. 72.
  29. ↑ Shaviv, 2009 , pp. 215-217.
  30. ↑ Milne (ON), 1945 , pp. 72-73.
  31. ↑ 1 2 Milne (ON), 1945 , pp. 63-64.
  32. ↑ Selenografické souřadnice (-145°, +43°). Viz: I. G. Kolchinsky, A. A. Korsun, M. G. Rodriguez. Astronomové: Biografický průvodce. - Kyjev: Naukova Dumka, 1977. - S. 387.

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Tematické stránky
Slovníky a encyklopedie
Genealogie a nekropole