О личности Оливера Хевисайда написано не так много. Однако, это вовсе не означает, что он не заслуживает большего внимания, чем то, которым удостоили его современники. Недавно я прочитал книгу Б.М. Болотовского «Оливер Хевисайд», эта книга и вдохновила меня написать эту статью, хотя об Оливере Хевисайде я читал и раньше. Сразу сообщаю, что все цитаты я буду приводить именно из указанной мною книги.
В книге Болотовского приведено немало формул и научных объяснений по-существу тех открытий, которые сделал Хевисайд. Я постараюсь «пощадить» читателя и буду отправлять его в «научные дебри» только тогда, когда, на мой взгляд, без этого просто «совсем не обойтись». Основной акцент моей статьи будет сделан на личность, условия жизни, характер этого человека и на его значение для потомков.
Оливер Хевисайд родился в Лондоне 18 мая 1850 года в семье художника. Оливер был младшим из четырех сыновей. Родители его не были богатыми, поэтому Оливеру удалось закончить только неполную среднюю школу. На продолжение образования у семьи денег не было.
В детстве Оливер неплохо рисовал, о чем свидетельствуют рисунки, сделанные им в 11-летнем возрасте. Однако, уже в детстве Оливер заинтересовался «наукой об электричестве». Сейчас трудно сказать, что же повлияло на этот выбор. Есть, впрочем, одно весьма вероятное объяснение. Его тетка по матери была женой Чарлза Уитстона, известного физика, автора многих исследований по акустике, оптике, электричеству и магнетизму. Уитстон был основателем практической телеграфии. Видимо, именно Уитстон и дал молодому Оливеру необходимый «толчок» в этом направлении. Известно, что молодой Оливер целых четыре года (с 1870 по 1874 г.) проработал телеграфистом в Ньюкасле. Телеграфное дело находилось тогда «в зачаточном состоянии», наверное поэтому молодому Оливеру и не понадобилось специального образования для того, чтобы занять место телеграфиста.
Пытливый ум Оливера привык вникать до мелочей во все технические проблемы, что оказалось тогда очень важным в работе телеграфиста. В то далекое время телеграфисты лично учавствовали в обследованиии телеграфных кабелей, находили повреждения и устраняли их. Поскольку Оливеру не хватало официального образования, он многие вопросы изучал самостоятельно, после чего сам находил нужные технические решения для устранения возникающих проблем.
Забегая вперед хочу отметить, что примерно через двадцать лет после начала работы телеграфистом Хевисайд построил полную теорию распространения сигнала по линии связи, и на основе этой теории пропускная способность телеграфных линий связи была повышена во много раз.
В 1874 году телеграфиста Оливера стала одолевать глухота. Наверное это и послужило причиной того, что в этом году он оставил должность телеграфиста и полностью посвятил себя самостоятельной научной работе. Для своих научных занятий он оборудовал в доме отца лабораторию, где были элементы питания, измерительные приборы, телеграфное, телефонное и другое лабораторное оборудование.
Первую свою научную работу, которая была посвящена точному измерению сопротивлений, Оливер Хевисайд опубликовал в 1872 г., в следующем году он опубликовал вторую свою работу по этой тематике. И в работах этого периода, и во всей своей дальнейшей научной работе Хевисайд выступал одновременно и как экспериментатор, и как теоретик. О том, какова научная ценность первых работ Хевисайда, можно судить хотя бы по тому, что в знаменитой книге Максвелла "Трактат об электричестве и магнетизме" конец 351-го параграфа посвящен результатам исследований Хевисайда. При этом Оливер Хевисайд - единственный, кого Максвелл упоминает в своем трактате.
В 1876 г. Оливер Хевисайд, которому тогда было 26 лет, уже получил известность в кругах специалистов, хотя большинство читателей не могли понять и оценить большую часть его работ. Он был избран в совет Общества телеграфных инженеров (членом-корреспондентом этого общества он уже стал двумя годами ранее, в 1874 г.). Что касается внешности Хевисайда, то имеется интересное ее описание, относящееся именно к этому периоду: "Он был несколько ниже среднего роста, рыжеватый, сдержанный, остроумный и обладал властным характером".
Интересно, что уже после выхода первых научных работ Хевисайда, ему была предложена работа в компании "Уэстерн Юнион" с оплатой 250 фунтов в год. Это была хорошая по тем временам оплата, однако, Оливер не принял этого предложения. Он был всецело поглощен своими научными интересами, все остальные занятия казались ему пустой гратой времени.
Вот таким экспериментатором-теоретиком, гением-одиночкой и остался Оливер Хевисайд на всю свою жизнь. Ни на одну официальную работу он больше так никогда и не поступил. На протяжении своей научной жизни (а личной жизни у него не было вообще) Хевисайд только тем и занимался, что решал все новые и новые научные проблемы. При этом он десятки раз перепроверял найденные решения, после чего направлял свои статьи в научные журналы. Если случалось, что его статью журнал принимал, то гонорар за выход статьи и был его заработком. Других источников дохода у Хевисайда не было.
Лирическое отступление. Рассказывают, что однажды кто-то сказал уже пожилому Хевисайду: "Вам надо было жениться, мистер Хевисайд". На что он ответил: "Если бы я женился, что бы тогда стало с моей работой?"
Научные журналы очень часто отклоняли его статьи и причин для этого было несколько. Первая причина: автор статей не имел должного «академического образования», поэтому многие «выходцы известных университетов» просто не принимали его всерьез. Вторая причина состояла в том, что научный стиль изложения материала был у Хевисайда настолько высок, что многие ученые (даже имевшие «университеты за плечами») просто не всегда могли его понять. Третья причина заключалась в том, что для опубликования какой-либо статьи в научном журнале она (статья) должна была пройти определенную научную цензуру. При этом зачастую оказывалось, что цензоры имели научную подготовку на порядок ниже, чем автор статьи. Какую же оценку могли дать этой статье такие цензоры? Безусловно отрицательную!
Благодаря такой неприязни большинства представителей современного Хевисайду научного мира, он с годами становился все более раздражительным и злым. Даже его сугубо научные статьи стали содержать в себе элементы этой раздражительности от непонимания и неуважения со стороны многих научных оппонентов. В личных бумагах Хевисайда сохранилось одно письмо от издателя, который отказался печатать какую-то из работ Хевисайда, содержащую резкие замечания в адрес своих научных оппонентов. Издатель опасался возможного судебного преследования со стороны обиженного оппонента и просил Хевисайда не настаивать на опубликовании статьи.
В качестве характеристики Хевисайда предсталяет интерес следующая цитата: «Он оскорблял власть имущих своим благородством и откровенностью. Он вызывал раздражение своих издателей своей сатирой и иронией. Его книги не находили сбыта».
Большую роль в «отторжении» Хевисайда научным миром сыграло и то, что он «до всего дошел сам» в том смысле, что недостаток своего официального образования он дополнял самообразованием, стиль и методы изложения научных проблем он разрабатывал сам. Когда «на переднем крае науки» ему не хватало каких-либо научных терминов, он их сразу же сам и придумывал. Один из критиков даже назвал Хевисайда «гениальным изобретателем новых терминов». Хевисайд выработал свой научный язык, свою систему образов, свой стиль постановки и решения научных проблем.
Люди, получившие свое образование в Оксфорде и Кембридже, зачастую «отворачивались» от статей Хевисайда уже потому, что его стиль изложения был для них очень непривычен.
Хевисайд никогда не гнался за личной выгодой. Всю жизнь он прожил на грани нужды, а последние 8-10 лет он прожил в полной бедности. Он вел жизнь затворника, занимаясь только наукой. Оливер был склонен к уединению и если кто-то хотел обсудить с ним неясный вопрос, он, как правило, уклонялся от встречи, предпочитая переписку. В переписке он был столь же аккуратен как и в научных вопросах: ни одного письма он не оставлял без ответа. Отвечая на любое адресованное ему письмо, он не жалел своего времени и старался отвечать как можно подробнее.
Имя Хевисайда при его жизни было неизвестно широким кругам научной общественности. О нем знали и отдавали ему должное лишь немногие, но наиболее выдающиеся исследователи электромагнетизма: Лармор, Фицджеральд, Герц, Кельвин, Рэлей, Дж. Дж. Томсон, Лоренц. Для всех остальных Хевисайд был труден и непонятен. Дело в том, что стиль научного исследования, созданный Хевисайдом, намного опередил свое время, так же как и полученные им результаты. "Научная кухня" Хевисайда была близка к современной.
Первые несколько лет своей самостоятельной научной деятельности Хевисайд посвятил изучению новой максвелловской теории. Но чтобы в ней разобраться ему пришлось срочно овладеть серьезным математическим аппаратом - изучить дифференциальное и интегральное исчисления, дифференциальные уравнения в частных производных и многое-многое другое. С этой задачей Хевисайд справился успешно. За очень короткое время он в совершенстве изучил все необходимые для него разделы математики, что само по себе вызывает почтительное удивление. В дальнейшем он создал даже две новые области математической физики - векторное исчисление и операционное исчисление.
Операционное исчисление применялось им для решешения линейных дифференциальных уравнений. В этом методе операция дифференцирования по одной из переменных заменяется умножением дифференцируемой функции на некоторый символ, который до поры до времени может рассматриваться как простое число. Такая замена упрощает уравнение, а если искомая функция зависит только от одной переменной, то дифференциальное уравнение превращается в алгебраическое. Затем упрощенное уравнение решается обычными методами, а в полученном выражении символ, заменяющий операцию дифференцирования, вновь обретает свой первоначальный смысл.
Таким образом, решение является некоторым оператором, который нужно применить к заданной функции, чтобы получить решение в явном виде. Хевисайд показал, что для большого класса физически важных задач получение решения таким методом сводится к выполнению ряда стандартных алгебраических операций.
Операционное исчисление позволяет легко определять поведение электрической цепи непосредственно после включения, когда токи еще не достигли стационарной величины. Для рассмотрения процессов включения Хевисайд ввел специальную функцию. Она так и называется «функция Хевисайда». Эта функция равна нулю во все отрицательные моменты времени и равна единице во все положительные моменты времени.
Хевисайд широко использовал в своих расчетах еще одну функцию. Он называл ее «импульсной функцией». Она обладала очень странными свойствами: равнялась нулю во всех точках, кроме одной, где она обращалась в бесконечность. При этом определенный интеграл от этой функции равнялся единице, если эта точка попадала в промежуток интегрирования. Эта функция описывает импульсное воздействие на систему. Такое воздействие имеет место, например, при упругом соударении двух жестких шаров. Силы действуют на шары только в момент соударения, а интеграл от силы по времени, т.е. переданный при соударении импульс, отличен от нуля.
Хевисайд подробно разобрал свойства импульсной функции. Однако эти работы Хевисайда были забыты. Более чем через тридцать лет эту же функцию заново ввел в физику Дирак, который не был знаком с работами Хевисайда. Теперь импульсная функция Хевисайда часто применяется в теоретической физике и носит название «дельта-функция Дирака».
Хевисайд был противником математической строгости ради самой строгости. Он был великим представителем математической физики. Математику он ценил лишь постольку, поскольку она помогала решать физические задачи. Относительно упреков в адрес своего «операционного исчисления» со стороны «чистых математиков» он писал:
«Действительно, их (операторов) использование часто ведет к большим упрощениям и избавляет от необходимости проводить сложные вычисления определенных интегралов. Но при этом строгая логика дела не ясна! Ну и что из того? Буду ли я отказываться от обеда потому, что не понимаю полностью процесс пищеварения? Нет, не буду, если я удовлетворен результатом».
Следует заметить, что лишь чере 50 лет операционное исчисление Хевисайда было полностью обосновано математически. Практически все методы и правила, которыми пользовался Хевисайд (часто на интуитивном уровне), получили впоследствии самое строгое математическое обоснование.
Во многочисленных спорах с представителями «строгой математики» Хевисайд всегда подчеркивал большую роль интуиции в научном познании. Он вовсе не умалял роль логического познания. Но он понимал, что нельзя чисто логическим путем вывести законы природы из известной нам совокупности фактов.
Эйнштейн по этому поводу высказывался даже более определенно. Он считал, что никакого логического пути от данных опыта к формулировке законов природы не существует. В этом смысле связь между данными опыта и законами природы, по Эйнштейну, всегда является интуитивной.
В Большой Советской Энциклопедии слово «интуиция» определяется как «способность постижения истины путем прямого ее усмотрения, без обоснования с помощью доказательства». Противники методов Хевисайда, видимо, не задумывались о том, что действительно новое никогда не может быть выведено чисто логическим путем на основе известного старого. В познании мира логическое и интуитивное начала должны не исключать, а именно дополнять друг друга.
Громадные трудности, которые испытывал Хевисайд с публикацией своих работ привели его как-то к мысли о том, что, может быть, и не стоит стараться официально издавать полученные научные результаты. Нужно просто удовлетвориться тем, что они уже получены, и хранить их у себя, как это делали, например, великие английские ученые Кавендиш и лорд Кельвин. Но, обдумав такой вариант, Хевисайд все же решительно от него отказался. По этому поводу он однажды написал следующее:
«Засекречивание вроде того, которое практиковал Кавендиш, является абсолютно непростительным. Это грех. Можно вообразить такой случай, когда человек молчит либо от неуверенности в себе, либо от разочарования в приеме, от непризнания той работы, которую он дает миру. Мало людей имеют неограниченную силу упорства. Но делать великие открытия и хранить их в тайне, как поступал Кавендиш, без всякой уважительной причины - это, пожалуй, одно из самых больших преступлений, в которых может быть повинен такой человек».
Относительно научного уровня работ Хевисайда интересно высказывание его современника, ученика лорда Кельвина, крупного ученого Джона Перри:
«Я ставлю Хевисайда рядом с этими двумя людьми (Кельвином и Фицджеральдом), но я никогда и не претендовал на то, чтобы суметь прочитать Хевисайда. Я бы очень этого хотел, как и множество людей вроде меня. Кому-то надо переписать Хевисайда на нашем уровне».
Слова Перри о том, что кому-то надо переписать Хевисайда на более доступном уровне, отражали мнение многих физиков. Те ученые, которые бузусловно поддерживали Хевисайда, прекрасно при этом понимали, что Хевисайд, несомненно, был великим ученым. Помимо чисто научных проблем, он также думал и высказывался о проблемах обучения, но педагогом он все-таки не был никогда.
Считается, что серьезной наукой можно заниматься лишь при хорошем финансировании, которое, чаще всего, оказывается государственным финансированием. По этому поводу существует даже шутливое определение науки:
"Наука есть удовлетворение собственного любопытства за казенный счет".
Что же касается Хевисайда, то для него наука была чем-то большим, чем простое стремление удовлетворить свое любопытство. Просто она была «всей его жизнью» и занимался он наукой, не получая за это никакой оплаты.
Материальные условия жизни Хевисайда всегда были нелегкие, и друзья старались помочь ему чем могли. В феврале 1894 г. Джордж Фицджеральд, Оливер Лодж и Джон Перри написали ему совместное письмо с просьбой согласиться на получение от Фонда научной помощи при Королевском обществе некоторого гонорара «в признание общеизвестного вклада в науку по развитию работ Фарадея и Максвелла». Но Хевисайд, рассматривая это предложение как благотворительность, отказался.
В 1902 г. Нобелевская премия по физике была присуждена Хендрику Антону Лоренцу и Питеру Зееману. В своей нобелевской речи, излагая историю развития электродинамики и говоря о своей электронной теории, Лоренц упомянул и о Хевисайде:
«...я взял общепринятые со времени работ Герца и Хевисайда уравнения и добавил некоторые допущения о силе, действующей на электрон».
Трудно сказать, читал ли Хевисайд нобелевскую лекцию Лоренца, а если и читал, то интересно, какие он испытывал при этом чувства. Может быть, он радовался тому, что Лоренц отметил его в качестве предшественника, а может быть и ворчал про себя. Дело в том, что выражение для силы, действующей на электрон в магнитном поле, Хевисайд получил на несколько лет раньше Лоренца.
После того как умерла мать Хевисайда (1894 г.), а затем и отец (1896 г.), он остался совершенно один и ему нередко приходилось отвлекаться от своей науки для того, чтобы выполнить по дому хоть какой-то «прожиточный минимум» работ. Об этих своих «проблемах» он как-то написал своему другу следующее:
«День назад я делал джем из нескольких яблок, которые еще не были украдены мальчишками, и из небольшого количества несъедобной черной смородины. Но я не создан для готовки. Я забываю. Тогда это все подгорает, превращается в золу, что и обнаруживается через несколько часов. Или, если я варю яйцо, я отвлекаюсь из-за какого-нибудь громкого разговора. Или я не налил воды. Или она вся выкипела».
Долгая жизнь в одиночестве всегда налагает на человека неизгладимый отпечаток. Хевисайд еще и при жизни своих родителей был затворником. Каково же было ему тогда, когда он остался совершенно один. Интересное впечатление произвел Хевисайд на Доктора Кроутера, ученика и сотрудника доктора Сила (бывшего другом Хевисайда). После посещения Хевисайда в 1914 году он говорил:
«Даже после этой короткой встречи у меня осталось очень глубокое впечатление от Хевисайда. Я никогда не встречал другого такого человека, который, несмотря на внешнюю эксцентричность, поразил бы меня сознанием того, что я встречаюсь с действительно великим умом. Я очень рад, что я посетил его, но я так и не отважился навестить его снова».
31 декабря 1924 г. Сил и его жена приехали к Хевисайду в гости. Незадолго до этого они получили от него живое и полное юмора письмо. В письме он описывал, как недавно упал с лестницы. Письмо показывало, что это был все тот же старый, странный и готовый на шутки Оливер. Он писал, что ждет их в гости, будет очень рад их видеть, хотя и чувствует себя плохо: "...желтуха, так что не ждите многого".
1 января 1925 г. они встретились. Оливер был желтый, он быстро устал и Силы вскоре ушли. На прощанье он попросил купить ему несколько носовых платков. На следующий день Силы приехали снова и привезли с собой заказанные Хевисайдом платки. Но они не смогли войти в дом. На стук никто не отзывался. Через день вечером они узнали, что в то утро Хевисайд был найден без сознания в своем доме и отправлен в больницу.
Силы несколько раз навещали его в больнице. Он был слаб, но был при этом весел и пытался шутить. Однако, последовавшее сначала улучшение его состояния не удержалось надолго. У него стали возникать различные осложнения, и 3 февраля 1925 г. Хевисайд скончался. Последняя болезнь Оливера не была единственной, он и до этого много болел. Но до того, как он попал в больницу, он, по-видимому, ни разу не обращался к врачу. И все же он дожил до 75 лет и до конца своих дней сохранил ясность мысли и способность шутить.
Оливер умер, не оставив завещания. На следующий день после похорон доктор Сил вместе с управляющим банком отправились в дом Хевисайда (который около месяца простоял необитаемым), чтобы взять медаль Фарадея и другие реликвии и ценности.
Вопрос о том, какими научными проблемами занимался Хевисайд после 1912 г., когда он прекратил публикацию своих работ, интересовал многих. В частности, было известно, что в последние годы жизни Хевисайд подготовил к изданию рукопись четвертого тома "Электромагнитной теории". Есть много указаний на то, что этот том уже был написан, но после смерти Хевисайда рукопись тома найти не удалось. Возможно, что она была украдена. В первые же дни после смерти Хевисайда его дом был ограблен. В числе прочих украденных вещей грабители могли унести и рукопись четвертого тома. Найти ее так и не удалось.
Большую часть своей жизни Хевисайд посвятил вопросам электричества. Но этим сфера его научных интересов не ограничивалась. Что же касается физики в целом, то главной целью Хевисайда было построение объединенной теории поля, в которой согласованным образом рассматривались бы электромагнетизм, механическая масса (инерция) и тяготение. При построении своей общей теории Хевисайд брал за основу теорию электромагнитного поля. Однако, насколько нам теперь известно, построение Хевисайдом объединенной теории поля так и не было им завершено.
Знакомство с жизнью и трудами Хевисайда наводит на многие размышления. Заслуживают величайшего уважения его сила воли, неукротимый дух познания. Вызывает удивление богатство полученных им результатов. Большую симпатию вызывают также неповторимые черты его личности, а его тяжелая жизнь наполняет нас сочувствием.
Соседи, рядом с которыми жил в последние годы Хевисайд, конечно не могли понимать содержание его научных статей. Однако, по тому, сколько писем приходило Хевисайду и какие солидные гости бывали у него в гостях, они прекрасно знали, что их сосед является выдающимся ученым. После его смерти на доме, в котором жил Оливер Хевисайд, была установлена мемориальная доска.
ЛИТЕРАТУРА: Б.М. Болотовский. ОЛИВЕР ХЕВИСАЙД. OLIVER HEAVISIDE. М. Изд. "Наука", 1985 г.
12.06.2010