Charles Galton Darwin | |||
---|---|---|---|
engelsk Sir Charles Galton Darwin | |||
Fødselsdato | 18. december 1887 | ||
Fødselssted | |||
Dødsdato | 31. december 1962 [1] [2] [3] […] (75 år) | ||
Et dødssted | |||
Land | |||
Videnskabelig sfære | fysik | ||
Arbejdsplads | |||
Alma Mater | Cambridge universitet | ||
videnskabelig rådgiver | Ernest Rutherford | ||
Kendt som | en af grundlæggerne af teorien om røntgendiffraktion | ||
Præmier og præmier |
|
||
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Charles Galton Darwin ( eng. Sir Charles Galton Darwin ; 18. december 1887 , Cambridge - 31. december 1962 , Cambridge ) var en engelsk teoretisk fysiker og matematiker. Medlem af Royal Society of London ( 1922 ). Han er bedst kendt for sit arbejde med teorien om røntgendiffraktion , statistisk mekanik ( Darwin-Fowler-metoden , kvantefysik (kvantemekanisk teori om Zeeman-effekten , elektronteori af Dirac-typen osv.). Som offentlig person var han meget opmærksom på problemerne med befolkning og eugenik .
Charles Galton Darwin blev født i Cambridge i et videnskabeligt dynasti: hans far var den berømte matematiker og astronom George Howard Darwin , og hans bedstefar var den berømte naturforsker Charles Robert Darwin . Hans mor, amerikanske Maud du Puy , var datter af en ingeniør-opfinder fra Philadelphia [8] . Hans gudfædre var også bemærkelsesværdige personligheder - grundlæggeren af eugenik Francis Galton og den berømte fysiker Lord Kelvin . Den unge Darwin studerede først på St. Faith's Preparatory School og modtog derefter en klassisk uddannelse på Marlborough School. Fra en alder af 16 begyndte han at specialisere sig i matematik . I 1901 og 1906 besøgte han Tyskland for at øve sig i det tyske sprog , og ved sit andet besøg mødte han den berømte matematiker Karl Runge i Göttingen [9] .
I 1906 gik Darwin ind på Trinity College, Cambridge University , hvor han studerede matematik og matematisk fysik. En af de lærere, der påvirkede den fremtidige videnskabsmand, var Joseph Larmor , på det tidspunkt Lukasovsky professor i matematik ved Cambridge; den direkte mentor for den studerende var Robert Herman ( Robert A. Herman ). Darwin dimitterede fra det matematiske kursus ( Matematical Tripos ) femte ( femte wrangler ) [10] . Efter sin eksamen i 1910 begyndte han at arbejde ved University of Manchester under Ernest Rutherford og fik en stilling som Schuster-lektor i matematisk fysik (for det meste Darwin underviste i kurser i termodynamik og den kinetiske teori om gasser ). Darwins tidlige arbejde handlede om noget af atmosfærens fysik og det radioaktive henfald af thorium (med Ernest Marsden ). Snart tog han problemet op med absorption og spredning af alfapartikler af stof. Hans arbejde med dette emne var en af de første teoretiske undersøgelser, der brugte konceptet om atomets nukleare struktur, foreslået kort før af Rutherford [11] . Dette arbejde af Darwin blev kritiseret af Niels Bohr og blev det udgangspunkt, hvorfra sidstnævnte begyndte sine aktiviteter i tråd med Rutherfords ideer, hvilket førte ham til konstruktionen af den første kvanteteori om atomet [12] . Efter Bohrs ankomst til Manchester diskuterede Darwin med ham og Henry Moseley atomnummerets rolle i at afklare sekvensen af grundstoffer i Mendeleevs periodiske system og muligheden for eksperimentel verifikation af denne antagelse [13] . I 1913 bevægede Darwin sig væk fra spørgsmål om atomfysik og rettede sine bestræbelser på at opbygge en passende teori om røntgendiffraktion .
Efter udbruddet af Første Verdenskrig , Darwin, som blev uddannet i Officersuddannelseskorpsetved University of Manchester, blev sendt til Frankrig som en del af en af de første britiske enheder. I omkring et år forblev han i Boulogne og udførte funktionerne censur og radiokommunikation. Han sluttede sig derefter til Royal Engineers , hvor han deltog i lydlokaliseringsarbejdet for fjendens projektiler , ledet af William Lawrence Bragg . I 1917 blev Darwin tildelt Militærkorset og sendt til Royal Air Force for at undersøge flystøj [14] .
I 1919 blev Darwin valgt til stipendiat ved Christ's College , Cambridge, og indtil 1922 holdt han foredrag og fungerede som konsulent i matematik ved Cavendish Laboratory . Denne tid var præget af et frugtbart samarbejde med Ralph Fowler , hvilket resulterede i betydelige resultater inden for statistisk mekanik [15] . I 1922 modtog Darwin et gæsteprofessorat ved California Institute of Technology , hvor han tilbragte et år. Han vendte tilbage til sit hjemland gennem Sydamerika , hvor han besøgte mange steder, som hans berømte forfader besøgte under sin tur på Beagle-skibet [14] .
I 1924 blev Darwin inviteret til stillingen som professor i naturfilosofi ( Tait Professor of Natural Philosophy ) ved University of Edinburgh . Året efter giftede han sig med Katharine Pember , en matematiker af profession, datter af rektor ved All Souls College , Oxford [15] . De fik fem børn [16] . Under sit ophold i Edinburgh ydede Darwin sit mest betydningsfulde bidrag til afklaringen af nogle spørgsmål i kvanteteorien.
I 1936 modtog Darwin den administrative stilling som Master of Christ's College, Cambridge University. På dette tidspunkt måtte han være meget opmærksom på projekter til opførelse af nye bygninger på højskoleområdet. To år senere blev han udnævnt til direktør for National Physical Laboratory og efterfulgte William Bragg i denne stilling . Efter udbruddet af Anden Verdenskrig begyndte Darwin at omorganisere laboratoriet og rettede dets ansattes indsats mod militære problemer, især luftforsvarsspørgsmål og tidlig radarudvikling . I 1941 blev han sendt til Washington som leder af en mission for at koordinere britiske, amerikanske og canadiske videnskabsmænds aktiviteter, herunder i udviklingen af atomvåben . Efter at være vendt tilbage til England tjente han som videnskabelig rådgiver for krigskontoret [17] .
Først i slutningen af krigen fik Darwin mulighed for igen at arbejde tæt sammen med problemerne i sit laboratorium. Han blev en af initiativtagerne til arbejdet med udviklingen af elektronisk computerteknologi i specielt dannede afdelinger af laboratoriet, hvis resultat var en af de første britiske computere Pilot ACE . Darwin gik på pension i 1949, selvom han forblev medlem af laboratoriets eksekutivkomité fra 1953 til 1959 [ 18 ] .
Efter sin pensionering havde Darwin tid og mulighed for at engagere sig i sociale aktiviteter, befolkningsspørgsmål og eugenik, som han var meget opmærksom på. Han var præsident for Eugenics Society fra 1953-1959. I efterkrigstiden rejste han meget, deltog i videnskabelige konferencer, besøgte forskellige lande i verden som en del af statslige og offentlige missioner: Indien (1937/38, 1946/47, 1956), Irak (1947) og Thailand (1953) gennem UNESCO , Australien og New Zealand med foredrag ( 1956 ) ; _ Darwin var medlem af en række offentlige og statslige udvalg, i 1941-1944 fungerede han som præsident for London Physical Society [20] , i 1939 blev han valgt til vicepræsident for Royal Society of London [16] .
Darwin er forfatter til mere end 90 artikler, hovedsageligt viet til røntgenoptik, statistisk mekanik og kvanteteori. For at karakterisere Darwin som videnskabsmand kan man bruge ordene fra nobelpristageren George Paget Thomson [11] :
Han delte britisk videnskabs nationale særegenhed - at tænke i termer af specifikke problemer og at nå frem til brede teorier ved induktion snarere end ved nogle a priori-ræsonnementer . Gennem hele sit liv var Darwin mere en anvendt matematiker end en teoretisk fysiker. Hans ideer var afledt af eksperimenter eller fra andre menneskers arbejde. Han brugte sine matematiske evner mere til at arbejde på disse ideer end til at fremme dem.
Originaltekst (engelsk)[ Visskjule] Han delte britisk videnskabs nationale karaktertræk, nemlig at tænke i form af specifikke problemer og at nå frem til brede teorier ved induktion snarere end ved nogle a priori-ræsonnementer. Darwin var hele sit liv en 'anvendt matematiker' snarere end en teoretisk fysiker. Hans ideer var afledt af eksperimenter eller fra andre mænds arbejde. Han brugte sin matematik på dem i stedet for at foreslå dem.De vigtigste arbejdsretninger og de vigtigste resultater af Darwins forskning er beskrevet nedenfor.
I 1913 påbegyndte Darwin sammen med Henry Moseley , ved hjælp af Braggs metoder, en cyklus af arbejde med undersøgelsen af røntgendiffraktion . I den første artikel (hovedsageligt eksperimentel) målte de intensiteten af røntgenstrålen, der reflekteres af krystallen fra ioniseringen af stoffet forårsaget af det. I de næste to artikler, skrevet af ham alene og offentliggjort i februar og april 1914 , lagde Darwin grundlaget for den dynamiske teori om røntgendiffraktion [14] . Hans første beregninger vedrørte reflektion af stråler fra en ideel krystal og gav en væsentlig lavere værdi for effektiviteten af denne proces sammenlignet med resultaterne af Moseleys målinger. Darwin kom til den konklusion, at denne uoverensstemmelse skyldes ufuldkommenheden af rigtige krystaller. Han tog denne ufuldkommenhed i betragtning i sin mosaikmodel, idet han antog, at krystallen består af forskelligt orienterede blokke placeret i forskellige dybder fra prøvens overflade. Strålingen reflekteret af hver blok tilføjes og giver den ønskede stigning i intensiteten af den reflekterede stråle sammenlignet med det ideelle tilfælde [21] . I disse papirer og i papiret fra 1922 blev temperatureffekter også overvejet, og der blev etableret en forbindelse med spredning af stråling fra individuelle atomer. Darwins arbejde med røntgendiffraktion betragtes nu som en klassiker [14] . Ifølge William Lawrence Bragg [14] ,
Siden da har formlerne etableret af Darwin været grundlaget for fortolkningen af kvantitative målinger ... Røntgenkrystallografer har altid betragtet dette originale og fantasifulde arbejde af Darwin, udført på et så tidligt tidspunkt i udviklingen af emnet, et af hans bedste bidrag til videnskaben.
Originaltekst (engelsk)[ Visskjule] De formler, som Darwin etablerede, har været grundlaget for fortolkning af kvantitative målinger lige siden... videnskaben.Hovedværker:
I 1922 overvejede Darwin sammen med Ralph Fowler den klassiske statistik over ikke-interagerende partikler og viste, at det er mere bekvemt at beskrive en gass tilstand i form af gennemsnitlige (i stedet for mest sandsynlige) værdier. Dette fører til behovet for at beregne statistiske integraler , som kan repræsenteres som konturintegraler og evalueres ved hjælp af saddle-point-metoden . Den udviklede tilgang til beregning af statistiske integraler er nu kendt som Darwin-Fowler-metoden [22] . De viste også, at konventionel termodynamik let kan udledes fra en given statistisk beskrivelse [15] .
Hovedværker:
Mens han arbejdede i Manchester, var Darwin et direkte vidne til fremkomsten af kvanteteorien om atomets struktur. Derudover var han meget imponeret over ideerne fra Henri Poincare , som påpegede, at ideen om kvante fører til afvisning af klassisk determinisme til fordel for probabilistiske repræsentationer [23] . Han gav dog det første seriøse bidrag til udviklingen af kvanteemner først efter krigen, i 1919 . Han kontrollerede Arnold Sommerfelds beregninger af brintspektrets fine struktur og foreslog, for mere fuldt ud at tage hensyn til relativistiske effekter, at bruge et retarderet potentiale til at beskrive interaktionen mellem en elektron og en kerne [24] .
Tilsyneladende var Darwin en af de første til at indse behovet for en yderligere afvisning af klassiske begreber for at opbygge en konsekvent kvanteteori. I en upubliceret artikel fra 1919 skrev han [25] :
Jeg har længe troet, at fysikkens grundlæggende grundlag er i en forfærdelig tilstand. Kvanteteoriens store bedrifter har hele tiden understreget ikke kun dens betydning, men også de væsentlige modsætninger, der ligger til grund for den ... Det kan ske, at det er nødvendigt at fundamentalt ændre vores ideer om tid og rum, enten for at opgive bevarelsen af stof og elektricitet, eller endda som en sidste udvej tildele fri vilje til elektronen .
Disse overvejelser førte Darwin til ideen om at behandle loven om bevarelse af energi som en statistisk (snarere end nøjagtig) lov, som han brugte i 1922 til at konstruere en teori om optisk spredning . Snart mødte han alvorlige vanskeligheder undervejs [26] . Selvom det ikke var muligt at overvinde dem, kom han meget tæt på at indse nøglerollen af bølge-partikel dualitet og behovet for at skabe et nyt konceptuelt skema, der ville kombinere kvantekoncepter og en bølgebeskrivelse af elektromagnetisk teori . Men hans tanker på det tidspunkt gik ubemærket hen af det videnskabelige samfund [25] .
Efter at have flyttet til Edinburgh, tog Darwin nogle spørgsmål op om magneto-optik, især teorien om Zeeman-effekten , som han først fortolkede fra klassiske positioner, og derefter med hjælp fra Kramers - Heisenberg -spredningsteorien baseret på korrespondanceprincippet . Efter fremkomsten af bølgemekanikken overvejede han Zeeman-effekten på grundlag af Schrödinger-ligningen [27] . I samme værk fra 1927 blev der konstrueret et matematisk skema (samtidigt med Wolfgang Pauli ) , som gjorde det muligt at indføre elektronspin i kvantemekanikken [28] .
I samme 1927 gjorde Darwin et forsøg på at bygge en kvantemekanisk teori om elektronen , og præsenterede sidstnævnte som en to-komponent bølge (en slags "vektor"). Han udledte de tilsvarende bølgeligninger og beregnede brintspektret på basis af dem, men senere opstod der alvorlige problemer med fortolkningen af resultaterne på grund af teoriens ikke-invarians med hensyn til rotationen af koordinatakserne, hvor "vektorerne "er bygget. Efter fremkomsten i begyndelsen af 1928 af en artikel af Paul Dirac med hans relativistiske ligning af elektronen , beskrevet af en fire - komponent bølgefunktion , viste det sig, at Darwins teori kun er en tilnærmelse af Diracs teori. Darwin tog straks fat på konsekvenserne af Dirac-ligningen og omskrev den i et sprog med differentialligninger, der var mere forståeligt for andre fysikere [29] . Han viste, at denne ligning giver korrekte resultater ikke kun i den første, men også i højere tilnærmelser [30] , beregnede brintspektrets fine struktur og beregnede elektronens magnetiske moment .
I en række efterfølgende værker forklarede Darwin i detaljer og med eksempler nye ideer (især usikkerhedsrelationen og komplementaritetsprincippet ) og deres konsekvenser, hvilket især var nyttigt for eksperimentelle fysikere [20] . Hans bog The New Conceptions of Matter , skrevet som et resultat af et kursus med forelæsninger i Amerika, vandt stor popularitet [31] . Denne bog, skrevet til ikke-specialister, afspejler hans filosofiske syn på kvantefysik. Så han foretrak bølgemekanik frem for matrixmekanik , fordi den første efter hans mening giver dig mulighed for at visualisere fysiske processer (i denne forstand er den tæt forbundet med klassiske bølgeteorier), mens den anden er for abstrakt. Relateret til denne holdning af Darwin er, at han gav ontologisk forrang til bølger, ikke til partikler [32] .
Hovedværker:
Ud over dem, der er nævnt ovenfor, er det værd kort at nævne nogle af Darwins resultater om en række særlige spørgsmål fra forskellige fysikområder. I 1914 , lige før krigens start, overvejede han problemet med kollisionen af alfapartikler med lette atomer, hvilket var i tråd med Rutherfords forskning [14] . I 1924 , forbliver inden for rammerne af klassisk fysik, vendte han sig til spørgsmålet om at bestemme de optiske egenskaber af stof ud fra funktionerne i spredt stråling [15] . Adskillige gange i løbet af sit liv (i 1934 og 1943) vendte Darwin tilbage til emnet radiobølgeudbredelse i Jordens ionosfære , og han viste især, at der ikke er behov for at tage hensyn til indflydelsen fra det såkaldte Lorentzianske lokale felt på bevægelsen af frie elektroner i det ionosfæriske plasma [33] . Andre emner , han lejlighedsvis behandlede , var hydrodynamik , jordisk magnetisme og generel relativitetsteori . Darwin skrev også en række artikler om rent matematiske spørgsmål ( Weber-funktion , konforme kortlægninger , elliptiske funktioner ) [18] .
Nogle artikler:
Interessen for problemet med at forbedre menneskeheden i eugenik var en familietradition hos Darwins. Mange medlemmer af denne familie (inklusive forældrene til Charles Galton Darwin) støttede eugenikbevægelsen og var endda medlemmer af Eugenics Society (se Galton Institute ), dannet i 1907 . Darwin selv synes at have delt alle grundprincipperne i den daværende eugenik, herunder fordomme mod de lavere klasser (som samfundets privilegerede lag havde en meget vag idé om). Og selvom han ikke betragtede sig selv som en ekspert i biologi eller evolutionsteori , som Thomas Blaney bemærker [8] ,
Af natur, opvækst eller ren tilfældighed kan han have delt den tendens, der prægede mændene i Darwin-familien i hans fars generation, viljen til uden tvivl at acceptere hypoteser uden for deres ekspertiseområde.
Originaltekst (engelsk)[ Visskjule] Af natur, næring eller ren tilfældighed delte han måske en tendens, der var blevet markeret hos hans fars generations Darwin-mænd - en parathed til at acceptere med for få spørgsmålstegn ved hypoteser uden for deres egen ekspertise.Men i lang tid deltog han ikke i eugenikbevægelsen, idet han var optaget af aktuelle videnskabelige og pædagogiske bekymringer. Det var først i 1930, efter opfordring fra onkel Leonard (se Leonard Darwin ), at han blev et livsmedlem af Eugenics Society, men han forblev praktisk talt fraværende fra dets arbejde indtil 1939 , hvor han holdt den traditionelle Galton-forelæsning og blev valgt. næstformand i foreningen. I sit foredrag påpegede han behovet for "positiv eugenik", som understøtter de bedste repræsentanter for menneskeheden, i modsætning til den tidligere fremmede "negative eugenik", som opfordrede til at begrænse reproduktionen af "uønskede elementer" og forekom ham ekstremt ineffektiv. Han anså værdien af sin indkomst ( Eugenik ved beskatning ) for at være det bedste skøn over en persons betydning, selvom han ikke anså det for muligt at gennemføre en eugenikpolitik af denne art i et demokratisk system [8] .
I fremtiden udviste Darwin igen ingen aktivitet inden for eugenik, idet han mente, at han som embedsmand ikke havde ret til at udtale sig om så følsomme emner. Først efter sin pensionering i 1949 fik han lejlighed til at vie denne problemstilling stor opmærksomhed. I 1952 udgav han den meget roste bog The Next Million Years , hvori han behandlede problemet med den " malthusianske katastrofe " (den konstante vækst i jordens befolkning, som kun er begrænset af hungersnød og krige under forhold med meget begrænsede ressourcer) , hvilket ansås for uundgåeligt. Årsagen til dette er ifølge Darwin menneskehedens manglende evne til rationelt at begrænse sit antal, ligesom mennesket kontrollerer mængden og kvaliteten af husdyr (i denne forstand er mennesket et "vildt" dyr). Familieplanlægningsmetoder på individniveau er baseret på individers bevidsthed, hvilket ikke kan forventes af alle repræsentanter for befolkningen i selv ét land, for ikke at nævne menneskeheden som helhed (derudover er bevidsthed ikke nedarvet) [8] . For at løse befolkningsproblemerne brugte Darwin metoderne inden for statistisk fysik og termodynamik, en af de første til at anvende dem på offentlige spørgsmål [34] . Hans pessimistiske neo-malthusianske synspunkter blev gentagne gange kritiseret. Thomson bemærker, at Darwin måske undervurderede mulighederne for udvælgelse på gruppeniveau, idet han kun tog hensyn til menneskers individuelle karakteristika [35] . Den berømte fysiker og videnskabssociolog John Bernal skrev om Darwins bog [36] :
I hans bog, som i enhver anden neo-malthusianers bog, finder vi næsten ingen spor af, hvad der er blevet kendt - og hvad der allerede er blevet gjort - at bruge videnskaben til at løse det elementære problem med at forsyne mennesker med mad.
Året efter, 1953, blev Darwin valgt til præsident for Eugenics Society, en post han havde indtil 1959 . Samtidig deltog han i 1952-1956 i Promising Families- projektet , som blev et forsøg på at omsætte principperne om "positiv eugenik" i praksis. Målet med projektet var at udvikle kriterier for at identificere familier, der bedst fortjener at få så mange børn som muligt, og at udvikle metoder til hjælp (herunder økonomisk støtte) til sådanne familier. Projektet fik ikke bred udvikling og opbakning i samfundet. Darwin udtrykte gentagne gange tvivl om opnåelsen af eugenikbevægelsens mål og dens fremtid. Hans pessimistiske synspunkt viste sig at være korrekt: interessen for eugenik var faldende i lyset af udviklingen af det statslige sociale sikringssystem . Kort efter Darwins død blev Eugenics Society rent velgørende, og i 1968 blev hans tidsskrift Eugenics Review indstillet [8] .
Vigtigste publikationer: