Fowler, Ralph Howard

Ralph Howard Fowler
engelsk  Sir Ralph Howard Fowler
Navn ved fødslen engelsk  Ralph Howard Fowler
Fødselsdato 17. januar 1889( 17-01-1889 ) [1] [2]
Fødselssted Roydon , Storbritannien
Dødsdato 28. juli 1944( 28-07-1944 ) [1] [2] (55 år)
Et dødssted Cambridge , Storbritannien
Land
Videnskabelig sfære teoretisk fysik
Arbejdsplads Cambridge universitet
Alma Mater Cambridge universitet
videnskabelig rådgiver Archibald Hill
Studerende Homi Baba
Garrett Birkhof
Paul Dirac
John E. Lennard-Jones
William McCree
Neville Mott
Harry Massey
Rudolf Peierls
Luelin Thomas
Subramanyan Chandrasekhar
Douglas Hartree
Kendt som en af ​​pionererne inden for teoretisk astrofysik
Præmier og præmier Officer af det britiske imperiums orden
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Ralph Howard Fowler ( eng.  Sir Ralph Howard Fowler ; 17. januar 1889 , Roydon , Storbritannien  - 28. juli 1944 , Cambridge , UK ) - engelsk teoretisk fysiker , astrofysiker og matematiker , medlem af Royal Society of London ( 1925 ). Fowlers videnskabelige værker er hovedsageligt viet til spørgsmålene om statistisk mekanik og termodynamik , kvanteteori , astrofysik og teorien om differentialligninger . Blandt videnskabsmandens præstationer: Darwins statistiske metode - Fowler og dens efterfølgende anvendelser til at beskrive stoffets termodynamiske egenskaber; en af ​​de grundlæggende ligninger i teorien om feltemission ; en metode til at analysere stjernespektre og det første realistiske skøn over trykket i stjernernes atmosfære ; en af ​​de første anvendelser af kvantelove på astrofysikkens problemer, som gjorde det muligt at lægge grundlaget for den moderne teori om hvide dværge .

Biografi

Oprindelse og uddannelse

Ralph Howard Fowler blev født i Roydon , Essex , Storbritannien . Hans far, forretningsmanden Howard Fowler, var på et tidspunkt en fremtrædende atlet, og spillede for det engelske rugbylandshold ; mor, Francis Eve, var datter af Manchesters bomuldshandler George Dewhurst ( George Dewhurst ). Sønnen arvede sin fars atletik og blev en bemærkelsesværdig deltager i skole- og universitetskonkurrencer i fodbold , golf og cricket . Ralph var den ældste af tre børn i familien. Hans yngre søster Dorothy viste sig endnu tydeligere på sportsområdet, da han vandt det engelske mesterskab i golf for kvinder i 1925 . Den yngre bror Christopher, der kom ind på Oxford University lige før udbruddet af Første Verdenskrig , blev sendt til fronten og døde i april 1917 under slaget ved Somme . Hans død var et alvorligt slag for Ralph [3] .

Indtil en alder af 10 år blev Ralph uddannet hjemme under opsyn af en guvernante og gik derefter ind på den forberedende skole i Horris Hill ( Horris Hill School ). I 1902-1908 studerede han på Winchester School ( eng.  Winchester College ), hvor han vandt adskillige priser i matematik og naturvidenskab og blev præfekt for skolen ( Prefect of Hall ). I december 1906 vandt Fowler et stipendium til Trinity College, Cambridge University , hvor han gik i 1908, og hvor han studerede matematik og dimitterede i 1911 med en Bachelor of Arts-grad . Han blev tildelt Rayleigh-prisen i matematik i 1913, blev valgt til Fellow of Trinity College i oktober 1914 og modtog en Master of Arts- grad i 1915 . Samtidig spillede han for Cambridge University-holdet i golfkonkurrencer. På dette tidspunkt var hans forskning afsat til "ren" matematik, især adfærden af ​​løsninger til nogle andenordens differentialligninger [4] .

Krig. Kom godt i gang med fysik

Efter udbruddet af Første Verdenskrig gjorde Fowler tjeneste i Royal Marine Artillery ( Royal Marine Artillery ), deltog som artilleriofficer i slaget ved Gallipoli og blev alvorligt såret i skulderen. Efter at være blevet sendt bagud og kommet sig, sluttede han sig til Archibald Hills gruppe , der arbejdede på skabelsen og afprøvningen af ​​en ny enhed til observation af flyvemaskiner - en spejlretningssøger ( spejlpositionsfinder ). Fra efteråret 1916 var Fowler Hills stedfortræder i en særlig eksperimentel enhed beliggende i Portsmouth , som udførte beregninger af projektilers aerodynamik og udviklingen af ​​luftværns-lydlokalisatorer. For disse værker om militære emner i 1918 blev han tildelt Order of the British Empire og modtog rang af kaptajn. En række resultater, der spillede en vigtig rolle i udviklingen af ​​ballistik, blev publiceret efter krigen i videnskabelige tidsskrifter [5] .

Efter krigens afslutning, i april 1919 , vendte Fowler tilbage til Cambridge, hvor han igen blev medlem af Trinity College og underviste i matematik. Han havde tid til at færdiggøre et større arbejde med plankurvernes geometri, påbegyndt før krigen. Arbejdet under Hill skiftede imidlertid hans interesseområde fra ren matematik til fysiske applikationer, så han begyndte aktivt at studere værker om gasteorien og relativitetsteorien, begyndte at interessere sig for udviklingen af ​​kvanteteori. Omkring dette tidspunkt blev det berømte Cavendish Laboratory ledet af Ernest Rutherford , som snart blev en nær ven af ​​Fowler. Fra det øjeblik begyndte et langt frugtbart samarbejde mellem Fowler og Rutherford Laboratory, hvor han blev opført som konsulent i matematiske spørgsmål [6] . I 1921 giftede han sig med Rutherfords eneste datter, Eileen Mary (1901-1930), som døde kort efter fødslen af ​​deres fjerde barn [7] . Den ældste søn, Peter Fowler , blev også en  berømt fysiker, en specialist i kosmisk strålefysik [8] .

modne år. Videnskabelig skole

I 1922 blev Fowler udnævnt til Warden (Proctor) ved University of Cambridge [7] . I januar 1932 blev han valgt til den nyoprettede stilling som Plummer-professor i teoretisk fysik ved Cavendish Laboratory . I 1938 blev han udnævnt til direktør for National Physical Laboratory , men på grund af en alvorlig sygdom blev han tvunget til at fratræde denne stilling og vende tilbage til sin oprindelige stilling [9] . Efter udbruddet af Anden Verdenskrig genoprettede videnskabsmanden samarbejdet med Board of Ordnance og blev snart sendt til udlandet for at etablere videnskabelige kontakter med forskere fra Canada og USA om militære spørgsmål (især for at etablere fælles arbejde med radarproblemet ) [10] . Denne aktivitet var meget vellykket og blev markeret i 1942 af ophøjelsen af ​​Fowler til en ridderstatus. Efter at have vendt tilbage til England, på trods af sit svigtende helbred, fortsatte Fowler med at samarbejde aktivt med Admiralitetet og Ordnance Board om ballistik. Dette arbejde fortsatte indtil hans sidste dage [9] .

Fowler har overvåget arbejdet for et stort antal studerende, kandidatstuderende og ansatte, hans studerende inkluderer nobelprismodtagere Paul Dirac , Neville Mott og Subramanyan Chandrasekhar , såvel som berømte fysikere og matematikere John Edward Lennard-Jones , Rudolf Peierls , Douglas Hartree , Homi Baba , Harry Massey , Garret Birkhoff , William McCree , Luelyn Thomas [11] [12] . Rutherfords elev Mark Oliphant huskede [13] :

Det var gennem Fowlers indsats og hans indflydelse på unge matematikere, at skolen for teoretisk fysik voksede i Cambridge; selv om Fowler ikke selv var i spidsen for de videnskabsmænd, der skabte teoretisk fysik, havde han fremragende matematiske evner, som han godmodigt og generøst stillede til eksperimentatorernes tjeneste. Jeg selv er ham taknemmelig for hans tålmodige opmærksomhed på mine trivielle knibe.

Ifølge Nevill Mott var Fowler egentlig ikke en fremragende videnskabsmand ("Dirac"), men han var indsigtsfuld nok til at forstå betydningen af ​​visse værker og resultater. Han var således en af ​​de første i Storbritannien, der påskønnede betydningen af ​​det banebrydende arbejde med kvantemekanik, udført i midten af ​​1920'erne i Tyskland og Danmark, og bidrog til hans elevers appel til dette emne. Mott efterlod følgende beskrivelse af sin lærer [14] :

Han var en meget dårlig foredragsholder. Kunne ikke være værre. Jeg tænkte ikke igennem forelæsningerne til ende, jeg gik hurtigt igennem emnet. Han havde en meget kraftfuld fysik, ligesom Rutherford selv. Rå og høj stemme. Energisk, ekstraordinært energisk... [Han kunne sige], “Ja, jeg forstår det ikke. Dårligt skrevet. Jeg synes, du burde gøre sådan noget her, men jeg tror faktisk, du må hellere gå til Dirac." Meget åbenhjertig, bevidst om sine grænser... Jeg tænker mere på ham som portrætterne af Henry VIII , som du kan se på Trinity College. Meget bred og muskuløs, med en høj stemme, nyder livet fuldt ud. Selvfølgelig fik han et slagtilfælde på grund af overanstrengelse, men det sker nogle gange med fuldblods mennesker af denne type. Efter det var han kun en halv mand, men selv halvdelen af ​​Fowler var en meget rar fyr.

Originaltekst  (engelsk)[ Visskjule] Han var en meget dårlig foredragsholder. Kunne ikke være værre. Tænkte ikke over det; gik hurtigt. Han havde en meget kraftfuld fysik, ligesom Rutherford selv. Bluff og høj stemme. Kraftig, uhyre energisk... [Han ville sige]: "Ja, jeg forstår ikke det her. Det er dårligt skrevet. Jeg synes, du skal gøre det på denne måde, men virkelig, jeg formoder, at du hellere må gå hen og spørge Dirac." Meget ligefrem, ved at kende hans begrænsninger... Jeg tænker på ham snarere som en mand som portrætterne af Henrik den VIII, du kan se i Trinity. Meget bred og muskuløs med en høj stemme, nyder livet fuldt ud. Selvfølgelig fik han et slagtilfælde gennem overarbejde; men den slags fuldblods mand gør nogle gange. Men så var han kun den halve mand efter det, men selv halvdelen af ​​Fowler var noget af en fyr.

Videnskabelig aktivitet

Statistisk mekanik og termodynamik

I 1922 overvejede Fowler sammen med Charles Galton Darwin 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 [15] [16] . Ved hjælp af den adiabatiske hypotese fra Ehrenfest tildelte de visse vægte til systemets kvantetilstande, konstruerede den tilsvarende partitionsfunktion, overvejede specifikke tilfælde (Planck-oscillatorer, stråling i et hulrum) og viste, hvordan man kunne lave overgangen til klassisk statistisk mekanik. Senere anvendte Fowler den udviklede teknik på problemet med at beregne ligevægtstilstande både i kemisk dissociation og i tilfælde af gasionisering ved høje temperaturer. Det viste sig således at være muligt at studere ekstreme tilstande af stof ved hjælp af den statistiske mekaniks metoder, hvilket førte ham til spørgsmålet om tilstanden af ​​ioniseret gas i stjerneatmosfærer [17] . Et andet område, hvor Fowler anvendte sine metoder til statistisk mekanik, var teorien om stærke elektrolytter , et emne, der ligger på grænsen mellem fysik og kemi [18] .

I 1931 formulerede Fowler termodynamikkens såkaldte nulte lov [19] . I 1932 overvejede han sammen med John Bernal vandets molekylære struktur . I deres klassiske arbejde blev den grundlæggende rolle , som brintbindinger (udtrykket er endnu ikke brugt) mellem tetraedrisk arrangerede vandmolekyler demonstreret, hvilket gjorde det muligt at forklare mange af egenskaberne ved flydende vand og is. Desuden indeholdt artiklen beregninger af ionopløsningers termodynamiske egenskaber og især ioners mobilitet i vand [20] .

Fowlers monografier havde stor indflydelse på dannelsen af ​​nye generationer af fysikere. På grundlag af sin afhandling, som blev tildelt Adams-prisen fra University of Cambridge i 1924, skrev videnskabsmanden bogen "Statistical Mechanics", som gennemgik to udgaver i forfatterens levetid (i 1929 og 1936). Ud over en systematisk behandling af emnets grundlæggende principper lagde bogen stor vægt på de talrige anvendelser af statistisk mekanik. I 1939 blev lærebogen "Statistical Thermodynamics" udgivet, skrevet sammen med Edward A.  Guggenheim og designet til en mindre matematisk forberedt læser [ 21] .

Kvanteteori

Fra begyndelsen af ​​1920'erne støttede Fowler aktivt udviklingen af ​​kvanteteori og dens anvendelse på spørgsmål som konstruktionen af ​​generaliseret statistisk mekanik og forklaringen af ​​den kemiske binding . Han fremmede kvanteideer i Storbritannien, hjalp med at oversætte til engelsk en række grundlæggende artikler offentliggjort i tyske tidsskrifter, og berømte udenlandske fysikere (såsom Heisenberg og Kronig ) besøgte Cambridge på hans invitation [22] . Desuden bidrog Fowlers arbejde til dannelsen af ​​en uafhængig britisk skole for kvantekemi , som var kendetegnet ved et syn på de problemer, som disciplinen står over for fra et synspunkt om anvendt matematik. Sådanne elever af Fowler som Lennard-Jones og Hartree er blandt grundlæggerne af kvantekemi [23] .

En række af Fowlers værker er afsat til teorien om faseovergange og kollektive effekter i magneter , legeringer og løsninger , sumregler for intensiteten af ​​spektrallinjer , nogle spørgsmål om kernefysik (absorption af gammastråler af tunge grundstoffer, adskillelse af brintisotoper ved elektrolytiske metoder) [9] . Sammen med Francis Aston udviklede han teorien om at fokusere ladede partikler ved hjælp af en massespektrograf [7] . I 1928 brugte Fowler sammen med Lothar Nordheim ideen om elektrontunneling under barriere til at forklare fænomenet elektronemission fra legemer under påvirkning af en ekstern elektrisk felt- feltemission ( Fowler-Nordheim ligning ) [24] .

Astrofysik

I 1923-1924 overvejede Fowler sammen med Edward Arthur Milne adfærden af ​​intensiteten af ​​absorptionslinjer i stjernernes spektre. Baseret på Saha-ligningen lykkedes det dem at relatere værdien af ​​linjens intensitetsmaksimum, som opstår på grund af en kombination af excitations- og ioniseringseffekter, med trykket og temperaturen i det "omvendte lag" af stjernens atmosfære , hvor absorptionsspektre er dannet. Dette gjorde det for første gang muligt at opnå den korrekte størrelsesorden af ​​gastrykket i stjerneatmosfærer. "Maksimametoden" udviklet af Fowler og Milne blev det vigtigste middel til at analysere stjernespektre i 1920'erne, hjulpet af vellykkede observationssammenligninger foretaget af Donald Menzel og Cecilia Payne . I flere efterfølgende artikler, co-forfattet med Guggenheim, udviklede Fowler nogle tilgange til analysen af ​​det komplekse problem med den fysiske tilstand af stjernestof, under hensyntagen til afvigelser fra ideelle gaslove, ioniseringsprocesser osv. [25] [26] [27]

I 1926 viste Fowler, at hvide dværge skulle bestå af næsten fuldstændigt ioniserede atomer, komprimeret til en høj tæthed, og en degenereret elektrongas ("som et kæmpe molekyle i den laveste tilstand"), idet de adlød de nyligt opdagede Fermi-Dirac-statistikker [28 ] . Fowlers resultater, som var en af ​​de første anvendelser af den nye kvantestatistik, gjorde det muligt at slippe af med et paradoks, der ikke kunne forklares inden for rammerne af den klassiske tilgang: ifølge klassisk statistik skulle sagen om en hvid dværg har indeholdt meget mindre energi end almindeligt stof, så det ville ikke kunne vende tilbage til sin normale tilstand, selv efter fjernelse af en sådan stjerne fra nærheden [26] . Arthur Eddingtons mere veltalende formulering siger, at en klassisk stjerne ikke kan køle ned: når energi går tabt, skal trykket af gassen, der udgør stjernen, falde, hvilket vil føre til gravitationssammentrækning og følgelig til en stigning i trykket og temperatur. Fowlers arbejde gav en løsning på dette paradoks: en elektrongas kan køle ned til det absolutte nulpunkt og ende i den lavest mulige kvantetilstand tilladt af Pauli-princippet , og trykket af en sådan degenereret gas er stort nok til at kompensere for gravitationssammentrækning [ 29] [Komm 1] . Fowlers artikel "On dense matter" lagde  således grundlaget for den moderne teori om hvide dværge [Komm 2] .

Matematik

Fowlers matematiske interesser var primært i opførsel af løsninger til visse andenordens differentialligninger . I sin tidlige forskning overvejede han kubiske transformationer af Riemanns P-funktioner . Efterfølgende vendte han sig i forbindelse med astrofysiske spørgsmål til funktionerne i Emden-ligningen , som beskriver en stjernes ligevægtstilstand, og gav en klassificering af løsninger til denne ligning for forskellige randbetingelser og polytrope eksponenter [31] . Disse resultater viste sig at være meget værdifulde, når man overvejede forskellige modeller af stjerner [26] . I 1920 udgav Fowler en afhandling om differentialgeometrien af ​​plane kurver , som gik igennem flere udgaver [31] .

Priser og mindehøjtidelighed

Publikationer

Bøger Hovedartikler

Fowler er forfatter til omkring 80 videnskabelige artikler, hvoraf følgende kan skelnes:

Nogle artikler på russisk

Noter

Kommentarer
  1. ↑ Som Arnold Sommerfeld viste i 1928 , giver begrebet en degenereret elektrongas os mulighed for at forklare mange af egenskaberne ved et meget mere velkendt objekt end et hvidt dværgmetal . Fowler fortrød senere, at han ikke var den første, der så denne mulighed [30] .
  2. ↑ Udviklingen af ​​teorien om hvide dværge i historisk rækkefølge blev sporet af Fowlers studerende Subramanyan Chandrasekhar i hans Nobelforelæsning: Chandrasekhar S. Om stjerner, deres udvikling og stabilitet  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Russian Academy of Sciences , 1985. - T. 145 , no. 3 . - S. 489-506 .
Kilder
  1. ↑ 1 2 MacTutor History of Mathematics Archive
  2. ↑ 1 2 Ralph Howard Fowler // Brockhaus Encyclopedia  (tysk) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus , Wissen Media Verlag
  3. ↑ Milne (ON), 1945 , s. 61.
  4. ↑ Milne (ON), 1945 , s. 62-63.
  5. ↑ Milne (ON), 1945 , s. 65-67.
  6. ↑ Milne (ON), 1945 , s. 68.
  7. ↑ 1 2 3 Milne (ON), 1945 , s. 69.
  8. ↑ Sion, 2007 .
  9. ↑ 1 2 3 Milne (ON), 1945 , s. 73-74.
  10. ↑ Avery D. Krigsvidenskaben: Canadiske videnskabsmænd og allieret militærteknologi . - University of Toronto Press, 1998. - S. 55. Arkiveret 4. februar 2016 på Wayback Machine
  11. ↑ Ralph Howard Fowler  . Matematik slægtsforskningsprojekt. — Liste over Fowlers elever. Hentet 12. oktober 2014. Arkiveret fra originalen 14. april 2012.
  12. ↑ Khramov, 1983 , s. 272.
  13. ↑ Oliphant M. Days of Cambridge // Rutherford - videnskabsmand og lærer (Til 100-året for hans fødsel) / Ed. P. L. Kapitsa. - M . : Nauka, 1973. - S. 129. Arkivkopi dateret 5. marts 2016 på Wayback Machine
  14. ↑ Kuhn TS Interview med Sir Nevill  Mott . American Institute of Physics (1963). Hentet 12. oktober 2014. Arkiveret fra originalen 18. oktober 2014.
  15. ↑ Zubarev D. N. The Darwin-Fowler Method  // Physical Encyclopedia. - M . : Soviet Encyclopedia, 1988. - T. 1 . - S. 558 . Arkiveret fra originalen den 27. januar 2012.
  16. ↑ Thomson GP Charles Galton Darwin (1887-1962) // Biografiske Memoirs of Fellows of the Royal Society. - 1963. - Bd. 9. - S. 73. - doi : 10.1098/rsbm.1963.0004 .
  17. ↑ Milne (ON), 1945 , s. 69-70.
  18. ↑ Gavroglu og Simoes, 2002 , s. 191.
  19. ↑ Mortimer R.G. Fysisk kemi . - Elsevier Academic Press, 2008. - S. 111. Arkiveret 23. juli 2014 på Wayback Machine
  20. ↑ Hodgkin DMC John Desmond Bernal // Biografiske Memoirs of Fellows of the Royal Society. - 1980. - Bd. 26. - S. 50-51. - doi : 10.1098/rsbm.1980.0002 .
  21. ↑ Gavroglu og Simoes, 2002 , s. 194.
  22. ↑ Gavroglu og Simoes, 2002 , s. 191-194.
  23. ↑ Gavroglu og Simoes, 2002 , s. 195-196.
  24. ↑ Shrednik V. N. Autoelektronisk emission  // Fysisk encyklopædi. - M . : Soviet Encyclopedia, 1988. - T. 1 . - S. 21 . Arkiveret fra originalen den 16. maj 2009.
  25. ↑ Milne (ON), 1945 , s. 70-71.
  26. ↑ 1 2 3 Chandrasekhar, 1945 .
  27. ↑ Hearnshaw, 2014 , s. 137-139.
  28. ↑ Milne (ON), 1945 , s. 72.
  29. ↑ Shaviv, 2009 , s. 215-217.
  30. ↑ Milne (ON), 1945 , s. 72-73.
  31. ↑ 1 2 Milne (ON), 1945 , s. 63-64.
  32. ↑ Selenografiske koordinater (-145°, +43°). Se: I. G. Kolchinsky, A. A. Korsun, M. G. Rodriguez. Astronomer: En biografisk guide. - Kiev: Naukova Dumka, 1977. - S. 387.

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Tematiske steder
Ordbøger og encyklopædier
Slægtsforskning og nekropolis