Fowler, Ralph Howard

Ralph Howard Fowler
engelsk  Sir Ralph Howard Fowler
Namn vid födseln engelsk  Ralph Howard Fowler
Födelsedatum 17 januari 1889( 17-01-1889 ) [1] [2]
Födelseort Roydon , Storbritannien
Dödsdatum 28 juli 1944( 1944-07-28 ) [1] [2] (55 år)
En plats för döden Cambridge , Storbritannien
Land
Vetenskaplig sfär teoretisk fysik
Arbetsplats Cambridge universitetet
Alma mater Cambridge universitetet
vetenskaplig rådgivare Archibald Hill
Studenter Homi Baba
Garrett Birkhof
Paul Dirac
John E. Lennard-Jones
William McCree
Neville Mott
Harry Massey
Rudolf Peierls
Luelin Thomas
Subramanyan Chandrasekhar
Douglas Hartree
Känd som en av pionjärerna inom teoretisk astrofysik
Utmärkelser och priser Officer av det brittiska imperiets orden
 Mediafiler på Wikimedia Commons

Ralph Howard Fowler ( eng.  Sir Ralph Howard Fowler ; 17 januari 1889 , Roydon , Storbritannien  - 28 juli 1944 , Cambridge , Storbritannien ) - engelsk teoretisk fysiker , astrofysiker och matematiker , medlem av Royal Society of London ( 1925 ). Fowlers vetenskapliga arbeten ägnas huvudsakligen åt frågorna om statistisk mekanik och termodynamik , kvantteori , astrofysik och teorin om differentialekvationer . Bland forskarens prestationer: Darwins statistiska metod - Fowler och dess efterföljande tillämpningar för att beskriva materiens termodynamiska egenskaper; en av de grundläggande ekvationerna i teorin om fältemission ; en metod för att analysera stjärnspektra och den första realistiska uppskattningen av trycket i stjärnornas atmosfär ; en av de första tillämpningarna av kvantlagar på astrofysikens problem, vilket gjorde det möjligt att lägga grunden till den moderna teorin om vita dvärgar .

Biografi

Ursprung och utbildning

Ralph Howard Fowler föddes i Roydon , Essex , Storbritannien . Hans far, affärsmannen Howard Fowler, var en gång en framstående idrottsman, spelade för Englands rugbylandslag ; mor, Francis Eve, var dotter till Manchesters bomullshandlare George Dewhurst ( George Dewhurst ). Sonen ärvde sin fars atletiskhet och blev en anmärkningsvärd deltagare i skol- och universitetstävlingar i fotboll , golf och cricket . Ralph var den äldste av tre barn i familjen. Hans yngre syster Dorothy visade sig ännu tydligare på sportfältet och vann det engelska dammästerskapet i golf 1925 . Den yngre brodern Christopher, som gick in i Oxford University strax före första världskrigets utbrott , skickades till fronten och dog i april 1917 under slaget vid Somme . Hans död var ett allvarligt slag för Ralph [3] .

Fram till 10 års ålder utbildades Ralph hemma under överinseende av en guvernant och gick sedan in på förberedande skolan i Horris Hill ( Horris Hill School ). 1902-1908 studerade han vid Winchester School ( eng.  Winchester College ), där han vann flera priser i matematik och naturvetenskap och blev prefekt för skolan ( prefekt av Hall ). I december 1906 vann Fowler ett stipendium till Trinity College, Cambridge University , dit han gick 1908 och där han studerade matematik och tog examen 1911 med en Bachelor of Arts-examen . Han tilldelades Rayleigh-priset i matematik 1913, valdes till Fellow of Trinity College i oktober 1914 och fick en Master of Arts- examen 1915 . Samtidigt spelade han för Cambridge University-laget i golftävlingar. Vid den här tiden ägnades hans forskning åt "ren" matematik, i synnerhet beteendet hos lösningar på vissa andra ordningens differentialekvationer [4] .

Krig. Komma igång med fysik

Efter första världskrigets utbrott tjänstgjorde Fowler i Royal Marine Artillery ( Royal Marine Artillery ), deltog som artilleriofficer i slaget vid Gallipoli och skadades allvarligt i axeln. Efter att ha skickats till baksidan och återhämtat sig, gick han med i Archibald Hills grupp och arbetade med att skapa och testa en ny enhet för att observera flygplans flygning - en spegelriktningssökare ( spegelpositionsfinnare ). Från hösten 1916 var Fowler Hills ställföreträdare i en speciell experimentenhet belägen i Portsmouth , som utförde beräkningar av projektilers aerodynamik och utvecklingen av luftvärnsljudlokatorer. För dessa arbeten om militära ämnen 1918 belönades han med Order of the British Empire och fick graden av kapten. Ett antal resultat som spelade en viktig roll i utvecklingen av ballistik publicerades efter kriget i vetenskapliga tidskrifter [5] .

Efter krigets slut, i april 1919 , återvände Fowler till Cambridge, där han återigen blev medlem av Trinity College och föreläste i matematik. Han hann slutföra ett stort arbete om plankurvors geometri, påbörjat före kriget. Arbete under Hill flyttade dock sitt intresseområde från ren matematik till fysiska tillämpningar, så han började aktivt studera arbeten om gasteorin och relativitetsteorin, började intressera sig för utvecklingen av kvantteorin. Runt denna tid leddes det berömda Cavendish Laboratory av Ernest Rutherford , som snart blev en nära vän till Fowler. Från det ögonblicket började ett långt fruktbart samarbete mellan Fowler och Rutherford Laboratory, där han listades som konsult i matematiska frågor [6] . 1921 gifte han sig med Rutherfords enda dotter, Eileen Mary (1901–1930), som dog kort efter födelsen av deras fjärde barn [7] . Den äldsta sonen, Peter Fowler , blev också en  berömd fysiker, en specialist i kosmisk strålningsfysik [8] .

mogna år. Vetenskaplig skola

År 1922 utsågs Fowler till Warden (Proctor) vid University of Cambridge [7] . I januari 1932 valdes han till den nybildade tjänsten som Plummer-professor i teoretisk fysik vid Cavendish Laboratory . 1938 utsågs han till direktör för National Physical Laboratory , men på grund av en allvarlig sjukdom tvingades han avsäga sig denna position och återgå till sin ursprungliga position [9] . Efter andra världskrigets utbrott återupprättade vetenskapsmannen samarbetet med Board of Ordnance och skickades snart utomlands för att etablera vetenskapliga kontakter med vetenskapsmän från Kanada och USA i militära frågor (i synnerhet för att upprätta gemensamt arbete med radarproblemet ) [10] . Denna aktivitet var mycket framgångsrik och markerades 1942 av upphöjelsen av Fowler till riddare. Efter att ha återvänt till England, trots sin sviktande hälsa, fortsatte Fowler att aktivt samarbeta med Amiralitetet och Ordnance Board om ballistik. Detta arbete fortsatte till hans sista dagar [9] .

Fowler har övervakat arbetet för ett stort antal studenter, doktorander och personal, hans studenter inkluderar Nobelpristagarna Paul Dirac , Neville Mott och Subramanyan Chandrasekhar , såväl som kända fysiker och matematiker John Edward Lennard-Jones , Rudolf Peierls , Douglas Hartree , Homi Baba , Harry Massey , Garret Birkhoff , William McCree , Luelyn Thomas [11] [12] . Rutherfords student Mark Oliphant påminde [13] :

Det var genom Fowlers ansträngningar och hans inflytande på unga matematiker som skolan för teoretisk fysik växte vid Cambridge; även om Fowler själv inte stod i spetsen för de vetenskapsmän som skapade teoretisk fysik, hade han utmärkta matematiska förmågor, som han godmodigt och generöst ställde till experimenters tjänst. Själv står jag i tacksamhet till honom för hans tålmodiga uppmärksamhet på mina triviala problem.

Enligt Nevill Mott var Fowler egentligen inte en framstående vetenskapsman ("Dirac"), men han var noggrann nog att förstå betydelsen av vissa verk och resultat. Sålunda var han en av de första i Storbritannien som insåg betydelsen av det banbrytande arbetet med kvantmekanik, som utfördes i mitten av 1920-talet i Tyskland och Danmark, och bidrog till att hans elever vädjade till detta ämne. Mott lämnade följande beskrivning av sin lärare [14] :

Han var en mycket dålig föreläsare. Kunde inte vara värre. Jag tänkte inte igenom föreläsningarna till slutet, jag gick snabbt igenom ämnet. Han hade en mycket kraftfull fysik, som Rutherford själv. Grov och hög röst. Energisk, utomordentligt energisk... [Han kunde säga], ”Ja, jag förstår det inte. Dåligt skrivet. Jag tycker att du borde göra något sånt här, men egentligen tycker jag att du borde gå till Dirac." Mycket frispråkig, medveten om sina gränser... Jag tänker på honom mer som porträtten av Henry VIII som du kan se på Trinity College. Mycket bred och muskulös, med hög röst, njuter av livet till fullo. Självklart fick han en stroke på grund av överansträngning, men det händer ibland med fullblodspersoner av den här typen. Efter det var han bara en halv man, men till och med hälften av Fowler var en mycket trevlig karl.

Originaltext  (engelska)[ visaDölj] Han var en mycket dålig föreläsare. Kunde inte vara värre. Tänkte inte ut det; gick snabbt. Han hade en mycket kraftfull fysik, som Rutherford själv. Bluff och hög röst. Kraftig, oerhört energisk... [Han skulle säga]: "Ja, jag förstår inte det här. Det är dåligt skrivet. Jag tycker att du ska göra på det här sättet, men egentligen, jag antar att du borde gå och fråga Dirac." Väldigt rättfram, med kunskap om hans begränsningar... Jag tänker på honom snarare som en man som porträtten av Henrik den VIII som du kan se i Trinity. Mycket bred och muskulös med en hög röst, njuter av livet till fullo. Naturligtvis fick han en stroke genom överarbete; men den typen av fullblodsmän gör det ibland. Men sedan var han bara hälften av mannen efter det, men till och med hälften av Fowler var en riktig kille.

Vetenskaplig verksamhet

Statistisk mekanik och termodynamik

År 1922 övervägde Fowler, tillsammans med Charles Galton Darwin , den klassiska statistiken över icke-interagerande partiklar och visade att det är bekvämare att beskriva en gass tillstånd i termer av genomsnittliga (snarare än mest troliga) värden. Detta leder till behovet av att beräkna statistiska integraler , som kan representeras som konturintegraler och utvärderas med hjälp av sadelpunktsmetoden . Den utvecklade metoden för beräkning av statistiska integraler är nu känd som Darwin-Fowler-metoden [15] [16] . Med hjälp av den adiabatiska hypotesen från Ehrenfest tilldelade de vissa vikter till systemets kvanttillstånd, konstruerade motsvarande partitionsfunktion, övervägde specifika fall (Planck-oscillatorer, strålning i en kavitet) och visade hur man gör övergången till klassisk statistisk mekanik. Senare tillämpade Fowler den utvecklade tekniken på problemet med att beräkna jämviktstillstånd både vid kemisk dissociation och vid gasjonisering vid höga temperaturer. Det visade sig alltså vara möjligt att studera extrema tillstånd av materia med hjälp av statistisk mekaniks metoder, vilket ledde honom till frågan om tillståndet för joniserad gas i stjärnatmosfärer [17] . Ett annat område där Fowler tillämpade sina metoder för statistisk mekanik var teorin om starka elektrolyter , ett ämne som ligger på gränsen mellan fysik och kemi [18] .

1931 formulerade Fowler termodynamikens så kallade nolllag [19] . 1932 , tillsammans med John Bernal , övervägde han vattnets molekylära struktur . I deras klassiska arbete demonstrerades den grundläggande rollen för vätebindningar (termen har ännu inte använts) mellan tetraedriskt arrangerade vattenmolekyler, vilket gjorde det möjligt att förklara många av egenskaperna hos flytande vatten och is. Dessutom innehöll artikeln beräkningar av de termodynamiska egenskaperna hos jonlösningar och i synnerhet jonernas rörlighet i vatten [20] .

Fowlers monografier hade ett stort inflytande på bildandet av nya generationer av fysiker. På grundval av sin avhandling, som belönades med Adams-priset vid University of Cambridge 1924, skrev vetenskapsmannen boken "Statistical Mechanics", som gick igenom två upplagor under författarens livstid (1929 och 1936). Förutom en systematisk behandling av ämnets grunder, ägnade boken stor uppmärksamhet åt de många tillämpningarna av statistisk mekanik. 1939 publicerades läroboken "Statistical Thermodynamics", som skrevs tillsammans med Edward A.  Guggenheim och utformades för en mindre matematiskt förberedd läsare [ 21] .

Kvantteori

Från början av 1920-talet stödde Fowler aktivt utvecklingen av kvantteorin och dess tillämpning på sådana frågor som konstruktionen av generaliserad statistisk mekanik och förklaringen av den kemiska bindningen . Han främjade kvantidéer i Storbritannien, hjälpte till att översätta ett antal grundläggande artiklar publicerade i tyska tidskrifter till engelska och kända utländska fysiker (som Heisenberg och Kronig ) besökte Cambridge på hans inbjudan [22] . Dessutom bidrog Fowlers arbete till bildandet av en oberoende brittisk skola för kvantkemi , som kännetecknades av en syn på de problem som disciplinen står inför ur tillämpad matematik. Sådana studenter av Fowler som Lennard-Jones och Hartree är bland grundarna av kvantkemin [23] .

Ett antal av Fowlers verk ägnas åt teorin om fasövergångar och kollektiva effekter i magneter , legeringar och lösningar , summaregler för intensiteten av spektrallinjer , några frågor om kärnfysik (absorption av gammastrålar av tunga element, separation av väteisotoper genom elektrolytiska metoder) [9] . Tillsammans med Francis Aston utvecklade han teorin om att fokusera laddade partiklar med hjälp av en masspektrograf [7] . År 1928, tillsammans med Lothar Nordheim , använde Fowler idén om elektrontunnel under barriären för att förklara fenomenet elektronemission från kroppar under inverkan av en extern elektrisk fält -fältemission ( Fowler-Nordheims ekvation ) [24] .

Astrofysik

1923-1924 övervägde Fowler, tillsammans med Edward Arthur Milne , beteendet hos absorptionslinjernas intensitet i stjärnornas spektra. Baserat på Saha-ekvationen lyckades de relatera värdet på linjeintensitetsmaximum, som uppstår på grund av en kombination av excitations- och joniseringseffekter, med trycket och temperaturen i det "omvända lagret" av stjärnans atmosfär , där absorptionsspektra är formad. Detta gjorde det möjligt för första gången att få rätt storleksordning på gastrycket i stjärnatmosfärer. "Maksimametoden" som utvecklades av Fowler och Milne blev det huvudsakliga sättet att analysera stjärnspektra på 1920-talet, med hjälp av framgångsrika observationsjämförelser gjorda av Donald Menzel och Cecilia Payne . I flera efterföljande artiklar, som skrivits tillsammans med Guggenheim, utvecklade Fowler några tillvägagångssätt för analysen av det komplexa problemet med det fysiska tillståndet av stjärnmateria, med hänsyn till avvikelser från idealgaslagar, joniseringsprocesser, etc. [25] [26] [27]

1926 visade Fowler att vita dvärgar borde bestå av nästan helt joniserade atomer, komprimerade till en hög densitet, och en degenererad elektrongas ("som en jättemolekyl i det lägsta tillståndet"), i enlighet med den nyligen upptäckta Fermi-Dirac-statistiken [28 ] . Fowlers resultat, som var en av de första tillämpningarna av den nya kvantstatistiken, gjorde det möjligt att bli av med en paradox som inte gick att förklara inom ramen för det klassiska tillvägagångssättet: enligt klassisk statistik borde frågan om en vit dvärg har innehållit mycket mindre energi än vanlig materia, så den skulle inte kunna återgå till sitt normala tillstånd även efter att en sådan stjärna tagits bort från närheten [26] . Arthur Eddingtons mer vältaliga formulering säger att en klassisk stjärna inte kan svalna: när energi går förlorad måste trycket från gasen som utgör stjärnan minska, vilket kommer att leda till gravitationssammandragning, och följaktligen till en ökning av trycket och temperatur. Fowlers arbete gav en lösning på denna paradox: en elektrongas kan kylas ner till absolut noll och hamna i lägsta möjliga kvanttillstånd som tillåts av Pauli-principen , och trycket hos en sådan degenererad gas är tillräckligt stort för att kompensera för gravitationssammandragning [ 29] [Komm 1] . Således lade Fowlers artikel "On dense matter" grunden  för den moderna teorin om vita dvärgar [Komm 2] .

Matematik

Fowlers matematiska intressen var främst i beteendet hos lösningar på vissa andra ordningens differentialekvationer . I sin tidiga forskning övervägde han kubiska transformationer av Riemanns P-funktioner . Därefter, i samband med astrofysiska frågor, vände han sig till särdragen i Emden-ekvationen , som beskriver jämviktstillståndet för en stjärna, och gav en klassificering av lösningar till denna ekvation för olika randvillkor och polytropiska exponenter [31] . Dessa resultat visade sig vara mycket värdefulla när man övervägde olika modeller av stjärnor [26] . År 1920 publicerade Fowler en avhandling om differentialgeometrin hos plana kurvor , som gick igenom flera upplagor [31] .

Priser och minne

Publikationer

Böcker Huvudartiklar

Fowler är författare till ett 80-tal vetenskapliga artiklar, varav följande kan urskiljas:

Några artiklar på ryska

Anteckningar

Kommentarer
  1. ↑ Som Arnold Sommerfeld visade 1928 tillåter konceptet med en degenererad elektrongas oss att förklara många av egenskaperna hos ett mycket mer välbekant föremål än en vit dvärgmetall . Fowler ångrade senare att han inte var den första som såg denna möjlighet [30] .
  2. ↑ Utvecklingen av teorin om vita dvärgar i historisk följd spårades av Fowlers student Subramanyan Chandrasekhar i hans Nobelföreläsning: Chandrasekhar S. Om stjärnor, deras evolution och stabilitet  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ryska vetenskapsakademin , 1985. - T. 145 , nr. 3 . - S. 489-506 .
Källor
  1. ↑ 1 2 MacTutor History of Mathematics Archive
  2. ↑ 1 2 Ralph Howard Fowler // Brockhaus Encyclopedia  (tyskt) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus , Wissen Media Verlag
  3. ↑ Milne (ON), 1945 , sid. 61.
  4. ↑ Milne (ON), 1945 , s. 62-63.
  5. ↑ Milne (ON), 1945 , s. 65-67.
  6. ↑ Milne (ON), 1945 , sid. 68.
  7. ↑ 1 2 3 Milne (ON), 1945 , sid. 69.
  8. ↑ Sion, 2007 .
  9. ↑ 1 2 3 Milne (ON), 1945 , s. 73-74.
  10. ↑ Avery D. Krigets vetenskap: Kanadensiska vetenskapsmän och allierad militärteknologi . - University of Toronto Press, 1998. - S. 55. Arkiverad 4 februari 2016 på Wayback Machine
  11. ↑ Ralph Howard Fowler  . Matematik släktforskningsprojekt. — Lista över Fowlers elever. Hämtad 12 oktober 2014. Arkiverad från originalet 14 april 2012.
  12. ↑ Khramov, 1983 , sid. 272.
  13. ↑ Oliphant M. Days of Cambridge // Rutherford - vetenskapsman och lärare (till 100-årsdagen av hans födelse) / Ed. P. L. Kapitsa. - M . : Nauka, 1973. - S. 129. Arkivexemplar daterad 5 mars 2016 på Wayback Machine
  14. ↑ Kuhn TS Intervju med Sir Nevill  Mott . American Institute of Physics (1963). Hämtad 12 oktober 2014. Arkiverad från originalet 18 oktober 2014.
  15. ↑ Zubarev D. N. Darwin-Fowler-metoden  // Physical Encyclopedia. - M . : Soviet Encyclopedia, 1988. - T. 1 . - S. 558 . Arkiverad från originalet den 27 januari 2012.
  16. ↑ Thomson GP Charles Galton Darwin (1887-1962) // Biografiska memoarer av stipendiater i Royal Society. - 1963. - Vol. 9. - P. 73. - doi : 10.1098/rsbm.1963.0004 .
  17. ↑ Milne (ON), 1945 , s. 69-70.
  18. ↑ Gavroglu och Simoes, 2002 , sid. 191.
  19. ↑ Mortimer R.G. Fysikalisk kemi . - Elsevier Academic Press, 2008. - S. 111. Arkiverad 23 juli 2014 på Wayback Machine
  20. ↑ Hodgkin DMC John Desmond Bernal // Biografiska memoarer av stipendiater i Royal Society. - 1980. - Vol. 26. - S. 50-51. - doi : 10.1098/rsbm.1980.0002 .
  21. ↑ Gavroglu och Simoes, 2002 , sid. 194.
  22. ↑ Gavroglu och Simoes, 2002 , s. 191-194.
  23. ↑ Gavroglu och Simoes, 2002 , s. 195-196.
  24. ↑ Shrednik V. N. Autoelektronisk emission  // Physical Encyclopedia. - M . : Soviet Encyclopedia, 1988. - T. 1 . - S. 21 . Arkiverad från originalet den 16 maj 2009.
  25. ↑ Milne (ON), 1945 , sid. 70-71.
  26. ↑ 1 2 3 Chandrasekhar, 1945 .
  27. ↑ Hearnshaw, 2014 , s. 137-139.
  28. ↑ Milne (ON), 1945 , sid. 72.
  29. ↑ Shaviv, 2009 , s. 215-217.
  30. ↑ Milne (ON), 1945 , s. 72-73.
  31. ↑ 1 2 Milne (ON), 1945 , s. 63-64.
  32. ↑ Selenografiska koordinater (-145°, +43°). Se: I. G. Kolchinsky, A. A. Korsun, M. G. Rodriguez. Astronomer: En biografisk guide. - Kiev: Naukova Dumka, 1977. - S. 387.

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Tematiska platser
Ordböcker och uppslagsverk
Släktforskning och nekropol