Charles Galton Darwin | |||
---|---|---|---|
engelsk Sir Charles Galton Darwin | |||
Födelsedatum | 18 december 1887 | ||
Födelseort | |||
Dödsdatum | 31 december 1962 [1] [2] [3] […] (75 år) | ||
En plats för döden | |||
Land | |||
Vetenskaplig sfär | fysik | ||
Arbetsplats | |||
Alma mater | Cambridge universitetet | ||
vetenskaplig rådgivare | Ernest Rutherford | ||
Känd som | en av grundarna till teorin om röntgendiffraktion | ||
Utmärkelser och priser |
|
||
Mediafiler på Wikimedia Commons |
Charles Galton Darwin ( eng. Sir Charles Galton Darwin ; 18 december 1887 , Cambridge - 31 december 1962 , Cambridge ) var en engelsk teoretisk fysiker och matematiker. Medlem av Royal Society of London ( 1922 ). Han är mest känd för sitt arbete med teorin om röntgendiffraktion , statistisk mekanik ( Darwin-Fowler-metoden ), kvantfysik (kvantmekanisk teori om Zeeman-effekten , elektronteori av Dirac-typ, etc.). Som en offentlig person ägnade han stor uppmärksamhet åt problemen med befolkning och eugenik .
Charles Galton Darwin föddes i Cambridge i en vetenskaplig dynasti: hans far var den berömda matematikern och astronomen George Howard Darwin , och hans farfar var den berömda naturforskaren Charles Robert Darwin . Hans mor, amerikanska Maud du Puy , var dotter till en ingenjör-uppfinnare i Philadelphia [8] . Hans gudfäder var också anmärkningsvärda personligheter - grundaren av eugeniken Francis Galton och den berömda fysikern Lord Kelvin . Unge Darwin studerade först vid St. Faith's Preparatory School och fick sedan en klassisk utbildning vid Marlborough School. Från 16 års ålder började han specialisera sig på matematik . 1901 och 1906 besökte han Tyskland för att få övning i det tyska språket , och vid sitt andra besök träffade han den berömde matematikern Karl Runge i Göttingen [9] .
1906 gick Darwin in på Trinity College, Cambridge University , där han studerade matematik och matematisk fysik. En av lärarna som påverkade den framtida vetenskapsmannen var Joseph Larmor , på den tiden Lukasovsky professor i matematik vid Cambridge; studentens direkta mentor var Robert Herman ( Robert A. Herman ). Darwin tog examen från den matematiska kursen ( Matematisk Tripos ) femte ( femte tävlande ) [10] . Efter examen 1910 började han arbeta vid University of Manchester under Ernest Rutherford , och fick en position som Schuster-lektor i matematisk fysik (mest Darwin undervisade i termodynamik och kinetisk teori om gaser ). Darwins tidiga arbete handlade om en del av atmosfärens fysik och det radioaktiva sönderfallet av torium (med Ernest Marsden ). Snart tog han upp problemet med absorption och spridning av alfapartiklar av materia. Hans arbete med detta ämne var en av de första teoretiska studierna som använde begreppet atomens kärnstruktur, som föreslagits kort innan av Rutherford [11] . Detta arbete av Darwin kritiserades av Niels Bohr och blev utgångspunkten från vilken den senare började sin verksamhet i linje med Rutherfords idéer, vilket ledde honom till konstruktionen av den första kvantteorin om atomen [12] . Efter Bohrs ankomst till Manchester diskuterade Darwin med honom och Henry Moseley atomnumrets roll för att klargöra sekvensen av element i Mendeleevs periodiska system och möjligheten till experimentell verifiering av detta antagande [13] . År 1913 flyttade Darwin bort från frågor om atomfysik och riktade sina ansträngningar på att bygga en adekvat teori om röntgendiffraktion .
Efter utbrottet av första världskriget , Darwin, som utbildades i officersutbildningskårenvid University of Manchester, skickades till Frankrike som en del av en av de första brittiska enheterna. I ungefär ett år stannade han i Boulogne och utförde funktionerna censur och radiokommunikation. Han gick sedan med i Royal Engineers , där han deltog i ljudlokaliseringsarbetet för fiendens projektiler , ledd av William Lawrence Bragg . År 1917 belönades Darwin med Military Cross och skickades till Royal Air Force för att undersöka flygbuller [14] .
År 1919 valdes Darwin till stipendiat vid Christ's College , Cambridge, och fram till 1922 föreläste han och fungerade som konsult i matematik vid Cavendish Laboratory . Denna tid präglades av fruktbart samarbete med Ralph Fowler , vilket resulterade i betydande resultat inom området statistisk mekanik [15] . 1922 fick Darwin en gästprofessur vid California Institute of Technology , där han tillbringade ett år. Han återvände till sitt hemland genom Sydamerika , där han besökte många platser som hans berömda förfader besökte under sin resa på Beagleskeppet [14] .
1924 blev Darwin inbjuden till tjänsten som professor i naturfilosofi ( Tait professor i naturfilosofi ) vid University of Edinburgh . Följande år gifte han sig med Katharine Pember , en matematiker till yrket, dotter till rektorn för All Souls College , Oxford [15] . De fick fem barn [16] . Under sin vistelse i Edinburgh gjorde Darwin sitt viktigaste bidrag till klargörandet av vissa frågor inom kvantteorin.
1936 fick Darwin den administrativa posten som Master of Christ's College, Cambridge University. Vid den här tiden fick han ägna stor uppmärksamhet åt projekt för uppförande av nya byggnader på högskoleområdet. Två år senare utsågs han till chef för National Physical Laboratory och efterträdde William Bragg i den positionen . Efter andra världskrigets utbrott började Darwin att omorganisera laboratoriet och riktade sina anställdas ansträngningar på militära problem, särskilt till luftförsvarsfrågor och tidig radarutveckling . 1941 skickades han till Washington som chef för ett uppdrag för att samordna aktiviteterna för brittiska, amerikanska och kanadensiska forskare, inklusive utvecklingen av atomvapen . Efter att ha återvänt till England tjänstgjorde han som vetenskaplig rådgivare till krigskontoret [17] .
Först i slutet av kriget fick Darwin möjligheten att åter arbeta nära med problemen i sitt laboratorium. Han blev en av initiativtagarna till arbetet med utvecklingen av elektronisk datorteknik i specialformade avdelningar av laboratoriet, vars resultat var en av de första brittiska datorerna Pilot ACE . Darwin gick i pension 1949, även om han förblev medlem av laboratoriets verkställande kommitté från 1953 till 1959 [ 18 ] .
Efter pensioneringen hade Darwin tid och möjlighet att engagera sig i sociala aktiviteter, befolkningsfrågor och eugenik, vilket han ägnade stor uppmärksamhet åt. Han var ordförande för Eugenics Society 1953-1959. Under efterkrigstiden reste han mycket, deltog i vetenskapliga konferenser, besökte olika länder i världen som en del av statliga och offentliga uppdrag: Indien (1937/38, 1946/47, 1956), Irak (1947) och Thailand (1953) genom UNESCO , Australien och Nya Zeeland med föreläsningar ( 1956 ) ; _ Darwin var medlem i ett antal offentliga och statliga kommittéer, 1941-1944 tjänade han som president för London Physical Society [20] , 1939 valdes han till vicepresident i Royal Society of London [16] .
Darwin är författare till mer än 90 artiklar, huvudsakligen ägnade åt röntgenoptik, statistisk mekanik och kvantteori. För att karakterisera Darwin som en vetenskapsman kan man använda orden från Nobelpristagaren George Paget Thomson [11] :
Han delade den brittiska vetenskapens nationella särdrag - att tänka i termer av specifika problem och att komma fram till breda teorier genom induktion snarare än genom några a priori-resonemang . Under hela sitt liv var Darwin mer av en tillämpad matematiker än en teoretisk fysiker. Hans idéer härrörde från experiment eller från andra människors arbete. Han använde sina matematiska förmågor mer för att arbeta med dessa idéer än för att främja dem.
Originaltext (engelska)[ visaDölj] Han delade den brittiska vetenskapens nationella kännetecken att tänka i termer av specifika problem och att komma fram till breda teorier genom induktion snarare än genom vissa a priori-resonemang. Darwin var hela sitt liv en "tillämpad matematiker" snarare än en teoretisk fysiker. Hans idéer härrörde från experiment eller från andra mäns arbete. Han använde sin matematik på dem istället för att föreslå dem.De huvudsakliga arbetsinriktningarna och de viktigaste resultaten av Darwins forskning beskrivs nedan.
År 1913 började Darwin, tillsammans med Henry Moseley , med hjälp av Braggs metoder, en cykel av arbete med studier av röntgendiffraktion . I den första artikeln (huvudsakligen experimentell) mätte de intensiteten hos röntgenstrålen som reflekterades av kristallen från joniseringen av ämnet som orsakades av den. I de följande två artiklarna, skrivna av honom ensam och publicerade i februari och april 1914 , lade Darwin grunden för den dynamiska teorin om röntgendiffraktion [14] . Hans första beräkningar gällde reflektion av strålar från en idealisk kristall och gav ett betydligt lägre värde för effektiviteten av denna process jämfört med resultaten av Moseleys mätningar. Darwin kom till slutsatsen att denna diskrepans beror på ofullkomligheten hos riktiga kristaller. Han tog hänsyn till denna ofullkomlighet i sin mosaikmodell och antog att kristallen består av olika orienterade block belägna på olika djup från provets yta. Strålningen som reflekteras av varje block läggs till och ger den önskade ökningen av den reflekterade strålens intensitet jämfört med idealfallet [21] . I dessa tidningar och i 1922 års tidning övervägdes även temperatureffekter och ett samband etablerades med spridningen av strålning av enskilda atomer. Darwins arbete med röntgendiffraktion anses nu vara en klassiker [14] . Enligt William Lawrence Bragg [14] ,
Sedan dess har formlerna som upprättats av Darwin legat till grund för tolkningen av kvantitativa mätningar ... Röntgenkristallografer har alltid ansett detta originella och fantasifulla arbete av Darwin, utfört på ett så tidigt stadium i utvecklingen av ämnet, ett av hans bästa bidrag till vetenskapen.
Originaltext (engelska)[ visaDölj] Formlerna som Darwin etablerade har varit grunden för tolkning av kvantitativa mätningar ända sedan... vetenskapen.Huvudverk:
År 1922 övervägde Darwin, tillsammans med Ralph Fowler , den klassiska statistiken över icke-interagerande partiklar och visade att det är bekvämare att beskriva en gass tillstånd i termer av medelvärden (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 [22] . De visade också att konventionell termodynamik lätt kan härledas från en given statistisk beskrivning [15] .
Huvudverk:
När han arbetade i Manchester var Darwin ett direkt vittne till framväxten av kvantteorin om atomens struktur. Dessutom var han mycket imponerad av idéerna från Henri Poincare , som påpekade att idén om kvantum leder till förkastandet av klassisk determinism till förmån för probabilistiska representationer [23] . Men han gjorde det första seriösa bidraget till utvecklingen av kvantämnen först efter kriget, 1919 . Han kontrollerade Arnold Sommerfelds beräkningar av vätespektrats fina struktur och föreslog , för att mer fullständigt ta hänsyn till relativistiska effekter, att använda en retarderad potential för att beskriva interaktionen mellan en elektron och en kärna [24] .
Tydligen var Darwin en av de första som insåg behovet av ett ytterligare förkastande av klassiska begrepp för att bygga en konsekvent kvantteori. I en opublicerad artikel från 1919 skrev han [25] :
Jag har länge trott att fysikens grundläggande grunder är i ett fruktansvärt tillstånd. Kvantteorins stora landvinningar har hela tiden betonat inte bara dess betydelse, utan också de väsentliga motsättningarna som ligger bakom den ... Det kan hända att det är nödvändigt att fundamentalt förändra våra idéer om tid och rum, antingen för att överge bevarandet av materia och elektricitet, eller till och med som en sista utväg tilldela fri vilja till elektronen .
Dessa överväganden ledde Darwin till idén att behandla lagen om bevarande av energi som en statistisk (snarare än exakt) lag, som han använde 1922 för att konstruera en teori om optisk spridning . Snart mötte han allvarliga svårigheter på vägen [26] . Även om det inte var möjligt att övervinna dem, kom han mycket nära att inse nyckelrollen för våg-partikeldualitet och behovet av att skapa ett nytt konceptuellt schema som skulle kombinera kvantkoncept och en vågbeskrivning av elektromagnetisk teori . Men hans tankar vid den tiden gick obemärkt förbi av det vetenskapliga samfundet [25] .
Efter att ha flyttat till Edinburgh, tog Darwin upp några frågor om magneto-optik, i synnerhet teorin om Zeeman-effekten , som han först tolkade från klassiska positioner, och sedan med hjälp av Kramers- Heisenbergs spridningsteorin baserad på korrespondensprincipen . Efter tillkomsten av vågmekaniken ansåg han Zeeman-effekten på grundval av Schrödinger-ekvationen [27] . I samma arbete från 1927 konstruerades ett matematiskt schema (samtidigt med Wolfgang Pauli ), som gjorde det möjligt att introducera elektronspinningen i kvantmekaniken [28] .
Samma 1927 gjorde Darwin ett försök att bygga en kvantmekanisk teori om elektronen , och presenterade den senare som en tvåkomponentvåg (en sorts "vektor"). Han härledde motsvarande vågekvationer och beräknade spektrumet av väte på grundval av dem, men senare uppstod allvarliga problem med tolkningen av resultaten på grund av teorins icke-invarians med avseende på rotationen av koordinataxlarna där "vektorerna" " är byggd. Efter uppkomsten i början av 1928 av en artikel av Paul Dirac med hans relativistiska ekvation av elektronen , beskriven av en fyrkomponentvågfunktion , visade det sig att Darwins teori bara är en approximation av Diracs teori. Darwin började omedelbart få konsekvenserna av Dirac-ekvationen och skrev om den på ett språk med differentialekvationer som var mer förståeligt för andra fysiker [29] . Han visade att denna ekvation ger korrekta resultat inte bara i den första, utan även i högre approximationer [30] , beräknade vätespektrats fina struktur och beräknade elektronens magnetiska moment .
I ett antal efterföljande arbeten förklarade Darwin i detalj och med exempel nya idéer (särskilt osäkerhetsrelationen och komplementaritetsprincipen ) och deras konsekvenser, vilket var särskilt användbart för experimentella fysiker [20] . Hans bok The New Conceptions of Matter , skriven som ett resultat av en kurs av föreläsningar i Amerika, fick stor popularitet [31] . Den här boken, skriven för icke-specialister, återspeglar hans filosofiska syn på kvantfysik. Så han föredrog vågmekanik framför matrismekanik , eftersom den första enligt hans åsikt låter dig visualisera fysiska processer (i denna mening är den nära relaterad till klassiska vågteorier), medan den andra är för abstrakt. Relaterat till denna position av Darwin är att han gav ontologisk företräde åt vågor, inte till partiklar [32] .
Huvudverk:
Utöver de som noterats ovan är det värt att kortfattat lista några av Darwins resultat på ett antal särskilda frågor från olika fysikområden. 1914 , strax före krigets början, övervägde han problemet med kollisionen av alfapartiklar med lätta atomer, vilket var i linje med Rutherfords forskning [14] . År 1924 , kvar inom ramen för klassisk fysik, vände han sig till frågan om att bestämma materiens optiska egenskaper utifrån egenskaperna hos spridd strålning [15] . Flera gånger under sitt liv (1934 och 1943) återvände Darwin till ämnet radiovågsutbredning i jordens jonosfär , i synnerhet visade han att det inte finns något behov av att ta hänsyn till inflytandet från det så kallade Lorentziska lokala fältet på rörelsen av fria elektroner i det jonosfäriska plasmat [33] . Andra ämnen som han ibland tog upp var hydrodynamik , jordmagnetism och allmän relativitet . Darwin skrev också ett antal artiklar om rent matematiska frågor ( Weber-funktion , konforma avbildningar , elliptiska funktioner ) [18] .
Några artiklar:
Intresset för problemet med att förbättra mänskligheten, i eugenik , var en familjetradition av Darwins. Många medlemmar av denna familj (inklusive föräldrarna till Charles Galton Darwin) stödde eugenikrörelsen och var till och med medlemmar av Eugenics Society (se Galton Institute ), som bildades 1907 . Darwin själv tycks ha delat alla grundprinciper för dåtidens eugenik, inklusive fördomar mot de lägre klasserna (som de privilegierade samhällsskikten hade en mycket vag uppfattning om). Och även om han inte ansåg sig vara en expert på biologi eller evolutionsteori , som Thomas Blaney noterar [8] ,
Av natur, uppväxt eller ren slump kan han ha delat den tendens som präglade männen i Darwin-familjen i sin fars generation, viljan att utan tvekan acceptera hypoteser utanför deras expertområde.
Originaltext (engelska)[ visaDölj] Av naturen, uppfostran eller ren slump delade han kanske en tendens som hade märkts hos darwinmännen i hans fars generation - en beredskap att acceptera med för lite ifrågasättande hypoteser utanför deras egen expertis.Men under lång tid deltog han inte i eugenikrörelsen, eftersom han var upptagen med aktuella vetenskapliga och lärarfrågor. Det var inte förrän 1930, på uppmaning av farbror Leonard (se Leonard Darwin ), som han blev en livsmedlem i Eugenics Society, men han förblev praktiskt taget frånvarande från dess arbete fram till 1939 , då han höll den traditionella Galton-föreläsningen och valdes in. Sällskapets vice ordförande. I sin föreläsning påpekade han behovet av "positiv eugenik", som stöder mänsklighetens bästa representanter, i motsats till den tidigare främjade "negativa eugeniken", som uppmanade till att begränsa reproduktionen av "oönskade element" och föreföll honom extremt ineffektiv. Han ansåg att värdet av sin inkomst ( Eugenik genom beskattning ) var den bästa uppskattningen av en persons betydelse, även om han inte ansåg det möjligt att genomföra en eugenikpolitik av detta slag i ett demokratiskt system [8] .
I framtiden visade Darwin återigen ingen aktivitet inom området eugenik, och trodde att han som tjänsteman inte hade rätt att uttala sig om så känsliga ämnen. Först efter sin pensionering 1949 fick han möjlighet att ägna denna fråga stor uppmärksamhet. 1952 publicerade han den mycket hyllade boken The Next Million Years , där han tog upp problemet med den " malthusianska katastrofen " (den ständiga tillväxten av jordens befolkning, som endast begränsas av hungersnöd och krig under förhållanden med mycket begränsade resurser) , vilket ansågs oundvikligt. Anledningen till detta, enligt Darwin, är mänsklighetens oförmåga att rationellt begränsa sitt antal, precis som människan kontrollerar kvantiteten och kvaliteten på husdjur (i denna mening är människan ett "vilt" djur). Familjeplaneringsmetoder på individnivå är baserade på individers medvetande, vilket inte kan förväntas av alla representanter för befolkningen i ens ett land, för att inte tala om mänskligheten som helhet (desutom är medvetandet inte nedärvt) [8] . För att ta itu med befolkningens problem använde Darwin metoderna för statistisk fysik och termodynamik, en av de första som tillämpade dem på offentliga frågor [34] . Hans pessimistiska neo-malthusianska åsikter kritiserades upprepade gånger. Thomson noterar att Darwin kanske underskattade möjligheterna till urval på gruppnivå, endast med tanke på människors individuella egenskaper [35] . Den berömda fysikern och vetenskapssociologen John Bernal skrev om Darwins bok [36] :
I hans bok, liksom i alla andra neo-malthusianers bok, finner vi nästan inga spår av vad som har blivit känt - och vad som redan har gjorts - för att använda vetenskapen för att lösa det elementära problemet att förse människor med mat.
Året därpå, 1953, valdes Darwin till president för Eugenics Society, en post han innehade fram till 1959 . Samtidigt, 1952-1956, deltog han i projektet Lovande familjer , som blev ett försök att omsätta principerna för "positiv eugenik" i praktiken. Målet med projektet var att utveckla kriterier för att identifiera familjer som mest förtjänar att få så många barn som möjligt, och att utveckla metoder för hjälp (inklusive ekonomiskt stöd) till sådana familjer. Projektet fick ingen bred utveckling och stöd i samhället. Darwin uttryckte upprepade gånger tvivel om huruvida målen för eugenikrörelsen kan uppnås och dess framtid. Hans pessimistiska synpunkt visade sig vara korrekt: intresset för eugenik minskade inför utvecklingen av det statliga socialförsäkringssystemet . Kort efter Darwins död blev Eugenics Society rent välgörande och 1968 lades hans tidskrift Eugenics Review ned [8] .
Huvudpublikationer: