Визначення — в останню чергу
До 160-річчя від дня народження видатного англійського фізика та математика Олівера Хевісайда.
Є вчені, про яких говорять: випередив свій час. Говорять нащадки — сучасники їх не розуміють, а тому, як правило, не визнають. Особливо важко було очікувати підтримки в академічних колах Оліверу Хевісайду: його оригінальні, елегантні математичні методи розв’язання надзвичайно складних фізичних задач багато іменитих професорів не сприймали всерйоз, уважаючи їх науково необґрунтованими фантазіями самоука з неповною середньою освітою. Коли ж учений почав підписувати свої роботи «Хробак Олівер Хевісайд», фарбувати нігті в рожевий колір і використовувати замість предметів меблів гранітні брили, багато хто взагалі почав уважати його божевільним — що, мовляв, і треба було довести.
Опоненти помилялися: із головою в Олівера Хевісайда все було більш ніж гаразд. А жовчність і епатаж були способами відгородитися від зовнішнього світу: ще дитиною, після скарлатини, Олівер майже втратив слух і решту життя почувався в суспільстві дуже некомфортно. Власне, з цієї ж причини в 16 років він кинув школу, хоча був одним із кращих учнів. Наступні два роки він присвятив самоосвіті в батьківській домівці. Набір освоюваних дисциплін був досить незвичайний: абетка Морзе, електротехніка й датська мова. Утім, юнак добре знав, що робить: у 1868 році він переїжджає в Данію й працює там телеграфістом. А вже через три роки повертається на батьківщину висококваліфікованим фахівцем і влаштовується в Ньюкаслі у Велику північну телеграфну компанію — відразу на посаду старшого телеграфіста.
Попри те, що двадцятиоднорічному парубку було віддано найвідповідальнішу ділянку — трансатлантичні міжнародні телеграфні лінії, на новій посаді він довго не проробив: зрозумів, що телеграф приваблює його набагато більше як предмет наукових досліджень, а не як щоденна рутинна робота. У 1874 році Олівер Хевісайд пішов зі служби, щоб все життя присвятити науці — обладнав у батьківському домі в Лондоні лабораторію, де й експериментував собі на втіху. Улаштуватися в університет без вищої освіти було, звичайно, нереально. Закономірним результатом такого способу життя стало надзвичайно важке матеріальне становище дослідника; воно трохи покращилося тільки коли наукове співтовариство нарешті оцінило його заслуги й обрало членом Лондонського королівського товариства із призначенням довічної пенсії. Йому тоді було вже п’ятдесят років
У перший же рік «приватних досліджень» Хевісайд вивів своє знамените «телеграфне рівняння», що описує поширення електромагнітної хвилі проводами з урахуванням його опору та втрат через ізоляцію. Це суто теоретичне відкриття мало важливі практичні наслідки: учений показав, що, по-перше, у телеграфній лінії з досить великою ємністю й досить малим опором різні частоти загасають одночасно, що виключає спотворення сигналу, а по-друге — рівномірно розподілена ємність мінімізує загасання. Правда, навіть інженери-зв’язківці — люди, які більше від інших цінували Хевісайда, реалізували його пропозицію про додання до трансатлантичного кабелю котушки індуктивності для зменшення в ньому спотворення лише кілька десятиліть по тому…
Більшість робіт Хевісайда присвячена теорії електромагнітних хвиль. Тут учений зробив декілька фундаментальних відкриттів: визначив деформацію електричних і магнітних полів, спричинену зарядом, що рухається, виявив ефекти входження заряду в густе середовище, описав і пояснив скін-ефект — загасання електромагнітної хвилі в міру її проникнення в глиб провідника. Багато відкриттів і наукових прогнозів ученого ввійшли в науку під іншими іменами. Так, сила, що діє на заряд у магнітному полі, сьогодні має ім’я Лоренца; вектор густини потоку енергії електромагнітного поля відомий як вектор Умова-Пойнтінга; світіння зарядженої частинки, яка рухається зі швидкістю, що перевищує фазову швидкість світла в цьому середовищі, дістало назву випромінювання Вавилова-Черенкова. Навіть легендарні чотири рівняння Максвелла, які разом із виразом для сили Лоренца утворюють повну систему рівнянь класичної електродинаміки, виведені не Максвеллом — у його оригінальній системі було 20 громіздких рівнянь, а їх звична для нас згортка в диференціальну форму належить Хевісайду. Джеймс Максвелл, до речі, був одним із небагатьох, хто відразу оцінив талант нікому не відомого фізика-самоука; можливо, саме згадування ранніх робіт Хевісайда в другому виданні максвеллівських «Досліджень із електрики й магнетизму» вселило в юнака віру у власні сили.
І все-таки найбільш значущим внеском Олівера Хевісайда в науку слід уважати не розв’язання декількох найважливіших фізичних задач, а розроблений ним для цього унікальний математичний апарат. Операційне обчислення дозволило розв’язувати складні диференціальні рівняння їх зведенням до простих алгебраїчних, а перехід до векторів зробив опис фізичних процесів компактним, наочним і, що важливо, інваріантним щодо системи координат.
Глибоко відчуваючи предмет, він часом демонстрував переваги нових методів без їх попереднього ретельного обґрунтування, чим ще більше розлючував колег, які не розуміли суті нововведення. Під час одного з таких полемічних виступів у відповідь на випад із приводу необґрунтованості результатів, викликаної відсутністю належної освіти, Олівер Хевісайд вимовив: «Математика є наукою експериментальною. Визначення з’являються останніми».
