Определения — в последнюю очередь
К 160-летию со дня рождения выдающегося английского физика и математика Оливера Хевисайда.
Есть ученые, о которых говорят: опередил свое время. Говорят потомки — современники их не понимают, а потому, как правило, не признают. Особенно трудно было ожидать поддержки в академических кругах Оливеру Хевисайду: его оригинальные, элегантные математические методы решения сложнейших физических задач многие именитые профессора не воспринимали всерьез, считая их научно необоснованными фантазиями самоучки с неполным средним образованием. Когда же ученый стал подписывать свои работы «Червь Оливер Хевисайд», красить ногти в розовый цвет и использовать вместо предметов мебели гранитные глыбы, многие вообще стали считать его сумасшедшим — что, мол, и требовалось доказать.
Оппоненты ошибались: с головой у Оливера Хевисайда все было более чем в порядке. А желчность и эпатаж — способы оградиться от внешнего мира: еще ребенком после перенесенной скарлатины Оливер почти потерял слух и всю последующую жизнь чувствовал себя в обществе крайне некомфортно. Собственно, по этой же причине в 16 лет он бросил школу, хотя по успеваемости был одним из лучших учеников. Последующие два года он посвятил самообразованию в родительском доме. Набор осваиваемых дисциплин был весьма необычен: азбука Морзе, электротехника и датский язык. Впрочем, молодой человек хорошо знал, что делает: в 1868 году он переезжает в Данию и работает там телеграфистом. А уже через три года возвращается на родину высококвалифицированным специалистом и устраивается в Ньюкасле в Большую северную телеграфную компанию — сразу в должности старшего телеграфиста.
Несмотря на то, что двадцатиоднолетнему юноше был отдан самый ответственный участок — трансатлантические международные телеграфные линии, на новой должности он долго не проработал: понял, что телеграф привлекает его гораздо сильнее в качестве предмета научных исследований, а не как ежедневная рутинная работа. В 1874 году Оливер Хевисайд ушел со службы и всю оставшуюся жизнь посвятил науке — оборудовал в родительском доме в Лондоне лабораторию, где и экспериментировал в свое удовольствие. Устроиться в университет без высшего образования было, конечно, нереально. Закономерным следствием такого образа жизни стало крайне тяжелое материальное положение исследователя; оно немного улучшилось только к пятидесяти годам, когда научное сообщество наконец оценило его заслуги и избрало членом Лондонского королевского общества с назначением пожизненной пенсии.
В первый же год «частных изысканий» Хевисайд вывел свое знаменитое «телеграфное уравнение», описывающее распространение электромагнитной волны по проводу с учетом его сопротивления и потерь через изоляцию. Это сугубо теоретическое открытие имело далеко идущие практические последствия: ученый показал, что, во-первых, в телеграфной линии с достаточно большой емкостью и достаточно малым сопротивлением разные частоты затухают одновременно, что исключает искажение сигнала, а во-вторых, равномерно распределенная емкость минимизирует затухание. Правда, даже инженеры-связисты — люди, более других ценившие Хевисайда, реализовали его предложение о добавлении к трансатлантическому кабелю катушки индуктивности для уменьшения в нем искажений только спустя несколько десятилетий…
Большинство работ Хевисайда посвящены теории электромагнитных волн. Здесь ученый сделал ряд фундаментальных открытий: определил вызываемую движущимся зарядом деформацию электрического и магнитного полей, обнаружил эффекты вхождения заряда в плотную среду, описал и объяснил скин-эффект — затухание электромагнитной волны по мере ее проникновения в глубь проводника. Многие открытия и научные предсказания ученого вошли в науку под другими именами. Так, сила, действующая на заряд в магнитном поле, сегодня носит имя Лоренца; вектор плотности потока энергии электромагнитного поля известен как вектор Умова-Пойнтинга; свечение заряженной частицы при ее движении со скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной среде, получило название излучения Вавилова-Черенкова. Даже легендарные четыре уравнения Максвелла, которые вместе с выражением для силы Лоренца образуют полную систему уравнений классической электродинамики, выведены не Максвеллом — в его оригинальной системе было 20 громоздких уравнений, а их привычная для нас свертка в дифференциальную форму принадлежит Хевисайду. Джеймс Максвелл, кстати, был одним из немногих, кто сразу оценил талант никому не известного физика-самоучки; возможно, именно упоминание ранних работ Хевисайда во втором издании максвелловских «Исследований по электричеству и магнетизму» вселило в юношу веру в собственные силы.
И все-таки самым значимым вкладом Оливера Хевисайда в науку следует считать не решение ряда важнейших физических задач, а разработанный им для этих целей уникальный математический аппарат. Операционное исчисление позволило решать сложные дифференциальные уравнения их сведением к простым алгебраическим, а переход к векторам сделал описание физических процессов компактным, наглядным и, что существенно, инвариантным относительно системы координат.
Глубоко чувствуя предмет, он порой демонстрировал преимущества новых методов без их предварительного строгого обоснования, чем еще больше злил не понимавших сути нововведения коллег. Во время одного из таких полемических выступлений в ответ на укол по поводу необоснованности результатов, вызванной отсутствием надлежащего образования, Оливер Хевисайд произнес: «Математика есть наука экспериментальная. Определения появляются последними».
