Джон Мичелл ( / ˈ m ɪ tʃ əl / ; 25 декабря 1724 – 21 апреля 1793) был английским натурфилософом и священнослужителем, который внес новаторские идеи в широкий спектр научных областей, включая астрономию , геологию , оптику и гравитацию . Считающийся «одним из величайших невоспетых учёных всех времён» [1], он является первым известным человеком, предположившим существование звёздных тел, сопоставимых с чёрными дырами , и первым, кто предположил, что землетрясения распространяются в (сейсмических) волнах . Признавая, что двойные звезды являются продуктом взаимного тяготения, он был первым, кто применил статистику к изучению космоса . Он изобрел аппарат для измерения массы Земли и объяснил, как изготовить искусственный магнит. Его называют отцом как сейсмологии , так и магнитометрии .
По словам одного научного журналиста, [2] «некоторые детали работы Мичелла действительно звучат так, будто они вырваны со страниц учебника по астрономии двадцатого века». Американское физическое общество (APS) описало Мичелла как «настолько опередившего своих научных современников, что его идеи томились в безвестности, пока не были заново изобретены более века спустя». Общество заявило, что, хотя «он был одним из самых блестящих и оригинальных ученых своего времени, Мичелл остается практически неизвестным сегодня, отчасти потому, что он мало что сделал для развития и продвижения своих собственных новаторских идей». [3]
Джон Мичелл родился в 1724 году в Икринге , в Ноттингемшире, в семье священника Гилберта Мичелла и Обидиенс Джеррард. Гилберт был сыном Уильяма Мичелла и Мэри Тейлор из Кенвина , Корнуолл; Обидиенс была дочерью Ральфа и Ханны Джеррард из Лондона. [4] [ нужна страница ] Он получил образование в колледже Квинса в Кембридже , а затем стал членом колледжа Квинса. Семья была корнуольского происхождения. Он получил степень магистра в 1752 году и степень доктора медицины в 1761 году. [5] Он был наставником колледжа с 1751 по 1763 год; преэлектором по арифметике в 1751 году; цензором по теологии в 1752 году; преэлектором по геометрии в 1753 году; преэлектором по греческому языку в 1755 и 1759 годах; Старший казначей в 1756 году; преэлектор по ивриту в 1759 и 1762 годах; цензор по философии и экзаменатор в 1760 году. «Он был назначен ректором Св. Ботольфа в Кембридже 28 марта 1760 года и занимал эту должность до июня 1763 года». [6] [ нужна страница ] С 1762 по 1764 год он занимал кафедру геологии Вудворда , пока не был вынужден отказаться от нее в связи с женитьбой. [6] [ нужна страница ]
Не сохранилось ни одного портрета Мичелла; говорят, что он был «небольшим невысоким человеком, смуглым и толстым, но, не будучи с ним знаком, мало что могу сказать о нем. Я думаю, что он находился под опекой церкви Св. Ботольфа в Кембридже, в то время как он продолжал быть членом колледжа Квинса, где его считали очень изобретательным человеком и превосходным философом. Он опубликовал некоторые работы в этой области, о магните и электричестве». [7] [8]
В 1910 году сэр Эдмунд Уиттакер заметил, что в течение столетия после смерти Исаака Ньютона «единственным выдающимся натурфилософом, который жил и преподавал в Кембридже, был Мичелл», хотя его «исследования, похоже, не привлекли особого внимания среди его современников и последователей, которые молча соглашались, когда его открытия приписывались другим, и позволили его имени полностью исчезнуть из кембриджской традиции». Мичелл продолжил занимать церковные должности в Комптоне, а затем в Хаванте, оба в Хэмпшире. В этот период он безуспешно добивался должностей в Кембридже и должности королевского астронома . [4] [ нужна страница ] [9]
В 1767 году он был назначен настоятелем церкви Св. Михаила в Торнхилле , недалеко от Лидса, Йоркшир, Англия, и занимал эту должность до конца своей жизни. Большую часть своей важной научной работы он провел в Торнхилле, где и умер 21 апреля 1793 года в возрасте 68 лет. Там же он и похоронен. [3] [8] [10] После давления со стороны местных жителей на стене церкви была установлена синяя мемориальная доска в память о нем.
В 1750 году Мичелл опубликовал в Кембридже работу объемом около восьмидесяти страниц под названием «Трактат об искусственных магнитах», в которой он представил простой и быстрый метод производства магнитов, превосходящих лучшие естественные магниты. Помимо описания метода намагничивания, который до сих пор носит его имя, эта работа содержит множество точных наблюдений о магнетизме и наглядное изложение природы магнитной индукции. [11]
В какой-то момент Мичелл попытался измерить давление излучения света, сфокусировав солнечный свет на одной стороне стрелки компаса. Эксперимент не удался: стрелка расплавилась.
До конца 20 века Мичелл считался важным, прежде всего, из-за его работы по геологии. Его самое важное геологическое эссе, написанное после Лиссабонского землетрясения 1755 года , называлось «Предположения о причине и наблюдениях за явлениями землетрясений» ( Philosophical Transactions , li. 1760). [11] В этой статье он представил идею о том, что землетрясения распространяются волнами по Земле и что они включают смещения в геологических слоях, которые теперь известны как разломы . Он смог оценить как эпицентр, так и фокус Лиссабонского землетрясения, и, возможно, также был первым, кто предположил, что цунами вызвано подводным землетрясением. [12]
Эссе Мичелла не только дало представление о землетрясениях, но и, в более широком смысле, представляло собой прогресс в понимании геологии земной коры. Он признал, что Земля состоит «из регулярных и однородных слоев», некоторые из которых были прерваны сдвигами. «Самой важной частью статьи Мичелла о землетрясениях», по мнению одного комментатора, «является описание того, что сейчас известно как «земная кора».» [6] [ нужна страница ] Демонстрируя замечательные знания геологических слоев в различных частях Англии и за рубежом, [12] он опирался на собственные наблюдения, чтобы продвинуть понимание осадочной стратиграфии, и был первым, кто определил мезозойскую стратиграфию в Великобритании [12] [13]
В 1760 году в результате этой работы он был избран членом Королевского общества. [12]
В письме Генри Кавендишу от 1788 года указано, что Мичелл продолжал интересоваться геологией спустя несколько десятилетий после своей статьи о землетрясениях. [6] [ нужна страница ]
Мичелл изучал магнетизм и обнаружил, что магнитная сила, создаваемая каждым полюсом магнита, уменьшается по закону обратных квадратов , т. е. пропорционально квадрату расстояния между ними. [12] Его работа 1750 года «Трактат об искусственных магнитах» , написанная для моряков и изготовителей инструментов и задуманная как практическое руководство по изготовлению магнитов, включала список «свойств магнитных тел», что представляло собой важный вклад в понимание магнетизма. [9]
Мичелл изобрел крутильные весы для измерения массы Земли, но умер, прежде чем смог ими воспользоваться. Его инструмент перешел в руки его друга Генри Кавендиша , который впервые выполнил в 1798 году эксперимент, теперь известный как эксперимент Кавендиша . Поместив два 1-килограммовых свинцовых шара на концы шестифутового стержня, он подвесил стержень горизонтально с помощью волокна, прикрепленного к его центру. Затем он поместил массивный свинцовый шар рядом с каждым из маленьких, вызвав гравитационное притяжение, которое заставило стержень повернуться по часовой стрелке. Измеряя движение стержня, Кавендиш смог вычислить силу, оказываемую каждым из больших шаров на 1-килограммовые шары. Из этих расчетов он смог дать точную оценку гравитационной постоянной, а также массы и средней плотности Земли. Кавендиш отдал Мичеллу полную заслугу за его достижение. [10] [12]
В 1987 году исследователь гравитации А. Х. Кук писал:
Самым важным достижением в экспериментах по гравитации и других тонких измерениях было введение крутильных весов Мичеллом и их использование Кавендишем. С тех пор они стали основой всех наиболее значимых экспериментов по гравитации. [14]
Мичелл был первым человеком, который применил новую математику статистики к изучению звезд, и продемонстрировал в статье 1767 года, что гораздо больше звезд встречаются парами или группами, чем могло бы объяснить совершенно случайное распределение. Он сосредоточил свое исследование на скоплении Плеяды и подсчитал, что вероятность обнаружения такой тесной группировки звезд составляет примерно один к полумиллиону. Он пришел к выводу, что звезды в этих двойных или множественных звездных системах могут притягиваться друг к другу гравитационным притяжением, тем самым предоставив первое доказательство существования двойных звезд и звездных скоплений . [3] [10] [12] Его работа над двойными звездами, возможно, повлияла на исследования его друга Уильяма Гершеля по той же теме. [15]
В статье для Philosophical Transactions of the Royal Society of London , прочитанной 27 ноября 1783 года, Мичелл был первым, кто предположил существование небесных тел, подобных черным дырам . [16] Приняв корпускулярную теорию света Ньютона, которая постулировала, что свет состоит из мельчайших частиц, он рассудил, что такие частицы, испускаемые звездой, будут замедляться ее гравитационным притяжением, и что поэтому можно будет определить массу звезды на основе уменьшения скорости. Это понимание, в свою очередь, привело к признанию того, что гравитационное притяжение звезды может быть настолько сильным, что скорость убегания превысит скорость света. Мичелл подсчитал, что это будет иметь место в случае звезды, которая более чем в 500 раз больше Солнца. Поскольку свет не сможет покинуть такую звезду, он будет невидим. По его собственным словам:
Если бы в природе действительно существовали какие-либо тела, плотность которых не меньше плотности Солнца, а диаметры которых более чем в 500 раз превышают диаметр Солнца, поскольку их свет не мог бы дойти до нас; или если бы существовали какие-либо другие тела несколько меньшего размера, которые не являются естественно светящимися, о существовании тел при любом из этих обстоятельств мы не могли бы получить никакой информации из зрения; тем не менее, если бы какие-либо другие светящиеся тела вращались вокруг них, мы все равно, возможно, могли бы из движений этих вращающихся тел вывести существование центральных с некоторой степенью вероятности, поскольку это могло бы дать ключ к некоторым очевидным неправильностям вращающихся тел, которые было бы нелегко объяснить с помощью какой-либо другой гипотезы; но поскольку последствия такого предположения совершенно очевидны, а их рассмотрение несколько выходит за рамки моей настоящей цели, я не буду продолжать их дальше.
— Джон Мичелл, 1784 [17]
Мичелл предположил, что во Вселенной может быть много таких объектов, и сегодня астрономы полагают, что черные дыры действительно существуют в центрах большинства галактик. [3] Аналогичным образом Мичелл предположил, что астрономы могли бы обнаружить их, ища звездные системы, которые ведут себя гравитационно как две звезды, но где можно было бы увидеть только одну звезду. Мичелл утверждал, что это показало бы присутствие звезды, из которой не вырывался свет. Это было необычайно точное предсказание. Все дюжина кандидатов на роль звездных черных дыр в нашей галактике (Млечный Путь) находятся в рентгеновских компактных двойных системах . [18]
Идеи Мичелла о гравитации и свете заинтересовали Уильяма Гершеля, который попытался проверить их с помощью своих мощных телескопов. [16] Через несколько лет после того, как Мичелл выдвинул концепцию невидимых, улавливающих свет звезд, французский математик Пьер-Симон Лаплас предложил по сути ту же идею в своей книге 1796 года «Изложение системы мира» . [3]
Было написано, что Мичелл настолько опередил свое время в отношении черных дыр, что эта идея «не произвела большого впечатления» на его современников. [3] [12] «Он умер в тихой безвестности», утверждает Американское физическое общество, «и его идея «темной звезды» была забыта, пока его труды не всплыли вновь в 1970-х годах». [3]
Мичелл построил телескопы для собственного использования. Один из них, рефлекторный телескоп с фокусным расстоянием 10 футов и апертурой 30 дюймов, был куплен выдающимся астрономом Уильямом Гершелем после смерти Мичелла. У этих двоих было много общих интересов, и они обменивались письмами по крайней мере дважды, но только одна запись свидетельствует о том, что они когда-либо встречались. Гершель записал, что посетил и увидел телескоп Мичелла, находясь в этом районе в 1792 году; Мичелл уже был слаб, и его телескоп был в плохом состоянии. Гершель купил телескоп в следующем году за 30 фунтов стерлингов. [19]
Мичелл также написал статью о геодезии, которую его биограф описал как «элегантную» в теории. Мичелл был избран членом Королевского общества. Впервые он был приглашен на заседания Королевского общества в 1751 году в качестве гостя сэра Джорджа Сэвила, который стал его покровителем. Позже он посещал заседания «от одного до четырех раз в год», находясь в Кембридже. Его статья о причине землетрясений была прочитана перед началом работы Общества 28 февраля 1760 года, что привело к рекомендации Сэвила и другого члена пригласить Мичелла вступить в Общество. Он был избран членом 12 июня 1760 года.
Мичелл продолжил свою работу в области сейсмологии, работая в области астрономии, и после публикации своих результатов в 1767 году он вошел в состав астрономического комитета Королевского общества. [4] [ нужна страница ]
Совсем недавно Мичелл стал известен своим письмом Кавендишу, опубликованным в 1784 году, о влиянии гравитации на свет. Эта статья была заново открыта в 1970-х годах и теперь признана предвосхитившей несколько астрономических идей, которые считались инновациями 20-го века. Сейчас Мичеллу приписывают то, что он был первым, кто изучил случай небесного объекта, достаточно массивного, чтобы предотвратить выход света (концепция скорости убегания была хорошо известна в то время). Такой объект, часто называемый темной звездой , не был бы виден напрямую, но мог бы быть идентифицирован по движениям звезды-компаньона, если бы он был частью двойной системы. Классический минимальный радиус выхода, предполагающий, что свет ведет себя как частицы материи, численно равен радиусу Шварцшильда в общей теории относительности . Мичелл также предложил использовать призму для измерения того, что сейчас известно как гравитационное красное смещение , гравитационное ослабление звездного света из-за поверхностной гравитации источника. Мичелл признал, что некоторые из этих идей не были технически практичными в то время, но написал, что он надеется, что они будут полезны будущим поколениям. К тому времени, когда статья Мичелла была вновь открыта почти два столетия спустя, эти идеи были переосмыслены другими.
Мичелл был человеком «широких религиозных убеждений». [4] [ нужна страница ] Современник описывал его как «низенького, смуглого и толстого человека», и его «уважали как очень изобретательного человека и превосходного философа». За годы работы в Торнхилле он принимал гостей, среди которых были Бенджамин Франклин , Джозеф Пристли , Ян Ингенхауз и Генри Кавендиш (открыватель водорода). [3] Мичелл написал Франклину в 1767 году, описывая свой первый визит в Торнхилл: «место, куда я вам говорил, что собираюсь переехать». [20]
Пристли некоторое время жил в соседнем Бирстолле. Именно в приходском доме Мичелла напротив церкви Пристли и Ингенхауз встретились впервые. На той же встрече Джон Смитон был представлен Бенджамину Франклину, и вместе они осмотрели канал, который Смитон только что закончил строить неподалеку. [ нужна цитата ] Мичелл также помог Смитону пересмотреть его книгу о маяке Эддистоун . [ нужна цитата ]
Первой женой Мичелла была Сара Уильямсон (1727–1765), дочь Люка Уильямсона и Саттон Холмс, «молодая леди со значительным состоянием», на которой он женился в 1764 году и которая, к сожалению, умерла всего год спустя, в 1765 году. [6] [ нужна страница ] 13 февраля 1773 года в Ньюарке, Ноттингемшир, он женился на Энн Брекнок (1736-1805), дочери Мэтью и Энн Брекнок из Ноттингемшира. [4] [ нужна страница ] У них был один ребенок, Мэри, которая вышла замуж за сэра Томаса Тертона из Лидса, сына Уильяма Тертона, эсквайра из Кингстон-Лайла, Беркшир, и Джейн Кларк из Хартфорда, Хартфордшир. [21]
Младший брат Мичелла, Гилберт, был торговцем в Лондоне, который позже жил с Мичеллом в Торнхилле, где оба брата занимались местной недвижимостью, приобретя множество объектов недвижимости в Западном райдинге Йоркшира. [4] [ нужна страница ]
Мичелл является героем книги « Взвешивая мир: преподобный Джон Мичелл из Торнхилла » (2012) Рассела МакКормаха. [22]
