Джордж Грин (14 июля 1793 – 31 мая 1841) был британским математиком-физиком , который написал «Очерк о применении математического анализа к теориям электричества и магнетизма» в 1828 году. [2] [3] В очерке было введено несколько важных концепций, среди которых теорема, похожая на современную теорему Грина , идея потенциальных функций, которые в настоящее время используются в физике , и концепция того, что сейчас называется функциями Грина . Грин был первым человеком, создавшим математическую теорию электричества и магнетизма, и его теория легла в основу работы других ученых, таких как Джеймс Клерк Максвелл , Уильям Томсон и другие. Его работа над теорией потенциала шла параллельно с работой Карла Фридриха Гаусса .
История жизни Грина примечательна тем, что он был почти полностью самоучкой. Он получил только около одного года формального образования в детстве, в возрасте от 8 до 9 лет.
Грин родился и прожил большую часть своей жизни в английском городе Снейтон , Ноттингемшир, ныне являющемся частью города Ноттингем . Его отец, которого также звали Джордж, был пекарем, построившим и владевшим кирпичной ветряной мельницей, использовавшейся для помола зерна. [1]
В юности Грина описывали как человека с хрупким телосложением и нелюбовью к работе в пекарне отца. Однако у него не было выбора, и, как было принято в то время, он, вероятно, начал работать ежедневно, чтобы заработать себе на жизнь в возрасте пяти лет.
В эту эпоху только 25–50% детей в Ноттингеме получали какое-либо образование. [ необходима цитата ] Большинство школ были воскресными школами, которыми управляла церковь, и дети обычно посещали их только один или два года. Признавая интеллект молодого Грина выше среднего и находясь в прочном финансовом положении из-за его успешной пекарни, его отец записал его в марте 1801 года в Академию Роберта Гудакра на Аппер-Парламент-стрит. Роберт Гудакр был известным популяризатором науки и педагогом того времени. Он опубликовал « Эссе об образовании молодежи », в котором написал, что он «изучает не интересы мальчика, а эмбриона человека». Неспециалисту он показался бы глубоко сведущим в науке и математике, но при внимательном изучении его эссе и учебной программы выяснилось, что объем его математических учений ограничивался алгеброй, тригонометрией и логарифмами. Таким образом, более поздние математические вклады Грина, которые продемонстрировали знание очень современных разработок в математике, не могли быть результатом его пребывания в Академии Роберта Гудакра. Он оставался там всего четыре семестра (один учебный год), и его современники предполагали, что он исчерпал все, чему они могли его научить.
В 1773 году отец Джорджа переехал в Ноттингем , который в то время имел репутацию приятного города с открытыми пространствами и широкими дорогами. Однако к 1831 году население увеличилось почти в пять раз, отчасти из-за начинающейся промышленной революции , и город стал известен как одна из худших трущоб в Англии. Там часто случались бунты голодающих рабочих, часто связанных с особой враждебностью к пекарям и мельникам из-за подозрения, что они прячут зерно, чтобы поднять цены на продукты питания.
По этим причинам в 1807 году Джордж Грин-старший купил участок земли в Снейнтоне. На этом участке земли он построил «кирпичную ветряную мельницу для кукурузы», которая теперь называется « Ветряная мельница Грина» . Она была технологически впечатляющей для своего времени, но требовала почти круглосуточного обслуживания, что стало бременем Грина на следующие двадцать лет.
Как и в случае с выпечкой, Грин считал обязанности по управлению мельницей раздражающими и утомительными. Зерно с полей непрерывно прибывало к порогу мельницы, и крылья ветряной мельницы приходилось постоянно подстраивать под скорость ветра, как для предотвращения повреждений при сильном ветре, так и для максимизации скорости вращения при слабом ветре. Жернова , которые постоянно терлись друг о друга, могли износиться или стать причиной пожара, если в них заканчивалось зерно для помола. Каждый месяц камни, которые весили более тонны, приходилось заменять или ремонтировать.
В 1823 году Грин завязал отношения с Джейн Смит, дочерью Уильяма Смита, нанятой Грином-старшим в качестве управляющего фабрикой. Хотя Грин и Джейн Смит так и не поженились, Джейн в конечном итоге стала известна как Джейн Грин, и у пары родилось семеро детей; все, кроме первого, получили имя Грин при крещении. Младший ребенок родился за 13 месяцев до смерти Грина. Грин предусмотрел в своем завещании свою (так называемую) гражданскую жену и детей. [4]
Когда Грину было тридцать, он стал членом Ноттингемской подписной библиотеки . Эта библиотека существует и по сей день, и, вероятно, была основным источником передовых математических знаний Грина. В отличие от более традиционных библиотек, подписная библиотека была эксклюзивной для сотни или около того подписчиков, и первым в списке подписчиков был герцог Ньюкасл. Эта библиотека удовлетворяла запросы на специализированные книги и журналы, которые удовлетворяли особые интересы подписчиков.
В 1828 году Грин опубликовал «Эссе о применении математического анализа к теориям электричества и магнетизма» , которое является его самым известным эссе на сегодняшний день. Оно было опубликовано в частном порядке за счет автора, поскольку он считал, что для человека вроде него, не имеющего формального математического образования, было бы самонадеянно отправлять статью в авторитетный журнал. Когда Грин опубликовал свое «Эссе» , оно было продано по подписке 51 человеку, большинство из которых были друзьями, которые, вероятно, не могли его понять.
Богатый землевладелец и математик сэр Эдвард Бромхед купил копию и призвал Грина продолжить работу в области математики. Не веря в искренность предложения, Грин не связывался с Бромхедом в течение двух лет.
К тому времени, как в 1829 году умер отец Грина, старший Грин стал одним из дворян из-за своего значительного накопленного богатства и земельных владений, примерно половину которых он оставил своему сыну, а другую половину — своей дочери. Молодой Грин, которому теперь было тридцать шесть лет, впоследствии смог использовать это богатство, чтобы отказаться от своих обязанностей мельника и заняться математическими исследованиями.
Члены Ноттингемской подписной библиотеки, знавшие Грина, неоднократно настаивали на том, чтобы он получил надлежащее университетское образование. В частности, одним из самых престижных подписчиков библиотеки был сэр Эдвард Бромхед, с которым Грин вел много переписок; он настоял на том, чтобы Грин поступил в Кембридж.
В 1832 году, в возрасте почти сорока лет, Грин был принят в качестве бакалавра в колледж Гонвилла и Кая в Кембридже . [5] Он был особенно неуверен в своем незнании греческого и латыни , которые были предварительными условиями, но оказалось, что для него не так сложно выучить их, как он предполагал, поскольку требуемая степень мастерства была не такой высокой, как он ожидал. На экзаменах по математике он выиграл математический приз первого года обучения. Он окончил университет со степенью бакалавра в 1838 году как 4-й Вранглер (4-й по количеству баллов студент в своем выпускном классе, после Джеймса Джозефа Сильвестра, который набрал 2-е место). [5]
После окончания университета Грин был избран членом Кембриджского философского общества . Даже без его выдающихся академических достижений общество уже прочитало и отметило его эссе и три другие публикации, поэтому Грина приняли с радостью.
Следующие два года предоставили Грину беспрецедентную возможность читать, писать и обсуждать свои научные идеи. За это короткое время он опубликовал еще шесть публикаций с приложениями к гидродинамике, звуку и оптике.
В последние годы в Кембридже Грин сильно заболел и в 1840 году вернулся в Снейнтон , чтобы умереть год спустя. Ходят слухи, что в Кембридже Грин «поддался алкоголю», и некоторые из его ранних сторонников, такие как сэр Эдвард Бромхед, пытались дистанцироваться от него.
Работа Грина не была хорошо известна в математическом сообществе при его жизни. Помимо самого Грина, первым математиком, процитировавшим его работу 1828 года, был британец Роберт Мерфи (1806–1843) в своей работе 1833 года. [6] В 1845 году, через четыре года после смерти Грина, работа Грина была заново открыта молодым Уильямом Томсоном (тогда ему был 21 год), позже известным как лорд Кельвин , который популяризировал ее для будущих математиков. Согласно книге «Джордж Грин» Д. М. Кэннелла, Уильям Томсон заметил, что Мерфи цитирует эссе Грина 1828 года, но ему было трудно найти работу Грина 1828 года; в конце концов он получил несколько копий работы Грина 1828 года от Уильяма Хопкинса в 1845 году.
В 1871 году Н. М. Феррерс собрал для публикации «Математические труды покойного Джорджа Грина» . [7]
Работа Грина о движении волн в канале (приводящая к тому, что известно как закон Грина ) предвосхищает приближение ВКБ квантовой механики , в то время как его исследования световых волн и свойств эфира создали то, что сейчас известно как тензор Коши-Грина . Теорема и функции Грина были важными инструментами в классической механике и были пересмотрены работой Швингера 1948 года по электродинамике , которая привела к его Нобелевской премии 1965 года (совместной с Фейнманом и Томонагой ). Функции Грина позже также оказались полезными при анализе сверхпроводимости . Во время визита в Ноттингем в 1930 году Альберт Эйнштейн заметил, что Грин опередил свое время на 20 лет. Физик-теоретик Джулиан Швингер , который использовал функции Грина в своих новаторских работах, опубликовал в 1993 году труд под названием «Экологизация квантовой теории поля: Джордж и я». [8]
Библиотека Джорджа Грина в Ноттингемском университете названа в его честь и содержит большую часть научной и инженерной коллекции университета. Институт исследований электромагнетизма Джорджа Грина , исследовательская группа на инженерном факультете Ноттингемского университета , также назван в его честь. [9] В 1986 году мельница Грина в Снейнтоне в Ноттингеме была восстановлена и приведена в рабочее состояние. Теперь она служит и действующим образцом ветряной мельницы 19 века , и музеем, и научным центром, посвященным Грину.
В Вестминстерском аббатстве в нефе, рядом с могилами сэра Исаака Ньютона и лорда Кельвина, установлен мемориальный камень Грину. [10]
Его работа и влияние на прикладную физику XIX века были в значительной степени забыты до публикации его биографии Мэри Кэннелл в 1993 году.
Недавние исторические исследования [11] показывают, что ключевой фигурой в математическом образовании Грина был Джон Топлис (ок. 1774-1857), который окончил Кембридж по математике в качестве 11-го Вранглера, прежде чем стать директором предшественницы Ноттингемской средней школы 1806-1819, и жил в том же районе, что и Грин и его семья. Топлис был сторонником континентальной школы математики и свободно говорил по-французски, переведя знаменитую работу Лапласа по небесной механике . Возможность того, что Топлис сыграл роль в математическом образовании Грина, разрешила бы несколько давних вопросов об источниках математических знаний Грина. Например, Грин использовал «математический анализ», форму исчисления, полученную от Лейбница , которая была практически неслыханной или даже активно не поощрялась в Англии в то время (из-за того, что Лейбниц был современником Ньютона , у которого были свои собственные методы, которые отстаивались в Англии). Эта форма исчисления и разработки таких математиков, как французские математики Лаплас , Лакруа и Пуассон , не преподавались даже в Кембридже, не говоря уже о Ноттингеме, и тем не менее Грин не только слышал об этих разработках, но и усовершенствовал их. [12]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Цитаты, связанные с Джорджем Грином в Wikiquote