Сэр Джон Персиваль Виссинг Мэдсен FAA (24 марта 1879 г. – 4 октября 1969 г.) был австралийским академиком , физиком , инженером , математиком и офицером армии . [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]
Эта история деятельности Мэдсена [8] в австралийской науке и технике охватывает период 1900–1956 гг., в течение которого применение электричества, рентгеновского анализа, стандартизированных измерений для производства, распространения радиоволн, радара и радиоастрономии, ядерной физики и цифровых компьютеров достигло огромного прогресса отчасти благодаря крупным достижениям в фундаментальных исследованиях, а также возросшей активности из-за двух мировых войн. Центральными в этой деятельности, в основном осуществлявшейся в Сиднейском университете, были Электротехнический факультет и Национальная лаборатория стандартов CSIRO/Радиофизическая лаборатория (теперь здание Мэдсена [9] на территории университета).
С 1909 по 1956 год Мэдсен занимал должности лектора, доцента, профессора и почетного профессора, после чего он окончательно вышел на пенсию с поста председателя Совета по исследованиям радио, который он основал в 1927 году. До 1946 года Мэдсен был первым и единственным профессором электротехники в австралийском университете.
Мэдсен (1879-1969) [10] окончил Сиднейский университет с отличием и университетскими медалями по естественным наукам и технике в 1900 году, а затем в 1901 году, когда он изучал физику и математику, установив практику получения двойной степени бакалавра и бакалавра наук, а сам он начал пожизненную карьеру применения физики к основам техники.
В 1901 году он был назначен преподавателем физики и математики в Университете Аделаиды под руководством У. Х. Брэгга, с которым он установил тесную связь на протяжении многих лет, и это вскоре привело в 1902 году к возможности стать первым преподавателем электротехники в университете. Во второй половине 1902 года во время отпуска и за свой счет он отправился в турне по Англии и Америке, чтобы получить информацию о самых последних методах обучения электротехнике, принятых в университетах и высших технических колледжах, и в то же время посетить как можно больше важнейших установок и производственных предприятий. Он обнаружил, что общий тип курса был во многом одинаковым и состоял из подготовительных работ по математике, физике и химии, где курсы длились более трех или четырех лет, а специализация по электротехнике проходила в течение последней части. От студента также требовалась диссертация, посвященная некоторой одобренной части работы и написанная во время каникул, и по завершении курса признанной практикой для этих людей было устроиться на работу в авторитетную производственную фирму. Опыт, полученный таким образом, был наиболее важным, поскольку люди проходили через все отделы, после чего они оставались в том, в котором они намеревались специализироваться, занимаясь в то время дальнейшим подразделением постоянного и постоянного тока. Оборудование для обучения в Англии считалось достаточным для обучения, поскольку было небольшого размера и менее дорогим, тогда как в Америке наблюдалась тенденция к использованию больших машин с большими токами и высокими ЭДС, где методы работы значительно отличались. В случае с небольшим заводом студент мог взять на себя большую ответственность, и это помогало студенту обрести уверенность в проведении экспериментов. По завершении обучения выпускник принимался IEE в качестве достаточной квалификации для своего ассоциированного членства, и затем стало наиболее важным получить опыт на континенте, в Англии или Америке, прежде чем занять постоянную должность. Время от времени для выпускников появлялись вакансии на крупных производственных предприятиях в Америке, Англии и Германии.
Начиная с 1905 года Сиднейский университет должен был назначить своего первого преподавателя по электротехнике, и JPVM [8] подал заявление с желанием жениться и вернуться на работу в Сиднейский университет. WHB написал очень благоприятную характеристику и пришел к выводу, что ему будет очень жаль, если это поспособствует отъезду JPVM из Аделаиды. Канцлер Аделаидского университета также выразил большое сожаление в связи с возможностью отъезда JPVM из Аделаиды и сослался на его способности как способного и трудолюбивого человека с безупречным характером, который показал себя успешным учителем и лектором, вдохновляющим своих студентов собственным энтузиазмом. Однако Э. Килман Скотт из Англии получил назначение на четыре года, и поэтому JPVM фактически оставался в Аделаиде в течение следующих четырех лет и в сочетании со своими обязанностями по электротехнике приступил к периоду фундаментальных исследований в области физики с WHB.
WHB значительно улучшил свои навыки чтения публичных лекций и проведения научных демонстраций во время своего пребывания в Аделаиде, но в относительно пожилом возрасте 42 лет был вдохновлен работой Резерфорда , чтобы выступить с президентской речью на заседании AAAS, которое должно было состояться в Данидине в 1904 году, в которой изложил свои исследовательские идеи по ионизации газов. Открытие рентгеновских лучей Рентгеном в 1895 году, радия в 1898 году супругами Кюри и электрона Дж. Дж. Томсоном в 1897 году создало плодородную почву для исследовательской работы в области физики, в которой WHB затем начал разрабатывать эксперименты и в то же время разрабатывать теоретические идеи для поддержки своих результатов. В 1905 году JPVM присоединился к WHB в его экспериментах, а затем позже опубликовал свои собственные эксперименты вплоть до 1909 года, и в частности статью о рассеянии бета-лучей радия, опубликованную в Англии в Phil Mag . Одним из результатов большого значения этого эксперимента с тонкими фольгами из золота, алюминия, серебра и бумаги было то, что для самой тонкой фольги бета-частицы, проходящие через нее, рассеивались только один раз, и Резерфорд сделал вывод, что внутри атома много пустого пространства. В 1911 году Резерфорд опубликовал очень известную статью о рассеянии альфа- и бета-частиц и структуре атома, модели Резерфорда как мини-солнечной системы или ядерного атома, в которой он упоминает результаты Мадсена. JPVM также писал в Nature о вопросах, вытекающих из его экспериментов, которые он считал важными.
В 1909 году WHB и его семья уехали из Аделаиды в Англию, а Мэдсен вернулся в Сиднейский университет со своей семьей и, стремясь держать JPVM в курсе исследований, в основном в Англии и Германии, WHB писал длинные письма из Лидса, также договариваясь о новой большой и очень дорогой поставке радия из Брауншвейга, финансируемой для JPVM богатым торговцем табаком. Сотрудничество и переписка WH Bragg & JPV Madsen. Неизвестно, над каким еще экспериментом Мэдсен работал в Сиднее с его новой поставкой радия, однако результаты оказались не такими, как ожидалось, и по завершении он передал радий в Королевский госпиталь принца Альфреда для медицинского использования. В 1912 году WHB опубликовал книгу «Исследования радиоактивности», в которой он дает полный отчет об аппарате бета-рассеивания JPVM с ионизационной камерой, а также о своих результатах для алюминиевой и золотой фольги. В конце 1912 года У. Х. Б. также изобрел свой рентгеновский ионизационный дифракционный спектрометр, который также включал электронное измерение рассеянных волн, прошедших через кристаллы, что внесло значительный вклад в получение им совместно с сыном Лоуренсом У. Л. Брэггом Нобелевской премии по физике 1915 года.
В мае 1912 года в обращении президента к инженерному обществу Сиднейского университета (JPVM) [8] изложил свои идеи об эффективном способе обучения инженеров. Он считал, что преподавание инженерии — это не просто технические вопросы, а, по его мнению, характер, ясность мысли и выражения, общие знания, вкусы, дисциплина и общение с людьми с совершенно разными интересами. Должна быть либеральная структура учебной программы, отменяющая отдельные годы и устанавливающая минимальный предел в четыре года на курс, чтобы студент мог заниматься столько, сколько пожелает, с определенными основными предметами, оставляя определенное количество в качестве вариантов. Он не считал, что вступительный экзамен по языкам и литературе необходим для поступления на инженерный курс. Курс обучения должен быть приспособлен к австралийским потребностям с большим упором на приложения по сравнению с более тонкими моментами дизайна. Должны быть предоставлены прочные количественные знания разделов науки, которые напрямую касаются его профессиональной работы. Система обучения должна состоять из четкого изложения фундаментальных принципов науки и затем изучения методов применения этих принципов. Как только принципы поняты в общем виде, ему нужно показать практическое применение — существует тенденция помнить применения и забывать принципы. Такой дефект может возникнуть, если студентам дают принципы в одном курсе, а затем оставляют разбираться с применениями на более позднем этапе. Также есть необходимость в коротких курсах для выпускников из 6-10 лекций. В это время поднималась необходимость в австралийской лаборатории физических измерений, такой как в Германии, Лондоне, Вашингтоне и Японии.
В 1914 году в своем президентском обращении к Ассоциации электротехники Нового Южного Уэльса JPVM снова поднял вопрос о необходимости участия Австралии в международных сравнениях физических измерений и указал на роль в Германии, где Physicalische Reichsansalt стал очень важным учреждением. В заключение JPVM сослался на потерю обслуживания из-за смерти Джорджа Вестингауза, одного из пионеров электротехнической промышленности.
В начале Первой мировой войны Мэдсен был капитаном Сиднейского университета стрелкового клуба и хотя он добровольно пошел на действительную службу, был оставлен в качестве главного инструктора и офицера, командующего школой подготовки инженерных офицеров Содружества в Мур-парке, а затем в Розвилле. Все стажеры в школе были отобранными мужчинами с высокой инженерной квалификацией, и курсы обучения были адаптированы к требованиям этих мужчин. Он был тигром в плане физической подготовки и поддерживал смесь жесткой дисциплины во время рабочих периодов и в остальное время улыбчивой непринужденности и теплого дружелюбия.
После 1914 года – Сиднейский университет и Великая война [11]
В 1920 году Мэдсен [8] был назначен на кафедру электротехники в Сиднейском университете и до 1946 года оставался единственным профессором электротехники в австралийском университете. В Инженерном ежегоднике 1926 года студенты отметили, что именно в начале третьего года они познакомились с Мэдсеном и его предметом электротехники, и его неутомимая энергия — это то, что действительно вселило в наши умы истинную идею эффективной работы. Его лекции более эффективны, чем любые другие, которые мы получаем, вероятно, из-за его ясного и краткого представления об обычных ловушках для молодых студентов электричества и спасительной благодати первых принципов в противовес деталям. Ему одному мы обязаны тем слабым представлением, которое у нас есть о важности презренной наживы и «корстов» в инженерных начинаниях.
В 1926 году Стэнли Брюс, премьер-министр Австралии, сформировал Совет по научным исследованиям (CSIR) . В том же году были созваны публичные представления для рассмотрения того, какие области исследований следует развивать. Мэдсен сделал два представления в один и тот же день на слушаниях в Мельбурне, первое касалось создания Австралийского совета по радиоисследованиям, а затем создания Национальной лаборатории стандартов. Все остальные представленные представления касались основных отраслевых программ. Предложение о создании Австралийского RRB было принято в это время для финансирования CSIR, Министерством обороны и PMG и для работы по тем же направлениям, что и британский RRB под руководством Роберта Уотсона Уотта . В 1926 году многие методы распространения радиосигналов были еще неизвестны, а развитие дальней связи и вещания все еще носило эмпирический характер, однако в Великобритании и Соединенных Штатах Америки более фундаментальный научный подход развивался с впечатляющими результатами. В это время в Австралии проблемы, ограничивающие полное использование среды, приобретали все большее значение. В качестве председателя недавно сформированного RRB JPVM отправился за границу в Америку, где он посетил конференцию URSI-International Union of Radio Science в Вашингтоне, а затем в Великобританию и на континент, получая соответствующую информацию о Radio Research & Standards Laboratories, хотя это предложение не было принято CSIR в течение десяти лет. В Лондоне JPVM организовал отборочную комиссию, состоящую из Резерфорда , Эпплтона и Тизарда , чтобы рекомендовать трех сотрудников для назначения на трехлетний срок в Сиднейский и Мельбурнский университеты для продолжения исследовательских программ, начатых в Англии по атмосферным явлениям и ионосфере. Несмотря на экономические трудности Депрессии, работа Совета в обеих областях получила всемирное признание к 1935 году, и внесенные ценные вклады предоставлялись бесплатно.
В 1935 году Мэдсен выступил с речью в Университете Квинсленда , в которой дал очень подробное резюме результатов RRB, касающихся ионосферы и ее влияния на распространение радиоволн, и рассмотрел эффекты, объясняемые магнитоионной теорией. Одним из первых научных сотрудников RRB был Дж. Л. Поуси , который прошел магистерскую программу, работая с Джорджем Манро в Мельбурне по атмосферным явлениям, и после получения докторской степени в Кембридже под руководством Дж. А. Рэтклиффа и работы с EMI в Англии вернулся в Австралию в начале войны, чтобы работать в области радиофизики над радаром, и другие, такие как Д. Ф. Мартин, были также привлечены, чтобы сформировать ядро этой важной работы. В 1930 году Сиднейский университет начал курс по электросвязи, участники которого внесли вклад в растущую электронную промышленность в Сиднее.
В 1931 году Мэдсен прочитал лекцию, посвященную жизни и деятельности Майкла Фарадея , а также применению его открытия электромагнитной индукции.
В 1937 году, в немалой степени из-за беспокойства об экспансии Японии в Восточной Азии и на островах Тихого океана, отчет Комитета по испытаниям вторичной промышленности, членом которого был Мэдсен, привел к созданию Национальной лаборатории стандартов в рамках CSIR, состоящей из отделов метрологии, физики и электротехнологии. Сиднейский университет согласился на размещение лаборатории на своей территории, а Мэдсен стал председателем наблюдательного совета. Мэдсен нашел, что рассмотренная информация в основном совпадает с той, которую он получил десять лет назад, включая объект, используемый Японией. Строительство лаборатории началось только во второй половине 1939 года и следовало планам, предоставленным Национальной физической лабораторией NPL Теддингтон . В 1928 году в докладе Институту инженеров JPVM упоминались практические трудности вывода из абсолютных единиц сантиметра , грамма и секунды , таких как температура, сила свечи и электрические единицы. В это время длина волны красной линии кадмия исследовалась как универсальный эталон длины. Дорогостоящее вспомогательное оборудование, необходимое для проведения сравнений, рассматривалось как нечто гораздо более сложное, чем просто приобретение стандартов или их копий. Использование скользящих калибров или блочных калибров стало иметь большое значение для NSL в 1939 году, когда эти калибры нельзя было получить из Англии или Америки и их пришлось изготавливать в NSL. В июле 1937 года Резерфорд написал Мэдсену, в частности, сообщив следующее: «Мой друг Вимперис , как я полагаю, вскоре посетит Новую Зеландию и Австралию в связи с Министерством авиации. Надеюсь, у вас будет возможность встретиться с ним. Он очень надежный парень и мой хороший друг. Мы много играли вместе в гольф». Гарри Вимперис был тесно связан с Генри Тизардом в 1934 году в инициировании британских усилий по созданию RDF ( радара ) как средства отражения ожидаемых бомбардировочных налетов из Германии. Правительство Австралии пригласило Вимпериса дать рекомендации по созданию авиационной промышленности в Австралии в качестве меры защиты, и одним из результатов стало то, что JPVM организовало в Сиднейском университете создание кафедры авиационной инженерии. В частной беседе с JPVM в Мельбурне во время этого визита Вимперис молчаливо признал, что Великобритания работает над радиометодом обнаружения самолетов.
Из-за возможности того, что в случае войны Британия может быть захвачена немцами, в январе 1939 года Британия решила поделиться своими секретами RDF со странами Содружества (Канадой, Австралией, Новой Зеландией и Южной Африкой). После того, как эта информация была передана в Австралию, Мэдсен, как председатель Совета по исследованиям в области радио, составил план по радиофизике для проведения исследований и организации производства для представления австралийскому правительству.
[Австралийский военный мемориал. Истории участия Австралии в разработке радаров [12] и стандартов [13] во Второй мировой войне подробно рассматриваются Дэвидом Меллором в серии «Роль науки и промышленности». [14] ]
В августе 1939 года на встрече в Канберре с премьер-министром Р. Г. Мензисом , Дэвидом Риветтом , Мэдсеном, [8] Д. Ф. Мартином и старшими должностными лицами Министерства обороны было дано одобрение на строительство Радиофизической лаборатории (RPL) на территории Сиднейского университета в качестве расширения здания NSL, которое тогда строилось, чтобы не привлекать внимания к характеру секретной работы, которая должна была быть выполнена. Мэдсен был назначен председателем контролирующего Консультативного совета по радиофизике и отвечал за согласование требований служб с идеями и разработками научного персонала. RPL функционировала как подразделение CSIR, и ее первоначальный персонал назначался на основе их предыдущего опыта работы в RRB или опыта работы в молодых фирмах радиопромышленности предыдущего десятилетия, а позже, когда требовалось больше ученых, они приходили напрямую из университетов, если у них был опыт работы с высокими частотами.
Первоначально австралийская армия проявила наибольший интерес к радарам для управления береговыми или портовыми оборонительными орудиями, в то время как военно-воздушные силы были в основном заинтересованы в бортовых радарах ASV. Требования к лампам для этих радаров были ключевыми, и лампа VT90, производящая длину волны 1,5 метра (200 мкс/с), использовалась для генерации импульсов, что обеспечивало большую экономию. Разработка RPL дуплексной связи с воздуха (т. е. антенны действуют как передатчик и приемник) была основана на изобретении очень быстрого и надежного переключателя передачи/приема сотрудниками RPL. В Англии в 1940 году изобретение магнетрона с резонансной полостью Рэндаллом и Бутом в лаборатории Марка Олифанта на длине волны 10 см произвело революцию в радарах союзников и было доставлено в Америку в августе 1940 года в рамках миссии Тизарда . В качестве расширения 10-сантиметровых разработок для Австралии, JPVM организовал через RG Casey, нового австралийского посла в Вашингтоне, чтобы он создал научного офицера связи, в основном для поддержания связи с быстрыми разработками в Radiation Laboratory MIT и вовлеченных коммерческих фирмах, таких как Bell Labs . Взамен Австралия должна была помогать силам США в вопросах радаров, когда это требовалось, что после начала военных действий с Японией стало чрезвычайно актуальным. [15]
В августе 1941 года FWG White инициировал программу предупреждения с воздуха в радиофизике. Основные разработки в области австралийских радаров после Перл-Харбора включали легкий принцип, который использовался в конструкции комплекта LW/AW (легкое предупреждение с воздуха) и комплекта GCI (перехват наземного управления), необходимого для операций в Новой Гвинее и за ее пределами на театре SWPA. Внезапное падение [Singapore-radar|Сингапура] 15 февраля 1942 года создало еще большую срочность в обеспечении предупреждения с воздуха для жизненно важных австралийских центров. JPVM ушел с поста председателя RAB в июле 1942 года, поскольку он чувствовал, что требуется кто-то с большим производственным опытом, а не его исследовательским опытом, но он присутствовал на всех заседаниях совета до конца войны. Когда Карл Комптон из OSRD посетил Австралию в 1944 году, было особо отмечено, что Австралийская группа по исследованию операций была создана по инициативе JPVM на основе информации, полученной им от Патрика Блэкетта во время пребывания в Англии. Ближе к концу войны австралийские радары LW/AW, находившиеся в руках сил Макартура, планировалось использовать в операции «Олимпик», которая представляла собой разрабатываемый план вторжения в три долины южного Кюсю в Японии. Разработанный в Австралии доплеровский радар был бы очень полезен в этих условиях.
21 августа 1945 года, вскоре после окончания Второй мировой войны, Мэдсен был избран председателем Австралийского национального исследовательского совета, и был сформирован специальный подкомитет из пяти физиков, включая JPVM, для подготовки рекомендаций австралийскому правительству по практическим инженерным приложениям, которые требовали решения, поскольку принцип освобождения атомной энергии был уже открыт. Шесть рекомендаций были даны премьер-министру Дж. Б. Чифли 3 декабря 1945 года, первой из которых было то, что австралийское правительство должно передать британскому правительству желание, чтобы Австралия играла соответствующую роль в планах, которые могут быть разработаны британским правительством для дальнейших исследований в области ядерной физики. Была дана рекомендация обеспечить контроль над месторождениями урана и тория [16] и содействовать активному поиску новых месторождений, а также направить аккредитованных физиков из Австралии в Англию для получения необходимой информации или пригласить старшего члена британской научной группы посетить Австралию и проконсультировать правительство Содружества. Дж. Б. Чифли ответил письмом от 14 февраля 1946 года, в котором сообщалось, что правительство уже получило по существу аналогичные рекомендации от CSIR и что по первым двум рекомендациям были приняты меры, и что в надлежащее время будет разработана удовлетворительная программа по развитию ядерной энергии в промышленных целях в Австралии.
Королевское общество организовало трехнедельную Имперскую научную конференцию, которая должна была состояться в июне-июле 1946 года с конференциями в Лондоне, Оксфорде и Кембридже. Затем были организованы еще две недели для принятия более официальных правительственных решений. В число делегатов конференции Королевского общества вошли Великобритания (38), Канада (15), Австралия (9), Индия (14), Новая Зеландия (4), Южная Африка (7), Вест-Индия (4), Южная Родезия (5), а также Ирландия и Восточная Африка. 9 австралийских делегатов возглавлял Дэвид Риветт, член Королевского общества CSIR. и включал JPVM [8] , который не представил никаких докладов, но предложил сформировать Секретариат, который подготовил бы почву для первого заседания органа по стандартам Содружества. Конференция была открыта Его Величеством Королем в понедельник 17 июня в 11:00 в зале Беверидж в здании Сената Лондонского университета. В число делегатов Великобритании, в основном из FRS, входили Э. Эпплтон , П. М. С. Блэкетт , Дж. Чедвик , лорд Черуэлл , Дж. Д. Кокрофт , К. Дарвин и Генри Тизард .
До окончания войны радиофизики в CSIR и RRB начали программы, связанные с верхними слоями атмосферы, а действующие радиолокационные станции RAAF время от времени в своей повседневной работе проводили зарегистрированные наблюдения атмосферных аномалий. Дж. Л. Поуси начал работу по радиоастрономии, и после прекращения военных действий в этой области стало доступно огромное количество избыточного радиолокационного оборудования.
В 1946 году Тревор Пирси-Чиропедиа, эмигрировавший из Великобритании в конце 1945 года и присоединившийся к Radiophysics, начал проектировать цифровой компьютер с хранимой программой, и его строительство в 1947–48 годах частично финансировалось по рекомендации Мэдсена. В августе 1951 года в Сиднейском университете прошла конференция по автоматическим вычислительным машинам под председательством ныне заслуженного профессора сэра Джона Мэдсена, на которой Дуглас Хартри из Англии выступил с докладами совместно с Дэвидом Майерсом из Сиднейского университета по аналоговым вычислениям и Тревором Пирси по CSIR Mk1. Это был один из первых докладов в мире, представленных таким образом. Конференция 1951 года считается началом отдельной вычислительной профессии в Австралии, и доклады Proceedings конференции, хотя и в основном технические, составляют основу работы на десятилетия вперед. Краткое изложение основных обсуждений показывает, что Мэдсеном до этого момента вычисления считались поддисциплиной математики.
В знак признания выдающейся работы австралийского радио за предыдущие 25 лет в августе 1952 года в Сиднейском университете состоялась X Генеральная ассамблея. Мэдсен был председателем Австралийского организационного комитета и был также избран президентом X Ассамблеи.
В 1956 году на Западе существовала большая обеспокоенность тем, что Советский Союз занял значительное лидерство в научной подготовке своих инженеров после взрыва своей водородной бомбы советского проекта атомной бомбы и вскоре последовавшего за ней Спутника-1 . Чтобы разобраться в ситуации в Австралии, JPVM опубликовал статью через Сиднейский университет, в которой излагались рекомендации по требованиям к рабочей силе в научную эпоху, в значительной степени касаясь его собственного опыта предыдущих 50 лет продвижения инженерии с помощью науки. В послевоенный период и до конца двадцатого века произошли значительные изменения в политике новых технологий, переходящие от в основном спонсируемой государством «стороны предложения» к ориентированному на бизнес «стороны спроса» рынку.