オリヴァー・ヘヴィサイド （Oliver Heaviside, 1850年 5月18日 - 1925年 2月3日 ）はイギリス の電気技師、物理学者 、数学者 である。幼時に猩紅熱 に罹患したことにより難聴となった。正規の大学教育を受けず研究機関にも所属せず独学 で研究を行った。電気回路 におけるインピーダンス の概念の導入、複素数の導入や「ヘヴィサイドの演算子法 」といった物理数学の方法を開発した。マクスウェル方程式 を今日一般的に使われている形に書き直し、マクスウェル方程式が理解され応用される道を大きく切り拓いた。彼が定式化した電信方程式 は、彼の斬新な方法論に精通した者が当時ほとんどいなかったため長い間注目されなかったが、その後商業的に重要なものとなった[ 2] [ 2]
ヘヴィサイドはロンドンのカムデン・タウン、キングス・ストリート55番地[ 3] 猩紅熱 を患い、聴覚障害が残った。わずかな遺産により、一家は彼が13歳のときにカムデンのよりよい場所に引っ越すことができ、カムデン・ハウス・グラマー・スクールに通うことになった。彼は成績優秀で、1865年には500人中5位になった。16歳になって両親は彼を学校に通わせられなかったため、1年間独学で勉強を続けたのちそれ以上の正式な教育は受けなかった[ 4] :51 。
ヘヴィサイドの叔父はチャールズ・ホイートストン 卿（1802-1875）で、電信と電磁気学の世界的な専門家であり、1830年代半ばに初めて商業的に成功した電信の共同発明者であった。ホイートストンは甥の教育に強い関心を寄せ[ 5] ニューカッスル・アポン・タイン でチャールズの電信会社を経営していた兄アーサー・ホイートストンのもとで働かせるため、甥を北へ送り出した[ 4] :53 。
2年後、彼はデンマーク のグレート・ノーザン・テレグラフ社 で電信技師として働き、イギリスの請負業者を起用してニューカッスルからデンマークまでケーブルを敷設した。彼はまもなく電気技師になった。ヘヴィサイドは働きながら勉強を続け、22歳までに権威ある科学雑誌であるフィロソフィカル・マガジン に「検流計と電池で任意の抵抗を測定するためのホイートストンブリッジ の最適な配置(The Best Arrangement of Wheatstone's Bridge for measuring a Given Resistance with a Given Galvanometer and Battery)」という論文を発表し、この論文のコピーを贈ったウィリアム・トムソン 卿や、ジェームズ・クラーク・マクスウェル など、この代数的問題を解決しようとして失敗した物理学者から好意的なコメントを得た。電信ケーブルの二重通信 方式に関する論文を発表した際、彼は、二重通信方式を非現実的なものとして否定していた郵便局電信システムの技師長R.S.カルリーをからかった。その後1873年、彼は英国電気工学会 （英語版 ） [ 4] :60 。
1873年、ヘヴィサイドはマクスウェルが新たに出版した、後に有名となる『電気磁気論 』に出会った。老年になってヘヴィサイドはこう回想した：
私が若かった頃、マクスウェルの偉大な論文を初めて見たときのことを覚えている...。私はこの本が偉大で、より偉大で、最も偉大で、その力には計り知れない可能性があることを知った...。私はこの本をマスターしようと決心し、作業に取り掛かった。私はとても無知だった。数学的解析の知識はまったくなく（学校の代数学と三角法しか習っておらず、ほとんど忘れていた）、そのため私の作業は私のためだけにあるようなものだった。可能な限り理解できるようになるまで、数年かかった。その後、私はマクスウェルの論文を脇に置き、自分の道を歩んだ。そして、私はもっと早く前進した......。私が私なりのマクスウェルの解釈に従って福音を宣べ伝えていることはご理解いただけるだろう。
[ 8] 彼は自宅で研究を続け、伝送線路 理論（「電信者の方程式 」としても知られる）の発展に貢献した。ヘヴィサイドは、電信線路に一様に分布したインダクタンス が減衰 と歪み の両方を減少させ、インダクタンスが十分大きく絶縁抵抗 が高すぎなければ、すべての周波数 の電流 の伝搬速度が等しくなり、回路 は無歪みになることを数学的に示した[ 9]
1882年から1902年まで、3年間を除いて、彼は電気技師の地位向上を望む業界紙『The Electrician （英語版 ） Electromagnetic Theory )』と『電気論文(Electrical Papers )』の大部分を形成することになる[ 4] :71 。
1880年、ヘヴィサイドは電信伝送線路における表皮効果 を研究した。同年、彼はイギリスで同軸ケーブル の特許を取得した。1884年、彼はマクスウェルの数学的解析を、当初の煩雑な形式（それらはすでに四元数 で再定式されていた）から、現代のベクトル 用語に再構成し、それによって当初の20の方程式を、現在マクスウェルの方程式 として知られている4つの微分方程式 に直した。再定式化された4つのマクスウェル方程式は、電荷（静的と動的の両方）、磁場、そして両者の関係すなわち電磁場の性質を記述している。
1880年から1887年にかけて、ヘヴィサイドは微分演算子 （ブール は
D
{\displaystyle D}
演算子法 を開発し、微分方程式を代数方程式 として直接解く方法を提案した。これは後に、厳密さに欠けるとして大きな論争を引き起こした。ヘヴィサイドはこの問題について有名な言葉を残している。
Mathematics is an experimental science, and definitions do not come first, but later on. They make themselves, when the nature of the subject has developed itself.
（数学は実験科学であり、定義は最初に来るのではなく、後から来るのである。定義というものは、対象の本質そのものが明らかになったときに、自ずと生まれるものなのである。）
[ 10]
Shall I refuse my dinner because I do not fully understand the process of digestion?
（消化のプロセスを十分に理解していないからといって、夕食を断ろうか？）
[ 11] 1887年、ヘヴィサイドは兄のアーサーとともに「電話のブリッジシステム」と題する論文に取り組んだ。しかしこの論文は、アーサーの上司であった郵便局のウィリアム・ヘンリー・プリース （英語版 ） インダクタ ）を追加して自己インダクタンスを増大させ、電信線が受ける歪みを修正すべきだ」というものであり、プリースはその頃、自己インダクタンスが明らかな伝送の大敵であると宣言していたためである。ヘヴィサイドはまた、プリースが『The Electrician』誌の編集長を辞めさせ、彼の長期連載を（1891年まで）中断させた背後にいると確信していた[ 12] [ 3] : xi–xvii, 162–183
ヘヴィサイドの研究の重要性は、『The Electrician』誌に発表された後もしばらく発見されないままであった。1897年、AT&T は自社の科学者の一人であるジョージ・A・キャンベルと外部の研究者ミカエル・ピューピン に、ヘヴィサイドの研究が不完全であったり間違っていたりする点を探させた。キャンベルとピューピンはヘヴィサイドの研究を発展させ、AT&Tは彼らの研究だけでなく、ヘヴィサイドが以前に発明したコイルを作る技術的な方法についても特許を申請した。後にAT&Tは、ヘヴィサイドの権利と引き換えに金銭を提供したが、ベルの技術者たちがヘヴィサイドを尊敬していたことがこの申し出に影響した可能性がある。しかし、ヘヴィサイドはこの申し出を拒否し、会社が彼の業績を全面的に認めない限り、金銭は受け取らないと断った。ヘヴィサイドは慢性的な貧乏状態にあったため、この申し出を拒否したことは、より印象的であった。1959年、ノーバート・ウィーナーはフィクション小説『誘惑者(The Tempter)』を出版し、AT&T（仮称ウィリアムズ・コントロールズ社）とミカエル・ピューピン（仮名ディエゴ・ドミンゲス）がヘヴィサイドの発明を盗用したと非難した[ 13] [ 14] [ 15]
しかし、この挫折は、ヘヴィサイドの関心を電磁放射に向けることになった。1888年と1889年の2つの論文で、彼は移動する電荷を取り囲む電場と磁場の変形と、電荷がより密度の高い媒質に入った場合の影響を計算した。これには、現在チェレンコフ放射 として知られているものの予測も含まれており、彼の友人であるジョージ・フィッツジェラルド が現在ローレンツ・フィッツジェラルド収縮 として知られているものを提案するきっかけとなった。
1889年、ヘヴィサイドは、移動する荷電粒子に働く磁気力（現在ローレンツ力 と呼ばれるものの磁気成分）の正しい導出を初めて発表した[ 17]
1880年代後半から1890年代前半にかけて、ヘヴィサイドは電磁質量 （英語版 ） ヴィルヘルム・ヴィーン が（低速において）ヘヴィサイドの式を検証した。
1891年、英国王立協会 はヘヴィサイドの電磁気現象の数学的記述への貢献を認め、王立協会フェロー に任命し、翌年には同協会のPhilosophical Transactions の50ページ以上を彼のベクトル手法と電磁気論に割いた。1905年にはゲッティンゲン大学 から名誉博士号を授与された。
1896年、フィッツジェラルドとジョン・ペリー は、王立協会からの援助申し出を断っていたヘヴィサイドを説得し、年間120ポンドの市民年金の受け取りを承諾させた。
1902年、ヘヴィサイドは、現在電離層 のケネリー・ヘヴィサイド層として知られているものの存在を提唱した。ヘヴィサイドの提案には、電波信号が地球の曲率半径で伝達される手段も含まれていた。電離層の存在は1923年に確認された。ヘヴィサイドの予測は、マックス・プランク の放射理論と相まって、1932年にカール・ジャンスキー が 電波天文学 を発展させるまでの30年間、太陽や他の天体からの電波を検出しようとする試みを躊躇させた。
ヘヴィサイドはアルバート・アインシュタインの相対性理論 に反対の立場であった[ 18] [ 18]
晩年、彼の行動はかなりエキセントリックになった。同僚のB.A.ベーレンドによると、彼は世捨て人のようになり、人に会うのを嫌ったため、『The Electrician』の論文の原稿を食料品店に届け、編集者がそれを受け取ったという[ 19] [ 3] (pxx) 。1922年、その年に創設されたファラデー・メダル の最初の受賞者となった。
ヘヴィサイドの宗教観について、彼はユニテリアン ではあったが、信心深くはなかった。彼は、至高の存在に信仰を置く人々を馬鹿にしていたとさえ言われている[ 20]
ヘヴィサイドの墓。修復プロジェクト前後の比較。 1925年2月3日、梯子から落ちてデヴォン州 トーキー で亡くなった[ 21] ペイントン 墓地の東の角近くに、父トーマス・ヘヴィサイドと母レイチェル・エリザベス・ヘヴィサイドとともに埋葬されている。墓石は2005年に匿名の篤志家の手によって修復された[ 22]
2014年7月、英国ニューカッスル大学 の学者とニューカッスル電磁気学インタレスト・グループは、この墓碑を一般の寄付によって完全に修復することを目指し、ヘヴィサイド・メモリアル・プロジェクトを設立した[ 23] [ 24] [ 25] トーベイ 市長、トーベイ選出の国会議員、科学博物館の元学芸員（英国工学技術学会 を代表）、トーベイ市民協会会長、ニューカッスル大学の代表が出席した[ 26]
ヘヴィサイドの論文コレクションは英国工学技術学会(IET)アーカイブセンターに所蔵されている[ 27] [ 28]
英国工学技術学会の前身である電気技術者協会（IEE）は、1908年、オリバー・ヘヴィサイドに名誉会員資格を授与し[ 29] [ 30] [ 31]
ヘヴィサイドはベクトル演算とベクトル解析 を発展させ、提唱した[ 32] 回転 と発散 演算子を用いて、この20方程式のうち12方程式を4変数(
B
,
E
,
J
,
ρ
{\displaystyle {\textbf {B}},{\textbf {E}},{\textbf {J}},\rho }
[ 33]
重力波 が発生する可能性についても、ヘヴィサイドは重力と電気の逆2乗則のアナロジーを用いて議論した[ 34] クォータニオン の乗算では、ベクトルの2乗は負の量となり、ヘヴィサイドは大いに不満だった。彼はこの負数の廃止を提唱したため、C. J. Jolyによって双曲四元数 （英語版 ） [ 35] アレクサンダー・マクファーレン （英語版 ）
ヘヴィサイドの階段関数 を発明し、電気回路がオンになったときの電流を計算するのに使用した。
現在ディラックのデルタ関数 として知られる単位インパルス関数を初めて使用した[ 36]
線形微分方程式 を解くための演算子法 を発明した。これは現在使われている「ブロムウィッチ積分」に基づくラプラス変換 法に似ている。「ブロムウィッチ積分」は、ヘヴィサイドの演算子法を輪郭積分を用いて厳密に数学的に正当化したトーマス・ブロムウィッチ （英語版 ） [ 37] [ 38]
伝送線路 理論（「電信者の方程式 」としても知られる）を開発し、大西洋横断電信ケーブル の伝送効率を10倍に高める効果をもたらした。もともと1文字を伝送するのに10分かかっていたのが、1分間に1文字に改善されたのである。これと密接に関連するのが、電気的インダクタをケーブルに直列に配置することで、信号伝送を大幅に改善できることを発見したことである[ 39]
ポインティング・ベクトル も独自に発見した[ 3] :116–118 。
地球の大気の最上部に電離層 が存在するという考えを提唱し、後にケネリー・ヘヴィサイド層と呼ばれる層の存在を予言した。1947年、エドワード・ビクター・アップルトン は、この層が実際に存在することを証明した功績により、ノーベル物理学賞を受賞した。
ヘヴィサイドは、電磁気論において次のような造語を行った[ 40]
ヘヴィサイドは、サセプタンス とリアクタンス を造語した人物として誤って扱われることがある。前者はチャールズ・プロテウス・スタインメッツ の造語によるものであり[ 41] [ 42]
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