|
Уилсон, Уильям (учёный)
Уи́льям Уи́лсон (англ. William Wilson; 1 марта 1875 — 14 октября 1965) — британский физик-теоретик, член Лондонского королевского общества (1923). Известен своими работами по теории относительности и квантовой физике, в частности в 1915 году независимо от Арнольда Зоммерфельда и Дзюна Исивары сформулировал правила квантования для систем с несколькими степенями свободы. БиографияУильям Уилсон родился в деревне Гудихиллс[англ.] в северном графстве Камберленд в семье фермера. Он учился сначала в деревенской школе в Холм-Сент-Катберт[англ.], а в возрасте 14 лет получил стипендию на обучение в Сельскохозяйственном колледже в Аспатрии[англ.]. Здесь он провёл три года и познакомился с основами ряда наук, особенно химии и биологии. В 1892 году Уилсон стал членом Королевского горного и сельскохозяйственного общества[англ.] и в следующем году получил стипендию на обучение в Королевском колледже наук[англ.] в Лондоне. В столице он изучал в основном науки сельскохозяйственного профиля, а также геологию (у Джона Уэсли Джадда[англ.]), физику (у Артура Рукера[англ.] и Уильяма Уотсона[англ.]) и астрономию (у Нормана Локьера и Альфреда Фаулера); математикой он занимался самостоятельно[1]. Уилсон оставил Королевский колледж наук летом 1896 года, так и не получив степени, и устроился учителем в Тоустере[англ.], где даже написал учебник по элементарной алгебре. Впоследствии он сменил ещё две школы — в Беклзе[англ.]* и Хайгейте. Решив продолжить обучение в одном из немецких университетов, Уилсон сначала получил должность учителя в языковой школе фирмы Berlitz и в течение двух с половиной лет преподавал английский в филиалах школы в Дортмунде, Мюнстере, Бармене и Кёльне. Летом 1902 года он стал студентом Лейпцигского университета, где изучал математику под руководством Карла Неймана и экспериментальную физику у Отто Винера. Именно за экспериментальные исследования фотоэлектрического эффекта, проведённые в лаборатории, некогда организованной специально для Вильгельма Вебера, в 1906 году Уилсону была присвоена степень доктора философии summa cum laude[2]. В 1906 году Уилсон вернулся на родину и занял должность младшего преподавателя (assistant lecturer) в Королевском колледже Лондона. В 1917 году он был удостоен степени доктора наук (Doctor of Science) Лондонского университета и два года спустя получил пост преподавателя (reader), а в 1921 году стал профессором физики (Hildred Carlile chair of physics) в Бедфорд-колледже[англ.], женском колледже в составе Лондонского университета. В 1930-е годы Уилсон написал трёхтомный курс теоретической физики, а в 1950-е — ещё несколько книг. Во время Второй мировой войны, когда колледж был эвакуирован в Кембридж, он преподавал в Кавендишской лаборатории. В 1944 году учёный вышел в отставку и стал почётным профессором университета. Он был женат на Роуз Бланш Люси Хэтфилд (Rose Blanche Lucy Heathfield) из Девона, с которой познакомился в Лейпциге; у них был один сын[3]. Биографы Уилсона дали ему следующую характеристику[4]:
Научная деятельностьПервые работы Уилсона, включая диссертацию, были посвящены экспериментальному исследованию фотоэффекта; последняя его статья на эту тему вышла в 1917 году. В это же время значительное место в исследованиях учёного начинают занимать теоретические вопросы, прежде всего квантовая теория и теория относительности[5]. Так, в 1913 году он применил квантовую теорию для объяснения электрического разряда от нагретых тел, или, говоря в современных терминах, термоэлектронной эмиссии. В марте 1915 года Уилсон закончил работу над статьёй (она была опубликована в июне), в которой попытался получить известные к тому времени результаты Планка и Бора из единых соображений. Единство подхода обеспечивали два положения: а) дискретность обмена энергией между динамическими системами и эфиром (окружающим пространством); б) движение систем в промежутке между этими обменами подчиняется гамильтоновой механике. На этой основе он рассмотрел многопериодическую систему, описываемую набором координат () и импульсов (), и пришёл к условиям квантования вида , где — постоянная Планка, — целые числа (квантовые числа), а интегрирование идёт по соответствующим периодам движения. Аналогичные соотношения для систем с несколькими степенями свободы были независимо получены Арнольдом Зоммерфельдом и Дзюном Исиварой. Уилсон применил свои условия к выводу формулы Планка и описанию движения электрона по круговым орбитам в модели Бора. В следующей статье, законченной в ноябре 1915 года, он распространил свою теорию на случай эллиптических орбит электронов и получил соотношение между эксцентриситетом орбиты и квантовыми числами соответствующих степеней свободы[6][7]. Следует отметить большую роль Джона Уильяма Николсона[англ.], который ещё в 1912 году одним из первых использовал квантовые соображения при рассмотрении структуры атома и который способствовал скорейшей публикации работ Уилсона[8][6]. В 1923 году Уилсон обобщил свои условия квантования на случай электрона, вращающегося в магнитном поле[9]. В обобщённом выражении под знаком интеграла выражение для импульса, , учёный заменил в соответствии с требованиям теорией относительности на обобщенный импульс релятивистской теории, , получив: , где — векторный потенциал электромагнитного поля. Аналогичные попытки объединить квантовые условия с релятивистскими соображениями предпринимались в те годы и другими физиками, однако не сыграли значительной роли в развитии теории и вскоре, после открытия спина, были отброшены[10][11]. Сам Уилсон считал этот свой результат более важным, чем обнаружение исходных квантовых условий, и позже развивал свои идеи, в том числе в направлении пятимерного обобщения теории гравитации в духе теории Калуцы. Прочие его работы, написанные на позднем этапе жизни, отражают широту научных интересов учёного, поскольку включают такие разные темы, как проблемы термодинамики, теории размерностей физических величин, критика кинематической теории относительности Милна и т.д.[3] ПубликацииКниги
Основные статьи[12]
Примечания
Литература
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
