¿Debo rechazar mi cena porque no comprendo completamente el proceso de la digestión?
Oliver Heaviside fue un ingeniero eléctrico inglés autodidacta, matemático y físico que llevó los números complejos al análisis de circuitos, inventó una nueva técnica para resolver ecuaciones diferenciales equivalente a la transformada de Laplace, desarrolló independientemente el cálculo vectorial, y reescribió las ecuaciones de Maxwell en la forma comúnmente utilizada hoy. Dio forma significativa a la manera en que las ecuaciones de Maxwell se entienden y se aplican en las décadas posteriores a la muerte de Maxwell. Su formulación de las ecuaciones del telegrafista se volvió comercialmente importante durante su propia vida, después de que su importancia pasara desapercibida durante mucho tiempo, ya que pocos otros conocían su metodología novedosa en ese momento. Aunque en desacuerdo con el establishment científico durante la mayor parte de su vida, Heaviside cambió el rostro de las telecomunicaciones, las matemáticas y la ciencia.
Biografía
Primeros años
Heaviside nació en Camden Town, Londres, en 55 Kings Street ahora Plender Street. Era un niño pequeño y pelirrojo, y sufrió escarlatina cuando era joven, lo que le dejó con una deficiencia auditiva. Un pequeño legado permitió a la familia mudarse a una mejor parte de Camden cuando tenía trece años y fue enviado a la Camden House Grammar School. Fue un buen estudiante, ocupando el quinto lugar entre quinientos estudiantes en 1865, pero sus padres no pudieron mantenerlo en la escuela después de los 16 años, por lo que continuó estudiando solo durante un año y no tuvo más educación formal.
El tío de Heaviside por matrimonio era Sir Charles Wheatstone 1802–1875, un experto internacionalmente celebrado en telegrafía y electromagnetismo, y el coinventor original del primer telégrafo comercialmente exitoso a mediados de los años 1830. Wheatstone mostró un gran interés en la educación de su sobrino y en 1867 lo envió al norte para trabajar con su propio hermano mayor Arthur, quien estaba administrando una de las compañías de telegrafía de Wheatstone en Newcastle-upon-Tyne.
Dos años después aceptó un trabajo como operador de telégrafo con la Compañía Telegráfica Gran Nórdica Danesa tendiendo un cable de Newcastle a Dinamarca utilizando contratistas británicos. Pronto se convirtió en electricista. Heaviside continuó estudiando mientras trabajaba, y a los 22 años publicó un artículo en la prestigiosa Philosophical Magazine sobre "The Best Arrangement of Wheatstone's Bridge for measuring a Given Resistance with a Given Galvanometer and Battery" que recibió comentarios positivos de físicos que habían intentado sin éxito resolver este problema algebraico, incluyendo Sir William Thomson, a quien le dio una copia del artículo, y James Clerk Maxwell. Cuando publicó un artículo sobre el método dúplex de usar un cable de telégrafo, se burló de R. S. Culley, el ingeniero en jefe del sistema de telégrafo de la Oficina de Correos, quien había estado descartando el dúplex como impráctica. Más tarde en 1873 su solicitud para unirse a la Society of Telegraph Engineers fue rechazada con el comentario de que "no querían empleados de telegrafía". Esto molestó a Heaviside, quien pidió a Thomson que lo patrocinara, y con el apoyo del presidente de la sociedad fue admitido "a pesar de los esnobs de la Oficina de Correos".
En 1873 Heaviside encontró el Tratado recientemente publicado, y luego famoso, de dos volúmenes de Maxwell sobre Electricidad y Magnetismo. En su vejez Heaviside recordó:
Recuerdo mi primera mirada al gran tratado de Maxwell cuando era un hombre joven... Vi que era grande, más grande y el más grande, con posibilidades prodigiosas en su poder... Estaba decidido a dominar el libro y me puse a trabajar. Yo era muy ignorante. No tenía conocimiento de análisis matemático (habiendo aprendido solo álgebra escolar y trigonometría que había olvidado en gran medida) y así mi trabajo estaba trazado para mí. Me tomó varios años antes de que pudiera entender lo máximo que pudiera. Luego dejé a Maxwell de lado y seguí mi propio camino. Y progresé mucho más rápidamente... Se entenderá que predico el evangelio según mi interpretación de Maxwell.
Realizando investigación desde casa, ayudó a desarrollar la teoría de la línea de transmisión también conocida como las "ecuaciones del telegrafista". Heaviside demostró matemáticamente que la inductancia uniformemente distribuida en una línea de telégrafo disminuiría tanto la atenuación como la distorsión, y que, si la inductancia fuera lo suficientemente grande y la resistencia del aislamiento no fuera demasiado alta, el circuito sería sin distorsión en que las corrientes de todas las frecuencias tendrían velocidades iguales de propagación. Las ecuaciones de Heaviside ayudaron a promover la implementación del telégrafo.
Años intermedios
De 1882 a 1902, excepto durante tres años, contribuyó con artículos regulares al periódico comercial The Electrician, que deseaba mejorar su reputación, por lo que le pagaban £40 por año. Esto era apenas suficiente para vivir, pero sus demandas eran muy pequeñas y estaba haciendo lo que más quería. Entre 1883 y 1887 estos promedian 2–3 artículos por mes y estos artículos formaron más tarde la mayor parte de su Teoría Electromagnética y Artículos Eléctricos.
En 1880, Heaviside investigó el efecto pelicular en líneas de transmisión de telégrafo. Ese mismo año patentó, en Inglaterra, el cable coaxial. En 1884 reformuló el análisis matemático de Maxwell de su forma original engorrosa que ya había sido reformulada como cuaterniones a su terminología vectorial moderna, reduciendo así doce de las veinte ecuaciones originales en veinte incógnitas a las cuatro ecuaciones diferenciales en dos incógnitas que ahora conocemos como ecuaciones de Maxwell. Las cuatro ecuaciones de Maxwell reformuladas describen la naturaleza de las cargas eléctricas tanto estáticas como en movimiento, campos magnéticos, y la relación entre los dos, es decir, campos electromagnéticos.
Entre 1880 y 1887, Heaviside desarrolló el cálculo operacional usando p, dando un método para resolver ecuaciones diferenciales por solución directa como ecuaciones algebraicas. Esto más tarde causó una gran controversia, debido a su falta de rigor. Famosamente dijo, "Las matemáticas son una ciencia experimental, y las definiciones no vienen primero, sino después. Se hacen a sí mismas, cuando la naturaleza del tema se ha desarrollado". En otra ocasión preguntó algo más defensivamente, "¿Debo rechazar mi cena porque no comprendo completamente el proceso de la digestión?"
En 1887, Heaviside trabajó con su hermano Arthur en un artículo titulado "The Bridge System of Telephony". Sin embargo, el artículo fue bloqueado por el superior de Arthur, William Henry Preece de la Oficina de Correos, porque parte de la propuesta era que se añadieran bobinas de carga inductores a las líneas de teléfono y telégrafo para aumentar su auto-inducción y corregir la distorsión que sufrían. Preece había declarado recientemente que la auto-inductancia era el gran enemigo de la transmisión clara. Heaviside también estaba convencido de que Preece estaba detrás del despido del editor de The Electrician que puso fin a su larga serie de artículos hasta 1891. Hubo una larga historia de enemistad entre Preece y Heaviside. Heaviside consideraba a Preece matemáticamente incompetente, una evaluación apoyada por el biógrafo Paul J. Nahin: "Preece era un poderoso funcionario gubernamental, enormemente ambicioso, y de algunas maneras notables, un completo idiota". Las motivaciones de Preece al suprimir el trabajo de Heaviside tenían más que ver con proteger la propia reputación de Preece y evitar tener que admitir un error que con cualquier falta percibida en el trabajo de Heaviside.
La importancia del trabajo de Heaviside permaneció sin descubrirse durante algún tiempo después de su publicación en The Electrician, y por lo tanto sus derechos estaban en el dominio público. En 1897, AT&T empleó a uno de sus propios científicos, George A. Campbell, y a un investigador externo Michael I. Pupin para encontrar algún aspecto en el que el trabajo de Heaviside fuera incompleto o incorrecto. Campbell y Pupin extendieron el trabajo de Heaviside, y AT&T presentó solicitudes de patentes cubriendo no solo su investigación, sino también el método técnico de construcción de las bobinas previamente inventadas por Heaviside. AT&T más tarde ofreció dinero a Heaviside a cambio de sus derechos; es posible que el respeto de los ingenieros de Bell por Heaviside influyera en esta oferta. Sin embargo, Heaviside rechazó la oferta, declinando aceptar dinero alguno a menos que la compañía le diera reconocimiento completo. Heaviside era crónicamente pobre, lo que hace su rechazo de la oferta aún más notable.
Pero este revés tuvo el efecto de dirigir la atención de Heaviside hacia la radiación electromagnética, y en dos artículos de 1888 y 1889, calculó las deformaciones de los campos eléctricos y magnéticos que rodean una carga en movimiento, así como los efectos de entrar en un medio más denso. Esto incluyó una predicción de lo que ahora se conoce como radiación de Cherenkov, e inspiró a su amigo George FitzGerald a sugerir lo que ahora se conoce como la contracción de Lorentz–FitzGerald.
En 1889, Heaviside publicó por primera vez una derivación correcta de la fuerza magnética sobre una partícula cargada en movimiento, que es el componente magnético de lo que ahora se llama la fuerza de Lorentz.
A finales de los años 1880 e inicio de los 1890, Heaviside trabajó en el concepto de masa electromagnética. Heaviside trató esto como masa material, capaz de producir los mismos efectos. Wilhelm Wien verificó más tarde la expresión de Heaviside para velocidades bajas.
En 1891 la Royal Society británica reconoció las contribuciones de Heaviside a la descripción matemática de fenómenos electromagnéticos al nombrarlo Fellow de la Royal Society, y al año siguiente dedicó más de cincuenta páginas de las Philosophical Transactions de la Society a sus métodos vectoriales y teoría electromagnética. En 1905 Heaviside recibió un doctorado honorario de la Universidad de Göttingen.
Años posteriores y puntos de vista
En 1896, FitzGerald y John Perry obtuvieron una pensión de la lista civil de £120 por año para Heaviside, quien ahora vivía en Devon, y lo persuadieron de aceptarla, después de que había rechazado otras ofertas de caridad de la Royal Society.
En 1902, Heaviside propuso la existencia de lo que ahora se conoce como la capa Kennelly–Heaviside de la ionosfera. La propuesta de Heaviside incluyó medios por los cuales las señales de radio se transmiten alrededor de la curvatura de la Tierra. La existencia de la ionosfera fue confirmada en 1923. Las predicciones de Heaviside, combinadas con la teoría de radiación de Planck, probablemente desalentaron más intentos de detectar ondas de radio del Sol y otros objetos astronómicos. Por la razón que sea, parece que no hubo intentos durante 30 años, hasta el desarrollo de Jansky de la radioastronomía en 1932.
En sus años posteriores su comportamiento se volvió bastante excéntrico. Según el asociado B. A. Behrend, se convirtió en un recluso que era tan adverso a conocer gente que entregaba los manuscritos de sus artículos de Electrician a una tienda de abarrotes, donde los editores los recogían. Aunque había sido un ciclista activo en su juventud, su salud se deterioró seriamente en su sexta década. Durante este tiempo Heaviside firmaría cartas con las iniciales "W.O.R.M." después de su nombre. Heaviside también supuestamente comenzó a pintarse las uñas de rosa e hizo que bloques de granito se movieran a su casa para usarlos como muebles En 1922, se convirtió en el primer receptor de la Medalla Faraday, que fue establecida ese año.
Sobre las opiniones religiosas de Heaviside, era unitario, pero no religioso. Incluso se decía que se había burlado de las personas que ponían su fe en un ser supremo.
Heaviside murió el 3 de febrero de 1925, en Torquay en Devon después de caer de una escalera, y está enterrado cerca de la esquina oriental del cementerio de Paignton. Está enterrado con su padre, Thomas Heaviside 1813–1896 y su madre, Rachel Elizabeth Heaviside. La lápida fue limpiada gracias a un donante anónimo en algún momento de 2005. La mayor parte de su reconocimiento fue ganada póstumamente.
Proyecto Memorial Heaviside
En julio de 2014, académicos de la Universidad de Newcastle, Reino Unido y el Newcastle Electromagnetics Interest Group fundaron el Proyecto Memorial Heaviside en un esfuerzo por restaurar completamente el monumento a través de suscripción pública. El monumento restaurado fue inaugurado ceremonialmente el 30 de agosto de 2014 por Alan Heather, un pariente distante de Heaviside. La inauguración fue asistida por el Alcalde de Torbay, el MP para Torbay, un ex-curador del Museo de Ciencias representando la Institution of Engineering and Technology, el Presidente de la Torbay Civic Society, y delegados de la Universidad de Newcastle.
La Colección Heaviside 1872–1923
Una colección de cuadernos, artículos, correspondencia, notas y folletos anotados de Heaviside sobre telegrafía se encuentra en el IET Archive Centre de la Institution of Engineering and Technology.
Innovaciones y descubrimientos
Heaviside hizo mucho para desarrollar y abogar por métodos vectoriales y cálculo vectorial. La formulación de Maxwell del electromagnetismo constaba de 20 ecuaciones en 20 variables. Heaviside empleó los operadores rotacional y divergencia del cálculo vectorial para reformular 12 de estas 20 ecuaciones en cuatro ecuaciones en cuatro variables B , E , J y ρ , la forma por la cual han sido conocidas desde entonces ver ecuaciones de Maxwell. Menos conocido es que las ecuaciones de Heaviside y las de Maxwell no son exactamente iguales, y de hecho es más fácil modificar las primeras para hacerlas compatibles con la física cuántica. La posibilidad de ondas gravitacionales también fue discutida por Heaviside usando la analogía
