Dois-je refuser mon dîner parce que je ne comprends pas pleinement le processus de digestion ?
Oliver Heaviside était un ingénieur électricien, mathématicien et physicien anglais autodidacte qui a apporté les nombres complexes à l'analyse de circuits, inventé une nouvelle technique pour résoudre les équations différentielles équivalente à la transformée de Laplace, développé indépendamment le calcul vectoriel, et réécrit les équations de Maxwell sous la forme couramment utilisée aujourd'hui. Il a considérablement façonné la façon dont les équations de Maxwell sont comprises et appliquées dans les décennies suivant la mort de Maxwell. Sa formulation des équations du télégraphiste est devenue commercialement importante de son vivant, après que son importance soit restée longtemps inaperçue, car peu d'autres maîtrisaient à l'époque sa méthodologie nouvelle. Bien qu'en désaccord avec l'établissement scientifique pendant la majeure partie de sa vie, Heaviside a transformé les télécommunications, les mathématiques et la science.
Biographie
Jeunesse
Heaviside est né à Camden Town, Londres, au 55 Kings Street aujourd'hui Plender Street. C'était un enfant petit et roux, et il a souffert de la scarlatine en jeunesse, ce qui lui a laissé une déficience auditive. Un petit héritage a permis à la famille de déménager dans une meilleure partie de Camden quand il avait treize ans et il a été envoyé à la Camden House Grammar School. Il était un bon étudiant, se classant cinquième sur cinq cents étudiants en 1865, mais ses parents ne pouvaient pas le garder à l'école après qu'il eut 16 ans, alors il a continué à étudier seul pendant un an et n'a eu aucune formation scolaire supplémentaire.
L'oncle par mariage de Heaviside était Sir Charles Wheatstone 1802–1875, un expert internationalement célèbre en télégraphie et électromagnétisme, et l'inventeur co-original du premier télégraphe commercialement réussi au milieu des années 1830. Wheatstone a montré un intérêt particulier pour l'éducation de son neveu et en 1867 l'a envoyé vers le nord pour travailler avec son propre frère aîné Arthur, qui gérait l'une des sociétés télégraphiques de Wheatstone à Newcastle-upon-Tyne.
Deux ans plus tard, il a accepté un poste d'opérateur télégraphique auprès de la compagnie danoise Great Northern Telegraph, posant un câble de Newcastle au Danemark en utilisant des entrepreneurs britanniques. Il est devenu rapidement électricien. Heaviside a continué à étudier en travaillant, et à l'âge de 22 ans, il a publié un article dans le prestigieux Philosophical Magazine sur « L'arrangement optimal du pont de Wheatstone pour mesurer une résistance donnée avec un galvanomètre et une pile donnés » qui a reçu des commentaires positifs de physiciens qui avaient vainement essayé de résoudre ce problème algébrique, y compris Sir William Thomson, à qui il a donné une copie de l'article, et James Clerk Maxwell. Quand il a publié un article sur la méthode duplex d'utilisation d'un câble télégraphique, il s'est moqué de R. S. Culley, l'ingénieur en chef du système télégraphique de la Poste, qui avait été rejetant le duplex comme impratique. Plus tard en 1873, sa candidature pour adhérer à la Society of Telegraph Engineers a été rejetée avec le commentaire que « ils ne voulaient pas de commis télégraphiques ». Cela a irrité Heaviside, qui a demandé à Thomson de le parrainer, et avec le soutien du président de la société, il a été admis « malgré les snobs de la P.O. ».
En 1873, Heaviside avait rencontré le Treatise on Electricity and Magnetism en deux volumes nouvellement publié et plus tard célèbre de Maxwell. Dans sa vieillesse, Heaviside se souvenait :
Je me souviens de mon premier regard sur le grand traité de Maxwell quand j'étais un jeune homme... J'ai vu que c'était magnifique, plus magnifique et le plus magnifique, avec des possibilités prodigieuses dans sa puissance... J'étais déterminé à maîtriser le livre et j'ai commencé à travailler. J'étais très ignorant. Je n'avais aucune connaissance d'analyse mathématique (n'ayant appris que l'algèbre scolaire et la trigonométrie que j'avais largement oubliées) et ainsi mon travail était tracé pour moi. Il m'a fallu plusieurs années avant de pouvoir comprendre autant que possible. Ensuite, j'ai mis Maxwell de côté et j'ai suivi mon propre chemin. Et j'ai progressé beaucoup plus rapidement... Il sera entendu que je prêche l'Évangile selon mon interprétation de Maxwell.
Entreprenant des recherches depuis son domicile, il a aidé à développer la théorie des lignes de transmission également connue sous le nom d'« équations du télégraphiste ». Heaviside a montré mathématiquement qu'une inductance uniformément distribuée dans une ligne télégraphique réduirait à la fois l'atténuation et la distorsion, et que, si l'inductance était suffisamment grande et la résistance d'isolation pas trop élevée, le circuit serait sans distorsion en ce que les courants de toutes fréquences auraient des vitesses de propagation égales. Les équations de Heaviside ont aidé à promouvoir la mise en œuvre du télégraphe.
Années intermédiaires
De 1882 à 1902, sauf pendant trois ans, il a contribué des articles réguliers au journal commercial The Electrician, qui souhaité améliorer sa position, pour lesquels il a été rémunéré 40 £ par an. C'était à peine suffisant pour vivre, mais ses exigences étaient très modestes et il faisait ce qu'il voulait le plus faire. Entre 1883 et 1887, ces articles se sont en moyenne 2–3 par mois et ces articles ont formé ultérieurement la majeure partie de son Electromagnetic Theory et Electrical Papers.
En 1880, Heaviside a recherché l'effet de peau dans les lignes de transmission télégraphique. La même année, il a breveté, en Angleterre, le câble coaxial. En 1884, il a reformulé l'analyse mathématique de Maxwell de sa forme originale encombrante ils avaient déjà été reformulés en tant que quaternions à sa terminologie vectorielle moderne, réduisant ainsi douze des vingt équations originales en vingt inconnues aux quatre équations différentielles en deux inconnues que nous connaissons maintenant sous le nom d'équations de Maxwell. Les quatre équations de Maxwell reformulées décrivent la nature des charges électriques statiques et mobiles, des champs magnétiques, et la relation entre les deux, à savoir les champs électromagnétiques.
Entre 1880 et 1887, Heaviside a développé le calcul opérationnel en utilisant p, donnant une méthode de résolution des équations différentielles par solution directe sous forme d'équations algébriques. Cela a causé ultérieurement beaucoup de controverse, en raison de son manque de rigueur. Il a dit de manière célèbre : « Les mathématiques sont une science expérimentale, et les définitions ne viennent pas d'abord, mais plus tard. Elles se font d'elles-mêmes, quand la nature du sujet s'est développée. » À une autre occasion, il a demandé de manière quelque peu défensive : « Dois-je refuser mon dîner parce que je ne comprends pas pleinement le processus de digestion ? »
En 1887, Heaviside a travaillé avec son frère Arthur sur un article intitulé « Le système de pont de la téléphonie ». Cependant, l'article a été bloqué par le supérieur d'Arthur, William Henry Preece de la Poste, parce qu'une partie de la proposition était que des bobines de charge des inducteurs devraient être ajoutées aux lignes téléphoniques et télégraphiques pour augmenter leur auto-induction et corriger la distorsion dont elles souffraient. Preece avait récemment déclaré que l'auto-inductance était le grand ennemi de la transmission claire. Heaviside était également convaincu que Preece était à l'origine du renvoi de l'éditeur de The Electrician, ce qui a mis fin à sa longue série d'articles jusqu'en 1891. Il y avait une longue histoire d'animosité entre Preece et Heaviside. Heaviside considérait Preece comme mathématiquement incompétent, une évaluation soutenue par le biographe Paul J. Nahin : « Preece était un puissant fonctionnaire du gouvernement, énormément ambitieux, et de certaines façons remarquables, un parfait imbécile. » Les motivations de Preece à supprimer le travail de Heaviside avaient plus à voir avec la protection de la propre réputation de Preece et l'évitement d'avoir à admettre une erreur qu'avec des défauts perçus dans le travail de Heaviside.
L'importance du travail de Heaviside est restée découverte pendant un certain temps après sa publication dans The Electrician, et donc ses droits se trouvaient dans le domaine public. En 1897, AT&T a employé l'un de ses propres scientifiques, George A. Campbell, et un investigateur externe Michael I. Pupin pour trouver un aspect dans lequel le travail de Heaviside était incomplet ou incorrect. Campbell et Pupin ont étendu le travail de Heaviside, et AT&T a déposé des brevets couvrant non seulement leurs recherches, mais aussi la méthode technique de construction des bobines précédemment inventées par Heaviside. AT&T a plus tard offert à Heaviside de l'argent en échange de ses droits ; il est possible que le respect des ingénieurs de Bell pour Heaviside ait influencé cette offre. Cependant, Heaviside a refusé l'offre, déclinant d'accepter de l'argent à moins que la compagnie ne lui donne la pleine reconnaissance. Heaviside était chroniquement pauvre, ce qui rend son refus de l'offre encore plus frappant.
Mais ce revers a eu l'effet de diriger l'attention de Heaviside vers le rayonnement électromagnétique, et dans deux articles de 1888 et 1889, il a calculé les déformations des champs électriques et magnétiques entourant une charge en mouvement, ainsi que les effets de son entrée dans un milieu plus dense. Cela incluait une prédiction de ce qui est maintenant connu sous le nom de rayonnement Cherenkov, et a inspiré son ami George FitzGerald à suggérer ce qui est maintenant connu sous le nom de contraction de Lorentz–FitzGerald.
En 1889, Heaviside a d'abord publié une dérivation correcte de la force magnétique sur une particule chargée en mouvement, ce qui est la composante magnétique de ce qui est maintenant appelé la force de Lorentz.
À la fin des années 1880 et au début des années 1890, Heaviside a travaillé sur le concept de masse électromagnétique. Heaviside l'a traité comme une masse matérielle, capable de produire les mêmes effets. Wilhelm Wien a plus tard vérifié l'expression de Heaviside pour les basses vitesses.
En 1891, la Royal Society britannique a reconnu les contributions de Heaviside à la description mathématique des phénomènes électromagnétiques en le nommant Fellow of the Royal Society, et l'année suivante en consacrant plus de cinquante pages des Philosophical Transactions of the Society à ses méthodes vectorielles et sa théorie électromagnétique. En 1905, Heaviside a reçu un doctorat honorifique de l'Université de Göttingen.
Dernières années et opinions
En 1896, FitzGerald et John Perry ont obtenu une pension de la liste civile de 120 £ par an pour Heaviside, qui vivait maintenant en Devon, et l'ont persuadé de l'accepter, après qu'il eut rejeté d'autres offres charitables de la Royal Society.
En 1902, Heaviside a proposé l'existence de ce qui est maintenant connu sous le nom de couche Kennelly–Heaviside de l'ionosphère. La proposition de Heaviside comprenait des moyens par lesquels les signaux radio sont transmis autour de la courbure terrestre. L'existence de l'ionosphère a été confirmée en 1923. Les prédictions de Heaviside, combinées à la théorie du rayonnement de Planck, ont probablement découragé d'autres tentatives de détection des ondes radio du Soleil et d'autres objets astronomiques. Pour une raison ou une autre, il semble qu'il n'y ait eu aucune tentative pendant 30 ans, jusqu'au développement de l'astronomie radio de Jansky en 1932.
Au fil des ans, son comportement est devenu tout à fait excentrique. Selon son associé B. A. Behrend, il est devenu un reclus qui était tellement réticent à rencontrer des gens qu'il livrait les manuscrits de ses articles pour The Electrician à une épicerie, où les éditeurs les récupéraient. Bien qu'il ait été un cycliste actif dans sa jeunesse, sa santé a sérieusement décliné à sa sixième décennie. Pendant ce temps, Heaviside signerait les lettres avec les initiales « W.O.R.M. » après son nom. Heaviside aurait également commencé à se peindre les ongles en rose et avait déplacé des blocs de granit dans sa maison pour les meubles En 1922, il est devenu le premier destinataire de la médaille Faraday, qui a été établie cette année-là.
Sur les opinions religieuses de Heaviside, il était unitarien, mais pas un religieux. On a même dit qu'il s'était moqué des gens qui mettaient leur foi en un être suprême.
Heaviside est décédé le 3 février 1925, à Torquay en Devon après être tombé d'une échelle, et est enterré près du coin oriental du cimetière de Paignton. Il est enterré avec son père, Thomas Heaviside 1813–1896 et sa mère, Rachel Elizabeth Heaviside. La pierre tombale a été nettoyée grâce à un donateur anonyme vers 2005. La plupart de sa reconnaissance a été acquise à titre posthume.
Projet du mémorial Heaviside
En juillet 2014, des académiciens de l'Université de Newcastle, au Royaume-Uni, et le Newcastle Electromagnetics Interest Group ont fondé le Heaviside Memorial Project dans le but de restaurer complètement le monument par souscription publique. Le mémorial restauré a été cérémonieusement dévoilé le 30 août 2014 par Alan Heather, un parent éloigné de Heaviside. Le dévoilement a été assisté par le maire de Torbay, le député de Torbay, un ancien conservateur du Musée des sciences représentant l'Institution of Engineering and Technology, le président de la Torbay Civic Society, et des délégués de l'Université de Newcastle.
La collection Heaviside 1872–1923
Une collection des cahiers, papiers, correspondances, notes et brochures annotées de Heaviside sur la télégraphie est conservée au Centre d'archives de l'Institution of Engineering and Technology IET Archive Centre.
Innovations et découvertes
Heaviside a beaucoup contribué à développer et à promouvoir les méthodes vectorielles et le calcul vectoriel. La formulation de Maxwell de l'électromagnétisme comprenait 20 équations en 20 variables. Heaviside a utilisé les opérateurs de rotationnel et de divergence du calcul vectoriel pour reformuler 12 de ces 20 équations en quatre équations en quatre variables B , E , J et ρ , la forme par laquelle elles ont été connues depuis voir équations de Maxwell. Moins connu est que les équations de Heaviside et celle de Maxwell ne sont pas exactement les mêmes, et en fait il est plus facile de modifier les premières pour les rendre compatibles avec la physique quantique. La possibilité des ondes gravitationnelles a également été discutée par Heaviside en utilisant l'analogie
