Devo recusar meu jantar porque não compreendo completamente o processo de digestão?
Oliver Heaviside foi um engenheiro elétrico autodidata inglês, matemático e físico que trouxe números complexos para análise de circuitos, inventou uma nova técnica para resolver equações diferenciais equivalente à transformada de Laplace, desenvolveu independentemente cálculo vetorial e reescreveu as equações de Maxwell na forma comumente usada hoje. Ele moldou significativamente a maneira como as equações de Maxwell são compreendidas e aplicadas nas décadas seguintes à morte de Maxwell. Sua formulação das equações do telegrafista tornou-se comercialmente importante durante sua própria vida, após seu significado permanecer despercebido por um longo tempo, pois poucos outros dominavam sua metodologia inovadora na época. Embora em desacordo com o establishment científico durante a maior parte de sua vida, Heaviside transformou o rosto das telecomunicações, matemática e ciência.
Biografia
Primeiros anos
Heaviside nasceu em Camden Town, Londres, na rua Kings Street 55, agora Plender Street. Era uma criança baixa e ruiva, e sofreu de escarlatina quando jovem, o que deixou uma deficiência auditiva. Uma pequena herança permitiu que a família se mudasse para uma parte melhor de Camden quando ele tinha treze anos e foi enviado para a Camden House Grammar School. Era um bom aluno, ficando em quinto lugar entre quinhentos alunos em 1865, mas seus pais não conseguiram mantê-lo na escola após os 16 anos, então continuou estudando sozinho por um ano e não teve mais educação formal.
O tio de Heaviside pelo casamento era Sir Charles Wheatstone 1802–1875, um especialista internacionalmente celebrado em telegrafia e eletromagnetismo, e o co-inventor original do primeiro telégrafo comercialmente bem-sucedido em meados de 1830. Wheatstone teve um forte interesse na educação de seu sobrinho e em 1867 o enviou para o norte para trabalhar com seu próprio irmão mais velho, Arthur, que estava gerenciando uma das empresas de telégrafo de Wheatstone em Newcastle-upon-Tyne.
Dois anos depois, conseguiu um emprego como operador de telégrafo na Danish Great Northern Telegraph Company lançando um cabo de Newcastle para a Dinamarca usando contratantes britânicos. Logo se tornou eletricista. Heaviside continuou estudando enquanto trabalhava, e aos 22 anos publicou um artigo na prestigiada Philosophical Magazine sobre 'The Best Arrangement of Wheatstone's Bridge for measuring a Given Resistance with a Given Galvanometer and Battery' que recebeu comentários positivos de físicos que tinham tentado sem sucesso resolver este problema algébrico, incluindo Sir William Thomson, para quem deu uma cópia do artigo, e James Clerk Maxwell. Quando publicou um artigo sobre o método duplex de usar um cabo de telégrafo, zombou de R. S. Culley, o engenheiro-chefe do sistema de telégrafo dos Correios, que havia rejeitado o duplex como impraticável. Mais tarde em 1873 sua candidatura para se juntar à Society of Telegraph Engineers foi rejeitada com o comentário de que "não queriam telegrafistas". Isso irritou Heaviside, que pediu a Thomson para patrocinação e, com apoio do presidente da sociedade, foi admitido "apesar dos esnobistas dos Correios".
Em 1873 Heaviside encontrou o Treatise on Electricity and Magnetism de Maxwell, recém-publicado e posteriormente famoso, em dois volumes. Em sua velhice Heaviside se recordava:
Lembro meu primeiro olhar para o grande tratado de Maxwell quando era um jovem... Vi que era grande, mais grande e o maior, com possibilidades prodigiosas em seu poder... Fui determinado a dominar o livro e comecei o trabalho. Eu era muito ignorante. Não tinha conhecimento de análise matemática (tendo aprendido apenas álgebra escolar e trigonometria que havia em grande parte esquecido) e assim meu trabalho estava definido para mim. Levou vários anos antes de poder compreender tanto quanto fosse possível. Então coloquei Maxwell de lado e segui meu próprio caminho. E progredei muito mais rapidamente... Será compreendido que prego o evangelho de acordo com minha interpretação de Maxwell.
Realizando pesquisa de casa, ajudou a desenvolver a teoria da linha de transmissão também conhecida como as "equações do telegrafista". Heaviside mostrou matematicamente que a indutância uniformemente distribuída em uma linha de telégrafo diminuiria tanto a atenuação quanto a distorção, e que, se a indutância fosse grande o suficiente e a resistência de isolamento não muito alta, o circuito seria sem distorção em que as correntes de todas as frequências teriam velocidades iguais de propagação. As equações de Heaviside ajudaram a avançar a implementação do telégrafo.
Anos intermediários
De 1882 a 1902, exceto por três anos, contribuiu com artigos regulares para o jornal comercial The Electrician, que desejava melhorar seu prestígio, pela qual foi pago £40 por ano. Isso era mal suficiente para viver, mas suas demandas eram muito pequenas e estava fazendo o que mais desejava. Entre 1883 e 1887 estes tiveram média de 2–3 artigos por mês e esses artigos mais tarde formaram o grosso de sua Electromagnetic Theory and Electrical Papers.
Em 1880, Heaviside pesquisou o efeito pelicular em linhas de transmissão de telégrafo. Naquele mesmo ano patenteou, na Inglaterra, o cabo coaxial. Em 1884 reformulou a análise matemática de Maxwell de sua forma original desajeitada que já havia sido reformulada como quatérnios para sua terminologia vetorial moderna, reduzindo doze das vinte equações originais em vinte incógnitas para as quatro equações diferenciais em duas incógnitas que agora conhecemos como as equações de Maxwell. As quatro equações de Maxwell reformuladas descrevem a natureza das cargas elétricas tanto estáticas quanto móveis, campos magnéticos, e a relação entre os dois, ou seja, campos eletromagnéticos.
Entre 1880 e 1887, Heaviside desenvolveu o cálculo operacional usando p, oferecendo um método para resolver equações diferenciais por solução direta como equações algébricas. Isso mais tarde causou uma grande controvérsia, devido à sua falta de rigor. Ele famosamente disse: "Matemática é uma ciência experimental, e definições não vêm primeiro, mas mais tarde. Elas se fazem, quando a natureza do assunto se desenvolveu". Em outra ocasião perguntou de forma um tanto mais defensiva: "Devo recusar meu jantar porque não compreendo completamente o processo de digestão?"
Em 1887, Heaviside trabalhou com seu irmão Arthur em um artigo intitulado "The Bridge System of Telephony". No entanto, o artigo foi bloqueado pelo superior de Arthur, William Henry Preece dos Correios, porque parte da proposta era que bobinas de carregamento indutores deveriam ser adicionadas às linhas de telefone e telégrafo para aumentar sua auto-indução e corrigir a distorção que sofriam. Preece havia recentemente declarado a auto-indutância como o grande inimigo da transmissão clara. Heaviside também estava convencido de que Preece estava por trás da demissão do editor do The Electrician que encerrou sua longa série de artigos até 1891. Havia uma longa história de animosidade entre Preece e Heaviside. Heaviside considerava Preece matematicamente incompetente, uma avaliação apoiada pelo biógrafo Paul J. Nahin: "Preece era um poderoso funcionário do governo, enormemente ambicioso, e de algumas maneiras notáveis, um completo boçal." As motivações de Preece em suprimir o trabalho de Heaviside tinha mais a ver com proteger a própria reputação de Preece e evitar ter que admitir erro do que qualquer falha percebida no trabalho de Heaviside.
A importância do trabalho de Heaviside permaneceu descoberta por algum tempo após a publicação em The Electrician, e assim seus direitos permaneceram no domínio público. Em 1897, a AT&T empregou um de seus próprios cientistas, George A. Campbell, e um investigador externo Michael I. Pupin para encontrar algum respeito em que o trabalho de Heaviside fosse incompleto ou incorreto. Campbell e Pupin estenderam o trabalho de Heaviside, e a AT&T entrou com pedidos de patentes cobrindo não apenas sua pesquisa, mas também o método técnico de construir as bobinas previamente inventadas por Heaviside. A AT&T mais tarde ofereceu dinheiro a Heaviside em troca de seus direitos; é possível que o respeito dos engenheiros Bell por Heaviside tenha influenciado essa oferta. No entanto, Heaviside recusou a oferta, declinando aceitar qualquer dinheiro a menos que a empresa lhe desse reconhecimento total. Heaviside era cronicamente pobre, tornando sua recusa ainda mais impressionante.
Mas esse revés teve o efeito de desviar a atenção de Heaviside para a radiação eletromagnética, e em dois artigos de 1888 e 1889, calculou as deformações dos campos elétricos e magnéticos ao redor de uma carga móvel, bem como os efeitos dela ao entrar em um meio mais denso. Isso incluiu uma previsão do que agora é conhecido como radiação Cherenkov, e inspirou seu amigo George FitzGerald a sugerir o que agora é conhecido como a contração de Lorentz–FitzGerald.
Em 1889, Heaviside publicou primeiro uma derivação correta da força magnética em uma partícula carregada móvel, que é o componente magnético do que agora é chamado de força de Lorentz.
No final de 1880 e início de 1890, Heaviside trabalhou no conceito de massa eletromagnética. Heaviside tratava isso como massa material, capaz de produzir os mesmos efeitos. Wilhelm Wien mais tarde verificou a expressão de Heaviside para velocidades baixas.
Em 1891 a Royal Society britânica reconheceu as contribuições de Heaviside para a descrição matemática de fenômenos eletromagnéticos ao nomeá-lo Fellow of the Royal Society, e no ano seguinte dedicando mais de cinquenta páginas das Philosophical Transactions of the Society aos seus métodos vetoriais e teoria eletromagnética. Em 1905 Heaviside recebeu um doutorado honorário da Universidade de Göttingen.
Anos posteriores e perspectivas
Em 1896, FitzGerald e John Perry obtiveram uma pensão da lista civil de £120 por ano para Heaviside, que agora estava vivendo em Devon, e o persuadiram a aceitá-la, após ter rejeitado outras ofertas beneficentes da Royal Society.
Em 1902, Heaviside propôs a existência do que agora é conhecido como a camada Kennelly–Heaviside da ionosfera. A proposta de Heaviside incluía meios pelos quais os sinais de rádio são transmitidos ao redor da curvatura da Terra. A existência da ionosfera foi confirmada em 1923. As previsões de Heaviside, combinadas com a teoria da radiação de Planck, provavelmente desestimularam futuras tentativas de detectar ondas de rádio do Sol e de outros objetos astronômicos. Seja qual for o motivo, parece não ter havido tentativas por 30 anos, até o desenvolvimento de astronomia de rádio por Jansky em 1932.
Nos anos posteriores seu comportamento se tornou bastante excêntrico. De acordo com o associado B. A. Behrend, ele se tornou um recluso que era tão avesso a conhecer pessoas que entregava os manuscritos de seus artigos do Electrician em uma mercearia, onde os editores os apanhavam. Embora tivesse sido um ciclista ativo em sua juventude, sua saúde declined seriamente na sua sexta década. Durante esse tempo Heaviside assinaria cartas com as iniciais "W.O.R.M." após seu nome. Heaviside também era dito ter começado a pintar as unhas de rosa e tinha blocos de granito movidos para sua casa para mobília. Em 1922, ele se tornou o primeiro recipiendário da Medalha de Faraday, que foi estabelecida naquele ano.
Sobre as perspectivas religiosas de Heaviside, era unitarista, mas não um religioso. Era até dito ter feito graça de pessoas que colocavam sua fé em um ser supremo.
Heaviside morreu em 3 de fevereiro de 1925, em Torquay em Devon após cair de uma escada, e está enterrado perto do canto leste do cemitério de Paignton. Está enterrado com seu pai, Thomas Heaviside 1813–1896 e sua mãe, Rachel Elizabeth Heaviside. A lápide foi limpa graças a um doador anônimo em algum momento de 2005. A maior parte de seu reconhecimento foi ganho postumamente.
Projeto Memorial de Heaviside
Em julho de 2014, acadêmicos da Newcastle University, Reino Unido e o Newcastle Electromagnetics Interest Group fundaram o Projeto Memorial de Heaviside em uma tentativa de restaurar completamente o monumento através de subscrição pública. O memorial restaurado foi solenemente inaugurado em 30 de agosto de 2014 por Alan Heather, um parente distante de Heaviside. A inauguração foi atendida pelo Prefeito de Torbay, o MP para Torbay, um ex-curador do Science Museum representando a Institution of Engineering and Technology, o Presidente da Torbay Civic Society, e delegados da Newcastle University.
A Coleção Heaviside 1872–1923
Uma coleção de cadernos, papéis, correspondência, notas e panfletos anotados de Heaviside sobre telegrafia é mantida no IET Archive Centre da Institution of Engineering and Technology.
Inovações e descobertas
Heaviside fez muito para desenvolver e defender métodos vetoriais e cálculo vetorial. A formulação de eletromagnetismo de Maxwell consistia de 20 equações em 20 variáveis. Heaviside empregou os operadores curl e divergência do cálculo vetorial para reformular 12 dessas 20 equações em quatro equações em quatro variáveis B , E , J e ρ , a forma pela qual têm sido conhecidas desde então veja as equações de Maxwell. Menos conhecido é que as equações de Heaviside e as de Maxwell não são exatamente as mesmas, e de fato é mais fácil modificar as primeiras para torná-las compatíveis com a física quântica. A possibilidade de ondas gravitacionais também foi discutida por Heaviside usando a analogia
