FowlerRalph Howard

Ralph Howard Fowler
inglés  Sir Ralph Howard Fowler
Nombrar al nacer inglés  Ralph Howard Fowler
Fecha de nacimiento 17 de enero de 1889( 17/01/1889 ) [1] [2]
Lugar de nacimiento Roydon , Reino Unido
Fecha de muerte 28 de julio de 1944( 28 de julio de 1944 ) [1] [2] (55 años)
Un lugar de muerte Cambridge , Reino Unido
País
Esfera científica física teórica
Lugar de trabajo Universidad de Cambridge
alma mater Universidad de Cambridge
consejero científico Colina Archibald
Estudiantes Homi Baba
Garrett Birkhof
Paul Dirac
John E. Lennard-Jones
William McCree
Neville Mott
Harry Massey
Rudolf Peierls
Luelin Thomas
Subramanyan Chandrasekhar
Douglas Hartree
Conocido como uno de los pioneros de la astrofísica teórica
Premios y premios Oficial de la Orden del Imperio Británico
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Ralph Howard Fowler ( ing.  Sir Ralph Howard Fowler ; 17 de enero de 1889 , Roydon , Reino Unido  - 28 de julio de 1944 , Cambridge , Reino Unido ) - físico teórico , astrofísico y matemático inglés , miembro de la Royal Society de Londres ( 1925 ). Los trabajos científicos de Fowler se dedican principalmente a los temas de mecánica estadística y termodinámica , teoría cuántica , astrofísica y teoría de ecuaciones diferenciales . Entre los logros del científico: el método estadístico de Darwin - Fowler y sus posteriores aplicaciones para describir las propiedades termodinámicas de la materia; una de las ecuaciones básicas de la teoría de emisión de campo ; un método para analizar espectros estelares y la primera estimación realista de la presión en la atmósfera de las estrellas ; una de las primeras aplicaciones de las leyes cuánticas a los problemas de la astrofísica, que permitió sentar las bases de la moderna teoría de las enanas blancas .

Biografía

Origen y educación

Ralph Howard Fowler nació en Roydon , Essex , Reino Unido . Su padre, el empresario Howard Fowler, fue en un momento un destacado atleta, jugó para el equipo nacional de rugby de Inglaterra ; madre, Francis Eve, era la hija del comerciante de algodón de Manchester George Dewhurst ( George Dewhurst ). El hijo heredó el atletismo de su padre, convirtiéndose en un destacado participante en competencias escolares y universitarias de fútbol , ​​golf y cricket . Ralph era el mayor de tres hijos en la familia. Su hermana menor, Dorothy, se mostró aún más clara en el campo deportivo, ganando el campeonato de golf femenino inglés en 1925 . El hermano menor Christopher, que ingresó en la Universidad de Oxford justo antes del estallido de la Primera Guerra Mundial , fue enviado al frente y murió en abril de 1917 durante la Batalla del Somme . Su muerte fue un duro golpe para Ralph [3] .

Hasta la edad de 10 años, Ralph fue educado en casa bajo la supervisión de una institutriz, y luego ingresó a la escuela preparatoria en Horris Hill ( Horris Hill School ). En 1902-1908, estudió en la Winchester School ( ing.  Winchester College ), donde ganó varios premios en matemáticas y ciencias y se convirtió en el prefecto de la escuela ( Prefecto de Hall ). En diciembre de 1906, Fowler ganó una beca para el Trinity College, Universidad de Cambridge , donde fue en 1908 y donde estudió matemáticas, graduándose en 1911 con una licenciatura en artes . Recibió el Premio Rayleigh en Matemáticas en 1913, fue elegido miembro del Trinity College en octubre de 1914 y recibió una Maestría en Artes en 1915 . Al mismo tiempo, jugó para el equipo de la Universidad de Cambridge en competencias de golf. En este momento, su investigación se dedicó a las matemáticas "puras", en particular, el comportamiento de las soluciones a algunas ecuaciones diferenciales de segundo orden [4] .

Guerra. Primeros pasos en la física

Tras el estallido de la Primera Guerra Mundial, Fowler sirvió en la Royal Marine Artillery ( Artillería Marina Real ), participó como oficial de artillería en la batalla de Gallipoli y resultó gravemente herido en el hombro. Después de ser enviado a la retaguardia y recuperarse, se unió al grupo de Archibald Hill , trabajando en la creación y prueba de un nuevo dispositivo para observar el vuelo de los aviones: un buscador de dirección de espejo (buscador de posición de espejo ). Desde el otoño de 1916, Fowler fue adjunto de Hill en una unidad experimental especial ubicada en Portsmouth , que realizaba cálculos de la aerodinámica de proyectiles y el desarrollo de localizadores de sonido antiaéreos. Por estos trabajos sobre temas militares en 1918, fue condecorado con la Orden del Imperio Británico y recibió el grado de capitán. Una serie de resultados que desempeñaron un papel importante en el desarrollo de la balística se publicaron después de la guerra en revistas científicas [5] .

Después del final de la guerra, en abril de 1919 , Fowler regresó a Cambridge, donde nuevamente se convirtió en miembro del Trinity College y dio clases de matemáticas. Tuvo tiempo de completar un importante trabajo sobre la geometría de las curvas planas, iniciado antes de la guerra. Sin embargo, el trabajo de Hill cambió su área de interés de las matemáticas puras a las aplicaciones físicas, por lo que asumió activamente el estudio de trabajos sobre la teoría de los gases y la teoría de la relatividad, comenzó a interesarse en el desarrollo de la teoría cuántica. Por esta época, el famoso Laboratorio Cavendish estaba dirigido por Ernest Rutherford , quien pronto se convirtió en un amigo cercano de Fowler. A partir de ese momento comenzó una larga y fructífera colaboración entre Fowler y el Laboratorio Rutherford, en la que figuraba como consultor en temas matemáticos [6] . En 1921 se casó con la única hija de Rutherford, Eileen Mary (1901-1930), quien murió poco después del nacimiento de su cuarto hijo [7] . El hijo mayor, Peter Fowler , también se convirtió en un  famoso físico, especialista en física de rayos cósmicos [8] .

años maduros. Escuela científica

En 1922, Fowler fue nombrado Guardián (Proctor) de la Universidad de Cambridge [7] . En enero de 1932, fue elegido para el puesto recién creado de Profesor Plummer de Física Teórica en el Laboratorio Cavendish . En 1938 fue nombrado director del Laboratorio Nacional de Física , pero debido a una grave enfermedad, se vio obligado a renunciar a este cargo y volver a su puesto original [9] . Después del estallido de la Segunda Guerra Mundial, el científico restableció la cooperación con la Junta de Artillería y pronto fue enviado al extranjero para establecer contactos científicos con científicos de Canadá y Estados Unidos sobre cuestiones militares (en particular, para establecer un trabajo conjunto sobre el problema del radar ). ) [10] . Esta actividad tuvo un gran éxito y estuvo marcada en 1942 por la elevación de Fowler a un título de caballero. Después de regresar a Inglaterra, a pesar de su mala salud, Fowler continuó cooperando activamente con el Almirantazgo y la Junta de Artillería en balística. Este trabajo continuó hasta sus últimos días [9] .

Fowler ha supervisado el trabajo de un gran número de estudiantes, estudiantes de posgrado y personal, sus estudiantes incluyen a los premios Nobel Paul Dirac , Neville Mott y Subramanyan Chandrasekhar , así como a los famosos físicos y matemáticos John Edward Lennard-Jones , Rudolf Peierls , Douglas Hartree , Homi Baba , Harry Massey , Garret Birkhoff , William McCree , Luelyn Thomas [11] [12] . El alumno de Rutherford, Mark Oliphant , recordó [13] :

Fue a través de los esfuerzos de Fowler y su influencia en los jóvenes matemáticos que la escuela de física teórica creció en Cambridge; aunque el propio Fowler no estuvo al frente de aquellos científicos que crearon la física teórica, tenía excelentes habilidades matemáticas, que con bondad y generosidad puso al servicio de los experimentadores. Yo mismo estoy en deuda con él por su paciente atención a mis dilemas triviales.

Según Nevill Mott, Fowler no era realmente un científico destacado ("Dirac"), pero era lo suficientemente perspicaz como para comprender el significado de ciertos trabajos y resultados. Por lo tanto, fue uno de los primeros en el Reino Unido en apreciar la importancia del trabajo pionero sobre la mecánica cuántica, llevado a cabo a mediados de la década de 1920 en Alemania y Dinamarca, y contribuyó a que sus estudiantes atrajeran este tema. Mott dejó la siguiente descripción de su maestro [14] :

Era muy mal conferenciante. No podría ser peor. No pensé en las conferencias hasta el final, rápidamente pasé por el tema. Tenía un físico muy poderoso, como el mismo Rutherford. Voz áspera y fuerte. Enérgico, extraordinariamente enérgico... [Él podía decir], “Sí, no lo entiendo. Mal escrito. Creo que deberías hacer algo como esto, pero en serio, creo que es mejor que vayas a Dirac". Muy franco, consciente de sus límites... Pienso en él más como los retratos de Enrique VIII que puedes ver en el Trinity College. Muy ancho y musculoso, con voz fuerte, disfrutando la vida al máximo. Por supuesto, tuvo un derrame cerebral debido al exceso de trabajo, pero esto a veces sucede con personas de este tipo de pura sangre. Después de eso, solo era la mitad de un hombre, pero incluso la mitad de Fowler era un tipo muy agradable.

Texto original  (inglés)[ mostrarocultar] Era muy mal conferenciante. No podría ser peor. No lo pensé; Fué rápido. Tenía un físico muy poderoso, como el mismo Rutherford. Bluff y voz alta. Vigoroso, inmensamente vigoroso... [Decía]: "Sí, no entiendo esta parte. Está mal escrito. Creo que deberías hacerlo de esta manera, pero de verdad, supongo que será mejor que vayas y le preguntes a Dirac". Muy directo, conociendo sus limitaciones... Pienso en él más bien como un hombre como los retratos de Enrique VIII que puedes ver en Trinity. Muy ancho y musculoso con una voz fuerte, disfrutando la vida al máximo. Por supuesto, tuvo un derrame cerebral por el exceso de trabajo; pero ese tipo de hombre de pura sangre a veces lo hace. Pero entonces él era solo la mitad del hombre después de eso, pero incluso la mitad de Fowler era todo un tipo.

Actividad científica

Mecánica estadística y termodinámica

En 1922, Fowler, junto con Charles Galton Darwin , consideró las estadísticas clásicas de las partículas que no interactúan y demostró que es más conveniente describir el estado de un gas en términos de valores promedio (en lugar de valores más probables). Esto lleva a la necesidad de calcular integrales estadísticas , que pueden representarse como integrales de contorno y evaluarse mediante el método del punto de silla . El enfoque desarrollado para el cálculo de integrales estadísticas ahora se conoce como el método de Darwin-Fowler [15] [16] . Usando la hipótesis adiabática de Ehrenfest , asignaron ciertos pesos a los estados cuánticos del sistema, construyeron la función de partición correspondiente, consideraron casos específicos (osciladores de Planck, radiación en una cavidad) y mostraron cómo hacer la transición a la mecánica estadística clásica. Posteriormente, Fowler aplicó la técnica desarrollada al problema del cálculo de estados de equilibrio tanto en la disociación química como en el caso de la ionización de gases a altas temperaturas. Así, resultó posible estudiar los estados extremos de la materia utilizando los métodos de la mecánica estadística, lo que lo llevó a la cuestión del estado del gas ionizado en las atmósferas estelares [17] . Otra área en la que Fowler aplicó sus métodos de mecánica estadística fue la teoría de los electrolitos fuertes , un tema que se encuentra en el límite entre la física y la química [18] .

En 1931, Fowler formuló la llamada ley cero de la termodinámica [19] . En 1932, junto con John Bernal , consideró la estructura molecular del agua . En su trabajo clásico, se demostró el papel fundamental de los enlaces de hidrógeno (el término aún no se ha utilizado) entre moléculas de agua dispuestas tetraédricamente, lo que permitió explicar muchas de las propiedades del agua líquida y el hielo. Además, el artículo contenía cálculos de las propiedades termodinámicas de las soluciones iónicas y, en particular, la movilidad de los iones en el agua [20] .

Las monografías de Fowler tuvieron una gran influencia en la formación de las nuevas generaciones de físicos. Sobre la base de su tratado, que fue galardonado con el Premio Adams de la Universidad de Cambridge en 1924, el científico escribió el libro "Mecánica estadística", que tuvo dos ediciones en vida del autor (en 1929 y 1936). Además de un tratamiento sistemático de los fundamentos del tema, el libro prestó gran atención a las numerosas aplicaciones de la mecánica estadística. En 1939, se publicó el libro de texto "Termodinámica estadística", en coautoría con Edward A.  Guggenheim y diseñado para un lector menos preparado matemáticamente [ 21] .

Teoría cuántica

Desde principios de la década de 1920, Fowler apoyó activamente el desarrollo de la teoría cuántica y su aplicación a temas como la construcción de la mecánica estadística generalizada y la explicación del enlace químico . Promovió ideas cuánticas en Gran Bretaña, ayudó a traducir al inglés una serie de artículos fundamentales publicados en revistas alemanas, y famosos físicos extranjeros (como Heisenberg y Kronig ) visitaron Cambridge por invitación suya [22] . Además, el trabajo de Fowler contribuyó a la formación de una escuela británica independiente de química cuántica , que se caracterizó por una visión de los problemas a los que se enfrentaba la disciplina desde el punto de vista de las matemáticas aplicadas. Estudiantes de Fowler como Lennard-Jones y Hartree se encuentran entre los fundadores de la química cuántica [23] .

Varios trabajos de Fowler están dedicados a la teoría de las transiciones de fase y los efectos colectivos en imanes , aleaciones y soluciones , reglas de suma para las intensidades de las líneas espectrales , algunos problemas de física nuclear (absorción de rayos gamma por elementos pesados, separación de isótopos de hidrógeno por métodos electrolíticos) [9] . Junto con Francis Aston , desarrolló la teoría de enfocar partículas cargadas utilizando un espectrógrafo de masas [7] . En 1928, junto con Lothar Nordheim , Fowler utilizó la idea del túnel de electrones bajo la barrera para explicar el fenómeno de la emisión de electrones por cuerpos bajo la acción de un campo eléctrico externo - emisión de campo ( ecuación de Fowler-Nordheim ) [24] .

Astrofísica

En 1923-1924, Fowler, junto con Edward Arthur Milne , consideró el comportamiento de la intensidad de las líneas de absorción en los espectros de las estrellas. Con base en la ecuación de Saha , lograron relacionar el valor de la línea de intensidad máxima, que ocurre debido a una combinación de efectos de excitación e ionización, con la presión y la temperatura en la "capa inversa" de la atmósfera de la estrella , en la que se encuentran los espectros de absorción. están formados. Esto hizo posible por primera vez obtener el orden correcto de magnitud de la presión del gas en las atmósferas estelares. El "método de máximos" desarrollado por Fowler y Milne se convirtió en el principal medio para analizar espectros estelares en la década de 1920, con la ayuda de comparaciones observacionales exitosas realizadas por Donald Menzel y Cecilia Payne . En varios artículos posteriores, en coautoría con Guggenheim, Fowler desarrolló algunos enfoques para el análisis del complejo problema del estado físico de la materia estelar, teniendo en cuenta las desviaciones de las leyes de los gases ideales, los procesos de ionización, etc. [25] [26] [27]

En 1926, Fowler demostró que las enanas blancas deberían consistir en átomos casi completamente ionizados, comprimidos a una alta densidad y un gas de electrones degenerados ("como una molécula gigante en el estado más bajo"), obedeciendo a las estadísticas de Fermi-Dirac descubiertas recientemente [28 ] . Los resultados de Fowler, que fueron una de las primeras aplicaciones de la nueva estadística cuántica, permitieron eliminar una paradoja que no podía explicarse en el marco del enfoque clásico: según la estadística clásica, la materia de una enana blanca debería haber contenido mucha menos energía que la materia ordinaria, por lo que no podría volver a su estado normal incluso después de haber retirado una estrella de este tipo de la vecindad [26] . La formulación más elocuente de Arthur Eddington dice que una estrella clásica no puede enfriarse: cuando se pierde energía, la presión del gas que forma la estrella debe disminuir, lo que conducirá a la contracción gravitacional y, en consecuencia, a un aumento de la presión. y temperatura El trabajo de Fowler proporcionó una solución a esta paradoja: un gas de electrones puede enfriarse hasta el cero absoluto y terminar en el estado cuántico más bajo posible permitido por el principio de Pauli , y la presión de dicho gas degenerado es lo suficientemente grande como para compensar la contracción gravitacional . 29] [Comunicado 1] . Por lo tanto, el artículo de Fowler "Sobre la materia densa" sentó  las bases para la teoría moderna de las enanas blancas [Comm 2] .

Matemáticas

Los intereses matemáticos de Fowler estaban principalmente en el comportamiento de las soluciones de ciertas ecuaciones diferenciales de segundo orden . En sus primeras investigaciones, consideró las transformaciones cúbicas de las funciones P de Riemann . Posteriormente, en relación con cuestiones astrofísicas, se centró en las características de la ecuación de Emden , que describe el estado de equilibrio de una estrella, y dio una clasificación de soluciones a esta ecuación para varias condiciones de contorno y exponentes politrópicos [31] . Estos resultados resultaron ser muy valiosos al considerar varios modelos de estrellas [26] . En 1920 , Fowler publicó un tratado sobre la geometría diferencial de las curvas planas , que tuvo varias ediciones [31] .

Premios y conmemoraciones

Publicaciones

Libros Artículos principales

Fowler es autor de unos 80 artículos científicos, de los que se pueden distinguir los siguientes:

Algunos artículos en ruso

Notas

Comentarios
  1. ↑ Como demostró Arnold Sommerfeld en 1928 , el concepto de gas de electrones degenerados nos permite explicar muchas de las propiedades de un objeto mucho más familiar que una enana blanca: metal . Fowler luego lamentó no haber sido el primero en ver esta oportunidad [30] .
  2. ↑ El estudiante de Fowler, Subramanyan Chandrasekhar , trazó el desarrollo de la teoría de las enanas blancas en secuencia histórica en su conferencia Nobel: Chandrasekhar S. Sobre las estrellas, su evolución y estabilidad  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Academia Rusa de Ciencias , 1985. - T. 145 , no. 3 . - S. 489-506 .
Fuentes
  1. ↑ 1 2 MacTutor Archivo de Historia de las Matemáticas
  2. ↑ 1 2 Ralph Howard Fowler // Enciclopedia Brockhaus  (alemán) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & FA Brockhaus , Wissen Media Verlag
  3. ↑ Milne (EN), 1945 , p. 61.
  4. ↑ Milne (ON), 1945 , págs. 62-63.
  5. ↑ Milne (ON), 1945 , págs. 65-67.
  6. ↑ Milne (EN), 1945 , p. 68.
  7. ↑ 1 2 3 Milne (ON), 1945 , p. 69.
  8. ↑ Sión, 2007 .
  9. ↑ 1 2 3 Milne (ON), 1945 , págs. 73-74.
  10. ↑ Avery D. La ciencia de la guerra: científicos canadienses y tecnología militar aliada . - University of Toronto Press, 1998. - P. 55. Archivado el 4 de febrero de 2016 en Wayback Machine .
  11. ↑ Ralph Howard Fowler  . Proyecto de Genealogía Matemática. — Lista de alumnos de Fowler. Consultado el 12 de octubre de 2014. Archivado desde el original el 14 de abril de 2012.
  12. ↑ Khramov, 1983 , pág. 272.
  13. ↑ Oliphant M. Days of Cambridge // Rutherford - científico y profesor (Al centenario de su nacimiento) / Ed. P. L. Kapitsa. - M. : Nauka, 1973. - P. 129. Copia de archivo fechada el 5 de marzo de 2016 en la Wayback Machine
  14. ↑ Entrevista de Kuhn TS con Sir Nevill  Mott . Instituto Americano de Física (1963). Consultado el 12 de octubre de 2014. Archivado desde el original el 18 de octubre de 2014.
  15. ↑ Zubarev D. N. El método Darwin-Fowler  // Enciclopedia física. - M. : Enciclopedia soviética, 1988. - T. 1 . - S. 558 . Archivado desde el original el 27 de enero de 2012.
  16. ↑ Thomson GP Charles Galton Darwin (1887-1962) // Memorias biográficas de miembros de la Royal Society. - 1963. - vol. 9. - Pág. 73. - doi : 10.1098/rsbm.1963.0004 .
  17. ↑ Milne (ON), 1945 , págs. 69-70.
  18. ↑ Gavroglu y Simoes, 2002 , pág. 191.
  19. ↑ Mortimer R.G. Química física . - Elsevier Academic Press, 2008. - P. 111. Archivado el 23 de julio de 2014 en Wayback Machine .
  20. ↑ Hodgkin DMC John Desmond Bernal // Memorias biográficas de miembros de la Royal Society. - 1980. - vol. 26. - Pág. 50-51. -doi : 10.1098/ rsbm.1980.0002 .
  21. ↑ Gavroglu y Simoes, 2002 , pág. 194.
  22. ↑ Gavroglu y Simoes, 2002 , págs. 191-194.
  23. ↑ Gavroglu y Simoes, 2002 , págs. 195-196.
  24. ↑ Shrednik V. N. Emisión autoelectrónica  // Enciclopedia física. - M. : Enciclopedia soviética, 1988. - T. 1 . - S. 21 . Archivado desde el original el 16 de mayo de 2009.
  25. ↑ Milne (EN), 1945 , p. 70-71.
  26. ↑ 1 2 3 Chandrasekhar, 1945 .
  27. ↑ Hearnshaw, 2014 , págs. 137-139.
  28. ↑ Milne (EN), 1945 , p. 72.
  29. ↑ Shaviv, 2009 , págs. 215-217.
  30. ↑ Milne (ON), 1945 , págs. 72-73.
  31. ↑ 12 Milne (ON), 1945 , págs. 63-64.
  32. ↑ Coordenadas selenográficas (-145°, +43°). Véase: I. G. Kolchinsky, A. A. Korsun, M. G. Rodríguez. Astrónomos: una guía biográfica. - Kyiv: Naukova Dumka, 1977. - S. 387.

Literatura

Enlaces

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