Кіріспе
Американдық физик және ғылымды оқытушы Дэвид Орлин Хестенес (21 мамыр 1933 жылы туған) – теориялық физик және ғылымды оқытушы. Ол математика мен физика үшін біртұтас тіл ретінде геометриялық алгебраның негізін салушы және K–12 ғылым, технология, инженерия және математика (STEM) білімін жаңартуға бағытталған, зерттеулерге негізделген Modelling Instruction бағдарламасын құрушы ретінде кеңінен танылған. Ол 30 жылдан астам Аризона мемлекеттік университетінің (ASU) физика және астрономия факультетінде қызмет етті, онда ғылыми-зерттеу профессоры шенімен зейнетке шықты және қазір зейнеткерлікте.
David Orlin Hestenes (born May 21, 1933) is a theoretical physicist and science educator. He is best known as chief architect of geometric algebra as a unified language for mathematics and physics, and as founder of Modelling Instruction, a research based program to reform K–12 Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) education. For more than 30 years, he was employed in the Department of Physics and Astronomy of Arizona State University (ASU), where he retired with the rank of research professor and is now emeritus.
Білім және докторлық дәреже
Дэвид Орлин Хестенес (математик Магнус Хестенестің үлкен ұлы) 1933 жылы Чикаго қаласында, Иллинойс штатында дүниеге келген. 1950-1952 жылдары UCLA-да медициналық мамандық бойынша оқуын бастаған ол, 1954 жылы Тынық мұхитының лютеран университетін философия және сөйлеу мамандықтары бойынша бітірді. 1954-1956 жылдары АҚШ армиясында қызметтен кейін, ол UCLA-ға классификацияланбаған аспирант ретінде түсіп, 1958 жылы физика магистрі дәрежесін алып, университет стипендиясын жеңіп алды. Оның UCLA-дағы жетекшісі сол кезде біріктірілген өріс теориясымен айналысқан физик Роберт Финкельштейн болды. Математик Марсель Риестің лекция жазбаларымен кездейсоқ кездесу Хестенесті Дирак матрицаларының геометриялық интерпретациясын зерттеуге ынталандырды. Ол "Геометриялық есептеулер және элементарлық бөлшектер" тақырыбында диссертация қорғап, UCLA-дан философия докторы (Ph.D.) дәрежесін алды. Көп ұзамай ол Дирак алгебрасы мен Паули матрицаларын кейін кеңістік-уақытты бөлу деп аталатын құрал арқылы матрицасыз формада біріктіруге болатынын түсінді. Содан кейін ол диссертациясын қайта жұмыстап, 1966 жылы "Space–Time Algebra" атты кітап ретінде жариялады, ол қазір кеңістік-уақыт алгебрасы (STA) деп аталады. Бұл физиканың барлық саласын қамтитын бірыңғай, координаттарсыз геометриялық алгебра мен есептеуді дамытудағы маңызды алғашқы қадам болды.
Докторантурадан кейінгі ғылыми-зерттеу және мансап
1964-1966 жылдары Гестенс Джон Арчибальд Уилермен бірге Принстон университетінде NSF докторантурадан кейінгі тағылымдамасын өтті. 1966 жылы ол Аризона мемлекеттік университетінің физика кафедрасына қосылып, 1976 жылы толық профессорлық дәрежеге көтеріліп, 2000 жылы физика профессоры зейнетке шықты. 1980 және 1981 жылдары НАСА факультетінің мүшесі, ал 1983 жылы НАСА консультанты ретінде ол реактивті қозғалтқыш зертханасында орбиталық механика және бағытталған басқару саласында жұмыс істеді, онда ол жаңа математикалық техникаларды әзірлеуде геометриялық алгебраны қолданды, бұл техникалар оқулық/монография түрінде жарияланды – «Классикалық механиканың жаңа негіздері». 1983 жылы ол кәсіпкер Роберт Хехт Нильсен және психолог Питер Ричард Киллинмен бірлесіп, мидың нейрондық желілерін модельдеуге арналған алғашқы конференцияны өткізді. 1987 жылы ол Когнитивтік және нейрологиялық жүйелер кафедрасының (Бостон университеті) алғашқы шақырылған ғалымы атанды және біраз уақыт бойы нейроғылым саласында зерттеулер жүргізді. Гестенс физиканы модельдеу арқылы оқыту және жоғары мектептер мен университеттерде студенттердің физикалық модельдерді түсіну деңгейін бағалау мақсатындағы NSF гранттарының жетекші зерттеушісі болды.
Жұмыс
Гестен математикалық және теориялық физика, геометриялық алгебра, нейрондық желілер және ғылымдағы танымдық зерттеулер саласында жұмыс істеген. Ол геометриялық алгебраларға және теориялық физиканы формализациялаудың басқа да тәсілдері ретінде Клиффорд алгебраларының басқа да салаларына деген қызығушылықтың қазіргі қайта жандануының негізгі күшін тудырған адам.
Геометриялық алгебра және математикалық есептеу
Уақыт-кеңістік алгебрасы зерттеудің екі негізгі бағытының бастау нүктесі болды: кванттық механикаға және жалпы математикалық физикаға қатысты оның салдары. Бірінші бағыт Дирак теңдеуін уақыт-кеңістік алгебрасы тұрғысынан қайта формулирлеудің жасырын геометриялық құрылымды ашатынынан бастау алды. Басқалармен қатар, ол теңдеудегі кешенді фактордың электрон спинімен сәйкестендірілген геометриялық шама (бивектор) екенін көрсетті, онда спин бағыты және спин шамасы анықталады. Бұл түсініктердің салдары ұзақ сериядағы мақалаларда зерттелді, ең маңызды қорытындысы оны Шредингердің зиттербевегунгімен байланыстырып, кванттық механиканың зиттербевегунгі тұрғысынан түсіндірілуін ұсынды. Бұл бағыттағы зерттеулер әлі де жалғасуда. Екінші зерттеу бағыты геометриялық алгебраны теориялық физикада қолдану үшін жеке геометриялық есептеуге кеңейтуге арналды. Оның шыңы – Клиффордтың «Алгебрадан геометриялық есептеуге» кітабы, ол пішін тензорын (екінші түбіртек пішінін) қолданатын дифференциалдық геометрияға тәсіл ұстанады. Кітаптағы жаңалықтарға векторлық көптүрлілік, дифференциалдық сыртқы морфизм, көптүрліліктегі координаттық тәуелсіз есептеуді қамтамасыз ететін векторлық туынды және Коши интегралды теоремасының жоғары өлшемдерге кеңейтілуі жатады. Гестен геометриялық алгебраны дамытуда математик Герман Грассманның маңызды рөлін атап өтеді, ал Уильям Кингдон Клиффорд Грассманның еңбегіне сүйенген. Гестен бұл математикалық тәсілді «Клиффорд алгебрасы» деп атаудың орнына «геометриялық алгебра» және оның кеңейтімін «геометриялық есептеу» деп атауға қатысты. Ол бұл тәсілдің әмбебаптығын, оның негізін Грассман мен Клиффорд салғанын атап көрсетті. Көптеген адамдардың үлес қосқанын және Клиффордтың өзі осы тәсілді геометрияның математикалық формулировкасы ретінде қарастыратын «геометриялық алгебра» терминін қолданғанын айтады, ал «Клиффорд алгебрасы» термині көбінесе «басқа көптеген алгебралардың арасындағы бір алгебра» ретінде қарастырылады, бұл математика мен физиканың біртілді тілі ретіндегі оның рөлінен назарды аударады. Гестеннің жұмысы Лагранж өріс теориясына, Лассенби, Доран және Галлдың жалпы салыстырмалылыққа баламалы гравитацияның өлшеу теориясын құруға қолданылды, оны олар өлшеу теориясы гравитациясы (GTG) деп атады, сондай-ақ ол Ли топтарының спиндік өкілдіктеріне қолданылды. Соңғы кезде ол Гестенді конформдық геометриялық алгебраны, есептеу геометриясының жаңа тәсілін құруға итермеледі. Бұл инженерлік және компьютерлік ғылымдардағы қолдану санының жылдам өсуіне әкелді. Ол осы саладағы негізгі конференцияларға, Клиффорд алгебрасы жөніндегі халықаралық конференцияға (ICCA) және Компьютерлік ғылым мен инженериядағы геометриялық алгебраның қолданылуы (AGACSE) сериясына қатысты.
Модельдеу теориясы мен нұсқаулық
1980 жылдан бері Hestenes ғылым және танымның модельдеу теориясын, әсіресе ғылымды оқытуды жоспарлауға бағыт беру үшін әзірлеп келеді. Теория ғылымның мазмұнының ядросын құрайтын түсінік модельдері мен оларды түсінуге қажетті ой-шағылыс модельдерін нақты ажыратады. Модельдеу бойынша оқыту студенттерді ғылыми модельдерді құру, тексеру, талдау және қолдану деп түсінілетін модельдеудің барлық аспектілеріне тарту үшін жасалған. Модельдеу бойынша оқытудың тиімділігін бағалау үшін Hestenes және оның студенттері студенттердің физиканың негіздерін түсіну деңгейін бағалауға арналған түсініктерді тексеру құралы – Күш түсінігінің тізімін жасады. Бұл тәсілді дамыту және растау үшін он жылдық білім беру зерттеулерінен кейін Hestenes Ұлттық ғылым қорынан Модельдеу бойынша оқыту бағдарламасын бүкіл елге тарату үшін тағы бір он жылға грант алды. 2011 жылға қарай 4000-нан астам мұғалім модельдеу бойынша жазғы семинарларға қатысты, оның ішінде АҚШ жоғары сынып физика мұғалімдерінің шамамен 10% құрады. Модельдеуді қолданатын мұғалімдердің жыл сайын 100 000-нан астам оқушыға жететіні есептеледі. Бағдарламаның бір нәтижесі – мұғалімдер үкіметтік қаржыландыру тоқтатылғаннан кейін миссияны жалғастыру және кеңейту үшін Америка Модельдеуші Мұғалімдер қауымдастығын (AMTA) құрды. AMTA бүкіл ел бойынша ғылым, технология, инженерия және математика (STEM) біліміндегі дағдарысты шешуге арналған мұғалімдер қауымдастығына дейін өсті. Модельдеу бағдарламасының тағы бір нәтижесі – Аризона мемлекеттік университетінде STEM мұғалімдерінің үздіксіз кәсіби дамуы үшін аспирантура бағдарламасын құру болды. Бұл елдегі басқа да университеттердегі ұқсас бағдарламалар үшін расталған үлгі болып табылады.
"Science Invents, LLC" қозғалтқыш жобасының даулары
2023 жылдың 30 тамызында Хестенес Юта штатындағы АҚШ округтік сотында бірнеше венчурлық капиталистердің шағымы бойынша сотқа тартылды. Олар Хестенестің USWeb-тің бұрынғы негізін қалаушы Джо Фирмеджге тиесілі Солт-Лейк-Ситидегі (Юта штаты) Science Invents, LLC компаниясы тарапынан сатылған, қанағаттандырылмаған антигравитациялық технологияға байланысты Понци схемасын қолдағандығын және оған қатысқандығын мәлімдеді. Ол Фирмедж және схемаға қатысқан басқа да тұлғалардан 100 000 доллардан астам көрінеу сыйлық алғаны және инвесторларды осы схемаға тартқаны айыпталды. Шағымда Фирмедж пен басқалар қозғалтқыш технологиясын Қорғаныс министрлігі бекіткенін және олар оны қаржыландырғанын жалған мәлімдегені, сондай-ақ Хестенес технологияның ғылыми негізін қолдағандығын айтқандары көрсетілген. Хестенес бұл талапты қатты жоққа шығарды. Барлығы, Понци схемасы 10 жыл ішінде инвесторлардан 25 миллион доллар алдап алған. 2023 жылдың 26 желтоқсанында сот айыпталушыларға қарсы сот шешімін шығарды.