Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Шотланд азаматтық инженеры және физик
Scottish civil engineer and physicist
Джон Джеймс Уотерстон (1811 – 18 маусым 1883) – шотланд физигі және газдардың кинетикалық теориясының тобықтай жете алмаған алғашқы дамушысы.
John James Waterston (1811 – 18 June 1883) was a Scottish physicist and a neglected pioneer of the kinetic theory of gases.
Ерте өмір
Уотерстонның әкесі, Джордж, Эдинбургте мөр балауызын және кеңсе тауарларын өндіретін кәсіпкер, сондай-ақ Сандеман отбасының – Роберттің және оның ағасы Джорджтың туысы болды. Джон тоғыз баланың алтыншысы ретінде, әдебиет, ғылым және музыкаға құштар отбасында дүниеге келді. Ол Эдинбург жоғары мектебінде білім алғаннан кейін Грайнгер және Миллер мырзаларының басшылығымен азаматтық инженер ретінде тәлім алды. Оның жұмыс берушілері Эдинбург университетіндегі лекцияларға қатысуына ынталандырды. Ол сэр Джон Леслиден математика мен физиканы оқыды, сонымен қатар химия, анатомия және хирургия бойынша дәрістерге қатысып, студенттік әдеби қоғамның белсенді мүшесі болды. Он тоғыз жасында Уотерстон гравитацияның механикалық түсіндірмесін ұсынды, ол қашықтықтан әрекет етуді соқтығысқан бөлшектер арқылы түсіндіріп, сызықтық және бұрылыс қозғалысы арасындағы өзара әрекеттесуді талқылады, бұл оның кейінгі кинетикалық теориясында маңызды рөл атқарды. Ол эфирдің ұсақ цилиндр тәрізді бөлшектерден тұратынын болжады, ал ірі материя бөлшектерімен соқтығысулар бұрылыс қозғалысын сызықтық қозғалысқа ауыстырып, эфир бөлшектерінің жылдамдығын жергілікті түрде арттырады, бұл эфирдің тығыздығын төмендетіп, тартымды күшті тудырады деді. Уотерстон жиырма бір жасында Лондонға көшті, онда теміржол геодезисі болып жұмыс істеді, Азаматтық инженерлер институтының мүшесі болды және жер жұмыстарын жоспарлаудың графикалық әдісі туралы мақала жариялады. Геодезиялық жұмысымен байланысты саяхаттар мен қиындықтар Уотерстонға оқуын жалғастыруға уақыт қалдырмады, сондықтан ол Фрэнсис Бофорттың басшылығымен Адмиралтействоның гидрография бөліміне қосылды. Бофорт 1839 жылы Уотерстонды Бомбей қаласындағы Шығыс Үндістан компаниясының кадеттеріне теңіз нұсқаушысы лауазымына ұсынды. Бұл лауазым Уотерстонға Грант колледжінің кітапханасында оқу мен зерттеу жұмыстарын жалғастыруға мүмкіндік берді.
Waterston's father, George, was an Edinburgh sealing wax manufacturer and stationer, a relative of the Sandeman family Robert and his brother, George. John was born, the sixth of nine children, into a family alive with interests in literature, science and music. He was educated at Edinburgh High School before becoming apprenticed as a civil engineer to Messrs. Grainger and Miller. His employers encouraged him to attend lectures at the University of Edinburgh. He studied mathematics and physics under Sir John Leslie as well as attending lectures in chemistry, anatomy and surgery and becoming an active participant in the student literary society. At age nineteen, Waterston published a paper proposing a mechanical explanation of gravitation, accounting for action at a distance in terms of colliding particles and discussing interactions between linear and rotational motion that would play a part in his later kinetic theory. He proposed that ether is made of small cylindrical particles, and collisions with large matter particles would transfer rotational motion into linear motion, locally increasing the speed of the ether particles, which he claimed would lower the density of the ether and create an attractive force. Waterston moved to London at age twenty one, where he worked as a railroad surveyor, becoming an associate of the Institution of Civil Engineers and publishing a paper on a graphical method for planning earthworks. The travel and disruption associated with his surveying work left Waterston little time to pursue his studies so he joined the hydrography department of the Admiralty under Francis Beaufort. It was Beaufort who, in 1839, supported Waterston for the post of naval instructor for cadets of the East India Company in Bombay. The posting worked well for Waterston who was able to pursue his reading and research at the library of Grant College.
Кинетикалық теория
Ол гравитацияның механикалық түсіндірмесі туралы теориясын негізге ала отырып, Даниэль Бернулли мен Джон Херапаттың бұрынғы және бірдей назардан тыс қалған ішінара есептеріне қарамастан, кинетикалық теорияны алғаш рет әзірледі. Ол оны өзінің жеке қаражаты есебінен "Ой-қиялы функциялары туралы ойлар" (1843) атты кітабында жариялады. Ол газ қысымы бірлік көлемдегі молекулалар санының (N), молекулалық массаның (M) және молекулалық орташа жылдамдықтың квадратының функциясы болып табылады деген тұжырымдаманың барлық салдарын дұрыс шығарды. Ол байланысты орнатты:
Building on his theory of the mechanical explanation of gravity, he was the first to develop the kinetic theory, independently of earlier and equally neglected partial accounts by Daniel Bernoulli and John Herapath. He published it, at his own expense, in his book Thoughts on the Mental Functions (1843). He correctly derived all the consequences of the premise that gas pressure is a function of the number of molecules per unit volume, N; molecular mass, M; and molecular mean squared velocity, He established the relationship:
Жарықтың толқын теориясымен және Джеймс Форбс пен Македонио Мелонидің сәулелі жылу туралы тәжірибелерімен байланысты жылудың толқын теориясын ойлауға ол ынталандырылды. Оның аралас ортада орташа квадратты молекулалық жылдамдық молекулалардың меншікті салмағына кері пропорционал екендігі туралы мәлімдемесі, трансляциялық қозғалыс үшін тең үлестіру теоремасының алғашқы тұжырымы ретінде қарастырылды. Уотерстон, жылдамдығы бар жеке молекуланың кинетикалық энергиясы температураға пропорционал болғанда, жылу энергиясы да температураға пропорционал екенін түсінді. Осы ойға орай ол, идеал газ заңын шығарды:
He had been motivated to think of a wave theory of heat by analogy with the wave theory of light and some experiments by James Forbes and Macedonio Melloni on radiant heat. His statement that in mixed media the mean square molecular velocity is inversely proportional to the specific weight of the molecules has been seen as the first statement of the equipartition theorem for translational motion. Waterston grasped that, while the kinetic energy of an individual molecule with velocity is , heat energy is proportional to temperature That insight led him to derive the ideal gas law:
Жарияланым, шығарған аттарының салдарынан көп әсер етпеді. Ол 1845 жылы Бофорттың қолдауымен өз теориясын Корольдік қоғамға ұсынды, бірақ қабылданбады. Төреші, сэр Джон Уильям Любок: «Бұл қағаз – мағынасыз сөздер жиынтығы» деп жазды. Ол қағазының көшірмесін қайта ала алмады (қағазды Корольдік қоғамға тапсырудан бұрын өзі үшін көшірме жасауға үлкермеген), сондықтан жұмысты қайта жазып, оны басқа жерде жариялауға тырысты. Бірақ Уильям Джон Маккуорн Ранкин мен Герман фон Гельмгольцтен басқа ешкімнің назарына ілікпеді. Бұл теория 1850 жылдары Рудольф Клаузиус пен Джеймс Клерк Максвелл ұсынған кезде ғана қабылданды, ол кезде Уотерстонның еңбегі ұмытылып кеткен еді.
The publication made little impact, perhaps because of the title. He submitted his theory, under Beaufort's sponsorship, to the Royal Society in 1845 but was rejected. Referee Sir John William Lubbock wrote The paper is nothing but nonsense. Unable to retrieve a copy of his paper (he had failed to make a copy for himself before submitting the paper to the Royal Society), he rewrote the work and sought to advertise it elsewhere, attracting little attention other than from William John Macquorn Rankine and Hermann von Helmholtz through whom it may have influenced August Krönig. The theory gained acceptance only when it was proposed by Rudolf Clausius and James Clerk Maxwell in the 1850s by which time Waterston's contribution had been forgotten.
Кейінгі өмірі
1857 жылы ол өзінің жаңа физикалық идеяларын дамыту үшін Эдинбургке қайтып келді, бірақ ғылыми қауымдастықтар тарапынан толыққанды назарсыздаулық пен көңіл көшіруге тап болды. Назарсыздаулық оның өзінің үлкен оқшаулығымен және білімді қоғамдарға деген жауыртқыштығымен одан әрі күшейді. Ол акустика, астрономия, сұйықтар механикасы және термодинамика салаларында жұмыс істеді. 1858 жылы, ауырлық күшінің механикалық түсіндірме теориясын жариялағаннан кейін 27 жыл және кинетикалық теорияны жариялағаннан кейін 15 жыл өткен соң, ол әлі де басқаларды өзінің ауырлық күші туралы идеяларын зерттеуге шақырып, бірақ көп нәтижеге жете алмады. 18 маусымда ол Эдинбургтегі үйінен шығып, жақын жердегі каналға құлады, мүмкін астрономиялық бақылаулар кезінде ыстықтан шаршап, қанаға түсіп кеткен болуы мүмкін.
He returned to Edinburgh in 1857 to pursue his own novel physical ideas but met with unyielding neglect and discouragement from the scientific establishment. Neglect was exacerbated by his own increasing reclusiveness and hostility to the learned societies. He worked on acoustics, astronomy, fluid mechanics and thermodynamics. In 1858, 27 years after he published his theory of the mechanical explanation of gravity and 15 years after publishing the kinetic theory, he continued to push for others to explore his ideas on gravity without much avail. He left his Edinburgh home on 18 June and drowned in a nearby canal, possibly falling into the canal due to heat stress from his astronomical observation activities.
Өлгеннен кейін танылу
Жоғарыда айтылғандай, Уотерстонның Корольдік қоғамға ұсынған мақаласы қабылданбады. Уотерстонның қайтыс болғаннан кейін бірнеше жыл өткен соң, лорд Рэйли (сол кезде Корольдік қоғамның хатшысы) оны Корольдік қоғамның архивінен тауып шығарды. Нәмісакер, Уотерстонның мақаласы 1892 жылы Корольдік қоғамның философиялық еңбектерінде жарияланды. (Төменде қараңыз.) Рэйли Уотерстонның жағдайы ерекшелік емес, жалпы қағида деп ойлады: "[Уотерстонның] мақаласының тарихы, әсіресе белгісіз автордың жасаған, жоғары дәрежеде болжамдық зерттеулерді ғылыми қоғамнан басқа арналар арқылы әлемге ұсынудың дұрыс екенін көрсетеді, себебі ғылыми қоғам өзінің басылған материалдарында құндылығы күмәнді нәрселерді жариялауға тартыншақ. Мүмкін, одан да әрі барып, өзін үлкен жетістіктерге қабілетті деп санайтын жас автор, жоғары мақсаттарға ұмтылудың алдында, ғылыми әлемде мойнына танылу үшін шектеулі көлемдегі және құндылығын оңай бағалай алатын жұмыстар жасаған жөн".
As discussed above, Waterston's paper submitted to the Royal Society was rejected. Some years after Waterston's death, Lord Rayleigh (Secretary of Royal Society at that time) managed to dig it out from the archives of the Royal Society. Finally, Waterston's paper was published in the Philosophical Transactions of the Royal Society in 1892. (Please see below.) Rayleigh felt that Waterston's case was not an aberration, but the norm:"The history of [Waterston's] paper suggests that highly speculative investigations, especially by an unknown author, are best brought before the world through some other channel than a scientific society, which naturally hesitates to admit into its printed records matter of uncertain value. Perhaps one may go further, and say that a young author who believes himself capable of great things would usually do well to secure favourable recognition of the scientific world by work whose scope is limited, and whose value is easily judged, before embarking upon higher flights."