Д. Хартри: британдық математик, физик, өмірбаяны. Әкесі – инженер, анасы – қоғам қайырмашы. Туған тегінде белгілі тұлғалар бар. Биографиясы туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Британдық математик және физик
British mathematician and physicist
Ерте өмір және білім
Дуглас Хартри Англияның Кембридж қаласында дүниеге келген. Оның әкесі Уильям Кембридж университетінде инженерлік ғылымдар бойынша лекция оқыған, ал анасы Ева Рейнер Ұлыбританияның Ұлттық әйелдер кеңесінің президенті және Кембридж қаласының тұңғыш әйел қала әкімі болған. Оның бір арғы атасы – Сэмюэл Смайлс, екіншісі – Джон Пенннің серігі, теңіз инженері Уильям Хартри. Дуглас Хартри балалық шағынан аман қалған үш ұлының үлкені еді. Оның бір інісі мен әпкесі бала кезінде қайтыс болды, бірақ қалған екі інісі де кейіннен дүниеден озды. Хартридің 7 жасар ағасы Джон Эдвин Хартри 17 жасында қайтыс болды, ал 22 жасар ағасы Колин Уильям 1920 жылғы ақпанда, Хартри 23 жасқа келгенде менингиттен көз жұмды. Оның анасының туысы – геолог Дороти Хелен Рейнер. Хартри Кембридждегі Сент-Фейт мектебінде, содан кейін Бедальс мектебінде оқыды, білім алу үшін Кембриджге оралды, алайда Бірінші дүниежүзілік соғыс оқуын үзіп тастады. Ол (әкесі мен ағасымен бірге) А. В. Хилл басқаратын, әуе шабуылына қарсы баллистика саласында жұмыс істейтін топқа қосылды. Бұл жерде ол едәуір тәжірибе жинап, дифференциалдық теңдеулерді практикалық есептеу және сандық әдістерге деген қызығушылығын арттырды, көп бөлігін қалам мен қағазбен орындады. Хиллдің Хартридің некрологында жазғанынша: «Бір күні ол сымдар, тіреулер және болат лентадан жасалған ұзын базалық биіктік өлшегіш құралды ойдағыдай жасады». Бұл құрал «Хартри биіктік өлшегіші» деп аталды және британдық әуе шабуылына қарсы әскерлері жақсырақ оптикалық биіктік өлшегіштері пайда болғанға дейін кеңінен қолданды. Оның артықшылығы – есептелген шамалар бойынша биіктікті «жай ғана арифметикалық амалдарды қолдану арқылы өте жылдам» анықтауға болатындығы еді. Сонымен қатар, оны жасау да арзан, пайдалану да оңай болды. Бірінші дүниежүзілік соғыс аяқталғаннан кейін Хартри Кембриджге оралып, 1922 жылы табиғат ғылымдары бойынша екінші сынып дипломмен бітірді.
Douglas Hartree was born in Cambridge, England. His father, William, was a lecturer in engineering at the University of Cambridge and his mother, Eva Rayner, was president of the National Council of Women of Great Britain and first woman to be mayor of the city of Cambridge. One of his great grandfathers was Samuel Smiles; another was the marine engineer William Hartree, partner of John Penn. Douglas Hartree was the oldest of three sons that survived infancy. A brother and sister died in infancy when he was still a child, but his two brothers would later also die. Hartree's 7 year old brother John Edwin died when Hartree was 17, and Hartree's 22 year old brother Colin William died from meningitis in February 1920 when Hartree was 23. His maternal cousin was the geologist Dorothy Helen Rayner. Hartree attended St Faith's School in Cambridge, then Bedales School, returning to Cambridge for his degree studies at St John's College, Cambridge, which the first World War interrupted. He (and his father and brother) joined a group working on anti aircraft ballistics under A. V. Hill, where he gained considerable skill and an abiding interest in practical calculation and numerical methods for differential equations, executing most of his own work with pencil and paper. According to Hill, writing in Hartree's obituary, ‘Quietly one day he improvised a long base height finder out of some wires, posts, and a steel tape’. This became known as the Hartree height finder and was used extensively by British Anti Aircraft troops until better optical height finders were introduced. Its advantage was said to be that the height can be calculated from the observed quantities ‘very rapidly by the use of nothing but simple arithmetic’. It was also cheap to manufacture and easy to use. After the end of World War I, Hartree returned to Cambridge graduating in 1922 with a Second Class degree in natural sciences.
Атомдық құрылымды есептеу
1921 жылы Нильс Бордың Кембриджге сапары Хартриді оның сандық дағдыларын Бордың атом теориясына қолдануға ынталандырды, нәтижесінде ол 1926 жылы докторлық диссертациясын қорғады – оның ғылыми жетекшісі Эрнест Резерфорд болды. Сол жылы Шредингер теңдеуі жарияланғаннан кейін Хартри дифференциалдық теңдеулер және сандық талдау саласындағы білімін жаңа кванттық теорияға қолдана алды. Ол атомдағы электрондардың таралуы үшін Хартри теңдеулерін туындылады және оларды шешу үшін өзіндік келісімді өріс әдісін ұсынды. Алайда, бұл теориядан алынған толқындық функциялар Паулидің тыйым салу принципін қанағаттандырмады, сондықтан Слэйтер оны қанағаттандыру үшін детерминанттық функциялар қажет екенін көрсетті. В. Фок «алмасу теңдеулерін» жариялады, қазір олар Хартри-Фок теңдеулері деп белгілі. Бұл теңдеулерді есептеу үшін, тіпті Хартри ұсынған тиімді әдістерді қолданғанның өзінде, көп күш жұмсау қажет. Бүгінде Хартри-Фок теңдеулері есептеу химиясы саласында маңызды рөл атқарады және молекулалар мен конденсирленген фазадағы жүйелердің электрондық құрылымын есептеуге арналған тығыздық функционалдық теориясы бағдарламаларының көпшілігінде сандық түрде қолданылады және шешіледі.
In 1921, a visit by Niels Bohr to Cambridge inspired Hartree to apply his numerical skills to Bohr's theory of the atom, for which he obtained his PhD in 1926 – his advisor was Ernest Rutherford. With the publication of Schrödinger's equation in the same year, Hartree was able to apply his knowledge
of differential equations and numerical analysis to the new quantum theory. He derived the Hartree equations for the distribution of electrons in an atom and proposed the self consistent field method for their solution. The wavefunctions from this theory did not satisfy the Pauli exclusion principle for which Slater showed that determinantal functions are required. V. Fock published the "equations with exchange" now known as Hartree–Fock equations. These are considerably more demanding computationally even with the efficient methods Hartree proposed for the calculation of exchange contributions. Today, the Hartree Fock equations are of great importance to the field of computational chemistry, and are applied and solved numerically within most of the density functional theory programs used for electronic structure calculations of molecules and condensed phase systems.
Манчестер жылдары
1929 жылы Хартри Манчестер университетінің қолданбалы математика кафедрасының профессоры болып тағайындалды. 1933 жылы ол Массачусетс технология институтында Ванневар Бушпен кездесіп, оның дифференциалдық анализаторы туралы бірінші рет тікелей білді. Манчестерге оралғаннан кейін ол дереу Меканодан өзінің анализаторын жасауға кірісті. Машинаны пайдалану арқылы сандық әдістерін одан әрі дамыту мүмкіндігін сезіп, ол сэр Роберт Макдугаллды метрополитен Виккерс компаниясымен бірлесіп, күштірек машинаны қаржыландыруға көндірді. Машинаның алғашқы қолданылуы, Хартридің теміржолға деген ынтасын көрсете отырып, Лондон, Мидленд және Шотландия теміржолының кестелерін есептеу болды. Ол онжылдықтың қалған бөлігін физикада туындайтын дифференциалдық теңдеулерді шешу үшін дифференциалдық анализаторды қолданумен өткізді, соның ішінде басқару теориясы және сұйық динамикасындағы ламинарлық шекаралық қабат теориясы, осы салалардың әрқайсысына маңызды үлес қосты. Дифференциалдық анализатор алмасу теңдеулерін шешуге қолайлы болған жоқ. Фоктың жариялануы Хартридің алмасу теңдеулері жөніндегі жұмысын озып кеткендіктен, Хартри зерттеулерін радио толқындарының таралуына бұрып, нәтижесінде Апплтон-Хартри теңдеуі пайда болды. 1935 жылы әкесі Уильям Хартри оған есептеулер жасауға көмектесуді ұсынды. Алмасу нәтижелері де көп ұзамай жарияланды. Дуглас конфигурациялардың өзара әрекеттесуінің маңыздылығын мойындады, оны ол "конфигурациялардың суперпозициясы" деп атады. Алғашқы көп конфигурациялы Хартри-Фок нәтижелерін 1939 жылы әкесі, ұлы және Берта Свирлс (кейін Леди Джеффрис) бірлесіп жариялады. Хартридің ұсынысымен Берта Свирлс 1935 жылы Дирак теңдеуін қолдана отырып, атомдар үшін алмасу теңдеулерін шығаруға кірісті. Хартридің кеңесімен алғашқы релятивистік есептеулер (алмасусыз) 1940 жылы Р. Б. Линдсейдің студенті А. О. Уильямс жариялады.
In 1929, Hartree was appointed to the Beyer Chair of Applied Mathematics at the University of Manchester. In 1933, he visited Vannevar Bush at the Massachusetts Institute of Technology and learned first hand about his differential analyser. Immediately on his return to Manchester, he set about building his own analyser from Meccano. Seeing the potential for further exploiting his numerical methods using the machine, he persuaded Sir Robert McDougall to fund a more robust machine, which was built in collaboration with Metropolitan Vickers. The first application of the machine, reflecting Hartree's enthusiasm for railways, was calculating timetables for the London, Midland and Scottish Railway. He spent the rest of the decade applying the differential analyser to find solutions of differential equations arising in physics, including control theory and laminar boundary layer theory in fluid dynamics, making significant contributions to each of the fields. The differential analyser was not suitable for the solution of equations with exchange. When Fock's publication pre empted Hartree's work on equations with exchange, Hartree turned his research to radio wave propagation that led to the Appleton–Hartree equation. In 1935, his father, William Hartree, offered to do calculations for him. Results with exchange soon followed. Douglas recognised the importance of configuration interaction that he referred to as "superposition of configurations". The first multiconfiguration Hartree–Fock results were published by father, son, and Bertha Swirles (later Lady Jeffreys) in 1939. At Hartree's suggestion, Bertha Swirles proceeded to derive equations with exchange for atoms using the Dirac equation in 1935. With Hartree's advice, the first relativistic calculations (without exchange) were reported in 1940 by A. O. Williams, a student of R. B. Lindsay.
Кейінгі өмірі мен еңбектері
1946 жылдың ақпан айында Макс Ньюман (Colossus компьютерімен айналысқан) Манчестер университетінде жалпы мақсаттағы компьютер құрастыруды бастау үшін Корольдік қоғамға қаржы сұрап өтініш берді. Корольдік қоғам өтінішті Хартриге және NPL директоры К. Г. Дарвинге жіберді, оларға кеңес беру үшін. Хартри грантты ұсынды, бірақ Дарвин Тьюрингтің NPL-дегі ACE елдің қажеттіліктерін қамтамасыз етуге жеткілікті болатынын айтып қарсылық көрсетті. Бірақ Хартридің пікірі басым болды және Манчестерде компьютерлік технологияны дамыту жұмысы басталды. Хартри басқару жүйелеріндегі жұмысын жалғастырды және цифрлық компьютерлерді қолданудың алғашқы кезеңдеріне қатысты, АҚШ әскерлеріне баллистикалық кестелерді есептеу үшін ENIAC-ты пайдалану туралы кеңес берді. 1946 жылдың жазында Хартри ENIAC-қа екінші рет сапар жасады және оны ғылыми есептеулердегі алғашқы азаматтық бағдарламалаушы болды. Ол үшін ол қысылатын сұйықтықтың беттен ағып өтуімен байланысты мәселені таңдады, мысалы, қанаттың бетінен жылдамдықтың өсуімен қозғалған ауа. 1945 жылдың соңында немесе 1946 жылдың басында Хартри Кембридж университетінің профессоры Морис Уилкске АҚШ-тағы есептеу техникасының дамуы туралы мәлімет берді. Уилкс, содан кейін Мур электротехника мектебінен (ENIAC құрастырушылары) электрондық компьютерлер курсына қатысуға шақыру алды. Осы мақсатқа аттанғанға дейін Хартри оған ENIAC туралы толыққанды ақпарат берді. Уилкс үйге қайтар жолда EDSAC-тің бастапқы жобасын жасады, ол 1949 жылдың мамырында пайдалануға берілді. Хартри Уилкспен тығыз жұмыс істеді, машинаны көптеген мәселелерді шешу үшін пайдалануды дамытты және ең бастысы, университеттің түрлі салаларындағы пайдаланушыларға оны зерттеу жұмыстарында қалай қолдануға болатынын көрсетті. 1946 жылы Хартри Кембриджге оралып, Пламмер математикалық физика профессоры лауазымын иеленді. Қазан айында ол "Есептеу машиналарын: соңғы және болашақ дамулар және олардың математикалық физикаға тигізетін әсері" тақырыбында ашылу лекциясын оқыды. Онда ENIAC және Хартридің осымен байланысты жұмысы туралы айтылды. 1946 жылы, электрондық есептеулер іске асырылмай тұрғанда, екі жыл бұрын, Хартри қосалқы бағдарламаларды пайдалану қажеттігін көрді. Оның ашылу лекциясы компьютерлердің қандай мүмкіндіктері бар екені туралы ойлармен аяқталды. Ол былай деді: "Менің түсінгенімше, экономикалық, медициналық және әлеуметтанулық қызығушылық пен маңызға ие зерттеуді күтіп тұрған көптеген мәселелер бар, олар қазіргі уақытта есептеу жүктемесінің ауырлығына байланысты жүзеге асырыла алмайды". 7 қарашада 1946 жылы "The Daily Telegraph" газеті Хартримен сұхбаттасып, оның сөзін келтірді: "Машинаның салдары соншалықты зор, олар біздің өркениетімізге қалай әсер ететінін біз көріп тұрған жоқпыз. Міне, адам қызметінің бір саласын мың есе жылдамдататын нәрсе. Көлік саласында ACE-ге теңдесетін нәрсе – Лондоннан Кембриджге бес секунд ішінде жүру мүмкіндігі. Бұл тіпті көзге елестете алмайтын нәрсе". Хартридің британдық есептеу техникасына жасаған төртінші және соңғы маңызды үлесі 1947 жылдың басында басталды, сол кезде Лондондағы J. Lyons & Co. тамақтану фирмасы ENIAC туралы естіп, сол жылдың жазында АҚШ-та болып жатқан жағдайды зерттеу үшін шағын топты жіберді, өйткені олар бұл жаңа компьютерлер фирманың атқаратын әкімшілік және есеп жұмыстарының үлкен көлеміне көмектесе алады деп ойлады. Топ Принстон қаласындағы Жоғары оқу орынында полковник Герман Голдстайнмен кездесті, ол Хартриге іздеу туралы хат жазды. Хатты алған соң, Хартри Лион өкілдерін Кембриджге шақырып, өзімен және Уилкспен кездесуге шақырды. Бұл Лионс жасаған EDSAC-тің LEO деп аталатын коммерциялық нұсқасын дамытуға әкелді, бұл коммерциялық бизнес үшін қолданылатын алғашқы компьютер болды. Хартридің қайтысынан кейін LEO Computers штаб-пәтері Хартри үйі деп аталды. Бұл Лионның жаңа жобаға Хартридің қосқан үлесіне деген құрметін көрсетеді. Хартридің есептеу техникасына жасаған соңғы танымал үлесі 1950 жылы компьютерлерге деген потенциалды сұранысты бағалау болды, ол күткеннен әлдеқайда төмен болды: "Бізде Кембриджде, Манчестерде және [NPL] компьютерлері бар. Менің ойымша, Шотландияда да бір болуы керек, бірақ осымен шектеледі". Компьютерлердің қажетті санының мұндай төмен бағалануы сол кезде кең таралған еді. Хартридің Кембридждегі соңғы докторанты Шарлотта Фруз Фишер атомдық құрылымды есептеудегі көп конфигурациялы Хартри-Фок (MCHF) әдісін әзірлеу және іске асыру және теріс кальций ионының бар екендігі туралы теориялық болжамымен танылды.
In February 1946, Max Newman (who had been involved in the Colossus computer) submitted an application to the Royal Society for funds to start the task of building a general purpose computer at the University of Manchester. The Royal Society referred the request to Hartree and C. G. Darwin, Director of the NPL, to advise them. Hartree recommended the grant but Darwin opposed it on the grounds that Turing's ACE at NPL would be sufficient to serve the needs of the country. But Hartree's view won the day and the Manchester developments in computing were started. Hartree did further work in control systems and was involved in the early application of digital computers, advising the US military on the use of ENIAC for calculating ballistics tables. In the summer of 1946 Hartree made his second trip to ENIAC as an evaluation of its applicability to a broad range of science, when he became the first civilian to program it. For this he selected a problem involving the flow of a compressible fluid over a surface, such as air over the surface of a wing travelling faster than the speed of sound. At the end of 1945 or very early in 1946 Hartree briefed Maurice Wilkes of the University of Cambridge on the comparative developments in computing in the USA which he had seen. Wilkes, then received an invitation from the Moore School of Electrical Engineering (the builders of ENIAC) to attend a course on electronic computers. Before leaving for this, Hartree was able to brief him more fully on ENIAC. It was on the boat home that Wilkes planned the original design of EDSAC, which was to become operational in May 1949. Hartree worked closely with Wilkes in developing use of the machine for a wide range of problems and, most importantly, showed users from a number of areas in the university how they could use it in their research work. Hartree returned to Cambridge to take up the post of Plummer professor of mathematical physics in 1946. In October he gave an inaugural lecture entitled "Calculating Machines: Recent and Prospective Developments and their impact on Mathematical Physics". This described ENIAC and the work that Hartree had done on it. Even in 1946, two years before stored programming electronic computing became a reality, Hartree saw the need for the use of sub routines. His inaugural lecture ended with a look at what computers might do. He said: " there are, I understand many problems of economic, medical and sociological interest and importance awaiting study which at present cannot be undertaken because of the formidable load of computing involved." On 7 November 1946 The Daily Telegraph, having interviewed Hartree, quoted him as saying: "The implications of the machine are so vast that we cannot conceive how they will affect our civilisation. Here you have something which is making one field of human activity 1,000 times faster. In the field of transportation, the equivalent to ACE would be the ability to travel from London to Cambridge in five seconds as a regular thing. It is almost unimaginable." Hartree's fourth and final major contribution to British computing started in early 1947 when the catering firm of J. Lyons & Co. in London heard of the ENIAC and sent a small team in the summer of that year to study what was happening in the US, because they felt that these new computers might be of assistance in the huge amount of administrative and accounting work which the firm had to do. The team met with Col. Herman Goldstine at the Institute for Advanced Study in Princeton who wrote to Hartree telling him of their search. As soon as he received this letter, Hartree wrote and invited representatives of Lyons to come to Cambridge for a meeting with him and Wilkes. This led to the development of a commercial version of EDSAC developed by Lyons, called LEO, the first computer used for commercial business applications. After Hartree's death, the headquarters of LEO Computers was renamed Hartree House. This illustrates the extent to which Lyons felt that Hartree had contributed to their new venture. Hartree's last famous contribution to computing was an estimate in 1950 of the potential demand for computers, which was much lower than turned out to be the case: "We have a computer here in Cambridge, one in Manchester and one at the [NPL]. I suppose there ought to be one in Scotland, but that's about all." Such underestimates of the number of computers that would be required were common at the time. Hartree's last PhD student at Cambridge, Charlotte Froese Fischer, became known for the development and implementation of the multi configuration Hartree–Fock (MCHF) approach to atomic structure calculations and for her theoretical prediction concerning the existence of the negative calcium ion.
Жеке өмір
Кәсіби өмірінен тыс, Дуглас Хартри музыкаға үлкен құштарлық танытты, оркестрлік және камералық музыка туралы терең білімге ие болды. Ол фортепианода ойнаған және әуесқой оркестрдің дирижері болды. Оның музыкаға деген құштарлығы, бәлкім, оны әйелі Элейн Чарльтонмен жақындастырған шығар, ол да шебер пианист болған. Олардың Оливер және Джон Ричард есімді екі ұлы мен Маргарет есімді қызы дүниеге келді. Ол 1958 жылдың 12 ақпанында Кембридждегі Адденбрук ауруханасында жүрек жеткіліксіздігінен қайтыс болды.
Outside of his professional life, Douglas Hartree was passionate about music, having an extensive knowledge of orchestral and chamber music. He played piano and was conductor of an amateur orchestra. This passion for music was perhaps what brought him together with his wife, Elaine Charlton, who was an accomplished pianist. Their marriage resulted in two sons, Oliver and John Richard, and one daughter, Margaret. He died of heart failure in Addenbrooke's Hospital, Cambridge, on 12 February 1958.