Кіріспе

Британдық математик және физик

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.

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.

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.

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.

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.