Саймон Ньюкомб: Канадтық-американ ғалымы және математигі

Кіріспе

Канадалық-американдық полимат (1835–1909)

Саймон Ньюкомб (12 наурыз 1835 – 11 шілде 1909) – канадалық-американдық астроном, қолданбалы математик және өзімен-өзі білім алған полимат. Ол АҚШ Әскери-теңіз күштерінде және Джонс Хопкинс университетінде математика профессоры қызметін атқарды. Жаңа Шотландияда туған Ньюкомб 19 жасында Массачусетс штатына әкесіне қосылу үшін оқушылықтан кетіп, ол жерде әкесі оқытушы болып жұмыс істеді. Ньюкомбтың дәстүрлі білімі болмаса да, ол 1858 жылы Гарвард университетін бітірді. Кейіннен ол уақытты өлшеу және экономика, статистика сияқты қолданбалы математиканың басқа салаларына маңызды үлес қосты. Ол бірнеше тілде еркін сөйлеп, көптеген ғылыми-популярлық кітаптар мен ғылыми-фантастикалық роман жазып, жариялады.

Ерте өмір

Саймон Ньюкомб Новая Шотландияның Уоллес қаласында дүниеге келді. Оның ата-анасы Джон Бёртон Ньюкомб және оның әйелі Эмили Принс болды. Әкесі көшпелі мектеп мұғалімі болғандықтан, Канаданың әртүрлі аймақтарында, әсіресе Новая Шотландия мен Принс-Эдвард аралында оқыту үшін жиі көшіп-қонып жүрді. Анасының туысқандары арқылы Саймон Ньюкомб, Канада Конфедерациясының құрылушыларының бірі Уильям Генри Стивстің алыс туысы еді. Олардың Германиядан көшіп келген және 1760 жылы Нью-Брансуикке қоныс аударған ата-бабалары Генрих Стиф болды. Ньюкомбтың дәстүрлі білім алғаны шектеулі болды, оны әкесі оқытқан. 1851 жылы Нью-Брансуикте ол қысқа мерзімге шарлатан шөп дәрігері доктор Фошэйдің шәкірті болды. Бірақ әкесі оған болашақ оқуы үшін мықты негіз қалады. Ньюкомб 16 жасында доктор Фошэйдің шәкірті болды. Олардың келісімі бойынша Ньюкомб бес жылдық тәжірибеден өтуге тиіс болды, осы уақыт ішінде Фошэй оны ем үшін шөптерді қолдануға үйретеді. Екі жылдан кейін Ньюкомб Фошэйдің ғылыми емес көзқарасы мен шарлатандық әрекеттеріне көңілі толып, бақытсыздыққа ұшырады. Ол Фошэйден кетіп, келісімді бұзды. Ол 193 шақырымдық қашықтықты басып, Мэн штатының Кале портына жетті. Сол жерде ол кеме капитанымен кездесіп, оны Салемге (Массачусетс штаты) апаруға келісті. 1854 жылы Ньюкомб Салемде әкесімен қосылды, және екеуі Мэрилендке сапар шекті. Ньюкомб 1854 жылдан 1856 жылға дейін Мэрилендте екі жыл оқытты: бірінші жылы Кент округіндегі Массис Крос Роудс ауылдық мектебінде, содан кейін бір жыл бойы королева Анна округінің Садлерсвилл қаласында. Екеуі де Шығыс жағалаудың ауылдық аймағында орналасқан. Бос уақытында Ньюкомб саяси экономика және дін сияқты түрлі пәндерді зерттеді, бірақ математика мен астрономияны тереңірек оқыды. Ол осы кезеңде Исаак Ньютонның "Principia" (1687) еңбегін оқыды. 1856 жылы Ньюкомб Вашингтонға жақын жерде жеке репетитор болып жұмыс істеді. Ол математиканы оқу үшін қала кітапханаларына жиі барып тұрды. Смитсондар институтының кітапханасынан Пьер Симон Лапластың "Көк механикасы туралы" трактатының Натаниел Боудичтің аудармасын алды, бірақ математика оған тым қиын болды. Ньюкомб математика мен физиканы өздігінен оқыды. Кейбір уақыттарда ол 1857 жылы Массачусетс штатының Кембридж қаласындағы Наутикалық альманах кеңсесінде есептеуші (есептеулерді жүргізуші) болып жұмыс істегенге дейін жеке репетиторлықпен өзін асырады. Сол кезде ол Гарвард университетінің Лоуренс ғылыми мектебіне түсіп, 1858 жылы бакалавр ғылымымен бітірді. Ньюкомбтың өмірбаясын жазған Брент өзінің 1993 жылғы кітабында, жас адамның Пирстің ұлы Чарльз Сандерс Пирске деген жеккөрушілігін дамытқанын және С.С. Пирстің мансабын "жетістікке жеткізіп жойғаны" үшін айыпталғанын айтты. Атап айтқанда, Джонс Хопкинс университетінің президенті Дэниел Койт Гилман Ньюкомб оны көндіру үшін сахна артында араласпас бұрын, С.С. Пирске тұрақты қызмет беруге дайын тұрған. Брент 20 жылдан кейін Ньюкомб Карнеги институтының қамқорларына да әсер етіп, С.С. Пирске Карнеги грантын беруден бас тартты дейді. Бұл Пирске өмірлік еңбегін жариялауға кедергі келтірді. Грантты Эндрю Карнеги, Теодор Рузвельт, Уильям Джеймс және басқалар қолдады, олар оны қолдауға хат жазды. Ньюкомбтың мотивациясы "әлбетте өте ақылды" болғанына қарамастан, "Питер Шаффердің "Амадейі" романындағы Сальери сияқты, ол да өзінің гений еместігін мойындауға жеткілікті дарыны бар және одан да бетер, гений болған адамға ренжіуге жеткілікті кішіпейілділігі бар" деп болжам жасалды. Сонымен қатар, "қатаң моральдық қағидалары бар, өте адал және нақты ойлы христиан" болғандықтан, ол Пирстің жеке кемшіліктері деп санаған нәрсеге қатты наразы болды, және оның қарапайым деп санаған адамның әкесінің қамқорлығына сүйенгеніне шыдамады.

Simon Newcomb was born in the town of Wallace, Nova Scotia. His parents were John Burton Newcomb and his wife Emily Prince. His father was an itinerant school teacher, and frequently moved in order to teach in different parts of Canada, particularly in Nova Scotia and Prince Edward Island. Through his mother, Simon Newcomb was a distant cousin of William Henry Steeves, a Canadian Father of Confederation. Their immigrant ancestor in that line was Heinrich Stief, who immigrated from Germany and settled in New Brunswick about 1760. Newcomb seems to have had little conventional schooling and was taught by his father. He also had a short apprenticeship in 1851 to Dr. Foshay, a charlatan herbalist in New Brunswick. But his father gave him an excellent foundation for the youth's future studies. Newcomb was apprenticed to Dr. Foshay at the age of 16. Their agreement was that Newcomb would serve a five year apprenticeship, during which time Foshay would train him in using herbs to treat illnesses. After two years Newcomb had become increasingly unhappy and disillusioned, as he realized that Foshay had an unscientific approach and was a charlatan. He left Foshay and broke their agreement. He walked the 120 mile (193 km) to the port of Calais, Maine. There he met a ship's captain who agreed to take him to Salem, Massachusetts, where his father had moved for a teaching job. In about 1854, Newcomb joined his father in Salem, and the two journeyed together to Maryland. Newcomb taught for two years in Maryland, from 1854 to 1856; for the first year in a country school in Massey's Cross Roads, Kent County, then for a year nearby in Sudlersville in Queen Anne's County. Both were located in the largely rural area of the Eastern Shore. In his spare time Newcomb studied a variety of subjects, such as political economy and religion, but his deepest studies were made in mathematics and astronomy. In particular he read Isaac Newton's Principia (1687) at this time. In 1856 Newcomb took a position as a private tutor close to Washington, DC. He often traveled to the city to study mathematics in its libraries. He borrowed a copy of Nathaniel Bowditch's translation of Pierre Simon Laplace's Traité de mécanique céleste from the library of the Smithsonian Institution, but found the mathematics beyond him. Newcomb independently studied mathematics and physics. For a time he supported himself by teaching before becoming a human computer (a functionary in charge of calculations) at the Nautical Almanac Office in Cambridge, Massachusetts, in 1857. At around the same time, he enrolled at the Lawrence Scientific School of Harvard University, graduating with a BSc in 1858. Newcomb's biographer Brent said in his 1993 book that the young man developed a dislike of Peirce's son, Charles Sanders Peirce and was accused of the "successful destruction" of C. S. Peirce's career. In particular, Daniel Coit Gilman, president of Johns Hopkins University, was said to have been on the point of awarding tenure to C. S. Peirce, before Newcomb intervened behind the scenes to dissuade him. Brent says that about 20 years later, Newcomb similarly influenced the Carnegie Institution Trustees to deny a Carnegie grant to C. S. Peirce. This prevented Peirce from publishing his life's work. The grant was supported by Andrew Carnegie, Theodore Roosevelt, William James, and others, who wrote to support it. Newcomb's motivation has been speculated to have been that, despite he being "no doubt quite bright", "like Salieri in Peter Shaffer’s Amadeus he also had just enough talent to recognize he was not a genius and just enough pettiness to resent someone who was". Additionally "an intensely devout and literal minded Christian of rigid moral standards", he was appalled by what he considered Peirce's personal shortcomings, making intolerable to Newcomb the fact that he had been reliant on the patronage of the father of a man he considered contemptible.

Астрономиядағы мансабы

Америка Азамат соғысының алдында, оңтүстік аймағынан шыққан көптеген АҚШ Әскери-теңіз күштерінің қызметкерлері қызметтен кетті. 1861 жылы Ньюкомб бос орынды пайдаланып, Вашингтондағы АҚШ Әскери-теңіз обсерваториясында математика профессоры және астроном болып жұмысқа орналасты. Ньюкомб теңіз жүзуге көмек ретінде планеталардың орнын өлшеу жұмысын бастады, сонымен қатар планеталардың қозғалысы теорияларына қызығушылық танытты. А. М. В. Даунингпен бірге Ньюкомб астрономиялық тұрақтылар мәселесіндегі халықаралық жаңсақтықты шешу жоспарын жасады. 1896 жылдың мамырында Парижде өткен стандарттау конференциясына қатысқан кезде, халықаралық келісім бойынша барлық эфемерлер Ньюкомбтың есептеулеріне негізделуі керек болды: Ньюкомбтың Күн кестелері. 1950 жылға дейін өткен кезекті конференция Ньюкомбтың тұрақтыларын халықаралық стандарт ретінде растады. Мэри Каролина Хаслердің ата-анасы – АҚШ Әскери-теңіз күштерінің хирургі доктор Чарльз Август Хаслер мен оның әйелі. Оның әкесінің әкесі Фердинанд Хаслер, Жағалауды зерттеу басқармасының алғашқы директоры болды. Ньюкомб 1909 жылдың 11 шілдесінде Вашингтонда несеп қабылдағыш рагынан қайтыс болды. Ол Арлингтон ұлттық зиратында әскери салтанатпен жерленді, оған президент Уильям Говард Тафт қатысты. Ньюкомбтың қызы Анна Жозефа Нью-Йорктегі Көркемсуретшілер лигасының студенті болды. Ол сайлау құқығы үшін күресте белсенділік танытты. 1912 жылы ол әйелдердің дауыс беру құқығын қолдау мақсатында алғашқы Корнуолл жиынын ұйымдастырды.

Жарық жылдамдығы

1878 жылы Ньюкомб жарық жылдамдығын жаңа және дәл өлшеуді жоспарлай бастады. Ол көптеген астрономиялық тұрақтылардың нақты мәндерін анықтау үшін мұның қажет екенін сенді. Леон Фуко әдісін жетілдіруді бастаған кезде, Альберт Абрахам Микельсоннан хат алды, ол жас әскери офицер және физик болатын және осындай өлшеуді жоспарлап отырды. Осылайша ұзақ мерзімді ынтымақтастық пен достық қарым-қатынас басталды. 1880 жылы Микельсон Форт-Майерде және Потомак өзенінің жанында орналасқан АҚШ Әскери-теңіз обсерваториясындағы құралдармен Ньюкомбтың алғашқы өлшеуіне көмектесті. Ньюкомб обсерватория мен Вашингтон монументі арасында екінші өлшемдерді ұйымдастырған кезде Микельсон өз жобасын бастау үшін кетіп қалды. Микельсон өзінің алғашқы өлшемін 1880 жылы жарияласа да, Ньюкомбтың өлшемі айтарлықтай ерекшеленді. 1883 жылы Микельсон өлшемін Ньюкомбтың мәніне жақындату үшін қайта қарастырды.

Чендлер тербелісі

1891 жылы Сет Карло Чандлер ендіктің 14 айлық өзгеруін – қазір Чандлер тербелісі деп аталатынын – ашқаннан кейін бірнеше ай өткен соң Ньюкомб, байқалатын қозғалыс пен тербелістің болжамдалған периоды арасындағы көзге көрінетін қайшылықты түсіндірді. Теория толыққанды қатаң денеге негізделген, бірақ Жердің өзі шамалы серпімді. Ньюкомб ендік бойынша байқаулардың өзгеруін пайдаланып Жердің серпімділігін бағалады және ол болаттан сәл қатаң екенін анықтады.

Басқа жұмыстар

Ньюкомб өзін-өзі оқытып үйренген және көп салалы ғалым болған. Ол экономика туралы жазған, ал оның «Саяси экономика қағидалары» (1885) еңбегін Джон Мейнард Кейнс «экономика сияқты жартылай қалыптасқан пәнде, дәстүрлі материалдарды тым көп оқып, ой-санасы бұзылмаған жаңа ғылыми сананың уақытында жасай алатын түпнұсқалық еңбектердің бірі» деп сипаттаған. Ирвинг Фишер ақшаның сандық теориясында қолданылатын ақша мен тауарлар арасындағы айырбас теңдеуін алғаш рет Ньюкомб жариялаған деп санайды. Ол француз, неміс, итальян және швед тілдерін білген, белсенді таушы болған және көп оқыған. Сонымен қатар, ол бірнеше танымал ғылыми кітаптар мен «Оның даналығы – қорғаушы» (1900) атты ғылыми-фантастикалық роман жазған.

Астрономияның жай-күйі туралы

1888 жылы Саймон Ньюкомб: "Біз астрономия туралы біле алатынымыздың шегіне жақындап қалған сияқтымыз", - деп жазды. 1900 жылы оның "Астрономия элементтері" атты еңбегі "Американ Бук Компаниясы" баспасында жарық көрді. Бірақ 1903 жылға қарай оның көзқарасы өзгерді. "Science" журналында ол былай деп жазды: "Алдымызда зерттелуі физикалық зертханаларымыздың және астрономиялық бақылаушылар мен зерттеушілердің көптеген буындарының қызметін ұзақ жылдар бойы шаруалануы мүмкін, он жыл бұрын оның бар екендігіне күмән келтірілген, электр ғылымын қазіргі деңгейіне жеткізуге кеткен уақыттай шексіз кеңдік жатыр".

Ұшу машинасының мүмкін еместігі туралы

Ньюкомбтың "ұшатын машина" жасау мүмкін емес деп сенгені мәлім. Ол "Әуе кемесі мүмкін бе?" деген мақаласын "Бұл, ең алдымен, қажетті ғылыми жаңалықтар ашылатын-ашылмайтын нәрсеге байланысты" деген пікірмен бастайды. Ол "бір адамды қалауынша бір жерден екінші жерге тасымалдай алатын ұшақ құрастыру үшін жаңа металл немесе жаңа күштің табылуы қажет" деген тұжырыммен аяқтайды. 1903 жылғы 22 қазанда шыққан "Индепендент" журналында Ньюкомб: "Механиктеріміз, әуеде ұшу адам баласының ешқашан жеңе алмайтын үлкен мәселелерінің бірі екенін мойындап, онымен күресуге тырысудан бас тартар ма?" – деген сөздерін айтты. Ол тіпті адам ұшса да, тоқтай алмайды деп есептеді. "Жылдамдығын төмендетсе, бірден құлай бастайды. Тоқтаса, өлгендей түсіп кетеді". Ньюкомбтың аэродинамика туралы түсінігі болмады. Оның "ұшағы" – көлбеу "жұқа, жалпақ тақта" еді. Сондықтан ол адам салмағын көтере алмайды деген қорытындыға келді. Ньюкомб Самуэль Пирпонт Лэнглидің бу қозғалтқышымен жұмыс істейтін ұшақ жасай аламын деген мәлімдемесін де сынға алды, бірақ оның алғашқы ұшу әрекеттері көпшілік алдында сәтсіз аяқталды. Алайда, 1903 жылы Ньюкомб былай деді: "20 ғасыр құрлықтан құрлыққа, құстың жылдамдығынан асып түсетін жылдамдықпен ұшуға мүмкіндік беретін табиғи күштерді көруі мүмкін. Бірақ, қазіргі біліміміздің деңгейінде әуеде ұшу мүмкін бе, біздегі материалдар – темір, мата және сымнан жасалған комбинация электр немесе бу күшімен қозғалғанда сәтті ұша ма деген сұраққа жауап беру қиын". Ньюкомб Райт ағайындардың жұмысынан хабарсыз болды, олардың еңбегі жасырын түрде жүргізілді (Сантос Дюмон 1906 жылы ғана Парижде 14 bis ұшағымен ұшты) және ішкі жану қозғалтқышының қуат-салмақ көрсеткіші жақсы екенін білмеді. 1908 жылы Райттардың ұшуы туралы естігенде, Ньюкомб оны бірден қабылдады. Ньюкомб айналмалы қанатты (вертолеттер) және ауада қалықтайтын дирижабльдерді (цепелиндер) дамытуды қолдады. Бірнеше онжылдықтан кейін цеппелиндер Еуропа мен АҚШ арасында жолаушыларды үнемі тасымалдады, ал Граф Цеппелин жер шарын айналып өтті.

Newcomb is famously quoted as having believed it impossible to build a "flying machine." He begins an article titled "Is the Airship Possible?" with the remark, "That depends, first of all, on whether we are to make the requisite scientific discoveries." He ends with the remark "the construction of an aerial vehicle which could carry even a single man from place to place at pleasure requires the discovery of some new metal or some new force." In the October 22, 1903, issue of The Independent, Newcomb made the well known remark that "May not our mechanicians be ultimately forced to admit that aerial flight is one of the great class of problems with which man can never cope, and give up all attempts to grapple with it? ", He suggested that even if a man flew, he could not stop. "Once he slackens his speed, down he begins to fall. Once he stops, he falls as a dead mass." Newcomb had no concept of an airfoil. His "aeroplane" was an inclined "thin flat board". He therefore concluded that it could never carry the weight of a man. Newcomb was particularly critical of the work of Samuel Pierpont Langley, who claimed that he could build a flying machine powered by a steam engine, but whose initial efforts at flight were public failures. In 1903, however, Newcomb was also saying,
"Quite likely the 20th century is destined to see the natural forces which will enable us to fly from continent to continent with a speed far exceeding that of a bird. But when we inquire whether aerial flight is possible in the present state of our knowledge; whether, with such materials as we possess, a combination of steel, cloth and wire can be made which, moved by the power of electricity or steam, shall form a successful flying machine, the outlook may be altogether different." Newcomb was not aware of the Wright Brothers' efforts, whose work was done in relative obscurity (Santos Dumont flew his 14 bis in Paris only in 1906) and apparently unaware of the internal combustion engine's better power to weight ratio. When Newcomb heard about the Wrights' flight in 1908, he was quick to accept it. Newcomb favored the development of rotating wing (helicopters) and airships that would float in the air (blimps). Within a few decades, zeppelins regularly transported passengers between Europe and the United States, and the Graf Zeppelin circumnavigated the Earth.

Психикалық зерттеулер

Ньюкомб Америкалық Психикалық Зерттеулер Қоғамының алғашқы президенті болды. Экстрасенсорлық қабылдау мен айтылған паранормальды құбылыстарға күмәнді қараса да, ол осы тақырыпты зерттеуге лайық деп санады. 1889 жылға қарай оның зерттеулері нәтижесіз болды және оның күмәні күшейді. Өмірбаяншы Альберт Э. Мойер Ньюкомбтың "әдістемелік тұрғыдан психикалық зерттеулер ғылыми тұрғыдан дамымастайтындықтан, оны басқаларға жеткізуге тырысқанын" атап көрсетті.