Джеймс Лайтхилл: Жизнь и научный вклад выдающегося математика

Введение

Британский прикладной математик (1924–1998)

Образование и ранние годы жизни

Джеймс Лайтхилл родился в семье Эрнеста Балзара Лихтенберга и Марджори Холмс: алзасского горного инженера, сменившего в 1917 году имя на Лайтхилл, и дочери инженера. Семья жила в Париже до 1927 года, когда отец вышел на пенсию и вернулся в Англию. В юности Джеймс Лайтхилл был известен как Майкл Лайтхилл. Лайтхилл получил образование в Винчестерском колледже и окончил Кембриджский университет со степенью бакалавра искусств в 1943 году, будучи студентом Тринити-колледжа Кембриджского университета.

Карьера и исследования

Лайтхилл специализировался в динамике жидкостей и работал в Национальной физической лаборатории при Тринити-колледже. В период с 1946 по 1959 год он занимал должность профессора прикладной математики в Манчестерском университете. Затем Лайтхилл перешел из Манчестера на пост директора Королевского авиационного заведения в Фарнборо. Там он работал над разработкой телевизионных и коммуникационных спутников, а также пилотируемых космических аппаратов. Эта работа впоследствии была использована при создании сверхзвукового авиалайнера «Конкорд». В 1955 году, совместно с Джеральдом Б. Уитемом, Лайтхилл сформулировал первую всеобъемлющую теорию кинематических волн (применение метода характеристик), имеющую множество применений, в частности, в области гидродинамики и транспортных потоков. Ранние работы Лайтхилла включали теорию двухмерных аэрофолиев и сверхзвуковой поток вокруг тел вращения. Помимо динамики газов на высоких скоростях, он изучал ударные и взрывные волны и предложил модель «свиммера». Ему приписывают основание аэраакустики – области науки, имеющей решающее значение для снижения шума в реактивных двигателях. Закон Лайтхилла о восьмой степени утверждает, что акустическая мощность, излучаемая реактивным двигателем, пропорциональна восьмой степени скорости струи. Он также заложил основы нелинейной акустики и показал, что одни и те же нелинейные дифференциальные уравнения могут описывать как волны наводнений в реках, так и транспортные потоки на автомагистралях. В 1964 году он стал профессором-резидентом Королевского общества в Имперском колледже Лондона, а через пять лет вернулся в Тринити-колледж Кембриджа в качестве Лукасианского профессора математики, занимая эту должность до 1979 года, когда его сменил Стивен Хокинг. После этого Лайтхилл стал проректором Университетского колледжа Лондона (UCL) – пост, который он занимал до 1989 года. В 1964 году Лайтхилл вместе с профессором сэром Брайаном Твейтсом основал Институт математики и ее приложений (IMA). В 1968 году он был удостоен почетной степени (доктор наук) Университета Бата. В 1972 году его пригласили прочитать мемориальную лекцию Макмиллана в Институте инженеров и судостроителей в Шотландии, где он выбрал тему «Локомоция водных животных». В начале 1970-х годов, отчасти в ответ на серьезные внутренние разногласия в этой области, Совет по научным исследованиям (SRC), как он тогда назывался, попросил Лайтхилла составить обзор академических исследований в области искусственного интеллекта. Отчет Лайтхилла, опубликованный в 1973 году и получивший название «Отчет Лайтхилла», содержал резкую критику фундаментальных исследований в таких областях, как робототехника и обработка языка, и «послужил основанием для решения британского правительства прекратить финансирование исследований в области ИИ во всех университетах, кроме двух», что положило начало периоду, иногда называемому «зимой ИИ». В 1982 году Лайтхилл и Алан Б. Тейлер совместно были удостоены первой золотой медали Института математики и ее приложений за «выдающийся вклад в математику и ее приложения на протяжении многих лет». В 1983 году Лайтхилл был награжден кольцом Людвига Прандтля от Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt (Немецкого общества аэронавтики и космонавтики) за «выдающийся вклад в область аэрокосмической техники». Среди его бывших учеников – Джеральд Б. Уитем.

Lighthill specialised in fluid dynamics, and worked at the National Physical Laboratory at Trinity. Between 1946 and 1959 he was Beyer Professor of Applied Mathematics at the University of Manchester. Lighthill then moved from Manchester to become director of the Royal Aircraft Establishment at Farnborough. There he worked on the development of television and communications satellites, and on the development of crewed spacecraft. This latter work was used in the development of the Concorde supersonic airliner. In 1955, together with Gerald B. Whitham, Lighthill set out the first comprehensive theory of kinematic waves (an application of the method of characteristics), with a multitude of applications, prime among them fluid flow and traffic flow. Lighthill's early work included two dimensional aerofoil theory, and supersonic flow around solids of revolution. In addition to the dynamics of gas at high speeds he studied shock and blast waves and introduced the squirmer model. He is credited with founding the subject of aeroacoustics, a subject vital to the reduction of noise in jet engines. Lighthill's eighth power law states that the acoustic power radiated by a jet engine is proportional to the eighth power of the jet speed. He also founded non linear acoustics, and showed that the same non linear differential equations could model both flood waves in rivers and traffic flow in highways. In 1964 he became the Royal Society's resident professor at Imperial College London, before returning to Trinity College, Cambridge, five years later as Lucasian Professor of Mathematics, a chair he held until 1979, when he was succeeded by Stephen Hawking. Lighthill then became Provost of University College London (UCL) – a post he held until 1989. Lighthill founded the Institute of Mathematics and its Applications (IMA) in 1964, alongside Professor Sir Bryan Thwaites. In 1968, he was awarded an Honorary Degree (Doctor of Science) by the University of Bath. In 1972 he was invited to deliver the MacMillan Memorial Lecture to the Institution of Engineers and Shipbuilders in Scotland. He chose the subject "Aquatic Animal Locomotion". In the early 1970s, partly in reaction to significant internal discord within that field, the Science Research Council (SRC), as it was then known, asked Lighthill to compile a review of academic research in Artificial Intelligence. Lighthill's report, which was published in 1973 and became known as the "Lighthill report," was highly critical of basic research in foundational areas such as robotics and language processing, and "formed the basis for the decision by the British government to end support for AI research in all but two universities", starting what is sometimes referred to as the "AI winter". In 1982, Lighthill and Alan B. Tayler were jointly awarded the first ever Gold Medal of the Institute of Mathematics and its Applications in recognition of their "outstanding contributions to mathematics and its applications over a period of years". In 1983 Lighthill was awarded the Ludwig Prandtl Ring from the Deutsche Gesellschaft für Luft und Raumfahrt (German Society for Aeronautics and Astronautics) for "outstanding contribution in the field of aerospace engineering". His former students include Gerald B. Whitham

Награды и почести

Лайтхилл был избран членом Королевского общества (FRS) в 1953 году и членом Королевского астрономического общества (FRAS) в 1961 году. В 1964 году он был удостоен Королевской медали Королевского общества, а в 1998 году, посмертно, – медали Копли, также Королевского общества. Здание Джеймса Лайтхилла в Манчестерском университете и дом имени Джеймса Лайтхилла названы в его честь. В 1970 году Лайтхилл был избран в Американское философское общество. В 1971 году Лайтхилл был удостоен рыцарского звания в списке новогодних наград. В 1976 году Лайтхилл был избран членом Национальной академии наук, одной из по крайней мере девяти зарубежных академий, принявших его в свои ряды, включая Французскую и Российскую академии.