Чарльз Кульсон: Математик, химик и религиозный деятель

Введение

Британский прикладной математик, теоретический химик и религиозный автор

Чарльз Альфред Коулсон (13 декабря 1910 – 7 января 1974) был британским прикладным математиком и теоретическим химиком. Основной вклад Коулсона в науку заключается в его новаторской работе по применению квантовой теории валентности к задачам, связанным с молекулярной структурой, динамикой и реакционной способностью. Помимо этого, он был методистским проповедником, служил во Всемирном совете церквей с 1962 по 1968 год и являлся председателем организации Oxfam с 1965 по 1971 год.

Ранние годы

Родители Чарльза Коулсона и его младшего брата-близнеца Джона Меткалфа Коулсона были педагогами, родом из Мидлендса. Близнецы родились, когда их отец, Альфред, был директором Дадлийского технического колледжа и руководителем методистской воскресной школы, а их мать, Энни Синсер Хэнкок, — директором начальной школы Типтон, расположенной поблизости. Родители Коулсона поддерживали религиозную методистскую атмосферу в доме. В Бристоле в их семье большое внимание уделялось науке и математике. Успехи Коулсона в клифтонской школе позволили ему получить стипендию по математике в Тринити-колледж Кембриджского университета в 1928 году.

Кембриджские годы

В Кембридже Колсон первоначально изучал математическую программу обучения (Mathematics Tripos). Во время учебы он был удостоен стипендии старшего научного сотрудника колледжа и получил оценку "Первый класс" на университетских экзаменах в 1931 году. Год спустя он продолжил сдавать экзамен по физике, часть II, и снова получил "Первый класс". В течение студенческих лет он был награжден несколькими премиями колледжа и университета. Лорд Резерфорд, Дж. Дж. Томсон, А. С. Бесикович, сэр Артур Эддингтон, Г. Х. Харди, Дж. Е. Литтлвуд, Ф. П. Рэмси и Эбенизер Каннингем были среди его преподавателей. Также его наставником был Алекс Вуд, научный сотрудник колледжа Эммануэль, специалист по акустике и пацифист, кандидат в члены парламента от Лейбористской партии. В личной жизни Эйлин Флоренс Бёррет училась в Кембридже, готовясь стать школьным учителем, когда Чарльз был студентом. Они познакомились на собраниях университетских методистов. В 1941 году он был избран членом Королевского общества Эдинбурга, а в 1950 году – членом Королевского общества Лондона. Среди учеников Колсона в Оксфорде были: Х. Кристофер Лонгуэт-Хиггинс, впоследствии профессор в Кембридже, а затем в Эдинбурге; Джон Мэддокс, который вместе с Коулсоном учился в Королевском колледже Лондона, затем занялся издательским делом и был удостоен рыцарского звания; Рой МакУини, впоследствии профессор в Шеффилде и Пизе; и Уильям Э. (Билл) Моффит, позже преподаватель на химическом факультете Гарвардского университета.

Королевский колледж, Лондон

В 1947 году Колсон принял университетскую кафедру теоретической физики в Королевском колледже в Лондоне. В журнале "Nature" его назвали «одним из ведущих специалистов в Великобритании в области волновой механики квантовой теории». В статье отмечалась широта его научных интересов, охватывавших воздействие радиации на бактерии и теорию жидкостей и растворов, а также молекулярно-орбитальный подход к малым молекулам и ионам, методы приближений, необходимые для изучения больших органических молекул, длины связей в коронене и электропроводности графита, химической реакционной способности, обработку функций распределения импульсов и профилей линий Комптона, и его «заслуженную репутацию доброжелательного и отзывчивого наставника молодых исследователей». Первоначально группе Колсона были выделены помещения на верхнем этаже здания (доступ к которому осуществлялся по шаткой деревянной лестнице) с видом на Strand, что было особенно приятно во время парадов в День лорда-мэра и во время королевских мероприятий. В 1952 году группа переехала в новые помещения в только что созданном физическом факультете, где также располагались группы биофизики и других экспериментальных направлений. Развитие вычислительной техники открывало новые горизонты для теоретиков, а вместе с прогрессом в лабораторных методах, весь факультет переживал интеллектуальный подъем 1950-х годов. В своем отчете об официальном открытии нового физического факультета Морис Уилкинс писал: «теоретическая группа занимается применением волновой и статистической механики, теорией химической связи, вопросами химической реакционной способности, стабильностью кристаллических структур, биологическими свойствами соединений, вызывающих рак, и других молекул, электрическими и магнитными свойствами металлов, свойствами электролитов и коллоидных растворов, включая электрофорез. За последние пять лет было опубликовано более ста статей». Группа Колсона состояла из (1) аспирантов, проводивших исследования в области электронной структуры и теории валентности для получения степени Ph.D. под непосредственным руководством Колсона, (2) студентов, работавших над Ph.D. по статистической термодинамике под руководством Фреда Бута и, позднее, по ядерной физике под руководством Луиса Элтона, а затем доктора Перси, (3) студентов, работавших над получением степени M.Sc. по темам прикладной математики, с последующим продолжением обучения на Ph.D. под руководством другого научного руководителя в математическом факультете, и (4) приглашенных ученых, некоторые из которых занимали высокие академические и промышленные должности. Среди аспирантов, изучавших теорию валентности, были Саймон Дж. Альтманн, Майкл П. Барнетт, Агье Бозман, Питер Дж. Дэвис, Гарри Г. Гринвуд, Питер Хиггс, Джулианна Джейкобс, Роланд Лефевр, Джордж Лестер, Джон Мэддокс, Норман Х. Марч и Роберт Тейлор. Статистической механикой занимались Джеффри В. Честер, Джон Эндерби, Алек Гейнс и Алан Б. Лидиард. Студенты, продолжившие обучение в математическом факультете, включали Годфри Лэнса, Эрика Милнера и Джеффри Сьюэлла. В совокупности они написали около 30 книг в последующие годы. Среди приглашенных ученых, посетивших группу на несколько месяцев, были профессор Инга Фишер Хьяльмарс из Стокгольмского университета, доктор Джон ван дер Ваальс из компании Shell Oil и доктор Юп дер Хир из Амстердамского университета.

In 1947, Coulson accepted a university chair in theoretical physics at King's College, London. A news item in Nature described him as "among the foremost workers in Great Britain on the wave mechanical side of quantum theory". It extolled his breadth of interests that took in the action of radiation on bacteria and the theory of liquids and solutions, besides the molecular orbital treatment of small molecules and ions, the approximation methods needed for large organic molecules for studies of bond lengths in coronene and conductivity of graphite, chemical reactivity, the treatment of momentum distribution functions and Compton line profiles and his "well deserved reputation for his kindly and helpful encouragement of younger research workers." Initially, Coulson's group were assigned offices on the top floor of a building (reached by a rickety wooden staircase) that overlooked the Strand, with considerable benefit when cavalcades paraded by on Lord Mayor's Day and Royal occasions. In 1952, the group moved down to offices in the new Physics Department, interspersed with Biophysics and other experimental groups. With developments in computing opening new vistas for the theoreticians, along with the developments in laboratory methods, the entire department enjoyed the intellectual ferment of the 1950s. In his account of the official opening of the new Physics Department, Maurice Wilkins wrote: "the theoretical group deals with applications of wave mechanics and statistical mechanics the theory of the chemical bond questions of chemical reactivity stability of crystal structures, biological properties of cancer producing compounds and other molecules, electrical and magnetic properties of metals, properties of electrolytes and colloidal solutions, including electrophoresis more than one hundred papers have been published during the past five years." Coulson's group consisted of (1) graduate students who conducted research on electronic structure and valence theory, for a Ph. D. degree directly under Coulson's supervision, (2) students working for a Ph. D. in statistical thermodynamics under the supervision of Fred Booth and, later, in nuclear physics supervised by Louis Elton and then Dr. Percy, (3) students working for an M. Sc. on topics in applied mathematics to be followed by a Ph. D. with another supervisor in the Mathematics Department, and (4) visitors, some of whom held senior academic and industrial appointments. The valence theory Ph. D. students included Simon J. Altmann, Michael P Barnett, Aagje Bozeman, Peter J. Davies, Harry H. Greenwood, Peter Higgs, Julianne Jacobs, Roland Lefebvre, George Lester, John Maddox, Norman H. March, and Robert Taylor. Statistical mechanics was pursued by Geoffrey V. Chester, John Enderby, Alec Gaines and Alan B. Lidiard. The students who went on to the Mathematics Department included Godfrey Lance, Eric Milner and Geoffrey Sewell. Collectively, these wrote nearly 30 books in later years. Visitors who stayed for months included Professor Inga Fischer Hjalmars of the University of Stockholm, Dr. John van der Waals of Shell Oil, and Dr. Joop der Heer from the University of Amsterdam.

Оксфорд после Кингс

В 1952 году Колсон был назначен профессором математики имени Роуза Болла и членом колледжа Уодхэм в Оксфордском университете. Эту должность ранее занимал Э. А. Милн, математик и астрофизик, а после него – Роджер Пенроуз. В своей инаугурационной лекции он сформулировал следующее представление о прикладной математике: «интеллектуальное приключение, сочетающее в себе творческое воображение и подлинные критерии красоты и целесообразности; они объединяются, давая нам понимание природы мира, частью которого являемся мы сами и наши умы». Колсон принимал активное участие в создании Математического института и вскоре стал его директором. На сайте института Колсона описывают как «человека, уместившего в свою жизнь вдвое больше, чем обычный ученый. Он обладал даром ясного изложения и был неутомим в своей работе, не только в науке и математике, но и ради людей, независимо от цвета кожи или возраста». В 1972 году Колсон был назначен на вновь учрежденную должность профессора теоретической химии.

Религиозная и социальная деятельность

Помимо своих научных работ, Колсон был убежденным христианином и служил местным проповедником методистов. Он написал книги «Наука, технологии и христианство» (1953) и «Наука и христианская вера» (1955), в которых интегрировал свои научные и религиозные взгляды. По-видимому, именно Колсон впервые использовал выражение «Бог пробелов». Колсон полагал, что религиозная вера необходима для ответственного применения науки. Он был пацифистом и отказался от военной службы по убеждениям, но в то же время поддерживал развитие ядерной энергетики. Он призывал ученых содействовать улучшению производства продуктов питания в странах третьего мира. С 1965 по 1971 год он был председателем организации Oxfam. Наибольшее религиозное влияние на широкую публику Чарльз оказал благодаря своим выступлениям на BBC. В них, а также в общении с людьми, он проявлял свою религиозность мягко и порой с юмором, например, однажды упомянув в своей инаугурационной лекции в Королевском колледже, что получил письма, адресованные ему как профессору теологической физики.