Джеймс Дэвид Форбс: Физик, гляциолог и сейсмолог.

Введение

Шотландский физик, гляциолог и сейсмолог (1809–1868)

Джеймс Дэвид Форбс (1809–1868) был шотландским физиком и гляциологом, который много работал в области теплопроводности и сейсмологии. Форбс прожил большую часть своей жизни в Эдинбурге, учился в его университете и был профессором там с 1833 года, пока в 1859 году не стал ректором Объединенного колледжа Сент-Эндрюса.

Жизнь и творчество

Форбс родился 20 апреля 1809 года на улице Джорджа, 86 в Эдинбурге, четвертый сын сэра Уильяма Форбса, 7-го баронета, из Монимуска и Питслиго (1773–1828) и Уильямины Белч из Инвермея. Его братьями были адвокат и агроном сэр Джон Стюарт Хепберн Форбс из Феттеркейна и Питслиго и банкир Чарльз Форбс. В 1825 году он поступил в Эдинбургский университет, а вскоре после этого начал анонимно публиковать статьи в Эдинбургском философском журнале под подписью "Δ". В возрасте девятнадцати лет он стал членом Королевского общества Эдинбурга, а в 1832 году был избран в Королевское общество Лондона. В это время он поддерживал переписку с сэром Дэвидом Брюстером, который поощрял его к проведению оригинальных научных исследований. Год спустя он был назначен профессором естественной философии в Эдинбургском университете на смену сэру Джону Лесли, и на протяжении всего периода пребывания в этой должности, от которой он не отказался до 1860 года, он проявил себя как активный и эффективный преподаватель и внес значительный вклад в улучшение условий в университете. В 1859 году он был назначен преемником Брюстера на должность директора Объединенного колледжа Сент-Эндрюса, которую занимал до своей смерти в Клифтоне в 1868 году. Как научный исследователь он наиболее известен своими исследованиями в области теплоты и ледников. В период с 1836 по 1844 год он опубликовал в "Трудах Королевского общества Эдинбурга" четыре серии работ под названием "Исследования теплоты", в ходе которых продемонстрировал, что турмалин поляризует инфракрасное тепловое излучение при прохождении через пучок тонких пластин слюды, наклоненных к направлению луча, и при отражении от множественных поверхностей стопки пластин слюды, расположенных под углом поляризации, а также его круговую поляризацию при двух внутренних отражениях в ромбах каменной соли. Эта работа принесла ему медаль Рамфорда Королевского общества в 1838 году, а в 1843 году он получил королевскую медаль за статью "Прозрачность атмосферы и законы ослабления солнечных лучей при прохождении через нее". В 1842 году он изобрел сейсмометр с обратным маятником. В 1846 году он начал эксперименты по определению температуры земли на разных глубинах и в различных типах почв в окрестностях Эдинбурга, что позволило определить теплопроводность туфа, песчаника и чистого рыхлого песка. К концу жизни он занимался экспериментальными исследованиями законов теплопроводности в железных стержнях, и его последней работой было установление того, что теплопроводность железа уменьшается с повышением температуры. Его внимание было привлечено к вопросу о движении ледников в 1840 году, когда он встретился с Луи Агассизом на собрании Британской ассоциации в Глазго, и в последующие годы он несколько раз посетил Швейцарию, где был особенно впечатлен теориями Бернхарда Студера, а также Норвегию с целью получения точных данных. Его наблюдения привели его к выводу, что ледник представляет собой несовершенную жидкость или вязкое тело, которое под давлением собственных частей движется вниз по склонам определенного уклона, что привело к спорам с Тиндалем и другими учеными как по вопросу приоритета, так и по научным принципам. Заметным защитником Форбса в этом споре был Джон Раскин, с которым они случайно встретились в 1844 году во время учебной поездки в Альпы. Во время этих экспедиций он провел множество измерений температуры кипения воды на разных высотах. Этот набор данных, опубликованный в 1857 году, часто известен в статистике как данные Форбса, поскольку он демонстрирует, как нелинейную зависимость между зависимой и независимой переменными можно преобразовать в линейную модель, если известны физические свойства наблюдаемого явления. Он также подчеркивает важность анализа остатков при линейной регрессии, поскольку остатки выявляют выброс, который не очевиден при визуальном осмотре исходных данных. Форбс также интересовался геологией и опубликовал работы о термальных источниках Пиренеев, о потухших вулканах Виваре (Ардеш), о геологии холмов Кучуллина и Эйльдона и т.д. Помимо около 150 научных статей, он написал "Путешествия по Альпам Савойи и другим частям Пеннинского хребта, с наблюдениями над явлениями ледников" (1843); "Норвегия и ее ледники" (1853); "Временные статьи по теории ледников" (1859); "Экскурсия по Монблану и Монте-Розе" (1855). Он также является автором (1852) "Диссертации о прогрессе математической и физической науки", опубликованной в восьмом издании "Британской энциклопедии". Река Форбс и ледники Форбса в Новой Зеландии, а также Айгиль Форбс между ледниками де Салейна и дю Тур в массиве Монблан названы в его честь. Джеймс Дэвид Форбс был набожным христианином, что видно из работы "Жизнь и письма Джеймса Дэвида Форбса" (1873), сборника личных писем Форбса, написанного в соавторстве с Джоном Кэмпбеллом Шерпом и студентом Форбса Питером Гатри Тайтом. Он умер 31 декабря 1868 года и похоронен на кладбище Дин в Эдинбурге. Могила отмечена простым, но большим серым гранитным кельтским крестом и находится на южной стороне главной тропинки сразу к западу от круглого знака. Рядом с ним похоронена его жена Алисия Вохоп (1824–1885). Его двоюродными братьями были лидеры Шотландской епископальной церкви Александр Пенароз Форбс и Джордж Хей Форбс. Его сын – ученый Джордж Форбс.

Forbes was born on 20 April 1809 at 86 George Street in Edinburgh, the fourth son of Sir William Forbes, 7th Baronet, of Monymusk and Pitsligo (1773–1828) and Williamina Belches of Invermay. His brothers were the advocate and agriculturalist Sir John Stuart Hepburn Forbes of Fettercairn and Pitsligo and the banker Charles Forbes. He entered the University of Edinburgh in 1825, and soon afterwards began to contribute papers to the Edinburgh Philosophical Journal anonymously under the signature "Δ". At the age of nineteen he became a fellow of the Royal Society of Edinburgh, and in 1832 he was elected to the Royal Society of London. At this time he maintained correspondence with Sir David Brewster, who encouraged him to pursue an original research in science. A year later he was appointed professor of natural philosophy at the University of Edinburgh in succession to Sir John Leslie, and during his tenure of that office, which he did not give up until 1860, he not only proved himself an active and efficient teacher, but also did much to improve the internal conditions of the university. In 1859 he was appointed successor to Brewster in the principalship of the United College of St Andrews, a position which he held until his death at Clifton in 1868. As a scientific investigator he is best known for his researches on heat and on glaciers. Between 1836 and 1844 he published in the Trans. Roy. Soc. Ed. four series of "Researches on Heat," in the course of which he demonstrated that tourmaline would polarise infrared thermal radiation, by transmission through a bundle of thin mica plates inclined to the transmitted ray, and by reflection from the multiplied surfaces of a pile of mica plates placed at the polarising angle, and also its circular polarisation by two internal reflections in rhombs of rock salt. His work won him the Rumford Medal of the Royal Society in 1838, and in 1843 he received its Royal Medal for a paper on the "Transparency of the Atmosphere and the Laws of Extinction of the Sun's Rays passing through it." He invented an inverted pendulum seismometer in 1842. In 1846 he began experiments on the temperature of the earth at different depths and in different soils near Edinburgh, which yielded determinations of the thermal conductivity of trap tufa, sandstone and pure loose sand. Towards the end of his life he was occupied with experimental inquiries into the laws of the conduction of heat in iron bars, and his last piece of work was to show that the thermal conductivity of iron diminishes with increase of temperature. His attention was directed to the question of the flow of glaciers in 1840 when he met Louis Agassiz at the Glasgow meeting of the British Association, and in subsequent years he made several visits to Switzerland, where he was particularly impressed by Bernhard Studer's theories, and also to Norway for the purpose of obtaining accurate data. His observations led him to the view that a glacier is an imperfect fluid or a viscous body which is urged down slopes of a certain inclination by the mutual pressure of its parts, and involved him in some controversy with Tyndall and others both as to priority and to scientific principle. A notable defender of Forbes in this controversy was John Ruskin, the two having first met by coincidence in 1844 during a study tour of the Alps. During these expeditions, he made many measurements of the boiling point of water at various altitudes. This data set, published in 1857, is often known in statistics as Forbes's data, its utility being that:
It illustrates how a curvilinear relationship between a dependent and independent variable can be transformed into a linear model by knowledge of the physical phenomenon observed. It emphasises the importance of residuals analysis in linear regression as the residuals manifest an outlier that is not apparent in a visual inspection of the raw data. Forbes was also interested in geology, and published memoirs on the thermal springs of the Pyrenees, on the extinct volcanoes of the Vivarais (Ardèche), on the geology of the Cuchullin and Eildon hills, etc. In addition to about 150 scientific papers, he wrote Travels through the Alps of Savoy and Other Parts of the Pennine Chain, with Observations on the Phenomena of Glaciers (1843); Norway and its Glaciers (1853); Occasional Papers on the Theory of Glaciers (1859); A Tour of Mont Blanc and Monte Rosa (1855). He was also the author (1852) of the "Dissertation on the Progress of Mathematical and Physical Science," published in the eighth edition of the Encyclopædia Britannica. The Forbes River and Forbes Glaciers in New Zealand are named after him as is Aiguille Forbes between the Glacier de Saleina and the Glacier du Tour in the Mont Blanc massif. James David Forbes was a devout Christian, as can be seen in the work "Life and Letters of James David Forbes" (1873), a compilation of personal letters written by Forbes, co authored by John Campbell Shairp and Forbes's student Peter Guthrie Tait. He died on 31 December 1868 and is buried in Dean Cemetery in Edinburgh. The grave is marked by a simple but large grey granite Celtic cross and lies on the south side of the main path just west of the roundel. His wife, Alicia Wauchope (1824–1885), is buried with him. His cousins were Scottish Episcopal Church leaders Alexander Penrose Forbes and George Hay Forbes. His son was the scientist George Forbes.