Введение

Британский астрофизик и математик Эдвард Артур Милн (14 февраля 1896 – 21 сентября 1950) был британским астрофизиком и математиком.

Биография

Милн родился в Халле, Йоркшир, Англия. Он учился в колледже Хаймерса, а затем выиграл открытую стипендию по математике и естественным наукам для обучения в Тринити-колледже Кембриджского университета в 1914 году, набрав рекордное количество баллов на экзамене. В 1916 году он присоединился к группе математиков под руководством А. В. Хилла, работавших в Министерстве боеприпасов над баллистикой зенитной артиллерии; они стали известны как «Бригады Хилла». Позже Милн стал экспертом в области звуковой локализации. В 1917 году он получил звание лейтенанта в Королевском военно-морском добровольческом резерве. Он был членом Тринити-колледжа Кембриджского университета с 1919 по 1925 год, ассистентом директора солнечной физической обсерватории с 1920 по 1924 год, математическим лектором в Тринити с 1924 по 1925 год и университетским лектором по астрофизике с 1922 по 1925 год. С 1924 по 1928 год он был профессором прикладной математики в Университете Виктории в Манчестере, прежде чем был назначен профессором математики имени Роуза Болла и получил стипендию в Уодхэм-колледже Оксфордского университета в 1928 году. Ранние работы Милна были посвящены математической астрофизике. Значительная часть его исследований в 1930-х годах была связана с теорией относительности и космологией. Его более поздние работы, посвященные внутренней структуре звезд, вызвали полемику. Милн был президентом Королевского астрономического общества с 1943 по 1945 год. Во время Второй мировой войны он вновь работал над баллистикой. 26 июня 1928 года Милн женился на Маргарет Скотт Кэмпбелл в Уитингтоне, Манчестер. Кэмпбелл, родом из Дорнока, Сазерленд, Шотландия, была дочерью Хью Фрейзера Кэмпбелла, адвоката из Абердина. Брат Милна, Джеффри, в то время преподававший сельскохозяйственную химию в Лидском университете, был его шафером. Маргарет Скотт Милн умерла 5 октября 1938 года в Оксфорде. Вторым браком он женился на Беатрис Брейворт Ренвик, третьей дочери Уильяма Уэттена Ренвика, 22 июня 1940 года в церкви Святого Андрея в Оксфорде. Уильям Уэттен был племянником американского архитектора Джеймса Ренвика-младшего и спроектировал собор Святых Петра и Павла, римско-католический собор в Индианаполисе, штат Индиана, США. Беатрис Брейворт Милн умерла в Оксфорде 28 августа 1945 года в возрасте 32 лет. Милн умер от сердечного приступа в Дублине, Ирландия, готовясь к чтению лекций. Записи этих лекций можно найти в одной из его последних опубликованных книг: «Современная космология и христианское представление о Боге» (1952).

Исследование звездных атмосфер и структуры

В 1920-х годах большая часть исследований Милна была посвящена звездам, в особенности внешним слоям, известным как звездные атмосферы, которые генерируют излучение, наблюдаемое с Земли. Он рассматривал серую атмосферу – упрощающее приближение, при котором сила поглощения света горячим ионизированным газом одинакова на всех длинах волн. Это позволило предсказать изменение температуры в атмосфере, включая математическое выражение, ныне известное как уравнение Милна. Он также вычислил, как интенсивность света звезды меняется в зависимости от длины волны, основываясь на этой модели. Мильн перешел к рассмотрению более реалистичного случая, когда сила поглощения света газом внутри звезд (выраженная коэффициентом поглощения) действительно зависит от длины волны. Используя упрощающие предположения, он рассчитал, как для Солнца сила поглощения зависит от длины волны. Его результаты в то время не могли быть адекватно объяснены, но впоследствии было показано, что отрицательно заряженные ионы водорода (H−) в значительной степени способствовали этим результатам Милна. С 1932 года он занимался проблемой «расширяющейся Вселенной» и в книге «Относительность, гравитация и структура мира» (1935) предложил альтернативу общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Совместно с МакКреа (1934) он также показал, что 3 модели, лежащие в основе современной космологии и впервые предложенные Фридманом (1922) с использованием общей теории относительности, могут быть выведены и с помощью только ньютоновской механики. Альтернатива Милна общей теории относительности, основанная на кинематике, получила название кинематической теории относительности. Его теория базировалась на специальной, но не на общей теории относительности, и по этой причине была описана как «нерелятивистская космология». Теория Милна встретила сопротивление, но вдохновила сторонников теории стационарной Вселенной.

Относительность, гравитация и структура мира

Основное различие между моделью расширяющейся Вселенной Милна и современной (Эйнштейна) моделью расширяющейся Вселенной заключалось в том, что Милн не исходил априори из предположения об однородном распределении материи во Вселенной. Он также не включал гравитационное взаимодействие в свою модель. Милн утверждал, что в контексте специальной теории относительности Эйнштейна и относительности одновременности, нестатическая Вселенная не может быть однородной. А именно, если Вселенная расширяется, её плотность уменьшается со временем, и если два региона кажутся имеющими одинаковую плотность в один и тот же момент времени для одного наблюдателя, то для другого наблюдателя они могут казаться имеющими разную плотность. Однако, если каждый наблюдатель измеряет свою локальную плотность в согласованный момент собственного времени, то измеренная плотность должна быть одинаковой. В координатах Минковского это постоянное собственное время образует гиперболическую поверхность, бесконечно простирающуюся к световому конусу события творения. Это верно даже при приближении собственного времени к нулю, моменту творения. Вселенная уже бесконечна в момент творения! Таким образом, модель Милна представляет собой сферу с приблизительно однородным распределением материи в пределах нескольких миллиардов световых лет от центра, которое затем возрастает до бесконечной плотности. Можно показать, что эта бесконечная плотность фактически соответствует плотности Вселенной в момент Большого взрыва. Сферическое распределение уникально тем, что оно по существу остаётся неизменным после преобразования Лоренца, за исключением того, что в центре находится другая неподвижная частица. Поскольку это единственное распределение, обладающее этим свойством, оно является единственным, которое может удовлетворять космологическому принципу отсутствия предпочтительной системы отсчёта. Основываясь на этом космологическом принципе, Милн создал модель, которую можно полностью описать в рамках евклидовой геометрии. В 1935 году, используя эту модель, Милн опубликовал прогноз космического микроволнового фона, который, по-видимому, имеет существенно иной характер, чем предсказанный Эддингтоном. Фактически, многие отрывки в книге «Относительность, гравитация и структура мира» посвящены критике предубеждений Эддингтона.

Религиозные взгляды

Милн был христианским теистом. В 1950 году Милн прочитал цикл из десяти лекций о христианстве и космологии в рамках лекций имени Эдварда Кэдбери, приглашение на которые он получил в Бирмингемском университете. Эти лекции были опубликованы в 1952 году в книге «Современная космология и христианское представление о Боге» под редакцией Джеральда Джеймса Уитроу.

Книги Милна

Термодинамика звезд, Берлин: Дж. Спрингер, 1930. Звезды белых карликов, Оксфорд: Clarendon Press, 1932. Относительность, гравитация и структура мира, Оксфорд: Clarendon Press, 1935. Закон обратных квадратов гравитации, Лондон: Харрисон и Сын, 1936. Основные понятия естественной философии, Эдинбург: Оливер и Бойд, 1943. Кинематическая теория относительности; продолжение "Относительность, гравитация и структура мира", Оксфорд: Clarendon Press, 1948. Векторная механика, Нью-Йорк: Interscience Publishers, 1948. Современная космология и христианское представление о Боге, Оксфорд: Clarendon Press, 1952. Сэр Джеймс Джинс: биография, Кембридж: Кембриджский университет, 1952.