Саймон Ньюкомб: Жизнь и научная деятельность

Введение

Канадско-американский полимат (1835–1909)

Саймон Ньюкомб (12 марта 1835 – 11 июля 1909) – канадско-американский астроном, прикладной математик и самоучка-эрудит. Он преподавал математику в Военно-морском флоте США и в Университете Джона Хопкинса. Родился в Новой Шотландии, в 19 лет Ньюкомб оставил учебу подмастерьем, чтобы присоединиться к отцу в Массачусетсе, где тот преподавал. Несмотря на отсутствие систематического образования, он получил степень бакалавра наук в Гарвардском университете в 1858 году. Впоследствии он внес значительный вклад в развитие точного времени, а также в другие области прикладной математики, такие как экономика и статистика. Свободно владея несколькими языками, он также написал и опубликовал ряд научно-популярных книг и научно-фантастический роман.

Ранние годы

Саймон Ньюкомб родился в городе Уоллес, Новая Шотландия. Его родителями были Джон Бёртон Ньюкомб и его жена Эмили Принс. Его отец был странствующим школьным учителем и часто переезжал, чтобы преподавать в разных частях Канады, особенно в Новой Шотландии и на острове Принца Эдуарда. По материнской линии Саймон Ньюкомб был дальним родственником Уильяма Генри Стива, одного из отцов Конфедерации Канады. Их общий предок-иммигрант, Генрих Стиф, эмигрировал из Германии и поселился в Нью-Брансуике около 1760 года. Похоже, что Ньюкомб получил мало систематического образования и обучался у своего отца. В 1851 году он также проходил короткое ученичество у доктора Фошея, шарлатана-травника в Нью-Брансуике. Однако отец дал ему прочную основу для будущих занятий молодого человека. Ньюкомб был учеником доктора Фошея в возрасте 16 лет. Они договорились, что Ньюкомб будет служить учеником пять лет, в течение которых Фошей будет обучать его использованию трав для лечения болезней. Через два года Ньюкомб стал все более несчастным и разочарованным, осознав, что подход Фошея ненаучен, а сам он – шарлатан. Он покинул Фошея и расторг их соглашение. Он прошел 193 километра пешком до порта Кале, штат Мэн. Там он встретил капитана корабля, который согласился доставить его в Салем, штат Массачусетс, где его отец устроился на работу учителем. Около 1854 года Ньюкомб присоединился к отцу в Салеме, и они вместе отправились в Мэриленд. Ньюкомб преподавал в Мэриленде два года, с 1854 по 1856 год: первый год – в сельской школе в Масси Крос Роудс, округ Кент, а затем год – неподалеку, в Садлерсвилле, округ королевы Анны. Обе школы находились в преимущественно сельской местности Восточного побережья. В свободное время Ньюкомб изучал различные предметы, такие как политическая экономия и религия, но наиболее углубленно занимался математикой и астрономией. В частности, в этот период он прочитал «Математические начала натуральной философии» Исаака Ньютона (1687). В 1856 году Ньюкомб получил должность частного репетитора недалеко от Вашингтона, округ Колумбия. Он часто ездил в город, чтобы изучать математику в его библиотеках. Он взял в библиотеке Смитсоновского института копию перевода «Трактата о небесной механике» Пьера Симона Лапласа, выполненного Натаниэлем Боудичем, но обнаружил, что математика ему пока не под силу. Ньюкомб самостоятельно изучал математику и физику. Некоторое время он зарабатывал на жизнь преподаванием, прежде чем в 1857 году устроиться вычислителем (должностным лицом, ответственным за вычисления) в Морском альманахе в Кембридже, штат Массачусетс. Примерно в то же время он поступил в научную школу Лоуренса при Гарвардском университете и окончил ее со степенью бакалавра наук в 1858 году. Биограф Ньюкомба Брент в своей книге 1993 года утверждал, что молодой человек невзлюбил сына Пирса, Чарльза Сандерса Пирса, и был обвинен в «успешном разрушении» карьеры К. С. Пирса. В частности, Дэниел Койт Гилман, президент Университета Джона Хопкинса, якобы собирался предоставить К. С. Пирсу бессрочную должность, прежде чем Ньюкомб тайно вмешался, чтобы отговорить его. Брент утверждает, что примерно через 20 лет Ньюкомб аналогичным образом повлиял на попечителей Карнеги, чтобы они отказали К. С. Пирсу в гранте Карнеги. Это помешало Пирсу опубликовать труд всей своей жизни. Грант поддерживали Эндрю Карнеги, Теодор Рузвельт, Уильям Джеймс и другие, которые писали в его поддержку. Считается, что мотивация Ньюкомба заключалась в том, что, несмотря на его «несомненный ум», «как Сальери в "Амадее" Питера Шаффера, у него также было достаточно таланта, чтобы осознать, что он не гений, и достаточно мелочности, чтобы завидовать тому, кто был им». Кроме того, будучи «искренне верующим и буквально воспринимающим христианином со строгими моральными принципами», он был возмущен тем, что считал личными недостатками Пирса, и ему было невыносимо, что он зависел от покровительства отца человека, которого он презирал.

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.

Карьера в астрономии

В преддверии Гражданской войны в США многие сотрудники ВМС США, родом из южных штатов, покинули службу. В 1861 году Ньюкомб воспользовался появившейся вакансией и был принят на должность профессора математики и астронома в Морскую обсерваторию Соединенных Штатов в Вашингтоне, округ Колумбия. Ньюкомб приступил к работе над измерением положения планет для помощи в навигации, проявляя все больший интерес к теориям движения планет. Вместе с А. М. В. Даунингом Ньюкомб разработал план по разрешению значительной международной путаницы в отношении астрономических констант. К моменту его участия в конференции по стандартизации в Париже, Франция, в мае 1896 года, международное сообщество пришло к согласию, что все эфемериды должны основываться на расчетах Ньюкомба: «Таблицы Солнца» Ньюкомба. Вплоть до 1950 года на другой конференции константы Ньюкомба были подтверждены в качестве международного стандарта. Родителями Мэри Кэролайн Хаслер были хирург ВМС США доктор Чарльз Август Хаслер и его жена. Ее отцом был Фердинанд Хаслер, первый суперинтендант Береговой службы. Ньюкомб умер в Вашингтоне 11 июля 1909 года от рака мочевого пузыря. Он был похоронен с воинскими почестями на Арлингтонском национальном кладбище в присутствии президента Уильяма Говарда Тафта. Дочь Ньюкомба, Анна Жозефа, училась в Лиге студентов-художников в Нью-Йорке. Она активно участвовала в движении за избирательное право женщин. В 1912 году она организовала первое собрание в Корнуолле в поддержку избирательных прав женщин.

Скорость света

В 1878 году Ньюкомб начал планировать новое и точное измерение скорости света. Он считал, что это необходимо для уточнения значений многих астрономических констант. Он уже начал разрабатывать усовершенствование метода Леона Фуко, когда получил письмо от Альберта Абрахама Микельсона, молодого офицера военно-морского флота и физика, который также планировал подобное измерение. Так началось долгое сотрудничество и дружба. В 1880 году Микельсон помогал Ньюкомбу при первых измерениях с использованием приборов, размещенных в Форт-Майер и Военно-морской обсерватории Соединенных Штатов, которая в то время находилась недалеко от реки Потомак. К тому времени, как Ньюкомб организовал второй цикл измерений между обсерваторией и Монументом Вашингтона, Микельсон ушел, чтобы заняться собственным проектом. Хотя Микельсон опубликовал свои первые результаты в 1880 году, измерение Ньюкомба существенно отличалось. В 1883 году Микельсон пересмотрел свои результаты, приведя их к значению, более близкому к результатам Ньюкомба.

Чендлерское колебание

В 1891 году, спустя несколько месяцев после открытия Сетом Карло Чендлером 14-месячной вариации широты, ныне известной как колебание Чендлера, Ньюкомб объяснил кажущееся противоречие между наблюдаемым движением и предсказанным периодом этого колебания. Теория основывалась на модели идеально жесткого тела, однако Земля обладает некоторой эластичностью. Ньюкомб использовал наблюдения за вариациями широты для оценки эластичности Земли и пришел к выводу, что она немного жестче стали.

Другая работа

Ньюкомб был самоучкой и разносторонним ученым. Он писал по экономике, а его труд «Принципы политической экономии» (1885) Джон Мейнард Кейнс описал как «одно из тех оригинальных произведений, которые свежий научный ум, не искаженный чрезмерным чтением общепринятых теорий, способен создавать время от времени в такой не до конца сформировавшейся области, как экономика». Ирвинг Фишер приписывал Ньюкомбу первое известное формулирование уравнения обмена между деньгами и товарами, используемого в количественной теории денег. Он владел французским, немецким, итальянским и шведским языками, был активным альпинистом и много читал. Кроме того, он написал ряд научно-популярных книг и научно-фантастический роман «Его мудрость – защитник» (1900).

О состоянии астрономии

В 1888 году Саймон Ньюкомб писал: "Мы, вероятно, приближаемся к пределу всего, что мы можем узнать об астрономии". В 1900 году его "Элементы астрономии" были опубликованы Американской книжной компанией. Однако к 1903 году его взгляды изменились. В статье в журнале "Science" он писал: "Перед нами простирается безграничное поле, существование которого едва ли подозревалось десять лет назад, исследование которого вполне может поглотить деятельность наших физических лабораторий, а также огромного числа астрономических наблюдателей и исследователей на столько поколений, сколько потребовалось для развития электронауки до ее нынешнего уровня".

О невозможности летающей машины

Ньюкомб, как известно, считал невозможным построить "летающую машину". Он начинает статью под названием "Возможен ли воздушный корабль?" со следующего замечания: "Это зависит, прежде всего, от того, сможем ли мы сделать необходимые научные открытия". Он заканчивает словами: "Для создания воздушного судна, способного перевозить даже одного человека с места на место по желанию, необходимо открытие нового металла или новой силы". В выпуске журнала "The Independent" от 22 октября 1903 года Ньюкомб сделал известное замечание: "Не приведет ли это к тому, что наши механики в конечном итоге будут вынуждены признать, что воздушный полет – одна из тех великих задач, с которыми человек никогда не сможет справиться, и откажутся от всех попыток ее решения?". Он предположил, что даже если человек и взлетит, он не сможет остановиться. "Как только он снизит скорость, он начнет падать. Как только он остановится, он упадет как мертвое тело". У Ньюкомба не было представления об аэродинамическом профиле. Его "самолет" представлял собой наклонную "тонкую плоскую доску". Поэтому он пришел к выводу, что он никогда не сможет поднять вес человека. Ньюкомб особенно критиковал работы Сэмюэля Пирпонта Лэнгли, который утверждал, что может построить летающую машину, работающую на паровом двигателе, но его первые попытки полета потерпели публичный провал. Однако в 1903 году Ньюкомб также говорил: "Вполне вероятно, что 20-й век станет свидетелем открытия природных сил, которые позволят нам летать с континента на континент со скоростью, значительно превышающей скорость птицы. Но если мы спросим, возможен ли воздушный полет в нынешнем состоянии наших знаний; можно ли из имеющихся у нас материалов – комбинации стали, ткани и проволоки – создать аппарат, приводимый в движение электричеством или паром, который станет успешной летающей машиной, то перспективы могут оказаться совершенно иными". Ньюкомб не знал об усилиях братьев Райт, чьи работы проводились в относительной тайне (Сантос-Дюмон совершил свой первый полет на 14-bis в Париже только в 1906 году) и, по-видимому, не был знаком с более высоким отношением мощности к весу двигателя внутреннего сгорания. Когда Ньюкомб узнал о полете братьев Райт в 1908 году, он быстро признал его. Ньюкомб отдавал предпочтение разработке летательных аппаратов с вращающимися крыльями (вертолетов) и дирижаблей, которые могли бы парить в воздухе (цеппелинов). В течение нескольких десятилетий цеппелины регулярно перевозили пассажиров между Европой и Соединенными Штатами, а "Граф Цеппелин" совершил кругосветное путешествие.

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.

Психические исследования

Ньюкомб был первым президентом Американского общества психических исследований. Хотя он скептически относился к экстрасенсорному восприятию и предполагаемым паранормальным явлениям, он считал эту область достойной изучения. К 1889 году его исследования не дали положительных результатов, и его скептицизм усилился. Биограф Альберт Э. Мойер отметил, что Ньюкомб "убедил и надеялся убедить других в том, что, с методологической точки зрения, исследования в области психики – это научный тупик".