Джон Мичелл - John Michell

Чтобы узнать о других людях по имени Джон Мичелл, см. Джон Мичелл (значения) .

Джон Мичелл
Родился ( 1724-12-25 )25 декабря 1724 г.
Икринг , Ноттингемшир , Англия
Умер 21 апреля 1793 г. (1793-04-21)(68 лет)
Торнхилл , Йоркшир , Англия
Национальность английский
Альма-матер Куинс-колледж , Кембридж
Известен Предсказание существования черных дыр , сейсмология , производство магнитов , масса Земли.
Супруг (а)
Сара Уильямсон
​
​
( м.  1764; умер 1765)​

Энн Брекнок
​
( м.  1773 )​
Научная карьера
Поля Физика , геология

Джон Мичелл ( / м ɪ tʃ əl / ; 25 декабря 1724 - 21 апреля 1793) был английский естествоиспытатель и священнослужитель , который при условии , пионерской идеи в широкий спектр научных областей , включая астрономию , геологию , оптику и гравитацию . Считающийся «одним из величайших невоспетых ученых всех времен», он является первым человеком, который предположил существование черных дыр , и первым, кто предположил, что землетрясения распространяются (сейсмическими) волнами . Признавая, что двойные звезды были продуктом взаимного тяготения, он первым применил статистику к изучению космоса . Он изобрел прибор для измерения массы Земли и объяснил, как изготовить искусственный магнит. Его называют отцом сейсмологии и магнитометрии .

По словам одного научного журналиста, «некоторые особенности работы Мичелла действительно кажутся вырванными со страниц учебника астрономии двадцатого века». Американского физического общества (APS) описал Мичелл как « до сих пор впереди его научных современников , что его идеи томился в безвестности, пока они не были заново изобретены более века спустя». Общество заявило, что, хотя «он был одним из самых блестящих и оригинальных ученых своего времени, Мичелл остается практически неизвестным сегодня, отчасти потому, что он мало что сделал для развития и продвижения своих новаторских идей».

Ранняя жизнь, образование и профессиональные должности

Джон Мичелл родился в 1724 году в Икринге , в Ноттингемшире, в семье Гилберта Мичелла, священника и Повиновения Джеррарда. Гилберт был сыном Уильяма Мичелла и Мэри Тейлор из Кенвина , Корнуолл; Послушание было дочерью Ральфа и Ханны Джеррард из Лондона. Он получил образование в Куинс-колледже в Кембридже , а затем стал членом Куинса. Он получил магистра степень в 1752 году, и его BD степень в 1761. Он был преподавателем колледжа с 1751 до 1763; Прелектор в арифметике в 1751 году; Цензор в богословии 1752 г .; Прелектор в геометрии в 1753 году; Praelector на греческом языке в 1755 и 1759 годах; Старший Бурсар в 1756 году; Прелектор на иврите в 1759 и 1762 годах; Цензор по философии и экзаменатор в 1760 году. «Он был назначен ректором церкви Святого Ботольфа в Кембридже 28 марта 1760 года и прожил до июня 1763 года». С 1762 по 1764 год он занимал кафедру геологии Вудварда, пока не был вынужден отказаться от нее после женитьбы.

Нет ни одного сохранившегося портрета Мичелла; говорят, что он был «невысоким мужчиной с черным цветом лица и толстым».

В 1910 году сэр Эдмунд Уиттакер заметил, что в течение столетия после смерти Исаака Ньютона «единственным выдающимся естествоиспытателем, который жил и преподавал в Кембридже, был Мичелл», хотя его «исследования, похоже, не привлекли к себе внимания среди его коллег. современники и преемники, которые молча соглашались, когда его открытия приписывались другим, и позволили его имени полностью исчезнуть из кембриджской традиции ». Мичелл занял канцелярские должности в Комптоне, а затем в Хаванте, оба в Хэмпшире. В этот период он безуспешно добивался должности в Кембридже и в качестве королевского астронома .

В 1767 году он был назначен ректором церкви Святого Михаила в Торнхилле , недалеко от Лидса, Йоркшир, Англия, и занимал этот пост до конца своей жизни. Он провел большую часть своей важной научной работы в Торнхилле, где он умер 21 апреля 1793 года в возрасте 68 лет. Он похоронен там. Под давлением местных жителей на стене церкви была установлена ​​синяя мемориальная доска в память о нем.

Научная работа

В 1750 году Мичелл опубликовал в Кембридже труд на восьмидесяти страницах под названием «Трактат об искусственных магнитах», в котором он представил простой и быстрый метод производства магнитов, превосходящих лучшие природные магниты. Помимо описания метода намагничивания, который до сих пор носит его имя, эта работа содержит множество точных наблюдений о магнетизме и дает ясное изложение природы магнитной индукции.

В какой-то момент Мичелл попытался измерить радиационное давление света, сфокусировав солнечный свет на одной стороне стрелки компаса. Эксперимент не увенчался успехом: игла расплавилась.

Геология и сейсмология

До конца 20-го века Мичелл считался важным прежде всего из-за его работ по геологии. Его самое важное геологическое эссе, написанное после землетрясения в Лиссабоне 1755 года , было озаглавлено «Догадки относительно причины землетрясений и наблюдения за явлениями землетрясений» ( Philosophical Transactions , li. 1760). В этой статье он представил идею о том, что землетрясения распространяются как волны по Земле и что они связаны с смещениями в геологических пластах, которые теперь известны как разломы . Он смог оценить как эпицентр, так и очаг Лиссабонского землетрясения, а также, возможно, был первым, кто предположил, что цунами вызвано подводным землетрясением.

Эссе Мичелла не только дает представление о землетрясениях, но и в более широком смысле представляет собой прогресс в понимании геологии земной коры. Он признал, что Земля состоит «из регулярных и однородных слоев», некоторые из которых были прерваны потрясениями. "Самая важная часть статьи Мичелла о землетрясении", по мнению одного комментатора, "- это описание того, что сейчас известно как" земная кора ". части Англии и за рубежом, он опирался на свои собственные наблюдения, чтобы продвинуть понимание осадочной стратиграфии, и был первым, кто определил стратиграфию мезозоя в Великобритании.

В 1760 году в результате этой работы он был избран членом Королевского общества.

В письме Генри Кавендишу 1788 года указывалось, что Мичелл продолжал интересоваться геологией через несколько десятилетий после его статьи о землетрясениях.

Магнетизм

Мичелл изучил магнетизм и открыл «закон обратных квадратов», согласно которому магнитная сила, действующая на каждый полюс магнита, уменьшается пропорционально квадрату расстояния между ними. Его статья 1750 года «Трактат об искусственных магнитах», написанная для моряков и изготовителей инструментов и предназначенная как практическое руководство по изготовлению магнитов, включала список «Свойства магнитных тел», которые представляли собой важный вклад в понимание магнетизма.

Сила тяжести

Основная статья: эксперимент Кавендиша
Торсионные весы Мичелла, использованные в эксперименте Кавендиша

Мичелл изобрел торсионные весы для измерения массы Земли, но умер прежде, чем смог их использовать. Его инструмент перешел в руки его давнего друга Генри Кавендиша , который впервые провел в 1798 году эксперимент, ныне известный как Эксперимент Кавендиша . Поместив два свинцовых шарика весом 1 кг на концах шестифутового стержня, он подвесил стержень горизонтально с помощью волокна, прикрепленного к его центру. Затем он поместил массивный свинцовый шар рядом с каждым из маленьких, вызывая гравитационное притяжение, заставляющее стержень вращаться по часовой стрелке. Измеряя движение стержня, Кавендиш смог вычислить силу, прилагаемую каждым из больших шариков к 1-килограммовым шарикам. Из этих расчетов он смог дать точную оценку гравитационной постоянной, а также массы и средней плотности Земли. Кавендиш отдал должное Мичеллу за его достижения.

В 1987 году исследователь гравитации А. Х. Кук писал:

Самым важным достижением в экспериментах по гравитации и другим тонким измерениям было введение Мичеллом торсионных весов и их использование Кавендишем. С тех пор он был основой всех самых значительных экспериментов по гравитации.

Двойные звезды

Мичелл был первым, кто применил новую математическую статистику к изучению звезд, и продемонстрировал в статье 1767 года, что гораздо больше звезд встречается в парах или группах, чем может объяснить совершенно случайное распределение. Он сосредоточил свое исследование на скоплении Плеяд и подсчитал, что вероятность обнаружения такой тесной группировки звезд составляет примерно одну из полумиллиона. Он пришел к выводу, что звезды в этих двойных или множественных звездных системах могут быть притянуты друг к другу гравитационным притяжением, что является первым доказательством существования двойных звезд и звездных скоплений. Его работа над двойными звездами, возможно, повлияла на исследования его друга Уильяма Гершеля по той же теме.

Черные дыры

Именно Мичелл в статье для « Философских трудов Лондонского королевского общества» , прочитанной 27 ноября 1783 года, впервые высказал идею о существовании таких вещей, как черные дыры , которые он назвал «темными звездами». Приняв корпускулярную теорию света Ньютона, которая постулировала, что свет состоит из крошечных частиц, он рассуждал, что такие частицы, когда они излучаются звездой, будут замедляться ее гравитационным притяжением, и подумал, что, следовательно, можно было бы определить звезду. масса в расчете на снижение скорости. Это понимание, в свою очередь, привело к признанию того, что гравитационное притяжение звезды может быть настолько сильным, что убегающая скорость превысит скорость света. Мичелл подсчитал, что так будет со звездой, размер которой более чем в 500 раз превышает размер Солнца. Поскольку свет не может уйти от такой звезды, она будет невидимой. По его собственным словам:

Если в природе действительно существуют какие-либо тела, плотность которых не меньше плотности Солнца, а диаметр более чем в 500 раз превышает диаметр Солнца, поскольку их свет не может достигать нас; или если должны существовать другие тела несколько меньшего размера, которые не светятся естественным образом; о существовании тел при любом из этих обстоятельств мы не могли получить никакой информации из поля зрения; тем не менее, если какие-либо другие светящиеся тела будут вращаться вокруг них, мы все же можем, возможно, на основании движений этих вращающихся тел с некоторой степенью вероятности сделать вывод о существовании центральных, поскольку это могло бы дать ключ к разгадке некоторых очевидных нерегулярностей. вращающиеся тела, которые нелегко объяснить любой другой гипотезой; но поскольку последствия такого предположения очень очевидны, а их рассмотрение несколько выходит за рамки моей нынешней цели, я не буду преследовать их дальше.

-  Джон Мичелл, 1784 г.

Мичелл предположил, что во Вселенной может быть много «темных звезд», и сегодня астрономы считают, что черные дыры действительно существуют в центрах большинства галактик. Точно так же Мичелл предположил, что астрономы могут обнаруживать «темные звезды», ища звездные системы, которые ведут себя гравитационно, как две звезды, но где можно увидеть только одну звезду. Мичелл утверждал, что это укажет на присутствие «темной звезды». Это было чрезвычайно точное предсказание. Все десятки кандидатов в звездные черные дыры в нашей галактике (Млечный Путь) находятся в рентгеновских компактных двойных системах .

Идеи Мичелла о гравитации и свете заинтересовали Уильяма Гершеля, который попытался проверить их с помощью своих мощных телескопов. Через несколько лет после того, как Мичелл придумал концепцию черных дыр, французский математик Пьер-Симон Лаплас предложил, по сути, ту же идею в своей книге 1796 года Exposition du Système du Monde .

Было написано, что Мичелл настолько опередил свое время в отношении черных дыр, что эта идея «не произвела большого впечатления» на его современников. «Он умер в тихой безвестности», - заявляет Американское физическое общество, «и его представление о« темной звезде »было забыто до тех пор, пока его труды не всплыли в 1970-х».

Телескопы

Мичелл сконструировал телескопы для себя. Один из них, телескоп-рефлектор с фокусным расстоянием 10 футов и апертурой 30 дюймов, был куплен выдающимся астрономом Уильямом Гершелем после смерти Мичелла. У этих двух мужчин было много общих интересов, и они по крайней мере дважды обменивались письмами, но только одна запись свидетельствует о том, что они когда-либо встречались. Гершель записал, что посетил и увидел телескоп Мичелла в этом районе в 1792 году; Мичелл был уже немощным, а его телескоп пришел в негодность. В следующем году Гершель купил телескоп за 30 фунтов стерлингов.

Прочая профессиональная деятельность

Мичелл также написал статью об исследовании, которую его биограф назвал «элегантной» в теории. Мичелл был избран членом Королевского общества. Впервые он был приглашен на собрания Королевского общества в 1751 году в качестве гостя сэра Джорджа Сэвила, который стал его покровителем. Позже он посещал собрания «от одного до четырех раз в год», находясь в Кембридже. Его доклад о причине землетрясений был зачитан перед началом работы Общества 28 февраля 1760 года, в результате чего Сэвил и другой член рекомендовали Мичеллу присоединиться к Обществу. Он был избран членом 12 июня 1760 г.

Мичелл следил за своей работой в сейсмологии с работой в астрономии, и после публикации своих открытий в 1767 году он работал в астрономическом комитете Королевского общества.

Совсем недавно Мичелл стал известен своим письмом к Кавендишу, опубликованным в 1784 году, о влиянии силы тяжести на свет. Эта статья была переоткрыта в 1970-х годах и теперь признана предвосхищающей несколько астрономических идей, которые считались инновациями 20-го века. Сейчас Мичеллу приписывают то, что он первым изучил случай с небесным объектом, достаточно массивным, чтобы предотвратить утечку света (концепция космической скорости была хорошо известна в то время). Такой объект, который он назвал темной звездой , не был бы виден напрямую, но его можно было бы идентифицировать по движениям звезды-компаньона, если бы она была частью двойной системы. Классический минимальный радиус выхода, предполагающий, что свет ведет себя как частицы материи, численно равен радиусу Шварцшильда в общей теории относительности . Мичелл также предложил использовать призму для измерения так называемого гравитационного красного смещения , гравитационного ослабления звездного света из-за поверхностной силы тяжести источника. Мичелл признал, что некоторые из этих идей не были технически практичными в то время, но написал, что он надеется, что они будут полезны для будущих поколений. К тому времени, когда работа Мичелла была заново открыта почти два столетия спустя, эти идеи были заново изобретены другими.

Личная жизнь

Мичелл был человеком «широких религиозных убеждений». Его современник описывал как «маленького невысокого роста с черным лицом и толстым» и «считался очень изобретательным человеком и превосходным философом». За годы работы в Торнхилле он приветствовал посетителей, включая Бенджамина Франклина , Джозефа Пристли , Яна Ингенхауса и Генри Кавендиша (первооткрывателя водорода). Мичелл написал Франклину в 1767 году, описывая свой первый визит в Торнхилл, «место, в которое я вам сказал, что собираюсь переехать».

Пристли какое-то время жил в соседнем Бирстолле. Впервые Пристли и Ингенхауз встретились в доме приходского священника Мичелла напротив церкви. На той же встрече Джон Смитон был представлен Бенджамину Франклину, и вместе они осмотрели канал, который Смитон только что закончил строить поблизости. Мичелл также помог Смитону пересмотреть его книгу о маяке Эддистоун .

Первой женой Мичелла была Сара Уильямсон (1727–1765), дочь Люка Уильямсона и Саттона Холмса, «молодой леди со значительным состоянием», на которой он женился в 1764 году и которая, к сожалению, умерла только год спустя, в 1765 году. 13 февраля 1773 года. в Ньюарке, Ноттингемшир, он женился на Энн Брекнок (1736–1805), дочери Мэтью и Энн Брекнок из Ноттингемшира. У них был один ребенок, Мэри, которая вышла замуж за сэра Томаса Тертона из Лидса, сына Уильяма Тертона эсквайра. Кингстон Лайл, Беркшир, и Джейн Кларк из Хертфорда, Хартфордшир.

Младший брат Мичелла, Гилберт, был торговцем в Лондоне, который позже жил с Мичеллом в Торнхилле, где два брата активно занимались местной недвижимостью, покупая много собственности в Западном Райдинге Йоркшира.

Биографии

Мичелл является предметом книги Рассела МакКорммача « Взвешивая мир: преподобный Джон Мичелл из Торнхилла» (2012).

Избранные публикации

  • Наблюдения за кометой января 1760 года в Кембридже , Philosophical Transactions (1760)
  • Догадки относительно причины землетрясений и наблюдения за явлениями землетрясений , там же. (1760)
  • Рекомендация квадранта Хэдли для геодезии , там же. (1765)
  • Предложение метода измерения градусов долготы на параллелях экватора , там же. (1766)
  • Исследование вероятного параллакса и величины неподвижных звезд , там же. (1767)
  • О мерцании неподвижных звезд , там же. (1767)
  • Мичелл, Джон (27 ноября 1783 г.), «О средствах обнаружения расстояния, величины и т. Д. Неподвижных звезд вследствие уменьшения скорости их света, если такое уменьшение должно быть обнаружено. в любом из них, и такие другие данные должны быть получены из наблюдений, если это будет более необходимо для этой цели. Преподобный Джон Мичелл, BDFRS в письме Генри Кавендишу, эсквайру FRS и AS ", Philosophical Transactions of the Лондонского королевского общества , Королевского общества, 74 : 35-57, Bibcode : 1784RSPT ... 74 ... 35М , DOI : 10.1098 / rstl.1784.0008 , ISSN  0080-4614 , JSTOR  106576

использованная литература

Источники

внешние ссылки