Джон Мичелл - John Michell

Для других людей по имени Джон Мичелл см. Джон Мичелл (значения).

Преподобный Джон Мичелл
Родившийся(1724-12-25)25 декабря 1724 г.
Икринг, Ноттингемшир
Умер21 апреля 1793 г.(1793-04-21) (68 лет)
Thornhill, Йоркшир
Национальностьанглийский
Альма-матерКуинс Колледж, Кембридж
ИзвестенПрогнозирование существования черные дыры, сейсмология, производство магниты, масса Земли
Научная карьера
ПоляФизика, геология

Джон Мичелл (/ˈмɪtʃəl/; 25 декабря 1724 - 21 апреля 1793) английский естествоиспытатель и священнослужитель, который предоставил новаторские идеи в широком диапазоне научных областей, включая астрономия, геология, оптика, и гравитация. Считается «одним из величайших невоспетых ученых всех времен»,[1] он был первым известным человеком, который предложил следующие концепции: предположил существование черные дыры; предположил, что землетрясения произошли в (сейсмические волны; объяснил, как изготовить искусственный магнит; и, признавая, что двойные звезды были продуктом взаимного тяготения, он первым применил статистика к изучению космос. Он изобрел прибор для измерения масса Земли. Его называли отцом обоих сейсмология и из магнитометрия.

По словам одного научного журналиста,[2] «Некоторые особенности работы Мичелла действительно звучат так, как будто они взяты со страниц учебника астрономии двадцатого века». В Американское физическое общество (APS) описал Мичелла как «настолько далеко впереди своих научных современников, что его идеи томились в безвестности, пока они не были изобретены заново более века спустя». Общество заявило, что, хотя Мичелл был одним из самых блестящих и оригинальных ученых своего времени, сегодня он остается практически неизвестным, отчасти потому, что он мало что сделал для развития и продвижения своих новаторских идей.[3]

Ранняя жизнь, образование и профессиональные должности

Джон Мичелл родился в 1724 году в Икринг, в Ноттингемшире, сын Гилберта Мичелла, священника, и Послушания Джеррарда. Гилберт был сыном Уильяма Мичелла и Мэри Тейлор. Kenwyn, Корнуолл; Послушание было дочерью Ральфа и Ханны Джеррард из Лондона.[4][страница нужна ] Он получил образование в Куинс Колледж, Кембридж, а позже стал членом Королевы. Он получил свой М.А. степень в 1752 г. и B.D. степень в 1761 г.[5] Он был наставником колледжа с 1751 по 1763 год; Прелектор в арифметике в 1751 году; Цензор в богословии 1752 г .; Прелектор в геометрии в 1753 году; Прелектор по-гречески 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».[6][страница нужна ] С 1762 по 1764 год он держал Вудвардианская кафедра геологии пока он не был вынужден отказаться от этого при женитьбе.[6][страница нужна ]

Портрет Мичелла не сохранился; он, как говорят, был «маленьким невысоким мужчиной черного цвета и толстым».[7][8]

В 1910 г. Сэр Эдмунд Уиттакер заметил, что в течение столетия после Ньютон После смерти Мичелла, «единственным выдающимся естествоиспытателем, который жил и преподавал в Кембридже, был Мичелл», хотя его «исследования, похоже, не привлекли или почти не привлекли внимания его коллеги-современников и преемников, которые молчаливо соглашались, когда его открытия приписывались другим. , и позволил своему 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 королевского астронома.[4][страница нужна ][9]

В 1767 году он был назначен настоятелем Михайловской церкви г. Thornhill, недалеко от Лидса, Йоркшир, Англия, этот пост он занимал всю оставшуюся жизнь. Он проделал большую часть своей важной научной работы в Торнхилле, где и умер 21 апреля 1793 года в возрасте 68 лет. Там он и похоронен.[3][8][10] После давления 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 за магнетизмом 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 удался: игла расплавилась.

Геология и сейсмология

До конца 20 века Мичелл считался важным прежде всего из-за его работ по геологии. Его важнейшее геологическое эссе, написанное после 1755 Лиссабонское землетрясение, была озаглавлена ​​«Предположения о причине и наблюдения за явлениями землетрясений» (Философские труды, li. 1760 г.). 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.[11]

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 из комментаторов, «это содержащаяся в ней информация о том, что теперь известно как« кора Земли »».[6][страница нужна ] Демонстрируя замечательное знание геологических пластов в различных частях Англии и за рубежом,[11] он опирался на свои собственные наблюдения, чтобы углубить понимание осадочной стратиграфии, и был первым, кто определил стратиграфию мезозоя в Великобритании.[11][12]

В 1760 году в результате этой работы он был избран членом Королевского общества.[11]

Письмо 1788 г. Генри Кавендиш указал, что Мичелл продолжал интересоваться геологией через несколько десятилетий после его статьи о землетрясениях.[6][страница нужна ]

Магнетизм

Мичелл изучил магнетизм и открыл «закон обратных квадратов», то есть тот факт, что магнитная сила, действующая на каждый полюс магнита, уменьшается пропорционально квадрату расстояния между ними.[11] 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.[9]

Сила тяжести

Основная статья: Кавендиш эксперимент
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 Кавендиш, который впервые провел в 1798 году эксперимент, ныне известный как Кавендиш Эксперимент. 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 шарикам весом 1 кг. Из этих расчетов он смог дать точную оценку гравитационной постоянной, а также массы и средней плотности Земли. Кавендиш отдал должное Мичеллу за его достижения.[10][11]

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.[13]

Двойные звезды

Мичелл был первым, кто применил новую математику статистики 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 группы звезд составляет примерно одну к полумиллиону. Он пришел к выводу, что звезды в этих двойных или множественных звездных системах могут быть притянуты друг к другу гравитационным притяжением, что является первым свидетельством существования двойных звезд и звездных скоплений.[3][10][11] Его работа над двойными звездами, возможно, повлияла на исследования его друга Гершеля по той же теме.[14]

Черные дыры

Именно Мичелл в статье для Философские труды Лондонского королевского общества, прочитанный 27 ноября 1783 г., впервые высказал идею о существовании таких вещей, как черные дыры, которые он назвал «темными звездами».[15] 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, таким образом, можно было бы определить силу света звезды. масса исходя из снижения скорости. Это понимание, в свою очередь, привело к признанию того, что гравитационное притяжение звезды может быть настолько сильным, что скорость убегания превысит скорость света. Мичелл подсчитал, что это будет происходить 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 какие-либо другие тела несколько меньшего размера, которые не светятся от природы; 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 может дать ключ к некоторым очевидным отклонениям вращающиеся тела, которые было бы 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.[16]

Мичелл предположил, что во Вселенной может быть много «темных звезд», и сегодня астрономы считают, что черные дыры действительно существуют в центрах большинства галактик.[3] 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 Рентгеновские компактные двойные системы.[17]

Идеи Мичелла о гравитации и свете заинтересовали Уильям Гершель, который пытался проверить их с помощью своих мощных телескопов.[15]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, Выставка Système du Monde.[3]

Было написано, что Мичелл настолько опередил свое время в отношении черных дыр, что эта идея «не произвела большого впечатления» на его современников.[3][11] «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 вновь в 1970-х».[3]

Телескопы

Мичелл сконструировал телескопы для себя. Один из них, отражающий телескоп с фокусным расстоянием 10 футов и апертурой 30 дюймов был куплен выдающимся астрономом Уильям Гершель после смерти Мичелла. У этих двух мужчин было много общих интересов, и они по крайней мере дважды обменивались письмами, но только одна запись предполагает, что они когда-либо встречались. Гершель записал, что посетил и увидел телескоп мистера Мичелла в этом районе в 1792 году. Мичелл был уже слабым, а его телескоп был в плохом состоянии. В следующем году Гершель купил телескоп за 30 фунтов стерлингов.[18]

Прочая профессиональная деятельность

Мичелл также написал статью об опросе, 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» 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.[4][страница нужна ]

Совсем недавно Мичелл стал известен своим письмом к Кавендишу, опубликованным в 1784 году, о влиянии силы тяжести на свет. Эта статья была заново открыта 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 космическая скорость был хорошо известен в то время). Такой объект, который он назвал темная звезда, не был бы виден напрямую, но мог бы быть идентифицирован 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 Радиус Шварцшильда в общая теория относительности. Мичелл также предложил использовать призма для измерения того, что сейчас известно как гравитационное красное смещение, гравитационное ослабление звездного света из-за поверхностной силы тяжести источника. Мичелл признал, что некоторые из этих идей в то время не были технически практичными, но написал, что надеется, что они будут полезны будущим поколениям. К тому времени, когда работа Мичелла была заново открыта почти два столетия спустя, эти идеи были изобретены заново другими.

Личная жизнь

Мичелл был человеком «широких религиозных убеждений».[4][страница нужна ] Его современник описал как «маленького невысокого роста с черным лицом и толстым» и «почитал очень изобретательного человека и превосходного философа». За годы работы в Торнхилле он приветствовал посетителей, в том числе Бенджамин Франклин, Джозеф Пристли, Ян Ингенхауз, и Генри Кавендиш (первооткрыватель водорода).[3] Мичелл написал Франклину в 1767 году, описывая свой первый визит в Торнхилл, «место, в которое я вам сказал, что собираюсь переехать».[19]

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.[нужна цитата ] Мичелл также помог Смитону пересмотреть его книгу о Маяк Эддистоун.[нужна цитата ]

Первой женой Мичелла была Сара Уильямсон 1727-1765 гг., Дочь Люка Уильямсона и Саттона Холмса, «молодой женщины со значительным состоянием», на которой он женился в 1764 году и которая, к сожалению, умерла только год спустя, в 1765 году.[6][страница нужна ] 13 февраля 1773 года в Ньюарке, Ноттингемшир, он женился на Энн Брекнок 1736–1805, дочери Мэтью и Энн Брекнок из Ноттингемшира.[4][страница нужна ] 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, [20]

Младший брат Мичелла, Гилберт, был торговцем в Лондоне, который позже жил с Мичеллом в Торнхилле, где оба брата вели активную деятельность в сфере местной недвижимости, покупая много собственности в Западном Райдинге Йоркшира.[4][страница нужна ]

Биографии

Мичелл - тема книги Взвешивая мир: преподобный Джон Мичелл из Торнхилла (2012) Рассела МакКорммача.[21]

Избранные публикации

  • Наблюдения за кометой января 1760 года в Кембридже, Философские труды (1760)
  • Догадки о причине 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 еще необходимо для этой цели. Преподобный Джон Мичелл, BDFRS, в письме Генри Кавендишу, эсквайру FRS и AS ", Философские труды Лондонского королевского общества, Королевское общество, 74: 35–57, Bibcode:1784РСПТ ... 74 ... 35М, Дои:10.1098 / рстл.1784.0008, ISSN  0080-4614, JSTOR  106576

Рекомендации

  1. ^ «Он-лайн: НАУКА И ТЕХНОЛОГИИ». Exnet.com. Получено 6 октября 2014.
  2. ^ Уилкинс, Аласдер (23 декабря 2010 г.). «Забытый гений, открывший черные дыры более 200 лет назад». io9. Gizmodo. Получено 10 апреля 2019.
  3. ^ а б c d е ж грамм час «Этот месяц в истории физики: 27 ноября 1783 г .: Джон Мичелл предсказывает появление черных дыр». APS Physics.
  4. ^ а б c d е ж МакКорммах, Рассел (2012). Взвешивание мира. Springer. ISBN  9789400720220.
  5. ^ «Мичелл, Джон (MCL742J)». База данных выпускников Кембриджа. Кембриджский университет.
  6. ^ а б c d е Гейки, сэр Арчибальд (1918). Воспоминания Джона Мичелла, MA, B.D., F.R.S., сотрудника колледжа Куинса, Кембридж, 1749 г., Вудвардианского профессора геологии в университете 1762 г.. Издательство Кембриджского университета.
  7. ^ Сотер, Стивен; Тайсон, Нил де Грасс, ред. (2000). «Джон Мичелл и Черные дыры (отрывок)». Космические горизонты: астрономия на переднем крае. Новая пресса. Архивировано из оригинал 10 марта 2014 г.
  8. ^ а б Так его описал современный комментатор: «Джон Мичелл, Б.Д. - невысокий мужчина с черным цветом лица и толстый; но, не имея с ним знакомства, мало что может сказать о нем. Я думаю, что он имел заботу Св. Ботольфа в Кембридже, в то время как он продолжал сотрудничать с Королевским колледжем, где его считали очень изобретательным человеком и превосходным философом. Он опубликовал некоторые вещи таким образом в Магнит и Электричество. »Коул MSS XXXIII, 156, Британская библиотека.
  9. ^ а б "Джон Мичелл (1724–93): отец магнитометрии?" (PDF). HEP. Архивировано из оригинал (PDF) 29 мая 2014 г.
  10. ^ а б c «Мичелл». Мессье. Архивировано из оригинал 20 января 2012 г.
  11. ^ а б c d е ж грамм час Эллис, Алан (лето 1999 г.). «Черные дыры - Часть 1 - История» (PDF). Астрономическое общество Эдинбургского журнала. 39: 9. Получено 25 марта 2019.
  12. ^ Геофизик, Том 24, №4, май 2011 г.
  13. ^ Кук, А.Х. (1987), «Эксперименты по гравитации», в Хокинге, С.В. и Израиль, W. (ред.), Триста лет гравитации, Cambridge University Press, стр. 52, ISBN  978-0-521-34312-1
  14. ^ Хайнц, Вульф Д. (1978). Двойные звезды. Дордрехт: Рейдел. п. 4. ISBN  9789027708854. Получено 4 июн 2018.
  15. ^ а б Шаффер, Саймон (1979). «Джон Митчелл и черные дыры». Журнал истории астрономии. 10: 42–43. Bibcode:1979JHA .... 10 ... 42S. Дои:10.1177/002182867901000104. Получено 4 июн 2018.
  16. ^ Мичелл, Джон (1784). «О средствах обнаружения расстояния, величины и т. Д. Неподвижных звезд вследствие уменьшения скорости их света, в случае, если такое уменьшение должно иметь место в любой из них, и таких других данных» Должен быть получен из наблюдений, поскольку это может быть более необходимым для этой цели. Преподобный Джон Мичелл, BDFRS, в письме Генри Кавендишу, эсквайру FRS и AS " Философские труды Лондонского королевского общества. 74: 35–57. Bibcode:1784РСПТ ... 74 ... 35М. Дои:10.1098 / рстл.1784.0008.
  17. ^ Уилкинс, Аласдер (23 декабря 2010 г.). «Забытый гений, открывший черные дыры более 200 лет назад». io9. Получено 10 сентября 2014.
  18. ^ Гейки, Арчибальд (2014). Мемуары Джона Мичелла. Издательство Кембриджского университета. С. 12–18, 95–96. ISBN  9781107623781. Получено 4 июн 2018.
  19. ^ "Бенджамину Франклину от Джона Мичелла, 6 сентября 1767 г.". Founders.archives.gov. Получено 6 октября 2014.
  20. ^ Клерк, А. М. «Мичелл, Джон (1724 / 5–1793), астроном». Оксфордский национальный биографический словарь (онлайн-изд.). Издательство Оксфордского университета. Дои:10.1093 / ссылка: odnb / 18657? DocPos = 1. (Подписка или Членство в публичной библиотеке Великобритании требуется.)
  21. ^ «Взвешивание мира». springer.com. Получено 6 октября 2014.

Источники

внешняя ссылка