Джон Джеймс Уотерстон - John James Waterston

Джон Джеймс Уотерстон

Джон Джеймс Уотерстон (1811-18 июня 1883) был шотландским физиком и забытым пионером кинетической теории газов .

Ранний период жизни

Отец Уотерстона, Джордж, был эдинбургским производителем сургучей и канцелярских товаров, родственником семьи Сандеманов Роберта и его брата Джорджа. Джон родился шестым из девяти детей в семье, которая интересовалась литературой, наукой и музыкой. Он получил образование в средней школе Эдинбурга, а затем поступил в ученики на инженера-строителя у господ Грейнджера и Миллера. Его работодатели поощряли его посещать лекции в Эдинбургском университете . Он изучал математику и физику у сэра Джона Лесли, а также посещал лекции по химии , анатомии и хирургии и стал активным участником студенческого литературного общества.

В девятнадцать лет Уотерстон опубликовал статью, в которой предлагал механическое объяснение гравитации , объясняя действие на расстоянии в терминах сталкивающихся частиц и обсуждая взаимодействия между линейным и вращательным движением, которые сыграли роль в его более поздней кинетической теории.

В возрасте 21 года Уотерстон переехал в Лондон, где работал геодезистом на железных дорогах , стал сотрудником Института инженеров-строителей и опубликовал статью о графическом методе планирования земляных работ . Путешествие и сбои, связанные с его геодезической работой, оставили Уотерстону мало времени для продолжения учебы, поэтому он присоединился к гидрографическому отделу Адмиралтейства под руководством Фрэнсиса Бофорта . Именно Бофорт в 1839 году поддержал Уотерстона на должности военно-морского инструктора для курсантов Ост-Индской компании в Бомбее . Публикация сработала для Уотерстона, который смог продолжить чтение и исследования в библиотеке Грант-колледжа .

Кинетическая теория

Находясь в Индии , он впервые разработал свою кинетическую теорию независимо от более ранних и столь же игнорируемых частичных отчетов Даниэля Бернулли и Джона Герапата . Он опубликовал ее за свой счет в своей книге « Мысли о психических функциях» (1843 г.). Он правильно вывел все следствия из предпосылки, что давление газа является функцией числа молекул в единице объема , N ; молекулярная масса , М ; и молекулярная среднеквадратичная скорость , . Он установил отношения: ${\ displaystyle {\ bar {v ^ {2}}}}$

{\ displaystyle P = NM {\ bar {v ^ {2}}}}

.

Его побудили подумать о волновой теории тепла по аналогии с волновой теорией света и некоторыми экспериментами Джеймса Форбса и Македонио Меллони по лучистому теплу . Его заявление о том, что ... в смешанных средах средняя квадратичная скорость молекул обратно пропорциональна удельному весу молекул , было воспринято как первое утверждение теоремы о равнораспределении для поступательного движения. Уотерстон понял, что, хотя кинетическая энергия отдельной молекулы со скоростью равна , тепловая энергия пропорциональна температуре . Это понимание привело его к выводу закона идеального газа : ${\ displaystyle v}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {2}} мв ^ {2}}$ ${\ displaystyle T}$

{\ displaystyle {\ frac {PV} {T}} = {\ mbox {константа}}}

.

Публикация произвела небольшое влияние, возможно, из-за названия. Под покровительством Бофорта он представил свою теорию Королевскому обществу в 1845 году, но был отклонен. Рефери сэр Джон Уильям Лаббок написал: «Газета - не что иное, как ерунда».

Не имея возможности получить копию своей статьи (он не смог сделать копию для себя перед отправкой статьи в Королевское общество), он переписал работу и попытался рекламировать ее в другом месте, привлекая мало внимания, кроме Уильяма Джона Маккуорна Ранкина и Герман фон Гельмгольц, через которого это могло повлиять на Августа Крёнига . Теория получила признание только тогда, когда она была предложена Рудольфом Клаузиусом и Джеймсом Клерком Максвеллом в 1850-х годах, когда вклад Уотерстона был забыт.

Более поздняя жизнь

Он вернулся в Эдинбург в 1857 году, чтобы преследовать свои собственные новые физические идеи, но встретил упорное пренебрежение и разочарование со стороны научного истеблишмента. Пренебрежение усугублялось его собственной растущей замкнутостью и враждебностью к ученым обществам. Он занимался акустикой , астрономией , механикой жидкости и термодинамикой .

Он покинул свой дом в Эдинбурге 18 июня и утонул в близлежащем канале, возможно, упав в канал из-за теплового стресса, вызванного его астрономическими наблюдениями.

Признание после смерти

Как обсуждалось выше, статья Уотерстона, представленная Королевскому обществу, была отклонена. Через несколько лет после смерти Уотерстона лорду Рэли (в то время секретарю Королевского общества) удалось выкопать его из архивов Королевского общества. Наконец, статья Уотерстона была опубликована в Philosophical Transactions of the Royal Society в 1892 году (см. Ниже).

Рэйли считал случай Уотерстона не отклонением от нормы, а нормой:

"История статьи [Уотерстона] предполагает, что в высшей степени спекулятивные исследования, особенно неизвестного автора, лучше всего доводить до мира через какой-то другой канал, чем научное сообщество, которое, естественно, не решается допустить в свои печатные отчеты вопрос неопределенной ценности. Возможно, можно пойти дальше и сказать, что молодой автор, который считает себя способным на великие дела, обычно преуспеет, если получит признание научного мира благодаря работам, объем которых ограничен и ценность которых легко оценивается, прежде чем приступить к более высоким полетам. "

Смотрите также

Джон Херапат , еще один современный английский физик, который также работал над кинетической теорией и чьим работам в то время также не уделяли должного внимания.

Библиография

Дж. Дж. Уотерстон, «О физике сред, состоящих из свободных и совершенно упругих молекул в состоянии движения», Philosophical Transactions of the Royal Society of London A, vol. 183 (1892), стр. 1–79. (Примечание: Уотерстон умер в 1883 году, и его статья была опубликована через несколько лет после его смерти.)
Haldane, JS (ed.) (1928) Сборник научных трудов Джона Джеймса Уотерстона , включая биографию Холдейна.
Кисть, С.Г. (1957) "Развитие кинетической теории газов: II. Уотерстон", Annals of Science , vol. 13, стр. 275–282
- (1961) «Джон Джеймс Уотерстон и кинетическая теория газов», American Scientist , vol. 49, стр.202–214
Дауб, EE (1970) "Уотерстон, Ренкин и Клаузиус по кинетической теории газов", Isis vol. 61, с. 105–106.

Languages

In other projects