Málokdo ví, že slavné Maxwellovy rovnice, které daly základ teorii elektromagnetického pole, nejsou tak úplně dílem skotského fyzika Jamese Maxwella. Původních 20 Maxwellových rovnic totiž na známé čtyři zredukoval anglický učenec Oliver Heaviside. Výstřední vědec a autor tzv. skokové funkce, která se dnes používá ve fyzice, se značnou část života stranil společnosti a za svou práci na poli fyziky a matematiky nezískal nikdy odpovídající uznání.
Oliver Heaviside se narodil 18. května 1850 v Londýně, přesněji v jeho části Camden Town. Zatímco dnes je tato londýnská čtvrť stylovým místem a spolu s místní tržnicí cílem mnoha turistů, v 19. století byl Camden Town londýnským slumem. Oliver Heaviside se narodil jako nejmladší syn dřevořezbáře a akvarelisty Thomase Heavisidea a jeho ženy Rachel. Jako dítě onemocněl spálou, která ho částečně připravila o sluch. Není jasné, jestli za jeho drobnou postavu mohla i tato vážná nemoc, ale je jisté, že dlouhé stonání ovlivnilo Heavisideovy sociální schopnosti.
Mladý Oliver byl ve škole premiantem třídy, ale velmi špatně vycházel se spolužáky. Ke své radosti tradiční vzdělávací systém v 16 letech opustil a nadále se věnoval domácímu samostudiu. I když Heaviside pocházel z poměrně chudých poměrů, jeho strýcem byl Sir Charles Wheatstone, který se ve 30. letech 19. století spolupodílel na vynálezu telegrafu. Díky příbuzenskému vztahu s tímto uznávaným odborníkem začal mladý Heaviside pracovat v telegrafní společnosti v Newcastle upon Tyne a později se mu podařilo získat pozici telegrafního operátora v nově vzniklé ústředně v Dánsku.
Během působení v telegrafní společnosti se ve volných chvílích zajímal o nově vznikající teorii elektromagnetismu. Průlomové dílo Jamese Clerka Maxwella Pojednání o elektřině a magnetismu ho uchvátilo natolik, že se rozhodl opustit svou práci a naplno se věnovat jeho studiu. V roce 1874 se tak Oliver Heaviside přestěhoval zpět do Londýna a své dny trávil ponořen v Maxwellových knihách. I přesto, že měl pouze základní znalosti algebry a trigonometrie získané samostudiem, díky svému talentu brzy pochopil klíčové principy teorie elektromagnetismu.
Oliver Heaviside ale nezůstal pouze u studia, na Maxwellovy úvahy také navázal. Maxwellových základních 20 rovnic elektromagnetismu o 20 proměnných zredukoval na čtyři vektorové rovnice s pouhými dvěma proměnnými. Málokdo ví, že dnes známé Maxwellovy rovnice popisující podstatu statických a pohybujících se elektrických nábojů, magnetických dipólů a elektromagnetické indukce, nejsou původní Maxwellovou formulací teorie elektromagnetismu. Jejich autorem je právě Oliver Heaviside.
V průběhu dalšího života se věnoval různým tématům, v širší známost se ale dostal až díky tzv. skokové funkci. Heavisideova skoková funkce je užitečný matematický nástroj běžně využívaný ve fyzice pro reprezentaci signálu, který se zapne v určitém čase a zůstane zapnutý neomezeně dlouho.
Kromě skokové funkce a zásadního příspění k rozvoji vektorového počtu je Heaviside také autorem operačního počtu, přístupu, který umožňuje řešit diferenciální rovnice převodem na rovnice algebraické a jejich řešení pak transformovat zpět do diferenciálního počtu. Tento Heavisideoův revoluční přístup byl ale ve své době velmi kontroverzní. Částečně za to mohl sám Heaviside, jehož článek o operačním počtu neobsahoval žádné odvození ani důkaz, proto byl editory Proceedings of the Royal Society odmítnut a nebyl publikován.
Heavisideovo zaměstnání u telegrafní společnosti významně ovlivnilo i jeho výzkum. Nese svůj podíl na teorii přenosových linek, tzv. telegrafních rovnicích, a také matematicky dokázal, že rovnoměrné rozložení indukčnosti v telegrafní lince by snížilo útlum a zkreslení signálu. Na základě svých úvah pak navrhl umístění indukčních cívek v pravidelných intervalech podél telefonních linek, ale svůj nápad si nikdy nenechal patentovat, pouze jej publikoval v časopise The Electrician.
Několik let po publikaci Heavisideova článku získali Michael Pupin z Kolumbijské univerzity a George Campbell z telegrafní společnosti AT&T patent na umístění cívek podél telegrafních linek. To, že nápad okopírovali z Heavisideovy publikace, přiznali i tím, že Heavisideovi nabídli část výnosů ze svého patentu. Heaviside ale odmítl finanční odměnu a požadoval plné uznání autorství svého inovativního nápadu. Toho se mu však nikdy nedostalo.
Mezi další Heavisideovy přínosy se řadí i předpověď, že atmosféra Země obsahuje ionizovanou reflexní vrstvu. Tato vrstva má schopnost odrážet rádiové signály zpět na Zemi, což jim umožňuje, aby kopírovaly zakřivení Země. Heavisideova domněnka byla experimentální potvrzena v roce 1923, reflexní vrstva atmosféry je nyní známá jako Kennellyho-Heavisideova vrstva.
Oliver Heaviside byl v roce 1891 zvolen členem anglické Královské společnosti a v roce 1905 získal čestný doktorát od Univerzity v Göttingenu. Za četné přínosy, jak fyzice, tak matematice, se ale Heavisideovi za jeho života nikdy nedostalo odpovídajícího uznání. V pozdějších letech se stal na svou dobu velmi výstředním člověkem – jinak zanedbaný si lakoval své dokonale upravené nehty jasně růžovou barvou. Poslední dvě desetiletí svého života strávil o samotě v Torquay v anglickém hrabství Devon. Trápily ho nejen zdravotní problémy, ale i místní děti, které mu házely kameny do oken a po plotě čmáraly graffiti. Oliver Heaviside zemřel 3. února 1925 – neoslavován, ale díky své skokové funkci ne zcela zapomenut.
Mohlo by vás také zajímat:
Maxwellovy
rovnice: Základ moderní komunikace
Pauliho
vylučovací princip slaví 100 let. Položil základy kvantové fyziky
Hon na půvabný
kvark