Джон Мэдсен (физик)

Сэр Джон Персиваль Виссинг Мэдсен FAA (24 марта 1879 — 4 октября 1969) — австралийский учёный , физик , инженер , математик и армейский офицер .

Эта история Мэдсена Деятельность австралийской науки и техники охватывает период 1900–1956 годов, в течение которого применение электричества, рентгеновский анализ, стандартизированные измерения для производства, распространение радиоволн, радар и радиоастрономия, ядерная физика и цифровые компьютеры достигли огромного прогресса, отчасти благодаря крупным достижениям. в фундаментальных исследованиях, а также возросшая активность из-за двух мировых войн. Центральное место в этой деятельности, которая в основном осуществлялась в Сиднейском университете, занимали кафедра электротехники и Национальная лаборатория стандартов CSIRO/лаборатория радиофизики (ныне здание Мэдсена). на территории университета.

Роли Мэдсена включали должности лектора, доцента, профессора и почетного профессора с 1909 по 1956 год, когда он наконец ушел с поста председателя Совета по радиоисследованиям, который он основал в 1927 году. До 1946 года Мэдсен был первым и единственным профессором электротехники в США. любой австралийский университет.

1900–1911

Мэдсен (1879–1969) окончил Сиднейский университет с отличием первой степени и университетскими медалями в области естественных и инженерных наук в 1900 году, а затем в 1901 году, когда он изучал физику и математику, установив практику получения двойной степени бакалавра и бакалавра наук, а сам начал всю жизнь карьеру в области применения физики. к основам инженерии.

В 1901 году он был назначен преподавателем физики и математики в Университете Аделаиды под руководством У. Х. Брэгга, с которым он установил тесное сотрудничество на протяжении многих лет, и это вскоре привело в 1902 году к возможности стать первым преподавателем электротехники в университете. Во второй половине 1902 года, во время отпуска и за свой счет, он отправился в турне по Англии и Америке, чтобы получить информацию о новейших методах обучения электротехнике, принятых в университетах, высших технических колледжах и в одновременно посещая как можно больше важнейших объектов и производственных предприятий. Он обнаружил, что общий тип курса был практически одинаковым и состоял из базовой подготовки по математике, физике и химии, причем курсы длились три или четыре года со специализацией в области электротехники во время последней части. От студента также требовалась диссертация, посвященная определенной части работы, написанная во время каникул, и по завершении курса для этих людей общепринятой практикой было трудоустроиться в уважаемую производственную фирму. Приобретенный таким образом опыт был наиболее важен, поскольку людей пропускали через все отделы, после чего они оставались в том, на котором они намеревались специализироваться, занимаясь в это время дальнейшим подразделением постоянного и непрерывного тока. В Англии оборудование для обучения считалось достаточным для обучения, поскольку оно было небольшим по размеру и менее дорогим, тогда как в Америке существовала тенденция к использованию больших машин с большими токами и высокими ЭДС, где методы управления значительно отличались. В случае с меньшим заводом студент может взять на себя большую ответственность, и это помогает ему обрести уверенность в проведении экспериментов. По завершении ученой степени выпускник был принят IEE как достаточная квалификация для его работы, и тогда наиболее важно было получить опыт работы на континенте, в Англии или Америке, прежде чем занять постоянную должность. Время от времени для выпускников открывались вакансии на крупных производственных предприятиях в Америке, Англии и Германии.

Рыбалка в Палм-Бич с большой еврейской рыбой

Начиная с 1905 года Сиднейский университет должен был назначить своего первого преподавателя электротехники и JPVM. подала заявку, желая выйти замуж и вернуться на работу в Сиднейский университет. WHB написал очень положительный отзыв и пришел к выводу, что ему будет очень жаль, если он поможет JPVM отъезду из Аделаиды. Канцлер Университета Аделаиды также выразил большое сожаление по поводу возможности ухода JPVM из Аделаиды и отметил его способности как способного и трудолюбивого человека с безупречным характером, зарекомендовавшего себя успешным учителем и лектором, вдохновляющим своих студентов собственным энтузиазмом. Э. Килман Скотт из Англии, однако, получил назначение сроком на четыре года, и фактически JPVM действительно оставался в Аделаиде в течение следующих четырех лет и в сочетании со своими обязанностями в области электротехники приступил к периоду фундаментальных исследований в области физики с WHB.

WHB значительно улучшил свои навыки в проведении публичных лекций и научных демонстраций во время своего пребывания в Аделаиде, но в относительно старом возрасте 42 лет был вдохновлен работой Резерфорда, когда он выступил с президентским обращением к собранию AAAS, которое должно было состояться в Данидине в 1904 году, в котором излагались его исследовательские идеи по ионизации газов. Открытие рентгеновских лучей Рентгеном в 1895 году, радия в 1898 году Кюри и электрона Дж. Дж. Томсоном в 1897 году создало благодатную почву для исследовательской работы в физике, которую Уайт Б. затем начал разрабатывать эксперименты и в то же время развивать теоретические идеи, чтобы поддержите его результаты. В 1905 году JPVM присоединился к WHB в его экспериментах, а затем опубликовал свои собственные эксперименты до 1909 года, в частности статью о рассеянии бета-лучей радия, опубликованную в Англии в журнале Phil Mag . Одним из очень важных результатов этого эксперимента с тонкой фольгой из золота, алюминия, серебра и бумаги было то, что в самой тонкой фольге проходящие через нее бета-частицы рассеивались только один раз. Резерфорд подразумевал, что внутри атома есть было много пустого места. Резерфорд в 1911 году опубликовал очень известную статью о рассеянии альфа- и бета-частиц и структуре атома. Модель Резерфорда как мини-солнечной системы или ядерного атома, в которой он упоминает результаты Мэдсена. JPVM также писал в журнал Nature по вопросам, возникшим в результате его экспериментов, которые он считал важными.

В 1909 году WHB и его семья уехали из Аделаиды в Англию, а Мэдсен вернулся в Сиднейский университет со своей семьей. Стремясь держать JPVM в курсе исследований, главным образом в Англии и Германии, WHB писал длинные письма из Лидса, а также готовился к созданию нового большого и очень дорогого проекта. поставка радия из Брауншвейга финансировалась JPVM богатым торговцем табачными изделиями. Сотрудничество и переписка WH Bragg и JPV Madsen. Неизвестно, над каким дальнейшим экспериментом Мэдсен работал в Сиднее со своим новым запасом радия, однако результаты оказались не такими, как ожидалось, и после завершения он передал радий в больницу Королевского принца Альфреда для медицинского использования. В 1912 году WHB опубликовал книгу «Исследования радиоактивности», в которой он дает полный отчет об аппарате бета-рассеяния JPVM с ионизационной камерой, а также о своих результатах для алюминиевой и золотой фольги. В конце 1912 года WHB вместе с сыном Лоуренсом изобрел свой рентгеновский ионизационно-дифракционный спектрометр, который также включал электронное измерение материала рассеянных волн, прошедшего через кристаллы, что в значительной степени способствовало его получению. У. Л. Брэгг , лауреат Нобелевской премии по физике 1915 года.

1912–1918

В мае 1912 года в обращении президента к Инженерному обществу Сиднейского университета JPVM. изложил свои идеи об эффективных способах обучения инженеров. Он считал, что преподавание инженерного дела - это нечто большее, чем просто технические вопросы, и, по его мнению, оно включает в себя характер, ясность мысли и выражения, общие знания, вкусы, дисциплину и контакты с людьми с совершенно разными интересами. Должна быть либеральная организация учебной программы, упразднив отдельные годы и установив минимальный лимит в четыре года на курс, чтобы студент мог заниматься определенными важными предметами столько времени, сколько ему заблагорассудится, оставляя определенное количество в качестве вариантов. Он не считал, что вступительный экзамен по языкам и литературе необходим для поступления на инженерный факультет. Курс обучения должен быть адаптирован к потребностям Австралии, уделяя больше внимания применению, а не более тонким аспектам проектирования. Должны быть обеспечены глубокие количественные знания в тех областях науки, которые непосредственно касаются его профессиональной деятельности. Система обучения должна состоять из ясного изложения фундаментальных принципов науки и последующего изучения методов применения этих принципов. Как только принципы поняты в общем, ему необходимо показать практическое применение — существует тенденция запоминать применение и забывать принципы. Такой дефект может возникнуть, если студентам даются принципы в одном курсе, а затем ему приходится иметь дело с их применением на более позднем этапе. Также существует потребность в краткосрочных аспирантских курсах из 6-10 лекций. В это время возникла необходимость в австралийской лаборатории физических измерений, такой как в Германии, Лондоне, Вашингтоне и Японии.

В 1914 году в своем президентском обращении к Электротехнической ассоциации Нового Южного Уэльса JPVM снова поднял вопрос о необходимости участия Австралии в международных сличениях физических измерений и указал на роль Германии, где Physicalische Reichsansalt стала очень важным учреждением. В заключение JPVM сослалась на прекращение обслуживания в связи со смертью Джорджа Вестингауза, одного из пионеров электротехнической промышленности.

В начале Первой мировой войны Мэдсен был капитаном стрелкового клуба Сиднейского университета, и хотя он вызвался на действительную службу, его оставили в качестве главного инструктора и офицера, командующего Школой подготовки офицеров-инженеров Содружества в Мур-парке, а затем в Розвилле. Все слушатели Школы были избранными мужчинами с высокой инженерной квалификацией, а курсы обучения были адаптированы к требованиям этих людей. Он был тигром в плане физической подготовки и поддерживал сочетание жесткой дисциплины во время работы, а иногда и улыбчивой непринужденности и теплого дружелюбия.

После 1914 года – Сиднейский университет и Великая война

1920–1938

В 1920 году Мэдсен был назначен заведующим кафедрой электротехники Сиднейского университета и до 1946 года оставался единственным профессором электротехники в австралийском университете. В Ежегоднике инженерного дела за 1926 год студенты отметили, что именно в начале третьего курса они познакомились с Мэдсеном и его предметом электротехники, и его неутомимая энергия - это то, что действительно внушило нам истинную идею эффективной работы. Его лекции более эффективны, чем любые другие, которые мы получаем, вероятно, благодаря его ясному и краткому представлению об обычных ловушках для молодых студентов, изучающих электричество, и спасительной грации основных принципов, а не деталей. Ему одному мы обязаны всем своим слабым представлением о важности грязной наживы и «корстов» в инженерных предприятиях.

был создан Совет по научным исследованиям (CSIR) Стэнли Брюсом В 1926 году премьер-министром Австралии . В том же году были представлены общественные предложения для рассмотрения того, в каких областях исследований следует следовать. В один и тот же день на слушаниях в Мельбурне Мэдсен подал два заявления: первое касалось создания Австралийского совета по радиоисследованиям, а затем создания Национальной лаборатории стандартов. Все остальные поданные материалы касались программ первичной промышленности. В это время было принято предложение о создании австралийского RRB, которое будет финансироваться CSIR, Министерством обороны и PMG и работать по аналогии с британским RRB под руководством Роберта Уотсона Уотта . В 1926 году многие методы распространения радиоволн были еще неизвестны, а развитие дальней связи и радиовещания все еще оставалось эмпирическим, однако в Великобритании и Соединенных Штатах Америки более фундаментальный научный подход развивался с впечатляющими результатами. В это время в Австралии проблемы, ограничивающие полное использование средств массовой информации, приобретали важное значение. В качестве председателя недавно сформированного RRB JPVM отправился за границу, в Америку, где посетил Конференция URSI-Международного союза радионауки в Вашингтоне, а затем в Великобритании и на континенте для получения соответствующей информации о радиоисследованиях, а также о лабораториях стандартов, хотя CSIR должен был рассмотреть это предложение только десять лет спустя. В Лондоне JPVM организовала отборочную комиссию, состоящую из Резерфорда , Эпплтона и Тизарда , чтобы рекомендовать трех сотрудников, которые будут назначены на трехлетний срок для работы в Сиднейском и Мельбурнском университетах для продолжения исследовательских программ, начатых в Англии по атмосфере и ионосфере. Несмотря на экономические трудности Великой депрессии, работа Совета в обеих областях к 1935 году получила всемирное признание, и внесенный ценный вклад был предоставлен бесплатно.

В 1935 году Мэдсен выступил с речью в Университете Квинсленда , в которой дал очень подробный обзор результатов RRB, посвященных ионосфере и ее влиянию на распространение радиоволн, а также рассмотрел эффекты, объясненные магнито-ионной теорией. Одним из первых научных сотрудников РРБ был Дж. Л. Поузи , который вместе с Джорджем Манро в Мельбурне прошел магистерскую программу по атмосферике и после завершенияДоктор философии в Кембридже под руководством Дж. А. Рэтклиффа и работавший с EMI в Англии вернулся в Австралию в начале войны, чтобы работать в области радиофизики на радарах, и другие, такие как Д. Ф. Мартин, были также привлечены, чтобы сформировать ядро ​​​​этой жизненно важной работы. В 1930 году в Сиднейском университете начался курс по электрокоммуникациям, участники которого внесли свой вклад в развитие электронной промышленности в Сиднее.

В 1931 году Мэдсен прочитал лекцию, посвященную жизни и деятельности Майкла Фарадея и применению его открытия электромагнитной индукции.

В 1937 году, в немалой степени из-за опасений по поводу расширения Японии в Восточной Азии и на островах Тихого океана, отчет Комитета по испытаниям вторичной промышленности, членом которого был Мэдсен, привел к созданию Национальной лаборатории стандартов в CSIR. состоящий из секций метрологии, физики и электротехники. Сиднейский университет согласился на размещение лаборатории на своей территории под председателем наблюдательного совета Мэдсена. Рассмотренная информация, по мнению М.Адсена, по существу такая же, как и полученная им десятью годами ранее, включая объект, используемый Японией. Строительство лаборатории началось только во второй половине 1939 года и соответствовало планам, предоставленным Национальной физической лабораторией НПЛ Теддингтон . В 1928 году в докладе Институту инженеров JPVM упомянул о практических трудностях получения абсолютных единиц сантиметра , грамма и секунды , таких как температура, мощность свечи и электрические единицы. В это время длина волны красного Линия кадмия исследовалась как универсальный эталон длины. Дорогостоящее вспомогательное оборудование, необходимое для проведения сравнений, считалось гораздо более сложным, чем просто приобретение стандартов или их копий. Использование скользящих калибров или блочных калибров стало иметь большое значение для NSL в 1939 году, когда эти калибры нельзя было получить из Англии или Америки, и их пришлось производить NSL.В июле 1937 года Резерфорд написал Мэдсену, в частности сообщая, что: «Мой друг Вимперис , я полагаю, вскоре посетит Новую Зеландию и Австралию в связи с министерством авиации. Я надеюсь, что у вас будет возможность встретиться с ним. мой приятель и мой хороший друг. Мы вместе много играли в гольф». Гарри Вимперис в 1934 году принимал активное участие вместе с Генри Тизардом в инициировании британских усилий RDF ( радаров ) как средства отражения ожидаемых бомбардировочных налетов из Германии. Правительство Австралии пригласило Вимпериса дать рекомендации по созданию авиационной промышленности в Австралии в качестве меры защиты, и одним из результатов стало то, что JPVM организовала в Сиднейском университете открытие кафедры авиационной техники. В частной беседе с JPVM в Мельбурне во время этого визита Вимперис молчаливо признал, что Великобритания работает над радиометодом обнаружения самолетов.

1939–1945

Из-за возможности того, что Британия может быть захвачена немцами в случае войны, Великобритания решила в январе 1939 года поделиться своими секретами РСО со странами Содружества (Канадой, Австралией, Новой Зеландией и Южной Африкой). Как только эта информация была передана в Австралию, Мэдсен в качестве председателя Совета по радиоисследованиям разработал радиофизический план организации исследований и производства для представления австралийскому правительству.

[Австралийский военный мемориал. Истории участия австралийцев в разработке радаров. и стандарты Во Второй мировой войне всесторонне рассматривается Дэвидом Меллором в серии «Роль науки и промышленности». ]

В Австралийском доме в Лондоне, июнь 1941 года, одетый для своего рыцарского дубляжа.

В августе 1939 года на встрече в Канберре с премьер-министром Р.Г. Мензисом , Дэвидом Риветтом , Мэдсеном, Д. Ф. Мартином и старшим штабом обороны было дано разрешение на строительство радиофизической лаборатории (RPL) на территории Сиднейского университета как продолжение строящегося тогда здания NSL, чтобы не привлекать внимание к характеру секретной работы, которую предстоит провести. Мэдсен был назначен председателем наблюдательного консультативного совета по радиофизике и отвечал за согласование требований услуг с идеями и разработками научного персонала. RPL функционировал как подразделение CSIR, и его первоначальные сотрудники были назначены на основе их предыдущего опыта работы в RRB или опыта работы в молодых фирмах радиоиндустрии предыдущего десятилетия, а позже, когда потребовалось больше ученых, они пришли непосредственно из университетов, если у них был опыт работы в области высоких частот. .

Первоначально наибольший интерес к радарам для управления орудиями береговой или гаванной обороны проявила австралийская армия, в то время как военно-воздушные силы были в основном заинтересованы в бортовых радарах ASV. Требования к клапану для этих радаров были ключевыми, и для генерации импульсов использовался клапан VT90, производящий длину волны 1,5 метра (200 мс/с), что обеспечивало большую экономию. Разработка RPL воздушного дуплекса (т.е. антенны действуют как передатчик и приемник) была основана на изобретении сотрудниками RPL очень быстрого и надежного переключателя передачи/приема. В Англии в 1940 году изобретение Рэндаллом и Бутом в лаборатории Марка Олифанта магнетрона с резонансной полостью на длине волны 10 см произвело революцию в радарах союзников и было доставлено в Америку в августе 1940 года как часть миссии Тизарда . В качестве продолжения 10-сантиметровых разработок для Австралии JPVM через Р.Г. Кейси организовал для него нового австралийского посла в Вашингтоне, чтобы он назначил офицера по научной связи, главным образом для того, чтобы поддерживать контакт с быстрыми событиями на планете. Радиационная лаборатория MIT и коммерческие фирмы, такие как Bell Labs . Взамен Австралия должна была помогать силам США в вопросах радиолокации, когда это требовалось, что после начала военных действий с Японией стало чрезвычайно актуальным.

В августе 1941 года FWG White инициировал программу воздушного предупреждения в области радиофизики. Основные разработки в австралийских радарах после Перл-Харбора включали принцип облегчения, который использовался при разработке комплекта LW/AW (легкое воздушное предупреждение) и комплектов GCI (перехват наземного управления), необходимых для операций в Новой Гвинее и за ее пределами в SWPA. театр. Внезапное падение [Сингапур-радар|Сингапур] 15 февраля 1942 года создало еще большее ощущение срочности в обеспечении воздушного предупреждения для жизненно важных австралийских центров. JPVM ушел с поста председателя RAB в июле 1942 года, поскольку он чувствовал, что требуется кто-то с большим производственным опытом, а не с его исследовательским опытом, но он присутствовал на всех заседаниях Совета до конца войны. Когда Карл Комптон из OSRD посетил Австралию в 1944 году, было особо упомянуто, что Австралийская группа по исследованию операций была создана по инициативе JPVM на основе информации, полученной им от Патрика Блэкетта во время пребывания в Англии. Ближе к концу войны австралийские радары LW/AW, находившиеся в руках сил Макартура, планировалось использовать в операции «Олимпик», которая представляла собой разрабатываемый план вторжения в три долины южного Кюсю в Японии. австралийские развитые Доплеровский радар был бы очень полезен в этих условиях.

21 августа 1945 года, вскоре после окончания Второй мировой войны, Мэдсен был избран председателем Австралийского национального исследовательского совета, и был сформирован специальный подкомитет из пяти физиков, включая JPVM, для подготовки рекомендаций австралийскому правительству по практическим инженерным приложениям, которые требовали решения с тех пор. теперь был открыт принцип высвобождения атомной энергии. Шесть рекомендаций были даны премьер-министру Дж. Б. Чифли 3 декабря 1945 года, первая из которых заключалась в том, что австралийское правительство должно передать британскому правительству желание, чтобы Австралия играла соответствующую роль в планах, которые могут быть разработаны британским правительством для дальнейших исследований. в ядерной физике. Была сделана рекомендация обеспечить контроль над ураном и торием. месторождений и способствовать активному поиску новых месторождений, а также отправить аккредитованных физиков из Австралии в Англию для получения необходимой информации или пригласить старшего члена британской научной группы посетить Австралию и проконсультировать правительство Содружества. Дж. Б. Чифли ответил в письме от 14 февраля 1946 г., сообщив, что правительство уже получило по существу аналогичные рекомендации от CSIR и что были приняты меры по первым двум рекомендациям и что со временем будет разработана удовлетворительная программа развития ядерной энергии для промышленных целей в Австралия будет развита.

1946–1956

Групповое фото 1950 года в Сиднейском университете Австралийского организационного комитета по подготовке к конференции URSI в 1952 году.

Королевское общество организовало трехнедельную имперскую научную конференцию, которая пройдет в июне – июле 1946 года с конференциями в Лондоне, Оксфорде и Кембридже. Затем были назначены еще две недели для принятия более официальных решений правительства. В число делегатов конференции Королевского общества вошли Великобритания (38), Канада (15), Австралия (9), Индия (14), Новая Зеландия (4), Южная Африка (7), Вест-Индия (4), Южная Родезия (5). ), а также Ирландия и Восточная Африка. Девять австралийских делегатов возглавлял Дэвид Риветт, ФРС из CSIR. и включен JPVM который не представил никаких документов, но предложил сформировать Секретариат, который подготовит почву для первого заседания органа Содружества по стандартам. Конференцию открыл Его Величество Король в понедельник, 17 июня, в 11.00 в Беверидж-холле Сената Лондонского университета. В число делегатов Великобритании, в основном от ФРС, входили Э. Эпплтон , П. М. С. Блэкетт , Дж. Чедвик , лорд Черуэлл , Дж. Д. Кокрофт , К. Дарвин и Генри Тизард .

До окончания войны радиофизики в CSIR и RRB инициировали программы, посвященные верхним слоям атмосферы, а действующие радиолокационные станции RAAF время от времени в своих повседневных делах записывали наблюдения за атмосферными аномалиями. Дж. Л. Поузи начал работу по радиоастрономии, и после прекращения боевых действий для использования в этой области стал доступен огромный запас излишков радиолокационного оборудования.

В 1946 году Тревор Пирси-Чиропедия, эмигрировавший из Великобритании в конце 1945 года и присоединившийся к радиофизике, начал разработку цифрового компьютера с хранимой программой, и его строительство в 1947–48 годах было частично профинансировано, по крайней мере, по рекомендации Мэдсена. В августе 1951 года в Сиднейском университете под председательством ныне заслуженного профессора сэра Джона Мэдсена прошла конференция по автоматическим вычислительным машинам, на которой Дуглас Хартри из Англии вместе с Дэвидом Майерсом из Сиднейского университета выступил с докладами по аналоговым вычислениям и Тревором Пирси по CSIR Mk1. это был один из первых в мире показов таким образом. Конференция 1951 года считается началом отдельной компьютерной профессии в Австралии, и материалы конференции, хотя и являются в основном техническими, составляют основу работы на последующие десятилетия. Краткое изложение основных дискуссий указывает Мэдсена на то, что до этого момента вычислительная техника считалась отдельной дисциплиной математики.

В знак признания выдающейся работы австралийского радио, проделанной за предыдущие 25 лет, в августе 1952 года в Сиднейском университете была проведена X-я Генеральная ассамблея. Мэдсен был председателем австралийского организационного комитета, а также был избран президентом X-й Ассамблеи.

В 1956 году на Западе была большая обеспокоенность тем, что Советский Союз взял на себя значительное лидерство в научной подготовке своих инженеров после взрыва водородной бомбы и проекта советской атомной бомбы , а затем и спутника-1 . Чтобы решить ситуацию в Австралии, JPVM опубликовал через Сиднейский университет документ, в котором излагаются рекомендации по потребностям в рабочей силе в научную эпоху, во многом затрагивая его собственный опыт предыдущих 50 лет продвижения инженерного дела в науку. В послевоенный период и до конца двадцатого века произошли значительные изменения в новой технологической политике, перешедшей от преимущественно спонсируемой правительством среды «предложения» к ориентированному на бизнес рынку «спроса».