Джон Мичелл

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

Джон Мичелл
Рожденный	( 1724-12-25 ) 25 декабря 1724 г. Икринг , Ноттингемшир , Англия
Умер	21 апреля 1793 г. ( 1793-04-21 ) (68 лет) Торнхилл , Йоркшир , Англия
Альма-матер	Куинс-колледж , Кембридж
Известный	Предсказание существования черных дыр , сейсмология , производство магнитов , масса Земли
Супруги	Сара Уильямсон ( м. 1764; умер в 1765) Энн Брекнок ( м.  1773 )
Научная карьера
Поля	Физика , геология

Джон Мичелл ( / ˈm ɪ tʃ астрономию əl / ; 25 декабря 1724 — 21 апреля 1793) — английский натурфилософ и священнослужитель, который обеспечил новаторские идеи в широком спектре научных областей, включая , геологию , оптику и гравитацию . Считается «одним из величайших незамеченных ученых всех времен». он является первым человеком, который, как известно, предположил существование звездных тел, сравнимых с черными дырами , и первым, кто предположил, что землетрясения перемещаются в (сейсмических) волнах . Признав, что двойные звезды являются продуктом взаимного притяжения, он первым применил статистику для изучения космоса . Он изобрел аппарат для измерения массы Земли и объяснил, как изготовить искусственный магнит. Его называют отцом как сейсмологии , так и магнитометрии .

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

Молодость, образование и профессиональные позиции

Джон Мичелл родился в 1724 году в Икринге , в Ноттингемшире, в семье священника Гилберта Мичелла и Бедиенс Джеррард. Гилберт был сыном Уильяма Мичелла и Мэри Тейлор из Кенвина , Корнуолл; Бедиенс была дочерью Ральфа и Ханны Джеррард из Лондона. Он получил образование в Квинс-колледже в Кембридже , а позже стал членом Квинс-колледжа. Семья имела корнишское происхождение. Он получил степень магистра в 1752 году и степень бакалавра в 1761 году. Он был наставником колледжа с 1751 по 1763 год; Прелектор по арифметике в 1751 г.; Цензор по теологии в 1752 г.; Прелектор по геометрии в 1753 г.; Прелектор по-гречески в 1755 и 1759 годах; Старший казначей в 1756 г.; 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 занимал эту должность до июня 1763 года». С 1762 по 1764 год он занимал кафедру геологии в Вудварде , пока не был вынужден отказаться от нее после женитьбы.

Портрета Мичелла не сохранилось; Говорят, что он был «невысоким человеком с черным цветом лица и толстым, но, не будучи с ним знаком, мало что могу о нем сказать. Я думаю, что о нем заботилась церковь Св. Ботольфа в Кембридже, пока он продолжал быть членом Куинс-колледжа, где его считали очень изобретательным человеком и превосходным философом. Он опубликовал некоторые работы в этом направлении по вопросам магнита и электричества». В этом контексте «черный цвет лица» относился к тому, кто был «грустным и меланхоличным».

В 1910 году сэр Эдмунд Уиттакер заметил, что в течение столетия после смерти Исаака Ньютона «единственным выдающимся натурфилософом, который жил и преподавал в Кембридже, был Мичелл», хотя его «исследования, похоже, привлекли мало или вообще не привлекли внимания среди его университетских коллег». современники и преемники, которые молчаливо 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 искал должности в Кембридже и в качестве Королевского астронома .

В 1767 году он был назначен настоятелем церкви Св. Михаила в Торнхилле , недалеко от Лидса, Йоркшир, Англия, и занимал этот пост до конца своей жизни. Большую часть своей важной научной работы он провел в Торнхилле, где и умер 21 апреля 1793 года в возрасте 68 лет. Там он и похоронен. 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 работу объемом около восьмидесяти страниц под названием «Трактат об искусственных магнитах», в которой 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 представляет собой яркое изложение природы магнитной индукции.

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

Геология и сейсмология

До конца 20 века Мичелл считался важным в первую очередь из-за его работ по геологии. Его самый важный геологический очерк, написанный после лиссабонского землетрясения 1755 года , был озаглавлен «Предположения о причине и наблюдениях за явлениями землетрясений» ( «Philosophical Transactions» , li. 1760). В этой статье он представил идею о том, что землетрясения распространяются по Земле как волны и что они связаны с смещениями геологических пластов, 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 дало представление о землетрясениях, но и, в более широком смысле, стало шагом вперед в понимании геологии земной коры. Он признал, что Земля состоит «из правильных и однородных пластов», часть которых прервана потрясениями. «Самая важная часть статьи Мичелла о землетрясении», по мнению одного комментатора, «это описание того, что сейчас известно как «земная кора»». Демонстрируя замечательные знания геологических пластов в различных частях Англии и за рубежом, он использовал свои собственные наблюдения для углубления понимания осадочной стратиграфии и первым определил стратиграфию мезозоя в Великобритании.

В 1760 году по итогам этой работы он был избран членом Королевского общества.

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

Магнетизм

Мичелл изучал магнетизм и обнаружил, что магнитная сила, действующая на каждый полюс магнита, уменьшается по закону обратных квадратов , то есть пропорционально квадрату расстояния между ними. Его статья 1750 года « Трактат об искусственных магнитах» , написанная для моряков и производителей инструментов и задуманная как практическое руководство по изготовлению магнитов, включала список «свойств магнитных тел», которые внесли большой вклад в понимание магнетизма.

Гравитация

Основная статья: Эксперимент Кавендиша

Торсионные весы Мичелла, использованные в эксперименте Кавендиша.

Мичелл изобрел торсионные весы для измерения массы Земли, но умер, не успев ими воспользоваться. 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 массой по 1 кг на концы шестифутового стержня, он подвесил его горизонтально за волокно, прикрепленное к его центру. Затем он поместил массивный свинцовый шарик рядом с каждым из маленьких, вызвав гравитационное притяжение, заставившее стержень вращаться по часовой стрелке. Измерив движение стержня, Кавендиш смог рассчитать силу, действующую каждым из больших шаров на шарики весом 1 кг. На основе 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 крутильных весов и их использование Кавендишем. С тех пор она легла в основу всех наиболее 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 можно объяснить совершенно случайным распределением. Он сосредоточил свое исследование на скоплении Плеяд и подсчитал, что вероятность найти такую ​​тесную группу звезд составляет примерно одну на полмиллиона. Он пришел к выводу, что звезды в этих двойных или множественных звездных системах могут притягиваться друг к другу гравитационным притяжением, что стало первым доказательством существования двойных звезд и звездных скоплений . Его работа о двойных звездах, возможно, повлияла на исследования его друга Уильяма Гершеля по той же теме.

Черные дыры

В статье для «Философских трудов Лондонского королевского общества» , прочитанной 27 ноября 1783 года, Мичелл первым предположил существование небесных тел, подобных черным дырам . Приняв корпускулярную теорию света Ньютона, которая утверждала, что свет состоит из мельчайших частиц, он пришел к выводу, что такие частицы, испускаемые звездой, будут замедляться ее гравитационным притяжением, и что, следовательно, можно будет определить массу звезды. в зависимости от снижения скорости. Это открытие, в свою очередь, привело к осознанию того, что гравитационное притяжение звезды может быть настолько сильным, что скорость убегания будет превышать скорость света. Мичелл подсчитал, что это произойдет со звездой, размер которой более чем в 500 раз превышает размер Солнца. Поскольку свет не смог бы покинуть такую ​​звезду, она была бы невидима. По его собственным словам:

Если бы действительно существовали в природе какие-либо тела, плотность которых не меньше солнечной, а диаметры более чем в 500 раз превышают диаметр Солнца, поскольку их свет не мог бы дойти до нас; или если бы существовали какие-либо другие тела несколько меньшего размера, не светящиеся по природе; о существовании тел при любом из этих обстоятельств мы не могли бы получить никакой информации из поля зрения; тем не менее, если бы вокруг них вращались какие-либо другие светящиеся тела, мы, возможно, все же могли бы, исходя из движений этих вращающихся тел, с некоторой степенью вероятности сделать вывод о существовании центральных тел, поскольку это могло бы дать ключ к некоторым кажущимся неравномерностям света. вращающиеся тела, которые нелегко объяснить любой другой гипотезой; но поскольку последствия такого предположения весьма очевидны и их рассмотрение несколько выходит за рамки моей настоящей цели, я не буду их далее рассматривать.

- Джон Мичелл, 1784 г.

Мичелл предположил, что во Вселенной может быть много таких объектов, и сегодня астрономы полагают, что черные дыры действительно существуют в центрах большинства галактик. Точно так же Мичелл предположил, что астрономы могли бы обнаружить их, ища звездные системы, которые гравитационно вели себя как две звезды, но где можно было увидеть только одну звезду. Мичелл утверждал, что это покажет наличие звезды, от которой не ускользает свет. Это было необычайно точное предсказание. Все из дюжины кандидатов на роль звездных черных дыр 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 выдвинул концепцию невидимых, улавливающих свет звезд, французский математик Пьер-Симон Лаплас предложил, по сути, ту же идею в своей книге 1796 года «Экспозиция системы мира» .

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, — утверждает Американское физическое общество, — и его понятие «темной звезды» было забыто до тех пор, пока его труды не появились вновь в 1970-х годах».

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 как минимум дважды обменивались письмами, но только одна запись предполагает, что они когда-либо встречались. Гершель записал, что посетил и увидел телескоп Мичелла, находясь в этом районе в 1792 году; Мичелл был уже слаб, а его телескоп находился в плохом состоянии. Гершель купил телескоп в следующем году за 30 фунтов стерлингов.

Другая профессиональная деятельность

Мичелл также написал статью об изысканиях, которую его биограф назвал «элегантной» в теории. Мичелл был избран членом Королевского общества. Впервые его пригласили на собрания Королевского общества в 1751 году в качестве гостя сэра Джорджа Сэвила, который впоследствии стал его покровителем. Позже он посещал собрания «от одного до четырех раз в год», находясь в Кембридже. Его статья о причинах землетрясений была зачитана перед Обществом, начавшимся 28 февраля 1760 года, что привело к рекомендации Сэвила и другого члена пригласить Мичелла присоединиться к Обществу. Он был избран членом 12 июня 1760 года.

Мичелл продолжил свою работу в области сейсмологии работой в области астрономии, а после публикации своих результатов в 1767 году он работал в астрономическом комитете Королевского общества.

Совсем недавно Мичелл стал известен своим письмом Кавендишу, опубликованным в 1784 году, о влиянии гравитации на свет. Эта статья была вновь открыта в 1970-х годах, и теперь считается, что она предвосхитила несколько астрономических идей, которые считались инновациями 20-го века. Сейчас Мичеллу приписывают то, что он был первым, кто изучил случай небесного объекта, достаточно массивного, чтобы предотвратить выход света (концепция убегающей скорости была хорошо известна в то время). Такой объект, часто называемый темной звездой , не был бы виден напрямую, но его можно было бы идентифицировать по движению звезды-компаньона, если бы он был 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 того, что сейчас известно как гравитационное красное смещение — гравитационное ослабление звездного света из-за поверхностной гравитации источника. Мичелл признал, что некоторые из этих идей в то время не были технически практичны, но написал, что надеется, что они будут полезны будущим поколениям. К тому времени, когда статья Мичелла была заново открыта почти два столетия спустя, эти идеи были заново изобретены другими.

Личная жизнь

Мичелл был человеком «широкой широты религиозных убеждений». Современник описывал его как «невысокого роста, чернокожего и толстого человека» и «считался очень изобретательным человеком и превосходным философом». За годы работы в Торнхилле он приветствовал таких посетителей, как Бенджамин Франклин , Джозеф Пристли , Ян Ингенхауз и Генри Кавендиш (открыватель водорода). Мичелл написал Франклину в 1767 году, описывая свой первый визит в Торнхилл, «место, куда, как я говорил вам, я собирался переехать».

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

Первой женой Мичелла была Сара Уильямсон (1727–1765), дочь Люка Уильямсона и Саттон Холмс, «молодая женщина 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. из Кингстона Лайл, Беркшир, и Джейн Кларк из Хартфорда, Хартфордшир.

Младший брат Мичелла Гилберт был торговцем в Лондоне, который позже жил с Мичеллом в Торнхилле, где два брата активно занимались местной недвижимостью, приобретая множество объектов недвижимости в Западном райдинге Йоркшира.

Биографии

Мичелл является героем книги Взвешивание мира: преподобный Джон Мичелл из Торнхилла » (2012). Рассела МакКормака «

Избранные публикации

• Наблюдения за кометой января 1760 года в Кембридже , Philosophical Transactions (1760)
• «Предположения о причине и наблюдения за явлениями землетрясений» , там же. (1760)
• Рекомендации квадранта Хэдли по 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 способах обнаружения расстояния, величины и т. д. неподвижных звезд вследствие уменьшения скорости их света в случае, если такое уменьшение должно иметь место». в любом из них, и такие другие данные должны быть получены из наблюдений, если это будет необходимо для этой цели. Преподобный Джон Мичелл, BDFRS, в письме Генри Кавендишу, эсквайру FRS и AS», Philosophical Transactions of the . Лондонское королевское общество , 74 , Королевское общество: 35–57, Бибкод : 1784RSPT...74...35M , номер doi : 10.1098/rstl.1784.0008 , ISSN   0080-4614 , JSTOR   106576

Источники

• Эйзенштадт, Жан (1991). «О влиянии гравитации на распространение света в теории Ньютона. Археология черных дыр». Архив истории точных наук . 42 (4): 315–386. Бибкод : 1991AHES...42..315E . дои : 10.1007/bf00375157 . S2CID   121763556 .
• Эйзенштадт, Жан, Авант Эйнштейн. Теория относительности, свет, гравитация , Париж: Seuil (2005).
• Гиббонс, Гэри. «Человек, который изобрел черные дыры [его работа выходит из темноты спустя два столетия]» (PDF) . Новый учёный : 1101.
• Хардин, Клайд Р. (1966). «Научная работа преподобного Джона Мичелла». Анналы науки . 22 : 27–47. дои : 10.1080/00033796600203015 .
• Криста Юнгникель и Рассел МакКормах , Кавендиш , Американское философское общество, Филадельфия, 1996 г., ISBN   0-87169-220-1 .
• МакКормак, Рассел (1968). «Джон Мичелл и Генри Кавендиш: Взвешивание звезд». Британский журнал истории науки . 4 (2): 126–155. Бибкод : 1968BrJHS...4..126M . дои : 10.1017/s0007087400003459 . S2CID   144701609 .
• Шаффер, Саймон (1979). «Джон Мичелл и черные дыры». Журнал истории астрономии . 10 : 42–43. Бибкод : 1979JHA....10...42S . дои : 10.1177/002182867901000104 . S2CID   123958527 .
• В эту статью включен текст из публикации, которая сейчас находится в свободном доступе : Чисхолм, Хью , изд. (1911). « Мичелл, Джон ». Британская энциклопедия . Том. 18 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. стр. 370–371.

Внешние ссылки

• Алан Эллис, Черные дыры – Часть 1 – История, Журнал Астрономического общества Эдинбурга , 39 , (1999) . Описание теории черных дыр Мичелла
• «Тайна дома приходского священника: немного света на Джона Мичелла» Ричарда Кроссли в Wayback Machine (архивировано 31 октября 2008 г.)
• Биография Джона Мичелла из книги Нормана К. Гленденнинга «Наше место во Вселенной»
• BBC: «Забытый священник, предсказавший черные дыры – в 1783 году»
• Работы Джона Мичелла или о нем в Internet Archive