1、连通世界的遁世天才:奥利弗亥维赛 许林玉 伯纳德卡尔森 美国弗吉尼亚大学 作者简介：伯纳德卡尔森 (W.Bernard Carlson) 是美国弗吉尼亚大学人文学教授, 也是特斯拉:电气时代缔造者一书的作者。W.Bernard Carlson 被遗忘的天才奥利弗亥维赛, 电气科学领域的特立独行者让伯纳德卡尔森津津乐道的是一位自学成才并引发电讯革命的工程师的传记。当你遇到身穿印有四个微分方程的 T 恤的学生时, 你会知道自己已经进入电气工程系。他们会告诉你, 这些方程式是以 19 世纪物理学家詹姆斯克拉克麦克斯韦 (James Clerk Maxwell) 的名字命名的。这位物理学家用这些方程式
2、构建了将光、电和磁统一起来的理论。今天, 麦克斯韦方程组被用于解决电子和电讯领域的实际问题。但是为什么它们看起来是这样?在他于 1865 年发表的论文电磁场动力学理论中, 麦克斯韦用被称为四元数的深奥数学表达式列出了 20 个方程。这 20 个方程如何变成了 4 个, 而且是用更简单的矢量术语来表示?是谁将麦克斯韦的理论转化成了实用性方程?在被遗忘的天才奥利弗亥维赛 (The Forgotten Genius of O-liver Heaviside) 一书中, 电气工程师巴兹尔马洪 (Basil Mahon) 给出了答案。正如马洪所描述的那样, 奥利弗亥维赛 (Oliver Heavisid
3、e, 18501925) 是一位自学成才的隐士, 他发明了属于自己的数学术语。他的工作涉及工程实践、学术物理和抽象数学, 撰写的论文令这 3 个领域的读者感到困惑。在他的一生中, 他拒绝加入科学界, 但到了 1910 年, 工程师们开始运用他的方法解决棘手的通讯问题。亥维赛的想法成为现代电气工程的核心, 其成果至今仍然为电气工程师们所用。亥维赛出生在伦敦的卡姆登镇。就像与他同时代的美国发明家爱迪生一样, 他在孩童时期感染过猩红热, 并因此部分失聪。他的父亲是一位雕刻师, 在印刷技术迅速发展的年代努力地维持着自己的中产阶级地位。因此, 尽管亥维赛成绩优异, 仍然不得不离开文法学校, 在 16 岁
4、时就出去工作。机缘巧合, 亥维赛的姑姑嫁给了查尔斯惠斯通 (Charles Wheatstone) 。惠斯通是一名电磁学专家, 也是一个成功的电报系统的联合发明者。1868 年, 惠斯通为其内侄谋得了丹麦-挪威-英国电报公司 (DanishNorwegianEnglish Telegraph Com pany) 的一个职位。当时, 该公司刚刚在英国和丹麦之间铺设了一条电缆, 而亥维赛从一开始就学会了如何应对新线路及其运营的挑战。令亥维赛感到困惑的是, 这条电缆在一个方向传输信息时比另一个方向更高效。于是, 他利用数学来理解信号的传播方式。为了发展一套完整的输电线路理论, 亥维赛辞去了工作, 搬
5、去和他兄弟一家住在一起。他很快发现, 通过均匀分布线路的电磁感应, 可以减小信号的衰减和失真。为了引起人们对其工作的关注, 亥维赛大胆地向著名物理学家威廉汤姆森 (William Thomson) 寄送了一篇早期发表的论文, 并得到他的大加赞赏。然而, 同样的工作也令一些有影响力的工程师大为光火, 例如威廉泼里斯 (William Preece) 。这些工程师排斥他, 并试图剥夺他的电报工程师协会会员资格。他干脆将自己置身于专业圈之外, 但仍然坚持研究, 并在 19 世纪 80 年代和 90年代发表了大量论文, 其中很多都是发表在杂志电工 (The Electrician) 上, 该杂志每年向
6、他支付 40 英镑。 (他也曾在自然杂志上发表文章。) 尽管收入微薄, 但他还是通过引入矢量来表示电场和磁场的大小和方向, 成功地修改了麦克斯韦方程。为了能够用代数来解决与向量有关的微分方程, 他还运用了运算微积分。尽管他的论文深奥难懂, 但却受到了奥利弗洛奇 (Oliver Lodge) 、乔治菲茨杰拉德 (George Fitz Gerald) 和海因里希赫兹 (Heinrich Hertz) 等科学家的赞赏, 他们都与他保持着紧密联系。在 19 世纪 90 年代末, 当古列尔莫马可尼 (Guglielmo Marconi) 和尼古拉特斯拉 (Nikola Tesla) 正在探索无线电报时
7、, 理论家们对无线电波的传播感到困惑。对麦克斯韦来说, 无线电波和光波是一样的, 都是直线运动。然而, 无线电波并没有跑到太空, 而是似乎遵循地球曲率。为什么会出现这种情况?1902 年, 亥维赛和美国工程师亚瑟科诺尔里 (Arthur Kennelly) 在同一时间从理论上证明了无线电波之所以在世界范围内传播, 是因为它们在电离层中反弹起了一层带电的气体粒子。20 世纪 20 年代, 这一反射层通过实验得到证实, 如今被称为“科诺尔里-亥维赛层”。亥维赛所做工作的重要性得到了认可, 但是他并没有从实际应用中得到任何报酬。一个明显的例子是美国电话电报公司 (AT电气工程师协会授予他一枚法拉第奖
8、章。由于亥维赛仍然因在电报工程师协会的经历而饱受痛苦, 所以他拒绝了这一切。在生命中的最后几年, 他在德文郡深居简出, 并于 1925 年去世。在他之前的著作中, 比如麦克斯韦的传记改变万物的人 (The Man Who Changed Everything, 威利出版社, 2003) , 马洪详细地解释了亥维赛的思想, 以及他们如何定义电气工程。他根据信件和笔记, 巧妙地将关于亥维赛私人生活为数不多的细节整合在一起。在马洪的笔下, 这个故事就像亨里克易卜生 (Henrik Ibsen) 创作的剧本, 里面有一个愤懑不平、复杂多变的主角, 他在艰难的家庭关系中展现自己的生活。然而, 马洪最终努力刻画出了亥维赛的内心。这让我陷入了思考:是什么激励着这位非凡的工程师如此用心地探索电力的数学表现?又是什么促使这位年轻的电报员深入挖掘深奥的理论和数学, 并将自己与世隔绝?今天的电子技术, 以及它为全球通信和公司财富方面带来的一切, 很大程度上归功于亥维赛的卓越工作。马洪提醒我们, 这种杰出成就往往是孤立、牺牲和顽强坚持的结果。
