オリバー・ハイヴィサイド（1850–1925）：電気技師・数学者、電磁気学の先駆者
自学の電気技師・数学者オリバー・ハイヴィサイドの電磁気学、ベクトル解析、複素数回路理論、電離層研究など革新的業績と奇才の生涯を解説。
オリバー・ハイヴィサイド（1850年5月18日ロンドン・カムデン、1925年2月3日デヴォン州トーキー）は、独学で学んだイギリスの電気技師、数学者、物理学者。
彼は生前、科学界でよく知られていましたが、彼が数学や物理学の研究にどれほど大きな変化をもたらしたかがわかったのは、彼の死後でした。彼は複素数を使って電気回路を研究し、電磁波の理論にも力を入れていたので、微分方程式を扱う新しい方法を見つける必要があった。彼はマクスウェルの場の方程式とベクトル解析に取り組んだ。電離層の一部は彼の名前にちなんで「ケネリー・ハイビスド層」と呼ばれている。彼の性格は非常にエキセントリックであり、多くの人が考えるマッドサイエンティストの良い例である。
生涯と経歴
ハイヴィサイドは正規の大学教育を受けず、郵便電信や電信会社での実務を通じて電気工学や数学を独力で身につけました。職業生活の初期には電信設備の保守や測定に関わり、現場での経験が理論研究につながりました。晩年は健康上の理由もあって人付き合いを避けがちになり、最後をデヴォン州トーキーで過ごしました。
主要な業績
- マクスウェル方程式の簡略化と普及：ハイヴィサイドは当時の複雑な四元数表現を避け、現在私たちが使うようなベクトル形式へと整理・簡略化しました。これにより電磁気学の計算と物理的直観が大幅に向上しました。
- 伝送線路理論の確立：電話や電信の伝送特性を扱うために、いわゆるテレグラファー方程式（伝送線路方程式）を実用的に扱い、伝送の歪みを防ぐ条件（Heaviside condition）を導きました。これは線路定数 R, L, G, C に対して R/L = G/C という形で表され、実務的な線路設計に大きな影響を与えました。
- オペレーショナル解析と階段関数：微分演算子を扱う独自の「演算子法（operational calculus）」を用い、後にラプラス変換やデルタ関数の扱いと関連づけられる手法を発展させました。階段関数（ヘイヴィサイドのステップ関数）などの概念は信号処理や制御理論に重要です。
- 実務的電気回路解析への複素数の応用：複素数を導入して交流回路のインピーダンスを扱う方法を体系化し、実際の回路解析を大幅に簡潔にしました。
- 電波伝播と電離層の予測：地球周回の長距離無線伝播を説明する過程で、上空に電離した反射層が存在すると予想しました。これは後に「ケネリー・ハイビスド層（Kennelly–Heaviside layer）」と呼ばれることになり、短波通信やラジオの理解に重要な位置を占めます。
業績の意義と影響
ハイヴィサイドの仕事は理論と実務の橋渡しをした点で特に重要です。彼の簡潔化された方程式と解析手法は、電気通信、無線工学、物理学に直接的な影響を与え、その後の教科書や工学設計の基礎となりました。独学で得た直観的な手法が後年に形式的に整備されることで、彼の貢献はより広く受け入れられていきました。
性格・評価・晩年
ハイヴィサイドは生前から同僚や当時の学会と摩擦を起こすことがあり、物質的報酬や学術的栄誉を積極的に求めなかったため、その功績がすぐには広く認められませんでした。独特でしばしば孤立した生活様式や反骨精神は「エキセントリック」「奇人」と評されることもありましたが、晩年になってから改めて評価が高まり、近代電磁気学の基礎を築いた人物として歴史に位置づけられています。晩年には王室からの栄典などで顕彰されました。
補足
ハイヴィサイドに関する研究は数学的手法と工学的直感がどのように結びつくかの好例です。彼の書簡や論文には実務的な問題意識に根ざした洞察が多く含まれており、現代の電気工学や応用数学を学ぶうえで興味深い史料となっています。
オリバー・ヒービサイド（1900年頃
ライフ
ヒービサイドは、ロンドンのカムデン・タウンで生まれた。父親は木彫りの職人だった。叔父のチャールズ・ホイートストン卿（1802-1875）は電信機を共同発明し、1837年にユーストン駅で有名な実験を行った。
Heavisideは背が低く、赤毛だった。若い頃は猩紅熱にかかり、特に晩年は耳が聞こえなくなっていたという。16歳まではカムデン・ハウス・スクールで学び、18歳までは自宅で勉強を続けた。彼は電信技師の仕事に就き、デンマークでしばらく働いていた。彼は、イギリスからデンマークへの通信速度が、その逆の場合よりも40％も速いことに気付き、1871年にイギリスからデンマークへの電信ケーブルに障害があることを発見した。1873年、彼はマクスウェルの著書『電気と磁気の理論』の初版を手に入れた。彼はこの本から大きな影響を受け、多くの数学的アイデアを生み出すことができた。この頃、彼はニューカッスルで働いていた。1875年、彼はロンドンに戻り、両親と一緒に暮らすようになった。そこで彼は自分の発見を書き留めることに多くの時間を費やしたが、あまりにも難解すぎて誰も彼の論文を出版しようとはしなかった。彼が交流電流を分析したのは、それが商業的に使われ始める15年前のことである。
両親がペイントンに移ったとき、彼も一緒に移った。両親の死後はニュートン・アボットに住み、1908年から亡くなるまではトーキーに住んでいたという。彼は未婚だった。
エキセントリックな行動
高齢になってからの彼は、ますますエキセントリックになっていった。貧乏だった彼は、トーキーの大きな家に一人で住んでいたが、暖房を入れる余裕がなかった。彼は友人が訪ねてくるのを好んでいたが、多くの人は彼がしばしば無礼な態度をとるので、敬遠していた。料理ができない彼に、親切な警察官が定期的に食べ物を届けに来てくれた。彼は耳が悪く、ドアをノックしても聞こえないので、警察官はよく手紙箱を開けて大きな音で笛を吹いていた。家と庭はひどく荒れていた。家の中には花崗岩の塊を家具として置いていた。彼はよく冗談で自分の名前の後にW.O.R.M.という文字を付けていました。また、指の爪をピンクに塗るのが好きだった。少なくとも一度は髪の毛を黒く染め、濡れたままの状態でティーコジーを頭にかぶったこともあった。
1925年、はしごから落ちて救急車で老人ホームに運ばれたとき、彼は自動車に乗るのは初めてだった。彼は救急車の運転手に「楽しかった」と言ったそうだ。その1ヵ月後にトーキーの老人ホームで亡くなり、ペイギントンに埋葬された。
彼の作品
| 電磁気学 |
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| 電気・磁気 |
| 静止画 アンペールの法則 - 電流 - 磁場 - |
| 共変型製剤 電磁テンソル - EM応力-エネルギーテンソル - 四電導 - 電磁四電導 |
| · v · t · e |
彼はニュートンのように一人で研究し、実験のすべてを発表することはなかった。ノートにはたくさんのアイデアを書き込んでいたが、本人は発表できるとは思っていなかったようだが、結果的には非常に重要なアイデアだった。例えば、地表から何キロも離れたところに大気の導電層があり、それを利用すれば、地球の曲率に合わせて長距離の電波を送ることができるのではないかと提案しました。1923年、実際に複雑な電離層（「電離層」と呼ばれる）があることが発見された。ケネリー・ハイビスサイド層は、後に彼の名前にちなんで名付けられた。彼の死から25年後の1950年には、世界中で50以上の局が上層大気中での無線通信の実験を行っていた。
彼は、電話通信で音声を明瞭に伝える方法を研究した。彼は、電話回路の反射を研究した（これは邪魔な反響を生む）。1886年からは、ヘルツが開発した電磁波の空間伝搬と、トムソンが発見した原子の運動の研究に時間を費やしたのである。
栄誉
彼は名誉を得ることに興味がなかった。実際、彼は自分の発見でお金を稼いだことは一度もなく、請求書の支払いが困難になることもしばしばあった。1891年にRoyal SocietyのFellowに選ばれたときは、さぞかし嬉しかったことだろう。彼は、政府から年間120ポンドの市民権を得た。1908年には電気技術者協会の名誉会員に、1918年にはアメリカ電気技術者協会の名誉会員に選ばれた。1921年には、世界で初めてファラデー・メダルを授与された。
ヘーヴィサイドの有名な言葉がある。「消化のプロセスを完全に理解していないからといって、夕食を拒否してよいのだろうか？
Paignton cemeteryにあるHeavisideのお墓
関連ページ
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質問と回答
Q:オリバー・ヘヴィサイドとは誰ですか?
A: オリバー・ヘヴィサイドは、1850年5月18日から1925年2月3日まで生きた、イギリスの電気技師、数学者、物理学者です。
Q:彼は科学の世界で何をしたのですか?
A: 彼は電気回路を研究するために複素数を使い、微分方程式を扱う新しい方法を見つけることを必要とした電磁波理論について多くの仕事をしました。また、マクスウェルの場の方程式やベクトル解析にも取り組み、ベクトル計算の発明者としても知られています。
Q:彼の仕事はどのように評価されているのでしょうか?
A:彼の死後、その功績が認められ、彼がいかに数学と物理学の研究を変えたかが理解されるようになった。電離層の一部には、彼の功績を称え、ケネリーヘビサイド層という名前がつけられています。
Q:オリバー・ヘヴィサイドはどのような人だったのでしょうか?
A: オリバー・ヘビサイドはエキセントリックな性格で、多くの人が考えるマッドサイエンティストのステレオタイプによく当てはまります。
Q: 彼は数学と物理学に何を貢献したのでしょうか?
A: オリバー・ヘビサイドは、複素数を使って電気回路を研究し、電磁波理論に多くの業績を残し、マクスウェルの場の方程式とベクトル解析に取り組み、ベクトル計算を発明して、数学と物理学の両方に大きく貢献しました。
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