亥维赛（Oliver Heaviside【PGOD-094】pg NonStopSelection 5，1850-1925）是一位自学成才的工程师、数学家和物理学家，他对电磁学、通讯和电气工程限制作念出了凸起孝敬。恰是他将原始的20个麦克斯韦方程变成了如今东谈主们郑重的4个，何况由此发展出的矢量分析在物理学和工程限制得到了昔时应用。
撰文 | 张东和
“Up， up， up past the Russel Hotel， Up， up， up， up to Heaviside Layer!”。这是国外上盛名的音乐剧“Cats”在斥逐热潮阶段的一段歌词，赞许一个天选之猫将投入天堂得到新生。该剧从1982年运行在好意思国纽约的百老汇大街上公演，到2000年夏天停演，冲破了百老汇接续公演最久而且次数最多的记录。问题来了，“Heaviside Layer” 是什么层？谁是Heaviside？
歌词中提到的Heaviside，即是十九世纪后半叶到二十世纪初自学成才的英国物理学家、数学家和电气工程师Oliver Heaviside。他本性乖癖，早期长年处在科学盘考团体的角落，晚年被一个少量的要好并郑重他的物理学家相貌成“一个头号怪东谈主(A first-rate oddity)”，但他在他还是涉猎的不同限制皆取得了特地故道理道理和有影响的遵守，由于闻明度不够，其盘考遵守被严重低估。
Heaviside 1850年5月15号生于英国伦敦北部一个小镇的空泛家庭，由于一场疾病严重影响了他的听力，使他很少与东谈主换取，形成了他孤介、炫耀的本性。他16岁时，扬弃了在当地的一所文法学校的“细致”训导，随后通过家庭关系在英国北部找到一个联系电报电缆公司的电报之类的责任。他责任出色，在1873年，也即是Maxwell发表所谓的麦克斯韦方程的那一年，他在一个专科杂志上发表了一篇联系电桥方面的责任。这一责任得到了盛名物理学家William Thomson（Kelvin 男爵）的暖热，并在途经他的责任地的时分顺道见了他并赐与道喜，这极地面饱读励了他。固然责任出色，然则Heaviside不肯意作念他以为无道理道理的事情，更但愿专注于他感兴味的盘考责任，再加上他体魄的原因，在1874年辞去了这份责任，回到了父母身边。立时，小萝莉渔网袜自慰流水借助于责任在英国邮局和电报系统的哥哥的资助，运行了他多年的联系电器方面的独处盘考，以一己之力鼓动和处置其时联系电气工程、电磁波传播等方面的前沿问题，并创造出了咱们沿用于今的的联系电路的一些术语，如阻抗（impedance）、电感（inductance）、趋肤效应（skin effect），此外还发明了同轴电缆和感应负载（Inductive loading）。这技巧其最故道理道理的一项责任是通过对麦克斯韦原始方程组的结实，行使他私有的数学相貌表率对该方程的重塑，变为一种对称阵势，被相关教科书沿用于今。Heaviside还行使他重塑的麦克斯韦方程组开展了多半的电磁波传播方面的责任。
文后的公式（1-7）是麦克斯韦于1873年发表的著作中给出的麦克斯韦方程组的原始阵势，内部包含了20个方程，20个未知量。很难遐想麦克斯韦是如何从这一堆方程中预言到电磁波的存在的。Heaviside通过永久对这些方程的钻研和结实，在1884年独处得到了电磁场能量指示公式，也即是波印廷定理。由于辩别科学团体，他对外界的相关责任并不了解，到了1885年才了解到具有剑桥学术配景的物理学家波印廷的责任。意志到电场和磁场在处置电磁场能量传播的遑急性，Heaviside对原始麦克斯韦方程组进行了如凤凰涅槃般的重塑，在1890年支配将这些方程整合成当今的包含电场和磁场、梯度和旋度的特地对称的模范麦克斯韦方程组，并在后期的责任中行使这一阵势的方程组开展了电路电波能量在导体内和导体外的传播方式等方面的责任。也许是由于太过无名，麻仓优ed2k好多教科书在提到麦克斯韦方程组时将Heaviside责任归因于赫兹。其实，在早期，当代阵势的麦克斯韦方程组还被叫作念Hertz-Heaviside and Maxwell方程组，爱因斯坦在一篇联系表面物理基本问题的想考的著作中，将这一方程莳植为Maxwell方程组。不论怎样，全天下学物理的和盘考物理的东谈主皆应该感谢Heaviside先生，是他使麦克斯韦方程组变得简便实用。
1888年之前，Heaviside寡言无名，在对于Inductive loading在远距离电话澄澈的作用方面被一些巨擘压制，致使永久发表他的盘考责任的杂志皆拒却他络续在杂志上发表著作。但很快一系列的磨真金不怕火考证了Inductive loading的作用，1889年，以Kelvin男爵为首的几位电磁方面的科学家在不同风物宣传Heaviside的传播表面，使他很快投入了科学团体的视线，并于1891年被选为英国皇家学会会员。
1889年之后【PGOD-094】pg NonStopSelection 5，Heaviside随他父母搬到了英国南部的德文郡，在那处络续开展他感兴味的盘考责任，但他把暖热的要点放到了处置物理问题的数学表率方面，如矢量分析、算符表率处置微分方程等，以Heaviside的名字定名的函数大致表率有H阶跃函数（Heavisidestep function）和处置积分函数的Heaviside cover-up表率。但由于Heaviside盘考的数学表率主要针对物理当用，后期遭到了一些盘考纯数学的数学家的遏抑。
当今回到本文开首的Heaviside Layer，敬佩好多郑重音乐剧“Cats”的东谈主也不可结实“Heaviside Layer”是什么层。1901年12月12日，马可尼（Marconi）在英国与加拿大之间胜仗完成了无线电波的跨大欧好意思传播。由于电波在大气中的绕射表面不可阐发这种几千公里的沿着地球名义的无线电传播风物，1902年在好意思国的电气工程师Kennelly和在英国的Heaviside先后独处提议了在100多公里高度上存在着一个导电层，这一导电层形成无线电信号的反射，从而完成了无线电波的远距离传播经由，东谈主们把这一导电层定名为”Kennelly-Heaviside Layer”，也即是电离层的E层。
投入二十世纪后，Heaviside的体魄和精神景况变得特地灾祸，1905年后真的住手了扫数的科研作为，1908年被选为无线电工程师协会的荣誉会员，1922年被无线电工程师协会授予首度法拉第奖章，Heaviside于1925年2月牺牲。Heaviside一世建立无数，对于一个自学成才的独处盘考东谈主员来说，这些成即是凸起的。Heaviside是一个有独处个性的东谈主，一个具有凸起数学身手和物理洞勤恳的伟大科学家。
图1 Oliver Heaviside（图片来自收罗）
作家简介
张东和，北京大学地球与空间科学学院训导，长年开展电离层物理与电波传播的指示和科研责任，在电离层物理，GNSS，空间天气过甚效应发表著作百余篇。
参考文件
[1] Donaghy-SpargoC，Yakovlev A. 2018 Oliver Heaviside’s electromagnetic theory. Phil. Trans. R. Soc. A 376: 20180229. http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2018.0229
[2] Maxwell JC. 1873 A Treatise on Electricity and Magnetism， vols. I & II. Oxford， Clarendon Press
[3] Nahin PJ. 1988 Oliver Heaviside: Sage in Solitude: The Life， Work， and Times of an Electrical Genius of the Victorian Age. New York: IEEE Press
本文经授权转载自微信公众号“中国科学院国度天文台”，主编：马冠一；审查：何嘉；审核：田斌；审批：陆烨。
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