Лайтхилл, Джеймс
Сэр Майкл Джеймс Лайтхилл (англ. Sir Michael James Lighthill; 23 января 1924[1][2][…], Париж[3] — 17 июля 1998[1][2][…], Сарк, Гернси, Великобритания[3]) — английский учёный в области прикладной математики, основоположник аэроакустики.
Работал в Кембриджском университете. Автор решений широкого круга принципиальных задач в области авиационной акустики, динамики реального газа, пограничного слоя, гидромеханики и газовой динамики, биомеханики. Был членом Лондонского королевского общества и президентом Международного союза по теоретической и прикладной механике (1984). За научные заслуги удостоен рыцарского звания (Sir, 1971)
Иностранный член Национальной академии наук США (1976)[4], Французской академии наук (1976)[5], Российской академии наук (1994)[6].
Общие сведения
| Джеймс Лайтхилл | |
|---|---|
| англ. Sir Michael James Lighthill | |
| Дата рождения | 23 января 1924[1][2][…] |
| Место рождения | |
| Дата смерти | 17 июля 1998[1][2][…] (74 года) |
| Место смерти | Сарк, Нормандские острова |
| Страна | |
| Научная сфера | математик |
| Место работы |
Манчестерский университет Университетский колледж Лондона Кембриджский университет Имперский колледж Лондона Национальная физическая лаборатория Великобритании |
| Образование | |
| Учёное звание | Beyer Chair of Applied Mathematics[d] |
| Ученики | Дж. Уизем |
| Известен как |
Аэроакустика Акустическая аналогия Лайтхилла Отчёт Лайтхилла Метод Лайтхилла |
| Награды и премии |
Бейкеровская лекция (1961) Медаль Тимошенко (1963) Королевская медаль (1964) Медаль Эллиота Крессона (1975) Лекция Джона фон Неймана (1975) Премия Харви (1981) Кольцо Людвига Прандтля (1983) Премия Отто Лапорте (1984) Медаль Рэлея (1992) Медаль Копли (1998) |
Биография
В молодости сэр Джеймс Лайтхилл был известен, как Майкл Лайтхилл. Майкл родился 23 января 1924 года в Париже, где его отец, Эрнст Бальцар Лайтхилл работал горным инженером. Настоящая фамилия отца была Лихтенберг, но в 1917 году он изменил фамилию на Лайтхилл. Мать Джеймса, Мариори Холмс, былa дочерью инженера и на 18 лет младше мужа. Эрнсту Лайтхиллу было 54 года на момент рождения сына, a через три года, в 1927 году, он вышел на пенсию и переехал с семьёй в Англию.
В детстве Джеймс был вундеркиндом и окончил школу экстерном на два года раньше ровесников. Уже в 15 лет он получил стипендию для обучения в Тринити Колледже Кембриджского университета, но Университет предложил подождать два года до семнадцатилетия. За это время Джеймс и его школьный друг Фримен Дайсон (стал известен, как один из создателей квантовой электродинамики) самостоятельно изучили математические курсы первых семестров, что позволило им окончить университет уже в 1943 году. Интересно, что во время войны занятия в колледже продолжались, но студентов почти не было, и Поль Дирак, который читал уравнения математической физики в Кембридже, занимался с Джеймсом и Фрименом фактически индивидуально.
Во время обучения в Кембриже, Джеймс встретил свою будущую жену, Нэнси Думареск, которая изучала математику. После окончания университета, он пытался устроиться на работу в Королевские аэровоздушные силы (англ. Royal Aircraft Establishment), где Нэнси уже получила место, однако ему предложили место в Аэродинамическом департаменте Национальной физической лаборатории. В 1945 году они поженились и Джеймс ушёл из лаборатории, чтобы работать в Тринити-колледже. На следующий год, ему предложили место ведущего лектора в Манчестерском университете, где он создал сильнейшую в стране группу по гидродинамике. В 1950 году (26 лет) его сделали профессором прикладной математики Манчестерского университета. В 1953 году избран членом Лондонского королевского общества[7], а с 1964 — профессор в Имперском колледже Лондона, где основал Институт прикладной математики.
В 1969 году Поль Дирак ушёл на пенсию с позиции Лукасовского профессора математики Кембриджа; его место на следующие 10 лет занял Лайтхилл (затем место занял Стивен Хокинг). Также Лайтхилл был основателем и первым президентом Института математики и её приложений (IMA) с 1964 по 1966 год[8]. После ухода с поста Лукасовского профессора в 1979 году он стал провостом (ректором) Университетского колледжа Лондона (UCL), занимая эту должность до 1989 года[9].
Каждое лето Лайтхилл проводил на небольшом острове Сарк (Нормандские острова), который первым обогнул кругом в 1973 году. 17 июля 1998 года он скончался от разрыва митрального клапана сердца во время заплыва вокруг острова[10].
Научный вклад
Аэроакустика
В 1952 году Лайтхилл опубликовал статью о аэродинамически сгенерированном звуке, где впервые предложил акустическую аналогию, для расчёта шума турбулентной струи. Элегантный, математически чистый подход к решению инженерной задачи сразу получил признание в научном сообществе. Прямое следствие аналогии, закон восьмой степени, гласит, что мощность звука от струи двигателя пропорциональна скорости струи в восьмой степени. Теоретически выведенный закон был подтверждён экспериментально и лёг в основу снижения авиационного шума современных самолётов. Эта публикация вкупе со второй частью, опубликованной в 1954 году, положила начало новому направлению в науке — Аэроакустика[11]. Акустическая аналогия позволила переформулировать уравнения Навье-Стокса в неоднородное волновое уравнение, а выведенный закон восьмой степени стал фундаментальным для методов снижения шума реактивных двигателей[12].
Биофлюидодинамика
Майкл Лайтхилл внёс фундаментальный вклад в биофлюидодинамику, создав теоретические модели движения животных в жидкой и газообразной средах. Для описания гидродинамики плавания рыб он разработал «теорию удлинённого тела», которая объясняет, как гибкое вытянутое тело создаёт тягу за счёт волнообразных движений[13].
В области аэродинамики полёта насекомых Лайтхилл представил теоретическое обоснование механизма Вейс-Фога, также известного как «хлопок и отбрасывание». В 1973 году он разработал математическую модель, объясняющую способность мелких насекомых генерировать высокую подъёмную силу за счёт нестационарных аэродинамических эффектов при движении крыльев[14].
Теория транспортных потоков
В 1955 году совместно с Джеральдом Уиземом Лайтхилл разработал макроскопическую модель транспортных потоков, известную как модель Лайтхилла — Уизема — Ричардса (LWR). Эта модель применяет методы гидродинамики, рассматривая поток как непрерывную сжимаемую жидкость, для описания движения транспорта и формирования заторов.
Искусственный интеллект
Затем Лайтхилл много занимался вопросами численного моделирования, биомеханикой и искусственным интеллектом. В 1973 году был опубликован Отчёт Лайтхилла, где он критично описал разработки в области искусственного интеллекта и дал очень пессимистические прогнозы для основных направлений этой науки. В отчёте исследования были разделены на три категории: A, B и C. Основной критике подверглась категория B (построение роботов и попытки создания общего интеллекта) из-за неспособности решить фундаментальную проблему «комбинаторного взрыва».
Библиография
Память и наследие
В 1998 году Джеймс Лайтхилл был посмертно награждён высшей наградой Лондонского королевского общества — медалью Копли[16]. В его честь назван Институт математических наук Лайтхилла в Университетском колледже Лондона (UCL)[17]. Личные документы, переписка и рабочие материалы учёного хранятся в Специальных коллекциях Университетского колледжа Лондона[18].