Войти
| Льюис Фрай Ричардсон | |
|---|---|
 Льюис Фрай Ричардсон D.Sc., FRS | |
| Родился | ( 1881-10-11) 11 октября 1881 г.. Ньюкасл-апон-Тайн |
| Умер | 30 сентября 1953 (1953-09-30) (71 год). Килмун, Аргайл и Бьют |
| Гражданство | Соединенное Королевство |
| Alma mater | Ботэмская школа. Даремский колледж науки. Королевский колледж, Кембридж |
| Известен | фракталом. Конфликт моделирование. Экстраполяция Ричардсона |
| Награды | Член Королевского общества |
| Научная карьера | |
| Филдс | математик. физик. метеоролог. психолог |
| Учреждения | Национальная физическая лаборатория. Национальная торфяная промышленность. Университетский колледж Аберистуит. Метеорологический офис. Технический колледж Пейсли |
| Влияния | Карл Пирсон. Г. Ф. С. Сирл. Дж. Дж. Томсон |
| Находившийся под влиянием | Бенуа Мандельброт |
Льюис Фрай Ричардсон, FRS (11 октября 1881 - 30 сентября 1953), английский математик, физик, метеоролог, психолог и пацифист, первооткрыватели современных математических методов прогнозирования погоды и применения аналогичных методов для изучения причин войн и способов их предотвращения.. Он также известен своей новаторской работой, касающейся фракталов и метода решения системы линейных уравнений, известного как модифицированная итерация Ричардсона.
Льюис Фрай Ричардсон был младшим из семи детей, рожденных Кэтрин Фрай (1838–1919) и Дэвидом Ричардсоном (1835–1913). Это была преуспевающая квакерская семья, Дэвид Ричардсон владел успешным дубильным и кожевенным бизнесом.
В возрасте 12 лет его отправили в квакер интернат. школа, Bootham School в Йорке, где он получил научное образование, что стимулировало активный интерес к естественной истории. В 1898 году он поступил в Даремский колледж науки (колледж Даремского университета ), где он изучал курсы математической физики, химии, ботаника и зоология. В 1900 году он поступил в Королевский колледж в Кембридже, где он изучал физику в рамках естественных наук (среди прочих) Дж. Дж. Томсон и получил высшее образование в 1903 году. В возрасте 47 лет он получил докторскую степень по математической психологии в Лондонском университете.
Трудовая жизнь Ричардсона представляла его эклектические интересы:
В 1926 году он был избран членом Содружества Королевского общества
Квакерские верования Ричардсона повлекли за собой горячие пацифизм, который освободил его от военной службы во время Первой мировой войны как отказника по убеждениям, хотя впоследствии это лишило его права занимать какую-либо академическую должность. Ричардсон работал с 1916 по 1919 год в отряде скорой помощи друзей, прикрепленном к 16-й французской пехотной дивизии. После войны он вернулся в Метеорологическое управление, но был вынужден уйти в отставку по соображениям совести, когда оно было объединено в министерство авиации в 1920 году. Впоследствии он продолжил карьеру на окраинах академического мира, прежде чем уйти в отставку. 1940 для исследования собственных идей. Его пацифизм имел прямые последствия для его исследовательских интересов. Согласно Томасу Кёрнеру, открытие того, что его метеорологическая работа представляет ценность для разработчиков химического оружия, заставило его отказаться от всех своих усилий в этой области и уничтожить результаты, которые он еще не опубликовал.
Интерес Ричардсона к метеорологии привел его к предложению схемы прогнозирования погоды путем решения дифференциальных уравнений, метод, используемый в настоящее время, хотя, когда он опубликовал «Прогноз погоды с помощью числового процесса» в 1922 году, подходящие быстрые вычисления были недоступны. Он так описал свои идеи (его «компьютеры» - это люди):
«После стольких трудных рассуждений, можно ли играть с фантазией? Представьте себе большой зал, похожий на театр, только круги и галереи проходят сквозь него. пространство, обычно занимаемое сценой. Стены этого зала окрашены в виде карты земного шара. Потолок представляет северные полярные регионы, Англия находится в галерее, тропики в верхнем круге, Австралия на бельевом круге и Антарктика в яме.
Мириады компьютеров работают над погодой в той части карты, где каждый из них находится, но каждый компьютер занимается только одним уравнением или частью уравнения. Работа каждого региона координируется чиновник более высокого ранга. Множество маленьких «ночных знаков» отображают мгновенные значения, так что соседние компьютеры могут их прочитать. Таким образом, каждое число отображается в трех смежных зонах, чтобы поддерживать связь с севером и югом на карте.
С дна котлована на вся колонна поднимается на половину высоты зала. На его вершине находится большая кафедра. Здесь сидит человек, отвечающий за весь театр; его окружают несколько помощников и посыльных. Одна из его обязанностей - поддерживать одинаковую скорость прогресса во всех частях земного шара. В этом отношении он подобен дирижеру оркестра, инструментами которого являются логарифмические линейки и счетные машины. Но вместо того, чтобы размахивать дубинкой, он направляет луч розового света на любую область, которая идет впереди остальных, и луч синего света на тех, кто находится позади.
Четыре старших клерка на центральной кафедре собирают информацию о погоде в будущем так же быстро, как она вычисляется, и отправляют ее пневматическим транспортером в тихую комнату. Там его закодируют и позвонят на радиопередающую станцию. Мессенджеры несут груды использованных компьютерных форм на склад в подвале.
В соседнем здании есть исследовательский отдел, где придумывают улучшения. Но прежде чем вносить какие-либо изменения в сложную рутину компьютерного театра, необходимо провести множество экспериментов в небольшом масштабе. В подвале энтузиаст наблюдает водовороты в жидкой подкладке огромной вращающейся чаши, но пока что арифметика показывает лучший способ. В другом здании все обычные финансовые, корреспондентские и административные офисы. Снаружи есть игровые поля, дома, горы и озера, поскольку считалось, что те, кто вычисляет погоду, должны свободно дышать ею »(Richardson 1922)
(Слово« компьютеры »здесь используется в его первоначальном значении - люди кто производил вычисления, а не машины. «Калькулятор» также относился к людям в то время.)
Когда новости о первом прогнозе погоды на первом современном компьютере, ENIAC, были получены Ричардсоном в 1950 году он ответил, что результаты были «огромным научным прорывом». Первые расчеты для 24-часового прогноза заняли у ENIAC почти 24 часа.
Он также интересовался атмосферным турбулентность и провел множество наземных экспериментов. Число Ричардсона, безразмерный параметр теории турбулентности назван в его честь. Он лихо резюмировал турбулентность в стихотворных стихах. в прогнозе погоды с помощью числового процесса (стр. 66):
Большие водовороты имеют маленькие водовороты, которые питаются своей скоростью,
[Игра на Siphonaptera, переформулировка Джонатана Свифта, переформулированная Августом Де Морганом, " У больших блох есть маленькие блохи на спине, чтобы их укусить, А у маленьких блох есть блохи поменьше, и так до бесконечности. "(Бюджет парадоксов, 1915)].
Одно из самых знаменитых достижений Ричардсона - это его попытка задним числом предсказать погоду в течение одного дня - 20 мая 1910 года - с помощью прямого вычисления. В то время метеорологи составляли прогнозы, в основном ища похожие погодные условия на основе прошлых записей, а затем экстраполируя их вперед. Ричардсон попытался использовать математическую модель основных характеристик атмосферы и использовать данные, полученные в определенное время (7 утра), для расчета погоды через шесть часов ab initio. Как поясняет метеоролог Питер Линч, прогноз Ричардсона резко провалился, предсказывая огромное повышение давления на 145 гектопаскалей (4,3 дюйма ртутного столба) за шесть часов, когда давление на самом деле было более или менее статичным. Однако подробный анализ, проведенный Линчем, показал, что причиной была неспособность применить к данным методы сглаживания, которые исключают нефизические скачки давления. Когда они применяются, прогноз Ричардсона оказывается по существу точным - замечательное достижение, учитывая, что расчеты проводились вручную, а Ричардсон служил в квакерском отделении скорой помощи на севере Франции.
Ричардсон также применил свои математические навыки в служении своим пацифистским принципам, в частности, для понимания основ международного конфликта. По этой причине он теперь считается инициатором или со-инициатором (с Куинси Райт и Питиримом Сорокиным, а также другими, такими как Кеннет Боулдинг, Анатол Рапапорт и Адам Кёрл ), научного анализа конфликта - междисциплинарной темы количественной и математической социальной науки, посвященной систематическому исследованию причин войны и условий мира. Как и в случае с погодой, он анализировал войну, используя в основном дифференциальные уравнения и теорию вероятностей. Рассматривая вооружение двух наций, Ричардсон постулировал идеализированную систему уравнений, согласно которой скорость наращивания вооружений нации прямо пропорциональна количеству вооружений, имеющихся у ее соперника, а также недовольству, которое испытывает к сопернику, и отрицательно пропорциональна количеству вооружений. количество оружия у него уже есть. Решение этой системы уравнений позволяет сделать проницательные выводы относительно природы, а также устойчивости или нестабильности различных гипотетических условий, которые могут возникнуть между странами.
Он также основал теорию о том, что склонность к войне между двумя странами была функцией длины их общей границы. В работах (1949) и (1960) он стремился статистически проанализировать причины войны. Он оценил следующие факторы: экономика, язык и религия. В предисловии к последнему он писал: «В мире существует множество блестящих, остроумных политических дискуссий, которые не приводят к твердым убеждениям. Моя цель была иная: а именно исследовать несколько понятий с помощью количественных методов в надежде получения надежного ответа ".
В «Статистике смертельных ссор» Ричардсон представил данные практически по каждой войне с 1815 по 1945 год. В результате он выдвинул гипотезу по основанию 10 логарифмической шкале для конфликтов. Другими словами, маленьких боев, в которых погибает всего несколько человек, намного больше, чем больших, убивающих многих. Хотя размер конфликта невозможно предсказать заранее - действительно, невозможно дать верхний предел для ряда - в целом они действительно образуют распределение Пуассона. В меньшем масштабе он продемонстрировал ту же картину для групповых убийств в Чикаго и Шанхае. Другие отмечали, что аналогичные статистические закономерности возникают часто, будь то запланированные (лотереи с гораздо большим количеством мелких выплат, чем крупных выигрышей) или естественная организация (в небольших городах есть продуктовые магазины, а в больших городах с супермаркетами).
Ричардсон решил найти связь между вероятностью того, что две страны вступят в войну, и протяженностью их общей границы. Однако при сборе данных он обнаружил, что существуют значительные различия в опубликованных длинах международных границ. Например, расстояние между Испанией и Португалией было по-разному обозначено как 987 или 1214 км, а между Нидерландами и Бельгией - как 380 или 449 км.
Причина этих несоответствий - "парадокс береговой линии ". Предположим, что побережье Британии измеряется с помощью линейки длиной 200 км, указывающей, что оба конца линейки должны касаться побережья. Теперь разрежьте линейку пополам и повторите измерение, затем повторите:
Обратите внимание, что чем меньше линейка, тем длиннее результирующая береговая линия. Можно предположить, что эти значения сходятся к конечному числу, представляющему истинную длину береговой линии. Однако Ричардсон продемонстрировал, что это не так: измеренная длина береговой линии и других природных объектов неограниченно увеличивается по мере уменьшения единицы измерения. В настоящее время это известно как эффект Ричардсона.
В то время научное сообщество игнорировало исследования Ричардсона. Сегодня он считается элементом начала современного изучения фракталов. Исследование Ричардсона было процитировано математиком Бенуа Мандельбротом в его статье 1967 года Какова длина побережья Британии? Ричардсон определил значение (от 1 до 2), которое описывает изменения (с увеличением деталь измерения) наблюдаемой сложности для конкретной береговой линии; это значение послужило моделью для концепции фрактальной размерности.
В апреле 1912 года, вскоре после гибели корабля Титаник, Ричардсон зарегистрировал патент на обнаружение айсбергов с помощью акустической эхолокации в воздухе. Через месяц он зарегистрировал аналогичный патент на акустическую эхолокацию в воде, предвосхищая изобретение сонара Полом Ланжевеном и Робертом Бойлем 6 годами позже.
Вымышленная версия Ричардсона по имени Уоллес Райман играет ключевую роль в романе Джайлза Фодена «Турбулентность».
Ричардсон упоминается в Работа Джона Бруннера, Стенд на Занзибаре, где Статистика смертельных ссор используется как аргумент в пользу неизбежности войн.
Работа Ричардсона также упоминается в фантастической новелле Пола Андерсона «Короли, которые умирают».
Знаменитая цитата Ричардсона «У больших вихрей есть маленькие вихри, которые подпитываются их скоростью; маленькие вихри имеют меньшие вихри и так далее до вязкости» упоминается в получившей признание критиков песне «Dots Lines», написанной и исполненной Грэмми. - Лупе Фиаско, автор текстов и рэпер.
В 1909 году он женился на Дороти Гарнетт (1885–1956), дочери математика и физика Уильяма Гарнетта. У них не было возможности иметь детей из-за несовместимости групп крови, но они усыновили двух сыновей и дочь в период с 1920 по 1927 год.
племянник Ричардсона Ральф Ричардсон стал известным актером. Его внучатый племянник (через старшего брата его жены Дороти, (Джеймс Клерк) Максвелл Гарнетт, CBE), Джулиан Хант, впоследствии стал метеорологом, генеральным директором и исполнительным директором компании Британское метеорологическое бюро с 1992 по 1997 год. Племянница той же линии происхождения - бывший политик Вирджиния Боттомли, ныне баронесса Боттомли.
С 1997 года медаль Льюиса Фрая Ричардсона была присуждена Европейским союзом наук о Земле за «исключительный вклад в нелинейную геофизику в целом» (EGS до 2003 года и EGU с 2004 года).
Победителями были:
С 1959 года в Ланкастерском университете существует центр изучения проблем мира под названием «Институт Ричардсона», который проводит междисциплинарные исследования. о мире и конфликтах в духе Льюиса Фрая Ричардсона.
