Дуглас Хартри

Дуглас Хартри
Дуглас Хартри на Международной конференции по физике, Лондон, 1934 г.
Родившийся	Дуглас Райнер Хартри ( 1897-03-27 )27 марта 1897 г. Кембридж , Кембриджшир, Англия, Великобритания
Умер	12 февраля 1958 г. (1958-02-12)(60 лет) Кембридж , Кембриджшир, Англия, Великобритания
Национальность	Британский
Альма-матер	Колледж Святого Иоанна, Кембридж
Известен	MCHF Уравнение Аплтона – Хартри Дифференциальный анализатор Хартри (единица энергии) Уравнение Хартри Метод Хартри – Фока
Награды	Член Королевского общества [1]
Научная карьера
Поля	численный анализ атомная физика
Учреждения	Министерство снабжения Манчестерского университета Кембриджский университет
Докторант	Ральф Х. Фаулер [2]
Докторанты	Оскар Бунеман Шарлотта Фишер Аарон Клаг [2]

Дуглас Рейнер Хартри FRS (27 марта 1897 - 12 февраля 1958) был английский математик и физик самым известным для развития численного анализа и его применение к уравнениям Хартри-Фока в атомной физике и построения дифференциального анализатора с помощью Meccano . ^{[2] [3]}

Ранняя жизнь [ править ]

Дуглас Хартри родился в Кембридже , Англия. Его отец, Уильям, был преподавателем инженерных наук в Кембриджском университете, а его мать, Ева Рейнер, была президентом Национального совета женщин Великобритании и мэром города Кембриджа. Одним из его прадедов был Сэмюэл Смайлс ; ^[1] другим был морской инженер Уильям Хартри, партнер Джона Пенна . ^[4]Дуглас Хартри был старшим из трех сыновей, переживших младенчество. Брат и сестра умерли в младенчестве, когда он был еще ребенком, но два его брата позже тоже умерли. 7-летний брат Хартри Джон Эдвин умер, когда Хартри было 17 лет, а 22-летний брат Хартри Колин Уильям умер от менингита в феврале 1920 года, когда Хартри было 23 года ^[5]

Хартри учился в колледже Святого Иоанна в Кембридже, но первая мировая война прервала его учебу. Он (и его отец и брат) присоединились к группе, занимающейся зенитной баллистикой под руководством А. В. Хилла , где он приобрел значительные навыки и постоянный интерес к практическим расчетам и численным методам для дифференциальных уравнений, выполняя большую часть своей работы карандашом и бумагой. . ^[6]

После окончания Первой мировой войны Хартри вернулся в Кембридж, окончив его в 1922 году со степенью второго класса в области естественных наук.

Расчеты атомной структуры [ править ]

В 1921 году визит Нильса Бора в Кембридж вдохновил Хартри применить свои числовые навыки к теории атома Бора , по которой он получил докторскую степень в 1926 году - его советником был Эрнест Резерфорд . С публикацией уравнения Шредингера в том же году Хартри смог применить свои знания дифференциальных уравнений и численного анализа к новой квантовой теории . Он вывел уравнения Хартри для распределения электронов в атоме и предложил метод самосогласованного поля для их решения. Волновые функции этой теории не удовлетворяли принципу исключения Паули, для которогоСлейтер показал, что необходимы детерминантные функции. В. Фок опубликовал «уравнения с обменом», известные теперь как уравнения Хартри – Фока . Они значительно более требовательны в вычислительном отношении даже при использовании эффективных методов, предложенных Хартри для расчета обменных вкладов. Сегодня уравнения Хартри-Фока имеют большое значение для области вычислительной химии , они применяются и решаются численно в большинстве программ теории функционала плотности , используемых для расчетов электронной структуры молекул и систем конденсированной фазы. ^{[7] [8]}

Манчестерские годы [ править ]

В 1929 году Хартри был назначен на Бейер кафедры прикладной математики в Университете Манчестера . В 1933 году он посетил Ванневара Буша в Массачусетском технологическом институте и из первых рук узнал о своем дифференциальном анализаторе . Сразу же по возвращении в Манчестер он приступил к созданию собственного анализатора из Meccano . Видя потенциал для дальнейшего использования своих численных методов с помощью машины, он убедил сэра Роберта Макдугалла профинансировать более надежную машину, которая была построена в сотрудничестве с Metropolitan-Vickers .

Первое применение машины, отражающее энтузиазм Хартри по отношению к железным дорогам, заключалось в вычислении расписания движения Лондонской, Мидлендской и Шотландской железных дорог . ^[9] Он провел остаток десятилетия, применяя дифференциальный анализатор для поиска решений дифференциальных уравнений, возникающих в физике. Они включали теорию управления и теорию ламинарного пограничного слоя в гидродинамике, внося значительный вклад в каждую из областей.

Дифференциальный анализатор не подходил для решения уравнений с обменом. Когда публикация Фока опередила работу Хартри по уравнениям с обменом, Хартри обратил свои исследования на распространение радиоволн, которое привело к уравнению Аплтона – Хартри . В 1935 году его отец, Уильям Хартри, предложил провести за него расчеты. Вскоре последовали результаты с обменом. Дуглас признал важность конфигурационного взаимодействия, которое он назвал «суперпозицией конфигураций». Первые результаты Хартри-Фока с несколькими конфигурациями были опубликованы отцом, сыном и Бертой Свирлс (позже леди Джеффрис) в 1939 году.

По предложению Хартри Берта Свирлс приступила к выводу уравнений с обменом на атомы с использованием уравнения Дирака в 1935 году. По совету Хартри первые релятивистские вычисления (без обмена) были представлены в 1940 году А.О. Уильямсом, учеником Р. Б. Линдсея .

Вторая мировая война [ править ]

Во время Второй мировой войны Хартри руководил двумя вычислительными группами. Первая группа для Министерства снабжения была описана Джеком Хоулеттом ^[10] как «мастерская» по решению дифференциальных уравнений. В начале Второй мировой войны дифференциальный анализатор в Манчестерском университете был единственным полноразмерным дифференциальным анализатором (восемь интеграторов) в стране. Были приняты меры, чтобы машина была доступна для работы в поддержку национальных военных действий. Со временем группа состояла из четырех человек ^[11](спереди назад: Джек Хоулетт, Николас Р. Эйрес, JGL Мишель; в центре, Дуглас Хартри; справа Филлис Локетт Николсон). Проблемы были представлены группе без информации об источнике, но включали автоматическое слежение за целями, распространение радиоволн, подводные взрывы, тепловой поток в стали и уравнение диффузии, которое, как позже выяснилось, предназначалось для разделения изотопов. Вторая группа - это исследовательская группа магнетронов Филлис Локетт Николсон , Дэвида Копли и Оскара Бунемана.. Работа была сделана для Комитета по координации разработки клапанов, помогающего в разработке радара. Если бы было доступно больше интеграторов, можно было бы использовать дифференциальный анализатор, поэтому Хартри создал свою группу как три «процессора» для параллельной работы с механическими настольными вычислителями. В качестве метода решения он выбрал то, что сейчас является классическим моделированием частиц. ^[12] Хартри никогда не публиковал в журналах результаты своих исследований в области магнетронов, хотя во время войны он написал множество высокотехнологичных секретных отчетов.

В апреле 1944 года комитет, в который входил Хартри, рекомендовал создать математический отдел в Национальной физической лаборатории (NPL). В октябре эта рекомендация была введена в действие с первыми двумя целями: исследование возможности адаптации автоматического телефонного оборудования к научному оборудованию и разработка электронных вычислительных устройств, пригодных для быстрых вычислений. Можно подозревать, что некоторые члены уже знали о компьютере Колосса . Джон Р. Уомерсли ( bête noire Тьюринга ) был первым режиссером. В феврале 1945 года он отправился в двухмесячный тур по вычислительным установкам в США, в том числе посетил ENIAC.(еще не полный). Он ознакомился с черновиками знаменитого отчета фон Неймана EDVAC за июнь 1945 года . Примерно через два месяца Хартри также посетил ENIAC, тогда еще не известный широкой публике.

Дальнейшая жизнь и работа [ править ]

В феврале 1946 года Макс Ньюман (который участвовал в создании компьютера Colossus ) подал в Королевское общество заявку на выделение средств для начала работы по созданию универсального компьютера в Манчестерском университете . Королевское общество направило запрос Хартри и К.Г. Дарвину , директору NPL, с просьбой проконсультировать их. Хартри рекомендовал грант, но Дарвин выступил против него на том основании, что ACE Тьюринга по NPL будет достаточно для удовлетворения потребностей страны. Но точка зрения Хартри победила, и Манчестерские разработки в области вычислительной техники были начаты.

Хартри продолжил работу в области систем управления и был вовлечен в раннее применение цифровых компьютеров , консультируя американских военных по использованию ENIAC для расчета баллистических таблиц. Летом 1946 года Хартри совершил свою вторую поездку в ENIAC, чтобы оценить его применимость к широкому кругу наук, когда он стал первым гражданским лицом, запрограммировавшим его. Для этого он выбрал задачу, включающую поток сжимаемой жидкости по поверхности, такой как воздух над поверхностью крыла, движущийся со скоростью, превышающей скорость звука. ^[13]

В конце 1945 или в самом начале 1946 Хартри проинформировал Морис Уилкс о Кембриджском университете на сравнительных разработках в вычислительном в США , которые он видел. Уилкс, затем получил приглашение от Школы электротехники Мура (создателей ENIAC) пройти курс по электронным компьютерам. Перед отъездом Хартри смог более подробно проинформировать его об ENIAC. Именно на лодке домой Уилкс спроектировал оригинальный дизайн EDSAC., который должен был быть введен в эксплуатацию в мае 1949 года. Хартри работал в тесном сотрудничестве с Уилксом над разработкой использования машины для решения широкого круга задач и, что наиболее важно, показал пользователям из ряда областей в университете, как они могут использовать ее в своих исследованиях. работай.

Хартри вернулся в Кембридж, чтобы занять пост профессора математической физики Пламмера в 1946 году. В октябре он прочитал вступительную лекцию под названием «Вычислительные машины: недавние и перспективные разработки и их влияние на математическую физику». В ней описывалась ENIAC и работа Хартри. Даже в 1946 году, за два года до того, как запрограммированные электронные вычисления стали реальностью, Хартри увидел необходимость в использовании подпрограмм. Его вступительная лекция закончилась рассмотрением того, что могут делать компьютеры. Он сказал: «. Насколько я понимаю, существует множество проблем, представляющих экономический, медицинский и социологический интерес, и ожидающих изучения важности, которые в настоящее время не могут быть предприняты из-за огромной нагрузки на компьютеры ".

7 ноября 1946 года газета Daily Telegraph , взяв интервью у Хартри, процитировала его слова: «Значение машины настолько велико, что мы не можем представить, как они повлияют на нашу цивилизацию. Здесь есть нечто, что делает одну область человеческой деятельности 1000 в разы быстрее. В области транспорта эквивалент ACE - это возможность добраться из Лондона в Кембридж ... за пять секунд, как обычно. Это почти невообразимо ». ^[14]

Четвертый и последний крупный вклад Хартри в британские вычисления начался в начале 1947 года, когда кейтеринговая фирма J. Lyons & Co. в Лондоне услышала об ENIAC и летом того же года отправила небольшую команду для изучения того, что происходило в США. потому что они чувствовали, что эти новые компьютеры могут помочь в огромном объеме административной и бухгалтерской работы, которую должна была выполнять фирма. Команда встретилась с полковником Германом Голдстайном из Института перспективных исследований в Принстоне, который написал Хартри о своих поисках. Как только он получил это письмо, Хартри написал и пригласил представителей Лиона приехать в Кембридж для встречи с ним и Уилксом. Это привело к разработке коммерческой версии EDSAC, разработанной Lyons, под названиемLEO , первый компьютер, используемый для коммерческих бизнес-приложений. После смерти Хартри штаб-квартира LEO Computers была переименована в Hartree House. Это показывает, насколько Лайонс чувствовал, что Хартри внес свой вклад в их новое предприятие.

Последним известным вкладом Хартри в вычислительную технику была оценка в 1950 году потенциального спроса на компьютеры, который был намного ниже, чем оказалось: «У нас есть компьютер здесь, в Кембридже, один в Манчестере и один в [NPL]. Я полагаю, что он должен быть в Шотландии, но это все. " Такая недооценка количества необходимых компьютеров была обычным делом в то время. ^[15]

Последняя аспирантка Хартри в Кембридже, Шарлотта Фрезе Фишер , стала известна разработкой и реализацией многоконфигурационного подхода Хартри-Фока ( MCHF ) к расчетам атомной структуры и своим теоретическим предсказанием относительно существования отрицательного иона кальция .

Он умер от сердечной недостаточности в больнице Адденбрука , Кембридж, 12 февраля 1958 г. ^{[ необходима цитата ]}

Почести и награды [ править ]

• Член Королевского общества (1932 г.) ^[1]
• Хартри единица энергии назван в его честь.
• Центр Хартри назван в его честь.

Книги [ править ]

• Хартри, Д.Р. (1949). Счетные приборы и машины . Урбана: Университет Иллинойса Press .(также (1950) Cambridge University Press )
• Хартри, Д.Р. (1952). Численный анализ . Издательство Оксфордского университета .
• Хартри, Д.Р. (1957). Расчет атомных структур . Нью-Йорк: Wiley & Sons .
• Хартри, Д.Р. (1984). Вычислительные машины: последние и перспективные разработки и их влияние на математическую физику и вычислительные приборы и машины . Переиздание серии переизданий Института Чарльза Бэббиджа по истории вычислительной техники. Vol. 6. Кембридж, США: MIT Press .

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Фрозе Фишер, Шарлотта (2003). Дуглас Райнер Хартри: Его жизнь в науке и вычислениях . Сингапур: World Scientific.
• Манчестерский дифференциальный анализатор