Lewis Fry Richardson

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Lewis Fry Richardson

Lewis Fry Richardson ( Newcastle upon Tyne , 11 octombrie 1881 - Kilmun , 30 septembrie 1953 ) a fost un matematician , fizician , meteorolog , psiholog și pacifist britanic , renumit pentru că a pregătit calea metodelor moderne matematice de predicție a vremii și pentru că a încercat să aplice similar tehnici pentru studiul cauzelor războaielor pentru a le preveni. El este, de asemenea, cunoscut pentru munca sa de pionierat asupra fractalelor și o metodă pentru rezolvarea unui sistem de ecuații liniare cunoscut sub numele de iterație Richardson modificată. [1]

Biografie

Lewis Fry Richardson a fost cel mai mic dintre șapte copii născuți de Catherine Fry (1838-1919) și David Richardson (1835-1913). Erau o familie prosperă de quaker , tatăl lor conducând o afacere înfloritoare de bronzare și fabricarea pielii. [2]

La vârsta de 12 ani a fost trimis la un internat Quaker, Bootham School [3] [4] din York , unde a primit o educație științifică, care a stimulat în el un interes activ pentru istoria naturală . În 1898 s-a înscris la Durham College of Science (parte a Universității Durham ), unde a urmat cursuri de fizică matematică , chimie , botanică și zoologie . În 1900 și-a continuat studiile la King's College din Cambridge , unde l-a avut ca profesor de fizică pe Joseph John Thomson și a obținut diploma de licență în 1903. [5] La vârsta de 47 de ani a obținut și un doctorat în psihologie matematică la Universitatea din Londra . [6]

Interesele eclectice ale lui Richardson s-au reflectat într-o viață de lucru foarte variată: [7]

În 1926 a fost numit membru al Societății Regale [8]

Viata privata

În 1909 s-a căsătorit cu Dorothy Garnett (1885-1956), fiica matematicianului și fizicianului William Garnett. [9] Nu au putut avea copii din cauza incompatibilității grupelor sanguine, dar au adoptat doi fii și o fiică între 1920 și 1927. [10]

Nepotul lui Richardson, Ralph Richardson, a devenit un actor celebru. Strănepotul său (prin fratele mai mare al soției sale, Dorothy, (James Clerk) Maxwell Garnett, CBE), Julian Hunt, a devenit meteorolog și a fost director general și director executiv al Biroului meteorologic britanic din 1992 până în 1997. [11] -nepot, din aceeași descendență, este fostul politician Virginia Bottomley, acum baroneasă Bottomley. [12] [13]

Pacifism

Convingerile lui Quaker ale lui Richardson implicau un pacifism înflăcărat care l-a scutit de serviciul militar în timpul Primului Război Mondial ca obiector de conștiință , deși ulterior l-a descalificat din orice post academic. Richardson a lucrat din 1916 până în 1919 pentru Unitatea de Ambulanță a Prietenilor, care a funcționat în Divizia a 16-a de infanterie franceză. După război, s-a întors la Biroul Meteorologic, dar a fost forțat să demisioneze din cauza obiecției sale de conștiință când s-a alăturat ministerului aerian în 1920. Ulterior a urmat o carieră în marja academiei, înainte de a se retrage în 1940 pentru a-ți cerceta ideile. Pacifismul său a avut consecințe directe asupra intereselor sale de cercetare. Potrivit lui Thomas Körner, [14] descoperirea că lucrările sale de meteorologie a trezit interesul proiectanților de arme chimice l-a determinat să renunțe la toate eforturile sale în acest domeniu și să distrugă descoperirile pe care încă nu le-a publicat.

Prognoza meteo

Interesul lui Richardson pentru meteorologie l-a determinat să rezolve ipoteze de ecuații diferențiale ca metodă pentru obținerea prognozelor meteo , abordare utilizată astăzi, deși când a publicat Weather Prediction by Numerical Process în 1922, nu exista încă nicio modalitate de a face calcule.

Când Richardson a primit știri despre primele prognoze meteo pe primul computer modern, ENIAC , în 1950, el a răspuns că rezultatele constituie „un progres științific enorm”. Primele calcule efectuate de ENIAC pentru o prognoză de 24 de ore au durat aproape 24 de ore. [15]

De asemenea, a devenit interesat de turbulențele atmosferice și a efectuat multe experimente terestre. Numărul lui Richardson , un parametru adimensional utilizat în teoria turbulenței, este numit în onoarea sa. El a rezumat faimosul turbulență în versuri rimate în Predicția vremii prin proces numeric (p 66): [16]

Turburile mari au vârtejuri mici care se hrănesc cu viteza lor,

iar vârtejurile mici au vârtejuri minore și așa mai departe până la vâscozitate.

[Un joc de cuvinte pe Siphonaptera, reformularea lui Augustus De Morgan a conceptului lui Jonathan Swift , „puricii mari au purici mici pe spate care îi mușcă, iar puricii mici au purici minori și așa mai departe pentru totdeauna”. ( Un buget de paradoxuri , 1915)]. Aceste versete constituie prima descriere a conceptului de cascadă de energie , crucială în descrierile statistice ale mișcărilor turbulente.

Încercarea lui Richardson de predicție numerică

Una dintre cele mai faimoase realizări ale lui Richardson este încercarea sa de a prezice vremea retroactiv într-o singură zi, 20 mai 1910, prin calcule directe. În acel moment, meteorologii făceau prognoze în principal, căutând modele meteorologice similare din înregistrările anterioare, procedând cu extrapolare. Richardson a încercat să utilizeze un model matematic care descrie caracteristicile principale ale atmosferei și să folosească datele colectate la o anumită oră (7 dimineața) pentru a calcula timpul la șase ore după ab initio . După cum explică meteorologul Peter Lynch, [17] predicția lui Richardson a eșuat dramatic, prezicând o creștere uriașă a presiunii (145 hPa) în șase ore, când a rămas de fapt mai mult sau mai puțin statică. Cu toate acestea, o analiză detaliată de Lynch a arătat că cauza a fost pur și simplu eșecul aplicării tehnicilor de netezire a datelor, care elimină vârfurile de presiune non-fizice. Când sunt aplicate, predicția lui Richardson se dovedește a fi substanțial exactă - o realizare remarcabilă, având în vedere că calculele au fost făcute manual și, în plus, în timp ce serveau cu unitatea de ambulanță Quaker din nordul Franței.

Analiza matematică a războiului

Richardson și-a aplicat abilitățile matematice în slujba principiilor sale pacifiste, în special în înțelegerea cauzelor conflictelor internaționale. Din acest motiv, el este în prezent considerat inițiatorul sau co-inițiatorul (împreună cu Quincy Wright și Pitirim Sorokin și alții precum Kenneth Boulding , Anatol Rapaport și Adam Curle), al analizei științifice a conflictului, un subiect interdisciplinar al științelor sociale matematice. dedicat investigării sistematice a cauzelor războiului și a condițiilor de pace. Așa cum făcuse cu vremea, a analizat războiul folosind în principal ecuații diferențiale și teoria probabilității . Având în vedere armamentele a două națiuni, Richardson a emis ipoteza unui sistem de ecuații idealizat, potrivit căruia rata de acumulare a armelor unei națiuni este direct proporțională cu cantitatea de arme a națiunii sale rivale și, de asemenea, cu plângerile pe care le aude împotriva rivalului și proporționale într-un mod negativ la cantitatea de arme pe care o are. Rezolvarea acestui sistem de ecuații vă permite să trageți concluzii interesante despre natura și stabilitatea sau instabilitatea diferitelor condiții ipotetice care ar putea apărea între națiuni.

De asemenea, a dat naștere teoriei că înclinația spre război între două națiuni era o funcție a lungimii frontierei lor comune. În Arms and Insecurity (1949) și Statistics of Deadly Quarrels (1960), el a căutat să analizeze statistic cauzele războiului. Factorii pe care i-a evaluat au inclus economia, limba și religia. În prefața acestuia din urmă a scris: "Există o mare discuție politică strălucitoare și plină de spirit în lume care nu duce la convingeri definitive. Scopul meu a fost diferit: acela de a examina unele noțiuni cu tehnici cantitative în speranța de a ajunge la un concluzie de încredere ".

În Statistics of Deadly Quarrels, Richardson a prezentat date despre fiecare război din 1815 până în 1945. În consecință, el a emis ipoteza unei scări logaritmice de bază 10 pentru conflicte. Cu alte cuvinte, există multe conflicte mai mici, în care doar câțiva oameni mor, în comparație cu cele mari care ucid mulți. Deși nu este posibil să se prevadă în avans dimensiunea unui conflict, într-adevăr, este imposibil să se acorde o limită superioară seriei, în ansamblu formează o distribuție Poisson . La o scară mai mică, a arătat același model pentru uciderile de bande din Chicago și Shanghai. Alții au observat că modele statistice similare apar frecvent, fie planificate (de exemplu, loterii, cu multe victorii mai mici decât mari), sau prin organizare naturală (există mai multe orașe cu magazine alimentare decât orașe mari cu centre comerciale).

Cercetări privind lungimea coastelor și a granițelor

Richardson a decis să caute o relație între probabilitatea ca două țări vecine să intre în război și lungimea frontierei lor comune. Cu toate acestea, în timp ce colecta datele, el a constatat că există o variație considerabilă a valorilor de lungime a limitelor dintre diferitele surse. De exemplu, cea dintre Spania și Portugalia a fost menționată în mod diferit ca 987 sau 1214 km, iar cea dintre Olanda și Belgia ca 380 sau 449 km. [18]

Motivul acestor neconcordanțe este „paradoxul litoralului”. Să presupunem că coasta Marii Britanii este măsurată folosind o linie de 200 km, specificând că ambele capete ale riglei trebuie să atingă coasta. În acest moment, linia este tăiată în jumătate și măsurată din nou și așa mai departe:

Marea Britanie-fractal-coastă-200km.png Marea Britanie-fractal-coastă-100km.png Marea Britanie-fractal-coastă-50km.png

Observați că, cu cât rigla este mai mică, cu atât coasta rezultată este mai lungă. S-ar putea presupune că aceste valori converg la un număr finit reprezentând lungimea reală a coastei. Cu toate acestea, Richardson a demonstrat că acest lucru nu a fost cazul: lungimea măsurată a coastelor și a altor curbe naturale crește fără limită pe măsură ce unitatea de măsură este redusă. [19] Acest fapt este cunoscut astăzi ca efect Richardson . [20]

La acea vreme, cercetarea lui Richardson a fost ignorată de comunitatea științifică. Astăzi este considerat în schimb unul dintre primele elemente în studiul modern al fractalelor . Cercetarea lui Richardson a fost citată de matematicianul Benoît Mandelbrot în articolul său din 1967 How Long Is the Coast of Britain? Richardson a identificat o valoare (între 1 și 2) care ar descrie modificările (pe măsură ce precizia măsurării crește) în complexitatea observată pentru o anumită coastă; această valoare a servit drept model pentru conceptul modern al dimensiunii fractale . [21]

Moştenire

Din 1997, Medalia Lewis Fry Richardson a fost acordată de Uniunea Europeană a Geoștiințelor pentru „contribuții remarcabile la geofizica neliniară în general” (de la EGS până în 2003 [22] și de la EGU din 2004). [23]

Câștigătorii au fost:

Din 1959 a existat un centru de studii de pace la Universitatea Lancaster numit Institutul Richardson, care efectuează cercetări interdisciplinare despre pace și conflicte în spiritul lui Lewis Fry Richardson. [25]

Notă

  1. ^ (EN) John J. O'Connor și Edmund F. Robertson, Lewis Fry Richardson , de la MacTutor , mathshistory.st-andrews.ac.uk, Școala de Matematică și Statistică Universitatea din St Andrews , Scoția.
  2. ^ Vânătoare, p. xiv
  3. ^ Bootham School Register , York, Anglia, BOSA, 2011.
  4. ^ Oxford Dictionary of National Biography , pe oup.com . Adus la 16 februarie 2021 (Arhivat din original la 15 mai 2020) .
  5. ^ Vânătoare, p. xv
  6. ^ Copie arhivată ( PDF ), la robertnowlan.com . Adus la 30 ianuarie 2019 (arhivat din original la 5 mai 2016) .
  7. ^ Ashford 1985, Cap. 3-7
  8. ^ royalsociety.org , 1926, http://royalsociety.org/DServe/dserve.exe?dsqIni=Dserve.ini&dsqApp=Archive&dsqCmd=Show.tcl&dsqSearch=RefNo=='EC/1926/21'&dsqDb=Catalog . Adus pe 21 ianuarie 2008 .
  9. ^ William Garnett (1850–1932) - Scurtă biografie pe site-ul Societății Britanice pentru Istoria Matematicii (accesat la 21 ianuarie 2008)
  10. ^ Ashford (2004)
  11. ^ https://www.independent.co.uk/news/world/lewis-fry-richardsons-weather-forecasts-changed-the-world-but-could-his-predictions-of-war-do-the-9679295 .html
  12. ^ https://www.independent.co.uk/news/obituaries/obituary-john-garnett-1239782.html
  13. ^ oxforddnb.com , https://www.oxforddnb.com/view/10.1093/ref:odnb/9780198614128.001.0001/odnb-9780198614128-e-33333 . Adus pe 29 aprilie 2018 .
  14. ^ Körner, TW (1996). „Un matematician quaker” și „Richardson în război”, cap 8 și 9 în Plăcerile numărării (Cambridge UP)
  15. ^ Peter Lynch, Originile computerului de predicție a vremii și de modelare climatică ( PDF ), în Journal of Computational Physics , vol. 227, nr. 7, Universitatea din Miami , 2008, p. 3436, Bibcode : 2008JCoPh.227.3431L , DOI : 10.1016 / j.jcp.2007.02.034 . Adus la 23 noiembrie 2010 (arhivat de la adresa URL originală la 8 iulie 2010) .
  16. ^ Lewis Fry Richardson, Predicția vremii prin procese numerice , Boston, Cambridge University Press, 1922, p. 66 , ISBN 9780511618291 .
  17. ^ Lynch, P. (2006) The Emergence of Numerical Weather Prediction (Cambridge UP)
  18. ^ Lewis F. Richardson, The problem of contiguity: An appendix to Statistics of Deadly Quarrels , in General Systems: Yearbook of the Society for the Advancement of General Systems Theory. , vol. 6, nr. 139, Society for General Systems Research, 1961, pp. 139–187, ISSN 0072-0798 ( WC ACNP ) .
    „În secțiunea anterioară, integralele au fost luate în jurul unor figuri geometrice simple, ca o preliminară pentru a le lua în jurul frontierelor prezentate pe hărțile politice. A apărut o îndoială jenantă dacă frontierele reale erau atât de complicate încât să invalideze acea teorie promițătoare. O anchetă specială a fost făcută pentru a soluționa această întrebare. Au apărut câteva trăsături ciudate; cu toate acestea s-a găsit posibilă o corecție generală generală. Rezultatele vor fi acum raportate. ... Ca explicație a modului în care poate apărea șansa într-o lume pe care a considerat-o strict deterministă, Heri Poincare * (fără dată) a atras atenția asupra cauzelor nesemnificative care au produs efecte foarte vizibile. Coastele marine oferă o ilustrare potrivită. " .
  19. ^ Fractals and the Fractal Dimension (site-ul web al Universității Vanderbilt, accesat la 30 ianuarie 2008) Arhivat 13 mai 2008 Data la adresa URL nepotrivită: 13 mai 2008 la Internet Archive .
  20. ^ www.futilitycloset.com , https://www.futilitycloset.com/2013/12/02/the-richardson-effect/ .
  21. ^ PG Drazin , „Fractali”; Collected Papers of Lewis Fry Richardson, Volumul 1; Cambridge University Press, 1993; p. 45 .
  22. ^ http://www.egu.eu/egs/award6s.htm
  23. ^ http://www.egu.eu/awards-medals/lewis-fry-richardson
  24. ^ Textul prelegerii „De la vârtejuri mici la atmosfera globală” susținută de câștigătorul premiului 2007
  25. ^ [1]

Bibliografie

Elemente conexe

linkuri externe

Controlul autorității VIAF (EN) 46.834.939 · ISNI (EN) 0000 0001 2131 1092 · LCCN (EN) n79126973 · GND (DE) 119 163 462 · BNF (FR) cb12347045f (dată) · BNE (ES) XX5148097 (dată) · WorldCat Identities ( EN) lccn-n79126973