ダグラス・ハートリー

ダグラス・ハートリー
FRS
生まれる
ダグラス・レイナー・ハートリー
（1897年3月27日）1897年3月27日
ケンブリッジ、イングランド、イギリス
死亡1958年2月12日（1958年2月12日）（60歳）
ケンブリッジ、イングランド、イギリス
母校ケンブリッジ大学セント・ジョンズ・カレッジ
知られている
受賞歴王立協会フェロー[ 1 ]
科学者としてのキャリア
フィールド数値解析原子物理学
機関マンチェスター大学補給省ケンブリッジ大学
博士課程の指導教員ラルフ・H・ファウラー[ 2 ]
博士課程の学生

ダグラス・レイナー・ハートリーFRS（1897年3月27日 - 1958年2月12日）は、イギリスの数学者、物理学者であり、数値解析の開発と原子物理学のハートリー・フォック方程式への応用、そしてメカノを用いた微分解析装置の構築で最も有名である。[ 2 ] [ 3 ]

幼少期と教育

ダグラス・ハートリーはイギリスのケンブリッジで生まれた。父ウィリアムはケンブリッジ大学の工学講師だった。母エヴァ・レイナーは英国女​​性全国協議会の会長で、ケンブリッジ市初の女性市長だった。曽祖父のひとりはサミュエル・スマイルズ[ 1 ]、もうひとりはジョン・ペンのパートナーで海洋技師のウィリアム・ハートリーである[ 4 ]。ダグラス・ハートリーは、幼少期を生き延びた3人の息子の長男だった。彼がまだ子供だったころ、兄と妹が幼少期に亡くなり、その後、2人の兄も亡くなった。7歳だった弟ジョン・エドウィンはハートリーが17歳のときに亡くなり、22歳だった弟コリン・ウィリアムは1920年2月、ハートリーが23歳のときに髄膜炎で亡くなった[ 5 ]

ハートリーはケンブリッジのセント・フェイス・スクール、次いでベデールズ・スクールに通い、ケンブリッジのセント・ジョンズ・カレッジで学位取得のための研究をするためケンブリッジに戻ったが、第一次世界大戦で中断された。彼（と彼の父と兄）はA.V. ヒルのもとで対空弾道学を研究するグループに参加し、微分方程式の実用的な計算と数値計算に対してかなりの技術と変わらぬ興味を身につけ、ほとんどの作業を鉛筆と紙で行った。[ 7 ]ヒルはハートリーの死亡記事の中で「ある日彼は静かに針金、支柱、鋼鉄テープを使って長台高測定器を即席に作った」と書いている。これはハートリー高測定器として知られるようになり、より優れた光学式高測定器が導入されるまでイギリスの対空部隊で広く使用された。その利点は観測量から「単純な計算だけを使って非常に速く」高さを計算できることと言われていた。また製造コストが安く、使い方も簡単だった。

第一次世界大戦の終結後、ハートリーはケンブリッジに戻り、1922年に自然科学の二級学位を取得して卒業した。

原子構造計算

1921年、ニールス・ボーアがケンブリッジを訪れたことをきっかけに、ハートリーはボーアの原子理論に数値解析のスキルを応用するようになり、1926年に博士号を取得した。指導教官はアーネスト・ラザフォードであった。同年、シュレーディンガー方程式が発表されると、ハートリーは微分方程式と数値解析の知識を新しい量子論に応用することができた。彼は原子内の電子分布に関するハートリー方程式を導き出し、その解法として自己無撞着場法を提案した。この理論の波動関数はパウリの排他原理を満たさなかったが、スレーターは行列式関数が必要であることを示した。V . フォックは、現在ハートリー＝フォック方程式として知られる「交換を伴う方程式」を発表した。これらの方程式は、ハートリーが交換寄与の計算に提案した効率的な手法を用いても、計算量が大幅に増加する。今日、ハートリー・フォック方程式は計算化学の分野で非常に重要であり、分子や凝縮相系の電子構造計算に使用されるほとんどの密度汎関数理論プログラムに適用され、数値的に解かれています。[ 8 ] [ 9 ]

マンチェスター時代

マンチェスター科学産業博物館にある、ダグラス・ハートリーが設計した微分分析装置。

1929年、ハートリーはマンチェスター大学の応用数学のベイヤー教授に任命され、 1929年にマンチェスター文学哲学協会の会員に選出された。[ 10 ]

1933年、彼はマサチューセッツ工科大学のヴァネヴァー・ブッシュを訪れ、彼の微分解析装置について直接学びました。マンチェスターに戻るとすぐに、彼はメカノ社製の独自の解析装置を製作し始めました。この装置を用いて自身の数値解析手法をさらに発展させる可能性を見出した彼は、ロバート・マクドゥーガル卿を説得し、より堅牢な装置の開発資金を調達しました。この装置はメトロポリタン・ヴィッカース社と共同で製作されました。

この機械の最初の応用は、ハートリーの鉄道に対する熱意を反映して、ロンドン・ミッドランド・アンド・スコティッシュ鉄道の時刻表を計算することであった。[ 11 ]彼はその後10年間の残りを、微分解析装置を応用して、流体力学における制御理論や層流境界層理論など物理学で生じる微分方程式の解を求めることに費やし、各分野に多大な貢献をした。

微分解析器は交換を含む方程式の解には適していませんでした。フォックの論文がハートリーの交換を含む方程式の研究に先んじたことで、ハートリーは研究対象を電波伝搬に転じ、アップルトン・ハートリー方程式を導きました。1935年、父ウィリアム・ハートリーが彼のために計算をすることを申し出ました。交換を含む結果はすぐに得られました。ダグラスは配置相互作用の重要性を認識し、「配置の重ね合わせ」と呼びました。最初の多配置ハートリー・フォックの結果は、父、息子、そしてバーサ・スワーレス（後のジェフリーズ夫人）によって1939年に発表されました。

ハートリーの提案により、バーサ・スワールズは 1935 年にディラック方程式を使用して原子の交換を含む方程式を導出しました。ハートリーのアドバイスにより、最初の相対論的計算 (交換なし) が 1940 年にRB リンゼイの学生である AO ウィリアムズによって報告されました。

第二次世界大戦

第二次世界大戦中、ハートリーは2つの計算グループを監督しました。最初のグループは補給省向けで、ジャック・ハウレット[ 12 ]は微分方程式を解く「ジョブショップ」と表現しています。第二次世界大戦勃発当時、マンチェスター大学の微分解析装置は国内で唯一のフルサイズ（8つの積分器を備えた）微分解析装置でした。国家の戦争遂行を支援するため、この装置を利用できるように手配されました。最終的に、グループは4人のメンバー[ 13 ]（ジャック・ハウレット、ニコラス・R・エアーズ、JGL・ミシェル、ダグラス・ハートリー、フィリス・ロケット・ニコルソン）で構成されました。問題は発生源に関する情報なしで提出されましたが、目標の自動追跡、無線伝搬、水中爆発、鋼鉄の熱流、そして後に同位体分離のためのものであることが判明した拡散方程式などが含まれていました。 2つ目のグループは、フィリス・ロケット・ニコルソン、デイヴィッド・コプリー、オスカー・ブネマンによるマグネトロン研究グループでした 。この研究は、レーダー開発を支援するバルブ開発調整委員会のために行われました。積分器がもっとあれば微分解析器も使用できたはずなので、ハートリーはグループを3つの「CPU」で構成し、機械式卓上計算機を並列処理できるようにしました。解法として、彼は現在では古典的な粒子シミュレーションと呼ばれる手法を選択しました。[ 14 ] ハートリーは戦時中に高度な技術を持つ秘密報告書を数多く執筆しましたが、マグネトロン研究の成果を学術誌に発表することはありませんでした。

1944年4月、ハートリーを含む委員会は、国立物理学研究所(NPL) 内に数学部門を設置することを勧告した。10月にこの勧告は実行に移され、その最初の2つの目的は、自動電話装置の科学機器への応用可能性の調査と、高速計算に適した電子計算装置の開発であった。メンバーの中には、コロッサス・コンピュータのことを既に知っていた者もいたと思われる。初代所長は、チューリングの天敵であったジョン・R・ウォマーズリーであった。1945年2月、彼は2か月かけて米国の計算機施設を視察し、ENIAC (まだ完成していなかった) も視察した。彼は、フォン・ノイマンによる1945年6月の有名なEDVAC報告書の草稿に接した。約2か月後、ハートリーも当時はまだ公に知られていなかったENIACを視察した。

晩年と仕事

1946年2月、マックス・ニューマン（コロッサス・コンピュータの開発に携わっていた）は、マンチェスター大学に汎用コンピュータを構築する作業を開始するための資金援助を王立協会に申請しました。王立協会は、この申請をハートリーとNPL所長のCG・ダーウィンに諮問しました。ハートリーは助成金の交付を推奨しましたが、ダーウィンはNPLにあるチューリングのACEで国のニーズを満たすのに十分であるとして反対しました。しかし、ハートリーの意見が採用され、マンチェスターにおけるコンピュータ開発が始まりました。

ハートリーは制御システムの研究をさらに進め、デジタルコンピュータの初期の応用に携わり、弾道表の計算にENIACを使用するよう米軍に助言した。1946年の夏、ハートリーはENIACの幅広い科学分野への応用可能性を評価するため、再びENIACを訪れ、民間人として初めてENIACをプログラムした。このプログラムでは、圧縮性流体の表面上を流れる流れ、例えば音速を超える速度で移動する翼の表面上の空気の流れといった問題を選んだ。[ 15 ]

1945年末か1946年の初め頃、ハートリーはケンブリッジ大学のモーリス・ウィルクスに、彼が見てきた米国におけるコンピュータの比較的進歩について説明した。ウィルクスはその後、ムーア電気工学学校（ENIACの開発元）から電子計算機の講座に出席するよう招待された。この講座に出発する前に、ハートリーはウィルクスにENIACについてより詳しく説明することができた。ウィルクスがEDSACの本来の設計を計画したのは、帰路の船中であった。EDSACは1949年5月に運用開始となる予定だった。ハートリーはウィルクスと緊密に協力して、さまざまな問題にこの機械を利用する方法を開発し、最も重要なこととして、学内のさまざまな分野のユーザーに、研究でこの機械をどのように利用できるかを示した。

ハートリーは1946年、ケンブリッジに戻り、プラマー数理物理学教授に就任した。10月には「計算機：近年の発展と今後の展望、そして数理物理学への影響」と題した就任講演を行った。この講演では、ENIACとハートリーがそれについて行ってきた研究について解説された。記憶プログラミングによる電子計算機が現実のものとなる2年前の1946年においてさえ、ハートリーはサブルーチンの使用の必要性を認識していた。就任講演は、コンピュータの可能性について考察することで締めくくられた。彼は次のように述べた。「…経済、医学、社会学の分野において、関心と重要性を帯びた多くの研究が待たれているが、現在では膨大な計算負荷のために取り組むことができない。」

1946年11月7日、デイリー・テレグラフ紙はハートリー氏にインタビューし、次のように述べたと報じた。「この機械がもたらす影響はあまりにも大きく、私たちの文明にどのような影響を与えるかは想像もつきません。これは、人間の活動のある分野を1000倍も高速化するものです。交通分野では、ACEに相当するのは、ロンドンからケンブリッジまで5秒で移動できるようになることです。ほとんど想像もできません。」[ 16 ]

ハートリーの英国コンピュータ業界への4番目で最後の大きな貢献は、1947年初頭に始まった。ロンドンのケータリング会社J. ライオンズ社がENIACのことを聞き、その年の夏、米国で何が起こっているのかを調査するために小規模な調査チームを派遣したのである。同社は、この新しいコンピュータが、自社が抱える膨大な管理・経理業務の助けになると考えていたからである。調査チームはプリンストン高等研究所のハーマン・ゴールドスタイン大佐と会見し、ゴールドスタイン大佐はハートリーに手紙で調査について伝えた。この手紙を受け取るとすぐに、ハートリーはライオンズの代表者に手紙を書き、ケンブリッジに来て自分とウィルクスと会うよう招待した。これがライオンズが開発したEDSACの商用版、LEOの開発につながった。これは商用ビジネスアプリケーションに使用された最初のコンピュータであった。ハートリーの死後、LEOコンピュータの本社はハートリー・ハウスと改名された。これは、ライオンズがハートリーが彼らの新しい事業にどれほど貢献したと感じていたかを示している。

ハートリーのコンピューター分野における最後の有名な貢献は、1950年にコンピューターの潜在的需要を推定したことだ。この推定値は、実際の需要よりもはるかに低いものだった。「ケンブリッジに1台、マンチェスターに1台、そして国立科学研究所に1台ずつコンピューターがある。スコットランドにも1台は必要だろうが、それだけだ」。当時は、必要なコンピューターの台数をこのように過小評価することが一般的だった。[ 17 ]

ケンブリッジ大学におけるハートリーの最後の博士課程の学生であるシャーロット・フローズ・フィッシャーは、原子構造計算に対するマルチ構成ハートリー・フォック ( MCHF ) アプローチの開発と実装、および負のカルシウムイオンの存在に関する理論的予測で知られるようになった。

私生活

ダグラス・ハートリーは職業生活以外でも音楽に情熱を注ぎ、オーケストラと室内楽に関する幅広い知識を持っていました。ピアノを演奏し、アマチュアオーケストラの指揮者も務めました。この音楽への情熱が、熟練したピアニストであった妻エレイン・チャールトンとの出会いにつながったのかもしれません。二人の間には、オリバーとジョン・リチャードという二人の息子と、マーガレットという一人の娘が生まれました。[ 18 ]彼は1958年2月12日、ケンブリッジのアデンブルック病院で心不全のため亡くなりました。 [ 19 ]

栄誉と賞

本

参考文献

  1. ^ a b cダーウィン, CG (1958). 「ダグラス・レイナー・ハートリー 1897-1958」.王立協会フェロー伝記. 4 : 102–116 . doi : 10.1098/rsbm.1958.0010 . S2CID 58228579 . 
  2. ^ a b c数学系譜プロジェクトのダグラス・ハートリー
  3. ^オコナー、ジョン・J.;ロバートソン、エドマンド・F.、「ダグラス・ハートリー」、マクチューター数学史アーカイブ、セントアンドリュース大学
  4. ^リチャード・ハートリー、ジョン・ペン・アンド・サンズ・オブ・グリニッジ
  5. ^フローズ・フィッシャー、シャーロット（2003年）『ダグラス・レイナー・ハートリー：科学とコンピューティングにおける彼の生涯』シンガポール：ワールド・サイエンティフィック、pp.  14– 15. ISBN 9789812795014。
  6. ^ Varker, W. John (2005年1月1日). 「ドロシー・ヘレン・レイナー, 1912–2003」 . Proceedings of the Geologists' Association . 116 (1): 69– 70. Bibcode : 2005PrGA..116...69V . doi : 10.1016/S0016-7878(05)80019-7 . ISSN 0016-7878 . 
  7. ^ Van der Kloot(2011). 「鏡と煙：A.V.ヒル、彼の盗賊団、そして第一次世界大戦における対空砲術の科学」Notes Rec. R. Soc. Lond. 65 : 393–410.
  8. ^ 「密度汎関数理論/ハートリー・フォック法」 Wikibooks . 2020年4月22日閲覧。
  9. ^ Sherill, C. David. 「密度汎関数理論」 .量子化学に関するノート. ジョージア工科大学. 2020年4月22日閲覧。
  10. ^マンチェスター文学哲学協会紀要・議事録 第46-47巻 (1947年)
  11. ^ハートリー, DR; インガム・J. (1938–1939). 「列車運行時間計算への微分解析器の応用に関するノート」マンチェスター文学哲学協会紀要. 83 : 1–15 .
  12. ^ 「1995年11月11日、ジャック・ハウレットからジム・ヘイルストーンへの手紙からの抜粋」 。 2010年1月1日閲覧。
  13. ^ “Jack Howlett” . 2006年9月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年1月1日閲覧。
  14. ^ Buneman, Oscar (1990). Nash SG (編).科学計算の歴史. ニューヨーク: ACM Press. p. 57.
  15. ^ Ceruzzi, Paul E. 「Faster, Faster: The ENIAC」 。 2010年1月1日閲覧。
  16. ^ロープ、クリスピン. 「パイオニアプロフィール：ダグラス・ハートリー」 . 2012年7月7日閲覧。
  17. ^ラヴィントン、サイモン (1980).初期の英国のコンピューター. マンチェスター大学出版局. p. 104. ISBN 978-0-7190-0810-8。
  18. ^ 「ハートリーセンター」 。 2021年11月18日閲覧。
  19. ^ 「ハートリー、ダグラス・レイナー（1897–1958）、数学者、理論物理学者」オックスフォード国立人名辞典（オンライン版）オックスフォード大学出版局. 2004. doi : 10.1093/ref:odnb/33743 . ISBN 978-0-19-861412-8. 2022年8月6日閲覧。(定期購読、Wikipedia ライブラリへのアクセス、または英国の公共図書館の会員資格が必要です。)

さらに読む

  • フローズ・フィッシャー、シャーロット（2003年）『ダグラス・レイナー・ハートリー：科学とコンピューティングにおける彼の人生』シンガポール：ワールド・サイエンティフィック。
  • マンチェスター微分解析装置
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Douglas_Hartree&oldid=1332139373」より取得