HEAVISIDE, Oliver

HEAVISIDE, Oliver

Fisico e matematico inglese, nato a Londra il 13 maggio 1850, morto a Torquay il 3 febbraio 1925. Da prima fu impiegato nella Great Northern Telegraph Co. a Newcastle, e ivi si appassionò alle questioni di alta elettrofisica matematica, e alle loro applicazioni alla telegrafia e telefonia. Per una sordità progressiva fu costretto a ritirarsi nel 1874.

Sviluppò la dottrina del campo elettromagnetico, e completò, corresse e pose sotto nuova luce la grandiosa teoria che J. Clerk Maxwell aveva delineata e lasciata incompleta. Indi investigò matematicamente la propagazione delle onde elettromagnetiche nello spazio e nelle linee elettriche, sviluppando con divinazione di genio il metodo degli "operatori funzionali", di cui si conoscevano appena i primi embrioni. Armato di questo possente istrumento, calcolò gli effetti di distorsione dovuti alla capacità elettrostatica e all'induttanza delle linee, e ottenne il risultato inatteso che l'induttanza, in luogo di essere sempre nociva, può valere in certi casi a controbilanciare l'effetto della capacità. Mentre W.H. Preece, direttore dei telegrafi inglesi, aveva dettato una legge che assegnava un limite alla lunghezza delle linee telefoniche, in base al prodotto della resistenza e della capacità, H. mostrava che quel limite è insussistente, e la telefonia a grande distanza doveva essere possibile.

I suoi primi scritti importanti, apparvero dal 1874 al 1879 sul Philosophical Magazine e nel Journal of the Society of Telegraph Engineers: ma da quel momento in poi incontrò difficoltà nelle pubblicazioni, perché gli obiettavano le difficoltà sostanziali dei suoi sviluppi, l'apparente mancanza di rigore nei suoi processi matematici nuovi e il conflitto in cui veniva a trovarsi col Preece. Proseguì in The Electrician, dal 1883 in poi, con varî articoli fino al più importante di essi, The Electromagnetic induction and its propagation, che rimase interrotto, perché il periodico inglese rifiutò di continuare a pubblicarlo dal 1887 in poi. Anche la Royal Society di Londra, in quel tempo, non ammise alla pubblicazione i suoi scritti innovatori sugli operatori funzionali. Il tempo gli rese giustizia. Le sue idee apparvero in nuova forma in una successione di puntate nello stesso The Electrician dal 1891 in poi, che, riunite in tre volumi dagli editori stessi del periodico, formarono la sua opera inimitabile Electromagnetic Theory (voll. 3, 1893, 1898, 1912), mentre l'insieme delle altre sue pubblicazioni veniva ristampato in due volumi sotto il titolo Electrical Papers (Londra 1892). Fu eletto membro di quella Royal Society che aveva respinto dapprima i suoi lavori, e membro onorario della Institution of Electrical Engineers; né gli mancarono altri riconoscimenti da istituzioni consimili.

Contribuì ancora alla scienza con pubblicazioni di minor valore, attraverso le quali però fece epoca la sua divinazione dello strato conduttore nelle alte atmosfere, che da lui prese il nome. Le sue equazioni del campo elettromagnetico furono attribuite a H. Hertz, quantunque lo stesso Hertz avesse messo in avviso sulla priorità di H. I suoi contributi al calcolo vettoriale furono più presto apprezzati, perché più facili, e formavano la parte meno importante della sua opera. I suoi metodi di calcolo funzionale solo in questi ultimi tempi hanno trovato larga eco e comprensione. La teoria attuale dei fenomeni elettromagnetici nell'etere, le ricerche ora così sviluppate sulla propagazione dei segnali nelle linee e nello spazio, sono fondate sui lavori di H. Anche nella teoria elettronica, fu un precursore, perché calcolò la massa di origine elettromagnetica e predisse la variazione di essa con la velocità.

Strato di Heaviside. - L'atmosfera terrestre è un gas ionizzato situato nei campi elettrico e magnetico dalla terra stessa determinati. Tuttavia la conducibilità, causata da questa ionizzazione, varia in maniera estremamente sensibile con l'altezza degli strati dell'atmosfera. Molto piccola alla superficie terrestre, essa cresce con l'altezza e con la conseguente diminuzione della pressione e della densità, prima lentamente, poi sempre più rapidamente, fino a raggiungere un valore assai elevato (paragonabile a quello dell'acqua) per grandi altezze (100-300 km.). Poiché, per le ragioni che esporremo brevemente nel seguito, si è indotti a credere che l'incremento della conducibilità, negli alti strati, sia piuttosto rapido e brusco, si suol parlare di uno strato conduttore dell'alta atmosfera che costituirebbe, con la terra, una specie d'immenso condensatore sferico, il cui dielettrico sarebbe la bassa atmosfera di piccola conducibilità. A questo strato conduttore si è dato il nome di strato di Heaviside, perché questi, contemporaneamente a A. E. Kennelly nel 1902, ne ammise l'esistenza per giustificare il grande raggio di azione raggiunto dalle onde radiotelegrafiche. sulla sua esistenza non si hanno fino a ora prove dirette, perché le misure di conducibilità eseguite fino a oggi hanno raggiunto un'altezza massima di circa 30 km., ma sono invece numerose le ricerche sperimentali indirette e le considerazioni d'indole teorica che inducono a credere che lo strato di H. sia una realtà positiva.

Le ragioni fondamentali che portano a questa conclusione sono, oltre quella a cui abbiamo già accennato della grande portata delle onde radiotelegrafiche, l'esistenza di altri fenomeni peculiari relativi alla propagazione di queste onde e le variazioni diurne del magnetismo terrestre. Per la prima infatti si può calcolare che sarebbe impossibile, data la potenza delle stazioni trasmittenti, raggiungere delle distanze così grandi, come effettivamente sono raggiunte, se l'energia irradiata si disperdesse nello spazio sotto forma di onde semisferiche, mentre la cosa si può ritenere possibile se si ammette che le onde, costrette da una riflessione o forte rifrazione nello strato di H., si propaghino solo in quello poco conduttore e relativamente sottile a questo sottostante. Quanto ai fenomeni particolari osservati nella propagazione delle onde radiotelegrafiche, come le variazioni di direzione, di polarizzazione, le cosiddette zone di silenzio, ecc., si può dire che anch'essi trovano una possibile spiegazione nell'esistenza di uno strato conduttore che si comporta, in dipendenza dalla lunghezza d'onda, ora come un mezzo riflettente o fortemente rifrangente, ora come un mezzo fortemente assorbente.

In questo senso hanno particolare interesse indagini recenti sulla determinazione dell'altezza di questo strato, eseguita misurando, con metodi interferenziali, il tempo che impiegano queste onde a partire dalla terra, riflettersi o rifrangersi e ritornare verso la terra. Tali ricerche, mentre da una parte hanno condotto ad assegnare a quest'altezza un valore di circa 80-100 km., com'è richiesto in base all'interpretazione di altre esperienze, dall'altra hanno messo in evidenza delle variazioni diurne della medesima che permettono di giustificare altri fenomeni relativi alla propagazione delle onde radiotelegrafiche. Inoltre hanno mostrato che molto probabilmente non esiste uno strato di grande conducibilità unico e ben definito, ma probabilmente più d'uno ad altezze variabili fra i 100 e i 300 km. Infine le variazioni diurne del campo magnetico terrestre si spiegano anch'esse ammettendo che siano determinate dalle correnti di induzione che la terra, come magnete permanente, genera sulle correnti aeree della stratosfera, quando questa abbia una notevole conducibilità. Le cause determinanti quest'alta conducibilità, ossia l'esistenza dello strato o degli strati di H., sono essenzialmente da ricercarsi nelle radiazioni corpuscolari e in quelle elettromagnetiche (ultraviolette) provenienti dal sole e in parte nella radiazione penetrante. Le prime, che sono quelle stesse che determinano, sotto l'azione del campo magnetico terrestre, le aurore boreali e che sono senza dubbio l'agente ionizzante principale, causerebbero, secondo i calcoli, un massimo di conducibilità fra gli 80 e i 100 km. di altezza, come sarebbe richiesto dalla spiegazione dei fenomeni a cui abbiamo sopra accennato. Le seconde, evidentemente assenti nella notte, possono invece render conto, almeno in gran parte, delle variazioni, fra il giorno e la notte, osservate in quei fenomeni che si pensano dovuti all'azione dello strato di H.