Хартри, Дуглас Рейнер

Ду́глас Ре́йнер Ха́ртри (англ. Douglas Rayner Hartree; 27 марта 1897, Кембридж — 12 февраля 1958, Кембридж) — английский физик-теоретик и математик. Член Лондонского королевского общества (1932). Работы Хартри в области физики посвящены в основном квантовой теории и атомной физике. Он также известен своей деятельностью в области создания и обслуживания вычислительных систем, являясь одним из пионеров вычислительной техники в Великобритании.

Хартри родился в Кембридже в семье потомственных интеллектуалов. Его отец Уильям Хартри, внук знаменитого писателя Сэмюэла Смайлса, был лектором в университете, а мать Ева Рейнер играла видную роль в различных женских организациях и даже в течение некоторого времени занимала посты мэра Кембриджа и президента Национального совета женщин (National Council of Women). Школьное образование Дуглас Хартри получал сначала в Кембридже, а с 1910 года в школе Бедейлс в Питерсфилде (см. Bedales School), где было хорошо поставлено обучение математике.

В 1915 году Хартри поступил в Кембриджский университет (колледж Святого Джона, см. St John’s College), однако к концу первого курса его обучение было прервано в связи с Первой мировой войной. Хартри присоединился к группе ученых под руководством Арчибальда Хилла, которая проводила баллистические расчёты и в которой уже работал его отец. Здесь Дуглас получил первый опыт проведения численных расчетов. Занимаясь интегрированием дифференциальных уравнений для траекторий, он показал преимущество получения зависимостей параметров от времени, а не от угла, как это практиковалось ранее.

После окончания войны Хартри вернулся в Кембридж и в 1921 году закончил обучение, получив отличие первого класса по математике и отличие второго класса по естественным наукам. В 1923 году он женился на Элейн Чарльтон (Elaine Charlton), которая окончила ту же школу Бедейлс, что и Хартри. У них было трое детей, дочь и два сына.

После окончания университета Хартри продолжал исследовательскую работу под руководством Ральфа Фаулера. Ключевым событием, повлиявшим на направление его работы, стал цикл лекций по квантовой теории, прочитанный Нильсом Бором в Кембридже в 1921 году. Хартри начал применять свои математические знания для расчетов некоторых деталей в боровской модели атома, а также по теории дифракции рентгеновских лучей. С 1925 года он начал проводить расчеты в рамках волновой механики. Результаты исследований составили докторскую диссертацию, защищенную им в 1926 году. В 1928 году он предложил метод самосогласованного поля для квантового описания многих тел (многоэлектронных атомов, молекул), который был в дальнейшем усовершенствован Владимиром Фоком, показавшим необходимость учета обменных сил (метод Хартри — Фока). В том же году Хартри дал математическое определение понятия информации.

В 1929 году Хартри был приглашен на место профессора прикладной математики Манчестерского университета, а в 1937 году занял должность профессора теоретической физики. В это время он занимался расчетом электронного строения тяжелых атомов, проводя большое количество вычислительной работы. Поэтому создание в 1933 году Ванневаром Бушем в США первого дифференциального анализатора сразу привлекло внимание Хартри. Он отправился в Бостон посмотреть на машину, а по возвращении построил первую в Великобритании модель анализатора на основе элементов конструктора Меккано. Позже он создал более мощную модель. Её можно было использовать для решения дифференциальных уравнений, которые возникали в задачах баллистики, гидродинамики, физики атмосферы, распространения радиоволн и, конечно, для расчета состояний многоэлектронных атомов. Хартри внес существенный вклад в разработку численных подходов в этих областях науки (уравнение Эпплтона — Хартри и т. д.).

Во время Второй мировой войны Хартри руководил вычислительной группой, проводившей расчеты баллистики снарядов, распространения радиоволн в тропосфере, поведения магнетрона, управления танками и т. д., в том числе с использованием специальных машин. При помощи своего анализатора Хартри решал вопросы автоматизации, например, поведение так называемого трехчленного контроллера (three-term controller), используемого на производстве для управления различными процессами. Вскоре после появления первого цифрового компьютера ЭНИАК в США возникла задача его использования для решения баллистических проблем. Хартри выступил в качестве консультанта по использованию возможностей нового устройства и в дальнейшем активно помогал внедрять подобные вычислительные машины, в частности EDSAC в Кембридже, Ferranti в Манчестере (см. Ferranti Mark 1), ряд машин в Америке и Австралии.

В 1946 году Хартри вернулся в Кембридж на должность профессора математической физики (Plummer Professor of Mathematical Physics), которую до него занимал Фаулер. В своей инаугурационной речи он заявил:

Вполне может случиться, что высокоскоростной цифровой компьютер окажет такое же огромное влияние на цивилизацию, как появление ядерной энергии.

It may well be that the high-speed digital computor will have as great an influence on civilization as the advent of nuclear power.
D. R. Hartree. Calculating machines, recent and prospective developments (Inaugural Lecture). — Cambridge: University Press, 1947.

Хартри продолжал заниматься атомной физикой и гидродинамикой, адаптируя для этих целей электронные машины, руководил работой большого числа молодых сотрудников. Он также консультировал Британское транспортное управление (см. British Transport Commission) на предмет использования компьютеров для контроля транспортных потоков.