Charles Wheatstone

Charles Wheatstone (1802–1875) var en engelsk fysiker og oppfinner som levde under viktoriatiden. Han konstruerte musikkinstrumentet concertina og det første stereoskopet for å se tredimensjonale bilder. Navnet hans knyttes direkte til Wheatstone-broen som han gjorde kjent for måling av elektrisk motstand. Playfair-chifferet for kryptering ble likedan oppfunnet av han og ble senere anvendt av det britiske militærvesen.

Charles Wheatstone
Født		6. feb. 1802[1][2][3][4] Gloucester (England)[5]
Død		19. okt. 1875[1][6][2][4] (73 år) Paris (Den tredje franske republikk)[5][7]
Beskjeftigelse		Kryptograf, matematiker, fysiker, oppfinner, musikkinstrumentmaker, fotograf
Nasjonalitet		Det forente kongerike Storbritannia og Irland
Gravlagt		Kensal Green Cemetery[8]
Medlem av		9 oppføringer Royal Society (1836–) (Fellow of the Royal Society) Kungliga Vetenskapsakademien (1859–) American Academy of Arts and Sciences Det prøyssiske vitenskapsakademiet Accademia Nazionale delle Scienze detta dei XL Bayerische Akademie der Wissenschaften Det franske vitenskapsakademiet (1873–) Institution of Civil Engineers (1875–) Accademia delle Scienze di Torino (1845–)[5]
Utmerkelser		8 oppføringer Fellow of the Royal Society (1836) Copleymedaljen (1868)[9] Pour le Mérite for vitenskap og kunst (1868) Royal Medal (1840) Albert-medaljen (1867) (sammen med: William Fothergill Cooke)[10] Royal Medal (1843) Bakerian Lecture (1852) Knight Bachelor
Arbeidssted		King's College
Fagfelt		Fysikk
Charles Wheatstone på Commons

Hans viktigste bidrag var likevel utarbeidelse av nye metoder og apparat for sending av meldinger basert på elektriske signal gjennom ledninger og kabler. I ettertid regnes han dermed som en av grunnleggerne av moderne telegrafi.

Wheatstone var onkel til Oliver Heaviside som senere ga viktige bidrag til elektromagnetisk teori. En isbre på Antarktishalvøya er oppkalt etter ham samt at Cape Wheatstone ved Borchgrevinkkysten i Antarktis fikk sitt navn allerede i 1841 da området ble oppdaget av Ross.

Biografi

Apparat som Wheatstone benyttet rundt 1834 til undersøkelse av elektriske gnister.

Etter noen få leveår i Gloucester flyttet familien Wheatstone til London i 1806 hvor faren åpnet en musikkforretning. Her var Charles elev ved flere privatskoler uten å skille seg ut med spesielle evner. Derimot var han meget sjenert og hadde problem med å skaffe seg venner. I 1816 ble han sendt til en onkel i byen. Han lagde musikkinstrument og dette fikk innflytelse på gutten. I tillegg til å lære seg dette håndverket, leste han med større begeistring både om akustikk og annen vitenskap i bøker han skaffet seg på egen hånd.^[11]

Han opparbeidet snart en dyp forståelse av lyd og hvordan denne spredte seg. Dette benyttet han til å lage forskjellige instrumenter som noen ganger bare skulle underholde, men også noen som fikk praktisk bruk. Michael Faraday innså betydningen av Wheatstones evner og inkluderte noen av hans oppfinnelser i sine demonstrasjoner i Royal Institution. Med tiden skiftet Wheatstones interesser over til elektrisitet og dens anvendelser. Han utførte et elegant eksperiment med elektriske signal i metalliske ledere som ga den første måling av lysets hastighet i et laboratorium. Denne anerkjennelse medførte at han i 1834 ble ansatt ved King's College i London som professor i anvendt filosofi uten at han selv hadde noen universitetsstudier bak seg. To år senere ble han innvalgt som medlem av Royal Society.^[12]

I stedet for å sende tale og musikk som lydbølger forsto han nå at dette kunne gjøres mye enklere og raskere ved bruk av elektriske signal i form av telegrafi. Dette ble hans viktigste beskjeftigelse. Han bygget forskjellige apparat til dette bruk og fikk etablert flere telegrafiske linjer for offentlig bruk. Av denne grunn betraktes han i dag som en av grunnleggerne av moderne telegrafi. I begynnelsen var dette elektriske ledninger gjennom luft, men snart måtte også problemene rundt undersjøiske telegrafkabler løses.^[13]

Wheatstone giftet seg i 1847 med Emma West. De fikk to sønner og tre døtre. Sammen med Lyon Playfair delte han interessen for kryptografi og lot han få æren for Playfair-chifferet som Wheatstone hadde utarbeidet. Derimot var Wheatstone-broen oppfunnet av Samuel Hunter Christie, men fikk Wheatstones navn. I sine siste leveår mottok han flere æresbevisninger, blant annet Copleymedaljen i 1868. Samme år ble han slått til ridder av Dronning Viktoria og ble dermed Sir Charles Wheatstone. Han døde av lungebetennelse i 1875 i Paris under et oppdrag hvor han skulle bistå til forbedring av undersjøisk telegrafi. ^[12]

Noen oppfinnelser

Wheatstones concertina.

Whetastone opparbeidet tidlig en dyp forståelse av lyd og hvordan denne spredte seg. Allerede i 1821 kunne han demonstrere en «acoucryptophone» som sendte musikk fra et instrument til et annet i et nærliggende rom gjennom en kobberledning som om dette instrumentet spilte av seg selv. Han lekte da med tanken å kunne sende musikk på lignende måte til fjernere steder og kontemplerte en slik linje fra London til Edinburgh som han ga navnet «telephone». I denne sammenheng utviklet han også et lite instrument som kunne mekanisk forsterke svake lyder. Det ga han navnet «microphone», men vil i dag heller bli kalt et stetoskop. Viktigere ble likevel hans konstruksjon av en engelsk concertina i 1829. Det ble meget populært, og han var med å etablere en egen bedrift Wheatstone & Co for å produsere det. I våre dager kunne det sees i en episode av TV-serien Game of Thrones der den islandske gruppen Sigur Rós benyttet det.^[14]

Denne interessen for lyd hadde også brakt Wheatstone i kontakt med Hans Christian Ørsted. Det skyldes hans nye metode for fremstilling av Chladni-figurer eller «klangfigurer». Det er mønster som typisk skapes av akustiske svingninger i metalliske plater. Håpet var at disse undersøkelsene kunne bedre forståelsen av egenskapene til lys.^[15]

En utgave av Cooke-Wheatstones nåletelegraf.

Av større betydning fikk hans måling av lyshastigheten i 1834. Dette klarte han ved å la en leidnerflaske forbindes med gnistgap til en flere kilometer lang kopperledning og utlades gjennom denne. På midten av ledningen satte han også inn et gnistgap. Ved hjelp av et roterende speil kan han da observere at gnisten gjennom dette var litt forsinket i forhold til gnistene i endepunktene. Da han kjente lengden til ledningen og tidsforskjellen mellom gnistene, konkluderte han med at lyshastigheten gjennom ledningen var omtrent 380 000 km/s. Dette var noe høyere enn verdiene som på den tiden var oppnådd med astronomiske metoder, men likevel imponerende resultat gjort i sentrum av London. Et mer nøyaktig resultat ble oppnådd i 1862 av Léon Foucault i Paris. Han benyttet også et roterende speil, men i et mer raffinert eksperiment.^[15]

Wheatstonea ABC-telegraf.

William Cooke var blitt interessert i telegrafi basert på bruk av elektriske signal under en reise i Tyskland. I 1837 tok han kontakt med Wheatstone, og de gikk sammen i et partnerskap for å konstruere et bedre system. Det resulterte først i en «nåletelegraf» som fikk fire eller fem visere eller nåler montert på en plate til å peke på en bestemt bokstav. En demonstrasjon i London vakte ikke særlig interesse, men ble i 1839 tatt i bruk av Great Western Railway med utgangspunkt i Paddington stasjon. Denne første telegraflinjen var omtrent tyve kilometer lang.

Dette systemet var basert på at hver viser ble styrt av strømmen i en egen ledning. Systemet krevde da fire eller fem ledninger som både var tungvint og kostbart. I 1840 utviklet Wheatstone et bedre apparat som ble kalt for en «ABC-telegraf» da det besto av en viser som kunne peke på alle bokstavene i alfabetet plassert rundt en sirkulær skala. Selv om den var enklere i bruk, ble den likevel ingen kommersiell suksess. En grunn var også at omtrent samtidig begynte man å ta i bruk telegrafi basert på Morse-kode.

I årene som fulgte ble lagt stadig nye, undersjøiske telegrafkabler over forskjellige havstrekninger, Dette skapte nye teoretiske og praktiske utfordringer. I denne sammenheng spilte også Wheatstone en viktig rolle. Denne innsatsen gjorde han kjent i offentligheten. I tillegg ble han også økonomisk godt belønnet og da spesielt for de forskjellige patentene han hadde tatt ut.^[12]

Hans oppfinnelse av en «polar klokke» ble derimot ingen suksess. Den var basert på at lyset som gjør himmelen blå av farge, er polarisert ved Rayleigh-spredning. Området på himmelen hvor effekten er størst, er alltid vinkelrett til retningen mot Solen og har derfor en jevn rotasjon gjennom hele dagen. Ved bruk av en dobbeltbrytende krystal kan effekten observeres, også i overskyet vær. Men dette uret viste seg ikke å være nøyaktig nok til å være av praktisk interesse.^[15]