Arthur Schuster

Arthur Schuster

Arthur Schuster
Państwo działania	Związek Niemiecki Wielka Brytania
Data i miejsce urodzenia	12 września 1851 Frankfurt nad Menem, Wolne Miasto Frankfurt
Data i miejsce śmierci	14 października 1934 Yeldall Manor, Twyford, Berkshire
Zawód, zajęcie	fizyk
doktor nauk fizycznych
Specjalność: spektroskopia, optyka, magnetyzm ziemski
Alma Mater	Uniwersytet w Heidelbergu
Doktorat	1873 Uniwersytet w Heidelbergu promotor: Gustav Kirchhoff
praca naukowa, nauczyciel akademicki
Nagrody
Medal Królewski (1893) Medal Rumforda (1926) Medal Copleya (1931)

Sir Franz Arthur Friedrich Schuster (ur. 12 września 1851 we Frankfurcie nad Menem, zm. 14 października 1934 w Yeldall Manor w Berkshire) – niemiecko-brytyjski fizyk znany z prac w dziedzinie spektroskopii, optyki, fotografii rentgenowskiej i magnetyzmu ziemskiego oraz z zastosowania analizy harmonicznej w fizyce. Jako jeden z pierwszych użył pojęcia antymaterii, wprowadził termin „periodogram” i współtworzył magnetometr Schustera-Smitha. Jako pierwszy zastosował przybliżenie dwustrumieniowe w teorii transportu promieniowania.

Był synem niemieckiego przedsiębiorcy z branży bawełnianej, który po aneksji Frankfurtu przez Prusy przeniósł rodzinę do Manchesteru. Studiował fizykę w Owens College u Balfoura Stewarta, a doktorat uzyskał w Heidelbergu pod kierunkiem Gustava Kirchhoffa. W 1875 roku stanął na czele ekspedycji do Syjamu w celu sfotografowania widma korony słonecznej. W 1881 roku objął katedrę matematyki stosowanej, a w 1888 – katedrę fizyki w Manchesterze, gdzie zbudował jedno z pierwszych nowoczesnych laboratoriów fizycznych, a w 1907 roku ustąpił z katedry na rzecz Ernesta Rutherforda. Przyczynił się do przekształcenia Uniwersytetu w Manchesterze w ośrodek badań fizycznych.

Schuster był też aktywnym organizatorem nauki – pełnił funkcję sekretarza Royal Society, przewodniczył British Association (1915–1916) i został pierwszym sekretarzem generalnym Międzynarodowej Rady Badań Naukowych. Otrzymał Medal Królewski, Medal Rumforda i Medal Copleya, był czterokrotnie nominowany do Nagrody Nobla, a w 1920 roku otrzymał tytuł szlachecki.

Młodość i wykształcenie

Dzieciństwo i nauka w Genewie

Arthur Schuster urodził się we Frankfurcie nad Menem jako syn Francisa Josepha Schustera, kupca bawełnianego i bankiera, oraz Marie z domu Pfeiffer. Rodzice pobrali się w 1849 roku, przeszli z judaizmu na chrześcijaństwo i w tej wierze wychowali dzieci. Arthura, podobnie jak jego dwóch braci, przeznaczono do pracy w przedsiębiorstwie rodzinnym, dlatego uczęszczał do gimnazjum we Frankfurcie, a w 1868 roku wysłano go do Genewy na naukę języka francuskiego. Fizyką i naukami przyrodniczymi zainteresował się jeszcze w czasie nauki we Frankfurcie, do czego zachęcał go prywatny nauczyciel Harald Schütz. W Genewie uczęszczał ponadto na wykłady z fizyki u Jacques’a-Louisa Soreta, z chemii u Jeana Charles’a Galissarda de Marignaca oraz z astronomii u Émile’a Plantamoura.

W 1866 roku dotąd wolne miasto Frankfurt zostało zaanektowane przez Prusy w następstwie wojny prusko-austriackiej. Aby uchronić synów przed służbą w armii pruskiej, ojciec poczynił starania finansowe, dzięki którym Arthur i jego bracia otrzymali obywatelstwo szwajcarskie. W 1869 roku – gdy Schuster studiował w Genewie – rodzina przeniosła się do tekstylnego Manchesteru. Nekrolog Royal Society podaje, że ojciec przeniósł wówczas z Frankfurtu także rodzinne przedsiębiorstwo, właśnie po to, by uniknąć obywatelstwa pruskiego. Oxford Dictionary of National Biography odnotowuje natomiast, że firma włókiennicza działała w Manchesterze już od 1811 roku, a ojciec objął w niej wtedy stanowisko. Po zakończeniu studiów Schuster opuścił Genewę 25 maja 1870 roku i przeprowadził się do Manchesteru. Wraz z rodzeństwem przyjął obywatelstwo brytyjskie w 1875 roku.

Studia w Manchesterze i Niemczech

Przez rok Schuster pracował w przedsiębiorstwie rodzinnym jako urzędnik, lecz zajęcie to uznał za rutynowe i pozbawione bodźców. W tym czasie czytał O powstawaniu gatunków Karola Darwina oraz prace Johna Tyndalla, a wieczorami uczęszczał na zajęcia z chemii u Henry’ego Roscoe w Owens College. Dzięki wsparciu matki przekonał ojca, by pozwolił mu kontynuować naukę, zamiast pracować w firmie, i w październiku 1871 roku zaczął studiować fizykę pod kierunkiem Balfoura Stewarta oraz matematykę czystą i stosowaną u Thomasa Barkera. W tym okresie rozpoczął pod kierunkiem Roscoe badania widm wodoru i azotu. Jego pierwszą pracę, zatytułowaną On the Spectrum of Nitrogen (o widmie azotu), przedstawił Royal Society 20 czerwca 1872 roku Balfour Stewart. Schuster twierdził w niej, że czysty azot daje tylko jedno widmo – liniowe – a widmo pasmowe przypisał tlenkom azotu powstającym w iskrze.

Latem 1872 roku Schuster wyjechał do Heidelbergu z listami polecającymi od Roscoe do Gustava Kirchhoffa i Roberta Bunsena, a 25 lutego 1873 roku uzyskał stopień doktora. Powrócił następnie do Manchesteru, gdzie jesienią został pierwszym, nieopłacanym demonstratorem w laboratorium fizycznym. Wakacje 1874 roku spędził w Getyndze, studiując w laboratorium Wilhelma Webera, a później kontynuował naukę w Berlinie u Hermanna von Helmholtza.

Fotografia widma korony słonecznej

Szkic zaćmienia Słońca z 6 kwietnia 1875 roku z raportu Schustera i Lockyera dla Royal Society

Pod koniec grudnia 1874 roku, w drodze powrotnej z Berlina, Schuster otrzymał od Normana Lockyera propozycję udziału w ekspedycji do Syjamu (dzisiejsza Tajlandia) w celu sfotografowania widma korony słonecznej podczas zaćmienia Słońca 6 kwietnia 1875 roku. Schuster przyjął zaproszenie, a 4 lutego, na siedem dni przed wyjazdem, otrzymał z Royal Society zawiadomienie, że to jemu – wówczas 23-letniemu – powierzono kierownictwo całej wyprawy. Wyprawa wypłynęła z Southampton 11 lutego, a podróż statkami parowymi trwała 45 dni. 28 marca grupa dotarła do Bangkoku, skąd udała się do przygotowanego zawczasu stanowiska obserwacyjnego nad Zatoką Tajlandzką, w pasie całkowitego zaćmienia, około 14 mil od jego linii środkowej. Zaćmienie zaobserwowano przy bezchmurnym, choć zamglonym niebie, lecz używane wówczas mokre klisze fotograficzne okazały się zbyt mało czułe, by uchwycić widmo korony. W raporcie z wyprawy Lockyer i Schuster przypisali niepowodzenie także zbyt krótkiemu czasowi na regulację przyrządów i za ciemnemu spektroskopowi. Widmo protuberancji i korony zarejestrowała jedynie kamera pryzmatyczna. W drodze powrotnej Schuster zatrzymał się w Indiach, skąd odbył pełną przygód podróż przez Himalaje – ze Simli przez Kullu i Ladakh do Śrinagaru – i powrócił do Anglii dopiero w listopadzie 1875 roku.

Od tej wyprawy zaczęło się trwałe zainteresowanie Schustera widmem korony. Odbył jeszcze trzy podróże obserwacyjne. Pierwsza prowadziła do Kolorado (29 lipca 1878), gdzie obserwacje wizualne wypadły nieco lepiej niż w Syjamie, lecz fotografia widma znów się nie powiodła. Udane zdjęcia widma uzyskał dopiero w Sohag w Egipcie (17 maja 1882), gdzie zarejestrował i zmierzył 29 linii widmowych. Powodzenie zawdzięczał wyjątkowo czułym kliszom suchym, przygotowanym dla niego przez Williama de Wiveleslie Abneya. Również podczas ostatniej wyprawy, zorganizowanej przez Royal Society na Grenadę w Indiach Zachodnich (29 sierpnia 1886), gdzie obserwował zaćmienie wraz z Leonardem Darwinem na stanowisku Prickly Point, otrzymał wyraźne obrazy widma korony. Na ich podstawie uznał, że widmo ciągłe korony pochodzi głównie od rozżarzonej materii chłodniejszej od Słońca, a tylko w niewielkiej części od światła rozproszonego na drobnych cząstkach, oraz że wapń i wodór nie należą do normalnego widma korony.

Kariera naukowa

Arthur Schuster na portrecie Williama Orpena z 1912 roku

Po powrocie z Indii Schuster ponownie objął funkcję demonstratora fizyki w Owens College. Jeden z prowadzonych przez niego kursów dotyczył teorii elektryczności i magnetyzmu Maxwella, a wśród jego słuchaczy znalazł się m.in. Joseph John Thomson. Schuster pozostał w Manchesterze tylko jeden semestr, po czym przeniósł się do Cambridge, gdzie pracował najpierw pod kierunkiem Maxwella w Laboratorium Cavendisha, a następnie z lordem Rayleighem nad wyznaczeniem bezwzględnej wartości jednostki om. W Laboratorium Cavendisha, do którego wstąpił w październiku 1876 roku, badał najpierw widma emisyjne tlenu, a z Rayleighem pracował po śmierci Maxwella w listopadzie 1879 roku. Na podstawie tego wyniku Board of Trade ustalił wartość oma legalnego. Po pięciu latach w Cambridge w 1881 roku otrzymał stanowisko profesora matematyki stosowanej w dawnym Owens College, włączonym wówczas do federacyjnego Uniwersytetu Victorii, a po śmierci Balfoura Stewarta objął po nim w 1888 roku katedrę fizyki. Około 1897 roku zajął się projektem nowych pracowni fizycznych: po objeździe najważniejszych laboratoriów na kontynencie zaprojektował je wspólnie z architektem Beaumontem. Gmach przy Coupland Street kosztował około 35 tys. funtów i został otwarty przez lorda Rayleigha w 1900 roku. Schuster opowiadał się też za rozwiązaniem federacyjnego Uniwersytetu Victorii. Po podziale uczelni brał czynny udział w opracowaniu jej nowego statutu i został pierwszym dziekanem Wydziału Nauk Ścisłych (1903–1905).

18 września 1887 roku Schuster poślubił Emmę Caroline Elizabeth Loveday (1867–1962), córkę George’a Lovedaya z Wardington w Oxfordshire, której wujem był Adolphus William Ward, profesor i późniejszy rektor Owens College. Mieli pięcioro dzieci – syna i cztery córki. Oboje popierali emancypację kobiet. Małżonkowie mieszkali w Victoria Park na południe od centrum Manchesteru aż do 1913 roku, gdy Schuster nabył Yeldall Manor w pobliżu Reading, aby mieć bliżej do Londynu i Royal Society.

Główny przedmiot prac Schustera do końca lat 90. XIX wieku stanowiły wyładowania elektryczne w gazach. Wykazał on, że świecące wyładowanie wprawia gaz przejściowo w stan przewodzący za sprawą obecności naładowanych jonów. Był przy tym bardzo bliski wyznaczenia stosunku ładunku do masy elektronu, sam jednak nie rozpoznał w nim cząstki podatomowej. Jako pierwszy pokazał, jak wyznaczyć ten stosunek dla promieni katodowych z ich odchylenia w polu magnetycznym, w doświadczeniach uzyskał jednak jedynie górne i dolne ograniczenie szukanej wielkości. Ponieważ dolne z nich wypadało blisko wartości znanych z elektrolizy, uznał sprawę za rozstrzygniętą. Zdaniem George’a Clarke’a Simpsona, autora jego nekrologu dla Royal Society, zaufanie górnemu ograniczeniu pozwoliłoby mu prawdopodobnie wyprzedzić Thomsona w odkryciu elektronu. Pełnej interpretacji dokonał w 1897 roku Joseph John Thomson, odkrywając elektron. Stuart M. Feffer zakwestionował jednak w 1989 roku pogląd, że prace Schustera wyprzedzały odkrycie Thomsona, gdyż jego zdaniem Schuster nie interesował się ani naturą promieni katodowych, ani samymi cząstkami przenoszącymi ładunek.

Fotografia rentgenowska

Zdjęcie rentgenowskie dłoni (z pierścionkiem) wykonane przez Schustera, ok. 1896

Na początku 1896 roku Wilhelm Röntgen przesłał Schusterowi swoją pracę Eine neue Art von Strahlen (o nowym rodzaju promieni). Schuster ogłosił wówczas w dzienniku Manchester Guardian list wyjaśniający naturę i znaczenie promieni X – była to pierwsza publikacja na ten temat w Wielkiej Brytanii. Kolejne listy skierował 18 stycznia do British Medical Journal i do numeru Nature z 23 stycznia 1896 roku. Schuster sam zaczął wówczas eksperymentować z promieniowaniem rentgenowskim i wykonał szereg udanych zdjęć części ciała oraz zwierząt, w wyniku czego zaczęto go zasypywać prośbami o pomoc ze strony manchesterskich lekarzy. Jego wczesne radiogramy należą do pionierskich zastosowań radiografii medycznej.

Odkrycie elektronu i promieniowania rentgenowskiego nagle wyjaśniło zjawiska, którymi Schuster zajmował się w badaniach nad wyładowaniami w gazach, a o jego własnym wkładzie szybko zapomniano. Po śmierci asystenta Arthura T. Stantona w 1898 roku Schuster zaprzestał doświadczeń praktycznych i poświęcił się wyłącznie badaniom teoretycznym i matematycznym, choć w jego laboratorium nadal prowadzili prace jego studenci.

Optyka i podręczniki

To Schuster wprowadził w 1882 roku sam termin „spektroskopia”, w miejsce dotychczasowej „analizy widmowej”, aby podkreślić zastosowanie metody w badaniach fizycznych, a nie w analizie chemicznej. Niezależnie od Johannesa Rydberga, choć później niż on, odkrył też związki między różnymi seriami linii widmowych. Wieloletnie zainteresowanie Schustera spektroskopią skierowało go ku optyce, z której prowadził wykłady. Doprowadziło to do wydania w 1904 roku jego podręcznika An Introduction to the Theory of Optics, który doczekał się dwóch kolejnych wydań (1909 oraz wydanie trzecie, poprawione wspólnie z Johnem Williamem Nicholsonem, w 1924). W 1908 roku, na zaproszenie uniwersytetu w Kalkucie, wygłosił serię wykładów o rozwoju fizyki w latach 1875–1908, które wydał następnie w formie książki The Progress of Physics. Udzielił w niej ostrożnej, wstępnej aprobaty szczególnej teorii względności Alberta Einsteina oraz wczesnym ideom Maxa Plancka dotyczącym kwantów. W 1932 roku opublikował wspomnienia Biographical Fragments.

Wkład naukowy

Antymateria

Schuster bywa uznawany za pierwszego uczonego, który w 1898 roku posłużył się pojęciem antymaterii – w dwóch listach skierowanych do czasopisma Nature. Wysunął hipotezę istnienia antyatomów oraz całych układów planetarnych zbudowanych z antymaterii, które wyzwalałyby energię w zetknięciu z atomami zwykłej materii. Spekulował, że w takich układach również grawitacja mogłaby działać odpychająco. Niezależnie od tych spekulacji dopiero teoria Paula Diraca z 1928 roku dała matematyczne podstawy przewidywania antycząstek, co później doprowadziło do ich odkrycia.

Periodogram

Gabinet Schustera, ok. 1900

Większość ówczesnych podręczników optyki głosiła, że białe światło składa się z odrębnych promieni o różnych długościach fali, co Schuster uważał za całkowicie błędne. Twierdził natomiast, że białe światło stanowi nieregularną falę, którą siatka dyfrakcyjna lub pryzmat rozkładają na widmo zgodnie z szeregami Fouriera opisującymi ten nieregularny impuls. To podejście przeniósł następnie na inne zjawiska uważane za okresowe. Poprzez analizę Fouriera zjawisko można przedstawić jako sumę funkcji okresowych, a jeśli któraś z nich ma wyraźnie większą amplitudę od pozostałych, świadczy to o występowaniu okresowości. Sam Schuster podkreślał, że analizy Fouriera używano do szukania okresowości już wcześniej, a nowością jego metody była ocena przypadkowej zmienności współczynników Fouriera za pomocą rachunku prawdopodobieństwa. Metodę tę opublikował w 1898 roku w artykule o badaniu ukrytych okresowości, w którym po raz pierwszy wprowadził termin „periodogram”. Za realną uznawał okresowość, gdy rzędna periodogramu przekraczała czterokrotnie wartość średnią, bo przy wahaniach czysto przypadkowych zdarza się to raz na 300 000 przypadków. W tej samej pracy przeanalizował krytycznie dotychczasowe dowody istnienia 26-dniowego okresu zjawisk magnetycznych i meteorologicznych i uznał, że choć elementy magnetyczne i występowanie burz wydają się mu podlegać, zagadnienie wymaga dalszych badań.

Schuster po raz pierwszy zastosował tę formę analizy harmonicznej w 1897 roku, aby obalić twierdzenie Cargill Gilston Knott o związku częstości trzęsień ziemi z Księżycem i pływami. Ten sam rachunek potwierdził natomiast realność rocznego i dobowego okresu trzęsień ziemi. Następnie zastosował tę technikę do analizy aktywności plam słonecznych, wyznaczając w 1906 roku okres cyklu plam słonecznych na 11,125 roku i wykrywając obok niego dalsze okresy, około 4,8 i 8,4 roku. Po raz pierwszy pokazał wtedy również, że wyraźnie zaznaczony okres potrafi utrzymywać się przez szereg lat, a następnie zanikać. Sam Schuster zastrzegał jednak, że okresy te zapewne nigdy nie wygasają całkowicie, lecz na przemian słabną i przeważają. W latach 1750–1820 cykl jedenastoletni był według niego przytłoczony przez okresy około 13¾ i 9¼ roku. Nie znalazł natomiast żadnego śladu wpływu obiegu Jowisza na plamy słoneczne. Zainteresowanie to miało dawne korzenie. Już w 1875 roku ekonomista William Stanley Jevons odnotował uwagę Schustera, że dobre roczniki win w Europie Zachodniej powtarzały się w odstępach zbliżonych do jedenastoletniego cyklu plam słonecznych. Periodogram pozostawał przez długi czas głównym praktycznym narzędziem identyfikowania istotnych statystycznie częstotliwości w szeregach czasowych obserwacji i znalazł szerokie zastosowanie w badaniach zjawisk sejsmologicznych, magnetycznych oraz meteorologicznych.

Transport promieniowania

Schuster sformułował w 1905 roku zagadnienie transportu promieniowania w mglistej atmosferze, próbując wyjaśnić powstawanie linii absorpcyjnych i emisyjnych w widmach gwiazd. Steven N. Shore w opracowaniu dziejów teorii transportu promieniowania uznał tę pracę za pierwsze realistyczne sformułowanie podstawowego zagadnienia transportu w ośrodku rozpraszającym. Schuster przyjął, że pochłanianie i rozpraszanie w ośrodku nie zależą od częstotliwości i są izotropowe. Rozproszoną energię rozłożył po równo między strumień biegnący w górę i w dół, co sprowadziło opis do dwóch sprzężonych równań i stanowiło pierwsze użycie przybliżenia dwustrumieniowego. Sam Schuster zaznaczał, że założenie o rozkładzie promieniowania niezależnym od kierunku jest błędne, uznał jednak dokładniejszy rachunek za bezużyteczny, skoro współczynniki rozpraszania i pochłaniania w gwiazdach zmieniają się w nieznany sposób. W zakończeniu pracy Schuster zwrócił uwagę, że warstwa rozpraszająca może wytwarzać także linie emisyjne i że nie wymaga to wzrostu temperatury ku zewnętrznym warstwom gazu. O tym, czy gaz daje linie jasne, czy ciemne, decydował według niego gradient temperatury. Przy słabym jej wzroście ku wnętrzu gwiazdy pojawiają się linie emisyjne, co miało tłumaczyć istnienie gwiazd o jasnych liniach, zwłaszcza we wczesnym stadium kondensacji. Od jego równań wychodzili Karl Schwarzschild (1906 i 1914), Arthur Eddington (1916) oraz James Jeans (1917). Eddington studiował fizykę u Schustera w Manchesterze w latach 1898–1901. Wprowadzony w 1964 roku algorytm Feautriera, na którym oparto obliczenia modeli atmosfer gwiazdowych, oznaczał powrót do dwustrumieniowego ujęcia Schustera i Schwarzschilda. Subrahmanyan Chandrasekhar przypisywał Schusterowi nadanie nowego impulsu zagadnieniu transportu promieniowania, którego rozwiązanie udoskonalił później Karl Schwarzschild.

Magnetyzm ziemski

Zainteresowanie Schustera geofizyką było rozległe. Już w 1889 roku napisał artykuł o dobowej zmienności ziemskiego pola magnetycznego, w którym wykorzystał funkcje kuliste. Nawiązał w nim do pamiętnika Carla Friedricha Gaussa z 1839 roku, który proponował stosować rozwinięcie w szereg tych funkcji także do badania okresowych zmian pola. Zauważył przy tym, że takiej analizy harmonicznej, pozwalającej oddzielić przyczyny leżące wewnątrz Ziemi od zewnętrznych, nikt dotąd nie wypróbował w praktyce. Analizę oparł na obserwacjach z 1870 roku z czterech obserwatoriów – w Lizbonie, Petersburgu, Greenwich i Bombaju. Wyciągnął z nich wniosek, że główna część zmienności dobowej ma przyczyny zewnętrzne wobec powierzchni Ziemi, że we wnętrzu Ziemi indukowane są prądy oraz że wnętrze to ma większą przewodność niż warstwy zewnętrzne. To ostatnie rozwiązanie podsunął mu Horace Lamb, który w dodatku do pracy podał wzory na prądy indukowane w przewodzącej kuli. W zakończeniu Schuster stwierdził, że jego wynik w pełni zgadza się z obrazem zmienności dobowej, jaki w 1850 roku przedstawił Michael Faraday, odrzucił jednak wyjaśnienie Faradaya, który przypisywał to zjawisko zmianom przenikalności magnetycznej powietrza ogrzewanego przez Słońce. Za możliwą uznał natomiast hipotezę Balfoura Stewarta, według której ziemskie pole magnetyczne indukuje prądy elektryczne w konwekcyjnych ruchach powietrza w górnych warstwach atmosfery. Ruch powietrza mógł jego zdaniem wynikać z pływów atmosferycznych wywoływanych przyciąganiem Słońca i Księżyca albo z dobowych wahań ciśnienia atmosferycznego. W dopisku z października 1889 roku, po lekturze prac Juliusa von Hanna, uznał związek zmienności magnetycznej z tymi wahaniami za wysoce prawdopodobny. W artykule z 1908 roku wyraził pogląd, że przewodnictwo elektryczne górnej atmosfery – części dziś nazywanej jonosferą – wynika z jonizacji wywołanej przez Słońce.

Uznając, że wprowadzona przez Gaussa metoda pomiaru sił magnetycznych doszła do granic dokładności, Schuster zaproponował w 1913 roku wyznaczanie poziomej składowej natężenia ziemskiego pola magnetycznego przez porównanie jej z polem magnetycznym cewki wzorcowej. Dyrektor Narodowego Laboratorium Fizycznego Richard Glazebrook powierzył sprawę Frankowi Edwardowi Smithowi, który przeprowadził wstępne doświadczenia. Według jego szacunku pomiar nową metodą miał trwać poniżej pięciu minut, podczas gdy magnetometrem z Kew – co najmniej godzinę. W 1920 roku, z opóźnieniem spowodowanym I wojną światową, Smith pod kierunkiem Schustera skonstruował to urządzenie. Magnetometr Schustera-Smitha stał się następnie standardowym w Wielkiej Brytanii przyrządem do pomiaru poziomej składowej natężenia pola magnetycznego w jednostkach bezwzględnych.

Działalność organizacyjna

Schuster podczas czwartej konferencji Międzynarodowej Unii Współpracy w Badaniach Słońca w Obserwatorium na Mount Wilson, 1910

Już w 1899 roku Royal Society wyznaczyło Schustera na swojego przedstawiciela na wstępnym spotkaniu w Wiesbaden, poświęconym organizacji International Association of Academies, a w 1905 roku wybrało go na swojego przedstawiciela w radzie tego stowarzyszenia. Był też jednym ze współzałożycieli – obok Svantego Arrheniusa i George’a Hale’a – Międzynarodowej Unii Współpracy w Badaniach Słońca (1904–1905). Częściowo po to, by móc poświęcić się tej działalności międzynarodowej, a częściowo z przemęczenia, w 1907 roku zrezygnował z katedry, zapewniwszy wcześniej, że jego następcą zostanie Ernest Rutherford. Odchodząc, ufundował na trzy–cztery lata coroczną kwotę 350 funtów na uposażenie wykładowcy fizyki matematycznej. Stanowisko to objął później Charles Galton Darwin.

Podczas I wojny światowej organizacje te uległy rozpadowi – Niemcy i Austria były ich znaczącymi członkami, a dodatkowo wybuchła rewolucja w Rosji. Wybuch wojny zastał Schustera w drodze na Krym, dokąd jechał obserwować zaćmienie Słońca, i do kraju musiał wracać przez Egipt. Lojalność Schustera bywała kwestionowana z powodu jego niemieckiego pochodzenia: rodzinę atakowała prasa, a jego samego także niektórzy członkowie Royal Society, m.in. chemik Henry Armstrong. Przedmiotem niezręcznej interwencji władz stał się odbiornik radiowy, zainstalowany dla niego w Yeldall przez Alana Archibalda Campbella-Swintona, aby Schuster mógł odbierać paryski sygnał czasu. Policja skonfiskowała urządzenie w obawie, że może służyć do odbioru wiadomości z Berlina, a rada Royal Society rozesłała wówczas zagranicznym akademiom i uczonym rezolucję wyrażającą zaufanie do lojalności Schustera. Schustera wybrano na przewodniczącego dorocznego zjazdu British Association w Manchesterze w 1915 roku. W październiku 1914 roku zaproponował ustąpienie, jeśli zażyczy sobie tego znaczna część członków, lecz rada stowarzyszenia przekonała go do przyjęcia funkcji. Przed zjazdem spotkał się z protestami części kolegów naukowców, atakami prasy na jego niemieckie nazwisko i pogłoskami o akcji zniechęcania do udziału. Mimo to w zjeździe wzięło udział około 1200 osób, a jego przemówienie zostało dobrze przyjęte. W dniu przemówienia dowiedział się, że jego syn został ranny, walcząc po stronie brytyjskiej pod Gallipoli. Jego brat, sir Felix Schuster, musiał publicznie zapewnić, że rodzina jest lojalna wobec Wielkiej Brytanii, a wszyscy jej synowie służą w armii brytyjskiej. Publicznie wsparł Schustera także Herbert Henry Asquith. Armstrong przez cztery lata prowadził kampanię na rzecz usunięcia go z funkcji sekretarza Royal Society. Schuster został jednak ponownie wybrany przy zaledwie siedmiu głosach sprzeciwu, a gdy w 1918 roku zaproponował, że nie będzie ubiegał się o kolejną kadencję, rada towarzystwa nalegała, by pozostał.

Jeszcze w czasie wojny był w Wielkiej Brytanii czołowym orędownikiem planów powojennej współpracy naukowej państw sprzymierzonych. Po wojnie Schuster odegrał główną rolę w utworzeniu Międzynarodowej Rady Badań Naukowych (ang. International Research Council, z której wywodzi się dzisiejsza Międzynarodowa Rada Nauki) i został wybrany jej pierwszym sekretarzem generalnym na zgromadzeniu założycielskim w Brukseli w lipcu 1919 roku. Uczestniczył także w tworzeniu powiązanych z nią unii naukowych, takich jak Międzynarodowa Unia Astronomiczna, Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej czy Międzynarodowa Unia Geodezji i Geofizyki. Funkcję sekretarza generalnego Międzynarodowej Rady Badań pełnił do 1928 roku. Royal Society wspierał także finansowo: w 1911 roku przekazał 1000 funtów na fundusz obniżenia składek, a odchodząc z funkcji sekretarza – 3000 funtów na zalążek funduszu emerytalnego dla pracowników. Wcześniej zapisał towarzystwu 3500 funtów, z których dochód miał pokrywać składkę na rzecz International Association of Academies oraz koszty podróży delegatów. Z własnych środków kupił też rad dla laboratorium fizycznego w Manchesterze i dwa sejsmografy dla obserwatorium w Eskdalemuir.

Meteorologia

Choć Schuster nie ogłosił własnych prac z meteorologii, poświęcił tej dziedzinie wiele czasu i zdolności organizacyjnych. To on wprowadził meteorologię jako przedmiot na brytyjskie uczelnie. W 1905 roku utworzył niewielki zakład meteorologii w ramach zakładu fizyki w Manchesterze, a jego kierownik został pierwszym wykładowcą meteorologii na brytyjskiej uczelni. W pierwszym roku działania placówka zreorganizowała stację meteorologiczną w Whitworth Park i uruchomiła stację balonowo-latawcową na wzgórzach pod Glossop w Derbyshire, przeznaczoną do badań górnej atmosfery. Przez sześć lat finansował ponadto z własnych środków stanowisko wykładowcy meteorologii na uniwersytecie w Cambridge, które w latach 1907–1910 objął Ernest Gold, a w latach 1912–1915 Geoffrey Ingram Taylor.

W 1900 roku Royal Society powołało Schustera do swojej rady meteorologicznej. Gdy w 1905 roku radę tę zastąpiono komitetem podległym skarbowi państwa, Schuster został jednym z dwóch przedstawicieli towarzystwa w tym gremium. Zasiadał w radzie i komitecie meteorologicznym przez trzydzieści dwa lata, a po przejściu brytyjskiego urzędu meteorologicznego pod Ministerstwo Lotnictwa w 1919 roku pełnił funkcję wiceprzewodniczącego komitetu.

Ostatnie lata i śmierć

W ciągu całej kariery ogłosił sześć książek i około 150 prac naukowych. W nekrologach i późniejszych biogramach przedstawiano Schustera jako fizyka matematycznego o wyjątkowych zdolnościach, a zarazem sprawnego administratora i nauczyciela oraz orędownika roli nauki w edukacji i przemyśle. Poza pracą naukową był zapalonym alpinistą, a gdy zdrowie nie pozwalało mu już na taki wysiłek, oddawał się malarstwu. Po powrocie z Indii w 1908 roku rozdał przyjaciołom teki z reprodukcjami szkiców wykonanych podczas tej podróży.

W 1923 roku stracił lewe oko w wypadku podczas gry w golfa, a jego zdrowie, nigdy nie najlepsze, stopniowo się pogarszało. Schuster zmarł 14 października 1934 roku w Yeldall Manor na zakrzepicę naczyń mózgowych. Pochowano go 17 października, w prywatnej ceremonii, na cmentarzu Brookwood w Wokingu, a nazajutrz w kościele St James’s na Piccadilly odbyło się licznie obsadzone nabożeństwo żałobne. Pozostawił majątek wyceniony w postępowaniu spadkowym na 283 307 funtów, 4 szylingi i 11 pensów.

Wyróżnienia i upamiętnienie

Budynek Schustera na Uniwersytecie w Manchesterze, nazwany na cześć fizyka

Schuster został wybrany na członka (ang. fellow) Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego w 1877 roku oraz Royal Society w 1879 roku, na członka zagranicznego National Academy of Sciences w 1913 roku oraz na członka honorowego Royal Society of Edinburgh w 1916 roku. W 1913 roku został też przyjęty do Amerykańskiego Towarzystwa Filozoficznego. Już w 1873 roku został członkiem Manchesterskiego Towarzystwa Literacko-Filozoficznego, którego był następnie sekretarzem (1885–1888) i przewodniczącym (1892–1894).

Royal Society powierzyło mu wygłoszenie wykładów Bakerowskich w 1884 i 1890 roku oraz przyznało mu Medal Królewski (1893), Medal Rumforda (1926) i swoje najwyższe odznaczenie – Medal Copleya (1931). Schuster pełnił w Royal Society funkcje sekretarza (1912–1919), wiceprzewodniczącego (1919–1920) i sekretarza zagranicznego (1920–1924). W Królewskim Towarzystwie Astronomicznym był sekretarzem zagranicznym w latach 1914–1919. Był też przewodniczącym British Association for the Advancement of Science w latach 1915–1916 oraz zasiadał w komitetach zarządzających brytyjskim urzędem meteorologicznym (1900–1932) i Narodowym Laboratorium Fizycznym (1899–1902, 1920–1925).

Schuster został pasowany na rycerza (Knight Bachelor) przez króla Jerzego V w ramach noworocznej listy odznaczeń z 1920 roku. Otrzymał ponadto doktorat honoris causa uniwersytetu w Kalkucie (1908) oraz uniwersytetów w Genewie (1909), St Andrews (1911) i Oksfordzie (1917). W 1880 roku otrzymał syjamski Order Słonia Białego. W 1970 roku jego imieniem nazwano krater o średnicy 100 km po niewidocznej stronie Księżyca. Na jego cześć nazwano również Budynek Schustera na Uniwersytecie w Manchesterze, mieszczący Wydział Fizyki i Astronomii. W literaturze anglojęzycznej jego nazwiskiem określa się także tzw. Schuster’s integral („całkę Schustera”).

Schuster był czterokrotnie nominowany do Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki: w 1904 roku przez Wilhelma Hallwachsa, w 1914 i 1917 roku przez Theodore’a Richardsa oraz w 1925 roku przez Williama Napiera Shawa.

Wybrane publikacje

• Spectrum Analysis. Macmillan, Londyn, wyd. 4 (1885) – książka Henry’ego E. Roscoe, poprawiona i rozszerzona przez Schustera.
• An Introduction to the Theory of Optics. E. Arnold, Londyn (1904).
• The Progress of Physics During 33 Years (1875–1908). University Press, Cambridge (1911).
• Biographical Fragments. Macmillan & Co., Londyn (1932).

Bibliografia

• George ClarkeG.C. Simpson George ClarkeG.C., Sir Arthur Schuster, 1851–1934, „Obituary Notices of Fellows of the Royal Society”, 1 (4), 1935, s. 408–423, DOI: 10.1098/rsbm.1935.0006  (ang.).
• Frank WatsonF.W. Dyson Frank WatsonF.W., Sir Arthur Schuster, F.R.S., „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”, 95, 1935, s. 326–330  (ang.).
• ArthurA. Schuster ArthurA., Biographical Fragments, Londyn: Macmillan & Co., 1932  (ang.).

Linki zewnętrzne

• Contribution of Sir Arthur Schuster [online], Centre for Atmospheric Science, University of Manchester [zarchiwizowane z adresu 2024-12-26]  (ang.).