Льюис Фрай Ричардсон

Льюис Фрай Ричардсон (англ. Lewis Fry Richardson; 11 октября 1881, Ньюкасл-апон-Тайн — 30 сентября 1953, Килмун, Шотландия) — британский математик, физик, метеоролог и психолог, пионер в области применения математических методов к прогнозированию погоды и количественному анализу причин вооружённых конфликтов. Известен как автор первой успешной численной модели прогноза погоды, а также как основатель математической теории гонки вооружений и статистического анализа войн.

Биография

Ранние годы и образование

Льюис Фрай Ричардсон родился в семье квакеров. Его отец, Дэвид Ричардсон, был фермером и владельцем кожевенного завода. Мать, Кэтрин Фрай, происходила из семьи, известной социальным реформаторством. С ранних лет Ричардсон проявлял интерес к естественным наукам и математике. Он окончил школу в Ньюкасле, а затем поступил в Кембриджский университет (колледж Святого Иоанна), где изучал математику и физику. В 1903 году он получил степень бакалавра, а в 1905 — магистра.

Научная карьера

После окончания университета Ричардсон работал в различных научных учреждениях, включая Национальную физическую лабораторию и Метеорологическую службу Великобритании. В 1913 году он был назначен директором физической лаборатории в Эдинбургском университете, но с началом Первой мировой войны оставил эту должность, так как, будучи квакером, отказался от военной службы. В 1916–1919 годах он работал водителем санитарной машины во Франции, где продолжал свои научные изыскания.

После войны Ричардсон вернулся к научной работе. В 1920 году он стал руководителем метеорологического отдела в колледже Биркбек (Лондонский университет), а в 1929 году — профессором физики в Университете Лидса. В 1940 году он вышел на пенсию, но продолжал активную исследовательскую деятельность до конца жизни.

Вклад в метеорологию

Численный прогноз погоды

Ричардсон считается основоположником численного прогноза погоды. В 1922 году он опубликовал монографию «Прогноз погоды с помощью численных процессов» (англ. Weather Prediction by Numerical Process), в которой впервые предложил метод решения уравнений гидродинамики и термодинамики атмосферы для предсказания погоды. Его подход заключался в разбиении пространства на сетку и вычислении изменений метеорологических параметров (давления, температуры, ветра) с помощью конечно-разностных схем.

Ричардсон провёл первый в истории численный расчёт прогноза погоды для одной точки в Европе, используя данные наблюдений за 20 мая 1910 года. Однако из-за неточности исходных данных и грубости приближений результат оказался нереалистичным (изменение давления было оценено в 145 гПа за 6 часов, что в десятки раз превышало реальные значения). Тем не менее, его работа заложила теоретические основы современной метеорологии. Практическая реализация численного прогноза стала возможной лишь с появлением электронных вычислительных машин в 1950-х годах.

Масштабная инвариантность атмосферы

Ричардсон также известен пионерскими исследованиями турбулентности. Он сформулировал идею о том, что крупные вихри в атмосфере распадаются на более мелкие, передавая им энергию, — процесс, позднее описанный как каскад энергии по спектру масштабов. В 1926 году он опубликовал стихотворение, ставшее знаменитым в физике: «Большие вихри закручивают малые, / Те питают свои меньшие собратья, / И так — до вязкости» (англ. Big whirls have little whirls that feed on their velocity, / And little whirls have lesser whirls and so on to viscosity).

Вклад в математическое моделирование конфликтов

Гонка вооружений

В 1930-х годах Ричардсон обратился к изучению причин войн. Он разработал математическую модель гонки вооружений, основанную на системе дифференциальных уравнений. В простейшей форме модель описывает, как уровень вооружений двух конкурирующих государств изменяется в зависимости от взаимных угроз, экономических затрат и исторических обид. Эта модель, известная как «модель Ричардсона», стала классическим примером в теории игр и конфликтологии.

Статистика войн

Ричардсон провёл масштабный статистический анализ вооружённых конфликтов, собрав данные о более чем 300 войнах, произошедших между 1820 и 1949 годами. В своей книге «Статистика смертоносных ссор» (англ. Statistics of Deadly Quarrels, опубликована посмертно в 1960 году) он показал, что распределение войн по числу жертв подчиняется степенному закону (закону Ципфа), то есть количество малых войн значительно превышает количество крупных. Этот результат предвосхитил современные исследования в области клиодинамики и анализа социальных систем.

Психология и конфликты

Ричардсон также изучал психологические аспекты конфликтов, в частности, влияние национальных стереотипов и религиозных различий на вероятность войны. Он пытался количественно оценить «враждебность» между народами, используя данные опросов и исторических событий.

Основные труды

• Weather Prediction by Numerical Process (1922) — первая книга по численному прогнозу погоды.
• Generalized Foreign Politics (1939) — работа по математической теории международных отношений.
• Arms and Insecurity (1949) — анализ гонки вооружений.
• Statistics of Deadly Quarrels (1960) — статистическое исследование войн.

Признание и наследие

При жизни Ричардсон не получил широкого признания. Его работы по численному прогнозу погоды были оценены лишь после внедрения компьютеров, а исследования конфликтов долгое время считались маргинальными. Однако в последние десятилетия его идеи стали основой для таких дисциплин, как вычислительная гидродинамика, математическая социология и конфликтология. В его честь названы:

• Число Ричардсона — безразмерный критерий, характеризующий отношение гравитационных сил к инерционным в стратифицированных потоках.
• Кратер на Луне (Richardson).
• Премия Льюиса Фрая Ричардсона, присуждаемая Европейским геофизическим союзом за выдающиеся достижения в области нелинейных процессов в геофизике.

Критика

Основные возражения против работ Ричардсона касались упрощённости его моделей. Критики отмечали, что его модель гонки вооружений не учитывает внутренние политические факторы, идеологию и роль случайных событий. Статистический анализ войн также подвергался сомнению из-за неполноты данных и субъективности в определении «войны». Тем не менее, его подход остаётся важным этапом в развитии количественных методов в социальных науках.

Источники

• Hunt, J. C. R. (1998). Lewis Fry Richardson and His Contributions to Mathematics, Meteorology, and Models of Conflict. Annual Review of Fluid Mechanics.
• Richardson, L. F. (1922). Weather Prediction by Numerical Process. Cambridge University Press.
• Richardson, L. F. (1960). Statistics of Deadly Quarrels. Boxwood Press.
• Ashford, O. M. (1985). Prophet or Professor? The Life and Work of Lewis Fry Richardson. Adam Hilger.