David Hestenes - David Hestenes - Wikipedia

David Orlin Hestenes
David Hestenes ASU Mart 2019 SciAPP Conference.jpg
David Hestenes, ASU fizikçisi ve eğitim teorisyeni, Mart 2019 ASU SciAPP konferansında
Doğum21 Mayıs 1933 (1933-05-21) (yaş87)
Chicago
gidilen okulUCLA
Pacific Lutheran Üniversitesi
BilinenGeometrik cebir
ÖdüllerOersted Madalyası (2002)
Bilimsel kariyer
AlanlarFizik
KurumlarArizona Devlet Üniversitesi

David Orlin Hestenes (21 Mayıs 1933 doğumlu) bir teorik fizikçi ve bilim eğitimcisi. En çok, baş mimarı olarak bilinir. geometrik cebir matematik ve fizik için birleşik bir dil olarak,[1] ve reform amaçlı araştırmaya dayalı bir program olan Modeling Instruction'ın kurucusu olarak K-12 Bilim, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik (STEM) eğitimi.[2]

30 yıldan fazla bir süredir Fizik ve Astronomi Bölümünde görev yaptı. Arizona Devlet Üniversitesi (ASU), Araştırma Profesörü rütbesiyle emekli oldu ve şimdi emekli oldu.

yaşam ve kariyer

Eğitim ve doktora derecesi

David Orlin Hestenes (matematikçinin en büyük oğlu Magnus Hestenes ) 1933'te Chicago Illinois'de doğdu. Üniversiteye tıp öncesi ana dal olarak başlamak UCLA 1950'den 1952'ye kadar mezun oldu Pacific Lutheran Üniversitesi 1954'te felsefe ve konuşma alanında derece ile. 1954'ten 1956'ya kadar ABD Ordusunda görev yaptıktan sonra, sınıflandırılmamış bir yüksek lisans öğrencisi olarak UCLA'ya girdi, 1958'de fizik yüksek lisansını tamamladı ve Üniversite Bursu kazandı. UCLA'daki akıl hocası fizikçiydi Robert Finkelstein,[3] o sırada birleşik alan teorileri üzerinde çalışan.[4] Matematikçinin ders notlarıyla tesadüfi bir karşılaşma Marcel Riesz Hestenes'e geometrik bir yorumunu çalışması için ilham verdi. Dirac matrisleri. Doktora derecesini aldı. itibaren UCLA başlıklı tez ile Geometrik Hesap ve Temel Parçacıklar.[4][5] Kısa bir süre sonra, Dirac cebirleri ve Pauli matrisleri daha sonra adı verilen bir cihazla matris içermeyen biçimde birleştirilebilir uzay-zaman ayrımı.[6] Sonra tezini gözden geçirip 1966'da kitap olarak yayınladı, Uzay-Zaman Cebiri,[7] şimdi olarak anılıyor uzay-zaman cebiri (STA). Bu, birleşik, koordinatsız bir sistem geliştirmenin ilk büyük adımıydı. geometrik cebir ve hesap tüm fizik için.

Doktora sonrası araştırma ve kariyer

1964'ten 1966'ya kadar Hestenes, NSF Princeton şirketinde Postdoctoral Fellow with John Archibald Wheeler. 1966'da fizik bölümüne katıldı. Arizona Devlet Üniversitesi, 1976'da profesörlüğe yükseldi ve 2000'de emekliye ayrıldı. Emeritus Profesör Fizik.

1980 ve 1981'de NASA Fakülte Üyesi ve 1983'te NASA Danışmanı o çalıştı Jet Tahrik Laboratuvarı açık yörünge mekaniği ve tutum kontrolü, bir ders kitabında / monografide yayınlanan yeni matematiksel tekniklerin geliştirilmesinde geometrik cebiri uyguladığı Klasik Mekanik İçin Yeni Temeller.[8]

1983'te girişimciye katıldı Robert Hecht-Nielsen ve psikolog Peter Richard Killeen özel olarak adanmış ilk konferansı yürütürken sinir ağı modelleme beyin. Hestenes bunu 1987'de Bilişsel ve Sinir Sistemleri Departmanında ilk Misafir Araştırmacı olarak atanarak takip etti (Boston Üniversitesi ) ve bir nörobilim araştırması dönemi.[9][10][11][12]

Hestenes bir Baş araştırmacı için NSF Modelleme yoluyla fizik öğretmek ve öğrencilerin hem lise hem de üniversite düzeyinde fizik modellerine ilişkin anlayışını ölçmek isteyen burslar.

İş

Hestenes matematikte çalıştı ve teorik fizik, geometrik cebir, nöral ağlar, ve bilişsel araştırma içinde Bilim eğitimi. Geometrik cebirlere ve diğer dallara olan ilginin çağdaş yeniden canlanmasının arkasındaki en önemli hareketçidir. Clifford cebirleri teorik fiziği resmileştirmenin yolları olarak.[13][14]

Geometrik cebir ve matematik

Uzay-zaman cebiri, iki ana araştırma hattının başlangıç ​​noktasını sağladı: özel olarak kuantum mekaniği ve genel olarak matematiksel fizik için etkileri.

İlk satır, yeniden formüle edilmesiyle başladı. Dirac denklemi uzay-zaman cebiri açısından gizli geometrik yapıyı ortaya çıkarır.[15] Diğer şeylerin yanı sıra, karmaşık faktörün denklemde geometrik bir nicelik (a bivektör ) Ile tanımlanan elektron dönüşü, nerede dönüş yönünü belirtir ve spin büyüklüğüdür. Bu içgörünün sonuçları uzun bir makale dizisinde incelenmiştir. [16][17][18][19][20][21] onu bağlayan en önemli sonuç ile Schrödinger's zitterbewegung ve zitterbewegung yorumunu önermek Kuantum mekaniği.[22] Bu yöndeki araştırmalar halen devam etmektedir.

İkinci araştırma hattı, geometrik cebiri kendi kendine yeten bir geometrik hesap teorik fizikte kullanım için. Onun doruk noktası kitaptır Clifford Cebirden Geometrik Hesaplamaya[23] şekil tensörünü kullanan diferansiyel geometriye bir yaklaşım izler (ikinci temel form ). Kitaptaki yenilikler, vektör manifoldu, diferansiyel dış biçimlilik, mümkün olan vektör türevi kavramlarını içerir. koordinatsız hesap manifoldlar ve bir uzantısı Cauchy integral teoremi daha yüksek boyutlara.[23][24]

Hestenes matematikçinin önemli rolüne vurgu yapıyor Hermann Grassmann[25][26] geometrik cebirin gelişimi için William Kingdon Clifford Grassmann'ın çalışmaları üzerine bina. Hestenes, bu matematiksel yaklaşımı "Clifford cebiri" olarak adlandırmak yerine "geometrik cebir" ve onun uzantısına "geometrik hesap" olarak adlandırmakta kararlıdır. Temelleri hem Grassmann hem de Clifford tarafından atılan bu yaklaşımın evrenselliğini vurguluyor. Katkıların birçok kişi tarafından yapıldığına dikkat çeker ve Clifford, bu yaklaşımın geometrinin matematiksel bir formülasyonu olarak anlaşılabileceğini yansıtan "geometrik cebir" terimini kullanırken, Hestenes bu nedenle "Clifford cebiri" terimini kullanır. genellikle basitçe "diğer birçok cebir arasında sadece bir cebir" olarak kabul edilir,[27] dikkatini birleşik bir rolünden çeken dil matematik ve fizik için.

Hestenes'in çalışması Lagrangian alan teorisine uygulandı,[28] bir formülasyonu ayar teorisi nın-nin Yerçekimi alternatif Genel görelilik Lasenby, Doran ve Gull dedikleri ayar teorisi yerçekimi (GİTMELİYİM),[29][30] ve spin temsillerine uygulandı Lie grupları.[31] Son zamanlarda, Hestenes'in formüle etmesine yol açtı. konformal geometrik cebir yeni bir yaklaşım hesaplamalı geometri.[32] Bu, mühendislik ve bilgisayar bilimlerinde hızla artan sayıda uygulama bulmuştur.[33][34][35][36][37][38]

Modelleme teorisi ve öğretimi

1980'den beri Hestenes bir Modelleme Teorisi bilim ve biliş, özellikle fen eğitimi tasarımına rehberlik etmek için.[39][40][41][42][43][44][45] Teori, bilimin içerik özünü oluşturan kavramsal modeller ile bunları anlamak için gerekli olan zihinsel modeller arasında keskin bir ayrım yapar. Modelleme Talimatı öğrencileri modellemenin tüm yönleriyle meşgul etmek için tasarlanmıştır ve genel olarak bilimsel modelleri inşa etmek, test etmek, analiz etmek ve uygulamak olarak tasarlanmıştır.[46] Etkinliğini değerlendirmek için Modelleme Talimatı, Hestenes ve öğrencileri, Konsept Envanterini Zorla,[47][48] a konsept envanteri öğrencilerin giriş fizik anlayışını değerlendirmek için bir araç.[49]

Yaklaşımı geliştirmek ve doğrulamak için on yıllık bir eğitim araştırmasından sonra, Hestenes, Ulusal Bilim Vakfı'ndan bir on yıl daha burs aldı. Modelleme Öğretim Programı ülke çapında. 2011 itibariyle, Amerika Birleşik Devletleri'nin lise fizik öğretmenlerinin yaklaşık% 10'u dahil olmak üzere, modelleme üzerine yaz atölyelerine 4.000'den fazla öğretmen katılmıştır. Tahmin ediliyor ki Modelleme öğretmenler her yıl 100.000'den fazla öğrenciye ulaşmaktadır.

Programın bir sonucu, öğretmenlerin kendi kar amacı gütmeyen kuruluşlarını, Amerikan Modelleme Öğretmenleri Derneği (AMTA),[50] hükümet finansmanı sona erdikten sonra misyonu sürdürmek ve genişletmek. AMTA, ülkenin Bilim, Teknoloji, Mühendislik ve Matematik (STEM) eğitim krizini ele almaya kendini adamış ülke çapında bir öğretmen topluluğuna genişledi. Modelleme Programının bir başka sonucu, Arizona Eyalet Üniversitesi'nde STEM öğretmenlerinin sürekli mesleki gelişimi için bir lisansüstü programın oluşturulmasıydı.[51] Bu, ülke çapındaki üniversitelerde benzer programlar için doğrulanmış bir model sağlar.[52]

Ödüller ve burslar

Yayınlar

Kitabın
  • D. Hestenes: Uzay-Zaman CebiriRoutledge, 1966, ISBN  978-0677013909
  • D. Hestenes: Klasik Mekanik İçin Yeni Temeller, Temel Fizik Teorileri, 2. baskı, Springer Verlag, 1999, ISBN  978-0792355144
  • D. Hestenes, A.Weingartshofer (editörler): Elektron: Yeni Teori ve Deney, Temel Fizik Teorileri, Springer, 1991, ISBN  978-0792313564
  • D. Hestenes, Garret Sobczyk: Clifford Cebirden Geometrik Hesaplamaya: Matematik ve Fizik için Birleşik Bir Dil, Temel Fizik Teorileri, Springer, 1987, ISBN  978-9027725615

Referanslar

  1. ^ D. Hestenes: Matematik ve Fizik için Birleşik Dil. İçinde: J.S.R. Chisholm / A.K. Common (editörler): Clifford Cebirleri ve Matematiksel Fizikteki Uygulamaları (Reidel: Dordrecht / Boston, 1986), s. 1–23.
  2. ^ Modelleme Talimatı ana sayfası http://modeling.asu.edu/
  3. ^ Robert Finkelstein Arşivlendi 2012-02-04 at Wayback Makinesi
  4. ^ a b D. Hestenes:Clifford cebiri ve kuantum mekaniğinin yorumlanması Arşivlendi 2012-04-06 at Wayback Makinesi. İçinde: J.S.R. Chisholm, A.K. Commons (editörler): Clifford Cebirleri ve Matematiksel Fizikteki Yorumları, Reidel, 1986, s. 321–346
  5. ^ D. Hestenes: Geometrik Hesap ve Temel Parçacıklar, - ~~~~ California Üniversitesi, Los Angeles
  6. ^ D. Hestenes, Uzay-Zaman Fiziği ile Geometrik Cebir, American Journal of Physics 71: 691–714 (2003).
  7. ^ D. Hestenes, Uzay-Zaman Cebiri (Gordon & Breach: New York, 1966).
  8. ^ D. Hestenes, Klasik Mekanik için Yeni Temeller (Kluwer: Dordrecht / Boston, 1986), İkinci Baskı (1999).
  9. ^ D. Hestenes, Beyin Nasıl Çalışır: sonraki büyük bilimsel devrim. C.R. Smith ve G.J. Erickson (editörler), Maximum Entropy and Bayesian Spectral Analysis and Estimation Problems (Reidel: Dordrecht / Boston, 1987). s. 173–205.
  10. ^ D. Hestenes, Değişmez Beden Kinematiği: I. Seyrek ve telafi edici göz hareketleri. Neural Networks 7: 65-77 (1994).
  11. ^ D. Hestenes, Değişmez Beden Kinematiği: II. Erişim ve nörojeometri. Neural Networks 7: 79–88 (1994).
  12. ^ D. Hestenes, Ruhsal Bozukluklarda Düzenleyici Mekanizmalar. İçinde Neural Networks in Psychopathology, ed. D.J. Stein & J. Ludik (Cambridge University Press: Cambridge, 1998). s. 132–164.
  13. ^ Abel Diek, R. Kantowski: Bazı Clifford cebir tarihi, içinde: Rafal Ablamowicz, P. Lounesto (editörler): Clifford Cebirleri ve Spinor Yapıları: Albert Crumeyrolle Anısına Adanmış Özel Bir Cilt (1919–1992), Matematik ve Uygulamaları, Kluwer Academic, 1995, ISBN  978-9048145256, s. 3–12, s. 9
  14. ^ Chris J. L. Doran Anthony Lasenby: Fizikçiler için Geometrik Cebir, Cambridge University Press, 2003, ISBN  978-0521480222, s. 123
  15. ^ D. Hestenes, Real Spinor Fields, Journal of Mathematical Physics 8: 798–808 (1967).
  16. ^ D. Hestenes ve R. Gurtler, Local Observables in Quantum Theory, American Journal of Physics 39: 1028 (1971).
  17. ^ D. Hestenes, Local Observables in the Dirac Theory, Journal of Mathematical Physics 14: 893–905 (1973).
  18. ^ D. Dirac Teorisinde Hestenes, Gözlemlenebilirler, Operatörler ve Karmaşık Sayılar, Journal of Mathematical Physics. 16 556–572 (1975).
  19. ^ D. Hestenes (R. Gurtler ile), Dirac, Pauli ve Schroedinger Teorilerinin Formülasyonunda Tutarlılık, Matematiksel Fizik Dergisi 16: 573–583 (1975).
  20. ^ D. Hestenes, Spin and Uncertainty in the Interpretation of Quantum Mechanics, American Journal of Physics 47: 399–415 (1979).
  21. ^ D. Hestenes, Dirac Teorisinin Geometrisi. İlk olarak A Symposium on the Mathematics of Physical Space-Time, Facultad de Quimica, Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Mexico City, Meksika (1981), s. 67–96.
  22. ^ D. Hestenes, The Zitterbewegung Interpretation of Quantum Mechanics, Foundations of Physics 20: 1213–1232 (1990).
  23. ^ a b D. Hestenes ve G. Sobczyk, Clifford Algebra to Geometric Calculus, matematik ve fizik için birleşik bir dil (Kluwer: Dordrecht / Boston, 1984).
  24. ^ D. Hestenes, Multivector Calculus, Journal of Mathematical Analysis and Applications 24: 313–325 (1968)
  25. ^ D. Hestenes, Grassmann'ın Vizyonu. G. Schubring (Ed.), Hermann Günther Grassmann (1809-1877) - Visionary Scientist ve Neohumanist Scholar (Kluwer: Dordrecht / Boston, 1996), s. 191–201
  26. ^ D. Hestenes, Grassmann'ın Mirası. H-J'de. Petsche, A. Lewis, J. Liesen, S. Russ (editörler) Geçmişten Geleceğe: Grassmann'ın Bağlam İçinde Çalışması (Birkhäuser: Berlin, 2011)
  27. ^ D. Hestenes: Geometrik analizde diferansiyel formlar. İçinde: F. Brackx, R. Delanghe, H. Serras (editörler): Clifford Cebirleri ve Matematiksel Fizikteki Uygulamaları: Deinze, Belçika'da Düzenlenen Üçüncü Konferansın Bildirileri, 1993Temel Fizik Teorileri, 1993, ISBN  978-0792323471, s. 269–286, s. 270
  28. ^ A. Lasenby, C. Doran ve S. Gull, Lagrangian Alan Teorisine Çok Yönlü Türev Yaklaşımı, Fiziğin Temelleri 23: 1295–12327 (1993)
  29. ^ A. Lasenby, C. Doran ve S. Gull, Yerçekimi, ayar teorileri ve geometrik cebir, Royal Society'nin Felsefi İşlemleri (Londra) A 356: 487-582 (1998)
  30. ^ C.Doran & A. Lasenby, Geometric Cebebra for Physicists (Cambridge U Press: Cambridge, 2003)
  31. ^ C. Doran, D. Hestenes, F.Sommen ve N. Van Acker, Lie Groups as Spin Groups, Journal of Mathematical Physics 34: 3642-3669 (1993)
  32. ^ D. Hestenes, Yeni Şişelerde Eski Şarap: Hesaplamalı geometri için yeni bir cebirsel çerçeve. E. Bayro-Corrochano ve G. Sobczyk (eds), Bilim ve Mühendislik Uygulamaları ile Geometrik Cebirdeki Gelişmelerde (Birkhauser: Boston, 2001). s. 1–14
  33. ^ L. Dorst, C. Doran ve J. Lasenby (Eds.), Geometric Cebebra Applications of Compute Science and Engineering, Birkhauser, Boston (2002)
  34. ^ L. Dorst, D. Fontjne ve S. Mann, Geometric Cebebra for Computer Science (Elsevier: Amsterdam, 2007)
  35. ^ D. Hestenes & J. Holt, The Crystallographic Space Groups in Geometric Algebra, Journal of Mathematical Physics 48: 023514 (2007)
  36. ^ H. Li, Değişmez Cebirler ve Geometrik Akıl Yürütme. (Pekin: World Scientific, 2008)
  37. ^ E. Bayro-Corrochano ve G. Scheuermann (ed.), Mühendislik ve Bilgisayar Bilimleri için Geometrik Cebir Hesaplama. (Londra: Springer Verlag, 2009)
  38. ^ L.Dorst ve J.Lasenby, Uygulamada Geometrik Cebir Kılavuzu (Springer: Londra, 2011)
  39. ^ D. Hestenes, Neden Öğretme Bilimi? Fizik Öğretmeni 17: 235-242 (1979)
  40. ^ D. Hestenes, Modelleme Teorisi Fizik Öğretimine Doğru, American Journal of Physics 55: 440-454 (1987)
  41. ^ D. Hestenes, Newtonian World'de Modelleme Oyunları, American Journal of Physics 60: 732–748 (1992)
  42. ^ D. Hestenes, Fizik öğrenmek ve yapmak için Modelleme Yazılımı. C. Bernardini, C. Tarsitani ve M. Vincentini (Eds.), Thinking Physics for Teaching, Plenum, New York, s. 25–66 (1996)
  43. ^ D. Hestenes (1997), Fizik Öğretmenleri için Modelleme Metodolojisi. E. Redish ve J. Rigden'de (Ed.) Modern üniversitelerde fizik bölümünün değişen rolü, Amerikan Fizik Enstitüsü Kısım II. s. 935–957
  44. ^ D. Hestenes, Fen, Biliş ve Fizik Eğitimi Modelleme Teorisi için Notlar, E. van den Berg, A. Ellermeijer ve O. Slooten (Ed.) Fizik ve Fizik Eğitiminde Modelleme, (U. Amsterdam 2008)
  45. ^ D. Hestenes, Matematik ve Fen Eğitimi için Modelleme Teorisi. R. Lesh, P. Galbraith, Hines, A. Hurford (Eds.) Modeling Students ’Mathematical Competencies (New York: Springer, 2010)
  46. ^ M. Wells, D. Hestenes ve G. Swackhamer, Lise Fizik Eğitimi için Bir Modelleme Yöntemi, American Journal of Physics 63: 606–619 (1995)
  47. ^ I. Halloun ve D. Hestenes, The Initial Knowledge State of College Physics Students, American Journal of Physics 53: 1043–1055 (1985)
  48. ^ D. Hestenes, M. Wells ve G. Swackhamer, Kuvvet Kavramı Envanteri, Fizik Öğretmeni 30: 141–158 (1992)
  49. ^ R.R. Hake, "Geleneksel yöntemlere karşı etkileşimli etkileşim: Giriş seviyesi fizik kursları için mekanik test verilerinin altı bin öğrencilik anketi," American Journal of Physics 66: 64- 74 (1998)
  50. ^ AMTA ana sayfası: http://modelinginstruction.org/
  51. ^ D. Hestenes, C. Megowan-Romanowicz, S.Osborn Popp, J. Jackson ve R. Culbertson, Lise fizik ve fizik bilimi öğretmenleri için yüksek lisans programı, American Journal of Physics 79: 971–979 (2011)
  52. ^ D. Hestenes ve J. Jackson (1997), Partnerships for Physics Teaching Reform - üniversiteler ve kolejler için çok önemli bir rol. E. Redish & J. Rigden (Eds.) Modern üniversitelerde fizik bölümünün değişen rolü, Amerikan Fizik Enstitüsü. Bölüm I s. 449–459

Dış bağlantılar