Zakochany matematyk
To tytuł wiersza („The mathematician in love”) Williama Johna Macquorna Rankine’a. Ten szkocki uczony był wszechstronnie uzdolniony i miał osiągnięcia w kilku dziedzinach, a poezją zajmował się w wolnych chwilach. „Zakochany matematyk” to zabawna próba ujęcia uczuć miłosnych w postać symboli i wzorów matematycznych. Przytoczymy tylko mały fragment tego dość długiego utworu (w przekładzie prozą):
Niech x oznacza piękno, y – dobre maniery, a z – szczęście. Niech następnie L oznacza miłość; jest ona funkcją zmiennych x, y i z – tego samego rodzaju co potencjał. Jeżeli obliczymy teraz całkę oznaczoną L względem czasu t w określonych granicach, to łatwo jest zobaczyć, że to oznacza małżeństwo.
W 1938 roku angielski astronom Arthur Eddington wyśmiał tę próbę Rankine’a w książce „Filozofia nauk fizycznych”. Napisał, że łatwo jest wprowadzić notację matematyczną do oznaczania czegoś, ale trudno przekształcić tę notację w jakieś sensowne wyjaśnienia.
Rankine urodził się 5 lipca 1820 roku w Edynburgu. Jego matka Barbara Grahame była córką bankiera z Glasgow, a ojciec David – wojskowym inżynierem lądowym w randze porucznika. Starszy brat David wcześnie zmarł, więc William wychowywał się jako jedynak. Był dzieckiem chorowitym, uczył się przeważnie w domu, miał prywatnych nauczycieli. Dodatkowo ojciec uczył go matematyki oraz mechaniki. Tylko przez rok, na przełomie lat 1828/1829, Rankine był uczniem Ayr Academy i bardzo krótko w 1830 roku chodził do szkoły średniej w Glasgow.
Początkowo zajmował się muzyką i matematyką. Grał na fortepianie, wiolonczeli i śpiewał. Kiedy miał 14 lat, wuj ofiarował mu łacińskie wydanie słynnego dzieła Isaaca Newtona „Zasady matematyczne filozofii przyrody”. Młodzieniec czytał to trudne dzieło z zapałem i chyba pod wpływem tej lektury zdecydował się na pójście w kierunku nauk ścisłych. W latach 1836–1838 studiował na uniwersytecie w Edynburgu, słuchając wykładów z różnych dziedzin. W tym czasie pracował także w firmie kolejowej, którą kierował jego ojciec. Już wtedy dały o sobie znać jego zdolności. W 1836 roku uzyskał złoty medal za esej na temat falowej teorii światła. Dwa lata później esej „Metody badań fizycznych” przyniósł mu kolejny złoty medal.
Mimo tych sukcesów Rankine opuścił uniwersytet, rezygnując z uzyskania stopnia naukowego, co wtedy nie było rzadkością. Zaczął praktykować u inżyniera kolejowego Johna Benjamina Macneilla. Wynalazł w tym czasie pomysłową metodę układania zakrzywionych torów kolejowych (tzw. metoda Rankine’a). Zajmował się zjawiskiem zmęczenia metali w osiach kolejowych, proponował różne ulepszenia urządzeń portowych i dróg wodnych. W końcu stał się na tyle znany, że w 1855 roku, w wieku 35 lat, powołano go na katedrę inżynierii lądowej i mechaniki na uniwersytecie w Glasgow. Pracował na tym stanowisku aż do śmierci.
W 1842 roku Rankine po raz pierwszy zainteresował się fizyką zjawisk cieplnych, chcąc wprowadzić tam metody matematyczne. Nie miał wtedy jeszcze dokładnych danych doświadczalnych. Zajął się wkrótce potem teorią maszyn parowych. Udało mu się znaleźć związek między temperaturą, gęstością i ciśnieniem gazów oraz wzór na ciepło utajone cieczy. W 1851 roku skupił się na obliczeniu sprawności maszyn cieplnych, ale w uzyskaniu poprawnego wyniku wyprzedzili go Rudolf Clausius i William Thomson. Lecz to Rankine obmyślił stosowany obecnie termin „energia potencjalna”. Niezależnie od Clausiusa wyprowadził także wielkość zwaną dziś entropią. Zaproponował nową termodynamiczną skalę temperatury, która jednak się nie przyjęła. Niezależnie od Williama Thomsona (lorda Kelvina) zajmował się zjawiskiem śmierci cieplnej wszechświata, a niezależnie od francuskiego inżyniera Pierre’a Hugoniota znalazł równanie propagacji fal uderzeniowych (równanie Rankine’a-Hugoniota). Jego różnorodne osiągnięcia upamiętnia krater na Księżycu.
W ostatnich miesiącach życia zdrowie Rankine’a gwałtownie się pogorszyło, zaczął tracić słuch, potem przestał mówić i został częściowo sparaliżowany. Zmarł w Glasgow 24 grudnia 1872 roku. Nie założył rodziny, był całe życie kawalerem, nie miał więc możliwości sprawdzenia pomysłów, o których pisał w wierszu „Zakochany matematyk”. Jego utwory poetyckie zostały pośmiertnie opublikowane w 1874 roku w książce „Songs and Fables” (Pieśni i bajki).
Jeden z wierszy Rankine’a pod tytułem „Reguła trzech stóp” zawierał krytykę wprowadzania systemu metrycznego miar i wag. Oto jedna ze zwrotek tego wiersza (w przekładzie prozą):
Niektórzy mówią o milimetrach, inni o kilogramach, a jeszcze inni o decylitrach do mierzenia objętości piwa i kieliszków. Ja jednak jestem brytyjskim pracownikiem, zbyt starym, żeby pójść do szkoły, więc będę jadł w funtach, pił w kwartach i pracował, stosując regułę trzech stóp.