Сэр Джеффри Ингрэм Тейлор, OM FRS FRSE (7 марта 1886 г. — 27 июня 1975 г.) — британский физик и математик, внесший вклад в гидродинамику и теорию волн .
Тейлор родился в Сент-Джонс-Вуде , Лондон. Его отец, Эдвард Ингрэм Тейлор, был художником, а мать, Маргарет Буль, происходила из семьи математиков (его тетей была Алисия Буль Стотт , а дедушкой — Джордж Буль ). [3] В детстве он увлекся наукой после посещения рождественских лекций в Королевском институте и проводил эксперименты с использованием валиков и липкой ленты.
Тейлор преподавал математику и физику в Тринити-колледже в Кембридже с 1905 по 1908 год. Он выиграл несколько стипендий и премий в Кембридже, одна из которых позволила ему учиться у Дж. Дж. Томсона . [4]
Тейлор опубликовал свою первую работу, когда был еще студентом. В ней он показал, что интерференция видимого света создает полосы даже при чрезвычайно слабых источниках света. [5] Эффекты интерференции были получены с помощью света от газовой лампы, ослабленного через ряд темных стеклянных пластин, дифрагирующих вокруг швейной иглы. Три месяца потребовалось, чтобы произвести достаточную экспозицию фотографической пластины. В статье не упоминаются кванты света ( фотоны ) и не ссылаются на статью Эйнштейна 1905 года о фотоэлектрическом эффекте, но сегодня результат можно интерпретировать, сказав, что в среднем присутствовало менее одного фотона за один раз. После того, как около 1927 года стало широко признано, что электромагнитное поле квантуется, эксперимент Тейлора начал представляться в педагогических трактовках как доказательство того, что эффекты интерференции со светом нельзя интерпретировать в терминах интерференции одного фотона с другим фотоном — что, по сути, амплитуды вероятности одного фотона действительно интерферируют, проходя через обе щели двухщелевого аппарата. Современное понимание предмета показало, что условия эксперимента Тейлора были недостаточными для демонстрации этого, поскольку источник света не был источником одного фотона, но эксперимент был воспроизведен в 1986 году с использованием источника одного фотона, и был получен тот же результат. [6]
Он продолжил работу над ударными волнами , за которую получил премию Смита . [7] : 43 В 1910 году он был избран в стипендию Тринити-колледжа, а в следующем году был назначен на должность метеоролога , став доцентом динамической метеорологии. Его работа над турбулентностью в атмосфере привела к публикации «Турбулентного движения в жидкостях», [8] которая принесла ему премию Адамса в 1915 году. [9] В 1913 году Тейлор служил метеорологом на борту судна ледового патруля Scotia , где его наблюдения легли в основу его более поздней работы над теоретической моделью смешивания воздуха. [4]
В начале Первой мировой войны Тейлор был отправлен на Королевский авиазавод в Фарнборо, чтобы применить свои знания в проектировании самолетов, работая, среди прочего, над нагрузкой на валы пропеллера. Он также научился летать на самолетах и изучал устойчивость парашютов. [4]
После войны Тейлор вернулся в Тринити и работал над применением турбулентного течения в океанографии . Он также работал над проблемой тел, проходящих через вращающуюся жидкость. В 1923 году он был назначен на должность профессора-исследователя Королевского общества в качестве профессора-исследователя Ярроу. Это позволило ему прекратить преподавание, которым он занимался в течение предыдущих четырех лет, и которое он не любил и к которому не имел большой склонности. Именно в этот период он выполнил свою самую обширную работу по механике жидкости и механике твердого тела , включая исследования деформации кристаллических материалов, которые последовали за его военной работой в Фарнборо. Он также внес еще один важный вклад в турбулентное течение , где он представил новый подход посредством статистического изучения колебаний скорости. [4]
В 1934 году Тейлор, примерно в одно время с Майклом Полани и Эгоном Орованом , понял, что пластическую деформацию вязких материалов можно объяснить с помощью теории дислокаций, разработанной Вито Вольтеррой в 1905 году. Это понимание имело решающее значение для развития современной науки механики твердого тела. [10] [11]
В 1936 году он прочитал в Королевском институте рождественские лекции на тему «Корабли». [12] Одна из них, на тему «почему корабли качаются в бурном море», была первой рождественской лекцией RI, транслировавшейся по телевидению на BBC . [12] [13]
Во время Второй мировой войны Тейлор снова применил свои знания к военным проблемам, таким как распространение взрывных волн , изучая как волны в воздухе, так и подводные взрывы . [4]
Тейлор был отправлен в США в 1944–1945 годах в составе британской делегации на Манхэттенском проекте . В Лос-Аламосе Тейлор помогал решать проблемы нестабильности имплозии при разработке атомного оружия, в частности плутониевой бомбы, использованной в Нагасаки 9 августа 1945 года. [14] [15]
В 1944 году он также получил рыцарское звание и медаль Копли от Королевского общества . В следующем году он был избран в Национальную академию наук США . [16]
Тейлор присутствовал на ядерном испытании Тринити 16 июля 1945 года в составе «VIP-списка» генерала Лесли Гроувса из 10 человек, которые наблюдали за испытанием с холма Компания, примерно в 20 милях (32 км) к северо-западу от башни с выстрелами. По совпадению, Джоан Хинтон , другой прямой потомок математика Джорджа Буля, работала над тем же проектом и стала свидетельницей события в неофициальном качестве. Кузены встретились в то время, но позже пошли разными путями. Джоан, решительно выступавшая против ядерного оружия, перешла на сторону Мао в Китай, в то время как Тейлор утверждал, что политическая политика не входит в компетенцию ученого. [17]
В 1950 году он опубликовал две статьи, оценивающие мощность взрыва с использованием теоремы Букингема Пи , и высокоскоростные фотографии этого испытания, содержащие временные метки и физическую шкалу радиуса взрыва, которые были опубликованы в журнале Life . Он дал две оценки 16,8 и 23,7 кт, что близко к принятому значению 20 кт, которое в то время все еще было строго засекречено . [18]
Тейлор продолжил свои исследования после войны, работая в Комитете по исследованиям в области аэронавтики и работая над разработкой сверхзвуковых самолетов. Хотя он официально вышел на пенсию в 1952 году, он продолжал исследования в течение следующих двадцати лет, сосредоточившись на проблемах, которые можно было решить с помощью простого оборудования. Это привело к таким достижениям, как метод измерения второго коэффициента вязкости . Тейлор разработал несжимаемую жидкость с разделенными пузырьками газа, взвешенными в ней. Рассеивание газа в жидкости во время расширения было следствием сдвиговой вязкости жидкости. Таким образом, объемную вязкость можно было легко рассчитать. [11] [19] Его другие поздние работы включали продольную дисперсию в потоке в трубках, [11] [20] движение через пористые поверхности и динамику тонких слоев жидкостей. [11]
В возрасте от 78 до 83 лет Тейлор написал шесть статей по электрогидродинамике. В этой работе он вернулся к своему интересу к электрической активности в грозах , как струям проводящей жидкости, мотивированным электрическими полями. Конус, из которого наблюдаются такие струи, называется конусом Тейлора , в его честь. Он опубликовал еще две статьи по дополнительным темам в 1971 и 1973 годах. В 1972 году Д. Х. Майкл прочитал статью Тейлора о создании отверстий в тонком слое жидкости на 13-й Международной конференции по теоретической и прикладной механике в Москве. Тейлор перенес инсульт и не смог присутствовать. Он выступал на каждой из предыдущих конференций. [11]
Аспекты жизни Тейлора часто находили выражение в его работах. Его первостепенный интерес к движению воздуха и воды, и, как следствие, его исследования движения одноклеточных морских существ и погоды были связаны с его давней любовью к парусному спорту. В 1930-х годах он изобрел якорь «CQR» , который был и прочнее, и управляемее любого другого, и который использовался для всех видов малых судов, включая гидросамолеты . [21]
Тейлор женился на Грейс Стефани Фрэнсис Равенхилл, школьной учительнице в 1925 году. Они оставались вместе до смерти Стефани в 1965 году. Тейлор перенес тяжелый инсульт в 1972 году, что фактически положило конец его работе. Он умер в Кембридже в 1975 году. [11] Он похоронен на церковном кладбище Святого Эдуарда Короля и Мученика в Кембридже .
Тейлор получил множество наград и почестей. [11]