Джеффри Ингрэм Тейлор: Физик, математик және ғылымға қосқан үлесі
G. I. Taylor
Жоффри Тейлор (1886-1975) – британ физигі, математик. Сұйықтар динамикасы, толқын теориясы саласындағы еңбектерімен танымал. Биографиясы туралы оқыңыз!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Британдық физик және математик (1886–1975)
British physicist and mathematician (1886–1975)
Сэр Джеффри Инграм Тейлор OM FRS FRSE (7 наурыз 1886 – 27 маусым 1975) – британдық физик және математик, сұйық динамикасы және толқын теориясы саласына үлкен үлес қоскан ғалым.
Sir Geoffrey Ingram Taylor OM FRS FRSE (7 March 1886 – 27 June 1975) was a British physicist and mathematician, who made contributions to fluid dynamics and wave theory.
Ерте өмір және білім
Тейлор Лондонның Сент-Джонс-Вуд ауданында дүниеге келген. Оның әкесі, Эдвард Инграм Тейлор – суретші, ал анасы, Маргарет Буль, математиктер отбасынан шыққан (оның әпкесі Алисия Буль Стотт, ал әкесі Джордж Буль болған). Бала кезінде ол Корольдік институттың қаңтар айындағы лекцияларын тыңдағаннан кейін ғылымға қызығушылық танытып, бояу роликтері мен желім таспасын пайдаланып тәжірибелер жасаған. Тейлор 1905-1908 жылдары Кембридж университетінің Тринити колледжінде математика мен физиканы оқыды. Кембриджде ол бірнеше стипендия мен жүлде алды, олардың бірі Дж. Дж. Томсонтан оқуға мүмкіндік берді. Интерференциялық эффекттер газ шамдарынан шыққан жарықпен тудырылды, ол тігін инесінің айналасында дифракцияланып, бірнеше қара шыны табақтар арқылы әлсіретілді. Фотографиялық пластинаны жеткілікті экспозициялау үшін үш ай уақыт қажет болды. Мақалада жарық кванттары (фотон) туралы ештеңе айтылмаған және Эйнштейннің 1905 жылғы фотоэлектрлік эффект туралы мақаласына сілтеме жасалмаған, бірақ қазіргі таңда бұл нәтижені орташа есеппен бір фотонның да болмауымен түсіндіруге болады. 1927 жылы электромагниттік өріс квантталған деген кең пікір қалыптасқаннан кейін, Тейлордың тәжірибесі оқу құралдарында жарықпен интерференция эффектілерін бір фотонның екінші фотонмен араласуымен түсіндіруге болмайтынын көрсететін дәлел ретінде ұсыныла бастады – шындығында, бір фотонның ықтималдық амплитудалары қос жарық саңылауынан өту арқылы араласады. Қазіргі заманғы түсінік Тейлордың тәжірибесінің жағдайлары бұл дәлелдеу үшін жеткіліксіз болғанын көрсетті, өйткені жарық көзі бір фотондық көз емес еді, бірақ 1986 жылы тәжірибе бір фотондық көзді пайдаланып қайталанды және сол нәтиже алынды. Одан кейін ол соққы толқындары бойынша жұмыс істеп, Смит жүлдесін жеңіп алды. 1910 жылы ол Тринити колледжінің стипендиаты болып сайланды, ал келесі жылы метеорологиялық қызметке тағайындалып, динамикалық метеорология бойынша оқырман болды. Атмосферадағы турбуленттілік туралы жұмысы 1915 жылы Адамс жүлдесін жеңіп алған «Сұйықтардағы турбулентті қозғалыс» атты еңбегін жариялауға әкелді. 1913 жылы Тейлор Scotia мұз патрульді кемесінде метеоролог болып қызмет етті, онда оның бақылаулары кейінгі жұмысының негізін құрады, ол ауаның араласуының теориялық моделіне қатысты болды. Солардың бірі «Кемелер неге толқынды теңізде жүзіп жүреді?» тақырыбында болды, бұл BBC арқылы көрсетілген алғашқы RI қаңтар айындағы лекциясы болды.
Taylor was born in St. John's Wood, London. His father, Edward Ingram Taylor, was an artist, and his mother, Margaret Boole, came from a family of mathematicians (his aunt was Alicia Boole Stott and his grandfather was George Boole). As a child he was fascinated by science after attending the Royal Institution Christmas Lectures, and performed experiments using paint rollers and sticky tape. Taylor read mathematics and physics at Trinity College, Cambridge from 1905 to 1908. He won several scholarships and prizes at Cambridge, one of which enabled him to study under J. J. Thomson. The interference effects were produced with light from a gas light, attenuated through a series of dark glass plates, diffracting around a sewing needle. Three months were required to produce a sufficient exposure of the photographic plate. The paper does not mention quanta of light (photons) and does not reference Einstein's 1905 paper on the photoelectric effect, but today the result can be interpreted by saying that less than one photon on average was present at a time. Once it became widely accepted in around 1927 that the electromagnetic field was quantized, Taylor's experiment began to be presented in pedagogical treatments as evidence that interference effects with light cannot be interpreted in terms of one photon interfering with another photon—that, in fact, a single photon's probability amplitudes do interfere by going through both slits of a double slit apparatus. Modern understanding of the subject has shown that the conditions in Taylor's experiment were not sufficient to demonstrate this, because the light source was not a single photon source, but the experiment was reproduced in 1986 using a single photon source, and the same result was obtained. He followed this up with work on shock waves, winning a Smith's Prize. In 1910 he was elected to a Fellowship at Trinity College, and the following year he was appointed to a meteorology post, becoming Reader in Dynamical Meteorology. His work on turbulence in the atmosphere led to the publication of "Turbulent motion in fluids", which won him the Adams Prize in 1915. In 1913 Taylor served as a meteorologist aboard the Ice Patrol vessel Scotia, where his observations formed the basis of his later work on a theoretical model of mixing of the air. One of these, on "why ships roll in a rough sea", was the first RI Christmas Lecture to be televised, by the BBC.
Манхэттен жобасы
Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Тейлор өзінің біліктілігін әскери мәселелерге, мысалы жарылыс толқындарының таралуына, ауадағы және су астындағы жарылыстарды зерттеуге қайта қолданды. Тейлор 1944–1945 жылдары Манхэттен жобасына британдық делегация құрамында АҚШ-қа жіберілді. Лос-Аламоста Тейлор атомдық қаруды, әсіресе 1945 жылғы 9 тамызда Нагасакиде қолданылған плутоний бомбасын жасаудағы имплозия тұрақсыздығы мәселелерін шешуге көмектесті. 1944 жылы ол рыцарьдық атағын және Корольдік қоғамнан Копли медалін алды. Келесі жылы ол АҚШ Ұлттық ғылым академиясының мүшесі болып сайланды. Тейлор 1945 жылғы 16 шілдедегі Тринити ядролық сынағында генерал Лесли Гроувстің "VIP тізіміне" енген 10 адамның қатарында болды, олар атыс мұнарасынан солтүстік-батысқа қарай шамамен 32 шақырым жердегі Компания төбесінен сынақты бақылады. Сәйкес келіп, математик Джордж Булдің тағы бір тікелей ұрпағы Джоан Хинтон да сол жобада жұмыс істеп, оқиғаны ресми емес куәгер ретінде көрді. Олар сол кезде кездесті, бірақ кейін әртүрлі жолдармен жүрді. Ядролық қаруға қарсы күшті ұстаным білдірген Джоан Маоның Қытайына кетті, ал Тейлор саяси саясат ғалымның қарауына жатпайтынын мәлімдеді. 1950 жылы ол Букингем Пи теоремасын қолданып, жарылыс күшін бағалау туралы екі мақала жариялады, сондай-ақ бұл сынақтан алынған уақыт белгілері мен жарылыс радиусының физикалық масштабы бар жоғары жылдамдықты фотосуреттерді жариялады, бұл фотосуреттер Life журналында жарық көрді. Ол жарылыс күші 16,8 және 23,7 кт екенін екі рет бағалады, бұл сол кезде жоғары құпия сақталған 20 кт қабылданған мәнге жақын болды.
During World War II, Taylor again applied his expertise to military problems such as the propagation of blast waves, studying both waves in air and underwater explosions. Taylor was sent to the United States in 1944–1945 as part of the British delegation to the Manhattan Project. At Los Alamos, Taylor helped solve implosion instability problems in the development of atomic weapons, particularly the plutonium bomb used at Nagasaki on 9 August 1945. In 1944 he also received his knighthood and the Copley Medal from the Royal Society. He was elected to the United States National Academy of Sciences the following year. Taylor was present at the Trinity nuclear test, July 16, 1945, as part of General Leslie Groves' "VIP List" of 10 people who observed the test from Compania Hill, about 20 miles (32 km) northwest of the shot tower. By coincidence, Joan Hinton, another direct descendant of the mathematician George Boole, had been working on the same project and witnessed the event in an unofficial capacity. The cousins met at the time but later followed different paths. Joan, strongly opposed to nuclear weapons, defected to Mao's China, while Taylor maintained that political policy was not within the remit of the scientist. In 1950, he published two papers estimating the yield of the explosion using the Buckingham Pi theorem, and high speed photography stills from that test, bearing timestamps and physical scale of the blast radius, which had been published in Life magazine. He gave two estimates of 16.8 and 23.7 kt, close to the accepted value of 20 kt, which was still highly classified at that time.
Кейінгі өмірі
Тейлор соғыстан кейін зерттеу жұмыстарын жалғастырып, Аэронавтикалық зерттеулер комитетінде қызмет етті және жоғары дыбыс жылдамдығымен ұшатын ұшақтарды әзірлеуде жұмыс істеді. 1952 жылы ресми түрде зейнеткерлікке шыққанмен, ол келесі жиырма жыл бойы зерттеу жұмыстарын жалғастырып, қарапайым жабдықтарды қолдана отырып шешуге болатын мәселелерге назар аударды. Бұл екінші тұтқырлық коэффициентін өлшеу әдісі сияқты жаңалықтарға әкелді. Тейлор газ көпіршіктерінің ішіндегі қысылмайтын сұйықтықты жасады. Сұйықтықтың кеңею кезінде газдың таралуы сұйықтықтың серпімді тұтқырлығының нәтижесі болды. Осылайша, көлемдік тұтқырлықты оңай есептеуге болады. Оның басқа соңғы жұмыстары құбырлардағы ағынның бойлық таралуы, кеуекті беттер арқылы қозғалыс және сұйықтықтың жұқа қабаттарының динамикасын қамтыды.
Taylor continued his research after the war, serving on the Aeronautical Research Committee and working on the development of supersonic aircraft. Though he officially retired in 1952, he continued research for the next twenty years, concentrating on problems that could be attacked using simple equipment. This led to such advances as a method for measuring the second coefficient of viscosity. Taylor devised an incompressible liquid with separated gas bubbles suspended in it. The dissipation of the gas in the liquid during expansion was a consequence of the shear viscosity of the liquid. Thus the bulk viscosity could easily be calculated. His other late work included the longitudinal dispersion in flow in tubes, movement through porous surfaces, and the dynamics of thin sheets of liquids.