Sir Geoffrey Ingram Taylor OM FRS FRSE (7 de marzo de 1886 - 27 de junio de 1975) fue un físico y matemático británico que hizo contribuciones a la dinámica de fluidos y la teoría de ondas .
Taylor nació en St. John's Wood , Londres. Su padre, Edward Ingram Taylor, era artista, y su madre, Margaret Boole, provenía de una familia de matemáticos (su tía era Alicia Boole Stott y su abuelo era George Boole ). [3] De niño, le fascinaba la ciencia después de asistir a las Conferencias de Navidad de la Royal Institution , y realizó experimentos utilizando rodillos de pintura y cinta adhesiva.
Taylor estudió matemáticas y física en el Trinity College de Cambridge entre 1905 y 1908. Ganó varias becas y premios en Cambridge, uno de los cuales le permitió estudiar con JJ Thomson . [4]
Taylor publicó su primer artículo cuando todavía era estudiante. En él, demostró que la interferencia de la luz visible producía franjas incluso con fuentes de luz extremadamente débiles. [5] Los efectos de interferencia se produjeron con luz de una lámpara de gas, atenuada a través de una serie de placas de vidrio oscuro, que se difractaban alrededor de una aguja de coser. Se necesitaron tres meses para producir una exposición suficiente de la placa fotográfica. El artículo no menciona los cuantos de luz ( fotones ) y no hace referencia al artículo de Einstein de 1905 sobre el efecto fotoeléctrico, pero hoy el resultado puede interpretarse diciendo que, en promedio, había menos de un fotón presente a la vez. Una vez que se aceptó ampliamente, alrededor de 1927, que el campo electromagnético estaba cuantizado, el experimento de Taylor comenzó a presentarse en tratamientos pedagógicos como evidencia de que los efectos de interferencia con la luz no pueden interpretarse en términos de un fotón que interfiere con otro fotón; que, de hecho, las amplitudes de probabilidad de un solo fotón interfieren al pasar por ambas rendijas de un aparato de doble rendija. La comprensión moderna del tema ha demostrado que las condiciones del experimento de Taylor no eran suficientes para demostrar esto, porque la fuente de luz no era una fuente de un solo fotón, pero el experimento se reprodujo en 1986 utilizando una fuente de un solo fotón y se obtuvo el mismo resultado. [6]
Continuó con su trabajo sobre ondas de choque , ganando el Premio Smith . [7] : 43 En 1910 fue elegido miembro del Trinity College y al año siguiente fue designado para un puesto de meteorología , convirtiéndose en profesor adjunto de Meteorología dinámica. Su trabajo sobre la turbulencia en la atmósfera condujo a la publicación de "Movimiento turbulento en fluidos", [8] que le valió el Premio Adams en 1915. [9] En 1913, Taylor sirvió como meteorólogo a bordo del buque de patrulla de hielo Scotia , donde sus observaciones formaron la base de su trabajo posterior sobre un modelo teórico de mezcla del aire. [4]
Al estallar la Primera Guerra Mundial , Taylor fue enviado a la Real Fábrica de Aeronaves de Farnborough para aplicar sus conocimientos al diseño de aeronaves, trabajando, entre otras cosas, en la tensión de los ejes de las hélices. También aprendió a pilotar aviones y estudió la estabilidad de los paracaídas. [4]
Después de la guerra, Taylor regresó a Trinity y trabajó en una aplicación del flujo turbulento a la oceanografía . También trabajó en el problema de los cuerpos que pasan a través de un fluido giratorio. En 1923 fue designado profesor de investigación de la Royal Society como Profesor de Investigación Yarrow. Esto le permitió dejar de enseñar, lo que había estado haciendo durante los cuatro años anteriores, y que no le gustaba y para lo que no tenía gran aptitud. Fue en este período que realizó su trabajo más amplio sobre mecánica de fluidos y mecánica de sólidos , incluida la investigación sobre la deformación de materiales cristalinos que siguió a su trabajo de guerra en Farnborough. También produjo otra importante contribución al flujo turbulento , donde introdujo un nuevo enfoque a través de un estudio estadístico de las fluctuaciones de velocidad. [4]
En 1934, Taylor, casi al mismo tiempo que Michael Polanyi y Egon Orowan , se dio cuenta de que la deformación plástica de los materiales dúctiles podía explicarse en términos de la teoría de dislocaciones desarrollada por Vito Volterra en 1905. La idea fue fundamental para el desarrollo de la ciencia moderna de la mecánica de sólidos. [10] [11]
En 1936, presentó las Conferencias de Navidad de la Royal Institution , sobre "Barcos". [12] Una de ellas, sobre "por qué los barcos se balancean en un mar agitado", fue la primera Conferencia de Navidad de la Royal Institution en ser televisada por la BBC . [12] [13]
Durante la Segunda Guerra Mundial , Taylor volvió a aplicar su experiencia a problemas militares como la propagación de ondas expansivas , estudiando tanto ondas en el aire como explosiones submarinas . [4]
Taylor fue enviado a los Estados Unidos entre 1944 y 1945 como parte de la delegación británica al Proyecto Manhattan . En Los Álamos , Taylor ayudó a resolver problemas de inestabilidad por implosión en el desarrollo de armas atómicas, en particular la bomba de plutonio utilizada en Nagasaki el 9 de agosto de 1945. [14] [15]
En 1944 también recibió el título de caballero y la medalla Copley de la Royal Society . Al año siguiente fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos. [16]
Taylor estuvo presente en la prueba nuclear Trinity , el 16 de julio de 1945, como parte de la "Lista VIP" del general Leslie Groves , compuesta por 10 personas que observaron la prueba desde Compania Hill, a unas 20 millas (32 km) al noroeste de la torre de tiro. Por coincidencia, Joan Hinton , otra descendiente directa del matemático George Boole, había estado trabajando en el mismo proyecto y presenció el evento de manera no oficial. Los primos se conocieron en ese momento, pero luego siguieron caminos diferentes. Joan, firmemente opuesta a las armas nucleares, desertó a la China de Mao, mientras que Taylor sostuvo que la política no estaba dentro del ámbito de competencias del científico. [17]
En 1950, publicó dos artículos en los que estimaba la potencia de la explosión utilizando el teorema Pi de Buckingham y fotografías fijas de alta velocidad de esa prueba, con marcas de tiempo y escala física del radio de la explosión, que se habían publicado en la revista Life . Dio dos estimaciones de 16,8 y 23,7 kt, cerca del valor aceptado de 20 kt, que todavía estaba altamente clasificado en ese momento. [18]
Taylor continuó con sus investigaciones después de la guerra, sirviendo en el Comité de Investigación Aeronáutica y trabajando en el desarrollo de aviones supersónicos . Aunque se retiró oficialmente en 1952, continuó con sus investigaciones durante los siguientes veinte años, concentrándose en problemas que podían ser atacados utilizando equipos simples. Esto condujo a avances tales como un método para medir el segundo coeficiente de viscosidad . Taylor ideó un líquido incompresible con burbujas de gas separadas suspendidas en él. La disipación del gas en el líquido durante la expansión era una consecuencia de la viscosidad de corte del líquido. Por lo tanto, la viscosidad volumétrica se podía calcular fácilmente. [11] [19] Otros de sus trabajos tardíos incluyeron la dispersión longitudinal en el flujo en tubos, [11] [20] el movimiento a través de superficies porosas y la dinámica de láminas delgadas de líquidos. [11]
Entre los 78 y los 83 años, Taylor escribió seis artículos sobre electrohidrodinámica. En este trabajo volvió a su interés por la actividad eléctrica en las tormentas eléctricas , como chorros de líquido conductor motivados por campos eléctricos. El cono desde el que se observan estos chorros se llama cono de Taylor , en su honor. Continuó publicando dos artículos más, sobre temas adicionales, en 1971 y 1973. En 1972, DH MIchael leyó el artículo de Taylor, sobre la creación de agujeros en una fina lámina de líquido, en las 13.ª Conferencias Internacionales de Mecánica Teórica y Aplicada en Moscú. Taylor había sufrido un derrame cerebral y no pudo asistir. Había presentado en todas las conferencias anteriores. [11]
Algunos aspectos de la vida de Taylor se reflejaron a menudo en su obra. Su interés primordial por el movimiento del aire y el agua, y por extensión sus estudios sobre el movimiento de las criaturas marinas unicelulares y sobre el clima, estaban relacionados con su amor de toda la vida por la navegación. En la década de 1930 inventó el ancla "CQR" , que era más fuerte y más manejable que cualquier otra en uso, y que se utilizaba para todo tipo de embarcaciones pequeñas, incluidos los hidroaviones . [21]
Taylor se casó con Grace Stephanie Frances Ravenhill, una maestra de escuela, en 1925. Permanecieron juntos hasta la muerte de Stephanie en 1965. Taylor sufrió un derrame cerebral severo en 1972 que puso fin a su trabajo. Murió en Cambridge en 1975. [11] Está enterrado en el cementerio de St Edward King and Martyr, Cambridge .
Taylor recibió muchos premios y honores. [11]