《杰弗瑞 · 英加姆 · 泰勒的生平与成就》一书的作者为乔治 · 班切尔(Geroge Batchelor),剑桥大学出版社1996年出版。本书作者系泰勒1945~48年间的研究生,后来成为泰勒在剑桥大学的同事,他也是泰勒论文集的编纂者。班切尔希望,本传记能使人们全面了解泰勒这位科学英才的生活、思想、研究特点,以及他对实验研究的真知灼见和对现实问题的关注。传记指出 :流体力学能发展到今天这样高的水平,应归功于该领域的“三杰” :杰弗瑞 · 英加姆 · 泰勒(Geoffrey Ingram Taylor)和他的两位同行 :冯 · 卡门(Theodore von karman)和路德维希 · 普朗特尔(Ludwing Prandtl)。从理论的继承发展来看,流体力学主要得益于牛顿力学第一定律(在流体力学中,如以微分方程形式表述的纳维尔-斯托克斯方程)、经典热力学、19世纪的数学方法和相应的一-些卓越深刻的实验。

班切尔通过考察发现,泰勒从事流体力学、固体力学研究的最初动力来自于解决实际问题的需要。具体而言,一是为了减少北大西洋中冰山对航海安全的威胁,他曾参与“泰坦尼克号”沉没原因的调查。二是为解决第一、二次世界大战期间有关航空、结构、爆炸方面的问题,他当时受雇于不列颠政府,以顾问的身份工作。

泰勒对湍流的研究,始于其参加“泰坦尼克号”失事调查时在甲板上用风筝对大气湿度、温度分布的测量。在将所测到的数据用相关分析等新的数学理论进行处理之后,他发现了湍流的一些基本性质。在研究了湍流大气、海洋、航空及机械工程领域的不同表现后,泰勒指出 :各领域的湍流尽管表现形式有所不同,但在运动的最小尺度上存在某些共同的基本属性。这一想法大致出现于本世纪三、四十年代,后由理查德森(Lewis F. Richardson)、冯 · 卡门、柯默戈夫(Andrei Kolmogorov)、班切尔等人通过不同途径、用不同的方法分别进行了研究。班切尔在书中还描述了泰勒关于涡旋引起的动量与热的传递理论是如何从不被同行理解到逐步被接受的过程。泰勒的这一理论对普朗特尔“混合程”模型(一种据气体运动学说类推而来的理论)的建立和完善起了重要作用。因为普朗特最初在模型中没有反映动量与热两种传递过程的差别与不同。后来,普朗特也意识到了这点,这从他1956年出版的《流体动力学基础》一书中可以清楚地看出。直至今天,许多基于普朗特尔“混合科模型进行湍流计算机模拟的研究者,都应当感谢泰勒的提醒。

1926年,泰勒公布了他对非稳流体研究的最重要成果 :发现了粘性流体非稳流动的本征模态,这是流体力学发展史上的一件大事。泰勒在此研究中所使用的实验测量方法,后来成为航空、等离子物理研究的重要手段。30年代,泰勒还率先提出了抛射体周围高速气流与激波的分析方法。其思想还深刻地影响了哈佛大学的一个年轻研究者霍克(Stanley Hooker),他后来担任了Spitfire发动机最重要部件一一增压机的设计者。此外,泰勒的流体力学研究及其对临界应力点弹性变形的固体力学的理论解释,对二战期间英国的进攻防卫系统的建立和发展做出了巨大贡献。同时这也拓展了他的研究领域。如在研究爆炸时,他发现了瑞利-泰勒不稳定性,即当两流体相遇时,密度较小的流体将被加速。在帮助设计机场散雾装置的发热片时,他建立了与普朗特不同的湍流传递理论,该理论为环境流体、云的运动和海洋流动的模型建立奠定了基础。此外,他还有一些与战争有关的小研究。不过,班切尔在书中对泰勒的这些“小研究”所表达的敬意似乎过分殷勤了一些。

泰勒对数学的看法也颇有见地。例如,他对具有悠久历史的数学相似解方法情有独钟。他善于很快找到一种方便而易处理的数学解,而且并不过分关注解的有效性、唯一性等问题。他觉得过分在解的有效性、唯一性上做文章是学究式的担心。因为假如它们真的重要的话,完全可以很容易地通过重新进行物理论证或实验而判断。正如维纳(Norbert Wiener)指出的那样,泰勒的确在研究随机过程方面引进了一种新的数学思维!我们可以从他的思想中汲取许多有益的东西,特别是在电子计算机广泛深入使用的今天。

本书还就泰勒的成就与其个性、家庭、所受教育、任职机构等因数间的关系进行了分析,并用了大量的材料来说明。从整体上看,泰勒身上反映了一种颇具创造性的北伦敦背景。他生长、受教于不信奉英国国教的家庭,父亲是一位插图画家。10岁时,他曾独自驾一艘家庭自制的小船航行到泰晤士港口。这种敢于冒险的个性,在他年轻而自信地回答Scotia号船长的提问时、在他20年代要他的未婚妻去读多尼(Jhon Donne)关于爱的“肉体意义”的诗时、在第一次世界大战期间他驾驶自制的飞机升空时、在60岁那年他还毫无畏惧地发表文章抨击在广岛投放原子弹时,甚至在他80岁高龄仍衷于滑水的行为中,都得到了淋漓尽致的体现。也许正因为如此,泰勒还成了当时科学研究者中为数不多的实业家之一,他创建了属于自己所有的企业,开发推广他的一项重要发明——“CQR锚”,一种具有V型刃口、在张力作用下能自动扣入海床的锚。他的这种创业精神无疑是极其宝贵的。

[Nature,1997年3月]