Lewis Richardson

Lewis Fry Richardson, FRS (11 de octubre de 1881 – 30 de septiembre de 1953) fue un matemático, físico, meteorólogo, psicólogo y pacifista inglés que fue pionero en las técnicas matemáticas modernas de predicción meteorológica y en la aplicación de Técnicas similares para estudiar las causas de las guerras y cómo prevenirlas. También se destaca por su trabajo pionero sobre fractales y un método para resolver un sistema de ecuaciones lineales conocido como iteración de Richardson modificada.

Vida temprana

Lewis Fry Richardson era el menor de siete hijos de Catherine Fry (1838-1919) y David Richardson (1835-1913). Eran una próspera familia cuáquera y David Richardson dirigía un exitoso negocio de curtido y fabricación de cuero.

A los 12 años fue enviado a un internado cuáquero, la Bootham School en York, donde recibió una educación en ciencias, lo que estimuló un interés activo en la historia natural. En 1898 ingresó en la Durham College of Science (una facultad de la Universidad de Durham), donde tomó cursos de física matemática, química, botánica y zoología. En 1900 se trasladó al King's College de Cambridge, donde (entre otros) J. J. Thomson le enseñó física en las ciencias naturales y se graduó con un título de primera clase en 1903. A los 47 años recibió un doctorado en Psicología matemática de la Universidad de Londres.

Carrera

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Richardson 's working life represented his eclectic interests:

• Laboratorio Nacional de Física (1903-1904).
• University College Aberystwyth (1905-1906).
• Chemist, National Peat Industries (1906-1907).
• Laboratorio Nacional de Física (1907-1909).
• Gerente del laboratorio físico y químico, Sunbeam Lamp Company (1909-1912).
• Manchester College of Technology (1912–1913).
• Oficina Meteorológica – como superintendente del Observatorio Eskdalemuir (1913-1916).
• Unidad de Ambulancia Amigos en Francia (1916-1919).
• Meteorological Office at Benson, Oxfordshire (1919-1920).
• Head of the Physics Department at Westminster Training College (1920-1929).
• Director, Paisley Technical College, ahora parte de la Universidad del Oeste de Escocia (1929-1940).

En 1926, fue elegido miembro de la Sociedad de la Real Sociedad.

Pacifismo

Las creencias cuáqueras de Richardson implicaban un pacifismo ardiente que lo eximió del servicio militar durante la Primera Guerra Mundial como objetor de conciencia, aunque esto posteriormente lo descalificó para ocupar cualquier puesto académico. Richardson trabajó de 1916 a 1919 para Friends' Unidad de Ambulancias adscrita a la 16.ª División de Infantería francesa. Después de la guerra, se reincorporó a la Oficina Meteorológica, pero se vio obligado a dimitir por motivos de conciencia cuando ésta se fusionó con el Ministerio del Aire en 1920. Posteriormente siguió una carrera al margen del mundo académico antes de retirarse en 1940 para investigar sus propias ideas.. Su pacifismo tuvo consecuencias directas en sus intereses de investigación. Según Thomas Körner, el descubrimiento de que su trabajo meteorológico era valioso para los diseñadores de armas químicas le hizo abandonar todos sus esfuerzos en este campo y destruir hallazgos que aún no había publicado.

Previsión del tiempo

El interés de Richardson por la meteorología lo llevó a proponer un esquema para el pronóstico del tiempo mediante la solución de ecuaciones diferenciales, el método utilizado hoy en día, aunque cuando publicó Predicción del tiempo por proceso numérico en 1922, No se disponía de una informática rápida adecuada. Describió sus ideas así:

"Después de tanto razonamiento difícil, ¿puede uno jugar con una fantasía? Imagina un gran salón como un teatro, excepto que los círculos y galerías pasan por el espacio ocupado generalmente por el escenario. Las paredes de esta cámara están pintadas para formar un mapa del globo. El techo representa las regiones polares del norte, Inglaterra está en la galería, los trópicos en el círculo superior, Australia en el círculo del vestido y la Antártida en la fosa.

Una miríada de ordenadores [personas que computan] están trabajando en el tiempo de la parte del mapa donde cada uno se sienta, pero cada ordenador asiste sólo a una ecuación o parte de una ecuación. La labor de cada región está coordinada por un funcionario de rango superior. Numerosos "señales nocturnos" muestran los valores instantáneos para que los ordenadores vecinos puedan leerlos. Cada número se muestra así en tres zonas adyacentes para mantener la comunicación al Norte y Sur en el mapa.

Desde el suelo del foso se eleva una columna alta hasta la mitad de la altura del pasillo. Lleva un púlpito grande en su parte superior. En esto se encuentra el hombre encargado de todo el teatro; está rodeado de varios asistentes y mensajeros. Uno de sus deberes es mantener una velocidad uniforme de progreso en todas las partes del mundo. En este sentido, es como el director de una orquesta en la que los instrumentos son guías de diapositivas y máquinas de cálculo. Pero en lugar de agitar un bastón, él gira un rayo de luz rosa sobre cualquier región que está corriendo por delante del resto, y un rayo de luz azul sobre aquellos que están detrás.

Cuatro altos clerks en el púlpito central están recogiendo el tiempo futuro tan rápido como está siendo computado, y despacharlo por portador neumático a una habitación tranquila. Allí será codificado y telefoneado a la estación de radio. Los mensajeros llevan montones de formularios usados hasta un almacén en el sótano.

En un edificio vecino hay un departamento de investigación donde inventan mejoras. Pero hay mucho experimentando a pequeña escala antes de que cualquier cambio se haga en la rutina compleja del teatro de computación. En un sótano un entusiasta está observando los comestibles en el revestimiento líquido de un enorme tazón giratorio, pero hasta ahora el aritmético demuestra la mejor manera. En otro edificio están todas las oficinas financieras, de correspondencia y administrativas habituales. En el exterior están jugando campos, casas, montañas y lagos, porque se pensó que los que computan el tiempo deben respirar libremente." (Richardson 1922)

Cuando Richardson recibió la noticia del primer pronóstico meteorológico realizado por la primera computadora moderna, ENIAC, en 1950, respondió que los resultados constituían un "enorme avance científico". Los primeros cálculos para un pronóstico de 24 horas tardaron casi 24 horas en producirse.

También estaba interesado en la turbulencia atmosférica y realizó muchos experimentos terrestres. El número de Richardson, un parámetro adimensional de la teoría de la turbulencia, lleva su nombre. Es famoso que resumió la turbulencia en versos que riman en Predicción del tiempo mediante proceso numérico (p. 66):

Grandes látigos tienen pequeños látigos que se alimentan de su velocidad,

y pequeños látigos tienen menos látigos y así sucesivamente a la viscosidad.

[Una obra de teatro sobre dos líneas del poema Siphonaptera de Augustus De Morgan, "Las pulgas grandes tienen pulgas pequeñas en la espalda para morderlas, / Y las pulgas pequeñas tienen pulgas menores, y así ad infinitum." (Un presupuesto de paradojas, 1915). Las propias líneas de De Morgan reformulan dos líneas del poema satírico de Jonathan Swift "On Poetry: A Rapsody" de 1733.]

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Richardson 's attempt at numerical forecast

Uno de los logros más célebres de Richardson es su intento retroactivo de pronosticar el tiempo durante un solo día (20 de mayo de 1910) mediante cálculo directo. En ese momento, los meteorólogos realizaban pronósticos principalmente buscando patrones climáticos similares en los registros y luego extrapolando hacia adelante. Richardson intentó utilizar un modelo matemático de las características principales de la atmósfera y utilizar datos tomados en un momento específico (7 a.m.) para calcular el clima seis horas después ab initio. Como deja claro el meteorólogo Peter Lynch, el pronóstico de Richardson falló dramáticamente, prediciendo un enorme aumento de presión de 145 hectopascales (4,3 inHg) en seis horas, cuando en realidad la presión era más o menos estática. Sin embargo, un análisis detallado realizado por Lynch ha demostrado que la causa fue no aplicar técnicas de suavizado a los datos, que descartan aumentos repentinos de presión no físicos. Cuando se aplican, se revela que el pronóstico de Richardson es esencialmente exacto, un logro notable considerando que los cálculos se hicieron a mano y mientras Richardson prestaba servicio en la unidad de ambulancia cuáquera en el norte de Francia.

Análisis matemático de la guerra

Richardson también aplicó sus habilidades matemáticas al servicio de sus principios pacifistas, en particular para comprender las bases del conflicto internacional. Por esta razón, ahora se le considera el iniciador o co-iniciador (con Quincy Wright y Pitirim Sorokin, así como otros como Kenneth Boulding, Anatol Rapaport y Adam Curle) del análisis científico del conflicto, un tema interdisciplinario de análisis cuantitativo. y ciencia social matemática dedicada a la investigación sistemática de las causas de la guerra y las condiciones de la paz. Como había hecho con el tiempo, analizó la guerra utilizando principalmente ecuaciones diferenciales y teoría de la probabilidad. Considerando el armamento de dos naciones, Richardson postuló un sistema idealizado de ecuaciones según el cual el ritmo de acumulación de armamento de una nación es directamente proporcional a la cantidad de armas que tiene su rival y también a los agravios que siente hacia el rival, y negativamente proporcional a la cantidad de armas que ya posee. La solución de este sistema de ecuaciones permite sacar conclusiones esclarecedoras sobre la naturaleza y la estabilidad o inestabilidad de diversas condiciones hipotéticas que podrían darse entre naciones.

También originó la teoría de que la propensión a la guerra entre dos naciones era una función de la longitud de su frontera común. Y en Armas e inseguridad (1949) y Estadísticas de disputas mortales (1960), buscó analizar estadísticamente las causas de la guerra. Los factores que evaluó incluyeron la economía, el idioma y la religión. En el prefacio de este último, escribió: “Hay en el mundo una gran cantidad de discusiones políticas brillantes e ingeniosas que no conducen a convicciones firmes. Mi objetivo ha sido diferente: examinar algunas nociones mediante técnicas cuantitativas con la esperanza de llegar a una respuesta fiable."

En Estadísticas de disputas mortales Richardson presentó datos sobre prácticamente todas las guerras desde 1815 hasta 1945. Como resultado, planteó la hipótesis de una escala logarítmica de base 10 para los conflictos. En otras palabras, hay muchas más peleas pequeñas, en las que mueren sólo unas pocas personas, que peleas grandes en las que mueren muchas. Si bien no se puede predecir de antemano el tamaño de ningún conflicto (de hecho, es imposible dar un límite superior a la serie), en general forman una distribución de Poisson. En menor escala, mostró el mismo patrón para los asesinatos de bandas en Chicago y Shanghai. Otros han observado que patrones estadísticos similares ocurren con frecuencia, ya sea planificados (loterías, con muchos más premios pequeños que grandes), o por organización natural (hay más pueblos pequeños con tiendas de comestibles que ciudades grandes con hipermercados).

Investigación sobre la longitud de costas y fronteras

Richardson decidió buscar una relación entre la probabilidad de que dos países vayan a la guerra y la longitud de su frontera común. Sin embargo, mientras recopilaba datos, descubrió que había una variación considerable en las distintas longitudes de las fronteras internacionales publicadas. Por ejemplo, la distancia entre España y Portugal se citó como 987 o 1214 km, y la entre Países Bajos y Bélgica como 380 o 449 km.

La razón de estas inconsistencias es la "paradoja de la costa". Supongamos que la costa de Gran Bretaña se mide usando una regla de 200 km, especificando que ambos extremos de la regla deben tocar la costa. Ahora corta la regla por la mitad y repite la medida, luego repite:

Cuanto más pequeña sea la regla, más larga será la costa resultante. Se podría suponer que estos valores convergerían a un número finito que representa la longitud real de la costa. Sin embargo, Richardson demostró que este no es el caso: la longitud medida de las costas y otras características naturales aumenta sin límite a medida que la unidad de medida se hace más pequeña. Esto se conoce hoy en día como efecto Richardson.

En ese momento, la comunidad científica ignoró la investigación de Richardson. Hoy en día, se considera un elemento del inicio del estudio moderno de los fractales. La investigación de Richardson fue citada por el matemático Benoît Mandelbrot en su artículo de 1967 ¿Cuán larga es la costa de Gran Bretaña? Richardson identificó un valor (entre 1 y 2) que describiría los cambios (con creciente detalle de medición) en la complejidad observada para una línea costera en particular; este valor sirvió como modelo para el concepto de dimensión fractal.

Patentes para la detección de icebergs

En abril de 1912, poco después de la pérdida del barco Titanic, Richardson registró una patente para la detección de icebergs mediante ecolocalización acústica en el aire. Un mes después registró una patente similar para la ecolocalización acústica en el agua, anticipándose a la invención del sonar por Paul Langevin y Robert Boyle seis años después.

En la cultura popular

Did you mean:

A fictional version of Richardson, named Wallace Ryman, plays a pivotal role in Giles Foden 's novel Turbulence.

Did you mean:

Richardson is mentioned in John Brunner 's work, Stand on Zanzibar where Statistics of Deadly Quarrels is used as an argument that wars are inevitable.

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Richardson 's work is also mentioned in Poul Anderson 's speculative fiction novelette, Kings Who Die.

Richardson se menciona en la novela Antkind de Charlie Kaufman de 2020.

La famosa cita de Richardson: “Los grandes remolinos tienen pequeños remolinos que se alimentan de su velocidad; los pequeños remolinos tienen remolinos menores & así sucesivamente hasta la viscosidad" se menciona en la canción "Dots & Líneas" escrito e interpretado por la letrista y rapera Lupe Fiasco.

Vida personal

En 1909 se casó con Dorothy Garnett (1885-1956), hija del matemático y físico William Garnett. No pudieron tener hijos debido a una incompatibilidad de tipos sanguíneos, pero adoptaron dos hijos y una hija entre 1920 y 1927.

El sobrino de Richardson, Ralph Richardson, se convirtió en un destacado actor. Su sobrino nieto (a través del hermano mayor de su esposa Dorothy, (James Clerk) Maxwell Garnett, C.B.E.), Julian Hunt, se convirtió en meteorólogo y director general y director ejecutivo de la Oficina Meteorológica Británica de 1992 a 1997. Una sobrina nieta –de la misma línea de ascendencia– es la ex política Virginia Bottomley, ahora baronesa Bottomley.

Legado

Desde 1997, la Medalla Lewis Fry Richardson ha sido otorgada por la Unión Europea de Geociencias por sus "contribuciones excepcionales a la geofísica no lineal en general" (por EGS hasta 2003 y por EGU desde 2004).

Los ganadores han sido:

Desde 1959, existe un centro de estudios de paz en la Universidad de Lancaster llamado Instituto Richardson que lleva a cabo investigaciones interdisciplinarias sobre la paz y los conflictos en el espíritu de Lewis Fry Richardson.