雷利的资料

雷利的资料

雷利勋爵（Lord Rayleigh）本名约翰·威廉·斯特拉特（1842—1919），后因继承了他祖父和父亲的爵位，所以他在三十二岁的时候，就根据英国的习惯，称为雷利勋爵第三，科学界一般则简称他为雷利勋爵。

他是十九世纪后期到二十世纪初期英国最出名的一位物理学家，他既在实验物理方面，又在理论物理方面，有过重大的贡献。尽管他的主要贡献是在经典物理学方面，可是他晚年对于近代物理学，如量子论和相对论，都发表过重大意见。因此，我们可以说，雷利勋爵是一位承前启后的大科学家。

他于1842年11月12日生在伦敦附近的埃塞克斯（Essex）。他从1865年在剑桥大学毕业起，到1919年6月30日病故为止，前后五十多年的科学活动，一共写了四百三十多篇科学论文，后来被集成六大卷，至今仍然有参考价值。他还写过一部巨著，两卷本《声学理论》，成了物理学史上一部不朽的名著。雷利虽不是数学家，却善于利用数学解决物理学上的重要问题。同时他对于实验工作十分仔细认真，所以一生取得了丰富的实验研究成果。

他在剑桥大学毕业后，26岁时按照当时的习惯，就到欧洲大陆去旅行，接着又去美国考察。他在1868年，购买一些实验设备带回来，设立了一座私人实验室，成为英国当时很有名的物理实验室。

他在1871年29岁时结婚了。结婚以后到埃及去旅行，同时就开始写他的《声学理论》一书。这部书一直经过六年的写作时间，到1877年才写完初次出版。

1873年31岁时，他继承了父亲的爵位。从这时候开始，就在自己家中的实验室里，进行声学和光学的实验研究，使他成为当时全世界最著名的声学专家。

他还引用光学理论来解释天空为什么是蓝色的。1871年，他提出：散射光的强度与散射的方向有关，并与波长的四次方成反比。这就是光学上著名的“雷利散射公式”。

在组成阳光的七种可见光中，红光波长最长，蓝光波长较短。而蓝光在空气的微小尘粒中的散射能力，却比红光强十倍以上。无云的天空之所以呈现蔚蓝色，就是因为阳光中的蓝光受到强烈的散射而造成的。

他在家庭实验室里，研究光学仪器的光栅，这项工作使他对前人发明的光谱仪大加改进。从1870年起，光谱仪就成了研究日光和很多化学元素光谱的重要仪器了。

在十九世纪七十年代后期，雷利本来想就在家里作一辈子的科学研究工作了。可是剑桥大学杰出物理学教授麦克斯韦尔（J·C·Maxwell）于1879年病故了，三十七岁的雷利被剑桥礼聘为教授。

他在剑桥大学做了一项很重要的工作，使学基础物理学的学生，都必须做实验。从此在欧美的大学里普遍实行起来。后来，由于他不愿意太多的外务，到1884年42岁为止，就不再担任剑桥大学教授了。

他在剑桥大学的时候，利用准确的仪器做了很重要的研究工作，就是对于电学的三个基本单位：欧姆、安培和伏特的精确数值，进行了仔细研究计算。他的研究成果，成为物理学界长期使用的基数。由于他感觉到基本单位准确的重要性，他建议英国政府成立国立物理实验室。这个实验室在1900年成立起来了，至今仍然是国际上的重要标准化机构。

在1884年，英国科学家公推雷利为英国科学促进会会长。就在这一年，这个促进会到加拿大去开年会。这使雷利又有机会和美国以及加拿大的一些物理学家，发生了更密切的友情。

他回到英国以后，仍然在自己家里，从事实验研究工作。尽管他从1887年到1905年还兼任过英国伦敦皇家学院教授，可是他每年只有很少时间在伦敦停留一下，做几次短小精干的讲演。

从1880年后期起，他把大部分时间放在自己的实验室工作上，而且方面很广，包括光学、流体力学、声学、电学以及热力学等等方面，因此，他在科学界地位就很高很高了。

他对于研究所得数字是十分认真负责的，这使他后来和威廉·拉姆塞共同合作，发现了氩气。这本来是化学方面的问题，所以他和化学家合作才彻底解决了这个稀有气体存在于空气中的问题。雷利从空气取得的氮气的密度，同从氨气里得到的氮气不完全相符，虽然数字相差只是在小数点第三位上。

气体密度就是1L气体的质量，以克数计算。气体的体积会随着温度和压力而变化，所以必须规定，气体的密度是在零摄氏度和一个大气压下，每升的质量。

空气中的氮气，经多次测量密度仍然是每升1.2572g。而从氨化合物分解出来的氮气，密度却都是每升1.2508 g。当时有人劝他，先找一找前人的著作。雷利就重新翻读了1795年卡文迪许手稿，卡文迪许曾经用静电仪放电来氧化氮气，发现尽管放电时间很长很长，总是留下一点点不能化合的气体。读了这个报告以后，雷利就相信空气里除了氧气和氮气以外，一定还有另外的一种气体。

雷利用三种不同的方法制取的氧，密度完全相等，但氮气的研究结果则使人不解。他由氨制得的氮总比从大气中除去氧、二氧化碳、水汽后所得的氮轻千分之五左右。于是他将这事实刊登在英国1892年9月29日的《自然》（Nature）周刊上，请读者解释，可是他没有收到任何答复。

雷利勋爵本人起初想到了四种可能的解释：（1）由大气中所制得的氮，或者还含有微量的氧；（2）由氨所制得的氮，可能稍微混杂了氢；（3）由大气中所得的氮，或许含有类似臭氧的N3分子；（4）由氨中所得的氮，可能有若干分子已经分解，因而把气体的密度降低了。

第一个假设是最不可能的，因为氧和氮的密度相差极微，必须杂有极大量的氧，才可以用来解释千分之五的差异。雷利又用实验证明了由氨所制得的氮，其中绝不含氢，第三个解释也是不足置信，因为他采用无声放电，使之通过这种气体，也未发现氮的密度有所增高。

雷利最初就使用感应线圈使氮气氧化，但是这个工作进行得相当缓慢。于是威廉·拉姆塞向雷利建议不再用放电的办法，改用化学方法。因为拉姆塞的方法得到成功，他们两个人在1895年就共同写成一篇论文，在英国科学促进大会上宣读。因为他们对这种新气体当时并没有命名，大会主席建议名为Argon，来自希腊文“懒惰”之意，中文音译成氩。

由于雷利知识十分渊博并且和其他科学家接触很多，所以他在19世纪后期，已经开始感觉到物理学上有好多实验，很难用经典理论去解释，例如光谱就是其中的一个例子。尽管他对于经典物理学感觉有问题，他却还没有放弃希望，总是使用经典物理学去试图解释新的现象。

他对量子理论并不太热心，他觉得这个理论提出得太突然了。由于他们共同发现了雷利——金斯定律（Raylejgh——Jears law），这个发现在普朗克（Planck）有名的理论发表前几个月，所以他对量子学更不大重视。

他也曾经想利用经典学说来解释原子光谱。例如：氢原子的发射光谱，他最后不得不承认，他的尝试是失败的。波尔提出解释氢原子光谱的理论时，他又觉得这种学说太激进。

雷利对于相对论虽是相当信服的，但同时还提倡以太学说。尽管这种学说在1881年经过迈克尔孙（Michelson）的实验证明，以太是不存在的。雷利对迈克尔孙的实验也表示怀疑，他认为以太如果不存在，那就不好解释许多现象了。由此可见，他对于经典光学理论一直是忠心的。他自己在1901年想用实验来证明以太的存在，可是也失败了。从此，他对相对论的正确性就十分佩服了。

雷利在晚年始终没有放弃物理学的实验工作。他在最后十五年中，还一共发表了九十篇论文之多。其中有一篇关于声波理论的论文，大大改进了前人的工作。

他的《声学理论》一书，经过多次的修订，达到了二十世纪的高水平。

他除了对于理论科学研究有浓厚的兴趣以外，还对于科学团体和政府提出的科学问题，都做了大量的工作。他一辈子在实验室里和图书馆里为科学而献身。

雷利在1873年被选进皇家学会，并且从1885年到1896年，他担任了皇家学会秘书。他在学会里很重视提拔青年科学家，例如：苏格兰有一位青年学者对于气体的分子理论，发表了很重要的见解，可是被很多人忽视了。雷利重新审查了被埋没的论文，很重视这位苏格兰科学家，特别把别人所轻视的论文送交皇家学会的刊物上发表。

在1905年，雷利当选为英国皇家学会主席，他认真地负责一直担任到1908年，他对学会做了好些被人不重视的工作。

在1896年，他担任了三育学会（Trinity House）的科学顾问，雷利在这里兼任了十五年的义务工作。在这里，他用光学理论，解决了被浓雾挡住光线的问题。雷利在其他公共事业方面，也有很多的贡献。例如，他担任过国防部一个重要小组的组长，又担任过伦敦煤气公司改进工作的顾问。

尽管他担任大学教授的时间不太长，却曾经担任国家的好几个教育机构的董事。从1908年到1919年逝世为止，他是剑桥大学的名誉校长。

他在1904年接受诺贝尔物理奖金时，把奖金全部捐给剑桥大学。他一生得过好多名誉学位，共计有十三次之多；在全世界的学会之中，他取得了五十多个名誉会员的称谓。

雷利和当时欧洲其他物理学家不大相同，并不热心于提新理论。他只是把所遇到的科学问题，用物理实验方法去设法解决。从他一生的行动，可以看出来，他一方面是一位造诣很高的物理学家，同时也是很和顺可亲的一位学者。