生日快乐,雷利勋爵

2018年11月12日

有没有想过为什么天空是蓝色的?雷利勋爵(Lord Rayleigh)回答了这个问题,解释说颜色来自大气中的小颗粒的阳光散射。瑞利(Rayleigh)是一位多产的科学家,对包括光学,声学和流体流动在内的广泛领域做出了显着贡献。他以发现Argon而闻名,这是他获得诺贝尔物理学奖的成就。

流利的科学和数学语言

1842年11月12日,约翰·威廉·斯特鲁特(John William Strutt)出生于英格兰。约翰·詹姆斯·斯特鲁特(John James Strutt)的长子是特林格(Terling Place)的第二个男爵雷利(Rayleigh),年轻的斯特鲁特(Strutt)最终继承了家庭财产,因此被称为雷利勋爵(Lord Rayleigh)。

雷利勋爵的肖像。
雷利勋爵,出生于约翰·威廉·斯特鲁特。在公共领域的图像,通过Wikimedia Commons

由于健康问题,雷利的早期教育经常被打断。尽管如此,雷利还是上大学,在剑桥三一学院学习数学。起初,瑞利似乎是一名普通学生,但他很快就超过了同龄人。1865年,他参加了数学三倍,首先(称为高级牧羊人)。同年,他还被任命为史密斯的普里兹曼(Prizeman),这是仅授予两名数学和物理学学生的奖项。

毕业后,雷利(Rayleigh)重新加入了母校作为同伴,一直处于这个位置。直到1871年。在这段时间里,他发表了他的第一篇论文,在此期间,他使用易于理解的类似物讨论了詹姆斯·克莱克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)的电磁理论的某些部分。雷利后来以这种写作风格而闻名,使用简单的语言在440多个出版物中传达复杂的科学理论。

1879年,雷利(Rayleigh)再次跟随麦克斯韦(Maxwell)的脚步,成为剑桥大学实验物理学的第二任卡文迪许教授。在他担任本科生期间,没有太多专注于进行身体实验。这开始发生变化,雷利通过开发用于热量,磁性,声学等实验室类别的实验室类别,进一步推动了事情。

提供对光线和声音的洞察力

1871年,雷利勋爵(Lord Rayleigh)成为第一个正确解释为什么天空为蓝色的人。瑞利(Rayleigh)在约翰·廷德尔(John Tyndall)早期与光散射的作品建立基础上,证明了光与小颗粒的相互作用取决于波长的力量。较短的波长(如蓝色的波长)散射的波长超过了更长的波长(例如红色),这就是为什么我们在阳光明媚的日子里看到蓝天的原因。他的理论被称为瑞利散射现在是波传播研究的基本组成部分。

一张自然的彩色棱镜的照片。
光具有不同的波长,与彩虹中的不同颜色相对应。进入大气时,具有较长波长(如红色)的颜色通过,而波长较短(如蓝色)的颜色会被空气中的分子散射。这种散射是为什么天空为蓝色的原因。

发表《光线报》后不久,雷利开始从事另一项著名作品:声音理论。当时,他因埃及风湿热而恢复。沿着尼罗河旅行时,雷利(Rayleigh)撰写了有关振动系统如何产生声音的机制。五年后,第一卷声音理论出版了。第二年,雷利(Rayleigh)紧随其后,在材料媒体中获得了第二卷的声音传播。这本书增强了声学的研究,今天的声学家和工程师仍在使用。

发现第一个贵重气

在1880年代,雷利勋爵(Lord Rayleigh)承担了确定气体密度的艰巨任务。测量氮时,他遇到了一个问题。当从大气中获得时,氮总是比从化合物(例如氨)获得的氮重约0.5%。正如雷利(Rayleigh)报道了他的发现,威廉·拉姆齐(William Ramsay)也开始研究差异。拉姆齐建议,空气中必须有未发现的气体。

雷利勋爵(Lord Rayleigh)在氩气上工作的画。
描绘雷利勋爵(Lord RayleighWikimedia Commons

雷利(Rayleigh)得知,近100年前,亨利·卡文迪许(Henry Cavendish)在涉及电磁发生器的电力的实验中遇到了类似的空气问题,以及用于与(并去除)氧和氮反应的碱溶液。在实验结束时,仍然有一个小气泡。尽管卡文迪许将其归因于不精确的设备,但雷利并没有说服。重复实验并获得相同的结果,他得出的结论是,大气中还有另一种没有反应的气体。这种气体是有史以来发现的第一种贵重气体,后来被称为氩气,以希腊语单词ἀργόν表示“懒惰”或“不活跃”。

拉姆齐(Ramsay)在自己的实验中获得了类似的成功,1904年,两位科学家因其工作而获得诺贝尔奖:瑞利(Rayleigh)在《物理学和拉姆齐》(Ramsay)的化学方面。雷利还继续在第十版的《氩》中写下英国百科全书

推进流体流量的研究

雷利勋爵(Lord Rayleigh)还与流体流动和流体动力学合作。他研究了流体的对流,并提出了瑞利号(用于自然对流)。此外,他描述了流体通过管道的无摩擦流动,其恒定区域具有传热(瑞利流动)以及在较轻的重量上的重液界面上发生的运动(瑞利 - 泰勒不稳定))。雷利还开发了空气动力阻力和行进波的理论,后者有助于进步研究孤子和KDV方程

用瑞利号计算的自然对流仿真图像。
瑞利数字用于计算自然对流,例如在这杯水中。

留下持久的遗产

在他时期,雷利勋爵在英国被称为物理领域的领导者。在整个科学界,他都受到了广泛的尊重,例如Trinity House的科学顾问,皇家学会主席和剑桥大学校长。除了获得诺贝尔奖外,他还获得了功绩命令,并获得了科普利奖牌,皇家奖章,朗福德勋章,Matteucci奖章和埃利奥特·克雷森奖章。

为了纪念他的贡献,瑞利有许多同名人物,包括陨石坑。小行星;特定声阻抗的单位雷尔;和瑞利阻尼是一种粘性阻尼模型,其中阻尼矩阵是刚度和质量的线性组合。

为了庆祝他的许多成就,让我们祝愿雷利勋爵(Rayleigh)(也称瑞利第三任男爵约翰·詹姆斯·斯特鲁特(John James Strutt))生日快乐!

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