| 词条 | 瑞利 |
| 释义 | § 生平 瑞利 瑞利原名期特墩特（R.J.Strutt），因为他祖父被英国皇室封为瑞利勋爵，他是第三世，故称瑞利勋爵第三。其父辈在科学上都没有什么声望，到瑞利勋爵第三，成了科学巨人，所以科学史上，不称他为斯特勒特，而称瑞利。 1842年11月12日，瑞利生于英国的特伦，由于出身贵族，所以从小受到良好的教育。他在中小学时代，头脑聪敏，才气初露。 1860年，以优异的成绩考入剑桥大学， 1865年大学毕业时，列最优等。当时剑桥的主试人指出：“瑞利的毕业论文极好，不用修改就可以直接付印。”瑞利毕业后，在剑桥任教职，他对教学尽心尽力。 1879年，剑桥大学著名物理教授麦克斯韦去世，空缺的剑桥大学卡文迪许实验室主任职位，由瑞利继任。瑞利对科研事业热情极高，投入了全部身心。他担任著名科研机构——卡文迪许实验室主任之后，扩大了招生人数，把革吞学院和纽那姆学院加以整顿，并批准招收女学生，使妇女和男子一样，享有同等的受教育的权力。瑞利在担任主任期间，自己带头捐出500英镑，同时还向友人募集了1500英镑，为实验室添置了大批的新仪器，从而使实验室的科学研究设备得到充实。 1884年，他离开剑桥返回他的故乡艾瑟克斯托林。 1887-1905年他是大不列颠皇家研究所自然哲学教授。 1896年-1919年是特林尼地议院的科学顾问。 1892年瑞利从密度的测量中发现了第一个惰性气体——氩。 瑞利荣获1904年的诺贝尔物理奖；1905年他还获皇家协会的科利，伦福特奖章。 1919年6月30日，瑞利逝世于英国埃塞克斯郡的威瑟姆。 § 科研 发现惰性气体氩 瑞利 瑞利的一项重要研究是从空气和氮的化合物中制取纯净的氮。他经深入研究，1882年，向英国科学协会提出一份报告，精确地指出，氢和氧的密度比不是1：16，正确的比例应为1：15.882。从这件事可以看出他那极为严谨的工作态度。他还从事气体的化合体积及压缩性的精密测量，计算出许多气体在极限情况下的摩尔体积，并严格测定了氮的密度。瑞利在制取氧和氮的过程中发现，用三种不同的方法制取的氧，密度完全相等，而用不同的方法制取的氮，密度则有微小的差异。如由氨制得的氮，与由空气制得的氮密度就不同，前者要小5／1000左右。对此，他自己反复验证了多次。尽管从实验的角度来看，这个微小的差别是在允许范围内，但瑞利发现，这个“误差”总是表现为由空气除去氧、二氧化碳、水以后获得的氮，比由氮的化合物获得的氮重，误差虽小，但是不对称，这是用传统的说法无法解释的。因而，他将这一实验给果刊登在英国的《自然界》周刊。寻求读者的解答，但他一直没有收到答复。瑞利认为，之所以由空气制得的氮比重大一些，可能有四种解释：（1）由大气中所得的氮，可能还含有少量的氧。（2）由氨制得的氮，可能混杂了微量的氢。（3）由大气制得的氮，或许有类似臭氧的N分子存在。（4）由氨制得的氮，可能有若干分子已经分解，固而把氮气的密度降低了。第一个假设是不可能的，因为氧和氨的密度相差极微，必须杂有大量的氧、才有可能出现5/1000的差异。与此同时，瑞利又用实验证明；他由氨制得的氮，其中绝不含氢。第三个解释也不足置信，因为他采用无声放电使可能混杂N3的氮气变化，并没发现氮的密度有所变化，即不存在N3。第四种假设几乎是不可能的，因为如果存在游离的氮原子，必然会彼此给合为分子，不可能在正常条件下长期游离。正当瑞利困惑不解时，拉姆塞向瑞利提出，他要用新方法研究大气中的氮，瑞利对此慨然允许，并与拉姆塞精诚合作，这种研究导致了惊人的重大成果，发现了氦、氖、氩、氪、氙等整个一族的惰性气体元素。1894年5月24日，拉 姆塞给瑞利写信，提出了整个惰性气体族的设想。同年8月7日，以他们两个人的名义宣布了一种惰性气体元素的发现，英国科学协会主席马登提议，把这种气体命名为氖（Argon）。瑞利一生发表了许多学术论文，他文笔清雅畅达，所写文章大多有严格的数学证明，定量十分准确。后来，他把自己的论文整理为一部五卷本的论文集。论文集的开头，他写下了这样的言词：伟大精深啊，上帝造物之奇妙！研究探索吧，求得世界的奥秘，乐在其中矣！瑞利于1919年去世，比他的精诚合作者拉姆塞晚逝3年，享年77岁。据拉姆塞的学生特拉弗斯说，瑞利与拉姆塞之间往返信件极多，彼此关系十分融洽，“绝少猜疑，也无不正当的行为”，共同为科学而努力，毫无名利之争。瑞利逝世后，他的实验室曾供科学界参观，凡是来访问的科学家，对瑞利所用仪器的简单莫不惊异。瑞利实验室中的一切重要设备虽外形粗糙，但都制造得十分精密。瑞利就是用这些仪器做了极为出色的定量分析。后人经常记起这位伟大科学家的名言：一切科学上的最伟大的发现，几乎都来自精确的量度。 瑞利散射 瑞利像 入射光在线度小于光波长的微粒上散射后散射光和入射光波长相同的现象。由英国物理学家瑞利提出而得名。瑞利，十九世纪最著名的物理学家之一，1842年11月12日出生于英国的莫尔登。据说，瑞利刚开始上学时并不用功，他虽然人很聪明，可却十分贪玩，学习成绩一直平平。10岁那年曾连续两次逃学，为此，他的爸爸妈妈很替他着急，为了孩子的前途，他们决定迁居伦敦。环境的改变，对瑞利的成长起到了良好的作用。另外，瑞利的父母还特地为他聘了一名家庭女教师，从此瑞利一改以前贪玩的习性，一心埋进书本中。瑞利对物理学曾出了很大的贡献，他在声学、波的理论、光学、光的散射、电力学、电磁学、水力学、液体流动理论方面都做出了不可磨灭的贡献，1904年，他因和拉姆塞同时发现了惰性元素氩（Ar）而荣获了该年度的诺贝尔物理学奖。1871年，瑞利在经过反复研究，反复计算的基础上，提出了著名的瑞利散射公式，当光线入射到不均匀的介质中，如乳状液、胶体溶液等，介质就因折射率不均匀而产生散射光。瑞利研究表明，即使均匀介质，由于介质中分子质点不停的热运动，破坏了分子间固定的位置关系，从而也产生一种分子散射，这就是瑞利散射。瑞利经过计算认为，分子散射光的强度与入射光的频率（或波长）有关，即四次幂的瑞利定律。正午时，太阳直射地球表面，太阳光在穿过大气层时，各种波长的光都要受到空气的散射，其中波长较长的波散射较小，大部分传播到地面上。而波长较短的蓝、绿光，受到空气散射较强，天空中的蓝色正是这些散射光的颜色，因此天空会呈现蓝色。正是由于波长较短的光易被散射掉，而波长较长的红光不易被散射，它的穿透能力也比波长短的蓝、绿光强，因此用红光作指示灯，可以让司机在大雾迷漫的天气里容易看清指示灯，防 止交通事故的发生。当前对海洋水色遥感精确瑞利散射的计算均采用查找表方式进行，但由于这些查找表是针对特定遥感器生成的，无法直接应用于新的水色遥感器，给实际应用带来一定程度的麻烦，为此提出了一种通用的海洋水色遥感精确瑞利散射查找表．首先，详细地推导了加倍法解大气矢量辐射传输方程的基本关系式和实际的计算原理．通过与MODIS精确瑞利散射查找表计算结果比较，证明利用加倍法计算瑞利散射的精度优于0．25％，完全能够满足当前海洋水色遥感大气校正对瑞利散射计算精度的要求，并可以用来生成精确瑞利散射查找表。其次，利用加倍法解大气矢量辐射传输方程，生成了一个通用的海洋水色遥感精确瑞利散射查找表，验证结果表明该查找表可用于所有水色遥感器的精确瑞利散射计算，且计算精度优于0．5％。这就是瑞利散射表在现代科学当中的重要应用。 瑞利原理 瑞利瑞利原理用以计算振动系统固有频率的近似值，特别是最小固有频率（即基频）的上界的一个原理，是英国的瑞利于1873年提出的。它是振动理论中的一些极值原理以及计算固有频率和振型的瑞利－里兹法的理论基础。对于一个在稳定平衡位置附近振动的保守系统，假设它以某一满足变形连续条件和位移边界条件的可能位移为振型作简谐振动，它的角频率为[kg]。由于机械能守恒,[kg]系统最大势能[y1]等于最大动能[y1][kg]。[y1]可写成[y1]=[y1],式中[y1]为最大动能系数。最大势能和最大动能系数之比[412-50]称为瑞利商，它是可能位移的泛函。瑞利原理可表述为：当可能位移取某阶固有振型时，瑞利商取驻值，且该值就是对应阶固有角频率的平方。特别地，当可能位移取对应于基频的振型时，瑞利商取最小值，其值就是基频的平方。将瑞利原理应用于固有频率和振型的近似计算，就得到著名的瑞利－里兹法。它将可能位移表达成若干个给定的可能位移的线性组合，从而使瑞利商成为这个线性组合的系数的函数。利用瑞利商的驻值条件将问题化为以这些系数为未知量的代数特征值问题，而特征值就是固有频率近似值的平方，它们可以很容易地求出。其中，最小特征值是基频平方的偏大的近似值。再求出特征矢量就得到振型。作为特殊情形，若可能位移只用一个给定函数近似表达，就得到瑞利法，用它计算基频的上界非常简便有效。若可能位移和振型的差为一级小量，则用瑞利法求出的频率的误差为二级小量。例如，对一根两端固定且长为的均匀弦,可能位移可以取[412-05] ≥0； 当[412-01a]。与此对应的瑞利商为： [412-12]，式中[kg2][kg2]为弦中的张力；为单位弦长的质量。由此得到的基频[kg]的近似值为 /2[kg]。若分别取 ＝1[kg2]2[kg2]和对应于[kg][kg]取极小时的[412-1]，则 对应的近似值分别为[412-2]、 [412-3]以及[412-07]。而两端固定的均匀弦的基频的准确值为(1/2)[412-06]。所以基频的上述三个近似值和准确值的相对误差为 0.1、0.007和0.001。随着科学的发展，瑞利商和瑞利原理的应用远远超出了原来的范围，它在许多物理和数学领域的理论分析和数值计算技术中起着重要的作用。 |
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