約翰·威廉·斯特拉特（英國物理學(xué)家，研究氣體密度并從中發(fā)現(xiàn)氬）

約翰·威廉·斯特拉特（John William Strutt），尊稱瑞利男爵三世（Third Baron Rayleigh）（1842—1919年），英國物理學(xué)家。1904年，因“研究氣體密度，并從中發(fā)現(xiàn)氬”，瑞利被授予諾貝爾物理學(xué)獎。

雷利勛爵（Lord Rayleigh）本名約翰·威廉·斯特拉特，后因繼承了他祖父和父親的爵位，所以他在三十二歲的時候，就根據(jù)英國的習(xí)慣，稱為雷利勛爵第三，科學(xué)界一般則簡稱他為雷利勛爵。 他是十九世紀(jì)后期到二十世紀(jì)初期英國最出名的一位物理學(xué)家，他既在實驗物理方面，又在理論物理方面，有過重大的貢獻(xiàn)。盡管他的主要貢獻(xiàn)是在經(jīng)典物理學(xué)方面，可是他晚年對于近代物理學(xué)，如量子論和相對論，都發(fā)表過重大意見。

1900年瑞利從統(tǒng)計物理學(xué)的角度提出一個關(guān)于熱輻射的公式，即后來所謂的瑞利-金斯公式，內(nèi)容是說在長波區(qū)域，輻射的能量密度應(yīng)正比于絕對溫度。這一結(jié)果與實驗符合得很好，為量子論的出現(xiàn)準(zhǔn)備了條件。瑞利密切注意量子論和相對論的出現(xiàn)和發(fā)展。他對聲光相互作用、機械運動模式、非線性振動等項目的研究，對整個物理學(xué)的發(fā)展都具有深遠(yuǎn)影響。

人物生平

1842年11月12日出生于英國埃塞克斯郡莫爾登（Malden）的朗弗德林園。他的父親是第二世男爵約翰·詹姆斯·斯特拉特，母親叫克拉臘·伊麗莎白·拉圖哲，是理查德·維卡斯海軍上校的小女兒?。瑞利年幼時身體虛弱，他畢業(yè)于哈羅公學(xué)；

1861年進入劍橋大學(xué)三一學(xué)院學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，先后于1865年和1868年獲得學(xué)士和碩士學(xué)位。

1871年瑞利與詹姆斯·梅特蘭·鮑爾弗（James Maitland Balfour）的女兒伊夫琳·鮑爾弗（Evelyn Balfour）結(jié)婚，兩人育有三個兒子。其中長子后來成為帝國理工學(xué)院物理教授。

1873年，他的父親約翰·詹姆斯·斯特拉特，第二代瑞利男爵去世，他作為繼承人成為第三代瑞利男爵。同年當(dāng)選為英國皇家學(xué)會院士。

1879年被劍橋大學(xué)任命，接替詹姆斯·克拉克·麥克斯韋擔(dān)任實驗物理教授及卡文迪許實驗室主任。

1884年，瑞利離開劍橋，到自己在埃塞克斯郡的別墅繼續(xù)實驗研究。

1887年至1905年，他在英國皇家研究所擔(dān)任自然哲學(xué)教授。

1905年至1908年，擔(dān)任英國皇家學(xué)會會長。

1908年至1919年，任劍橋大學(xué)校長。

1919年6月30日，瑞利在埃塞克斯郡威特姆去世。

瑞利把諾貝爾獎金捐贈給卡文迪什實驗室和劍橋大學(xué)圖書館。晚年還以很大興趣研究教育問題。

博士導(dǎo)師 ：愛德華·約翰·勞思

博士學(xué)生： J·J·湯姆孫；喬治·佩吉特·湯姆孫；賈格迪什·錢德拉·博斯

科學(xué)成就

氬的發(fā)現(xiàn)

1882年，瑞利為了證實普勞特假說，曾經(jīng)測過氫和氧的密度。經(jīng)過十年長期的測定，他宣布?xì)浜脱醯脑恿恐葘嶋H上不是1：16，而是1：15.882。他還測定了氮的密度，他發(fā)現(xiàn)從液態(tài)空氣中分餾出來的氮，跟從亞硝酸銨中分離出來的氮，密度有微小的但卻是不可忽略的偏差。

從液態(tài)空氣中分餾出來的氮，密度為1.2572 g/dm3，而用化學(xué)方法從亞硝酸銨直接得到的氮，密度卻為 1.2505 g/dm3。兩者數(shù)值相差千分之幾，在小數(shù)點后第三位不相同。

他認(rèn)為，這一差異遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了實驗誤差范圍，一定有尚未查清的因素在起作用。為此他先后提出過幾種假說來解釋造成這種不一致的原因。其中有一種是認(rèn)為在大氣中的氮還含有一種同素異形體，就像氧和臭氧那樣，這種同素異形體混雜在大氣氮之中，而從化學(xué)方法所得應(yīng)該就是純凈的氮。兩者密度之差說明這種未知的成分具有更大的密度。于是，瑞利仿照臭氧的化學(xué)符號O3，稱之為N3。

可是論文發(fā)表后沒有引起人們的普遍注意，只有化學(xué)家拉姆賽（W.Ramsay）表示有興趣和他合作進一步研究這一問題。拉姆賽重復(fù)了瑞利的實驗，宣布證實了瑞利的結(jié)果，肯定有N3的存在。兩位科學(xué)家在經(jīng)過嚴(yán)密的研究后，于1894年確定所謂的N3并不是氮的同素異形體，而是一種特殊的，從未觀察到的不活潑的單原子氣體，其原子量為39.95，在大氣中約含0.93%。他們?nèi)∶麨闅?，其希臘文的原意是“不活潑”的意思。第一個惰性氣體就這樣被發(fā)現(xiàn)了。

瑞利長期致力于氣體密度的研究，他在研究中發(fā)現(xiàn)從液態(tài)空氣中分餾出來的氮氣，跟從亞硝酸銨分解得到的氮氣，密度存在超過實驗誤差范圍的差異。后來他遇到威廉·拉姆齊，兩人決定合作查明這一問題的原因。

1894年8月13日，瑞利與拉姆齊宣布他們發(fā)現(xiàn)一種新的氣體元素氬。之后，在瑞利的協(xié)助下，拉姆齊又相繼發(fā)現(xiàn)了幾種新的惰性氣體元素。

聲學(xué)理論

瑞利勛爵的最初研究工作主要是光學(xué)和振動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)研究，后來的研究幾乎涉及物理學(xué)的各個方面，如聲學(xué)、波的理論、彩色視覺、電動力學(xué)、電磁學(xué)、光的散射、液體的流動、流體動力學(xué)、氣體的密度、粘滯性、毛細(xì)作用、彈性和照相術(shù)。

他的堅持不懈和精密的實驗導(dǎo)致建立了電阻標(biāo)準(zhǔn)、電流標(biāo)準(zhǔn)和電動勢標(biāo)準(zhǔn)，后來的工作集中在電學(xué)和磁學(xué)問題。

1877年—1878年期間，他的《聲學(xué)理論》分為兩卷出版。為了解釋“天空為什么呈現(xiàn)藍(lán)色”這個長期令人不解的問題，他導(dǎo)出了分子散射公式，這個公式被稱為瑞利散射定律。在實驗方面，他進行了光柵分辨率和衍射的研究，第一個對光學(xué)儀器的分辨率給出明確的定義；這項工作導(dǎo)致后來關(guān)于光譜儀的光學(xué)性質(zhì)等一系列基礎(chǔ)性的研究，對光譜學(xué)的發(fā)展起了重要作用。

瑞利原理

瑞利原理（Rayleigh principle），是用以計算振動系統(tǒng)固有頻率的近似值，特別是最小固有頻率（即基頻）的上界的一個原理，是英國的瑞利于1873年提出的。它是振動理論中的一些極值原理以及計算固有頻率和振型的瑞利－里茲法的理論基礎(chǔ)。

瑞利原理可表述為：當(dāng)可能位移取某階固有振型時，瑞利商取駐值，且該值就是對應(yīng)階固有角頻率的平方。特別地，當(dāng)可能位移取對應(yīng)于基頻的振型時，瑞利商取最小值，其值就是基頻的平方。

將瑞利原理應(yīng)用于固有頻率和振型的近似計算，就得到著名的瑞利－里茲法。它將可能位移表達(dá)成若干個給定的可能位移的線性組合，從而使瑞利商成為這個線性組合的系數(shù)的函數(shù)。利用瑞利商的駐值條件將問題化為以這些系數(shù)為未知量的代數(shù)特征值問題，而特征值就是固有頻率近似值的平方，它們可以很容易地求出。其中，最小特征值是基頻平方的偏大的近似值。再求出特征矢量就得到振型。

作為特殊情形，若可能位移只用一個給定函數(shù)近似表達(dá)，就得到瑞利法，用它計算基頻的上界非常簡便有效。若可能位移和振型的差為一級小量，則用瑞利法求出的頻率的誤差為二級小量。

隨著科學(xué)的發(fā)展，瑞利商和瑞利原理的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了原來的范圍，它在許多物理和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的理論分析和數(shù)值計算技術(shù)中起著重要的作用。

瑞利散射

1871年，瑞利在經(jīng)過反復(fù)研究，反復(fù)計算的基礎(chǔ)上，提出了著名的瑞利散射公式，當(dāng)光線入射到不均勻的介質(zhì)中，如乳狀液、膠體溶液等，介質(zhì)就因折射率不均勻而產(chǎn)生散射光。瑞利研究表明，即使均勻介質(zhì)，由于介質(zhì)中分子質(zhì)點不停的熱運動，破壞了分子間固定的位置關(guān)系，從而也產(chǎn)生一種分子散射，這就是瑞利散射。

瑞利經(jīng)過計算認(rèn)為，分子散射光的強度與入射光的頻率（或波長）有關(guān)，即四次冪的瑞利定律。

學(xué)術(shù)著作

1905年以后發(fā)表的論文就有90篇，并且一直在修訂出版《聲學(xué)原理》。

在1877年—1878年期間，他的《聲學(xué)理論》分為兩卷出版。這部著作至今不僅為研究機械振動的聲學(xué)工作者當(dāng)做經(jīng)典巨著，而且也是對其他物理學(xué)者很有助益的參考文獻(xiàn)。

他還參與《大英百科全書》的編寫。

獲獎記錄

皇家獎?wù)拢?882年）

馬泰烏奇獎?wù)拢?894年）

科普利獎?wù)拢?899年）

1904年，因“研究氣體密度，并從中發(fā)現(xiàn)氬”，瑞利被授予諾貝爾物理學(xué)獎。

1920年，他被追授拉姆福德獎?wù)隆?/p>

后世紀(jì)念

火星和月球上有環(huán)形山以瑞利的名字命名。小行星22740也被命名為“瑞利星”。