Джон Уильям Стретт¶

Джон Уильям Стретт (лорд Рэлей; 12 ноября 1842, Лэнгфорд-Гроув, Малдон, Эссекс — 30 июня 1919, Терлинг-Плейс, Уитэм, Эссекс) — британский физик и математик, один из крупнейших учёных конца XIX — начала XX века. Лауреат Нобелевской премии по физике (1904) за открытие аргона. Известен фундаментальными работами в области акустики, оптики, гидродинамики, теории колебаний и рассеяния света. Основные достижения включают открытие аргона (совместно с Уильямом Рамзаем), формулировку закона рассеяния света (рэлеевское рассеяние), теорию волн на поверхности жидкости и критерий конвекции (число Рэлея). Член Лондонского королевского общества (1873), его президент (1905—1908).

¶Биография

¶Ранние годы и образование

Джон Уильям Стретт родился в семье землевладельцев. Его отец, Джон Джеймс Стретт, 2-й барон Рэлей, имел научные интересы, но не занимался профессионально физикой. Мать, Клара Элизабет Викари, происходила из семьи священника. Детство будущий учёный провёл в родовом поместье Терлинг-Плейс в Эссексе. Получил домашнее образование, затем учился в Итонском колледже (1857—1861) и колледже Тринити Кембриджского университета (1861—1865). В Кембридже проявил выдающиеся способности к математике, окончив курс с отличием (старший ранглер) в 1865 году. В 1866 году стал членом колледжа Тринити.

¶Научная карьера

После окончания университета Стретт начал самостоятельные исследования. В 1871 году женился на Эвелин Бальфур, сестре будущего премьер-министра Великобритании Артура Бальфура. В 1873 году, после смерти отца, унаследовал титул 3-го барона Рэлея. В 1879 году, после смерти Джеймса Клерка Максвелла, занял пост профессора экспериментальной физики в Кембриджском университете и директора Кавендишской лаборатории (1879—1884). Под его руководством лаборатория стала одним из ведущих мировых центров физических исследований. В 1884 году вернулся в родовое поместье, где оборудовал частную лабораторию и продолжил работу. В 1887—1905 годах — профессор Королевского института Великобритании. В 1905—1908 годах — президент Лондонского королевского общества.

¶Последние годы

До конца жизни сохранял активную научную деятельность. Умер 30 июня 1919 года в своём поместье Терлинг-Плейс. Похоронен на кладбище церкви Святой Марии в Уитэме.

¶Основные научные достижения

¶Открытие аргона

В 1890-х годах Стретт совместно с химиком Уильямом Рамзаем провёл серию экспериментов по определению плотности азота, полученного из воздуха и из химических соединений. Было обнаружено, что плотность атмосферного азота примерно на 0,5% выше, чем плотность химически полученного азота. Это расхождение указывало на присутствие в воздухе неизвестного тяжёлого газа. В 1894 году учёные выделили этот газ и назвали его аргоном (от греч. «бездеятельный»). За это открытие Стретт получил Нобелевскую премию по физике в 1904 году, а Рамзай — Нобелевскую премию по химии в том же году.

¶Рэлеевское рассеяние

В 1871 году Стретт опубликовал работу, объясняющую голубой цвет неба. Он показал, что рассеяние света на частицах, размер которых много меньше длины волны (например, молекулах воздуха), обратно пропорционально четвёртой степени длины волны. Это означает, что синий и фиолетовый свет рассеиваются сильнее, чем красный и жёлтый. Данное явление получило название рэлеевского рассеяния. Теория также объясняет красный цвет закатов: при прохождении света через толстый слой атмосферы коротковолновая составляющая рассеивается, и до наблюдателя доходит преимущественно длинноволновое (красное) излучение.

¶Теория волн и колебаний

Стретт внёс значительный вклад в теорию волн на поверхности жидкости. В 1877 году он опубликовал двухтомный труд «Теория звука» (The Theory of Sound), который стал классическим учебником по акустике. В этой работе он систематизировал и развил теорию колебаний, включая распространение звука в газах, жидкостях и твёрдых телах, а также теорию резонаторов и музыкальных инструментов. Им были выведены уравнения для скорости звука и условий возникновения стоячих волн.

¶Гидродинамика и конвекция

Стретт исследовал устойчивость течений жидкости. В 1916 году он сформулировал критерий, определяющий начало конвекции в слое жидкости, подогреваемом снизу (конвекция Рэлея — Бенара). Безразмерное число, характеризующее это явление, называется числом Рэлея. Оно используется в гидродинамике, метеорологии и геофизике для описания теплопередачи и движения жидкостей и газов.

¶Оптика и теория разрешающей способности

Стретт разработал критерий разрешающей способности оптических приборов (критерий Рэлея). Согласно этому критерию, два точечных источника света считаются разрешёнными, если максимум дифракционной картины одного источника совпадает с первым минимумом другого. Этот критерий широко применяется в микроскопии, астрономии и фотографии.

¶Другие работы

Стретт занимался также теорией упругости, электричеством, магнетизмом, фотохимией и теорией цветового зрения. Он предложил метод измерения электрического сопротивления с помощью мостовой схемы (мост Рэлея). Им были выполнены точные измерения плотности газов и скорости света.

¶Научное наследие

¶Труды

Основные работы Стретта собраны в шеститомном собрании «Научные труды лорда Рэлея» (Scientific Papers of Lord Rayleigh, 1899—1920). Наиболее известные монографии:

• «Теория звука» (The Theory of Sound, 1877—1878, два тома)
• «Оптика» (Optics, 1888)

¶Влияние на науку

Работы Стретта заложили основы многих разделов физики. Его подход к решению задач отличался математической строгостью и экспериментальной точностью. Именем учёного названы:

• Рэлеевское рассеяние — рассеяние света на малых частицах.
• Число Рэлея — критерий конвекции.
• Волны Рэлея — поверхностные упругие волны в твёрдых телах.
• Критерий Рэлея — условие разрешения оптических приборов.
• Единица рэлей — единица измерения светового потока (устаревшая).
• Кратер Рэлей на Луне.

¶Признание и награды

• Член Лондонского королевского общества (1873), президент (1905—1908)
• Нобелевская премия по физике (1904)
• Медаль Копли (Лондонское королевское общество, 1899)
• Медаль Румфорда (1886)
• Медаль Маттеуччи (Итальянское общество наук, 1895)
• Иностранный член многих академий наук, включая Петербургскую академию наук (1896) и Академию наук СССР (избран в 1917).

¶Интересные факты

• Стретт был известен своей скромностью и нелюбовью к публичным выступлениям. Он редко покидал своё поместье, предпочитая работать в домашней лаборатории.
• В 1904 году, получив Нобелевскую премию, он передал всю денежную часть премии Кембриджскому университету на развитие физических исследований.
• Его сын, Роберт Джон Стретт (1875—1947), также стал физиком и продолжил изучение атмосферного электричества и геофизики.

¶Источники

• Лорд Рэлей (Джон Уильям Стретт). Научные труды. Т. 1—6. — Кембридж, 1899—1920.
• Стретт, Джон Уильям // Физическая энциклопедия. Т. 4. — М.: Большая российская энциклопедия, 1994.
• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. 6. Гидродинамика. — М.: Наука, 1986.
• Кудрявцев П. С. Курс истории физики. — М.: Просвещение, 1982.
• Нобелевские лекции по физике. 1901—1921. — М.: Мир, 1973.