医用物理学

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瑞利　　(L.Rayleigh，1842～1919)
瑞利原名约翰·威廉·斯特拉特（John William Strutt），尊称瑞利男爵三世（Third Baron Rayleigh）， 1842年11月12日出生于英国埃塞克斯郡莫尔登（Malden）的朗弗德林园。他的父亲是第二世男爵约翰·詹姆斯·斯特拉特，母亲叫克拉腊·伊丽莎白·拉图哲，是理查德·维卡斯海军上校的小女儿。瑞利的幼年和青年时期身体虚弱，学习因病时常中断，看样子要活到中年也是困难的。瑞利10岁时在伊顿公学度过了一段时间，大部分是住在学校的疗养院中。后来在温布尔登的私立学校学习了六年，又在哈罗学习了一段时间，最后在乔治·瓦那（G.T.Warner）牧师那里学习了四年。1861年瑞利进入剑桥大学的三一学院攻读数学。开始时他的学业比不上学习最好的同学，但是不久他那突出的才能就使他超过了他的竞争者。1865年他通过了高年级学生的数学学位考试，是一等及格者和斯密斯奖获奖人。1866年他取得了三一学院的教师资格，一直任职到1871年。这一年他结了婚。瑞利出身名望贵族，但他并不以世袭父亲爵位可过优裕生活而影响其科学上的追求。1868年由美国旅行回国后，他就购置实验设备，充实家中的实验室。1872年他患了严重的风湿病，不得不去埃及和希腊度过冬季。1873年，他回国不久父亲就去世了，他继承了男爵爵位及在埃塞克斯郡威瑟姆的家业。此时他只好腾出一部分时间去管理地产（约27000ha2）。普通的科学知识和才智与必要的农业知识的结合，使他在地产管理的许多方面都走在他那个时代的前面。尽管如此，他还是在1876年把田产管理完全交给了他的弟弟。从此以后他又把全部时间贡献给科学。1879年麦克斯韦逝世，他被任命继承麦克斯韦担任剑桥大学卡文迪什实验室教授。瑞利是一位优秀的学术带头人，在他积极的领导下卡文迪什实验室建立起了实验物理学用的实验仪器系统，把只有六、七个学生组成的小组发展成为拥有七十多位实验物理学家的研究集体。他注意加强基础物理实验的教学与研究，培育出大量人才，对近代物理学的发展有很大影响。1884年他离开剑桥去艾塞克斯的特尔灵家园继续他的实验工作。1887年—1905年间他作为丁铎尔（Tyndall）的继承人任大英帝国皇家学院自然哲学教授。瑞利曾担任政府的火药委员会主席职务六年，从1896年到1919年担任海务局科学顾问。瑞利在去世前一直担任剑桥大学校长，兼地方治安推事官。他是一位众望所归的学者，一生中获得许多科学荣誉学位。1873年当选为英国皇家学会会员。1885年到1896年担任该会秘书。1905年到1908年担任英国皇家学会会长。他是“玛丽特奖章”获得者（1902年），1905年被任命为枢密顾问官。他获得过柯普利奖章、皇家奖章和皇家学会的伦福德奖章。瑞利有三个儿子，小儿子后来成为伦敦皇家科学技术学院的物理学教授，又名瑞利第四。瑞利在1919年6月30日逝世于英国埃塞克斯郡的威瑟姆。
伟大成就
瑞利以严谨、广博、精深著称，并善于用简单的设备作实验而能获得十分精确的数据。他是19世纪末年达到经典物理学巅峰的少数学者之一，在众多学科中都有成果，其中尤以光学中的瑞利散射和瑞利判据、物性学中的气体密度测量几方面影响最为深远。气体密度测量本来是实验室中的一件常规工作，但是瑞利不放过常人不当回事的实验差异，终于作出了惊人的重大发现。这就是1892年瑞利从密度的测量中发现了第一个惰性气体——氩。自从门捷列夫周期表提出以后，科学家对寻找新的元素以填补周期表上的空缺，表现出了很大的积极性。但是，人们没有想到，竟然在周期表上遗漏了整整一族性质特殊的惰性气体。1882年，瑞利为了证实普劳特假说，曾经测过氢和氧的密度。经过十年长期的测定，他宣布氢和氧的原子量之比实际上不是1：16，而是1：15.882。他还测定了氮的密度，他发现从液态空气中分馏出来的氮，跟从亚硝酸铵中分离出来的氮，密度有微小的但却是不可忽略的偏差。从液态空气中分馏出来的氮，密度为1.2572 g/cm3，而用化学方法从亚硝酸铵直接得到的氮，密度却为 1.2505 g/cm3。两者数值相差千分之几，在小数点后第三位不相同。他认为，这一差异远远超出了实验误差范围，一定有尚未查清的因素在起作用。为此他先后提出过几种假说来解释造成这种不一致的原因。其中有一种是认为在大气中的氮还含有一种同素异形体，就像氧和臭氧那样，这种同素异形体混杂在大气氮之中，而从化学方法所得应该就是纯净的氮。两者密度之差说明这种未知的成分具有更大的密度。于是，瑞利仿照臭氧的化学符号O3，称之为N3。可是论文发表后没有引起人们的普遍注意，只有化学家拉姆赛（W.Ramsay）表示有兴趣和他合作进一步研究这一问题。拉姆赛重复了瑞利的实验，宣布证实了瑞利的结果，肯定有N3的存在。两位科学家在经过严密的研究后，于1894年确定所谓的N3并不是氮的同素异形体，而是一种特殊的，从未观察到的不活泼的单原子气体，其原子量为 39.95，在大气中约含0.93％。他们取名为氩，其希腊文的原意是“不活泼”的意思。第一个惰性气体就这样被发现了。这种普遍存在的大气成分，存在于人类身边，多少科学家在分析空气时，都错过了发现的机会。瑞利之所以抓住了这个机会，应该说是他严谨的科学态度、认真的周密研究的结果，假如他把千分之几的偏差简单地归于实验误差，就会轻易地失之交臂。瑞利和拉姆赛发现氩的过程，历经了10年之久的平凡琐碎的化学实验工作，他们不惜付出巨大劳动，亲自动手，一丝不苟，才终于取得有历史意义的重大成果。在发现氩之后，拉姆赛在瑞利的协助下又发现了氦，氪和氖。据说，拉姆赛在研究其它惰性气体时，曾将百余升的液态空气慢慢蒸发，逐步检查，才得以对空气的组成作出明确的判定。科学界对瑞利和拉姆赛的功绩作了充分的肯定，因此瑞利和拉姆赛在1904年分别被授予诺贝尔物理学奖和化学奖。