近代聲學的奠基者——瑞利
2011-07-23 03:04:15| 分类：
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近代聲學的奠基者——瑞利
Lord Rayleigh, Founder of Modern Acosutics
南京大學聲學研究所 王新龍
實驗者若非藉數學之助，而慾解釋實驗結果，何其難哉！——瑞利
瑞利勳爵（Lord Rayleigh，原名John William Strutt）， 係出英倫名門，1842年11月生，少時因體弱多病而不得不從伊頓和哈羅輟學。爾後，入脫奎（Torquay）一間私立預科寄宿學校完成四年學業。1861入劍橋深造之前，瑞利可謂學業平平，並無优越可言。但在劍橋期間，瑞利出色的學習能力和優秀的成績使人刮目相看。他在劍橋三一學院主修數學，1865年以甲等獲理學學士，1868年獲理學碩士。在劍橋求學間，他創建家庭實驗室，位於埃塞克斯郡特林園（Terling Place）。1871年為劍橋三一學院研究員。1873年，當選為英國皇家學會會員；同年，其父過世，瑞利以長子身份子承父位，是為瑞利男爵三世。1879 年，首任卡文迪許實驗室主任麥克斯韋（Maxwell）謝世，瑞利繼後而掌舵該實驗室，凡五年。1884年，復回特林園（Terling Place）家庭實驗室，其後的研究大多在此完成。同年，任大不列顛科學促進會會長。1904年，因發現惰性氣體氬而摘取諾貝爾物理學桂冠。1885年始任皇家學會秘書，歷時長達十一年。1882至1905年間，受聘倫敦皇家研究院哲學教授。1905至08年間，榮任皇家學會會長。從1908年起， 担任剑桥大学的校长（chancellor），直至1919年與世長辭。
瑞利勳爵，1842-1919
1877-78年，瑞利兩卷本煌煌巨著《聲學原理》（Theory of Sound，直譯《聲學理論》）相繼面世【3】。上冊集中於振動理論，諸如弦棒膜板等振動問題。振動關乎聲之產生。瑞利在書中不但注重建立一般原理，亦強調實際應用。因其精湛的數學造詣，瑞利在書中發展了諸多求解振動問題的技術和方法，如瑞利-里茲方法。下冊重在氣體振動和流體的聲傳播及其與物質的相互作用，如輻射、散射、衍射等。該書集經典之大成，乃近代聲學奠基之作，堪稱聲學聖經。迄今，該書仍是聲學工作者必讀之經典，也是其他物理學家常備之主要參考書。今人常自以為找到解決某艱澀問題之答案，殊不知瑞利早在《聲學原理》中解析之！該書寫於瑞利尼羅河之旅。之前，瑞利幾患重病而死。尼羅河之遠足，不但使瑞利身體康復，而且成就了不朽巨著。瑞利之不幸，何嘗非世界之大幸焉！一般認為，《聲學原理》之出版，標誌著近代聲學由此拉開序幕。瑞利學術生涯五十載，著作等身，發表論文近五百篇，大多陸續收錄在其六卷本《科學文集》中【4】。
瑞利勳爵之為學也，嚴謹，求實，廣博，精深。其之於物理學，理論大師也，實驗巨擘也。其理論與實驗結合之巧之妙，匠心獨具，爐火純青。最為人叫絕者，莫過於他善用極簡的實驗獲取精確的科學數據。要測量聲強乎？用一個懸掛的光盤即可。在聲輻照下，光盤將趨向於垂直於入射方向之平面，而光盤受到的力矩正比於聲強。此即迄今仍在使用的瑞利盤！瑞利晚年，經典物理學達到前所未有的高度，他是該時代少有的百科全書式的物理學家。他關於黑體輻射的瑞利-金斯定律加之維恩定律，觸發了奠定現代物理學基礎的普朗克量子論的誕生。瑞利盤，瑞利波，瑞利散射，瑞利判據，瑞利-金斯定律，瑞利原理，瑞利流，瑞利分佈，瑞利不穩定，瑞利-泰勒不穩定，瑞利數，瑞利無量綱分析法，瑞利商，等等，這個與如此眾多科學思想、概念和技術聯繫在一起的名字，如日如月，萬古常輝。【1】J. W. S. Baron Rayleigh, ‘‘On the theory of resonance,’’ Philos. Trans., 161, 77–118 (1871).
【2】J. W. S. Baron Rayleigh, ‘‘On resonant reflection of sound from a perforated wall,’’ Philos. Mag., 39, 225–233 (1920).
【3】J. W. S. Baron Rayleigh, The Theory of Sound (Macmillan, London, 1877–1878); 2nd ed. (1894); repr. (Dover, New York, 1945).
【4】J. W. S. Baron Rayleigh, Scientific Papers, 6 vol. (Cambridge University Press, Cambridge, 1899–1920); repr. (Dover, New York, 1964).
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