約翰·威廉·斯特拉特
他在劍橋大學做了一項很重要的工作，使學基礎物理學的學生，都必須做實驗。 他自己在1901年想用實驗來證明以太的存在，可是也失敗了。 在這裡，他用光學理論，解決了被濃霧擋住光線的問題。
約翰·威廉·斯特拉特雷利勳爵（Lord Rayleigh）本名約翰·威廉·斯特拉特（1842—1919），後因繼承了他祖父和父親的爵位，所以他在三十二歲的時候，就根據英國的習慣，稱為雷利勳爵第三，科學界一般則簡稱他為雷利勳爵。 他是十九世紀後期到二十世紀初期英國最出名的一位物理學家，他既在實驗物理方面，又在理論物理方面，有過重大的貢獻。儘管他的主要貢獻是在經典物理學方面，可是他晚年對於近代物理學，如量子論和相對論，都發表過重大意見。因此，我們可以說，雷利勳爵是一位承前啟後的大科學家。 他於1842年11月12日生在倫敦附近的埃塞克斯（Essex）。他從1865年在劍橋大學畢業起，到1919年6月30日病故為止，前後五十多年的科學活動，一共寫了四百三十多篇科學論文，後來被集成六大卷，至今仍然有參考價值。他還寫過一部巨著，兩卷本《聲學理論》，成了物理學史上一部不朽的名著。雷利雖不是數學家，卻善於利用數學解決物理學上的重要問題。同時他對於實驗工作十分仔細認真，所以一生取得了豐富的實驗研究成果。 他在劍橋大學畢業後，26歲時按照當時的習慣，就到歐洲大陸去旅行，接著又去美國考察。他在1868年，購買一些實驗設備帶回來，設立了一座私人實驗室，成為英國當時很有名的物理實驗室。 他在1871年29歲時結婚了。結婚以後到埃及去旅行，同時就開始寫他的《聲學理論》一書。這部書一直經過六年的寫作時間，到1877年才寫完初次出版。 1873年31歲時，他繼承了父親的爵位。從這時候開始，就在自己家中的實驗室里，進行聲學和光學的實驗研究，使他成為當時全世界最著名的聲學專家。 他還引用光學理論來解釋天空為什麼是藍色的。1871年，他提出：散射光的強度與散射的方向有關，並與波長的四次方成反比。這就是光學上著名的“雷利散射公式”。 在組成陽光的七種可見光中，紅光波長最長，藍光波長較短。而藍光在空氣的微小塵粒中的散射能力，卻比紅光強十倍以上。無雲的天空之所以呈現蔚藍色，就是因為陽光中的藍光受到強烈的散射而造成的。 他在家庭實驗室里，研究光學儀器的光柵，這項工作使他對前人發明的光譜儀大加改進。從1870年起，光譜儀就成了研究日光和很多化學元素光譜的重要儀器了。 在十九世紀七十年代後期，雷利本來想就在家裡作一輩子的科學研究工作了。可是劍橋大學傑出物理學教授麥克斯韋爾（J·C·Maxwell）於1879年病故了，三十七歲的雷利被劍橋禮聘為教授。 他在劍橋大學做了一項很重要的工作，使學基礎物理學的學生，都必須做實驗。從此在歐美的大學裡普遍實行起來。後來，由於他不願意太多的外務，到1884年42歲為止，就不再擔任劍橋大學教授了。 他在劍橋大學的時候，利用準確的儀器做了很重要的研究工作，就是對於電學的三個基本單位：歐姆、安培和伏特的精確數值，進行了仔細研究計算。他的研究成果，成為物理學界長期使用的基數。由於他感覺到基本單位準確的重要性，他建議英國政府成立國立物理實驗室。這個實驗室在1900年成立起來了，至今仍然是國際上的重要標準化機構。 在1884年，英國科學家公推雷利為英國科學促進會會長。就在這一年，這個促進會到加拿大去開年會。這使雷利又有機會和美國以及加拿大的一些物理學家，發生了更密切的友情。 他回到英國以後，仍然在自己家裡，從事實驗研究工作。儘管他從1887年到1905年還兼任過英國倫敦皇家學院教授，可是他每年只有很少時間在倫敦停留一下，做幾次短小精幹的講演。 從1880年後期起，他把大部分時間放在自己的實驗室工作上，而且方面很廣，包括光學、流體力學、聲學、電學以及熱力學等等方面，因此，他在科學界地位就很高很高了。 他對於研究所得數字是十分認真負責的，這使他後來和威廉·拉姆塞共同合作，發現了氬氣。這本來是化學方面的問題，所以他和化學家合作才徹底解決了這個稀有氣體存在於空氣中的問題。雷利從空氣取得的氮氣的密度，同從氨氣里得到的氮氣不完全相符，雖然數字相差只是在小數點第三位上。 氣體密度就是1L氣體的質量，以克數計算。氣體的體積會隨著溫度和壓力而變化，所以必須規定，氣體的密度是在零攝氏度和一個大氣壓下，每升的質量。 空氣中的氮氣，經多次測量密度仍然是每升1.2572g。而從氨化合物分解出來的氮氣，密度卻都是每升1.2508 g。當時有人勸他，先找一找前人的著作。雷利就重新翻讀了1795年卡文迪許手稿，卡文迪許曾經用靜電儀放電來氧化氮氣，發現儘管放電時間很長很長，總是留下一點點不能化合的氣體。讀了這個報告以後，雷利就相信空氣里除了氧氣和氮氣以外，一定還有另外的一種氣體。 雷利用三種不同的方法製取的氧，密度完全相等，但氮氣的研究結果則使人不解。他由氨製得的氮總比從大氣中除去氧、二氧化碳、水汽後所得的氮輕千分之五左右。於是他將這事實刊登在英國1892年9月29日的《自然》（Nature）周刊上，請讀者解釋，可是他沒有收到任何答覆。 雷利勳爵本人起初想到了四種可能的解釋：（1）由大氣中所製得的氮，或者還含有微量的氧；（2）由氨所製得的氮，可能稍微混雜了氫；（3）由大氣中所得的氮，或許含有類似臭氧的N3分子；（4）由氨中所得的氮，可能有若干分子已經分解，因而把氣體的密度降低了。 第一個假設是最不可能的，因為氧和氮的密度相差極微，必須雜有極大量的氧，才可以用來解釋千分之五的差異。雷利又用實驗證明了由氨所製得的氮，其中絕不含氫，第三個解釋也是不足置信，因為他採用無聲放電，使之通過這種氣體，也未發現氮的密度有所增高。 雷利最初就使用感應線圈使氮氣氧化，但是這個工作進行得相當緩慢。於是威廉·拉姆塞向雷利建議不再用放電的辦法，改用化學方法。因為拉姆塞的方法得到成功，他們兩個人在1895年就共同寫成一篇論文，在英國科學促進大會上宣讀。因為他們對這種新氣體當時並沒有命名，大會主席建議名為argon，來自希臘文“懶惰”之意，中文音譯成氬。 由於雷利知識十分淵博並且和其他科學家接觸很多，所以他在19世紀後期，已經開始感覺到物理學上有好多實驗，很難用經典理論去解釋，例如光譜就是其中的一個例子。儘管他對於經典物理學感覺有問題，他卻還沒有放棄希望，總是使用經典物理學去試圖解釋新的現象。 他對量子理論並不太熱心，他覺得這個理論提出得太突然了。由於他們共同發現了雷利——金斯定律（Raylejgh——Jears law），這個發現在普朗克（Planck）有名的理論發表前幾個月，所以他對量子學更不大重視。 他也曾經想利用經典學說來解釋原子光譜。例如：氫原子的發射光譜，他最後不得不承認，他的嘗試是失敗的。波爾提出解釋氫原子光譜的理論時，他又覺得這種學說太激進。 雷利對於相對論雖是相當信服的，但同時還提倡以太學說。儘管這種學說在1881年經過麥可孫（Michelson）的實驗證明，以太是不存在的。雷利對麥可孫的實驗也表示懷疑，他認為以太如果不存在，那就不好解釋許多現象了。由此可見，他對於經典光學理論一直是忠心的。他自己在1901年想用實驗來證明以太的存在，可是也失敗了。從此，他對相對論的正確性就十分佩服了。 雷利在晚年始終沒有放棄物理學的實驗工作。他在最後十五年中，還一共發表了九十篇論文之多。其中有一篇關於聲波理論的論文，大大改進了前人的工作。 他的《聲學理論》一書，經過多次的修訂，達到了二十世紀的高水平。 他除了對於理論科學研究有濃厚的興趣以外，還對於科學團體和政府提出的科學問題，都做了大量的工作。他一輩子在實驗室里和圖書館裡為科學而獻身。 雷利在1873年被選進皇家學會，並且從1885年到1896年，他擔任了皇家學會秘書。他在學會裡很重視提拔青年科學家，例如：蘇格蘭有一位青年學者對於氣體的分子理論，發表了很重要的見解，可是被很多人忽視了。雷利重新審查了被埋沒的論文，很重視這位蘇格蘭科學家，特別把別人所輕視的論文送交皇家學會的刊物上發表。 在1905年，雷利當選為英國皇家學會主席，他認真地負責一直擔任到1908年，他對學會做了好些被人不重視的工作。 在1896年，他擔任了三育學會（Trinity House）的科學顧問，雷利在這裡兼任了十五年的義務工作。在這裡，他用光學理論，解決了被濃霧擋住光線的問題。雷利在其他公共事業方面，也有很多的貢獻。例如，他擔任過國防部一個重要小組的組長，又擔任過倫敦煤氣公司改進工作的顧問。 儘管他擔任大學教授的時間不太長，卻曾經擔任國家的好幾個教育機構的董事。從1908年到1919年逝世為止，他是劍橋大學的名譽校長。 他在1904年接受諾貝爾物理獎金時，把獎金全部捐給劍橋大學。他一生得過好多名譽學位，總計有十三次之多；在全世界的學會之中，他取得了五十多個名譽會員的稱謂。 雷利和當時歐洲其他物理學家不大相同，並不熱心於提新理論。他只是把所遇到的科學問題，用物理實驗方法去設法解決。從他一生的行動，可以看出來，他一方面是一位造詣很高的物理學家，同時也是很和順可親的一位學者。 