Страница 34 из 161
Первыми интересами Стрэтта были акустика Рё физиология слуха. Р’ этих областях РѕРЅ РїСЂРѕСЏРІРёР» СЃРІРѕРё научные способности, Рѕ чем свидетельствует его РєРЅРёРіР° Теория Р·РІСѓРєР°, опубликованная РІ 1877 Рі. Рё РІСЃРµ еще РЅРµ утратившая своей значимости. Р’ 1871 Рі. РѕРЅ женился РЅР° Рвелин Бальфур, сестре своего приятеля РїРѕ колледжу, Рё поселился РІ семейном поместье РІ Терлинге (около 70 РєРј Рє северо-востоку РѕС‚ Лондона), РіРґРµ организовал СЃРІРѕСЋ лабораторию. Здесь РѕРЅ начал серию экспериментальных исследований РІ области акустики Рё оптики. РЎ детства интересуясь фотографией, РѕРЅ описал технику цветной фотографии (1887 Рі.), которая позднее РІ 1891 Рі. была реализована Р“. Липпманом (18451921), который РІ 1908 Рі. получил Нобелевскую премию РїРѕ физике Р·Р° его метод фотографического воспроизведения цветов, основанного РЅР° явлении интерференции. Р�зучая дифракционные решетки, Стрэтт ввел СЃРІРѕР№ знаменитый критерий разрешающей силы, который сегодня известен как критерий Рэлея. РџСЂРѕРІРѕРґСЏ СЃРІРѕРё ранние эксперименты РїРѕ цветному зрению, РѕРЅ пришел Рє изучению голубого цвета неба, Рё правильно связал это СЃ рассеянием света молекулами РІРѕР·РґСѓС…Р° Рё получил количественное соотношение, описывающее это.
Вплоть до второй половины XIX в. в университетах не было учебных лабораторий для обучения практической физикой в пределах университетских курсов. Великие экспериментаторы обучались экспериментальной технике в частных лабораториях или при помощи старших мастеров этого дела. В 1850 г. Вильям Томсон (лорд Кельвин) освободил старый винный подвал в колледже г. Глазго и устроил там студенческую лабораторию для исследований электричества. Были устроены и другие лаборатории, и в 1869 г. комитет Кембриджа рекомендовал установить специальную профессуру для обучения и демонстраций экспериментальной физики. В следующем году ректор университета, седьмой герцог Девонширский (Вильям Кавендиш), поддержал организацию исследовательской лаборатории. Ею стала Кавендишская лаборатория, главой которой был Максвелл, вплоть до своей смерти в 1879 г. В декабре 1879 г. лорд Рэлей был приглашен занять эту должность, и когда он ушел в отставку и удалился в Терлинг в 1884 г., это место занял его ученик Дж. Дж. Томсон.
В 1896 г. Рэлей стал секретарем Королевского Общества, а в 1897 г. заменил Джона Тиндаля на посту Профессора Натуральной Философии в Королевском �нституте и занимал этот пост до 1905 г.
К этому периоду относится открытие вместе с Вильямом Рамзеем (1852 1916) из Лондонского университета газа аргона, за что в 1904 г. Рэлей получил Нобелевскую премию по физике, а Рамзей Нобелевскую премию по химии. Годы с 1895 до 1919 были годами почета и славы. В 1899 г. Рэлей заинтересовался проблемой черного тела.
Здесь стоит более детально обсудить подходы Рэлея, поскольку некоторые концепции будут нам полезны в дальнейшем.
Кинетическая теория тепла, принципиально разработанная Людвигом Больцманом, Джеймсом Клерком Максвеллом и Джошуа Виллардом Гиббсом, рассматривала тепло как результат беспорядочного движения многих атомов и молекул, из которых состоят все тела. Поскольку попытки проследить движение отдельного атома или молекул бесполезны, математическое описание тепловых процессов с необходимостью основано на статистических методах. Чтобы объяснить макроскопические характеристики, например, газа, рассматриваются усредненные величины, определяемые большим числом молекул.
РћРґРЅРёРј РёР· фундаментальных принципов такого метода является С‚.РЅ. теорема равновесности, математически выведенная Максвеллом РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ ньютоновых принципов механики. Рта теорема гласит, что полная энергия, заключенная РІ системе большого числа частиц, которые обмениваются энергией Р·Р° счет беспорядочных столкновений, равномерно распределена (РІ среднем) РїРѕ всем частицам. Если, например, Р• полная энергия, a N число частиц, то усредненная энергия частицы E/N.
Хотя принцип равновесности регулирует распределение энергии среди большого числа частиц, скорость Рё энергия индивидуальной частицы РјРѕРіСѓС‚ отличаться РѕС‚ среднего значения, статистически флуктуируя около этого значения. Рто означает, что если средняя энергия имеет определенное значение, то некоторые молекулы РјРѕРіСѓС‚ иметь большие энергии, Р° некоторые меньшие. Рти различающиеся величины называются флуктуациями. Если РјС‹ математически представим эти флуктуации, например скорость молекул РІ газе, то получим кривые, которые показывают относительное число частиц, имеющих определенную скорость для каждой температуры, скорости большие или меньшие, чем среднее значение. Рти кривые, впервые выведенные Максвеллом Рё носящие его РёРјСЏ, представлены РЅР° СЂРёСЃ. 14 для трех различных температур газа.