Dobromila Lebrová: John William Strutt, lord Rayleigh, fyzik, spoluobjevitel argonu - 90. výročí úmrtí

Rubrika: Publicistika – Co je psáno...

John William Strutt, lord Rayleigh, je velmi výrazná osobnost na poli fyzikálních objevů. Jeho bádání se dotýkala různých oblastí matematiky, ale hlavně fyziky - akustiky, ultrazvuku, teorie vlnění, hydrauliky a hydrodynamiky, statistické mechaniky, elektrotechniky a elektromagnetismu, optiky, přenosu tepla planety Země a výzkumu v oblasti vzácných plynů.
Nikola Tesla (1856 - 1943) jej ve svém životopise označil za „ideálního muže vědy“.
Jeho bádání však šlo ještě dále, protože byl i členem Společnosti pro psychický výzkum (Society for Psychical Research). Sám svůj názor na vědu a cosi, co je nad ní, formuloval následovně:
„Mohu podle svého mínění říci, že skutečná věda a opravdové náboženství nejsou - a ani by neměly být proti sobě.“
Narodil se 12. listopadu 1842 jako prvorozený syn barona Rayleigha, v pořadí druhého, a jeho manželky Clary Elizabeth, rozené La Touche, v Langford Grove u Maldonu v Essexu, severovýchodně od Londýna. Jeho rodina patřila k venkovským šlechticům se žádnými většími ambicemi na vyšší vzdělání a vědecké bádání; jedinou výjimkou mezi příbuznými byla vzdálená prateta, jejímž otcem byl významný anglický fyzik Robert Boyle (1627 - 1691).
V dětství byl John William poměrně často nemocný, takže jeho vzdělání bylo často přerušováno. Když mu bylo deset let, pobyl krátkou dobu na prestižní chlapecké škole v Etonu; větštinu času ale strávil ve školním sanatoriu, pak byl tři roky v soukromé škole ve Wimbledonu a na krátkém pobytu v další chlapecké škole v Harrow. Protože jeho vědomosti byly v důsledku nemocí i střídání škol velmi slabé, připravoval ho k maturitě poslední čtyři roky středoškolského studia ve své soukromé škole v Torquay v devonském hrabství reverend George Townsend Warner, bývalý učitel z Harrow, který byl znám svými vynikajícími pedagogickými výsledky.
V r. 1861 nastoupil Strutt na univerzitu do Cambridge na Trinity College. Zde měl velké štěstí především v osobě profesora matematiky Edwarda Routha (1831 - 1907), což byl odborník na vyšší matematiku, který ho připravoval na speciální systém místních zkoušek nazvaných „tripo“, v nichž bylo zapotřebí dosáhnout určitého počtu bodů. Nejlepší student s nejvyšším počtem bodů obdržel titul „Senior Wrangler“, což je těžko přeložitelné - může znamenat i podle našeho středověkého školství toho, který nejlépe přesvědčí (přehádá) univerzitní mistry - tedy nejlepšího studenta v oboru. Strutt získal tento titul v matematice v r. 1865 a téhož roku získal další cambridgeské studentské ocenění - Smithovu cenu, nazvanou podle matematika a hudebního teoretika Roberta Smithe (1689 - 1768). Dalším profesorem, který ho velmi ovlivnil při jeho studiích byl George Gabriel Stokes (1819 - 1903), matematik a experimentální fyzik. - Aby mohl studovat spisy německých matematiků, naučil se Strutt německy.
V r. 1865 získal bakalářský titul.
Vzhledem k vynikajícím výsledkům studia a svému velkému zájmu o matematiku a fyziku, který se zvýšil právě studiem spisů Jamese Clerka Maxwella (1831 - 1879) a německého fyzika Hermanna Ludwiga Ferdinanda Helmholze 1821 - 1897), měl Strutt před sebou velké dilema: jako prvorozený syn barona a tedy dědičný baron, by se měl ujmout svého postavení a připravovat se na postavení šlechtice a nikoliv vědce.
Před rozhodnutím se vydal na cesty, ne tak, jak bylo v jeho kruzích zvykem - po Evropě, ale do Spojených států. Po návratu si vybavil ve svém šlechtickém sídle v Terlingu laboratoř a začal s vlastními soukromými výzkumy. První výsledky zveřejnil v r. 1868, kdy získal magisterský titul, a týkaly se vysvětlení některých hledisek Maxwellovy elektromagnetické teorie.
V r. 1871 se oženil s dcerou významného skotského politika Evelyn Balfourovou, s jejímž bratrem Arthurem Jamesem Balfourem (1848 - 1930) se poznal na studiích na Trinity. Arthur James Balfour byl vůdčí konzervativní politik, který byl pak v letech 1902 - 1905 ministerským předsedou Velké Británie. Zároveň ale se Strutt díky svému sňatku seznámil s osobností, která měla velký vliv na jeho další bádání v úplně jiném směru - a sice se švagrem své ženy, Henrym Sidgwickem (1838 - 1900), který byl v 80. letech devatenáctého století prvním prezidentem Společnosti pro psychický výzkum.
Je však pravdou, že se o oblast esoteriky začal Strutt zajímat již za studií v Cambridgi z popudu dalšího fyzika Sira Williama Crookese (1832 - 1919), objevitele prvku thallium v r. 1861. Zájmem o parapsychologii byla ovlivněna celá rodina. I Struttova švagrová Eleanor, Sidgwick (1845 - 1936), manželčina sestra, byla později ve dvacátém století prezidentkou Společnosti pro psychický výzkum, rovněž tak budoucí pan premiér Balfour byl před nástupem do své státnické funkce prezidentem této společnosti. Je také známé, že i viktoriánský premiér Sir William Gladstone (1809 - 1898), který byl za královny Viktorie předsedou vlády čtyřikrát, byl přítelem Sidgwickových, pravděpodobně tedy sdílel i on tento zájem alespoň vzdáleně. - Jelikož se zájem o tento jev vyskytuje u mnohých významných osobností té doby, šlo buď o módu nebo o záležitost, kterou není možné bez probádání zcela pustit ze zřetele...
V r. 1871 Strutt rovněž publikoval svoji teorii rozptylu, v níž vysvětloval, proč je obloha modrá. Jedná se o rozptyl světla na molekulách nebo částicích plynu, které jsou menší, než je vlnová délka světelného vlnění. Modré světlo má tuto vlnovou délku nejkratší, je tedy u něj světelný rozptyl největší a my vidíme nebe modře. Tento jev byl nazván Rayleighův rozptyl.
Krátce po svatbě onemocněl Strutt revmatickou horečkou a jako rekonvalescence mu byla doporučena cesta na jih. Odjel s manželkou do Řecka a do Egypta, což velice pomohlo jeho zdraví. Manželé se také plavili po Nilu od podzimu 1872 do jara 1873. Ale výsledky cesty byly obdivuhodné i z vědeckého hlediska. Na cestě začal psát Strutt své stěžejní dílo dvousvazkovou „Theory of Sound“ (Teorie zvuku), z nichž první část, týkající se mechanismu vibrací, vyšla v r. 1877, a druhá část o akustickém šíření vln, vyšla v r. 1878.
Krátce po návratu z Egypta mu ale zemřel otec a on se v r. 1873 stal baronem Rayleighem, v pořadí třetím, a od té doby používal lordský titul. Převzal rodinné sídlo v Terling Place ve Withamu v Essexu a přinutil se obětovat část svého času správě svého panství o 7. 000 akrech (asi 28 km čtverečních). Bylo to v době zemědělské krize ve Velké Británii v důsledku průmyslové revoluce, kdy se musel o své panství poměrně dost starat, aby vynášelo. - Projevil se však jako dobrý hospodář, protože skutečně panství začalo prosperovat.
Ale dále pokračoval také v bádání. Jeho první výzkumy byly hlavně matematické, týkající se optických a vibračních systémů, ale pozdější práce se týkaly většinou celého fyzikálního oboru, od zvuku, vlnové teorie, barevného vidění, hydrodynamiky, hustoty plynů, viskozity, kapilarity, pružnosti, rozptylu světla, proudění kapalin až po fotografii. Forografování bylo také i jeho koníčkem.
Jeho trpělivá práce a citlivé pokusy vedly ke stanovení standardu odporu, které začali před ním již Maxwell a skotský matematik George Chrystal (1851 - 1911). V této době také sestrojil Rayleighův potenciometr. Pozdější práce se soustředily na elektromotorickou sílu a elektrické a magnetické problémy všeobecně.
Už v r. 1873 se stal členem královské akademie - Royal Society (Královské společnosti).
Ve své laboratoři doma pokračoval ve fyzikálních výzkumech. V časopisu „Natur“ publikoval v listopadu 1874 článek s velmi zajímavým názvem z trochu jiné oblasti.„Insects and the Coulours of Flowers (Hmyz a barva květin). Vchod do původní Cavendishovy laboratoře
První syn a posléze i dědic šlechtického titulu Robert John Strutt, baron Rayleigh (1875 - 1947), v pořadí čtvrtý, se narodil 28. srpna 1875. Pak se narodili ještě dva synové. - Robert John následoval svého otce, jak v jeho vědeckých výzkumech, především v oblasti rozptylu světla, tak v dráze univerzitního profesora - ale také v pracích pro Společnost pro psychický výzkum. Po synovi byla pojmenována jednotka světelné intenzity „rayleigh“ v bývalé měrné soustavě (cgs), kdysi používaná hlavně v astronomii. Dnes se již nepoužívá.
V r. 1876 předal lord John William celé řízení panství svému mladšímu bratrovi a znovu se cele oddal vědě.
V letech 1876 až 1878 byl prezidentem London Mathematical Society (Londýnské matematické společnosti).
Od r. 1869 do své smrti psával do cambridgeského univerzitního časopisu „Scientific Papers“ (Vědecké listy); jeho práce se objeví v šesti svazcích. Vědecké listy s jeho příspěvky vycházely mezi roky 1889 až 1920.
Přispíval rovněž do „Britské encyklopedie“ (Encyclopaedia Britannica) a do „Filozofického magazínu“ (Philosophical Magazine).
- Celkový počet jeho uveřejněných prací ze všech možných oborů je 446.
Například v r. 1877 uveřejnil v „Scientific Papers“ zajímavou zprávu „On the Irregular Flight of a Tennis-ball“(O nepravidelném letu tenisového míče), kterou studují nejen tenisté, ale i jiní sportovci, zabývající se míčovými hrami.- Tenis totiž patřil k jeho koníčkům. Dalšími jeho zálibami vedle fotografování a parapsychologie byly cestování a hudba.
V r. 1879 po smrti Jamese Clarka Maxwella, který byl prvním profesorem Cavendishovy laboratoře v Cambridgi po jejím založení v r. 1874, se stal lord Rayleigh druhým „cavendishovským“ profesorem, tj. profesorem experimentální fyziky a vedoucím Cavendishovy laboratoře.
Protože do té doby byly experimenty na škole spíše výjimkou, snažil se o zavedení kurzů o elektřině a magnetismu, o teple, optice a akustice. Lord Rayleigh byl vynikajícím instruktorem právě v oblasti experimentování.
O vztahu matematiky a experimentování řekl: „Příklady... ukazují, jak je pro experimentátora často obtížné vyložit své výsledky bez matematické podpory.“
V r. 1882 dostal od Královské společnosti vyznamenání Royal Medal (Královskou medaili).
V r. 1883 popsal v britském časopisu „Nature“ dynamiku letu mořských ptáků v článku „The Soaring of Birds“ (Vznášení ptáků).

V r. 1884 se jeho finanční postavení zlepšilo a on se mohl vrátit ke svým soukromým výzkumům domů, do své laboratoře bez zátěže všech doprovodných a byrokratických opatření, která musel sledovat jako univezritní profesor. - Mohl se zcela věnovat svým výzkumům, společenskému životu, ale především sledovat stav bádání v různých vědeckých společnostech.
Tak se stal hned v r. 1884 prezidentem British Assotiation (Britské sdružení), což byla vědecká společnost pro podporu vědy, a r. 1885 se stal tajemníkem Královské společnosti.
V r. 1887 objevil lord Rayleigh povrchovou akustickou vlnu, která nese i jeho jméno. Tato vlna má podélnou a příčnou složku, která vzniká rozechvěním materiálu, ke kterému je předmět připojen. Tento objev má užití také při zemětřesení.
Z dalších zajímavých výzkumů z ptačí říše byla zpráva „The Sailing Flight of the Albatross“ (Plachtění albatrosa) uveřejněný v časopise „Natur“ v r. 1889.
V r. 1890 byl Londýnskou matematickou společnosti vyznamenán De Morganovou medailí, nazvanou podle prvního prezidenta této společnosti Augusta De Morgana (1806 - 1871).
Už od r. 1890 se zabýval lord Rayleigh měřením hustoty plynů, což vedlo k jeho nejvíce oceňovanému objevu - objevu netečného plynu argonu.
V r. 1894 spolu s Williamem Ramsayem (1852 - 1916) zjistili anomálii při získávání dusíku z atmosféry od dusíku získaného ze sloučenin, které dusík obsahují, jako například ze čpavku Při pokusu vznikla velmi malá diference, kterou vyplňoval plyn, který nazvali podle řeckého výrazu pro „líný“, tj. argon, tedy ve smyslu netečný. Způsob získání tohoto plynu byl stejný jako před asi sto lety, kdy k podobné anomálii došli fyzici Henry Cavendish (1731 - 1810), po kterém však nebyla nazvána laboratoř, ve které Rayleigh pracoval, a Joseph Priestley (1733 - 1804). Avšak Rayleigh a Ramsay určili tento prvek pomocí spektrální analýzy.
Tehdy začal lord Rayleigh dostávat ocenění také z ciziny. Hned v r. 1894 mu byla italskou vládou udělena Matteuciho medaile (Medaglia Matteuci), udělovaná na paměť italského zakladatele bioelektřiny Carla Matteuciho (1811 - 1868).
Od r. 1896 do r. 1911 byl vědeckým poradcem Trinity House, což je britský námořní úřad s dlouhou historií, starající se o majáky, bóje a různé námořní vybavení, sahající až ke svému zakladateli králi Jindřichu VIII. (1491 - 1547).
V roce 1897 se stal profesorem přírodní filozofie na Královském institutu (Royal Institution).
Sloužil také po dobu šesti let jako prezident Government Committee on Explosives (Vládní výbor pro trhaviny).
Za Essex měl v letech 1892 až 1901 čestnou funkci „Lord Lieutenant“ (lord nadporučík), což je titul, dávaný místním šlechticům v hrabstvích s rozličnými úkoly během historie. Byl to obvykle místní šlechtic, žijící v soukromí nebo v důchodu, který převzal tuto čestnou funkci jakéhosi královského místodržitele, ovšem bez moci výkonné.
V r. 1897 byl zvolen členem Královské švédské akademie (Kungliga Vetenskapsakademien).
V r. 1899 byl vyznamenán od britské Královské společnosti Copleyho medailí, udílenou z donace mecenáše vědy a umění Geoffreye Copleye (1653 - 1709), za významné objevy.
Při příležitosti korunovace krále Edwarda VII. v r. 1902 dostal jako jeden z prvních “Order of Merit“ (Řád za zásluhy) spolu s Josephem Listerem (1827 - 1912), lordem Kelvinem (1824 - 1907) a pěti příslušníky armády.

Při přejímání řádu řekl:

„...jedinou zásluhou, které jsem si osobně vědom, bylo že jsem se těšil svými studiemi, a výsledky, které by mohly vzniknout v důsledků mého bádání, jsou důsledkem toho, že pro mne bylo potěšení stát se fyzikem.“

Začátkem dvacátého století se lord Rayleigh nebývalou měrou podílel na budování National Physical Laboratory (Národní fyzikální laboratoře) v Teddingtonu v Middlesexu.
V r. 1902 se pokoušel dokázat experimentálně v rámci svého zájmu o nadpřirozeno světélkování éteru. - Jeho postoj vůči nadpřirozeným jevům a zveřejňování výsledků vyplývá ze zkušeností kolegy Crookese, který se svými výzkumy od počátku netajil a po určitých odhaleních podvodných médií ve Společnosti pro psychický výzkum mu dokonce hrozilo vyloučení z řad členů Královské společnosti. - Rayleigh byl ve svých zveřejněních opatrnější, řekl: „Nikdy jsem si nemyslel, že je možné materialistické hledisko, a bral jsem v úvahu onu moc nad tím, co vidíme, a nad životem, o němž můžeme přinejmenším věřit, že se ho zúčastníne.“
V té době se také opět zabýval akustikou a sice teorií určení místa zvuku, například z křiku letícího racka.
V r. 1904 dostal za objev argonu Nobelovu cenu za fyziku, kdežto William Ramsay dostal za stejný objev Nobelovu cenu za chemii. Výtěžek Nobelovy ceny Rayleigh věnoval cambridgeské univerzitě na rozšíření vybavení Cavendishovy laboratoře.
Přes svého švagra a manželku byl spojen s nejvyššími kruhy Velké Británie, byl vědeckým poradcem sdružení anglických námořníků, byl také ve výboru pro aeronautiku, což bylo zvláště významné v době první světové války.
Mezi roky 1905 a 1908 byl zvolen prezidentem Královské společnosti.
Pochopitelně jako šlechtic byl i členem Horní sněmovny Parlamentu. Ale jen málokdy zasahoval do rozpravy a hlavně hleděl na to, aby nesměšoval vědu s politikou.
Jeden ze zajímavých článků, které uveřejnil v r. 1910 ve „Filozofickém magazínu“ (Philosophical Magazine) se týkal jevu, kdy je možné zesílit zvuk tím, že je vydáván v ohnisku elipsovité místnosti. Byl to článek „The problem of the Whispering Gallery“ (Problém šeptající galerie).
Pro anglické námořníky řešil otázku eroze lodních šroubů v r. 1917 a objevil, že k erozi materiálu dochází v důsledku kmitavého pohybu vzduchových bublin v kapalině, vzniklých při kolísání tlaku (kavitace). Jev popsal i matematicky.
V dubnu r. 1919 byl zvolen prezidentem Společnosti pro psychologický výzkum jako členové jeho rodiny před ním i po něm; dokonce i jeho následník, syn Robert, byl prezidentem společnosti v letech 1937 až 1938.
Avšak dlouho prezidentem nebyl, zemřel v důsledku srdečního infarktu právě před devadesáti lety dne 30. června 1919 na svém panství ve Withamu v Essexu a zanechal tři rozdělané práce z oblasti akustiky. Ještě 25. června diktoval své manželce poslední řádky své práce.
Pochován byl na hřbitově na svých pozemcích. Na jeho počest byla za dva roky po jeho smrti odhalena mramorová deska ve Westminsterském opatství s nápisem: „Neomylný vůdce v rozvíjení znalostí o přírodě“ (An Unerring Leader in the Natural Knowledge).
Posmrtně mu byla ještě Královskou společností udělena v r. 1920 Rumfordova medaile.
Dá se říci, že až na nemoce v mládí mu byl osud přízniv v možnosti dělat to, co ho bavilo, užil si také za života všemožných ocenění. Sám také vyjádřil své krédo následovně:
„Bez zasahování do základů, náležejícím teologům a filozofům, je oblast přírodních věd bezpochyby dost široká, aby uspokojila nejdivočejší touhy svých následovníků. V jiných oborech lidského života a zájmu, je opravdový pokrok spíše článkem víry než racionální domněnkou; ale ve vědě je zpětná vazba, záležející na povaze případu, skoro nemožná. Zvyšující se vědomosti přinášejí zvyšující se a velkou moc, takovou jako jsou triumfy našeho století; můžeme ale vpravdě věřit, že to jsou předpovědí těch objevů a vynálezů, které jsou ještě pro lidstvo v záloze... Práce může být těžká a kázeň přísná, avšak zájem nikdy neuvadne a velké je privilegium úspěchu.“
Astronomové ho ocenili několikrát - na jeho počest jsou nazvány krátery na Marsu a na Měsíci a také byl jménem Rayleigh pojmenován 1. června 2007 asteroid 22740.
Akustikové stále čerpají z jeho „Teorie zvuku“ a na jeho počest udílí Institut akustiky (Institute of Acoustic) v Saint Albans v Hertfordshire v Anglii Rayleighovu medaili za mimořádné příspěvky na poli akustiky.
Z dalšího je patrný rozsah jeho bádání i jeho hlubokých vědomostí z mnoha oborů. Jeho jménem jsou nazvány různé jeho objevy:
Je to vedle už popsaných Rayleighových vln Rayleighovo kritérium, týkající se rozptylu světla, neboli již uvedený Rayleighův rozptyl; Rayleighův útlum, použitelný v rádiotechnice; Rayleighovo číslo týkající se vztlaku v kapalinách; Rayleighův integrál v akustice pro vyjádření vyzařovaného zvukového pole; Rayleighův kvocient týkající se maticového počtu v matematice; Rayleighův - Jeansův zákon týkající se spektrálního záření; Rayleighovo rozdělení z oblasti teorie pravděpodobnosti, používané při měření větru, Rayleighova - Taylorova nestabilita, řešící problém na rozhraní dvou kapalin o nestejné hmotnosti - využívá se v astronomii u mezihvězdných mračen; Plateau - Rayleighova nestabilita se týká popisu tryskající vody a používá se při návrhu různých tryskových soustav hlavně pro tiskové technologie.
Většina jeho životopisců především oceňuje jeho skromnost a velkorysost a vědeckou důkladnost a přesnost.

Tento článek byl v Pozitivních novinách poprvé publikován 30. 06. 2009.

Pozitivní noviny jsou neziskové internetové médium, které v letech 2004–2012 připravovala ve svém volném čase skupina nadšenců pod vedením Pavla Loužeckého. Všichni autoři a dopisovatelé do Pozitivních novin přispívali bezplatně, ze své vlastní svobodné vůle. Ačkoli od roku 2012 nové články nevychází, Pozitivní noviny i nadále fungují jako skutečná oáza pohody a optimismu na síti pro všechny čtenáře, kteří potřebují pravidelný zdroj k čerpání životní energie, inspirace, nápadů, zábavy, moudrých myšlenek a informací všeho druhu.