乔治·斯托克斯：差点淹死他的波浪

他的女儿亲自记录了这个起源故事。伊莎贝拉·汉弗莱斯在谈到她父亲时写道：“他小时候在斯莱戈海岸游泳时，差点被这些大浪中的一个卷走，这第一次引起了他对波浪的注意。”乔治·加布里埃尔·斯托克斯在接下来的七十年里一直致力于这个问题，最终他写出了控制流体运动的方程，解释了云为什么悬浮在空中，弄清了某些物质在不可见光下发光的原因，并将他的名字留给了一个单位、一个定理、一个透镜、一条光谱线和两个陨石坑。他在剑桥大学担任卢卡斯数学教授长达五十四年——比该教席历史上任何人都长，包括牛顿在内。

海边的牧师住宅

斯托克斯于1819年8月13日出生在斯莱戈郡的斯克林，是爱尔兰教会教区牧师加布里埃尔·斯托克斯和伊丽莎白·霍顿最小的儿子。他的三个兄弟进入了神职界；其中一个，约翰，成为了阿马的副主教。他与妹妹伊丽莎白特别亲近。他童年时代的大西洋海岸像任何老师一样直接塑造了他的科学。

他在斯克林接受教育，然后是都柏林，接着是布里斯托尔，并于1837年进入剑桥大学彭布罗克学院。1841年，他以高级牧马人（数学荣誉学位考试第一名）和史密斯奖获得者的身份毕业，并立即被选为彭布罗克的院士。他在1857年结婚时辞去了院士职位，正如当时大学章程所要求的那样，于1869年在修订后的章程下重新当选，并一直担任该职，直到1902年他去世前一年成为彭布罗克的院长。

运动流体的物理学

在1842年至1851年间，斯托克斯基本上创立了现代流体力学。他关于不可压缩流体运动、流体摩擦和内部摩擦的论文将一个分散的经验规则领域变成了一门数学学科。他利用它来解释云为什么保持悬浮以及波浪为什么会消退，并解决实际问题——河流中的水流、船舶遇到的阻力。

两个结果以他的名字命名。他做出开创性贡献的纳维-斯托克斯方程仍然是流体流动的基本描述，也是数学中最难的未解问题之一。斯托克斯定律给出了在粘性介质中缓慢移动的球体所受的阻力，从而给出了其终端速度——这是工业上仍用于测量流体厚度的落球粘度计的理论基础。运动粘度的CGS单位“斯托克斯”就是以他的名字命名的。

光与铀玻璃的辉光

从1845年左右开始，斯托克斯转向了光的波动理论。他1849年关于衍射的论文证明了偏振面必须垂直于光传播的方向——这是对光在物理上是什么的决定性约束。

他最著名的光学工作是在1852年发表的论文《论光的折射率的变化》中完成的。通过观察萤石和铀玻璃，斯托克斯描述并命名了荧光：将不可见的紫外线辐射转换为可见的长波长光。所涉及的能量偏移被称为斯托克斯位移，这一现象是荧光照明到使现代生物学可见的标记分子等一切事物的基石。

他坚持研究了三十年。他在19世纪50年代研究了彩虹，1851年研究了厚板的颜色，1853年研究了非金属物质的金属反射，1860年研究了堆叠板的光强度，仅在1862年就发表了关于双折射、电光光谱和血液吸收光谱的论文。1878年，他确定了显微镜孔径的理论极限。1849年，他发明了斯托克斯透镜，这是一种用于检测散光的柱面透镜装置。

他错过了一个机会。在1852年夏天之前，斯托克斯教导开尔文勋爵光的棱镜分析如何揭示太阳和恒星的化学成分——比古斯塔夫·基尔霍夫早了七八年。但他没有掌握在给定波长下的发射需要相同波长下的吸收，后来他否认了“基尔霍夫令人钦佩的发现的任何部分”。尽管如此，英国科学家还是将这些原理归功于他。

数学与发散级数

斯托克斯定理，即连接表面上的场积分与该场在其边界上的行为的恒等式，以他的名字命名，因为他普及了它；它成为了向量微积分的支撑结果之一。在研究乔治·艾里对彩虹的处理时，他将一个难以处理的积分表示为发散级数，并巧妙地截断它以获得精确的近似值——这是对渐近展开的早期洞察，是应用数学中最富有成效的受控技巧之一。

倒塌的桥梁

维多利亚时代的英国建造铁路的速度超过了它对材料的理解，当铁路出现故障时，斯托克斯被召集起来。在1847年5月切斯特附近的迪伊桥倒塌后，他调查了铸铁梁的故障，并在随后的皇家委员会中任职，计算了移动的发动机对桥梁施加的力。在1879年12月28日的泰桥灾难后，当一场风暴在快车通过时摧毁了高梁部分并导致七十五人以上死亡时，他作为风荷载方面的专家证人出庭。调查委员会发现该桥“设计糟糕、建造糟糕且维护糟糕”。斯托克斯被任命为随后的风压皇家委员会成员，该委员会测量了全国各地的风暴风，以确定结构实际上必须承受什么力。

没有敷衍的信仰

斯托克斯一生都是保守的福音派新教徒。1886年，他成为维多利亚研究所的主席，该研究所旨在捍卫福音派基督教以对抗达尔文进化论；1891年，他发表了关于自然神学的吉福德讲座，并担任英国和外国圣经公会的副主席。他的立场比这些从属关系所暗示的更为微妙。他在担任研究所主席时写道：“我们都承认，自然之书和启示之书同样来自上帝，因此，如果解释正确，两者之间不可能存在真正的差异。”他强调科学证据“只是可能的”，并且容易被修正——同时也警告不要拒绝启示。与大多数维多利亚时代的福音派不同，他拒绝了永恒的惩罚，而是坚持基督教的条件论。

守门人

斯托克斯从1849年到1903年担任卢卡斯数学教授，从1854年到1884年担任皇家学会秘书，从1885年到1890年担任主席，并从1887年到1892年担任剑桥大学的保守党议员——他是第一个同时担任教授、主席和议会席位的人。据评估，担任秘书的三十年使他“对数学和物理科学的进步产生了巨大但并不显眼的影响”。他解决了别人的数学难题并分发研究问题；历史学家称他为维多利亚时代科学的守门人。

他于1889年被封为从男爵，并于1852年获得拉姆福德奖章，1870年获得霍普金斯奖，1893年获得科普利奖章。1899年6月1日，他作为卢卡斯数学教授的金禧纪念吸引了来自欧洲和美国的代表；开尔文赠送了哈莫·索尼克罗夫特制作的大理石半身像。

家庭与终结

1857年7月4日，斯托克斯在阿马的圣帕特里克大教堂与爱尔兰天文学家托马斯·罗姆尼·罗宾逊的女儿玛丽·苏珊娜·罗宾逊结婚。在五个孩子中，两个女儿在婴儿期夭折；他的儿子威廉是一名医生，在暂时精神错乱时自杀，年仅三十岁。斯托克斯于1903年2月1日去世，享年八十三岁，被安葬在剑桥的米尔路公墓，并在威斯敏斯特教堂设有纪念碑。男系断绝，从男爵爵位绝嗣——但斯托克斯、斯托克斯位移、斯托克斯线、月球和火星上的陨石坑，以及至今仍在困扰数学家的方程，已被证明更难被抹去。