菲利普·莱纳德

菲利普·冯·莱纳德(德語:Philipp von Lenard,1862年6月7日-1947年5月20日),德国物理学家,1905年诺贝尔物理学奖获得者。

菲利普·莱纳德1905年諾貝爾物理學獎得主
Philipp Lenard
Lenard.jpg
出生1862年6月7日
奧地利帝國匈牙利王國普雷斯堡(现斯洛伐克布拉迪斯拉发
逝世1947年5月20日
德国梅塞尔豪森
居住地 德國
国籍 奥匈帝国(1907年前)
德意志帝国 德國(1907年后)
母校海德堡大学
知名于阴极射线
奖项Nobel prize medal.svg诺贝尔物理学奖(1905年)
科学生涯
研究领域物理学家
机构弗罗茨瓦夫大学
亚琛科技大学
海德堡大学
基尔大学
博士导师罗伯特·本生
菲利普·莱纳德

莱纳德在研究阴极射线时曾获得卓越成果,为此获得诺贝尔奖;他用实验发现了光电效应的重要规律;他也提出过一种原子结构设想。

生平编辑

菲利普·莱纳德于1862年6月7日出生在匈牙利普雷斯堡(现斯洛伐克布拉迪斯拉发),父母来自奥地利蒂罗尔。他先后在布达佩斯大学维也纳大学柏林大学海德堡大学学习物理学,曾是罗伯特·威廉·本生亥姆霍兹莱奥·柯尼希斯贝格尔(Leo Königsberger)和格奥尔格·赫尔曼·昆克(Georg Hermann Quincke)的学生,1886年在海德堡大学获得博士头衔。

1892年起任波恩大学的讲师和海因里希·鲁道夫·赫兹教授的助手,1894年被任命为布雷斯劳大学的教授,1895年成为亚琛工业大学的物理学教授,1896年海德堡大学理论物理学教授,1898年为基尔大学教授。

莱纳德在希特勒上台后加入了纳粹党籍,在多次在公开场合批判犹太人科学家爱因斯坦,宣扬希特勒的理论,推崇“雅利安物理学”。1945年二战结束后,盟军考虑到莱纳德年事已高,免除了对他的非纳粹化措施,但取消了他的海德堡大学终身教授名誉。莱纳德于1947年在德国梅塞尔豪森去世,他的遗产现存于慕尼黑德意志博物馆

研究编辑

早期研究编辑

莱纳德的第一项研究成果是在力学领域,他发表了一篇关于坠落水滴的振动及相关问题的论文,1894年整理出版了赫兹的遗作《力学原理》。

莱纳德很快对磷光荧光现象发生了兴趣,这种在黑暗中发出的神秘的微弱亮光,从小就吸引了莱纳德,他曾和他的同学加热氟晶体让它发出荧光。莱纳德与天文学家沃尔夫(W. Wolf)合作开始研究当焦棓酚硫磺酸盐混合时的发光现象,以发展照相技术,他们发现发光光度取决于焦棓酚的氧化程度。与此同时,莱纳德完成了对磁性的研究,并和克拉特(V. Klatt)共同发表了关于硫化钙等自发光物质的研究成果,他们发现硫化钙在接受事先的光照后会在黑暗中发光,但必须在一个条件下,即硫化钙中至少包含少量重金属,如,以形成晶体,晶体决定了发光的颜色、强度和持续时间;纯的硫化钙是不会发光的。这项成果开始了莱纳德接下来长达18年阴极射线的研究。

阴极射线编辑

1888年莱纳德在海德堡大学昆克手下工作,他完成了他关于阴极射线的第一项研究成果,他研究了当时赫兹关于阴极射线有与紫外线相似特性的观点,并设计了一个实验,以探究阴极射线是否像紫外线一样,能够通过放电管壁上的石英窗,他获得的结果是阴极射线没有这样的特性。但是后来,1892年他在波恩大学做赫兹的助手时,赫兹让他观察了他的新发现,赫兹将一片盖上箔的含玻璃片放入放电管,当用阴极射线轰击铝箔时,铝箔下面发出了亮光。赫兹因此建议可以用铝薄板将放电管内的空间一分为二,在空间的一部分内,阴极射线由常规的方法产生,而在空间的另一部分,可以在真空的条件下观察阴极射线。赫兹由于过于忙碌,便授权莱纳德做这个实验,他后来因此获得了“莱纳德窗”的重要发现。

在尝试了不同厚度的铝箔后,莱纳德终于在1894年发表了他的重要发现,用于封闭放电管的石英板可以用铝箔代替,铝箔的厚度恰好能够保持放电管内的真空状态,但又必须足够薄以让阴极射线能够通过这样,这样不但能研究阴极射线,也能研究阴极射线在放电管外引起的荧光现象。莱纳德从实验得出结论,阴极射线在空气中只能传播分米级的距离,而在真空中却可以传播数米而不会衰减。在赫兹1892年宣称阴极射线不可能是粒子,而只能是一种乙太波的观点后,莱纳德曾表示赞同,但是后来在让·佩兰(1895年)、约瑟夫·汤姆孙(1897年)和威廉·维恩(1897年)的研究成果证明了阴极射线的粒子特性后,莱纳德放弃了这一观点。汤姆孙最后作出了阴极射线是由带负电的电子组成的结论。

光电效应编辑

此后,莱纳德又继续拓展赫兹关于光电效应的研究,他分析了在高真空环境下光电效应的特性和本质,证明了当紫外线照射在金属上时,会使电子从金属表面逸出,并在真空中传播,电子在电场中被加速或减速,电子轨迹在磁场中改变。通过精确的实验,他证明发射的电子数量正比于入射光所带的能量,而电子的速度,或者说它们的动能,却与入射光能量无关,当入射光的波长减小时,电子速度增大。这个事实与当时的理论是相冲突的,经典物理学无法解释莱纳德的光电效应实验结果。直到1905年爱因斯坦发表相对论光量子理论,才解释了这一现象,后来又被罗伯特·密立根所证实,因为人们把爱因斯坦的名字冠在光量子理论上,莱纳德对爱因斯坦一直耿耿于怀。

在研究过程中,莱纳德还发明了一种光电管,以加速电子和测量它们的能量,这种光电管是三极管最初的雏形,不同之处在于,在莱纳德的光电管中,电子是由阴极光发射的,而三极管中的阴极是白炽丝,可以向真空发射更高强度的电流。

莱纳德在1902年提出,当电子通过一种气体时,必须具有一个确定的最小能量,才能产生气体的电离

动力子原子模型编辑

1903年莱纳德提出了一种原子结构模型的设想,他称之为“动力子”(英语:dynamides),它们体积很小分散在广阔的空间中,它们有质量,由许多电偶对(两个带电量相同、带电符号相反的电子相连)组成,它们的数量等于原子的质量,他认为原子中的固体部分只占整个原子体积的十亿分之一,动力子原子模型能解释莱纳德窗的作用,却无法解释更多的事实,由此是一种不成功的原子模型。但莱纳德的研究为亨德里克·洛伦兹的电子理论还是贡献良多。

后期研究编辑

后期,莱纳德又研究了光谱线的本质,发展了约翰尼斯·里德伯海因里希·凯泽(Heinrich Kayser)和卡尔·伦格(Carl Runge)的研究成果,他们提出金属的光谱线可以分为两类或更多类连续光谱谱系),并且这些谱系的波长之间存在明显的数学关系。莱纳德认为,每个谱系都会存在原子的确定变化,这些变化决定了各个谱系,并且可以按原子失去的电子的数目来区分。

莱纳德是一个天才的实验物理学家,他有许多重要的发现,但他宣布这些发现的重要性时却超过了它们的真正价值,不断和别的科学家发生冲突。虽然他获得了众多荣誉,比如奥斯陆大学(1911年)、德累斯顿大学(1922年)和布拉迪斯拉发大学(1942年)的荣誉博士学位、富兰克林奖章(1905年)、德意志帝国的鹰盾勋章(1933年),并被选为海德堡的荣誉市民(1933年),他却仍感到自己没有受到足够高的评价,因此会在许多国家攻击其他物理学家。

莱纳德从反犹太人的种族主义立场出发,从1920年起在多次在公开场合批判犹太人科学家爱因斯坦,并鼓吹所谓的“德意志物理学”。希特勒上台后,莱纳德加入了纳粹党籍,成为希特勒无比忠实的科学顾问,宣扬希特勒的种族主义和排犹主义理论。而作为回报,纳粹党将莱纳德作为雅利安或德国物理学的领袖,纳粹在物理学界的代理人。

莱纳德的著作包括:《关于以太和材料》(1911年第二版)、《阴极射线的定量分析》(1918年)、《关于相对论》(1918年)和《伟大的自然科学研究者》(1930年第二版)等。

参考资料编辑

  • 诺贝尔奖官方网站关于菲利普·莱纳德生平介绍
  • Beyerchen, Alan, Scientists under Hitler: Politics and the physics community in the Third Reich (New Haven, CT: Yale University Press, 1977).
  • Hentschel, Klaus, ed. Physics and National Socialism: An anthology of primary sources (Basel: Birkhaeuser, 1996).
  • Walker, Mark, Nazi science: Myth, truth, and the German atomic bomb (New York: Harper Collins, 1995).
  • Wolff, Stephan L., "Physicists in the 'Krieg der Geister': Wilhelm Wien's 'Proclamation'", Historical Studies in the Physical and Biological Sciences Vol. 33, No. 2 (2003): 337-368.