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菲利普·萊納德

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菲利普·萊納德1905年諾貝爾物理學獎得主
Philipp Lenard
出生1862年6月7日
奧地利帝國匈牙利王國普雷斯堡(現斯洛伐克布拉迪斯拉發
逝世1947年5月20日
德國梅塞爾豪森
居住地 德國
國籍 奧匈帝國(1907年前)
德意志帝國 德國(1907年後)
母校海德堡大學
知名於陰極射線
獎項諾貝爾物理學獎(1905年)
科學生涯
研究領域物理學家
機構弗羅茨瓦夫大學
亞琛科技大學
海德堡大學
基爾大學
博士導師羅伯特·本生
格奧爾格·赫爾曼·昆克
博士生愛德華·安德拉德
瓦爾特·科塞爾
保羅·赫茲
菲利普·萊納德

菲利普·馮·萊納德(德語:Philipp von Lenard,1862年6月7日—1947年5月20日),德國物理學家,1905年諾貝爾物理學獎獲得者。

萊納德在研究陰極射線時曾獲得卓越成果,為此獲得諾貝爾獎;他用實驗發現了光電效應的重要規律;他也提出過一種原子結構設想。

生平

菲利普·萊納德於1862年6月7日出生在匈牙利普雷斯堡(現斯洛伐克布拉迪斯拉發),父母來自奧地利蒂羅爾。他先後在布達佩斯大學維也納大學柏林大學海德堡大學學習物理學,曾是羅伯特·威廉·本生亥姆霍茲萊奧·柯尼希斯貝格爾(Leo Königsberger)和格奧爾格·赫爾曼·昆克(Georg Hermann Quincke)的學生,1886年在海德堡大學獲得博士頭銜。

1892年起任波恩大學的講師和海因里希·魯道夫·赫茲教授的助手,1894年被任命為布雷斯勞大學的教授,1895年成為亞琛工業大學的物理學教授,1896年海德堡大學理論物理學教授,1898年為基爾大學教授。

萊納德在希特勒上台後加入了納粹黨籍,在多次在公開場合批判猶太人科學家愛因斯坦,宣揚希特勒的理論,推崇「雅利安物理學」。1945年二戰結束後,盟軍考慮到萊納德年事已高,免除了對他的非納粹化措施,但取消了他的海德堡大學終身教授名譽。萊納德於1947年在德國梅塞爾豪森去世,他的遺產現存於慕尼黑德意志博物館

研究

早期研究

萊納德的第一項研究成果是在力學領域,他發表了一篇關於墜落水滴的振動及相關問題的論文,1894年整理出版了赫茲的遺作《力學原理》。

萊納德很快對磷光熒光現象發生了興趣,這種在黑暗中發出的神秘的微弱亮光,從小就吸引了萊納德,他曾和他的同學加熱氟晶體讓它發出熒光。萊納德與天文學家沃爾夫(W. Wolf)合作開始研究當焦棓酚硫磺酸鹽混合時的發光現象,以發展照相技術,他們發現發光光度取決於焦棓酚的氧化程度。與此同時,萊納德完成了對磁性的研究,並和克拉特(V. Klatt)共同發表了關於硫化鈣等自發光物質的研究成果,他們發現硫化鈣在接受事先的光照後會在黑暗中發光,但必須在一個條件下,即硫化鈣中至少包含少量重金屬,如,以形成晶體,晶體決定了發光的顏色、強度和持續時間;純的硫化鈣是不會發光的。這項成果開始了萊納德接下來長達18年陰極射線的研究。

陰極射線

1888年萊納德在海德堡大學昆克手下工作,他完成了他關於陰極射線的第一項研究成果,他研究了當時赫茲關於陰極射線有與紫外線相似特性的觀點,並設計了一個實驗,以探究陰極射線是否像紫外線一樣,能夠通過放電管壁上的石英窗,他獲得的結果是陰極射線沒有這樣的特性。但是後來,1892年他在波恩大學做赫茲的助手時,赫茲讓他觀察了他的新發現,赫茲將一片蓋上箔的含玻璃片放入放電管,當用陰極射線轟擊鋁箔時,鋁箔下面發出了亮光。赫茲因此建議可以用鋁薄板將放電管內的空間一分為二,在空間的一部分內,陰極射線由常規的方法產生,而在空間的另一部分,可以在真空的條件下觀察陰極射線。赫茲由於過於忙碌,便授權萊納德做這個實驗,他後來因此獲得了「萊納德窗」的重要發現。

在嘗試了不同厚度的鋁箔後,萊納德終於在1894年發表了他的重要發現,用於封閉放電管的石英板可以用鋁箔代替,鋁箔的厚度恰好能夠保持放電管內的真空狀態,但又必須足夠薄以讓陰極射線能夠通過這樣,這樣不但能研究陰極射線,也能研究陰極射線在放電管外引起的熒光現象。萊納德從實驗得出結論,陰極射線在空氣中只能傳播分米級的距離,而在真空中卻可以傳播數米而不會衰減。在赫茲1892年宣稱陰極射線不可能是粒子,而只能是一種乙太波的觀點後,萊納德曾表示贊同,但是後來在讓·佩蘭(1895年)、約瑟夫·湯姆孫(1897年)和威廉·維恩(1897年)的研究成果證明了陰極射線的粒子特性後,萊納德放棄了這一觀點。湯姆孫最後作出了陰極射線是由帶負電的電子組成的結論。

光電效應

此後,萊納德又繼續拓展赫茲關於光電效應的研究,他分析了在高真空環境下光電效應的特性和本質,證明了當紫外線照射在金屬上時,會使電子從金屬表面逸出,並在真空中傳播,電子在電場中被加速或減速,電子軌跡在磁場中改變。通過精確的實驗,他證明發射的電子數量正比於入射光所帶的能量,而電子的速度,或者說它們的動能,卻與入射光能量無關,當入射光的波長減小時,電子速度增大。這個事實與當時的理論是相衝突的,經典物理學無法解釋萊納德的光電效應實驗結果。直到1905年愛因斯坦發表相對論光量子理論,才解釋了這一現象,後來又被羅伯特·密立根所證實,因為人們把愛因斯坦的名字冠在光量子理論上,萊納德對愛因斯坦一直耿耿於懷。

在研究過程中,萊納德還發明了一種光電管,以加速電子和測量它們的能量,這種光電管是三極管最初的雛形,不同之處在於,在萊納德的光電管中,電子是由陰極光發射的,而三極管中的陰極是白熾絲,可以向真空發射更高強度的電流。

萊納德在1902年提出,當電子通過一種氣體時,必須具有一個確定的最小能量,才能產生氣體的電離

動力子原子模型

1903年萊納德提出了一種原子結構模型的設想,他稱之為「動力子」(英語:dynamides),它們體積很小分散在廣闊的空間中,它們有質量,由許多電偶對(兩個帶電量相同、帶電符號相反的電子相連)組成,它們的數量等於原子的質量,他認為原子中的固體部分只占整個原子體積的十億分之一,動力子原子模型能解釋萊納德窗的作用,卻無法解釋更多的事實,由此是一種不成功的原子模型。但萊納德的研究為亨德里克·洛倫茲的電子理論還是貢獻良多。

後期研究

後期,萊納德又研究了光譜線的本質,發展了約翰尼斯·里德伯海因里希·凱澤(Heinrich Kayser)和卡爾·倫格(Carl Runge)的研究成果,他們提出金屬的光譜線可以分為兩類或更多類連續光譜譜系),並且這些譜系的波長之間存在明顯的數學關係。萊納德認為,每個譜系都會存在原子的確定變化,這些變化決定了各個譜系,並且可以按原子失去的電子的數目來區分。

萊納德是一個天才的實驗物理學家,他有許多重要的發現,但他宣布這些發現的重要性時卻超過了它們的真正價值,不斷和別的科學家發生衝突。雖然他獲得了眾多榮譽,比如奧斯陸大學(1911年)、德累斯頓大學(1922年)和布拉迪斯拉發大學(1942年)的榮譽博士學位、富蘭克林獎章(1905年)、德意志帝國的鷹盾勳章(1933年),並被選為海德堡的榮譽市民(1933年),他卻仍感到自己沒有受到足夠高的評價,因此會在許多國家攻擊其他物理學家。

萊納德從反猶太人的種族主義立場出發,從1920年起在多次在公開場合批判猶太人科學家愛因斯坦,並鼓吹所謂的「雅利安物理學」。希特勒上台後,萊納德加入了納粹黨籍,成為希特勒無比忠實的科學顧問,宣揚希特勒的種族主義和排猶主義理論。而作為回報,納粹黨將萊納德作為雅利安或德國物理學的領袖,納粹在物理學界的代理人。

萊納德的著作包括:《關於以太和材料》(1911年第二版)、《陰極射線的定量分析》(1918年)、《關於相對論》(1918年)和《偉大的自然科學研究者》(1930年第二版)等。

參考資料

  • 諾貝爾獎官方網站關於菲利普·萊納德生平介紹頁面存檔備份,存於網際網路檔案館
  • 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.