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菲利普·莱纳德

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Philipp Lenard
菲利普·莱纳德
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)
研究領域 物理学家
任职於 弗罗茨瓦夫大学
亚琛科技大学
海德堡大学
基尔大学
母校 海德堡大学
博士導師 罗伯特·本生
著名成就 阴极射线
獲獎 Nobel prize medal.svg诺贝尔物理学奖(1905年)
菲利普·莱纳德

菲利普·冯·莱纳德(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。

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,而只能是一种以太波的观点后,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.