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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
Lenard.jpg
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 Nobel prize medal.svg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
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[編輯]

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。

萊納德在希特拉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,宣揚希特拉的理論,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[編輯]

早期研究[編輯]

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[編輯]

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,而只能是一種以太波的觀點後,萊納德曾表示贊同,但是後來在讓·佩蘭(1895年)、約瑟夫·湯姆生(1897年)和威廉·維因(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。湯姆生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[編輯]

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[編輯]

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佔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·勞侖茲的電子理論還是貢獻良多。

後期研究[編輯]

後期,萊納德又研究了光譜線的本質,發展了約翰尼斯·芮得柏海因里希·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,但他宣佈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「德意志物理學」。希特拉上台後,萊納德加入了納粹黨籍,成為希特拉無比忠實的科學顧問,宣揚希特拉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[編輯]

  • 諾貝爾獎官方網站關於菲利普·萊納德生平介紹
  • 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.