菲利普·萊納德（德國(guó)物理學(xué)家，發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)的重要規(guī)律）

菲利普·萊納德（Philipp Eduard Anton von Lénárd，1862年6月7日-1947年5月20日），德國(guó)物理學(xué)家，1905年他接受了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。

萊納德在研究陰極射線時(shí)曾獲得卓越成果，為此獲得諾貝爾獎(jiǎng)；他用實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)的重要規(guī)律；他也提出過(guò)一種原子結(jié)構(gòu)設(shè)想。萊納德像他同時(shí)代的湯姆孫和盧瑟福一樣是著名的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，但是他反對(duì)愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論。萊納德是一個(gè)狹隘民族主義者，曾是希特勒的物理學(xué)顧問(wèn)。盡管如此，萊納德仍是一位優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。

人物生平

1862年6月7日，菲利普·萊納德出生在匈牙利的普雷斯堡（現(xiàn)斯洛伐克布拉迪斯拉發(fā)），父母來(lái)自?shī)W地利的蒂羅爾。他先后在布達(dá)佩斯大學(xué)、維也納大學(xué)、柏林大學(xué)和海德堡大學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)，曾是本生、亥姆霍茲、萊奧·柯尼希斯貝格爾和格奧爾格·赫爾曼·昆克的學(xué)生。

1886年在海德堡大學(xué)獲得博士頭銜。

1892年起任波恩大學(xué)的講師和赫茲教授的助手。

1894年被任命為布雷斯勞大學(xué)的教授。

1895年成為亞琛工業(yè)大學(xué)的物理學(xué)教授。

1896年海德堡大學(xué)理論物理學(xué)教授。

1898年為基爾大學(xué)教授。

萊納德在希特勒上臺(tái)后加入了納粹黨籍，在多次在公開場(chǎng)合批判猶太人科學(xué)家，宣揚(yáng)希特勒的理論。

1905年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1945年二戰(zhàn)結(jié)束后，美國(guó)考慮到萊納德年事已高，免除了對(duì)他的非納粹化措施。

1947年萊納德在德國(guó)梅塞爾豪森去世，他的遺產(chǎn)現(xiàn)存于慕尼黑的德意志博物館。

主要成就

陰極射線

1880年萊納德開始研究陰極射線，

1892年，當(dāng)時(shí)任赫茲助手的萊納德研制出了帶有“萊納德窗口”的陰極射線管，該裝置可以導(dǎo)引陰極射線離開電離空間，從而能夠進(jìn)一步獨(dú)立地研究放電過(guò)程。萊納德測(cè)量了各種樣品對(duì)陰極射線的吸收，結(jié)果表明，物體對(duì)陰極射線的吸收與其密度成反比，陰極射線在物體中的穿透能力隨著電壓的升高而增強(qiáng)。雖然佩林、維恩和湯姆遜等人和他一樣都證實(shí)了陰極射線由帶負(fù)電的粒子組成，但是萊納德在1898年發(fā)表了《關(guān)于陰極射線的靜電特性》，使他取得了這一發(fā)現(xiàn)的優(yōu)先權(quán)。

萊納德還發(fā)現(xiàn)高能陰極射線能夠穿過(guò)原子，他從這一現(xiàn)象出發(fā)正確地推斷出原子內(nèi)部的空間相對(duì)來(lái)說(shuō)是空虛的。后來(lái)，盧瑟福通過(guò)a粒子散射實(shí)驗(yàn)也得到了同樣的證據(jù)，并提出了后人普遍接受的原子有核模型。在研究光的發(fā)射時(shí)，萊納德認(rèn)為這與電子的釋放和回歸有關(guān)，他的這一觀點(diǎn)只是到了玻爾原子模型確定后才為人們接受。

1902年萊納德發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)的重要性質(zhì)：光電子數(shù)目隨光的強(qiáng)度增加而增加，可是光電子的動(dòng)能只與光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。

陰極射線1888年萊納德在海德堡大學(xué)昆克手下工作，他完成了他關(guān)于陰極射線的第一項(xiàng)研究成果，他研究了當(dāng)時(shí)赫茲關(guān)于陰極射線有與紫外線相似特性的觀點(diǎn)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，以探究陰極射線是否像紫外線一樣，能夠通過(guò)放電管壁上的石英窗，他獲得的結(jié)果是陰極射線沒(méi)有這樣的特性。

1892年他在波恩大學(xué)做赫茲的助手時(shí)，赫茲讓他觀察了他的新發(fā)現(xiàn)，赫茲將一片蓋上鋁箔的含鈾玻璃片放入放電管，當(dāng)用陰極射線轟擊鋁箔時(shí)，鋁箔下面發(fā)出了亮光。赫茲因此建議可以用鋁薄板將放電管內(nèi)的空間一分為二，在空間的一部分內(nèi)，陰極射線由常規(guī)的方法產(chǎn)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。赫茲由于過(guò)于忙碌，便授權(quán)萊納德做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，他后來(lái)因此獲得了“萊納德窗”的重要發(fā)現(xiàn)。

在嘗試了不同厚度的鋁箔后，萊納德終于在1894年發(fā)表了他的重要發(fā)現(xiàn)，用于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(nèi)的真空狀態(tài)，但又必須足夠薄以讓陰極射線能夠通過(guò)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(xiàn)象。萊納德從實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，陰極射線在空氣中只能傳播分米級(jí)的距離，而在真空中卻可以傳播數(shù)米而不會(huì)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(diǎn)后，萊納德曾表示贊同，但是后來(lái)在讓·巴蒂斯特·皮蘭（1895年）、約瑟夫·湯姆生（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后，萊納德放棄了這一觀點(diǎn)。湯姆生最后作出了陰極射線是由帶負(fù)電的電子組成的結(jié)論。

光電效應(yīng)

光電效應(yīng)此后，萊納德又繼續(xù)拓展赫茲關(guān)于光電效應(yīng)的研究，他分析了在高真空環(huán)境下光電效應(yīng)的特性和本質(zhì)，證明了當(dāng)紫外線照射在金屬上時(shí)，會(huì)使電子從金屬表面逸出，并在真空中傳播，電子在電場(chǎng)中被加速或減速，電子軌跡在磁場(chǎng)中改變。通過(guò)精確的實(shí)驗(yàn)，他證明發(fā)射的電子數(shù)量正比于入射光所帶的能量，而電子的速度，或者說(shuō)它們的動(dòng)能，卻與入射光能量無(wú)關(guān)，當(dāng)入射光的波長(zhǎng)減小時(shí)，電子速度增大。這個(gè)事實(shí)與當(dāng)時(shí)的理論是相沖突的，經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋萊納德的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

直到1905年愛(ài)因斯坦發(fā)表相對(duì)論和光量子理論，才解釋了這一現(xiàn)象，后來(lái)又被羅伯特·安德魯·密立根所證實(shí)，因?yàn)槿藗儼褠?ài)因斯坦的名字冠在光量子理論上，萊納德對(duì)愛(ài)因斯坦一直耿耿于懷。

在研究過(guò)程中，萊納德還發(fā)明了一種光電管，以加速電子和測(cè)量它們的能量，這種光電管是三極管最初的雛形，不同之處在于，在萊納德的光電管中，電子是由陰極光發(fā)射的，而三極管中的陰極是白熾絲，可以向真空發(fā)射更高強(qiáng)度的電流。萊納德在1902年提出，當(dāng)電子通過(guò)一種氣體時(shí)，必須具有一個(gè)確定的最小能量，才能產(chǎn)生氣體的電離。

動(dòng)力子原子模型

動(dòng)力子原子模型1903年萊納德提出了一種原子結(jié)構(gòu)模型的設(shè)想，他稱之為“動(dòng)力子”（英語(yǔ)：dynamides），它們體積很小分散在廣闊的空間中，它們有質(zhì)量，由許多電偶對(duì)（兩個(gè)帶電量相同、帶電符號(hào)相反的電子相連）組成，它們的數(shù)量等于原子的質(zhì)量。

他認(rèn)為原子中的固體部分只占整個(gè)原子體積的十億分之一，動(dòng)力子原子模型能解釋萊納德窗的作用，卻無(wú)法解釋更多的事實(shí)，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(xiàn)良多。

后期研究

菲利普·萊納德后期，萊納德又研究了光譜線的本質(zhì)，發(fā)展了里德伯、海因里希·凱澤（HeinrichKayser）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(xù)光譜（譜系），并且這些譜系的波長(zhǎng)之間存在明顯的數(shù)學(xué)關(guān)系。

萊納德認(rèn)為，每個(gè)譜系都會(huì)存在原子的確定變化，這些變化決定了各個(gè)譜系，并且可以按原子失去的電子的數(shù)目來(lái)區(qū)分。萊納德是一個(gè)天才的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，他有許多重要的發(fā)現(xiàn)，但他宣布這些發(fā)現(xiàn)的重要性時(shí)卻超過(guò)了它們的真正價(jià)值，不斷和別的科學(xué)家發(fā)生沖突。雖然他獲得了眾多榮譽(yù)，比如奧斯陸大學(xué)（1911年）、德累斯頓大學(xué)（1922年）和布拉迪斯拉發(fā)大學(xué)（1942年）的榮譽(yù)博士學(xué)位、富蘭克林獎(jiǎng)?wù)拢?905年）、德意志帝國(guó)的鷹盾勛章（1933年），并被選為海德堡的榮譽(yù)市民（1933年），他卻仍感到自己沒(méi)有受到足夠高的評(píng)價(jià)，因此會(huì)在許多國(guó)家攻擊其他物理學(xué)家。

德意志物理學(xué)

萊納德從反猶太人的種族主義立場(chǎng)出發(fā)，從1920年起在多次在公開場(chǎng)合批判猶太人科學(xué)家愛(ài)因斯坦，并鼓吹所謂的“德意志物理學(xué)”。

希特勒上臺(tái)后，萊納德加入了納粹黨籍，成為希特勒無(wú)比忠實(shí)的科學(xué)顧問(wèn)，宣揚(yáng)希特勒的種族主義和排猶主義理論。而作為回報(bào)，納粹黨將萊納德作為雅利安或德國(guó)物理學(xué)的領(lǐng)袖，納粹在物理學(xué)界的代理人。

萊納德的著作包括：《關(guān)于以太和材料》（1911年第二版）、《陰極射線的定量分析》（1918年）、《關(guān)于相對(duì)論》（1918年）和《偉大的自然科學(xué)研究者》（1930年第二版）等。