菲利普·莱纳德

菲利普·莱纳德 菲利普?莱纳德 勒纳德从1880年开始研究阴极射线，1892年，当时任赫兹助手的勒纳德研制出了带有“勒纳德窗口”的阴极射线管，该装置可以导引阴极射线离开电离空间，从而能够进一步独立地研究放电过程。勒纳德测量了各种样品对阴极射线的吸收，结果明，物体对阴极射线的吸收与其密度成反比，阴极射线在物体中的穿透能力随着电压的升高而增强。虽然佩林、维恩和汤姆逊等人和他一样都证实了阴极射线由带负电的粒子组成，但是勒纳德在1898年发表了《关于阴极射线的静电特性》，使他取得了这一发现的优先权。 勒纳德还发现高能阴极射线能够穿过原子，他从这一现象出发正确地推断出原子内部的空间相对来说是空虚的。后来，卢瑟福通过a粒子散射实验也得到了同样的证据，并提出了后人普遍接受的原子有核模型。在研究光的发射时，勒纳德认为这与电子的释放和回归有关，他的这一观点只是到了玻尔原子模型确定后才为人们接受。1902年勒纳德发现了光电效应的重要性质:光电子数目随光的强度增加而增加，可是光电子的动能只与光的频率有关，与光的强度无关。 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，赫兹将一片盖上铝箔的含铀玻璃片放入放电管，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?巴蒂斯特?皮兰(1895年)、约瑟夫?汤姆生(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。汤姆生最后作出了阴极射线是由带负电的电子组成的结论。 此后，莱纳德又继续拓展赫兹关于光电效应的研究，他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和光量子理论，才解释了这一现象，后来又被罗伯特?安德鲁?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。 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，莱纳德又研究了光谱线的本质，发展了里德伯、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 [1] 诺贝尔物理学资料网