菲利普·萊納德

菲利普·馮·萊納德（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日出生在匈牙利的普雷斯堡（現斯洛伐克布拉提斯拉瓦），父母來自奧地利的蒂羅爾。他先後在布達佩斯大學、維也納大學、柏林大學和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·柯尼希斯貝格爾和格奧爾格·赫爾曼·昆克的學生，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的德意志博物館。

## 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》。

萊納德很快對磷光和螢光現象發生了興趣，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螢光。萊納德與天文學家沃爾夫（W. Wolf）合作開始研究當焦棓酚與鹼和硫磺酸鹽混合時的發光現象，以發展照相技術，他們發現發光的光度取決於焦棓酚的氧化程度。與此同時，萊納德完成了對鉍的磁性的研究，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，如銅和鉍，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，赫茲將一片蓋上鋁箔的含鈾玻璃片放入放電管，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螢光現象。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和光量子理論，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，這種光電管是三極體最初的雛形，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，而三極體中的陰極是白熾絲，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·凱澤和卡爾·倫格的研究成果，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）、德勒斯登大學（1922年）和布拉提斯拉瓦大學（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
- 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.

## 基本資料

- 日語原文：菲利普·萊納德、Philipp Lenard
- 出生日期：1862年6月7日
- 出生地：奧地利帝國匈牙利王國普雷斯堡（現斯洛伐克布拉提斯拉瓦）
- 逝世日期：1947年5月20日
- 逝世地：德國梅塞爾豪森
- 居住地：德國
- 國籍：奧匈帝國（1907年前）、德國（1907年後）
- 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
- 母校：海德堡大學
- 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
- 知名於：陰極射線
- 獲獎：諾貝爾物理學獎（1905年）