勒納德

勒納德從1880年開始研究陰極射線，1892年，當時任赫茲助手的勒納德研製出了帶有“勒納德窗口”的陰極射線管，該裝置可以導引陰極射線離開電離空間，從而能夠進一步獨立地研究放電過程。勒納德測量了各種樣品對陰極射線的吸收，結果表明，物體對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。雖然佩林、維恩和湯姆遜等人和他一樣都證實了陰極射線由帶負電的粒子組成，但是勒納德在1898年發表了《關於陰極射線的靜電特性》，使他取得了這一發現的優先權。

勒納德還發現高能陰極射線能夠穿過原子，他從這一現象出發正確地推斷出原子內部的空間相對來說是空虛的。後來，盧瑟福通過a粒子散射實驗也得到了同樣的證據，並提出了後人普遍接受的原子有核模型。在研究光的發射時，勒納德認為這與電子的釋放和回歸有關，他的這一觀點只是到了玻爾原子模型確定后才為人們接受。1902年勒納德發現了光電效應的重要性質：光電子數目隨光的強度增加而增加，可是光電子的動能只與光的頻率有關，與光的強度無關。

1905年諾貝爾物理學獎授予德國基爾大學的勒納德，表彰他在陰極射線方面所作的工作。

勒納德（PhilippLenard，1862—1947），德國物理學家。1862年6月7日生於匈牙利的普雷斯堡。勒納德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過物理，得到本生、亥姆霍茲和昆開的指導，1886年在海德堡大學獲得博士學位。從1892年起勒納德在波恩大學任講師，並擔任H.赫茲的助手，1894年被聘為布雷斯勞大學教授。1895年成為埃克斯-夏佩勒大學物理教授，1896年任海德堡大學理論物理學教授。1898年任基爾大學教授。

勒納德的第一項研究工作是關於力學方面的，當時他發表了一篇關於下落水滴的振動及其應用問題的論文。1894年他整理出版了赫茲遺留下的《力學原理》。

不久他對磷光和熒光現象發生了興趣，這是他從童年時代和同學們一起看到螢石在黑暗中發出微弱光亮而引起的神秘感的繼續。他和天文學家沃爾夫一起研究一種酸的發光現象，把這種酸與鹼和硫酸氫鹽混合起來研究照片的顯像過程。他發現，發光度決定於這種酸的氧化程度。與此同時，他還研究了鉍的磁性。在普雷斯堡的現代學院，他和他的第一位物理老師克拉特合作，研究了諸如硫化鈣之類的所謂的自發光物質。克拉特對這種物質已研究了一些年頭。他們共同發現，硫化鈣經過光照後會在黑暗中發光，但是硫化鈣中至少應含有微量的重金屬，如銅和鉍等，這些物質組成晶體后才有這類效應。晶體的自發光顏色、強度和發光持續時間均與晶體有關。如果硫化鈣十分純凈，它就不會發光。跟克拉特的這項合作成了勒納德後來的18年中研究陰極射線的先導。

1888年，當勒納德於海德堡大學在昆開的指導下工作時，就在陰極射線方面作了最初的研究。他研究了赫茲關於這種射線與紫外線相似的觀點。為此他做了一個實驗，觀察陰極射線是否能像紫外線一樣通過放電管壁的石英窗。他發現陰極射線不能穿過。但在1892年，他在波恩大學擔任赫茲的助手時，赫茲讓他看了自己的一項新發現：將一塊被鋁箔包著的含鈾玻璃片放入放電管中，當陰極射線轟擊這塊鋁箔時，鋁箔下面發出了光。當時赫茲以為可以用一片鋁箔將空間隔開，一邊是按普通方法產生的陰極射線，而在另一邊則是純粹狀態下的陰極射線。這個實驗以前從未做過。赫茲太忙了，沒有時間做這個實驗，就讓勒納德做，就這樣，勒納德作出了“勒納德窗”的重大發現。

勒納德用不同厚度的鋁箔做了大量實驗后，最後在1894年發表了他的重大發現。這個發現就是用來封閉放電管的石英板可用一塊鋁箔代替，鋁箔的厚度恰好可使管內保持真空，但又要薄到恰好能讓陰極射線通過。後來人們稱之為“勒納德射線”。這樣，不但能研究陰極射線，而且也能研究陰極射線在放電管外引起的熒光現象。勒納德從當時的實驗得出結論，陰極射線在空氣中的傳播距離大概是分米的數量級，而在真空中則可以傳播數米而無衰減。雖然勒納德開始時是仿照赫茲的說法，認為陰極射線是在以太中傳播的某種波，但由於得知佩蘭（J.Perrin）在1895年的研究、J.J.湯姆孫和維恩（W.Wien）在1897年分別所作的研究，他後來放棄了這個觀點。上述三位科學家證明了陰極射線的微粒性。J.J.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，這雖然與勒納德的主張不合，但勒納德的鋁箔窗實驗仍不失為推動J.J.湯姆孫發現電子的重要前提。

人們公認，勒納德對陰極射線的研究有重要貢獻，但他卻在這項研究中不斷和別的科學家發生衝突。倫琴是用勒納德設計的放電管發現X射線的。對此，勒納德有自己的看法，他堅持認為X射線只不過是他研究過的放電管外面的以太波的特殊情形。在勒納德看來，X射線乃是一種特別“硬”的陰極射線，其速度接近光速。因此勒納德對X射線發現的優先權提出了要求，他認為X射線的發現應有他的一份功勞。

開始勒納德對X射線的解釋很有市場。但到1897年以後，勒納德的觀點受到了衝擊。1896年，勒納德在英國科學促進會上以特邀代表身分發言時，他宣稱，陰極射線和X射線都是以太波，X射線實質上就是在磁場中不被偏轉的陰極射線，比普通的陰極射線硬，因此具有一定的穿透力。對此J.J.湯姆孫指出，勒納德對陰極射線本質的解釋與佩蘭的實驗結果相矛盾。佩蘭的實驗證明了，陰極射線帶有負電荷，與X射線有本質的不同。但勒納德認為，佩蘭的結論缺乏說服力，因為陰極射線的任何有意義的實驗必須在高真空條件下進行。就是在這一爭論的背景下，J.J.湯姆孫作出了重要的一些實驗，成功地使陰極射線在靜電場和磁場中發生了偏轉，並測出了陰極射線的荷質比，從而發現了電子。J.J.湯姆孫判定，構成陰極射線的微粒比人們知道的任何原子都還要小1000倍。從此以後，人們就不再把X射線和陰極射線等同起來，公認X射線是不帶電的電磁擾動。勒納德對X射線發現優先權的要求，就這樣被徹底否定了。

關於陰極射線的本質，勒納德後來還是改變了看法，並且在這一基礎上作出了進一步的貢獻，這項貢獻是對光電效應的研究。他根據他在高真空下所作的這一效應的實驗，分析了這一效應的本質。他證明，當紫外線照射到一塊金屬上時，紫外線會使電子從金屬表面逸出，然後這些電子會在真空中傳播，在電場的作用下電子得到加速或減速，或用磁場可以使電子軌跡彎曲。他通過精確的測量證明，發射的電子數正比於入射光的強度，亦即入射光所帶的能量。電子的速度，即它們的動能，卻與入射光的能量完全無關，只隨光的波長改變，當波長減小時電子的動能增加。這些事實和當時流行的理論是矛盾的，也就是說，經典理論無法解釋勒納德在光電效應方面發現的事實。一直到1905年愛因斯坦提出了光量子定律並發展了光量子理論時，才完滿解釋了這一事實。過了很久，光量子才被密立根證實。勒納德一直不原諒人們把愛因斯坦的名字冠在這個定律之上而對愛因斯坦耿耿於懷。

在進行這項工作的過程中，為了加速電子和測量它們的能量，勒納德發明了一種光電管，這跟無線電電子學中三極體的非常相近，實際上就是三極體最早的雛型。不同之處是在勒納德的光電管中，陰極發射電子是靠光的作用，而三極體中的陰極是燈絲，可向真空中發射出強得多的電流。

1902年勒納德指出，電子通過一種氣體時必須有一個最小能量值，才能引起氣體的電離。同年，勒納德從光電效應實驗得到光電效應的基本規律：電子的最大速度與光強無關，為愛因斯坦的光量子假說提供了實驗基礎。1903年勒納德發表了關於原子像一個他稱之為“動力子”的集合體的原子模型理論。動力子極其微小，分散在原子廣闊的空間里，它們有質量，可以把它們想像成電荷大小相等、符號相反的一對對電偶極子，它們的數目取決於原子的質量。他認為，原子中的這種固體物質只佔整個原子體積的10億分之一。動力子原子模型能解釋勒納德窗的作用，但無法解釋更多的事實，由此是一種不成功的原子模型。

勒納德晚年致力於研究光譜線的本質和起源。他發展了里德伯、凱瑟（Kayser）和龍格（Runge）的工作。這些科學家認為，一種金屬的光譜線可以排列成兩個或更多個不同譜系，在這些譜系的波長之間存在明顯的數學關係。勒納德指出，每個譜系都會發生原子的確定變化，這些變化決定著各個譜系，並且可以按原子所失去的電子的數目來區分。

勒納德是一位有才能的實驗家，他的一些發現的確很有價值，但他宣布這些發現的重要性時往往超過了它們的真實價值。雖然他得過很多榮譽，譬如1911年獲得克里斯蒂安尼亞（現奧斯陸）大學的博士學位，1922年獲德累斯頓大學博士學位，1933年獲日耳曼帝國鷹徽勳章，但他仍然感到自己是被忽視了，認為沒有得到足夠高的評價。他後來變成了希特勒的國社黨的忠實成員，成了積極的種族主義者和排猶主義者。第一次世界大戰後，他就反對德國魏瑪共和國的民主制度，竭力鼓吹德國軍事化。勒納德是一個深受德國戰敗影響的狹隘的民族主義者，他的兒子也在戰場上死亡，戰後通貨膨脹使他的全部積蓄喪失殆盡，這可能是勒納德從一個天才的實驗物理學家轉變成一個偏執的怪人的外因，而對英國的敵視和對愛因斯坦的嫉妒則是這種轉變的內因。勒納德在設備方面幫助過X射線的發現者倫琴，他認為這種設備上的幫助沒有得到應有的承認；他還認為J.J.湯姆孫應用過他的一些研究成果也沒有得到應有的承認。這些猜疑使他對英國科學家充滿敵視。勒納德在研究光電效應時提出過“觸發假說”，後來被愛因斯坦的量子假說所取代，愛因斯坦因此獲得1921年的諾貝爾物理學獎。愛因斯坦的成名對於他自己在科學界的聲望構成了沉重的打擊，使勒納德產生了病態的嫉妒心。早在1924年他就追隨希特勒，吹捧希特勒是“頭腦清晰的哲學家”。在希特勒統治期間，他成為納粹在物理學界的代理人。勒納德從反猶太人的種族主義立場出發，從1920年起就誹謗、攻擊愛因斯坦和相對論，全力鼓吹建立一種德國物理學，一種沒有猶太理論污染的德國物理學，並試圖通過新的政治力量達到改寫德國物理學的目的。第二次世界大戰後，勒納德被勒令離開海德堡到梅塞爾豪森，於1947年5月20日在那裡去世。