菲利普·莱纳德（综述）

                     

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图 1：莱纳德在 1905 年

　　 菲利普·爱德华·安东·冯·莱纳德（德语发音：[ˈfɪlɪp ˈleːnaʁt]，匈牙利语：Lénárd Fülöp Eduárd Antal，1862 年 6 月 7 日－1947 年 5 月 20 日）是一位匈牙利裔德国物理学家，因 “在阴极射线研究中取得的成果” 以及发现其多种性质，于 1905 年获得诺贝尔物理学奖。

　　 他最重要的贡献之一是对光电效应的实验验证：他发现，从阴极中逸出的电子的能量（速度）只依赖于入射光的频率，而与其强度无关。

　　 莱纳德是民族主义者和反犹主义者；他是纳粹意识形态的积极支持者，早在 1920 年代便支持阿道夫·希特勒，并在纳粹时期成为 “德国物理学” 运动的重要榜样。值得注意的是，他将阿尔伯特·爱因斯坦的科学贡献贬称为 “犹太物理学”。

1. 早年生活与工作

　　 菲利普·莱纳德于 1862 年 6 月 7 日出生在匈牙利王国的普雷斯堡（当时称为 Pozsony，即今日斯洛伐克的布拉迪斯拉发）。莱纳德家族最早在 17 世纪来自蒂罗尔，而他母亲的家族则源自巴登；他的父母都是讲德语的。\(^\text{[5]}\) 父亲名为菲利普·冯·莱纳德，是普雷斯堡的一位葡萄酒商人；母亲名为安东妮·鲍曼。\(^\text{[6]}\) 莱纳德在大多为日耳曼血统的祖先中也有一些马扎尔人血统。年幼的莱纳德曾就读于波若尼皇家天主教高级文理中学（Pozsonyi Királyi Katolikus Főgymnasium，今称 Gamča），据他在自传中记述，这段经历给他留下了深刻印象，尤其是他老师维吉尔·克拉特的个人魅力。\(^\text{[7]}\)1880 年，他先后在维也纳和布达佩斯学习物理和化学。\(^\text{[7]}\)

　　 1882 年，莱纳德离开布达佩斯，返回普雷斯堡。但在 1883 年，他前往海德堡，因为他申请布达佩斯大学助教职位遭到拒绝。在海德堡，他师从著名的罗伯特·本生，其间曾在柏林跟随赫尔曼·冯·亥姆霍兹学习了一个学期。他还曾师从格奥尔格·赫尔曼·昆克 \(^\text{[1]}\)，并于 1886 年获得博士学位。\(^\text{[1][8]}\)1887 年，他回到布达佩斯，在洛兰·厄特沃什手下担任演示员。\(^\text{[7]}\) 此后他曾在亚琛、波恩、布雷斯劳、海德堡（1896–1898 年）和基尔（1898–1907 年）任教，并最终于 1907 年回到海德堡大学，出任菲利普·莱纳德研究所所长。莱纳德于 1905 年当选为瑞典皇家科学院院士，1907 年成为匈牙利科学院院士。\(^\text{[7]}\) 他早期的研究涉及磷光和荧光现象以及火焰的导电性等课题。

2. 对物理学的贡献

光电效应研究

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图 2：莱纳德提出的动力子原子模型，1903 年

　　 作为物理学家，莱纳德的主要贡献在于对阴极射线的研究，他从 1888 年开始涉足这一领域。在他的研究之前，阴极射线是通过一种原始的、部分抽真空的玻璃管产生的，这种玻璃管中装有金属电极，可施加高电压。然而，这种装置使得阴极射线的研究极为困难，因为射线被封闭在玻璃管中，不易接近，同时射线也会受到玻璃管内空气分子的影响。为了解决这些问题，莱纳德设计出一种方法：在玻璃管上制作金属小窗，这些小窗既足够厚以承受内外压力差，又足够薄以允许射线穿过。借助这样的 “窗户”，他可以将阴极射线引出到实验室环境中，或者引入另一个完全抽真空的腔体中。这种窗后来被称为莱纳德窗。借助这些窗，他可以更方便地检测阴极射线，并通过涂有磷光材料的纸张来测量其强度。\(^\text{[9]}\) 特别地，他采用了一种名为十五烷基对甲苯酮的材料作为阴极射线探测剂，这种材料在探测阴极射线方面非常有效，但不幸的是，它对 X 射线不具荧光反应。这对莱纳德来说是个遗憾。 当伦琴试图复现莱纳德的实验时，发现莱纳德已经买下了市面上所有的十五烷基对甲苯酮，他不得不用氰酸铂钡（替代。恰巧的是，这种替代材料对紫外线和 X 射线都很敏感，从而让伦琴发现了 X 射线。\(^\text{[10]}\)

　　 莱纳德观察到，阴极射线在物质中的吸收程度在一阶近似下与材料的密度成正比。这一发现似乎与当时普遍认为阴极射线是某种电磁辐射的观点相矛盾。他还展示出，阴极射线可以穿过数英寸厚的常态空气，并且在穿越过程中会被散射，这意味着这些射线很可能是比空气分子还要小的粒子。他验证了一些由 J. J. 汤姆孙提出的实验结果，最终得出阴极射线实际上是带负电的高能粒子流的结论。他将这些粒子称为电量子，简称量子，这一术语借用了亥姆霍兹的说法。而汤姆孙则提出将其称为微粒，但最终 “电子” 这一名称成为了通用术语。\(^\text{[11]}\) 结合他本人及其他人早期关于阴极射线在金属中吸收行为的研究，再加上人们逐渐认识到电子是原子的组成部分，莱纳德得出一个正确的结论：原子在很大程度上是由空空间构成的。他提出：每个原子由空空间和称为 “动力子” 的电中性微粒组成，而每个 “动力子” 本身由一个电子和一个等量的正电荷组成。

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图 3：莱纳德窗管

　　 通过对克鲁克斯管的研究，莱纳德发现：在真空中用紫外光照射金属所产生的射线，在许多方面都与阴极射线类似。他最重要的观察结果是：光电效应中电子的能量与光的强度无关。然而，他对这一现象的解释是——光只是释放了原子内部已经在运动的电子，他并未将光的能量与电子的能量联系起来。\(^\text{[12]}\)

　　 这些后来被阿尔伯特·爱因斯坦解释为量子效应。爱因斯坦指出：每个具有足够能量的光量子（光子）会释放出一个光电子，因此光的强度影响的是电子的数量（通量强度），而不是电子的能量。该理论预测，阴极射线能量与入射光频率的关系图是一条斜率为普朗克常数 $h$ 的直线。这一预测在若干年后被实验证实。正是由于对光电量子理论的贡献，爱因斯坦获得了 1921 年诺贝尔物理学奖。莱纳德对公众对爱因斯坦的推崇始终持怀疑态度，他逐渐成为相对论和爱因斯坦理论的坚定怀疑者；不过，他并不否认爱因斯坦对光电效应的解释。莱纳德对威廉·伦琴所获得的荣誉也表现出极大不满。伦琴因发现 X 射线获得了 1901 年首届诺贝尔物理学奖，[13][14] 尽管伦琴是德国人、并非犹太人，莱纳德依然极为怨恨他获得的认可。莱纳德曾写道：X 射线的 “母亲” 是他自己，而不是伦琴，因为是他发明了用于产生 X 射线的实验装置。他晚年时甚至将伦琴的角色比作一个 “助产士”，只是协助 “分娩” 而已。\(^\text{[15]}\)

　　 莱纳德本人则因在阴极射线方面的研究而获得 1905 年诺贝尔物理学奖。

气象学上的贡献

　　 莱纳德是最早研究后来被称为 “莱纳德效应” 的人，时间是 1892 年。该效应指的是水滴在气动力作用下破碎时所伴随的电荷分离现象，也被称为喷雾带电效应或瀑布效应。\(^\text{[16]}\)

　　 他还研究了雨滴的大小与形状分布，并设计出一种新型风洞装置，可以在其中让不同大小的水滴悬浮几秒钟，以便观察。他是第一个认识到大型雨滴并非呈泪滴状，而是更类似于汉堡面包状的人。\(^\text{[17]}\)

3. 德意志物理学

　　 莱纳德今日被人们铭记，主要是因为他是一个极端的德国民族主义者，他蔑视所谓的 “英式物理学”，认为那是从德国 “偷来” 的思想。\(^\text{[18][19][20]}\) 由于他拒绝相对论和量子力学，莱纳德与另一位实验物理学家约翰内斯·施塔克在 20 世纪 20 年代逐渐被边缘化并遭到学界忽视。\(^\text{[21]}\) 在纳粹政权时期，莱纳德则成为公开鼓吹 “德意志物理学” 理念的代表人物。他主张德国应摒弃他所称的 “犹太物理学”——即他认为是错误且故意误导的理论，主要指的是阿尔伯特·爱因斯坦的学说，特别是他称之为 “犹太骗局” 的相对论（参见：对相对论的批评）。\(^\text{[22]}\) 在纳粹统治下，莱纳德被任命为所谓的 “雅利安物理学” 总负责人。\(^\text{[23]}\) 在他为四卷本教科书《德意志物理学》所写的前言中，他声称：正如人类创造的其他一切，科学也受到种族的决定。\(^\text{[24]}\)

　　 莱纳德的著作《科学中的伟人：科学进步史》最早于 1933 年出版英文版，\(^\text{[25]}\) 他在书中声称这些科学家都是 “雅利安科学家”。\(^\text{[26]}\) 他所选入书中的科学人物，并不包括爱因斯坦、玛丽·居里，也没有任何 20 世纪的科学家。该书 1954 年英文版的第十九页上，出版社作出了一段如今看来颇为轻描淡写的说明：“尽管莱纳德教授对前辈科学家的研究展现出深厚的学识和令人钦佩的客观态度，但一旦涉及到他同时代的人物，他往往会因强烈的现实观点而影响判断。他在世时也不愿接受对该系列最后一篇研究所提出的某些修改建议。”

　　 德国的纳粹主义意识形态鼓吹者声称，相对论与唯物主义和马克思主义密不可分。\(^\text{[27]}\) 其中最著名的代表人物便是莱纳德。\(^\text{[27]}\) 莱纳德后来成为 “德意志物理学”（Deutsche Physik，即 “雅利安物理学”）的领袖人物，该科学哲学体系将阿尔伯特·爱因斯坦及其他犹太物理学家的贡献贬斥为 “犹太物理学”。\(^\text{[28]}\) 爱因斯坦揭示了光电效应的机制，这是莱纳德虽在实验上观测到但在理论上未能解释清楚的现象。\(^\text{[28]}\)

　　 莱纳德称爱因斯坦的理论是 “犹太人的骗局”。\(^\text{[29]}\) 他尤其痛恨基于高等数学的物理学。\(^\text{[30]}\) 莱纳德本人，以及当时许多实验物理学家，普遍不理解高级数学。\(^\text{[31]}\) 他们通常用文字（而非数学语言）来描述实验室中的观察结果。\(^\text{[31]}\)

4. 晚年

　　 1931 年，莱纳德从海德堡大学理论物理教授职位上退休，并获得名誉教授（荣休）的头衔。然而，1945 年，盟军占领当局将他从该职位驱逐，当时他已年满 83 岁。位于海德堡的赫尔姆霍兹中学曾在 1927 年至 1945 年间以他命名为 “菲利普·莱纳德学校”。但随着战后清除纳粹街道名称和纪念碑的政策推行，该校于 945 年 9 月根据盟军军事政府的命令改名。\(^\text{[32]}\) 莱纳德于 1947 年在德国梅塞尔豪森去世。

5. 荣誉与奖项

　　 2005 年，月球北极附近有一座环形山以莱纳德命名（2008 年正式批准）。但在 2020 年，国际天文学联合会（IAU）得知莱纳德与纳粹的联系后，决定取消该名称。\(^\text{[34][35]}\)

6. 文化描写

7. 参考书目

8. 另见

9. 注释

  1. “1905 年诺贝尔物理学奖”，NobelPrize.org，访问日期：2024 年 9 月 15 日。
  2. Andrade, E.N. da C.（1962 年 7 月）：“一些个人回忆”，收录于 Ewald, P.P. 编《X 射线晶体学五十年》，英格兰切斯特：国际晶体学联合会。ISBN 978-1-4615-9961-6。
  3. Hellner, E.E.; Ewald, P.P.（1962）：“德国”，收录于 Ewald, P.P. 编《X 射线衍射五十年：献给国际晶体学联合会慕尼黑纪念大会》，美国波士顿：Springer US。doi:10.1007/978-1-4615-9961-6。ISBN 978-1-4615-9963-0。
  4. “Lénárd Fülöp (1862–1947)”，Sulinet（匈牙利语），原文存档于 2007 年 11 月 16 日。
  5. Pöss, Ondrej（2012）：“喀尔巴阡地区的德国人”，收录于 Nagy, Myrtil 编《我们的少数民族》，沙莫林：少数民族研究论坛研究所，第 9–12 页。ISBN 978-80-89249-57-2。
  6. 《新德国传记辞典》第 14 卷，1984 年，慕尼黑出版
  7. Palló, Gabriel（1997）：〈电子与以太物理学：费吕普·莱纳德（1862–1947）*〉，载于《物理评论》，匈牙利科学院物理科学部，第 116 页。内容根据著名物理学家菲利普·莱纳德的自传所写，原文标题为《一位自然科学家的回忆：亲历帝国、犹太人和希特勒》，写于 1930 年 9 月至 1931 年 3 月。
  8. “Lénárd Fülöp”，来源：Mek.iif.hu，访问日期：2013 年 7 月 13 日。
  9. Lenard, Philipp（1894）：“关于在常压气体与极高真空中的阴极射线”，《物理年鉴》，第 287 卷第 2 期，第 225–267 页。Bibcode:1894AnP...287..225L。doi:10.1002/andp.18942870202。
  10. Schwarcz, Joe.《正确的化学：X 射线的发现永远改变了医学》，刊载于《蒙特利尔公报》（，访问日期：2024 年 9 月 17 日。
  11. 《莱纳德的诺贝尔演讲（1906）》，访问日期：2023 年 7 月 7 日。
  12. Wheaton, Bruce R.（1978）：〈菲利普·莱纳德与光电效应，1889–1911〉，载于《物理科学史研究》，第 9 卷，第 299–322 页。doi:10.2307/27757381；JSTOR 编号：27757381。
  13. 《当科学变得丑陋——菲利普·莱纳德与阿尔伯特·爱因斯坦的故事》，发表于 2015 年 6 月 16 日，访问日期：2018 年 8 月 25 日。
  14. 《科学变得政治化，爱因斯坦在国家地理频道《天才》中被解雇》，发表于 Space.com，2017 年 5 月 9 日。
  15. Glaser, Otto（1953 年 7 月）：〈科学的人性一面〉，刊于《克利夫兰诊所医学期刊》，第 20 卷第 3 期，第 400–406 页，访问日期：2025 年 5 月 15 日。
  16. “美国气象学会术语词汇”，来源：Amsglossary.allenpress.com，2013 年 6 月 25 日。原始页面于 2012 年 2 月 5 日存档。访问日期：2013 年 7 月 13 日。
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  18. Rydell, Anders（2017 年 2 月 7 日）：《偷书贼：纳粹对欧洲图书馆的掠夺与归还文学遗产的竞赛》，企鹅出版社，第 86 页起。ISBN 978-0-7352-2124-6。
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  23. 诺贝尔奖 1905 年
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  33. Moigno, Abbé François Napoléon Marie（1898）：“拉卡兹奖”，载于《宇宙：科学与其应用评论》，第 38 卷第 678 期，第 122 页。
  34. Ball, Philipp（2020 年 6 月 26 日）：《天文学家不知情地将月球陨石坑命名为纳粹人物》，刊于 Prospect Magazine，访问日期：2020 年 6 月 26 日。
  35. “菲利普·莱纳德”，美国地质调查局天体地质研究项目，《行星命名地名志》。
  36. 《天才》第 1 集，IMDb.com，访问日期：2017 年 5 月 6 日。

10. 参考文献

11. 外部链接


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