??愛因斯坦因光電效應(yīng)獲得 1921 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。但是為什么無論是當(dāng)時(shí)還是現(xiàn)在，愛因斯坦都是以他在相對(duì)論方面的工作而聞名。好吧，這一切都與一個(gè)名叫菲利普·萊納德 (Philipp Lenard) 的人有關(guān)，他在光電效應(yīng)方面的實(shí)驗(yàn)啟發(fā)了愛因斯坦的理論。

??萊納德是一個(gè)很令人追崇的人。他的工作在開始的時(shí)候啟發(fā)了愛因斯坦，并兩人成為了朋友。然而由于各種陰差陽錯(cuò)的組合，包括對(duì)物理學(xué)的熱愛、科學(xué)方面的失望、民族主義和精神上的弱點(diǎn)，他最終成為愛因斯坦最大的克星之一。這是一個(gè)物理學(xué)方面的故事，也是關(guān)于一個(gè)人墮入瘋狂和法西斯主義的故事。這方面往事讓我們聽 Kathy 老師娓娓道來吧。

??一位名叫海因里?！ず掌澋哪贻p德國科學(xué)家于 1887 年 5 月發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。赫茲利用在感應(yīng)線圈上安裝天線發(fā)現(xiàn)了無線電波，可以通過在遠(yuǎn)處的接收線圈輸出端產(chǎn)生的小火花來捕獲房間另外一端的大的放電火花。由于接收線圈中的火花非常小，赫茲決定將其放在暗箱中， 如此這般，感應(yīng)線圈發(fā)出的明亮火花就不會(huì)分散他的注意力。令他驚訝的是，當(dāng)他這樣做時(shí)，接收器中的火花“明顯變小了”。

??赫茲開始在他的****火花和接收火花之間放置各種屏幕，發(fā)現(xiàn)玻璃會(huì)減少火花，而石英則不會(huì)。因?yàn)椴Ａ?huì)阻擋紫外線，而石英不會(huì)。赫茲決定，來自紫外線光線的能量一定是放大了電火花。除了那個(gè)觀察之外，赫茲沒有嘗試“任何關(guān)于觀察到的現(xiàn)象背后的理論” 了。這最終被稱為光電效應(yīng)。Photo 為光，Electric 為電。

??盡管赫茲沒有提出任何理論。許多其他人也嘗試過，包括一位 27 歲的德國血統(tǒng)匈牙利研究生 Philipp Lenard，他正在努力獲得大學(xué)中的永久職位。當(dāng)時(shí)在德國，27 歲被認(rèn)為已經(jīng)很老了，沒有固定的物理學(xué)職位。

??好吧，我知道 Lenard 觀察到，當(dāng)光滑的金屬板被強(qiáng)烈的紫外線照射時(shí)，它們看起來開始變得不那么光滑了。對(duì)此，萊納德有一個(gè)有趣的理論，即電只能由灰塵而不是由氣體攜帶，正是因?yàn)樽贤饩€使得導(dǎo)體帶電，從而聚集了灰塵，就使得金屬板板材看起來粗糙?；旧袭?dāng)時(shí)所有人都忽略了這個(gè)理論，之后再?zèng)]有進(jìn)一步發(fā)展。

??然而三年后，萊納德的運(yùn)氣發(fā)生了變化，他設(shè)法找到了一份工作，擔(dān)任他心目中的英雄海因里?！ず掌?(Heinrich Hertz) 的助手。

??當(dāng)時(shí)赫茲正在研究真空管中產(chǎn)生的陰極射線，或者不可見射線，它可以使磷粉發(fā)光。赫茲發(fā)現(xiàn)陰極射線可以穿過薄金屬片。他告訴萊納德制作一個(gè)帶有鋁制屏障的真空管。你可能會(huì)問赫茲為什么不親自做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。這可能是因?yàn)楹掌濋_始頭痛得厲害，并且一直感到惡心。

??獨(dú)自留在實(shí)驗(yàn)室里，萊納德不僅研究了在不同真空之間用鋁屏障的陰極射線，他還更進(jìn)一步，在真空管和空氣之間制作了一個(gè)鋁窗。令他驚訝的是，陰極射線可以在空氣中傳播幾英寸。

??萊納德確信他的 Lenard 真空管最終會(huì)使他在科學(xué)界名聲大噪。他于 1893 年 12 月發(fā)表了他的結(jié)果。不幸的是，幾周后赫茲就去世了，萊納德抽出時(shí)間來編輯赫茲作品和傳記的德文和英文紀(jì)念冊(cè)。這段時(shí)間的分心對(duì)萊納德來說非常走運(yùn)了，因?yàn)榫驮诘诙?，另一位名叫威廉·倫琴的德國科學(xué)家用很厚磷光屏對(duì) Lenard 管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)了一種新的射線，倫琴稱之為 X 射線。突然間，整個(gè)世界都陷入了 X 射線的狂熱之中。

??起初萊納德對(duì)這一發(fā)現(xiàn)感到興奮，并給倫琴寫了一封善意的感謝信：“因?yàn)槟惴欠驳陌l(fā)現(xiàn)在廣泛的圈子里引起了如此顯著的關(guān)注，我的微薄工作也受到了關(guān)注。”  起初萊納德是正確的，因?yàn)樗麄兌奸_始獲得無數(shù)獎(jiǎng)牌，包括英格蘭的拉姆福德獎(jiǎng)牌和意大利的馬托奇梅德爾獎(jiǎng)牌。

??萊納德終于獲得了副教授的職位，并在建立了他的實(shí)驗(yàn)室后決定結(jié)婚。正如他所說，“有很多教授的女兒正在等待結(jié)婚?！?/p>

??很快他就被任命為正教授，他的事業(yè)和家庭生活似乎都安穩(wěn)了。然而在 1897 年，一位名叫 J.J.Thompson 的英國人證明了陰極射線根本不是一種光， 而是一束帶電的粒子，我們現(xiàn)在稱為電子的粒子。

??隨著電子的發(fā)現(xiàn)，萊納德發(fā)現(xiàn)他在陰極射線方面的所有工作都變得毫無意義。更糟糕的是，如果陰極射線是一個(gè)粒子，而 X 射線，也就是我們現(xiàn)在認(rèn)為的超紫外光與陰極射線之間就沒有任何關(guān)系了， 雖然萊納德發(fā)現(xiàn)陰極射線可以在空氣中傳播。也就是說，萊納德以為倫琴只是在空氣中發(fā)現(xiàn)了一種新型的陰極射線，但實(shí)際上倫琴有新發(fā)現(xiàn)，而萊納德沒有。

??這是一場慘敗。萊納德重復(fù)了 JJ 湯普森的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)射線在各個(gè)方面都表現(xiàn)得像帶負(fù)電荷的移動(dòng)粒子。然后萊納德有了一個(gè)巧妙的想法，如果他的舊理論，即電荷只由塵埃攜帶是正確的， 那么所謂的塵埃實(shí)際上就是陰極射線電子。1899 年 10 月，萊納德發(fā)表了用紫外光產(chǎn)生陰極射線論文。他通過石英屏將紫外光照射到真空管中并研究管內(nèi)的光電射線，從而演示了紫外光產(chǎn)生電子現(xiàn)象。

??對(duì)萊納德來說不幸的是，英國人 J.J.Thompson 幾乎在同一時(shí)間發(fā)表了類似的結(jié)果。所以他覺得他沒有因那個(gè)發(fā)現(xiàn)獲得相應(yīng)的認(rèn)可。然后，人們對(duì)理解光電效應(yīng)的突破發(fā)生在 1900 年 12 月。當(dāng)時(shí)一位名叫馬克斯·普朗克的德國科學(xué)家發(fā)表了他的黑體輻射方程。他假設(shè)光子的能量等于常數(shù)乘以光頻率。這可以解釋為什么紫外線可以具有產(chǎn)生光電效應(yīng)，而可見光卻不能。由于紫外線具有較高的頻率，因此對(duì)應(yīng)的光子能量高。

??然而，萊納德沒有普朗克研究結(jié)果與光電效應(yīng)之間的聯(lián)系，坦率地說，普朗克也沒有看到。與此同時(shí)，在 1901 年，諾貝爾獎(jiǎng)決定將諾貝爾物理學(xué)授予倫琴，以表彰他發(fā)現(xiàn)了 X 射線，但根本沒有提及萊納德。萊納德非常沮喪，到處宣講他受到了不公平的對(duì)待， 決心以其他方式獲得別人對(duì)他的認(rèn)可。

??Lenard 繼續(xù)研究紫外線在真空管中產(chǎn)生的粒子。萊納德發(fā)現(xiàn)，如果他在真空管電極之間反方向施加電壓，可以將電子驅(qū)回被照射的板?！熬拖褚粔K石頭被扔上去會(huì)落回地面一樣?！?/p>▲ 圖1.3.9 光電子被反向電壓驅(qū)動(dòng)返回

??現(xiàn)在他可以通過實(shí)驗(yàn)施加足夠電壓來驅(qū)回電子，從而測(cè)量電子的最大初始動(dòng)能，這顯然與電子的速度有關(guān)。令他驚訝的是，初始速度與光的強(qiáng)度無關(guān)。換句話說，更強(qiáng)的光會(huì)產(chǎn)生更多的電子，但并沒有給單個(gè)電子更多的能量。這是怎么一回事呢？

??對(duì)此，萊納德有一個(gè)有趣但結(jié)果是錯(cuò)誤的結(jié)論。萊納德認(rèn)為，由于電子的速度與光的強(qiáng)度無關(guān)，所以能量根本不是來自光。相反，他認(rèn)為光會(huì)釋放分子中固有的能量，就像“引信觸發(fā)上膛的子彈一樣?！?這個(gè)觸發(fā)理論被普遍認(rèn)為是正確的，甚至直到 1909 年還被寫成普遍接受的物理定律之一。

??然后在 1905 年，三件事徹底改變了萊納德的生活。首先是萊納德因其在陰極射線方面的工作而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。盡管有 14 位頂尖科學(xué)家提名 JJ Thomson 發(fā)現(xiàn)電子，但只有兩位科學(xué)家提名 萊納德。不過別擔(dān)心，JJ Thomson 第二年就獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

??在他的獲獎(jiǎng)感言中，萊納德坦率地承認(rèn)了包括許多猶太科學(xué)家在內(nèi)的其他人的工作，并坦誠的說他并不總能促使想法開花結(jié)果。他說：“我從來都不是采摘果實(shí)的人， 但我只是種植或照料樹木的人之一?！?/p>

??第二個(gè)事件是 1905 年 6 月，一位專利職員發(fā)表了論文，他在論文中提出要研究包括光電效應(yīng)在內(nèi)的許多現(xiàn)象。如果光以小能量包的形式出現(xiàn)，這種光的觀點(diǎn)導(dǎo)致光電效應(yīng)方程與萊納德的結(jié)果相符，但并沒有理論上得以證明。

??第三件事發(fā)生在愛因斯坦創(chuàng)造奇跡的同一年，他發(fā)表了一篇關(guān)于狹義相對(duì)論的論文。起初，愛因斯坦和他的想法并沒有冒犯萊納德。事實(shí)上，萊納德或可能是他的助手看到愛因斯坦經(jīng)常提到萊納德的工作，并給他寄了一份他最新的論文。愛因斯坦回信熱情洋溢。四年之后萊納德才回復(fù)愛因斯坦。但當(dāng)他這樣做時(shí)，他對(duì)愛因斯坦的贊美溢于言表。

??特別是考慮到萊納德是獲得諾貝爾獎(jiǎng)的物理學(xué)家，而愛因斯坦當(dāng)時(shí)幾乎不為人知。萊納德滔滔不絕地說：“當(dāng)像你這樣深刻而全面的思想家對(duì)我工作的某些觀點(diǎn)表示贊賞時(shí)，對(duì)我來說沒有什么比這更令人興奮的了?！?/p>愛因斯坦交惡萊納德

??大約在 1909 年這個(gè)時(shí)候，愛因斯坦得知他的一位朋友雅各布·勞德得到了萊納德的助手職位。愛因斯坦寫道：“我認(rèn)為與萊納德共事的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)非金錢能夠衡量。萊納德是一位大師和富有創(chuàng)造力的偉大思想家?！? 然而，勞德與萊納德的關(guān)系很快惡化，愛因斯坦與萊納德的關(guān)系也同樣隨之惡化。

??萊納德堅(jiān)信一種叫做以太的東西，一種看不見的沒有質(zhì)量的物質(zhì)，即使在真空中也能充滿整個(gè)宇宙。這樣光就是以太的震動(dòng)形式。畢竟當(dāng)時(shí)的人們認(rèn)為，如果有震動(dòng)，就需要在某些物質(zhì)中產(chǎn)生震動(dòng)。事實(shí)上，萊納德堅(jiān)持認(rèn)為電子實(shí)際上只是以太的碎片。然而到了 1910 年，由于愛因斯坦和相對(duì)論，這種神奇的以太失去了人們的支持。之所以之前人們想到以太，還是因?yàn)楣馑偈且粋€(gè)有限數(shù)值的原因。

??勞布向愛因斯坦抱怨萊納德在無用的實(shí)驗(yàn)上浪費(fèi)時(shí)間。愛因斯坦回信說：“萊納德最近關(guān)于這些奇異的以太演講在我看來幾乎是幼稚的。他讓你對(duì)以太進(jìn)一步研究的理論基礎(chǔ)非常荒謬。我很抱歉你必須把時(shí)間花在這樣的愚蠢上?！?/p>

??愛因斯坦試圖讓勞德?lián)涡侣毼?，這引起了萊納德對(duì)兩人的憤怒。萊納德對(duì)待勞德開始惡劣起來。當(dāng)愛因斯坦聽說這件事時(shí)，他寫信給勞德：“萊納德真是一個(gè)心態(tài)扭曲的家伙，心里充滿著陰謀詭計(jì)。我認(rèn)為你最好遠(yuǎn)離他?！? 雖然愛因斯坦這么建議，但勞德還必須與萊納德共事， 也許只能等待萊納德老去。

??然后在 1914 年，一位名叫羅伯特·密立根 (Robert Millikan) 的美國人發(fā)表了他關(guān)于光電效應(yīng)的文章。實(shí)際上一開始他是想證明愛因斯坦的理論是錯(cuò)誤的，但卻震驚地證實(shí)了愛因斯坦光電方程的每一個(gè)細(xì)節(jié)。這樣萊納德關(guān)于光電子的觸發(fā)理論被徹底推翻了。

??此外，同年是第一次世界大戰(zhàn)的開始，萊納德是德國的堅(jiān)定支持者。事實(shí)上，萊納德簽署了致“文明世界的宣言*，其中包括 “沒有德國軍國主義，德國文明將從地球表面消失**” 這樣的言論。愛因斯坦不僅拒絕簽署宣言，還與人合寫了一份反駁信。在德國戰(zhàn)敗后，萊納德悲痛欲絕。

??更糟糕的是，就在同一年，一位英國天文學(xué)家利用太陽日食證明了引力可以使光線彎曲。換句話說，他通過實(shí)驗(yàn)證明了相對(duì)論。愛因斯坦成為世界上最著名的物理學(xué)家，大多數(shù)科學(xué)家都相信相對(duì)論。

??萊納德對(duì)此不僅嫉妒而且傷心，認(rèn)定這一切都是因?yàn)閻垡蛩固故仟q太人，是猶太人的大陰謀，目的是擺脫以太，推動(dòng)相對(duì)論以及量子化光電效應(yīng)，摧毀德國，抹黑自己。

??萊納德畢生致力于從德國移除猶太科學(xué)。他試圖為純德國人保留所有研究職位。而且他還利用自己作為前任獲獎(jiǎng)?wù)咴谥Z貝爾委員會(huì)的影響力，試圖阻止愛因斯坦加入他們的行列。

??1919 年，萊納德設(shè)法讓他的朋友兼反猶同僚約翰內(nèi)斯·斯塔克獲得諾貝爾獎(jiǎng)，盡管萊納德是他當(dāng)年唯一的提名人。到 1920 年，萊納德領(lǐng)導(dǎo)著反愛因斯坦和反相對(duì)論團(tuán)體，不斷發(fā)表演講、辯論和發(fā)表反猶太主義的出版物。

??1921 年的諾貝爾委員會(huì)被支持相對(duì)論和反對(duì)相對(duì)論的派別搞糊涂了，以至于那一年沒有給任何人頒發(fā)諾貝爾獎(jiǎng)。第二年，一位名叫卡爾·奧森 (Carl Oseen) 的年輕瑞典科學(xué)家找到了解決這個(gè)問題的方法，并建議愛因斯坦獲得前一年的諾貝爾獎(jiǎng)?！疤貏e獎(jiǎng)勵(lì)他發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)定律?！? 至此萊納德就完全出局了。

??到 1924 年，萊納德已成為一名忠實(shí)的法西斯分子。他和斯塔克在報(bào)紙上發(fā)表了一篇文章，稱“希特勒和他的同志們?cè)谖覀兛磥硎巧系蹚姆N族純潔的古代時(shí)代賜予的禮物”。到 1930 年代，萊納德開始出版按種族劃分的科學(xué)書籍，這些書籍成為納粹科學(xué)的支柱。

??1933年，愛因斯坦逃離德國，再也沒有回來。萊納德以他如何將愛因斯坦和其他猶太科學(xué)家趕出德國而自豪， 并燒毀了所有猶太人的作品，更希望猶太人去死。他寫信給斯塔克說：“比以往任何時(shí)候都更為重要的是，這些猶太人惡魔必須墜入地獄?！?/p>

??具有諷刺意味的是，沒有被他們趕跑的“惡魔們”的幫助，萊納德和斯塔克斯開始失去對(duì)納粹精英的吸引力。他們無法幫助戰(zhàn)爭，他們無法推動(dòng)原子核裂變研究。

??此外，此時(shí)萊納德已經(jīng)老了，與英俊年輕的海森堡等其他科學(xué)家相比，納粹根本不尊年老且沒有吸引力的萊納德。萊納德在戰(zhàn)爭中幸存下來，并于 1947 年去世。哇，終于擺脫了。

??讓我們稍微回顧一下愛因斯坦和他 1905 年的論文以及光電效應(yīng)。其實(shí)不光是光電效應(yīng)。愛因斯坦 1905 年的論文是關(guān)于光的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換的啟發(fā)式觀點(diǎn)，其中光電效應(yīng)只是這種新觀點(diǎn)來解釋實(shí)驗(yàn)的一個(gè)例子。愛因斯坦的關(guān)于光的新觀點(diǎn)是什么？為什么它如此具有變革性和激進(jìn)性？ 下一回我們接著說。