Филипп фон Ленард

Биография

Немецкий физик Филипп Эдуард Антон фон Ленард родился в Прессбурге в Австро-Венгрии (ныне Братислава, Чехо-Словакия) и был единственным ребенком состоятельного виноторговца Филиппа фон Ленарда и урожденной Антонии Бауман. Когда Л. был еще совсем маленьким, его мать умерла, и воспитывала его тетка. Впоследствии она вышла замуж за отца Л. До девяти лет Л. учился дома, а затем в школе при городском соборе и прессбургской средней школе. Любимыми его предметами были математика и физика. Школьный курс он дополнял: читал университетские учебники, проводил физические и химические опыты.

Несмотря на интерес Л. к естественным наукам, отец настаивал на том, чтобы тот унаследовал виноторговое дело. Он хотел, чтобы сын поступил в технические университеты Вены и Будапешта, где мог бы изучать химию – предмет, имеющий особое значение для виноделия. В 1882 г. Л. с большой неохотой стал работать в фирме своего отца. Через год он на собственные сбережения отправился в Германию, где посещал лекции знаменитого химика Роберта Вильгельма Бунзена (изобретателя бунзеновской горелки). Эта поездка еще более укрепила его в намерении стать ученым. Зимой 1883 г. Л. поступил в Гейдельбергский университет, где изучал физику. Л. провел четыре семестра в Гейдельбергском и два в Берлинском университетах, где он занимался под руководством таких известных ученых, как Бунзен и физик и физиолог Герман фон Гельмгольц. В 1886 г. в Гейдельберге он защитил диссертацию, за которую ему была присуждена докторская степень с высшим отличием. Работа была посвящена колебаниям капель воды. В течение трех лет после защиты Л. работал в Гейдельберге ассистентом у немецкого физика Георга Квинке.

Еще учась в университете, во время каникул Л. вместе со своим школьным учителем физики Виргилом Клаттом проводили исследования фосфоресценции. Они обнаружили, что некоторые материалы фосфоресцируют только в том случае, если содержат следы определенных металлов. Занимаясь другими исследованиями, Л. продолжал изучать фосфоресценцию на протяжении более чем сорока лет.

Покинув Гейдельберг, Л. в течение непродолжительного времени работал в Лондоне и Бреслау (ныне Вроцлав, Польша), а в апреле 1891 г. стал ассистентом Генриха Герца в Боннском университете. Герц, снискавший известность экспериментальным открытием электромагнитного излучения, существование которого было предсказано Джеймсом Клерком Максвеллом, случайно обнаружил фотоэлектрический эффект (испускание электрически заряженных частиц поверхностью, на которую падает излучение, в данном случае ультрафиолетовое). Одним из явлений, которыми особенно интересовался Герц, были катодные лучи, доходившие в хорошо откачанной газоразрядной стеклянной трубке от отрицательного электрода (катода) до противоположного конца трубки. Их исследованием занимались многие ученые, среди которых особенно следует отметить английского физика Уильяма Крукса. Загадка катодных лучей привлекла внимание Л. в 1880 г., когда он прочитал статью Крукса «Лучистая материя, или четвертое физическое состояние» ("Padiant Matter, or the Fourth Physical State").

Герц и Л. решили исследовать катодные лучи в более удобной обстановке – вне газоразрядной трубки. Так как Герц обнаружил, что катодные лучи проникают сквозь тонкую алюминиевую фольгу, Л. изготовил стеклянную газоразрядную трубку с небольшим отверстием у анода (положительного электрода), закрытым такой фольгой (впоследствии такие отверстия стали называть окошками Ленарда). Поместив на пути катодных лучей вместо обычного воздуха вторую газоразрядную трубку, Л. сумел получить более длинный пучок лучей, часть которого была изолирована от источника и более удобна для экспериментирования. Отклоняя пучок электрическим и магнитным полями, Л. показал, что катодные лучи состоят из отрицательно заряженных частиц. Он сумел измерить отношение заряда этих частиц к их массе. Первоначально же Л. считал катодные лучи нематериальным излучением. Он также обнаружил, что эти частицы проникают в воздух и другие вещества на различную глубину, а поглощение приблизительно пропорционально толщине и плотности поглощающего вещества и что лучи, испускаемые газоразрядными трубками, при большем напряжении, соответствующем большей скорости и энергии частиц, обладают более высокой проникающей способностью.

Исследованием катодных лучей Л. занимался на протяжении двенадцати лет. После кончины Герца в 1894 г. Л. на короткий срок стал исполняющим обязанности директора Физического института Боннского университета. Год или два он преподавал в университетах Бреслау, Аахена и Гейдельберга. Затем он получил звание профессора и стал директором физической лаборатории при Кильском университете (1898). Несмотря на признание, которое получили его работы, Л. порой с пренебрежением и завистью относился к успехам других ученых. Он с величайшим уважением относился к Герцу, но, будучи его ассистентом в Бонне, иногда считал, что тот обходится с ним недостаточно почтительно.

Когда в 1895 г. Вильгельм Рентген открыл лучи, носящие ныне его имя (и возникающие при бомбардировке катодными лучами частей разрядной трубки), Л. был подавлен тем, что не он обнаружил их первым. Впоследствии он неизменно называл их «высокочастотным излучением», но никогда не употреблял их общепризнанного названия «рентгеновские лучи» или «рентгеновское излучение». Более того, Л. считал, что, одолжив Рентгену разрядную трубку, он в открытие нового излучения внес вклад, заслуживающий особого упоминания. После того как в 1897 г. Дж.Дж. Томсон открыл электрон и его открытие получило широкое признание, Л. утверждал, что приоритет якобы принадлежал ему. Томсон дал вполне современное описание электрона, а Л. же и в 1906 г. продолжал называть электрон «электричеством без материи, электрическим зарядом без заряженных тел», говорил об «электричестве в чистом виде».

Одним из главных научных достижений Л. было произведенное им в 1902 г. экспериментальное наблюдение, согласно которому свободный электрон (он назвал его катодным лучом) должен обладать определенной минимальной энергией для того, чтобы ионизовать газ (сделать нейтральный газ электрически заряженным) путем выбивания из атома связанного электрона. Л. называл выбитые атомные электроны вторичными катодными лучами. Он дал весьма точную оценку потенциала ионизации (энергии, необходимой для выбивания электрона) для водорода.

В том же 1902 г. Л. доказал, что фотоэлектрический эффект порождает такие же электроны, которые обнаружены в катодных лучах, а фотоэлектроны не просто высвобождаются из поверхности металла, а вылетают с определенной энергией (скоростью) и что число испущенных металлом электронов возрастает с увеличением интенсивности излучения, но скорости электронов никогда не превосходят определенного предела. Эти экспериментальные данные получили объяснение в работе Альберта Эйнштейна (1905), который воспользовался для этого квантовой теорией Макса Планка. Согласно Эйнштейну, свет состоит из крохотных дискретных сгустков энергии, получивших впоследствии название фотонов. Энергия фотона пропорциональна частоте света.

В фотоэлектрическом эффекте каждый фотон передает свою энергию электрону, находящемуся в облучаемой поверхности металла, в принципе позволяя электрону «вылететь» из металла. Чем интенсивнее свет, тем больше фотонов и вырываемых электронов, но фиксированная энергия фотона устанавливает предел для скорости каждого электрона.

В 1903 г. Л. выдвинул гипотезу о том, что атом представляет собой в основном пустое пространство. К такому выводу он пришел, наблюдая, как электроны проходят сквозь окошко Ленарда и проникают сквозь воздух и другие вещества. Л. предположил, что положительные и отрицательные электрические заряды в атоме (количества которых должны быть равны, чтобы обеспечить его электронейтральность) встречаются тесно связанными парами, которые он назвал динамидами. Концепция Л. была интересной и представляла значительный шаг вперед по сравнению с прежними взглядами. Но она была неверна, как доказал через восемь лет Эрнест Резерфорд, предложивший модель атома, в которой вокруг очень плотного положительно заряженного ядра на относительно большом расстоянии от него обращаются отрицательно заряженные электроны.

Хотя Л. неоднократно был очень близок к тому, чтобы совершить открытия, которые принесли заслуженное признание другим. Нобелевская премия 1905 г. была присуждена ему «за работы по катодным лучам». На церемонии вручения премии Арне Линдстедт из Шведской королевской академии наук сказал: «Ясно, что работы Л. по катодным лучам не только обогатили наше знание этих явлений, но и во многих отношениях заложили основу теории электронов».

В 1907 г. Л. стал преемником Квинке в качестве профессора экспериментальной физики Гейдельбергского университета. В 1909 г. он принял на себя еще и обязанности директора вновь созданного в Гейдельберге Радиологического института. Наиболее важная работа, выполненная под его руководством в этом институте, была связана со спектральным анализом света, испускаемого возбужденными атомами и молекулами.

Репутация Л. в некоторых научных кругах Германии была еще достаточно высока, но она начала падать. Сделанный Л. в 1910 г. доклад об эфире, пронизывающем пространство, – идее, сильно дискредитировавшей себя к тому времени, – Эйнштейн охарактеризовал как «инфантильный». Кроме того, с начала первой мировой войны Л. стал ярым националистом и неоднократно выступал с нападками на англичан, обвиняя их в незаконном присвоении достижений немецких ученых. После поражения Германии он уничижительно отзывался о Веймарской республике за то, что она «смирилась с позором Германии», и подстрекал студентов к выступлениям против режима. Л. был в числе тех, кто с самого начала поддерживал Адольфа Гитлера и стал антисемитом.

Л. была присуща природная склонность к экспериментальным исследованиям, которые он называл «прагматической истинно германской физикой», и он питал отвращение к физическим теориям, насыщенным сложным математическим аппаратом. Такие теории Л. называл «догматической еврейской физикой». Особую враждебность он высказывал по отношению к Эйнштейну, с резкими нападками на которого («с нескрываемым антисемитским душком», по выражению Макса Борна) выступил на одном из научных конгрессов в 1920 г. Переоценил он даже научное наследие Герца, разделив его на хороший эксперимент и плохую теорию, приписав последнюю еврейскому происхождению ученого. После прихода нацистов к власти в 1933 г. Л. получил титул главы арийской, или германской, физики и стал личным советником Гитлера. Он излагал фюреру свой собственный вариант физики с расистской ориентацией. В 1897 г. Л. вступил в брак с Катариной Шленер. Покинув Гейдельберг в 1945 г., он поселился в деревне Мессельхаузен, где и умер два года спустя. Большинство ученых осуждало идеологические пристрастия Л., которые омрачили ясность его суждений о физике в зрелые годы. Карл Рамзауэр, ученик и коллега Л. на протяжении более тринадцати лет, назвал его «трагической фигурой». Он заметил, что «его достижения имели первостепенное значение, и все же его имя не оказалось тесно или неразрывно связано ни с одной из знаменательных вех в развитии физики».

Помимо Нобелевской премии, Л. был удостоен многих наград, в том числе медали Франклина Франклиновского института и звания почетного доктора университетов Христианин (ныне Осло), Дрездена и Прессбурга. В 1933 г. он был награжден «третьим рейхом» орденом Орла.