马克斯·冯·劳厄

马克思·冯·劳厄（MaxvonLaue，1879年10月9日—1960年4月24日），德国物理学家，1912年发现了晶体的X射线衍射现象，并因此获得诺贝尔物理学奖。这是固体物理学中具有里程碑意义的发现，从此，人们可以通过观察衍射花纹研究晶体的微观结构，并且对生物学、化学、材料科学的发展都起到了巨大的推动作用。例如1953年沃森和克里克就是通过X射线衍射方法得到了DNA分子的双螺旋结构。

基本资料

中文名：马克思·冯·劳厄

外文名：MaxvonLaue

国籍：德国

出生日期：1879年10月9日

逝世日期：1960年4月24日

职业：物理学家

主要成就：1914年诺贝尔物理学奖

出生地：柯布伦茨附近的普法芬多夫

人物生平

1879年10月5日生于柯布伦茨附近的普法芬多夫。劳厄在青少年时期就显示出对自然科学的兴趣，并得到父母和中学教师的支持。在斯特拉斯堡中学时，一位数学教师把亥姆霍兹的通俗科学讲演集介绍给他，使他得知当时科学发展的主要动向。他还和两位同学一起在一位热心的教师家里作过当时刚为W.K.伦琴发现的X射线实验。中学毕业后，劳厄先后就读于斯特拉斯堡、格丁根、慕尼黑和柏林几所大学，听过D.希耳伯特、M.普朗克等大师的课。

1904年他在普朗克指导下以《平行平面板上的干涉现象的理论》为题完成了博士论文，随后留校做普朗克的助教。

1909年劳厄到慕尼黑大学任教。那时A.索末菲的讲课和讨论班吸引了许多年青的物理学家来到慕尼黑，讨论的主题都与当时物理学在理论和实验方面的新的概念和发现有关。关于X射线的本性的各种看法也是主题之一。劳厄认为X射线是电磁波，他在同一位博士研究生P.P.厄瓦耳交谈时，产生了用X射线照射晶体用以研究固体结构的想法。他设想X射线是极短的电磁波,而晶体又是原子（离子）的有规则的三维排列,只要X射线的波长和晶体中原子（离子）的间距具有相同的数量级，那么当用X射线照射晶体时就应能观察到干涉现象。

在劳厄的鼓励下，索末菲的助教W.弗里德里奇和伦琴的博士研究生P.克尼平在1912年4月开始了这项试验。他们把一个垂直于晶轴切割的平行晶片放在X射线源和照相底片之间。果然在照相底片上显示出有规则的斑点群。劳厄的设想被证实了，一举解决了X射线的本性问题,而且初步揭露了晶体的微观结构(见彩图W.弗里德里奇和P.克尼平按照M.von劳厄(1879～1960)的设想研究晶体中X射线衍射所用的仪器)。A.爱因斯坦曾称此实验为"物理学最美的实验"。劳厄随后从光的三维衍射理论出发,以几何观点完成了X射线在晶体中的衍射理论，成功地解释了实验结果。由于他忽略了晶体中原子(离子)的热运动，这个理论还只是近似的。

1931年，劳厄终于完成了X射线的"动力学理论"。劳厄的这项工作为在实验上证实电子的波动性奠定了基础，对此后的物理学发展作出了贡献。由于发现X射线在晶体中的衍射现象，劳厄获得了1914年的诺贝尔物理学奖。

1905年，劳厄在普朗克的讨论班上得悉爱因斯坦的工作，深为关于空间时间的这个新思想所吸引；

1907年他专程去伯尔尼拜访了爱因斯坦，他们从此成为终生的挚友。

1911年，劳厄写成第一本阐述爱因斯坦理论的专著《相对性原理》，阐明了新的空间时间概念和以接近于光速的速度运动物体的运动，为爱因斯坦的理论赢得更多的支持。

劳厄从1912年起先后在苏黎世大学和法兰克福大学任教，

1919年回到柏林大学任物理学教授。在柏林期间，劳厄成为德国物理学界的权威之一，曾担任德国物理学会会长。劳厄为人正直，本无意于政治活动，但当科学研究自由受到威胁时，他总是义正辞严地起来捍卫它。早在1920年，当P.勒纳等人在柏林召开反爱因斯坦广义相对论的公开集会第二天，劳厄就和W.能斯脱、H.鲁本斯联名在柏林日报上发表公开信予以反击。

在纳粹统治时期，1933年在维尔茨堡举行的全德物理学家年会上，劳厄以物理学会会长的身份致开幕词。他在讲话的末尾引用伽利略坚持N.哥白尼的日心说而遭到教会迫害这一历史事件，间接地捍卫了当时正受到主张所谓"德意志物理学"的纳粹党徒攻击的爱因斯坦和其他犹太科学家；最后的结束语是"然而，在任何压迫面前，科学的捍卫者都具有完全胜利的信念，这信念就是伽利略的这一句话：'无论如何，它在运动！'"。同年他不顾J.斯塔克的威胁，拒绝参加斯塔克召集的拥护纳粹的集会。在第二次世界大战期间,他从未参与有关军事的科学活动。

1943年终于为纳粹当局强令从柏林大学提前退休。

1945年德国投降后，劳厄和O.哈恩、W.K.海森伯等人被美国军方送往英国。

1946年1月劳厄返回德国后,定居于格丁根。他为重建德国物理学会和将威廉皇帝协会改建为马克斯·普朗克协会作出了重大努力。当1946年英国皇家学会主持召开国际结晶学会议时，他是应邀参加会议的唯一一位德国学者。他还和普朗克一起参加了英国举行的牛顿纪念大会。在这两个会议上，劳厄和普朗克在纳粹统治时期为维护学术尊严和科学自由的行为备受赞扬，与会者称他们是真正的人和真正的科学家。

1957年法国授予劳厄荣誉军团勋章以表彰他捍卫人的尊严和自由的功绩。劳厄在1943年写成的一部具有特色的《物理学史》，于1947年出版（中译本，1978）。

1951年劳厄被选为马克斯·普朗克协会的哈伯研究所所长，以72岁的高龄重返他曾居住多年的柏林。此后，他致力于相对论电动力学、超导理论等方面的工作，并重行修订了《相对性原理》一书。

1960年4月23日在柏林逝世。

劳厄逝世后，1961年出版了他的《著作和报告全集》，计3卷。

辉煌人生

自从1895年伦琴发现X射线以来，关于X射线的本质，科学家们提出了各自的看法。

伦琴发现了X射线之后，物理学家和医学界人士赶紧研究这种新的射线。在1896已有1000篇以上关于这个课题的论文。在1896至1897年间，伦琴自己只写了两篇关于X射线的文章。然后，他回到原先研究的课题上去，在以后的二十四年里写过七篇只引起短暂兴趣的文章，而把对X射线的研究让给了其他的年轻的新生力量。

对他这样的做法的理由，人们只能推测而已。伦琴一生在物理学许多领域中进行过实验研究工作，如对电介质在充电的电容器中运动时的磁效应、气体的比热容、晶体的导热性、热释电和压电现象、光的偏振面在气体中的旋转、光与电的关系、物质的弹性、毛细现象等方面的研究都作出了一定的贡献，由于他发现X射线而赢得了巨大的荣誉，以致这些贡献大多不为人所注意。

劳厄认为，X射线是电磁波。他在与博士研究生厄瓦耳交谈时，产生了用X射线照射晶体以研究固体结构的想法。他设想，X射线是极短的电磁波，而晶体是原子（离子）的有规则的三维排列。只要X射线的波长和晶体中原子（离子）的间距具有相同的数量级，那么当用X射线照射晶体时就应能观察到干涉现象。在劳厄的鼓励下，索末菲的助教弗里德里奇和伦琴的博士研究生克尼平在1912年开始了这项实验。他们把一个垂直于晶轴切割的平行晶片放在X射线源和照相底片之间，结果在照相底片上显示出了有规则的斑点群。

后来，科学界称其为“劳厄图样”。劳厄设想的证实一举解决了X射线的本性问题，并初步揭示了晶体的微观结构。爱因斯坦曾称此实验为“物理学最美的实验”。

随后，劳厄从光的三维衍射理论出发，以几何观点完成了X射线在晶体中的衍射理论，成功地解释了有关的实验结果。但由于他忽略了晶体中原子（离子）的热运动，这个理论还只是近似的。到1931年，劳厄终于完成了X射线的“动力学理论”。劳厄的这项工作为在实验上证实电子的波动性奠定了基础，对此后的物理学发展作出了重要贡献。

晶体X射线衍射

晶体X射线衍射即X射线在晶体中发生的衍射现象。晶体具有点阵结构，点阵结构的周期（即晶胞边长，b，c）与X射线的波长属于同一数量级，X射线衍射现象是一种基于波叠加原理的干涉现象，干涉的结果随不同而有所不同（Δ为波程差；λ为波长）。

为整数的方向，波的振幅得到最大程度的加强，称为衍射，对应的方向为衍射方向，而为半整数的方向，波的振幅得到最大程度的抵消。因此，X射线通过晶体之后，在某些方向（衍射方向）X射线的强度增强，而另一些方向X射线强度却减弱甚至消失，如果在晶体的背后放置一张感光底片，将会得到X射线的衍射图形。利用X射线衍射原理制造的X射线衍射仪，是测定晶体结构的最主要仪器。根据衍射的方向可以测定晶格参数或晶胞的大小和形状。

根据衍射线强度分布能够测定原子在晶胞中的坐标，因此X射线衍射法也是测定分子空间构型的主要方法。产生晶体X射线衍射的条件可用劳厄方程来描述，劳厄方程的标量表达式如下：（cos－cos0）=hλ；b（cosβ－cosβ0）=kλ；c（cosγ－cosγ0）=lλ式中、b、c为晶胞边长；0、β0、γ0是入射线与晶胞基向量的夹角；、β、γ是衍射线与晶胞基向量的夹角；h、k、l是三个正整数，称为衍射指数；λ是X射线的波长。描述X射线衍射条件，还可以用布拉格方程：2dsinθ=nλ式中d为相邻两个晶面之间的距离；θ为入射线或反射线与晶面的交角；λ为X射线波长；n为正整数。

布拉格方程与劳厄方程虽然表达方式不同，但其实质是相同的。当X射线的波长与入射线方向以及晶体方位确定以后，劳厄方程中的λ、、b、c、0、β0、γ0都已确定，只有、β、γ是变量，它们必须满足劳厄方程，但是，、β、γ3个变量不是独立的，例如在直角坐标中应满足：cos2+cos2β+cos2γ=1这就是说，3个变量、β、γ应同时满足4个方程，这在一般条件下是不可能的，因而得不到衍射图。

为了解决这个问题，必须再增加一个变数，有两种办法可供选择：①晶体不动（0、β0、γ0固定），改变波长λ，即采用白色X射线；②波长不变，即用单色X射线，让晶体绕某晶轴转动，即改变0、β0、γ0。

这样可在某些特定的晶体方位得到衍射图，这种方法叫做转动晶体法。以上两种方法都是对单晶体而言的。如果晶体是多晶，每个小单晶体在空间的取向是随机的，劳厄方程总可以得到满足，这就是粉末法的基础。

劳厄法

将具连续波长分布的“白色”X射线作用于静止安置的单晶以获取衍射信息的方法。早期的劳厄法以平板的感光胶片置于按一定轴向或晶棱取向安置的单晶样之后，根据所得劳厄衍射图的花样判断该晶轴或晶棱方向的对称性，以助于对晶体劳厄点群的研究。由于X射线源、晶体与底片的相互位置不同，而又分为透射劳厄法和背射劳厄法。

透射法所出现的衍射点分别在不同的椭圆上，背射法衍射点分别分布在不同的双曲线上。通过对这些点的分析，可测定晶体取向。

20世纪80～90年代间，利用同步辐射强白色X射线源，结合高能储存环等新技术以劳厄法已做到只需毫秒级时间即可完成收集一套蛋白或病毒晶体的衍射数据。这意味着时间分辨大分子晶体学业已诞生，用劳厄法衍射数据已获解析出鹅蛋白、溶菌酶大分子结构等先进成果。

人物评价

马克斯·冯·劳厄，X射线晶体分析的先驱。